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                5G時代需要怎樣的通信芯片?
                2018-11-27 

                2018年接近尾聲,5G商用的步伐漸行漸近。繼年中第五代移動通信技術標準獨立組網功能凍結后,國內三大運營商、移動芯片廠商和手機廠商等均在加快2020年實現5G商用部署的腳步。

                推動5G產業發展不僅是國家戰略,同時對全球通信行業與下游應用行業,將帶來顛覆性的發展機遇。

                       “5G”指的是通信行業標準,即“第五代移動通信技術標準”,由“第三代合作伙伴計劃組織”(3GPP)負責制定。

                       5G是4G的延伸,其服務對象從人與人的通訊,過渡到人與物、物與物的通信,從而構建起一個真正的萬物互聯的時代。

                       從技術的層面, 5G比4G有更高的速率、更低的時延和海量的連接。具體來看,5G較4G提升數十倍的速度、低于1ms的低時延、全球超過500億臺設備相互連接。

                       因此,3GPP定義了5G三大應用場景eMBB(增強移動寬帶)、mMTC(大規模物聯網)、uRLLC(超高可靠超低時延通信)。

                       根據技術成熟度和商業成熟度的不同,三大場景的落地時間有所不同。eMBB是5G網絡最早面向個人消費市場的核心應用場景。主要領域包括智能手機、4K/8K超高清視頻、AR/VR等應用。預計到2022年,全球15%的人口將使用5G互聯,到2025年,除大規模物聯網,全球5G終端連接數將達到4.28億。

                       mMTC應用場景將貫穿整個5G建設周期。根據工信部規劃,2020年,NB-IoT網絡將實現全國普遍覆蓋,面向室內、交通路網、地下管網等應用場景實現深度覆蓋,NB-IoT基站規模達到150萬個, NB-IoT總連接數超過6億。智能家居、智慧城市、智慧農業將不斷普及。

                       最晚落地的場景會是uRLLC,受限于基礎設施的投入速度以及關鍵技術環節的突破,預計到2025年,自動駕駛、工業控制等行業應用才有可能逐步成熟。

                       5G商用化預計2020年起步,首先落地的應用領域將是智能手機。據IDC預測,第一批5G智能手機將在2019年下半年上市,至2020年,全球5G手機的出貨量將占智能手機出貨量總數的7%,直至2022年將占18%。

                       預計2025年,包括覆蓋Sub 6G以及毫米波段的5G手機將占據全球智能手機出貨量的54%。

                       與4G 相比,5G時代將有更多的通信頻段資源被投入使用,多模多頻使得5G手機對于射頻前端芯片的需求增加,其占據手機成本的比例甚至有可能超過基帶處理器等其他關鍵器件。

                       為何在5G時代射頻前端芯片如此重要?射頻前端模塊是手機通信系統的核心組件,也是無線通信設備的基礎器件。射頻前端模塊包括功率放大器、天線開關、濾波器、雙工器和低噪聲放大器等器件。

                       其中功率放大器的性能直接決定了手機等無線終端的通訊距離、通話質量、信號接收能力、電池續航能力和待機時間,是整個通信系統芯片組中除基帶主芯片之外最重要的組成部分。

                       功率放大器市場也是射頻前端芯片市場重要的組成部分,是其最重要的增長驅動力量之一。根據IBS數據,2017年,全球功率放大器市場規模為97.65億美元。受益于移動終端升級、物聯網產業的持續發展,預計2020 年市場總量增至114.16 億美元。

                       5G時代對于射頻芯片的尺寸、性能、成本等提出了更高的要求,主要有以下幾個方面:通信技術加速迭代、頻譜數量不斷增加,射頻復雜度越來越高;可用空間越來越小、面積利用率越來越高,如何排除干擾同時支持更多頻率變得越來越困難;更高的射頻前端芯片成本和嚴格的手機成本控制的矛盾。

                       為了解決這些技術挑戰,業內目前對于這一問題有兩種思路:

                       一種是傳統巨頭延續現有的產品路徑,采用寬帶共封的方式,將相鄰頻段的功率放大器封裝在一個器件中,雖然技術實現難度小,但其成本高,尺寸大,功耗大的缺點對于下游廠商來說依然不是最優解。

                       而另一種方式是軟件定義,通過軟件調節功率放大器適應不同通訊頻段的需求,其好處是成本低、尺寸小、功耗低、可軟件升級,5G環境下優勢明顯。

                       目前在這個技術道路上,全球主要的廠商是高通和村田,而國內的領先者是廣州慧智微電子。

                       經過十多年的發展,4G時代終端射頻前端市場呈現以Qorvo、Skyworks 和Broadcom(Avago) 三家芯片公司為主的寡頭競爭格局。在終端射頻前端市場,三家企業合計占據了90%以上的市場份額,毛利率均高于40%。

                       三家企業都完成了功率放大器、開關、濾波器、雙工器的全產品線布局,同時采用設計、制造、封測一體的商業模式,在現有的行業內具有較強的競爭壁壘。同時,由于三家國際巨頭超過50年的研發歷史以及技術實力,在傳統的砷化鎵路線上也構建了較為完整的專利壁壘。

                       但每一次通信技術升級都帶來了行業格局可的變革機遇,5G的技術特性將推動射頻前端芯片行業變革,為創新者帶來趕超的機遇,也為產業投資人帶來新的投資機遇。

                       中國占據全球智能終端60%以上的產能,在射頻前端領域尚有巨大的進口替代空間?!爸信d事件”更是加速中國在半導體領域自主可控的進程,國產手機廠商進一步擴大核心器件采購的比例,通信核心器件和芯片國產化將成為必然趨勢,這為國內射頻前端公司帶來了發展機遇。

                       目前國內以慧智微電子、唯捷創新等射頻前端企業與全球行業巨頭相比尚處于成長期,能否成為行業領軍企業既需要進一提升技術實力,從而適應行業變革的需要,也需要在不斷地提升產量中提高產品的一致性、穩定性等性能,更需要持續穩定的資本支持。國家集成電路產業投資基金二期也明確表示重點扶植包括5G、AI等新興應用領域的IC設計公司。

                       相信在5G商用和國產替代雙重因素的推動下,國產通信核心器件廠商會迎來快速的發展機遇,投資人應該把握產業升級進步的機遇。

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                       本文作者俞澤&杜文婧,就職于建投華科。

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