國產(chǎn)射頻芯片,在國前端產(chǎn)射頻芯片的年代,使用無線的世界是無限的世界,國產(chǎn)射頻芯片為無線電而生,因為有無線通信開始精彩。伴隨著無線通信應(yīng)用越來越廣泛,對無線射頻前端芯片的需求也越來越多。手機(jī)的5G到物聯(lián)網(wǎng),國產(chǎn)射頻芯片都能看到無線射頻前端芯片的身影。射頻前端芯片包括功率放大器(PA),開關(guān)(switch),低噪聲放大器(LNA)。
國產(chǎn)射頻芯片的前端芯片改變了通信,國產(chǎn)射頻芯片的通信也改變了生活。通信技術(shù)日新換代,從以前的電報、固定電話、大哥大、BP機(jī)等。到現(xiàn)在的移動電話迅猛發(fā)展,從GSM、GPRS、CDMA、4G到5G等技術(shù)的不斷演進(jìn),國產(chǎn)射頻芯片的射頻前端芯片成就通信技術(shù)發(fā)展,也成就了現(xiàn)代的美好生活。
一、國產(chǎn)射頻芯片從2G走到5G
國產(chǎn)射頻芯片開發(fā)技術(shù)難度之高,研發(fā)之時間長,特別是射頻PA技術(shù),在長時間被國外業(yè)業(yè)所壟斷。國產(chǎn)射頻芯片的射頻前端芯片研發(fā)人才那時幾乎是一片空白的,國內(nèi)的資本家也是對射頻前端芯片沒有看好,投資興趣也不大。國產(chǎn)射頻芯片的射頻前端芯片在艱難的一步一腳印走來,成為國產(chǎn)射頻芯片中最好的典范。
通過這十幾年的奮斗與堅持,國產(chǎn)射頻芯片的射頻前端芯片經(jīng)歷了從2G走到了5G,不斷在技術(shù)上,從落后國外廠商到齊頭并進(jìn),讓國產(chǎn)射頻芯片的射頻前端芯片從此有了信心。
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1、國產(chǎn)射頻芯片2G時代
GSM網(wǎng)絡(luò)是在1995年由中國移動正式開通,從此2G通訊時代開始。
2004年銳迪科(RDA)成立后開啟國產(chǎn)射頻2G PA設(shè)計,國產(chǎn)射頻芯片的射頻前端芯片零的突破。銳迪科也成為了中國國產(chǎn)射頻芯片的黃埔軍校。
2G時代,國產(chǎn)手機(jī)品牌有、首信手機(jī)天語手機(jī)、TCL手機(jī)、CECT手機(jī)、科健手機(jī)、夏新手機(jī)、波導(dǎo)手機(jī)等等。天語手機(jī)在2007年中國手機(jī)市場僅次于諾基亞,2007年天語手機(jī)公司的董事長榮秀麗在被評為 “中國手機(jī)20年風(fēng)云人物”,2008年以42億元財富值位列《胡潤IT富豪榜》第11位。
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2、國產(chǎn)射頻芯片3G時代
2008年第四季中國發(fā)放3G牌照,采用三個不同標(biāo)準(zhǔn)發(fā)放的3張3G牌照。根據(jù)電信業(yè)重組方案,3G牌照的發(fā)放方式是:新中國電信獲得CDMA2000牌照,中國聯(lián)通獲得WCDMA牌照,新中國移動獲得TD-SCDMA牌照。
2010年6月,無錫中普微電子有限公司由兩位海歸回國創(chuàng)立,創(chuàng)始人曾工作于美國知名射頻芯片公司RFMD。國內(nèi)3G PA產(chǎn)品推出第一顆量產(chǎn),中普微3G PA產(chǎn)品在2014年實現(xiàn)銷售額近一億元,成為國內(nèi)當(dāng)時最大的射頻芯片公司。
2010年6月,在天津成立唯捷創(chuàng)芯,上海中心為主要研發(fā)。投資人榮秀麗是天語手機(jī)公司的董事長,唯捷創(chuàng)芯的最大股東和實控人。早些年前,手機(jī)行業(yè)每年都面臨射頻PA緊缺,主要供應(yīng)商為美國公司Skyworks和RFMD。有過制造手機(jī)的人都知道射頻前端芯片的重要性,因此榮總投資了當(dāng)時資本市場并不看好的射頻前端芯片賽道,專注于2G,TD-SCDMA,WCDMA射頻PA芯片設(shè)計研發(fā)。
3、國產(chǎn)射頻芯片4G時代
中國移動2013年11月,4G手機(jī)正式發(fā)售。距離在2010年的美國無線通信展上,HTC正式宣布其第一款4G手機(jī)——HTC Evo 4G,已經(jīng)是3年以后。
2011年11月,在廣州又有一家國產(chǎn)射頻芯片成立“慧智微電子有限公司”,研發(fā)中心設(shè)立在廣州和上海。慧智微采用自主技術(shù)的可重構(gòu)架構(gòu)設(shè)計射頻前端,開創(chuàng)了技術(shù)創(chuàng)新的先河。
江蘇卓勝微在無錫成立在2012年8月,通過射頻開關(guān)和LNA正式進(jìn)入到射頻前端芯片領(lǐng)域。
2012年9月,昂瑞微的前身貴州中科漢天下電子有限公司成立,早期主要從事COMS射頻功率放大器(PA)和MEMS射頻濾波器/雙工器的研發(fā),后面進(jìn)入到砷化鎵射頻PA研發(fā)。
2015年5月,飛驤科技由上市公司國民技術(shù)有限公司無線射頻事業(yè)部拆分而獨立出來,成立深圳飛驤科技有限公司,正式成為一家專注射頻前端芯片和解決方案的公司。
2017年4月,銳石創(chuàng)芯在深圳成立。創(chuàng)始人從美國Skyworks歸來,從事4G射頻PA研發(fā)。
據(jù)當(dāng)時的行業(yè)統(tǒng)計,2017年國產(chǎn)射頻芯片射頻前端芯片銷售額僅20億左右,約占中國市場的10%,僅占全球市場的4%。濾波器作為無源器件不在此統(tǒng)計范圍,國產(chǎn)濾波器占有率不到1%。
4、國產(chǎn)射頻芯片5G時代
就在2019年10月31日,國內(nèi)三大運營商公布5G商用套餐,并于11月1日正式上線5G商用套餐。2020年是中國5G元年,也是全球5G元年。同年,國產(chǎn)5G射頻PA正式進(jìn)入市場。
國產(chǎn)2G PA晚了國外近十年,國產(chǎn)3G PA比國外廠商晚6年,國產(chǎn)4G PA比國外廠商晚5年,而國產(chǎn)5G PA幾乎與國外廠商同年推出。2019年,慧智微第一個推出國產(chǎn)5G UHB 高集成模組,2020年3月,搭載慧智微5G PA模組的首批OPPO K7x手機(jī)批量出貨。2021年,唯捷創(chuàng)芯、昂瑞微、飛驤科技的Sub-3GHz分立Phase5N PA陸續(xù)在品牌手機(jī)上量產(chǎn)出貨。
二、國產(chǎn)射頻芯片從性能走到可靠性
需要走過三個階段成就一顆成熟的芯片:性能、一致性、可靠性:。
國產(chǎn)芯片從性能追趕國外芯片開始,再到追求一致性,最后到芯片可靠性,可靠性是質(zhì)量管理體系的一個重要部分。
可靠性更可以理解為產(chǎn)品在規(guī)定環(huán)境、規(guī)定時間內(nèi)的性能保持能力。性能與強(qiáng)度在使用過程中會慢慢降低,并且出現(xiàn)不可靠的問題,所以可靠性通過數(shù)理統(tǒng)計原理預(yù)測壽命與故障,從而倒逼來控制質(zhì)量。
一顆IC芯片,除了設(shè)計,流片,封裝測試外,量產(chǎn)前需要做可靠性驗證。正常完成一批可靠性實驗需要至少兩個月的時間,需要測試3批次的可靠性才算將產(chǎn)品可靠性驗證完成。因此,可靠性測試也是一項耗時耗財?shù)拇蠊こ蹋彩切酒|(zhì)量保障中不可或缺的部分。
可靠性(Reliability)是對產(chǎn)品耐久力的測量, 典型的IC產(chǎn)品的生命周期可以用一條浴缸曲線(Bathtub Curve)來表示。
如上圖示意, 集成電路的失效原因大致分為三個階段:
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Region (I) 被稱為早夭期(Infancy period), 這個階段產(chǎn)品的失效率快速下降,造成失效的原因在于IC設(shè)計和生產(chǎn)過程中的缺陷;
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Region (II) 被稱為使用期(Useful life period), 這個階段產(chǎn)品的失效率保持穩(wěn)定,失效的原因往往是隨機(jī)的,比如溫度變化等等;
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Region (III) 被稱為磨耗期(Wear-Out period) 這個階段產(chǎn)品的失效率會快速升高,失效的原因就是產(chǎn)品的長期使用所造成的老化等。
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射頻前端芯片產(chǎn)品集成度越高,通過可靠性測試難度也越大,對設(shè)計、晶圓和封裝的要求就越高,但國產(chǎn)射頻前端芯片就這樣一個產(chǎn)品接著一個產(chǎn)品地走過來了。
隨著2014年MTK定義了phase2的射頻前端架構(gòu),GSM PA和天線開關(guān)SP16T被整合為TX Module, H/M/L三個頻段的線性PA被整合為MMMB(multiple mode multiple band) PA。
2015年市場對載波聚合(CA)有需求,MTK推出phase3方案,將TX Module的SP16T變成DP18T開關(guān),同時將MMMB PA一分為二,一個Low Band,一個Middle/High Band。
2017年,市場對手機(jī)全面屏有需求。TX Module和MMMB PA的輸出功率進(jìn)行提高,被業(yè)界稱為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。
性能只是射頻芯片產(chǎn)品的第一步,一致性可以通過測試來把控,可靠性才是終極目標(biāo)。在國內(nèi)手機(jī)行業(yè),華為和OPPO對可靠性的要求是最高的,甚至高過三星手機(jī)。華為和OPPO有完整的可靠性測試實驗室和測試設(shè)備,也有專門的第三方測試機(jī)構(gòu)配合。多年前,行業(yè)客戶就有一個不成文的參考,只要華為和OPPO已經(jīng)采用的芯片,就可以直接導(dǎo)入供應(yīng)鏈。
國產(chǎn)射頻5G PA,慧智微是第一家打入OPPO供應(yīng)鏈的。在OPPO的射頻前端芯片供應(yīng)鏈里,國產(chǎn)射頻芯片還有卓勝微和唯捷創(chuàng)芯。
國產(chǎn)射頻前端芯片就是在國內(nèi)手機(jī)大客戶的高標(biāo)準(zhǔn)和嚴(yán)要求下成長起來的,也和國產(chǎn)手機(jī)公司提供國產(chǎn)芯片機(jī)會與支持分不開的。
三、國產(chǎn)射頻芯片從配角走到主角
2022國產(chǎn)射頻芯片的射頻前端芯片,已經(jīng)從配角成為了主角,2017年的銷售額20億元成長到120億元以上。未來5年,國產(chǎn)射頻前端芯片還會快速成長,國產(chǎn)射頻芯片射頻前端射頻芯片銷售額將超過300億。不用十年,國產(chǎn)射頻芯片的射頻前端芯片將成為全球主導(dǎo)者。
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從規(guī)模上
據(jù)市場消息,卓勝微預(yù)計在9月份發(fā)布5G NR PA模組,正式加入國產(chǎn)5G PA行列。射頻PA是射頻前端芯片的主導(dǎo)者和技術(shù)制高點,卓勝微加入國產(chǎn)5G PA行列,從規(guī)模上加強(qiáng)了國產(chǎn)射頻芯片的實力。至此,國產(chǎn)射頻芯片從資金實力、研發(fā)人員數(shù)量、研發(fā)投入上與國外的差距越來越小。
國產(chǎn)射頻芯片公司的規(guī)模在快速成長,先看卓勝微2021年上半年業(yè)績報告,實現(xiàn)營業(yè)收入23.59億元,同比增長136.48%;凈利潤為10.14億元,同比增長187.37%。整體毛利率57.63%,較去年同期提高4.99%。預(yù)計全年營業(yè)收入約50億元,現(xiàn)在市值1300億,這個市值與美國Skyworks和Qorvo相當(dāng)。
再看唯捷創(chuàng)芯,在科創(chuàng)板已經(jīng)完成上市輔導(dǎo),不久將正式上市。通過4G PA和5G NR PA產(chǎn)品,唯捷創(chuàng)芯在市場上有了很好的收獲,預(yù)計2021年營業(yè)收入將突破30億元,接近40億。
最后談一下慧智微,根據(jù)企查查消息透露,7月份國家集成電路產(chǎn)業(yè)資金二期投資了廣州慧智微電子有限公司,隨著國家隊的加持以及慧智微營收大幅上升,僅次于唯捷創(chuàng)芯,公司實力大增。公司規(guī)模從過去的幾十人到現(xiàn)在的幾百人,實現(xiàn)了跨越式發(fā)展?;壑俏⑸鲜袟l件已經(jīng)具備。
在未來2年。中國至少會有5家國產(chǎn)射頻PA上市公司。其市值和規(guī)??偤停瑢⒊蔀槭澜绲谝?。
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從技術(shù)上
技術(shù)是芯片的根本,規(guī)模是芯片技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。國產(chǎn)射頻芯片的發(fā)展和超越,要落實到技術(shù)和研發(fā)人才上。
中國芯片,不一定是中國技術(shù),很多國產(chǎn)芯片的IP來自國外公司。芯片是一個全球化的合作產(chǎn)物,各自的技術(shù)匯合有助于芯片技術(shù)和芯片產(chǎn)品的快速發(fā)展。
中國射頻芯片,一定是中國技術(shù)。國產(chǎn)射頻芯片的IP都是自己開發(fā)的,一個技術(shù)接著一個技術(shù)的攻破,一個難點接著一個難點的解決,靠著研發(fā)人員不斷流片和迭代,中國射頻芯片技術(shù)的發(fā)展是用時間和努力換來的。
從2G到5G,射頻芯片技術(shù)越來越難,射頻芯片產(chǎn)品越來越復(fù)雜,經(jīng)歷了10多年,終于在5G時代迎頭趕上。做射頻芯片,要學(xué)會和時間做朋友。
談到技術(shù),我不得不舉例慧智微。5G UHB頻段的L-PAMiF集成度最高,也是最具挑戰(zhàn)的5G PA模組,非常考驗射頻芯片公司的綜合設(shè)計能力?;壑俏⑹菄鴥?nèi)第一家量產(chǎn)5G頻段射頻前端集成收發(fā)模組L-PAMiF,產(chǎn)品覆蓋5G UHB 新頻段n77/78/79頻段,被OPPO和三星手機(jī)所采用。
慧智微之所以取得成功,能夠在5G時代更快速地推出射頻前端產(chǎn)品,能夠追平國外廠家推出產(chǎn)品的速度,是主動策略思考和自主技術(shù)創(chuàng)新路線的結(jié)果。
從產(chǎn)品上
2G、3G過去了,2G PA和3G PA已經(jīng)是國產(chǎn)射頻芯片公司的天下。
4G正在成為過去式,不管4G成為過去還是選擇留下,4G PA已經(jīng)被國產(chǎn)射頻芯片公司所主導(dǎo)。
5G正在來臨,國產(chǎn)射頻芯片公司與國外射頻芯片公司將在5G PA產(chǎn)品上一決高下??梢詮?/font>5G手機(jī)射頻前端方案來分析國產(chǎn)5G PA產(chǎn)品競爭力。有2種方案:
1.高端方案:采用L-PAMiD和UHB L-PAMiF。2.經(jīng)濟(jì)方案:Sub-3GHz采用分立方案, phase2+phase5N PA+UHB L-PAMiF
L-PAMiD又分為Low L-PAMiD和MH L-PAMiD,這個產(chǎn)品目前國外廠家走在前面,除此之外,經(jīng)濟(jì)方案中的產(chǎn)品,國產(chǎn)射頻芯片完全可以替代,而且在品牌手機(jī)客戶端已經(jīng)逐漸替代。
實際上,成本導(dǎo)向的手機(jī)方案更傾向于第2種方案,器件選擇的自由度高,成本上更有吸引力。如果這種趨勢沒有改變,那么國產(chǎn)射頻芯片的射頻芯片已經(jīng)成為名副其實的主角。