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?属于国产射频芯片的时代,宣告到来

文章来源:本站     责任编辑:admin     2021-09-05 01:00:34 | |

图片来源@视觉中国

文 | 半导体行业观察

十年奋进一路歌,砥砺前行求突破。

历经十年,再回首,方知行已远;虽坎坷,收获已满满。属于国产射频前端芯片的时代,宣告到来!

无线的世界,无限的世界,射频芯片因无线电而生,生活因无线通信而精彩。随着无线通信应用越来越广泛,对射频前端芯片的需求也越来越多;从5G手机到万物互联,射频前端芯片伴随左右。射频前端芯片包括功率放大器(PA),开关(switch),低噪声放大器(LNA)。

射频前端芯片改变通信,通信改变生活。通信技术日新月异,从电报、固定电话、大哥大、BP机等再到移动电话的迅猛发展,从GSM、GPRS、CDMA、4G到5G等技术的不断演进,射频前端芯片成就通信技术,也成就你我他的美好生活。

国产射频芯片从2G走到5G

写此文章,向致力于中国射频前端芯片发展的产业人和投资人表示最诚挚的敬意。作为模拟芯片皇冠上的明珠,射频前端芯片技术难度高,研发时间长,尤其是射频PA技术,长时间被国外所垄断。曾几何时,中国射频前端芯片研发人才几乎一片空白,国内资本对射频前端芯片没有概念,也没有兴趣。中国射频前端芯片在艰难中一步一步走来,成为国产芯片中最好的典范。

通过十几年的奋斗与坚持,国产射频前端芯片从2G走到了5G;在技术上,从落后国外厂商到齐头并进,让中国射频前端芯片从此有了信心。

2G时代

中国移动在1995年正式开通GSM网络,2G通讯时代开始。

直到2004年,锐迪科(RDA)成立才开启国产射频2G PA设计,也是国产射频前端芯片零的突破。锐迪科也成为了中国射频前端芯片的黄埔军校。

2G时代,国产手机品牌有天语手机、CECT手机、首信手机、夏新手机、波导手机、TCL手机、科健手机等等。2007年,天语手机在中国手机市场仅次于诺基亚,作为天语手机公司的董事长荣秀丽在2007年被评为 “中国手机20年风云人物”,2008年以42亿元财富值位列《胡润IT富豪榜》第11位。

3G时代

2008年第四季中国发放3G牌照,发放的3张3G牌照采用三个不同标准。根据电信业重组方案,3G牌照的发放方式是:新中国移动获得TD-SCDMA牌照,新中国电信获得CDMA2000牌照,中国联通获得WCDMA牌照。

2010年6月,无锡中普微电子有限公司由两位海归回国创立,创始人曾工作于美国知名射频芯片公司RFMD,推出了国内第一颗量产3G PA产品,中普微通过3G PA产品在2014年实现销售额近一亿元,成为国内当时最大的射频芯片公司。后来,很多射频前端芯片研发人才从这里走出。

同样是2010年6月,唯捷创芯在天津成立,主要研发中心放在上海。投资人是天语手机公司的董事长荣秀丽,也是唯捷创芯的最大股东和实控人。早些年前,手机行业每年都面临射频PA紧缺,主要供应商为美国公司RFMD和Skyworks。做过手机的人都知道射频前端芯片的重要性,因此荣总投资了当时资本市场并不看好的射频前端芯片赛道,专注于2G,TD-SCDMA,WCDMA射频PA芯片设计研发。

4G时代

2013年11月,中国移动正式发售4G手机;距离在2010年的美国无线通信展上,HTC正式宣布其第一款4G手机——HTC Evo 4G,已经是3年以后。

2011年11月,慧智微电子有限公司在广州成立,研发中心放在广州和上海。慧智微采用自主技术的可重构架构设计射频前端,开创了技术创新的先河。

2012年8月,江苏卓胜微在无锡成立,通过射频开关和LNA正式进入到射频前端芯片领域。

2012年9月,昂瑞微的前身贵州中科汉天下电子有限公司成立,早期主要从事COMS射频功率放大器(PA)和MEMS射频滤波器/双工器的研发,后面进入到砷化镓射频PA研发。

2015年5月,飞骧科技由上市公司国民技术有限公司无线射频事业部拆分而独立出来,成立深圳飞骧科技有限公司,正式成为一家专注射频前端芯片和解决方案的公司。

2017年4月,锐石创芯在深圳成立。创始人从美国Skyworks归来,从事4G射频PA研发。

据当时的行业统计,2017年中国射频前端芯片销售额仅20亿左右,约占中国市场的10%,仅占全球市场的4%。滤波器作为无源器件不在此统计范围,国产滤波器占有率不到1%。

5G时代

2019年10月31日,三大运营商公布5G商用套餐,并于11月1日正式上线5G商用套餐。2020年是中国5G元年,也是全球5G元年。同年,国产5G射频PA正式进入市场。

国产2G PA晚了国外近十年,国产3G PA比国外厂商晚6年,国产4G PA比国外厂商晚5年,而国产5G PA几乎与国外厂商同年推出。

2019年,慧智微第一个推出国产5G UHB 高集成模组,2020年3月,搭载慧智微5G PA模组的首批OPPO K7x手机批量出货。

2021年,唯捷创芯、昂瑞微、飞骧科技的Sub-3GHz分立Phase5N PA陆续在品牌手机上量产出货。

国产射频芯片从性能走到可靠性

一颗成熟的芯片需要走过三个阶段:性能、一致性、可靠性。

国产芯片从性能追赶国外芯片开始,再到追求一致性,最后到芯片可靠性,可靠性是质量管理体系的一个重要部分。

可靠性更可以理解为产品在规定环境、规定时间内的性能保持能力。性能与强度在使用过程中会慢慢降低,并且出现不可靠的问题,所以可靠性通过数理统计原理预测寿命与故障,从而倒逼来控制质量。

一颗IC芯片,除了设计,流片,封装测试外,量产前需要做可靠性验证。正常完成一批可靠性实验需要至少两个月的时间,需要测试3批次的可靠性才算将产品可靠性验证完成。因此,可靠性测试也是一项耗时耗财的大工程,也是芯片质量保障中不可或缺的部分。

可靠性(Reliability)是对产品耐久力的测量, 典型的IC产品的生命周期可以用一条浴缸曲线(Bathtub Curve)来表示。

如上图示意, 集成电路的失效原因大致分为三个阶段:

Region (I) 被称为早夭期(Infancy period), 这个阶段产品的失效率快速下降,造成失效的原因在于IC设计和生产过程中的缺陷;

Region (II) 被称为使用期(Useful life period), 这个阶段产品的失效率保持稳定,失效的原因往往是随机的,比如温度变化等等;

Region (III) 被称为磨耗期(Wear-Out period) 这个阶段产品的失效率会快速升高,失效的原因就是产品的长期使用所造成的老化等。

射频前端芯片产品集成度越高,通过可靠性测试难度也越大,对设计、晶圆和封装的要求就越高,但国产射频前端芯片就这样一个产品接着一个产品地走过来了。

随着2014年MTK定义了phase2的射频前端架构,GSM PA和天线开关SP16T被整合为TX Module, H/M/L三个频段的线性PA被整合为MMMB(multiple mode multiple band) PA。

2015年市场对载波聚合(CA)有需求,MTK推出phase3方案,将TX Module的SP16T变成DP18T开关,同时将MMMB PA一分为二,一个Low Band,一个Middle/High Band。

2017年,市场对手机全面屏有需求。TX Module和MMMB PA的输出功率进行提高,被业界称为phase5方案。

2020年,MTK推出Phase7Lite方案,在Sub-3GHz中,把主集的LNA整合到PAMiD里面,有了Low L-PAMiD和MH L-PAMiD,另外搭配n41 PAMiF。

性能只是射频芯片产品的第一步,一致性可以通过测试来把控,可靠性才是终极目标。在国内手机行业,华为和OPPO对可靠性的要求是最高的,甚至高过三星手机。华为和OPPO有完整的可靠性测试实验室和测试设备,也有专门的第三方测试机构配合。多年前,行业客户就有一个不成文的参考,只要华为和OPPO已经采用的芯片,就可以直接导入供应链。

国产射频5G PA,慧智微是第一家打入OPPO供应链的。在OPPO的射频前端芯片供应链里,国产射频芯片还有卓胜微和唯捷创芯。

国产射频前端芯片就是在国内手机大客户的高标准和严要求下成长起来的,也和国产手机公司提供国产芯片机会与支持分不开的。

国产射频芯片从配角走到主角

今年,国产射频前端芯片将从2017年的销售额20亿元成长到120亿元以上,已经从配角成为了主角。接下来,国产射频前端芯片还会快速成长,未来5年,国产射频前端射频芯片销售额将超过300亿。不用十年,国产射频前端芯片将成为全球主导者。

  • 从规模上

据市场消息,卓胜微预计在9月份发布5G NR PA模组,正式加入国产5G PA行列。射频PA是射频前端芯片的主导者和技术制高点,卓胜微加入国产5G PA行列,从规模上加强了国产射频芯片的实力。至此,国产射频芯片从资金实力、研发人员数量、研发投入上与国外的差距越来越小。

国产射频芯片公司的规模在快速成长,先看卓胜微2021年上半年业绩报告,实现营业收入23.59亿元,同比增长136.48%;净利润为10.14亿元,同比增长187.37%。整体毛利率57.63%,较去年同期提高4.99%。预计全年营业收入约50亿元,现在市值1300亿,这个市值与美国Skyworks和Qorvo相当。

再看唯捷创芯,在科创板已经完成上市辅导,不久将正式上市。通过4G PA和5G NR PA产品,唯捷创芯在市场上有了很好的收获,预计2021年营业收入将突破30亿元,接近40亿。

最后谈一下慧智微,根据企查查消息透露,7月份国家集成电路产业资金二期投资了广州慧智微电子有限公司,随着国家队的加持以及慧智微营收大幅上升,仅次于唯捷创芯,公司实力大增。公司规模从过去的几十人到现在的几百人,实现了跨越式发展。慧智微上市条件已经具备。

在未来2年。中国至少会有5家国产射频PA上市公司。其市值和规模总和,将成为世界第一。

  • 从技术上

技术是芯片的根本,规模是芯片技术发展的基础。国产射频芯片的发展和超越,要落实到技术和研发人才上。

中国芯片,不一定是中国技术,很多国产芯片的IP来自国外公司。芯片是一个全球化的合作产物,各自的技术汇合有助于芯片技术和芯片产品的快速发展。

中国射频芯片,一定是中国技术。国产射频芯片的IP都是自己开发的,一个技术接着一个技术的攻破,一个难点接着一个难点的解决,靠着研发人员不断流片和迭代,中国射频芯片技术的发展是用时间和努力换来的。

从2G到5G,射频芯片技术越来越难,射频芯片产品越来越复杂,经历了10多年,终于在5G时代迎头赶上。做射频芯片,要学会和时间做朋友。

谈到技术,我不得不举例慧智微。5G UHB频段的L-PAMiF集成度最高,也是最具挑战的5G PA模组,非常考验射频芯片公司的综合设计能力。慧智微是国内第一家量产5G频段射频前端集成收发模组L-PAMiF,产品覆盖5G UHB 新频段n77/78/79频段,被OPPO和三星手机所采用。

慧智微之所以取得成功,能够在5G时代更快速地推出射频前端产品,能够追平国外厂家推出产品的速度,是主动策略思考和自主技术创新路线的结果。

  • 从产品上

2G、3G过去了,2G PA和3G PA已经是国产射频芯片公司的天下。

4G正在成为过去式,不管4G成为过去还是选择留下,4G PA已经被国产射频芯片公司所主导。

5G正在来临,国产射频芯片公司与国外射频芯片公司将在5G PA产品上一决高下。可以从5G手机射频前端方案来分析国产5G PA产品竞争力。有2种方案:

1.高端方案:采用L-PAMiD和UHB L-PAMiF。

2.经济方案:Sub-3GHz采用分立方案, phase2+phase5N PA+UHB L-PAMiF

L-PAMiD又分为Low L-PAMiD和MH L-PAMiD,这个产品目前国外厂家走在前面,除此之外,经济方案中的产品,国产射频芯片完全可以替代,而且在品牌手机客户端已经逐渐替代。

实际上,成本导向的手机方案更倾向于第2种方案,器件选择的自由度高,成本上更有吸引力。如果这种趋势没有改变,那么国产射频芯片已经成为名副其实的主角。

写在最后

属于国产射频芯片的时代已经到来,但射频芯片大丰收的日子还远没有到来。

国产射频芯片企业找到了舞台,也看到了希望,然而更残酷的竞争和市场洗礼在等待着每个国产射频芯片企业。淬炼之后,便是强大。

春天已来,夏天会在,秋天将更灿烂。

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