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隨著2020年4月24日中國電信和中國聯(lián)通2020年5G SA新建工程無線主設備聯(lián)合集采的正式落槌，加上數(shù)周前已經(jīng)揭曉答案的中國移動5G二期無線主設備集采，中國三大運營商5G基站集采招標總額達到760億元，采購5G基站共計超52萬個。這一數(shù)字與2020年4月23日工信部披露的，即預計今年全年新建5G基站將超過50萬個這一數(shù)據(jù)完全吻合。 “新基建”背景下的中國5G建設已經(jīng)駛?cè)氚l(fā)展的快車道，那么將對半導體行業(yè)，尤其是需求量較大的射頻前端帶來什么影響？又有哪些公司將充分享受這一巨大市場和技術紅利呢？ 5G時代的射頻前端 首先，讓我們看一下射頻前端究竟包含哪些核心器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發(fā)、基帶構(gòu)成，其中射頻前端是指介于天線與射頻收發(fā)之間的通信元件，是終端通信的核心組成器件，主要包括：濾波器、LNA (低噪聲放大器)、PA (功率放大器)、開關、天線調(diào)諧等。 
圖1：射頻前端構(gòu)成框圖（圖源：Qualcomm） 技術演進帶來新商機 大容量、廣覆蓋、高帶寬、低延遲是5G網(wǎng)絡的典型特征，為了實現(xiàn)速率和容量的升級，大量技術被整合其中，比如Massive MIMO技術、載波聚合（CA）技術等。 MIMO是一種使用多根天線發(fā)送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。在5G Sub-6G中，將增加更多的MIMO，即從2×2提高到目前的4×4 MIMO。因此也會需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應的射頻前端元件也會同步增加，LNA、PA、開關、濾波器等元器件的用量和價值都會有不同程度的增加，尤以高性能天線調(diào)諧和天線轉(zhuǎn)換開關的用量增幅最為明顯。 文章來源：貿(mào)澤電子 作者：Doctor M 載波聚合可將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，把不連續(xù)的頻譜碎片聚合到一起，達到提高傳輸速率和頻譜使用效率的目的。從4G LTE 到4G LTE Advanced Pro，載波聚合組合的數(shù)量呈指數(shù)級增長，頻段數(shù)從66個增加到1000多個。5G帶來的載波聚合預計總頻段數(shù)將超過1萬個，受此影響，天線開關和濾波器的數(shù)量將大幅增加，PA和LNA的用量增長較少，但與之匹配的開關數(shù)量有一定程度的增加。 從2G到4G，直至今天的5G，每一代蜂窩技術的演進都會帶來射頻前端價值量的倍增。根據(jù)Yole的分析 (圖2)，從2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10倍，而從4G到5G，射頻前端單機價值量的增長將超過3倍。其中，濾波器的需求量增長最明顯，市場空間翻倍。PA主要用于對發(fā)射的射頻信號進行功率放大，若5G增加信號發(fā)射鏈路，就一定需要增加PA。但是因為PA帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如采用多模多頻的PA，從絕對數(shù)量上來看，PA的用量雖不及濾波器那么大，但價值量也有較大提高。根據(jù)Yole的預測，PA的價值量將由2018年的44.5億美元增加到2022年的50億美元。 對于全球射頻前端市場，Yole給出的預測是，將由2017年的151億美元，增加到2023年的352億美元，年復合增長率達到14%。由此可見，5G技術的升級和變化對射頻前端的器件數(shù)量和價值量的影響是無比巨大的。
圖2：手機中射頻前端單機用量和價值量 (Yole，國金證券研究所) 射頻前端市場格局分析 射頻前端半導體模塊化乃大勢所趨。受設備和終端空間的限制，5G時代新增的射頻前端器件主要以模塊形式出現(xiàn)，模塊中集成的器件也越來越多。 如前所述，5G時代，射頻前端器件的整體需求量將有大幅增長，但這種增長也是結(jié)構(gòu)性的，大體趨勢是：濾波器 > LNA/開關/調(diào)諧 > PA。 濾波器、開關等器件增幅很大，尤其是濾波器，增速最快，貢獻了射頻前端70%的增量。其中，SAW的增幅最大。這是因為，SAW濾波器目前在終端濾波器市場的占比高達73%。 根據(jù)Qorvo的官方數(shù)據(jù)，Qorvo、Avago等美系廠商目前占有90%以上的BAW市場，SAW則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW濾波器領域Avago的市占率約為60%，Qorvo的占比為30%。而SAW濾波器，村田占據(jù)了50%的份額，另外兩家日本供應商Taiyo Yuden和TDK次之。 PA是射頻前端中的有源器件，設計制造難度較大，目前，Skyworks、Avago、Qorvo是PA市場的三大玩家，其中，Skyworks居領先地位，Avago和Qorvo分列第二、三位，三家公司占據(jù)了全球手機PA市場的80~90％份額，是名副其實的寡頭壟斷。 5G對PA提出了新的要求，為了支持5G Sub-6G技術，PA的功耗控制、線性度、結(jié)構(gòu)封裝中的熱管理都變得非常重要。在工藝路線上，砷化鎵（GaAs）仍將是高端PA的首選技術，毫米波有望采用SOI PA。雖然CMOS PA越來越成熟，但從參數(shù)性能上看，它更適合較低端應用。 手機中天線開關用量非常大，種類也很多，按用途劃分有Tx-Rx開關、Atenna Cross開關、Rx開關等。5G到來，射頻開關也將迎來強勁的增長。根據(jù)Yole的預測，全球射頻開關市場將從2018年的14.5億美元增長到2025年23億美元，其中Rx / Tx開關的增長主要源于MIMO和CA技術的應用。從技術上看，SOI目前仍是射頻開關的首選技術。 天線調(diào)諧用量將大幅提升。從4G到5G，MIMO逐漸增加，頻段越來越多，所用的天線數(shù)量急劇增加，尤其是5G 4x4 MIMO或接下來的8x8 MIMO架構(gòu)，天線調(diào)諧開關用量成倍增加。權(quán)威分析機構(gòu)預計，天線調(diào)諧開關市場將從2018年的4.5億美元增加到2025年的12.3億美元。 目前，SOI、RF MEMS是天線調(diào)諧開關的主流技術。今天占據(jù)調(diào)諧市場70%的Qorvo和Skyworks等大廠主要采用SOI技術。采用RF MEMS工藝的Cavendish Kinetics（CK）等廠商的市場份額也在逐漸提升。 LNA市場將穩(wěn)步增長。3G/4G時，部分LNA被集成在射頻收發(fā)中，市場空間較小，但從2017年開始LNA市場快速增長。LNA目前以SiGe工藝為主，到毫米波階段，基于SOI的LNA將成為主流。LNA的市場，主要被Infineon Technologies (英飛凌) 和Skyworks占領。 5G將給天線數(shù)量、射頻前端模塊的價值量帶來翻倍的增長。按照當前的市場和技術競爭格局，美日企業(yè)處于絕對的壟斷地位。排名前五的企業(yè)包括Murata、Skyworks、Qorvo、Broadcom/Avago、Qualcomm/TDK Epcos等，這些射頻前端供應商以IDM為主。此外，我們注意到，在5G射頻前端市場，已經(jīng)有很多中國企業(yè)開始關注并進入這一市場。 |
