从华为P50 5G功能受限于射频前端 看国产厂商挑战

2021年08月24日 10:52 次阅读 稿源:爱集微APP 条评论

集微咨询认为,以下几个趋势将对射频前端市场格局产生深远影响:- 5G射频前端BoM成本越来越高,模组化趋势明显;- 高通跨界进入射频前端领域并不断扩大市场份额,传统射频前端厂商与SoC厂商抱团对抗;- 美国对华为出口管制以来,射频前端市场发生动荡,国产厂商开始起飞;- 国产射频厂商密集IPO,但是在代工、材料等环节仍然薄弱,供应链需要相互扶持成长。

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通信技术从2G演进至5G,手机需要支持的频段增多,可同时通信的通道增多、带宽变大,对射频前端器件的数量和功能要求大幅提升。以iPhone中国版为例,iPhone 3GS时仅有7个频段,iPhone 12达到55个。进入5G时代,还新增Sub-6 GHz和mmWave(毫米波)两大类频段,分集接收、MIMO和载波聚合等技术被广泛应用,对实现通信功能扮演关键角色的射频前端芯片带来了极大的机遇和挑战。

01 5G推升智能手机射频前端单机价值量和BoM占比

在射频前端层面,5G手机与4G版本相比,每个5G手机中的射频含量高出5美元至8美元,而毫米波版本则多出10美元。Gartner对这一数据的预测更高,分别达到8美元和20美元。下图显示了2020年4G到5G不同制式智能手机中,单机射频前端BoM成本和BoM成本占比都急剧攀升。

集微咨询认为,射频前端BoM成本在过去10年里保持稳步增长,主要由两个趋势推动,一是手机通信制式从针对地区和运营商的特定设计向“全球通”设计转变;二就是从2G/3G向4G LTE和5G过渡。射频前端模块中功率放大器(PA)、滤波器、天线、开关和低噪声放大器(LNA)等主要组件的用量增加,推动了单机价值量的增长。

另一方面,智能手机市场开始复苏,尤其自去年以来中国5G智能手机增长势头迅猛。去年5G智能手机产量在2.26亿台左右,今年预计将达到5.2亿台。

在这种趋势下,射频前端市场近几年一直保持着蓬勃发展的势头。Gartner预测,到2021年底,射频前端市场规模预计将达到170亿美元,高于2020年的140亿美元,2019年(5G推出之年)至2026年间的复合年增长率为8.3%,五年后射频前端市场规模将达到210亿美元。

02 手机处理器厂商跨界,射频前端市场格局受冲击

从2G到5G,智能手机中集成的射频前端器件越来越多,但是射频轻薄化、长待机等需求使得手机内部留给PCB的空间越来越有限。IHS的数据显示,从iPhone 6到iPhone 8,射频前端模组(PAM/FEM)数量从2个增加到6个,而占用的PCB面积仅增加了40%。为此,射频前端模块化将成为长期趋势,从早期低集成度的FEM、PA模组PAM、多频段FEM+PA集成,到中集成度的多频段开关+滤波器DiFEM模块,或者滤波器+双/多工器+天线开关的FEMiD模块,再到如今高集成度的多模多频PA+ FEMiD+Tx/Rx模组的PAMiD模块,今后预计还将进一步集成LAN器件形成LPAMiD。

目前全球射频前端市场领导者普遍都拥有适应多种市场需求的灵活模块产品,甚至为旗舰智能手机定制模块,因此在高度集成化趋势下,他们将更有能力进一步巩固领导地位。

不仅如此,随着5G要求更高的集成度,射频前端和调制解调器/收发器之间的关系也更紧密,处理器供应商触角延伸至射频前端领域。包括高通、华为、联发科和三星在内的供应商都在增加射频前端能力,但目前看来高通取得的成效更为显著,该公司通过高度集成射频前端功能来实现其调制解调器解决方案的差异化。在此驱动下,2020年高通射频前端器件的收入有望实现增长50%,预计到2022年该公司将成为营收最高的射频前端供应商之一。

集微咨询认为,智能手机处理器厂商进入射频前端领域,对市场产生的影响主要在以下几个方面:

1.冲击传统射频前端厂商的市场空间。高通等处理器厂商为其SoC提供射频前端组合或直接集成进SoC中,整合为毫米波天线封装(AiP)模组,成套解决方案相比之下具有节省智能手机设计人力、时间成本方面的优势,将在一定程度上抢占传统射频厂商的份额。

2.SoC和射频厂商抱团合作以提升竞争力。随着射频前端BoM成本和系统整合难度增加,没有射频前端能力或能力较弱的SoC厂商,为了与高通对抗,选择与传统射频前端厂商更紧密地合作。例如2020年10月,博通、英特尔、联发科、村田、Qorvo、Skyworks和三星联合成立OpenRF联盟,目标是提供开源框架,OEM可以从多供应商生态系统中选择可互操作的同类最佳解决方案,同时在任何5G基带上使用相同的射频前端。行业分析公司Mobile Experts报告称,通过使用OpenRF框架,OEM、射频前端供应商和调制解调器供应商每年在研发方面可节省9亿美元。

3.苹果自研调制解调器。在收购英特尔的基带业务后,射频前端BoM成本占比越来越高,预计苹果也将提升这方面的能力。

上述趋势将给传统射频前端厂商带来压力,随着射频前端价值量增加,市场也将进一步整合。传统射频前端厂商可能不会进入智能手机处理器市场,但是可能会进入其他无线连接芯片等领域以抵消市场竞争带来的影响。

03 华为受限影响射频前端市场,国产厂商将起飞

随着5G智能手机快速渗透,射频前端成为半导体领域最受关注的新增长点,稀缺概念股卓胜微受到市场热捧,成就了国内首家市值超千亿的射频前端芯片企业。在市场和资本的加持下,今年6月份上交所密集受理了多家射频芯片厂商IPO申请。但看似火热的发展势头下,核心领域仍然受制于国际厂商依然是不争事实。

7月底,在5G基本已经成为中高端智能手机标配的今天,华为发布的搭载麒麟9000顶级旗舰5G芯片的P50Pro却只能作为4G手机用。究其原因,尽管P50系列的供应链已经是国内智能手机中国产化程度最高的,在5G射频前端上仍很大程度依赖于进口。

去年华为Mate30拆解结果显示,海思已经实现处理器、基带、天线开关等的自研,但射频前端模块仍来自日本村田制作所;P40的拆解结果同样显示,已经在很大程度上摆脱了对美国公司的依赖,并开始PA的研发,但射频前端组件仍然主要来自高通、Qorvo和Skyworks等厂商。

为了应对美国的出口限制,2019年9月之后,集微咨询梳理发现华为在射频前端上做了几件事:加大射频器件库存备货力度;通过旗下的海思加快相关器件研发,提升内部的射频前端技术能力,同时通过华为哈勃投资国内优秀的射频公司;加大与村田这家主要的非美系射频前端组件供应商的合作力度;与卓胜微等中国本土供应商合作,使其在华为禁令后相关业务翻了一番。

即使美国将来放宽对华为的限制,也将对射频前端市场产生持久的影响。目前这些限制已经对华为的智能手机业务造成重大冲击,被迫剥离荣耀品牌。随着其他智能手机品牌填补华为的市场空白,射频前端市场格局或将发生变化。

另一方面,华为等国内智能手机品牌加大了对国产供应链的支持力度,国内射频芯片厂商迎来飞速发展周期,取得了两位数的增长,新的初创厂商也在不断涌现。国内射频前端厂商多数以分立射频器件业务起家,例如分立式LNA或开关等,并凭借这些产品积累专业知识,与OEM逐渐建立信任,在国内政策和投资空前热情的加持下,技术和市场有望得到显著增长。

今年6月,国产射频芯片厂商在多个5G智能手机机型中的应用被曝光,预计今年下半年将是国内射频前端芯片全面起飞的起点,并不断走向高端:

三星Galaxy F52(5G)发布,采用了飞骧科技的Phase5N射频前端模组FX5627H、FX5627K、FX5805A;

三星支持5G全球频段的Galaxy A22发布,5G Sub-6GHz新频段射频前端采用了慧智微完整5G解决方案,是三星首次采用大陆厂商的高集成度5G L-PAMiF射频模组,一颗n77/78/79 L-PAMiF S55255用于发射及接收,三颗n77/78/79 L-FEM S15728用于接收;

荣耀50发布,采用了昂瑞微的OM9901-11、OM9902-11两颗5G PA。

除此之外,据供应链透露,唯捷创芯、飞骧科技、慧智微、汉天下等,有几家厂商的5G分离式方案已经在OPPO、荣耀、小米等品牌中获得越来越多的立项,4G机型则很早就开始并已量产出货。卓胜微WiFi PA、FEM等方案,也获得国内WiFi路由器厂商承认,开始在代工厂大量投片。

观察卓胜微、昂瑞微、唯捷创芯等头部厂商的布局,在不断取得市场份额之际,他们也在扩宽产品组合。集微咨询认为,中国领先射频芯片设计厂商的下一步将是推出集成模块,并会为此得到更多融资。可能最终并非所有公司都能取得成功,但是可以期待未来几年射频领域会有更多的合作与整合。

04 产能和材料是国内射频前端企业的主要供应链瓶颈

射频前端供应链主要包括材料、设计、代工、封测等环节,行业龙头Qorvo、Skyworks、村田等主要以IDM模式运营,能够更好地利用在工艺上的konw-how,发挥工艺与设计协同优化优势,获得更大的产品和性能优势,同时提高了技术门槛和壁垒。

国内射频前端厂商绝大多数以fabless模式运营,在技术和规模上相对落后于IDM龙头。他们主要依靠中国台湾的稳懋、宏捷科和美国GCS(环宇)等化合物代工厂生产芯片,大陆化合物代工厂主要是三安集成、海威华芯等,产能规模和工艺水平与前者相比仍有不小差距。

但是,即使是砷化镓晶圆第一大代工厂稳懋,其产能也仅有全部市场产能的6%,远不及Skyworks和Qorvo。因此国内射频芯片厂商面临的主要挑战之一就是难以获得足够的晶圆产能,尤其是在当前整体产能紧缺的局势下。据集微咨询了解,国内PA厂商就曾遇到被稳懋拉长交货周期的变相断供事件。通常情况下,国内射频芯片厂商也更愿意与稳懋这样具备成熟工艺的代工厂合作,更换代工厂需要漫长的磨合周期。

华为事件后,在供应链安全的考虑推动下,三安集成等大陆代工厂也迎来了更多的大陆客户合作意向,该公司今年上半年实现销售收入10.16亿元,同比增长170.57%,客户信赖度大幅提升,在工艺优化、良率提升方面产生良性循环。近期三安集成多个型号SAW滤波器和双工器产品通过紫光展锐T107智能化轻量级手机平台和展锐8910DM物联网平台的认证,顺利进入紫光展锐认证供应商清单,标志着三安集成的滤波器产品正加速进入全球主流射频前端平台。随着未来三安产能的进一步开出,将为国产射频前端产业链带来更多利好。

此外,RF-SOI工艺需求也在不断提升,大陆目前具备该工艺的代工厂较少,多数仍在布局阶段,其中华虹宏力200/130nm RF-SOI制程获得了大量成功量产经验,并将继续研发55nm及以下节点制程研发。

在材料方面,PA主流工艺材料为砷化镓(GaAs),主要供应商是住友电工和AXT,GaAs外延片主要供应商是IQE、VPEC等。射频开关主流工艺为RF-SOI,主要供应商为法国Soitec。滤波器主要使用的压电材料,信越化学、住友、小池产业和山寿工业等四家日本厂商合计占据超过90%的市场。

在封测方面,随着5G射频前端模组的到来,射频前端对半导体的多芯片封装工艺需求越来越多,Flip-Chip、SiP等先进封装成为主流,这方面长电科技、通富微电和华天均可满足需求,并已经成为他们主要的业务板块。

05 总结

射频前端行业主要应用市场为智能手机,受市场波动影响较明显,但是在中美长期科技竞争态势下,国产射频厂商将显著受益。随着他们在市场中取得一定份额并开始走向高端,更应该注重构建专利护城河、提升极速壁垒,同时与产业链一起协同发展,共同成长。

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