國產(chǎn)射頻前端芯片格局

2023年，國產(chǎn)射頻領(lǐng)域的各個細分賽道都將迎來上市公司，也都會有自己的標桿和龍頭企業(yè)，可以說這將是國產(chǎn)射頻前端芯片格局初定的一年。在這種格局下，國產(chǎn)射頻前端領(lǐng)域的初創(chuàng)公司若想要在行業(yè)內(nèi)站穩(wěn)腳跟，尋求進一步發(fā)展，則需要努力對標相應(yīng)賽道的標桿企業(yè)，發(fā)展至賽道前三水平。

射頻（Radio Frenquency）一詞由英文直譯而來，起初最早應(yīng)用于無線廣播（FM/AM）中，而現(xiàn)在射頻相關(guān)模塊仍然搭載在一切需要無線及通訊的設(shè)備中，負責2G/3G/4G/5G、Wi-Fi、藍牙、GPS、UWB、LoRa、NB-IoT等通信協(xié)議的接收、轉(zhuǎn)換與呈現(xiàn)。沒有射頻模塊，手機就不能再稱之為手機。

射頻芯片是射頻模塊的核心，指的是能接收或發(fā)射射頻信號并對其進行處理的集成電路，處理指的是將基帶信號進行上變頻和濾波的射頻信號發(fā)射出去，或把接收到的射頻信號通過下變頻和濾波得到基帶信號。

射頻芯片對工藝制程要求并不高，可不受摩爾定律影響[2]，但不代表它很簡單。與CPU、GPU或是電源管理芯片不同，射頻芯片設(shè)計復(fù)雜，且一般以工作頻段和增益為主要衡量標準，因此市場整體較為穩(wěn)定，更新較慢，不像前者那般時常有新品發(fā)布。[3]

主流射頻廠商主要采用自主生產(chǎn)的方式運營，即IDM（Integrated Design and Manufacture，垂直整合制造），F(xiàn)abless（無制造半導(dǎo)體）模式的公司難以與IDM公司形成優(yōu)勢，此外，射頻芯片門檻非常高，并不是說做就能做。

一方面，移動終端設(shè)備功能快速增加，5G、Wi-Fi 6技術(shù)成為主流，射頻芯片數(shù)量急劇增加，然而留給射頻芯片的空間卻沒有同步增加，高度集成化將進一步增大其設(shè)計難度，加之不同類型芯片結(jié)合方式、干擾和共存等問題，設(shè)計難度指數(shù)化提升。舉個例子來說，4G 時代，僅頭部手機廠商旗艦機會采用高度集成的PAMiD射頻前端方案，而5G時代，L-PAMiD和L-PAMiF等已成為中高端手機標配，提供不了相關(guān)技術(shù)的射頻芯片公司只會被淘汰。[4]

另一方面，從商用角度來看，設(shè)計一款射頻芯片不僅需要大量理論知識，也非?？简炘O(shè)計者的經(jīng)驗，不依賴制程的集成電路大多依靠更換材料提升性能，GaAs（砷化鎵）、SiGe（硅鍺）、GaN（氮化鎵），每一代材料，都擁有其工藝、器件和電路，加上很多射頻芯片的指標要求都是在挑戰(zhàn)工藝極限，這就要器件結(jié)構(gòu)擁有諸多創(chuàng)新。[5]

射頻芯片是一個非常泛的詞，雖然很多情況下，大家口中的射頻芯片多指代射頻前端芯片，但實際上嵌入在手機中的射頻芯片不止一種，每一種都具有廣闊的市場前景。

普遍來說，手機無線通信模塊分為射頻前端、基帶、收發(fā)器、天線四大部分，每個部分又是由大量分立的芯片組成，市場非常復(fù)雜。

智能手機通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖[6]

射頻前端——國產(chǎn)的最愛

射頻前端RFFE（RF Front End）是天線與射頻收發(fā)芯片的必經(jīng)之路，它負責無線電磁波信號的發(fā)送和接收，是移動終端設(shè)備實現(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接、Wi-Fi、藍牙、GPS等無線通信功能所必需的核心模塊。

射頻前端芯片通常集成多種不同器件，不同終端中所集成的器件的種類和數(shù)量也不同。大多情況下，射頻前端芯片包含功率放大器（PA）、濾波器（Filter）、雙工器或多工器（Duplexer或Multiplexer）、低噪聲放大器（LNA）、開關(guān)（Switch）、天線調(diào)諧模塊（ASM）等器件，而在部分終端的射頻前端架構(gòu)中，還會在天線開關(guān)后增設(shè)雙通器（Diplexer）、連接器 （Coupler）。[7]

不同器件并非各做各的任務(wù)，而是彼此協(xié)調(diào)聯(lián)動：射頻功率放大器（PA）用于放大發(fā)射通道的射頻信號；射頻低噪聲放大器（LNA）用于放大接收通路的射頻信號；雙工器用于隔離發(fā)射信號和接收信號；濾波器用于保留特定頻段的信號，濾除特定頻段外的信號；射頻開關(guān)用于實現(xiàn)射頻信號收發(fā)轉(zhuǎn)換，并將不同頻段射頻信號集中在同一通路。[6]

此外，不同器件也影響著整機的通信質(zhì)量：如整個前端的鏈路插損影響著射頻信號功率和靈敏度，PA放大性能會影響發(fā)射信號的功率，LNA放大性能會影響接收信號的靈敏度，濾波器會影響射頻信號的帶外雜散指標等。[8]

終端部分射頻前端器件介紹[7]

從2G到5G，射頻前端設(shè)計已大有不同：

一方面，移動終端設(shè)備內(nèi)芯片數(shù)量急劇增加，整體價值不斷攀升，比如說，高端4G手機中射頻前端的價值達到2G制式手機的17倍，而在5G時代射頻前端價值則達到4G制式下的兩倍以上；[9]

另一方面，移動終端設(shè)備留給射頻前端芯片的空間并沒有增加，以往，射頻前端模塊電路設(shè)計著重于功率放大器（PA）設(shè)計，追求低電壓操作、高功率輸出、高功率，以符合使用低電壓電池，藉以縮小體積，同時達到省電的目的[10]，但在功能愈加豐富的現(xiàn)今，廠商只能不能提升射頻前端的集成度，來滿足現(xiàn)有設(shè)計需求，這必然會增加中高端市場準入門檻。

2G~5G射頻前端構(gòu)成數(shù)量變化及價值量[11]

在過去多年的發(fā)展中，射頻前端不同器件工藝和材料經(jīng)歷多次迭代，目前2GHz以下頻段，射頻前端模塊以金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）、雙極結(jié)型 （BJT） 、硅鍺 （SiGe）或Bipolar CMOS等硅集成電路制程設(shè)計為主，而5GHz以上頻段，砷化鎵場效應(yīng)晶體管在電性功能表現(xiàn)優(yōu)強勢?？v觀整個市場，現(xiàn)在射頻前端各器件趨勢如下——

濾波器：可分為射頻濾波器與基站濾波器，SAW（聲表面波）、BAW（體聲波）是目前主流技術(shù)，相比SAW，BAW的的頻段更高、損耗更小、頻率范圍更廣[12]。目前，SAW偏向中低頻率數(shù)據(jù)處理，以日系廠商為主，市場應(yīng)用空間更大，BAW偏向高頻率數(shù)據(jù)處理，以美系廠商為主，應(yīng)用空間更窄，但價值量高[2]。從產(chǎn)業(yè)鏈端來看，上游關(guān)鍵原料包括壓電晶片（SAW常用鉭酸鋰、鈮酸鋰等，F(xiàn)BAR常用氮化鋁等）和陶瓷基板，主要集中在日本；中游器件制造集中在日本和美國；下游需求端包括手機、車載終端、VR設(shè)備等。4G時代，一款手機僅需30多個濾波器，而5G時期通常要使用上百個濾波器，此外單價也從7.5美金提升至8~12美元，市場空間正逐步攀升[13]。市場方面，濾波器將從2022年的121億美元提升至2030年的346.1億美元，年復(fù)合增長率16.2%；[14]

放大器：分為射頻低噪聲放大器和射頻功率放大器兩類，主要采用PHEMT和HBT兩類晶體管實現(xiàn)，X波段及以上頻段主要采用頻率高、噪聲低、輸出功率大的PHEMT工藝，HBT工藝則在高速、大動態(tài)范圍、低諧波失真、低相位噪聲等應(yīng)用占據(jù)獨特地位[15]，只有滿足一定技術(shù)指標的放大器才具備實用性，包括功率輸出、系統(tǒng)效率、頻率范圍和失真等，國內(nèi)玩家包括慧智微、紫光展銳、飛驤科技、昂瑞微等。市場方面，PA將從2022年的50.3億美元增長至2032年的210.4億美元，年復(fù)合增長率15%[16]，LNA將從2020年的20.5億美元增長至2027年的32.9億美元，年復(fù)合增長率6.97%；[17]

射頻開關(guān)：主要包括傳導(dǎo)開關(guān)和天線開關(guān)兩類，主要采用RF-SOI工藝，廣泛應(yīng)用于智能手機等移動智能終端[11]。市場方面，射頻開關(guān)將從2020年的40.2億美元增長至2027年的85.6億美元，年復(fù)合增長率11.4%；[18]

雙工器：又稱天線共用器，由兩組不同頻率的帶阻濾波器組成，避免本機發(fā)射信號傳輸?shù)浇邮諜C，技術(shù)指標主要包括工作頻率范圍、隔離度、插入損耗、穩(wěn)定度、電壓駐波比（VSWR），市場方面，雙工器將從2022年的78.5億美元增長至2023年的216.2億美元，年復(fù)合增長率，10.7%。[19]

不同射頻前端器件的材料、特殊制造工藝都在不斷發(fā)展[20]

射頻前端全球市場增長穩(wěn)定，且集中度極高。Yole數(shù)據(jù)顯示，美國的思佳訊（Skyworks）、博通（Broadcom）、威訊聯(lián)合半導(dǎo)體（Qorvo）、高通（Qualcomm）和日本的村田（Murata）五家廠商的產(chǎn)品在2021年和2022年占據(jù)了超過80%的市場份額，國內(nèi)廠商銳迪科、國民飛驤、唯捷創(chuàng)芯、韋爾股份等則只能分食僅剩的20%市場份額。

需指出的是，雖然本土廠商已不斷在射頻開關(guān)、低噪聲放大器等細分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，但依然缺乏中高端產(chǎn)品，高度依賴進口。[40]

國產(chǎn)射頻芯片關(guān)鍵事件，制表丨果殼硬科技

參考資料丨半導(dǎo)體行業(yè)觀察[41][42]，集微網(wǎng)[43]《軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品》[44]

當國產(chǎn)射頻芯片賽道擠滿玩家之后，內(nèi)卷開始，曾經(jīng)的香餑餑開始出現(xiàn)異樣。

國產(chǎn)射頻前端芯片五個賽道與五個標桿

國頻前端芯片企業(yè)的成功基本是基于單點突破的，最終形成了五個賽道和五個標桿。個人看來，濾波器是一個很大的市場，但分立濾波器很難形成一個賽道和龍頭企業(yè)。射頻前端芯片的末端是模組，接收濾波器的盡頭是DiFEM和LFEM，而發(fā)射濾波器的盡頭則是PAMiD。

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賽道一：射頻開關(guān)/LNA，

標桿企業(yè)：卓勝微

江蘇卓勝微電子股份有限公司成立于2012年8月10日，于2019年6月18日在深圳證券交易所創(chuàng)業(yè)板上市，是一家專注于射頻集成電路領(lǐng)域的研究、開發(fā)、生產(chǎn)與銷售的高新技術(shù)企業(yè)。公司通過多年的技術(shù)經(jīng)驗積累，持續(xù)完善公司產(chǎn)品矩陣，主要向市場提供射頻開關(guān)、射頻低噪聲放大器、射頻濾波器、射頻功率放大器等射頻前端分立器件及各類模組產(chǎn)品，同時公司還對外提供低功耗藍牙微控制器芯片。目前公司已初步完成射頻前端全品類的縱深布局，形成資源和技術(shù)平臺的競爭優(yōu)勢，成為國內(nèi)領(lǐng)先覆蓋從研發(fā)設(shè)計、晶圓制造、封裝測試到銷售等完整產(chǎn)業(yè)鏈的射頻前端供應(yīng)商。

卓勝微自成立以來經(jīng)營業(yè)績和利潤保持平穩(wěn)增長，營業(yè)收入從2014年的4400萬人民幣增長至2018年的5.6億人民幣。2018年分立射頻開關(guān)營業(yè)收入4.6億人民幣，占比82%；LNA營業(yè)收入8500萬人民幣，占比15%。而在上市后，2019年的營業(yè)收入更是達到了15.12億人民幣，增長超過3倍。2022前三季度，實現(xiàn)營業(yè)收入30.17億人民幣，2022年營收預(yù)計為41.67億元。

卓勝微在上市后，進入所有手機品牌客戶，鎖定第一供應(yīng)商的位置，助力業(yè)績快速增長。與此同時，卓勝微從分立開關(guān)轉(zhuǎn)向DiFEM和LFEM，其業(yè)績再次得到快速增長。2021年，卓盛微推出了PAMiF，標志著正式進軍手機PA，未來也必然會向PAMiD邁進。

國產(chǎn)射頻前端芯片的第一個賽道，將在卓勝微的主導(dǎo)和射頻行業(yè)的推動作用下，從從分立開關(guān)/LNA賽道逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镈iFEM和LFEM賽道。

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賽道二：Phase2和Phase5N PA，

標桿企業(yè)：唯捷創(chuàng)芯

中國于2008年4月1日開始普及3G網(wǎng)絡(luò)，目前有三種3G標準：WCDMA、CDMA 2000、TD-SCDMA。

作為國內(nèi)PA行業(yè)的領(lǐng)先力量的唯捷創(chuàng)芯成立于2010年6月，為3G PA而生，一直專注于射頻前端及高端模擬芯片的研發(fā)與銷售，產(chǎn)品主要應(yīng)用于智能手機等移動終端，是手機中的核心芯片之一。2012 年公司獨立研發(fā)的射頻功率放大器芯片開始量產(chǎn)，2013 年公司即進入全國集成電路設(shè)計企業(yè)前 30 強。到2014年，唯捷創(chuàng)芯果斷放棄3G PA，進入了4G Phase2 PA，并于2016年開始將產(chǎn)品投放市場，到2018年，其銷售額達到了2.83億元。此后，唯捷創(chuàng)芯營收進入快車道，2019年，2020年，2021年，營業(yè)收入分別達到5.58億，17.86億和35.09億人民幣。此外，除了在現(xiàn)有產(chǎn)品上取得突破性進展，公司還大力投入到下一代產(chǎn)品中，目前5G產(chǎn)品已在預(yù)研階段。

2022年手機出貨量大幅下滑，唯捷創(chuàng)芯前三季度營業(yè)收入約17.77億元，預(yù)計全年應(yīng)收將達到25億元左右，較2021年下降30%。盡管如此，Phase2和Phase5N PA產(chǎn)品，唯捷創(chuàng)芯仍然是國內(nèi)手機品牌客戶的第一供應(yīng)商。

與此同時，唯捷創(chuàng)芯也正在全力布局PAMiD和PAMiF產(chǎn)品，在分立開關(guān)領(lǐng)域加大技術(shù)、資金和人力投入。

3

賽道三：PAMiD和PAMiF，

標桿企業(yè)：慧智微

慧智微成立于2011年11月，是一家為智能手機、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域提供射頻前端的芯片設(shè)計公司，在PA模組產(chǎn)品上進入較早，并取得了一系列成果和優(yōu)勢。前端PA/LNA模塊采用了可重構(gòu)架構(gòu)，集成度更高，而使用晶圓更少，有助于兼容更大尺寸的濾波器；由于其具有軟件調(diào)優(yōu)特性，因此便于集成后的二次適配;同時通過產(chǎn)品迭代和不斷積累，具備了PAMiD封裝控制能力。

公司具備全套射頻前端芯片設(shè)計能力和集成化模組研發(fā)能力，技術(shù)體系以功率放大器（PA）的設(shè)計能力為核心，兼具低噪聲放大器（LNA）、射頻開關(guān)（Switch）、集成無源器件濾波器（IPD Filter）等射頻器件的設(shè)計能力，產(chǎn)品系列覆蓋的通信頻段需求包括 2G、3G、4G、3GHz以下的5G重耕頻段、3GHz~6GHz的5G新頻段等，可為客戶提供無線通信射頻前端發(fā)射模組、接收模組等，其產(chǎn)品應(yīng)用于三星、OPPO、vivo、榮耀等國內(nèi)外智能手機品牌機型，并進入聞泰科技、華勤通訊等一線移動終端設(shè)備ODM廠商和移遠通信、廣和通、日海智能等頭部無線通信模組廠商。慧智微專注于可重構(gòu)射頻前端架構(gòu)，采用基于“絕緣硅（SOI）+砷化鎵（GaAs）”兩種材料體系的混合架構(gòu)射頻前端技術(shù)路線，并實現(xiàn)技術(shù)突破及規(guī)模商用，使射頻前端器件可以通過軟件配置實現(xiàn)不同頻段、模式、制式和場景下的復(fù)用，取得性能、成本、尺寸多方面優(yōu)化。

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賽道四：WiFi FEM，

標桿企業(yè)：康希通信

康希通信科技（上海）有限公司成立于2014年9月26日，由國際上在射頻半導(dǎo)體設(shè)計、應(yīng)用、生產(chǎn)和銷售領(lǐng)域經(jīng)驗豐富的專業(yè)人才歸國組建而成，憑借在射頻前端領(lǐng)域深厚的技術(shù)積累與研發(fā)實力，為業(yè)界帶來了康希通信特有的小尺寸、高線性和高效率 GaAs + CMOS 射頻前端解決方案。康希通信專注于WiFiFEM研發(fā)，2020年，康希通信抓住WiFi6FEM的機會，實現(xiàn)了8111萬銷售額，并在此后用技術(shù)和產(chǎn)品證明自己，在2021年和2022年上半年，銷售額分別達到3.42億元和2.03億元，相比于2019年的2857萬銷售額，保持了穩(wěn)定且快速的增長。此外，隨著新技術(shù)標準——WiFi7的快速崛起，康希通信憑借其技術(shù)突破，在WiFi7 FEM方面得到了全球主流廠商的認可，未來可期。

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賽道五：基站PA，

標桿企業(yè)：某上市企業(yè)

基站PA領(lǐng)域，國內(nèi)已有兩家上市公司和一家準上市公司。兩家上市公司為IDM公司，而準上市公司是fabless設(shè)計公司。

基站PA分GaN PA、LDMOS PA、GaAs PA，這些產(chǎn)品長期被國外廠家所壟斷，近些年國內(nèi)公司也開始研發(fā)，真正做到批量出貨的公司較少，目前，基站PA主要采用LDMOS PA，但是LDMOS技術(shù)適用于低頻段，在高頻段領(lǐng)域存在局限性。行業(yè)人指出，5G基站GaN PA將成為主流技術(shù)，GaN PA能較好的適用于大規(guī)模MIMO技術(shù)。2021年和2022年兩年期間，國內(nèi)基站PA市場規(guī)模約50億元，預(yù)測2023年將下降至30億元左右。

目前，在基站PA領(lǐng)域，宏基站PA領(lǐng)域的企業(yè)有日本住友和美國Cree，微基站PA領(lǐng)域的企業(yè)有Skyworks和Qorvo等。