國(guó)產(chǎn)射頻芯片發(fā)展進(jìn)入快車道

“編者按:隨著5G、智能物聯(lián)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等的快速發(fā)展，對(duì)半導(dǎo)體底層技術(shù)提出了越來越多新需求、新挑戰(zhàn)。射頻器件如何適應(yīng)5G時(shí)代頻率提升、帶寬增加的發(fā)展趨勢(shì)，射頻前端芯片如何兼融從2G到5G的持續(xù)升級(jí)?！吨袊?guó)電子報(bào)》特邀請(qǐng)創(chuàng)新型企業(yè)高層，探討半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)如何抓住這輪難得的技術(shù)革新機(jī)會(huì)。”

北京昂瑞微電子技術(shù)股份有限公司董事長(zhǎng)兼總經(jīng)理錢永學(xué)：

國(guó)產(chǎn)射頻芯片發(fā)展進(jìn)入快車道

每一次通信制式的升級(jí)，都是射頻芯片價(jià)值提升的機(jī)遇。目前的5G手機(jī)必然要兼顧2G/3G/4G，因此在保留2G/3G/4G射頻芯片市場(chǎng)的同時(shí)，支持5G新頻段的射頻芯片成為了全新增量。據(jù)Skyworks數(shù)據(jù)，2G手機(jī)射頻前端芯片價(jià)值約為3美元，3G手機(jī)增加到8美元，高端4G手機(jī)18美元，而5G手機(jī)達(dá)到25至30美元。

近年來，國(guó)內(nèi)射頻芯片廠商從相對(duì)成熟的分立射頻芯片起步，在5G手機(jī)廣泛普及前的窗口期，逐步實(shí)現(xiàn)了中低端機(jī)型射頻前端的本土化，同時(shí)積累了模組開發(fā)能力，逐步走向全品類供應(yīng)。一些射頻芯片的明星企業(yè)開始覆蓋三星、小米、榮耀、VIVO、OPPO等全球領(lǐng)先手機(jī)品牌客戶，實(shí)現(xiàn)了射頻模組產(chǎn)品從無(wú)到有、從有到質(zhì)的突破。

北京昂瑞微電子技術(shù)股份有限公司董事長(zhǎng)兼總經(jīng)理錢永學(xué)認(rèn)為，5G是下一輪科技革命的制高點(diǎn)，對(duì)中國(guó)實(shí)現(xiàn)全球創(chuàng)新引領(lǐng)至關(guān)重要。射頻前端的技術(shù)創(chuàng)新是推動(dòng)5G發(fā)展的核心引擎。在聯(lián)網(wǎng)設(shè)備大規(guī)模增長(zhǎng)趨勢(shì)下，射頻前端是成長(zhǎng)最快、最確定的方向之一。高度集成和模組化的射頻前端必將成為未來趨勢(shì)。

他指出：“射頻前端產(chǎn)業(yè)鏈呈現(xiàn)美日寡頭壟斷的格局，中國(guó)5G通信中，射頻前端已成為最大掣肘，必須加快本土化進(jìn)程，保障供應(yīng)鏈安全?！?/p>

對(duì)國(guó)內(nèi)芯片設(shè)計(jì)公司來說，這樣的歷史時(shí)期，既是千載難逢的歷史機(jī)遇，也存在不少嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

昂瑞微一直堅(jiān)持多產(chǎn)品線發(fā)展戰(zhàn)略，將手機(jī)射頻前端芯片和物聯(lián)網(wǎng)射頻SoC芯片作為重要產(chǎn)品類別。其2G/3G/4G/5G全系列手機(jī)射頻前端芯片包括射頻前端模組PAMiD/PAMiF、L-FEM、MMMB、TxM、PAM等，還有射頻開關(guān)、低噪聲放大器、天線調(diào)諧器等。其中5G系列射頻前端模組已經(jīng)導(dǎo)入國(guó)內(nèi)多家手機(jī)品牌企業(yè)。

正如錢永學(xué)所說：“只要堅(jiān)守初心，勇于探索創(chuàng)新，就一定能夠撥云見日，創(chuàng)造出美好的未來?！?/p>

南京星火技術(shù)有限公司總經(jīng)理陳熙：

射頻和人工智能協(xié)同創(chuàng)新助推5G通信

根據(jù)Yole預(yù)計(jì)，到2023年，全球射頻元件市場(chǎng)將增至2450億元，其中在5G產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮重要作用的濾波器市場(chǎng)將提升至1575億元，5G射頻前端模塊市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)350億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率14%。由此可見，濾波器是未來幾年射頻前端元件中成長(zhǎng)最快的元件。為助力5G產(chǎn)業(yè)，南京星火技術(shù)有限公司推出了全球首款基于人工智能的5G濾波器智能調(diào)諧機(jī)器人，利用全新升級(jí)的人工智能集成電路云平臺(tái)，填補(bǔ)了自動(dòng)化調(diào)試濾波器的技術(shù)空白。

陶瓷介質(zhì)濾波器的介電常數(shù)較高，Q值也高，損耗小且溫度漂移小，相比傳統(tǒng)金屬腔諧振器，它具有高抑制、插入損耗小、溫度漂移特性好等特點(diǎn)，是目前5G通信領(lǐng)域的主流濾波方案。

陶瓷濾波器結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，生產(chǎn)過程中一直都是依靠人工進(jìn)行調(diào)試，通常需要40多個(gè)高難度的調(diào)試動(dòng)作，工人要手持磨頭對(duì)濾波器的表面銀層進(jìn)行去除，再通過網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)圖形的不斷變化進(jìn)行調(diào)試，稍有差池，銀層一旦打磨過度即不可恢復(fù)，就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。

在介質(zhì)濾波器量產(chǎn)過程中，受不同批次材料一致性較差、生產(chǎn)裝配誤差等因素影響，每只產(chǎn)品必須由熟練工人反復(fù)調(diào)試，才能實(shí)現(xiàn)介質(zhì)濾波器性能的一致和穩(wěn)定。因此，對(duì)工人熟練度及實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)有很高要求，而培養(yǎng)調(diào)試人員需要一定周期，難度也大；由于調(diào)試效果因人而異，產(chǎn)品質(zhì)量得不到有效保障。人工調(diào)試的生產(chǎn)成本和產(chǎn)能瓶頸大大阻礙了產(chǎn)品規(guī)?；a(chǎn)。

星火技術(shù)總經(jīng)理陳熙說：“最熟練的工人調(diào)試一個(gè)濾波器需要3分鐘，一天可調(diào)試100到150個(gè)，而機(jī)器人只需要60秒，24小時(shí)工作。一個(gè)機(jī)器人每天工作量相當(dāng)于5名工人的總和。”

自動(dòng)化調(diào)試是將介質(zhì)濾波器固定于調(diào)試平臺(tái)上，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀讀取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，與目標(biāo)性能進(jìn)行比對(duì)，通過調(diào)試算法軟件分析數(shù)據(jù)，產(chǎn)生控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)去除裝置根據(jù)控制信號(hào)設(shè)定的銀層去除量去除定量諧振孔表面銀層，直至實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)性能與目標(biāo)性能相匹配。

星火技術(shù)集成電路云平臺(tái)利用最先進(jìn)的耦合矩陣（couple matrix）技術(shù)提取濾波器參數(shù)，運(yùn)用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)從零開始訓(xùn)練Agent控制機(jī)器人動(dòng)作。針對(duì)機(jī)器人建立了一整套虛擬仿真環(huán)境，用智能云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)百顆GPU協(xié)同訓(xùn)練，算法迭代了1.2億次才實(shí)現(xiàn)了良好的收斂。

通過光學(xué)系統(tǒng)獲得環(huán)境信息的智能體可控制機(jī)器人對(duì)濾波器上任意位置進(jìn)行調(diào)試。當(dāng)智能體處理光學(xué)圖像時(shí)，將圖像編碼為潛在表示，然后將其用作狀態(tài)輸入來代替圖像本身。其中的關(guān)鍵在于圖像編碼過程中，模型學(xué)習(xí)緊湊的潛在狀態(tài)表示，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的精確捕捉。

陳熙表示：“近幾年人工智能、算法與其他學(xué)科交叉研究飛速發(fā)展，以前一個(gè)人一生可能恰好經(jīng)歷一次或零次技術(shù)革新，而我們可能不止是一次。AI和設(shè)計(jì)手段的極致結(jié)合將對(duì)集成電路設(shè)計(jì)和測(cè)試產(chǎn)生巨大影響，也讓射頻產(chǎn)業(yè)鏈的智能化水平不斷提升?！?/p>

深圳飛驤科技有限公司創(chuàng)始人、首席運(yùn)營(yíng)官郭嘉帥：

國(guó)產(chǎn)射頻芯片趕超國(guó)外還需努力

從市場(chǎng)規(guī)?？矗?G網(wǎng)絡(luò)新增30余個(gè)頻段，帶來了增量射頻需求，也使單個(gè)終端中射頻前端芯片的數(shù)量不斷增加，射頻價(jià)值量大幅增長(zhǎng)。Yole的統(tǒng)計(jì)表明，入門及中檔智能手機(jī)年出貨量13億部，單個(gè)終端射頻前端用量約為10美元；4G高端手機(jī)射頻價(jià)值不到30美元，而5G機(jī)型可達(dá)40美元?；痉矫妫?G基站采用Massive MIMO及小基站，基站數(shù)量和單個(gè)基站射頻價(jià)值都有增加?？傮w上看，射頻前端市場(chǎng)每年的規(guī)模將超過百億美元，到2025年全球射頻前端的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)258億美元，年復(fù)合成長(zhǎng)率高達(dá)8%。

深圳飛驤科技有限公司創(chuàng)始人、首席運(yùn)營(yíng)官郭嘉帥認(rèn)為：“從技術(shù)趨勢(shì)看，集成化、模塊化是射頻前端的發(fā)展趨勢(shì)，不過，射頻前端分立器件制造相對(duì)比較容易，要集成在一個(gè)芯片中，就要具備強(qiáng)大的射頻設(shè)計(jì)能力了。高集成模塊化有助于5G射頻前端更好地處理干擾，大幅度減少射頻模塊的PCB面積，縮短終端射頻設(shè)計(jì)周期。”他也承認(rèn)：“5G移動(dòng)終端需要支持大帶寬新頻段以及MIMO技術(shù)來實(shí)現(xiàn)超高數(shù)據(jù)率，這使射頻實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度大大增加。”

作為一家專注射頻前端、功率放大器設(shè)計(jì)和解決方案的芯片設(shè)計(jì)公司，飛驤技術(shù)洞察到行業(yè)趨勢(shì)和市場(chǎng)需求，經(jīng)過兩年全力研發(fā)，在2020年6月正式發(fā)布一套完整的5G射頻前端方案，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)第一：第一套全面支持所有5G頻段的國(guó)產(chǎn)射頻前端解決方案；第一套采用國(guó)產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)5G性能的射頻前端模塊。

回顧創(chuàng)業(yè)經(jīng)歷與研發(fā)歷程，郭嘉帥表示，2017年前，射頻芯片產(chǎn)業(yè)的霸主一直是SKY和Qorvo等美系廠商，其手機(jī)射頻芯片市場(chǎng)份額在90%以上。市場(chǎng)的發(fā)展為國(guó)產(chǎn)射頻芯片帶來了應(yīng)用機(jī)會(huì)，特別是在當(dāng)前的國(guó)際環(huán)境中。

他說：“經(jīng)過了6年的發(fā)展，飛驤的射頻前端芯片取得了很大進(jìn)展，但我們也看到了差距，這種差距會(huì)在中短期內(nèi)存在。”他告訴記者，在2G/3G/4G等中低端手機(jī)市場(chǎng)，SKY和Qorvo基本是放棄狀態(tài)，因?yàn)閲?guó)產(chǎn)射頻芯片的進(jìn)步，性能與成熟度基本與美系廠商持平，甚至在部分2G/3G產(chǎn)品上已經(jīng)成功趕超。但在5G產(chǎn)品等前沿高集成度產(chǎn)品方面，飛驤還需要一定的時(shí)間趕超。

談到核心技術(shù)能力，郭嘉帥表示，砷化鎵（GaAs）工藝是5G射頻和WiFi射頻的核心技術(shù)，飛驤已有10年研發(fā)歷史。飛驤和三安是深度戰(zhàn)略合作關(guān)系，砷化鎵工藝2017年開始穩(wěn)定量產(chǎn)，已出貨4年，目前是三安最大客戶。飛驤的特殊技術(shù)能力在于，它是唯一能夠使用國(guó)產(chǎn)三安工藝做出5G產(chǎn)品的廠商，其他競(jìng)爭(zhēng)者都必須依賴更高級(jí)也更昂貴的中國(guó)臺(tái)灣穩(wěn)懋工藝才能達(dá)到同等級(jí)性能。砷化鎵技術(shù)可保證飛驤對(duì)抗美系及國(guó)內(nèi)一眾PA廠商。

另外，飛驤從2013年開始發(fā)展SOI開關(guān)技術(shù)（SOI是CMOS的一個(gè)分支），2016年開始發(fā)展CMOS PA技術(shù)，2020年在CMOS PA方面與昂瑞微在市場(chǎng)上分庭抗禮。CMOS技術(shù)給飛驤帶來開關(guān)、LNA、CMOS PA三條產(chǎn)品線。

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