5G時(shí)代，手機(jī)射頻器件成本會(huì)超過(guò)主芯片？

　　5G時(shí)代，手機(jī)射頻器件成本會(huì)超過(guò)主芯片?

　　從2020到2021年將是5G大規(guī)模商用的時(shí)間。目前主流的5G芯片玩家，包括高通、海思、英特爾都是采用4G LTE外掛5G-NR模塊的方式來(lái)做5G測(cè)試。預(yù)計(jì)到2019年會(huì)出現(xiàn)真正的5G手機(jī)商用。

　　頻譜是5G的血液，5G頻段的確定意味著全國(guó)范圍的大規(guī)模5G試驗(yàn)即將展開， 5G賽道正式鋪開。

　　中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通獲得的3.5GHz頻段是全球公認(rèn)的5G熱門頻段，且韓國(guó)、日本、英國(guó)等多國(guó)運(yùn)營(yíng)商已確定采用該頻段建設(shè)5G，前期已基于3.5G頻段進(jìn)行了大量測(cè)試，所以不必?fù)?dān)心產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)欠癯墒斓膯?wèn)題。

　　中國(guó)移動(dòng)采用的n41頻段屬于4G 重耕，n79則是新增加的頻段。美國(guó)的運(yùn)營(yíng)商Sprint也確定用n41頻段部署5G。

　　針對(duì)中國(guó)運(yùn)營(yíng)商，包括n41、n77、n78、n79在內(nèi)的所有5G頻段，目前完全覆蓋的射頻器件廠商并不多， Qorvo就是其中一家。

　　在12月6日舉行的中移動(dòng)全球合作伙伴大會(huì)期間，筆者就跟Qorvo亞太區(qū)移動(dòng)產(chǎn)品事業(yè)部高級(jí)戰(zhàn)略市場(chǎng)經(jīng)理陶鎮(zhèn)(Lawrence Tao)進(jìn)行了一段長(zhǎng)達(dá)兩小時(shí)的交流。陶鎮(zhèn)認(rèn)為：在5G時(shí)代，射頻器件的重要程度可能大大超過(guò)4G時(shí)代。射頻器件的重要程度將不亞于手機(jī)主芯片。

　　據(jù)了解，手機(jī)中RF器件的成本越來(lái)越高，一個(gè)4G全網(wǎng)通手機(jī)，前端RF套片的成本已達(dá)到8-10美元，含有10顆以上射頻芯片，包括2-3顆PA、2-4顆開關(guān)、6-10顆濾波器。未來(lái)隨著5G到來(lái)，RF套片的成本很可能會(huì)超過(guò)手機(jī)主芯片。而物聯(lián)網(wǎng)的爆發(fā)，更是會(huì)對(duì)射頻器件的需求推波助瀾。

　　▲Qorvo亞太區(qū)移動(dòng)產(chǎn)品事業(yè)部高級(jí)戰(zhàn)略市場(chǎng)經(jīng)理陶鎮(zhèn)

　　從4G到5G，增加了哪些射頻器件?

　　從4G到5G，給普通消費(fèi)者最大的感受變化就是速度一下子加快了，而通信速率的變化主要取決于帶寬。相比4G單載波最高20Mhz的帶寬，5G帶寬在6Ghz以內(nèi)單載波最高可以做到100Mhz，毫米波最高可以做到400Mhz帶寬。

　　那么如何拓展帶寬呢?其實(shí)4G理論的做法是MIMO多載波聚合的方式。比如LTE單載波是20Mhz的話，上行最多可以做到3載波聚合，也就等于60Mhz帶寬。到了5G單載波就可以做到100Mhz，5G基站一般采用64 TRX Massive MIMO天線，5G手機(jī)至少需要支持4×4的下行MIMO，2×2的上行MIMO天線，這意味著未來(lái)5G峰值速率至少將達(dá)到2Gbps以上。

　　由于4×4的天線陣列尺寸會(huì)大很多，因此射頻模塊化將會(huì)是5G射頻器件的一個(gè)趨勢(shì)。同時(shí)由于天線過(guò)多，需要支持SRS功能，在發(fā)射過(guò)程中選擇不同的天線。為了支持更多的載波聚合，對(duì)于天線分工的需求會(huì)大大增加，同時(shí)需要用到大量的天線調(diào)諧技術(shù)。

　　從4G切換到5G，由于增加的新頻段并不多，5G時(shí)代只增加了兩個(gè)新頻段：3.5Ghz4.8Ghz，因此對(duì)于功率放大器或?yàn)V波器的新增需求并沒(méi)有特別大。但是由于未來(lái)要實(shí)現(xiàn)4G、5G多模信號(hào)切換，以及解決信號(hào)共存和干擾問(wèn)題，在系統(tǒng)架構(gòu)上需要更多的天線分工器以及天線調(diào)諧功能。

　　陶鎮(zhèn)預(yù)計(jì)5G終端成本最開始會(huì)比4G高很多，因?yàn)樾枰?×4的MIMO，射頻器件至少會(huì)多出三個(gè)模塊。在LTE時(shí)代，4×4的MIMO是非強(qiáng)制性的。但是到了5G就變成強(qiáng)制性了，無(wú)論N41、N77、N79哪個(gè)頻譜，都必須要做4×4的下行。另外以前LTE上行一般是一路，到了5G就要變成兩路。

　　由于5G通信將面臨前所未有的大帶寬、非常高的功率放大器線性度，以及廣泛的載波聚合驅(qū)動(dòng)型頻率的擁堵，導(dǎo)致5G射頻器件相比4G前所未有的復(fù)雜。

　　為什么5G時(shí)代BAW比SAW更重要?

　　一方面主芯片廠商的增長(zhǎng)率面臨下滑，需要拓展新的市場(chǎng)。另一方面5G射頻器件是非常大的蛋糕，僅從個(gè)數(shù)上射頻器件會(huì)遠(yuǎn)超主芯片。

　　種種跡象都引起了手機(jī)主芯片廠商的警覺。實(shí)際上，近年來(lái)高通、聯(lián)發(fā)科以及紫光展銳都先后通過(guò)收購(gòu)擁有了自己的射頻PA公司。比如高通與TDK聯(lián)合建立RF360，聯(lián)發(fā)科收購(gòu)絡(luò)達(dá)，紫光展銳則有RDA。

　　主芯片廠商通過(guò)捆綁銷售的策略具有一定市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，不過(guò)在高端旗艦產(chǎn)品中，一線品牌仍更傾向于采用Qorvo獨(dú)立RF廠商的射頻器件。

　　2018年2月，在西班牙巴塞羅那世界移動(dòng)通信大會(huì)期間，中國(guó)移動(dòng)發(fā)布“5G終端先行者計(jì)劃”。值得一提的是，這個(gè)先行者計(jì)劃的參與企業(yè)，除了手機(jī)公司以及主芯片廠商外，就包括Qorvo等四家射頻器件商?？梢哉f(shuō)這是中國(guó)移動(dòng)作為運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行的官方認(rèn)證，表示認(rèn)可這四家公司成為5G射頻器件的供應(yīng)商。

　　陶鎮(zhèn)表示，在目前全球射頻器件公司中，Qorvo和Skyworks兩家占據(jù)了90%的市場(chǎng)份額。在sub6Ghz頻段以內(nèi)的射頻器件，Qorvo都有覆蓋，目前處于領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

　　其實(shí)Qorvo這家公司的歷史并不長(zhǎng)，Qorvo是基于RFMD與TriQuint兩家傳統(tǒng)射頻半導(dǎo)體大廠的合并，在整個(gè)射頻半導(dǎo)體業(yè)才誕生三年。除了手機(jī)射頻之外，Qorvo還有國(guó)防、太空相關(guān)的產(chǎn)品線。目前Qorvo的晶圓包括濾波器都是在美國(guó)的晶圓廠生產(chǎn)，后端封裝測(cè)試則放到了中國(guó)。

　　截止到2018年9月29日，根據(jù)Qorvo財(cái)報(bào)顯示，Qorvo 2019財(cái)年第二季度收入為8.84億美元，毛利率為40%。其中針對(duì)旗艦智能手機(jī)的移動(dòng)產(chǎn)品收入增長(zhǎng)37%，達(dá)到6.67億美元。

　　據(jù)介紹，從2G到4G，Qorvo都有全線的產(chǎn)品布局。2017年，Qorvo開發(fā)了第一款基于5G NR新標(biāo)準(zhǔn)的射頻前端模塊。陶鎮(zhèn)表示，Qorvo在業(yè)內(nèi)第一家正式推出3.5Ghz的射頻前端，目前Qorvo已經(jīng)為中國(guó)領(lǐng)先的智能手機(jī)廠商提供雙頻段3.5Ghz和4.9GHz 5G模塊。同時(shí)為28Ghz的相控陣5G基站部署高功率放大器。

　　陶鎮(zhèn)表示，目前5G覆蓋的頻段主要為三大塊：第一個(gè)頻段是3.5Ghz，頻段號(hào)為n77/n78;第二個(gè)頻段是4.8Ghz，頻段號(hào)為N79;第三個(gè)頻段為2.5Ghz，頻段號(hào)為N41。

　　在2018年11月初溫哥華的GTI研討會(huì)上，Qorvo就首次展示了支持n41頻段的射頻前端模塊QM75041 全頻段n41濾波器TQQ0041T，集成了功率放大器、濾波器、開光、耦合器等。這也是Qorvo首次展示適用于n41頻段的射頻解決方案。此外，Qorvo還推出了單個(gè)支持n41頻段的濾波器。

　　據(jù)透露，針對(duì)中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信等其他運(yùn)營(yíng)商在n77、n78、n79等頻段的需求，Qorvo則以QM78201為設(shè)計(jì)解決方案進(jìn)行支持。

　　Qorvo 在 5G領(lǐng)域積累了許多核心技術(shù)，從 LowDrift 和 NoDrift 濾波技術(shù)、天線調(diào)諧技術(shù)到 RF Fusion 和 RF Flex 射頻前端解決方案，再到更加基礎(chǔ)的 GaN 技術(shù)，Qorvo 提供了行業(yè)領(lǐng)先的核心架構(gòu)、濾波器和開關(guān)產(chǎn)品。

　　目前Qorvo在n41模塊方向具有研發(fā)和整合能力。雖然目前已經(jīng)有不少射頻器件廠商加入5G競(jìng)爭(zhēng)，不過(guò)未來(lái)射頻模塊化需要考驗(yàn)集成能力。比如在低頻階段，主要涵蓋1～2個(gè)PA。中高端頻段一般有兩個(gè)PA，幾十個(gè)SAW濾波器。到了高頻段，則需要用BAW濾波器來(lái)做，才能達(dá)到更好的性能。

　　這里的SAW和BAW都是聲學(xué)濾波器，其中SAW叫做表面聲波濾波器，BAW則叫做薄膜聲學(xué)諧振器。原理基本上跟SAW類似，不過(guò)由于聲信號(hào)在介質(zhì)內(nèi)傳輸，所以體積可以做得更小。聲學(xué)濾波器更多用在手機(jī)中，優(yōu)勢(shì)在于尺寸可以做到很小。還有一種陶瓷濾波器，尺寸不太可能放在手機(jī)里面。

　　BAW的性能比SAW更好，同時(shí)也更省電，可以讓PA工作在更高的電壓，加工起來(lái)難度也更大，屬于超精細(xì)加工。

　　目前一般針對(duì)低性能的市場(chǎng)采用SAW，而高性能的市場(chǎng)則采用BAW。Qorvo的優(yōu)勢(shì)在于可以同時(shí)提供BAW、SAW。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)楹芏嗌漕l器件公司只能提供SAW，無(wú)法滿足高端市場(chǎng)的需求。相比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，Qorvo在射頻器件這一塊產(chǎn)品線最全，不管是BAW、SAW、SOI、開關(guān)都有，同時(shí)還具備模塊化能力。

　　無(wú)論是BAW還是SAW，都支持不了全頻段的帶寬，無(wú)論是900兆的3.5GHz，或者是600兆的4.8GHz。陶鎮(zhèn)表示，Qorvo也在不斷的改進(jìn)工藝，讓未來(lái)5G在兩個(gè)頻段都可以做到。陶鎮(zhèn)認(rèn)為，現(xiàn)階段，5G商用的射頻器件暫時(shí)都聚焦在6GHz以下，毫米波的產(chǎn)品市場(chǎng)啟動(dòng)沒(méi)這么快。

　　點(diǎn)評(píng)：聚焦核心競(jìng)爭(zhēng)力，哪類射頻公司布局最完善?

　　相比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，Qorvo的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于掌握了PA的生產(chǎn)制造能力。優(yōu)秀的生產(chǎn)工藝一直是Qorvo的強(qiáng)項(xiàng)，能提供的射頻器件工藝極其廣泛，從CMOS、砷化鎵、氮化鎵、磷化銦(InP)到SOI工藝都有布局。

　　從技術(shù)上來(lái)看，目前主流的射頻器件都以砷化鎵(GaAs)為主，毫米波則要用到氮化鎵(GaN)。憑借獨(dú)有的高性能HBT(HeterojuncTIon Bipolar Transistor，異質(zhì)結(jié)雙極晶體管)工藝，Qorvo將GaAs的潛能挖掘到極致。由于砷化鎵材質(zhì)下PA輸出能力足夠大，因此砷化鎵的天線陣列尺寸可以更高，效率要更高。除了GaAs，Qorvo也有CMOS工藝，不過(guò)主要用來(lái)做2G射頻器件。據(jù)介紹，Qorvo的晶圓制造工廠目前都在美國(guó)，在北京、山東德州都有封裝測(cè)試廠。

　　總的來(lái)說(shuō)，雖然目前包括高通、MTK、展銳在內(nèi)的主芯片公司紛紛打包銷售PA，勢(shì)必對(duì)獨(dú)立第三方的射頻PA公司造成影響。但目前一線手機(jī)品牌如蘋果、三星、華米OV都仍然采用Qorvo，Skyworks，Avago的器件。可見射頻器件的技術(shù)和制造門檻之高，并非新進(jìn)入者能夠輕易超越的。

　　在三家一線射頻公司中，Qorvo技術(shù)和市場(chǎng)最全面，PA和濾波器都有所建樹。Skyworks則在濾波器方面略顯單薄。Avago相對(duì)來(lái)說(shuō)，主要將心思放在高利潤(rùn)市場(chǎng)里，普通客戶那里并沒(méi)有太多收獲。應(yīng)該說(shuō)Qorvo的布局最全面，未來(lái)將獲得最多的機(jī)會(huì)。Qorvo是2014年由RFMD與TriQuint合并而成。RFMD和TriQuint都是Apple，Samsung的PA供應(yīng)商。而Skyworks和Avago在各個(gè)環(huán)節(jié)也有相應(yīng)的布局。

　　類似于Qorvo這樣的公司，不僅自己研發(fā)，還可以自己生產(chǎn)、封裝測(cè)試，主要芯片自產(chǎn)保證了容易控制成本。相對(duì)來(lái)說(shuō)大陸本土射頻企業(yè)仍然比較弱勢(shì)，因?yàn)榇蠖嘀挥性O(shè)計(jì)研發(fā)能力。

　　此外，隨著5G時(shí)代來(lái)臨，射頻器件數(shù)量大增以及模塊化趨勢(shì)明顯，特別是濾波器對(duì)于BAW的需求增加，誰(shuí)擁有更充足的BAW產(chǎn)能，誰(shuí)將在未來(lái)發(fā)展中獲得優(yōu)勢(shì)地位。