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中国射频前端产业现状分析,5G快速推进对手机行

2019-08-30 20:47

原标题:中国射频前端产业现状分析

报告摘要:

射频是无线产品中一个关键部件,进入了5G时代,其背后牵动的价值尤为重要。但和很多的其他核心半导体元器件产品一样,我们国内企业的水平差距依然明显。

5G 推进步伐逐渐加快,带来新的换机潮。

射频前端芯片包括射频开关、射频低噪声放大器、射频功率放大器、双工器、射频滤波器等芯片。射频开关用于实现射频信号接收与发射的切换、不同频段间的切换;射频低噪声放大器用于实现接收通道的射频信号放大;射频功率放大器用于实现发射通道的射频信号放大;射频滤波器用于保留特定频段内的信号,而将特定频段外的信号滤除;双工器用于将发射和接收信号的隔离,保证接收和发射在共用同一天线的情况下能正常工作。智能手机通信系统结构示意图如下。

5G网络作为第五代移动通信网络,其峰值理论传输速度可达每秒数十Gb,这比4G网络的传输速度快了数百倍。Strategy Analytics 预测5G 智能手机出货量将从2019 年的200万增加到2025 年的15 亿,年复合增长率为201%。目前,已有多家手机厂商跟进5G 步伐,发布了5G 手机时间计划。7 月23 日OPPO官方宣布Reno 5G 版正式获得中国5G 终端电信设备进网许可证,Reno 5G 版目前已三证在手,具备了5G手机商用的能力。此前,华为6 月26日官方宣布华为Mate 20 X 获得中国首张5G终端电信设备进网许可证,这标志着国产5G手机上市步伐加快,5G 商用将进一步提速。6 月份工信部向包括三大运营商和中国广电在内的四家企业也都正式发放5G 牌照,上游运营商和下游手机厂商的5G进展情况均超预期。

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5G 的到来将改变基带芯片、射频、存储等领域的创新和升级。

射频前端结构示意图

芯片厂商发力,射频前端创新不断。华为海思、三星、联发科等企业均已研发出较为成熟的5G基带芯片。随着5G 商业化的逐步临近,现在已经形成的初步共识认为,5G 标准下现有的移动通信、物联网通信标准将进行统一,因此未来在统一标准下射频前端芯片产品的应用领域会被进一步放大。同时,5G 下单个智能手机的射频前端芯片价值亦将继续上升。5G 带来新的换机潮,存储芯片用量最大,百亿美金采购级别。我们持续强调第四波硅含量提升周期的三大核心创新驱动是5G 支持下的AI、物联网、智能驾驶,从人产生数据到接入设备自动产生数据,数据呈指数级别增长!智能驾驶智能安防对数据样本进行训练推断、物联网对感应数据进行处理等大幅催生内存性能与存储需求,数据为王。

射频前端芯片是移动智能终端产品的核心组成部分,追求低功耗、高性能、低成本是其技术升级的主要驱动力,也是芯片设计研发的主要方向。射频前端芯片与处理器芯片不同,后者依靠不断缩小制程实现技术升级,而作为模拟电路中应用于高频领域的一个重要分支,射频电路的技术升级主要依靠新设计、新工艺和新材料的结合。

5G 时代SiP封装工艺未来前景可期。

行业中普遍采用的器件材料和工艺平台包括 RF CMOS、SOI、砷化镓、锗硅以及压电材料等,逐渐出现的新材料工艺还有氮化镓、微机电系统等,行业中的各参与者需在不同应用背景下,寻求材料、器件和工艺的最佳组合,以提高射频前端芯片产品的性能。从技术更新换代的特点上来说,射频前端芯片设计行业技术更新速度快,行业中的各参与者均需要不断进行研发,以保证产品在行业中的竞争力。这个市场需求高,但竞争也很激烈。

SiP封装工艺,是以一定的工序,在封装基板上,实现阻容感、芯片等器件的组装互连,并把芯片包封保护起来的加工过程。SIP 将一些芯片中段流程技术带入后段制程,将原本各自独立的封装元件改成以SiP技术整体整合,有效缩小封装体积以节省空间,同时缩短元件间的连接线路而使电阻降低,提升电性效果,最终实现微小封装体取代大片电路载板,有效地缩小了产品的体积,顺应了产品轻薄化的趋势。我们认为在5G时代,SIP 技术可以帮助整合不同系统上的芯片,伴随着工艺向7nm、5nm 甚至3nm 推进而稳步攀升,先进的集成电路封装技术将在降低芯片制造商成本方面发挥关键作用。

射频前端芯片市场规模主要受移动终端需求的驱动。近年来,随着移动终端功能的逐渐完善,手机、平板电脑等移动终端的出货量持续上升。根据 Gartner 统计,包含手机、平板电脑、超极本等在内的移动终端的出货量从 2013 年的 22 亿台增长至 2016 年的 24 亿台,预计未来保持稳定。

报告内容:

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一、

2013年以来全球移动终端出货量(含预测)

5G

终端消费者对移动智能终端需求大幅上升的原因,主要是移动智能终端已经成为集丰富功能于一体的便携设备,通过操作系统以及各种应用软件满足终端用户网络视频通信、微博社交、新闻资讯、生活服务、线上游戏、线上视频、线上购物等绝大多数需求。

推进步伐逐渐加快,带来新的换机潮

同时,在基于移动智能终端实现这些需求的过程中,移动数据的数据传输量和传输速度大提升,并将持续快速增长。根据 Yole Development 的研究,2016 年全球每月流量为 960 亿 GB,其中智能手机流量占比为 13%;预计到 2021 年,全球每月流量将达到2,780 亿 GB,其中智能手机流量占比亦大幅提高到 33%。

5G网络作为第五代移动通信网络,其峰值理论传输速度可达每秒数十Gb,这比4G网络的传输速度快了数百倍,这意味着一部完整的超高画质电影可在1 秒之内下载完成。Strategy Analytics 预测5G 智能手机出货量将从2019 年的200万增加到2025 年的15 亿,年复合增长率为201%。中国4G智能手机出货量市场份额2014 年初为10%,仅仅用了两年左右市场份额就就达到了90%,我们认为5G采用率也将和4G 类似,在中国会迅速提升。

移动数据传输量和传输速度的不断提高主要依赖于移动通讯技术的变革,及其配套的射频前端芯片的性能的不断提高。在过去的十年间通信行业经历了从 2G(GSM/CDMA/Edge)到 3G(WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA),再到 4G(FDD-LTE/TD-LTE)两次重大产业升级。在 4G 普及的过程中,全网通等功能在高端智能手机中得到广泛应用,体现了智能手机兼容不同通信制式的能力,也成为了检验智能手机通信性能竞争力的核心指标之一。

IDC预计2019 年5G 手机出货量仅占了手机出货总量的0.5%,尽管在2019 年全球智能手机的整体销量将会出现下降,但是在今年下半年中,随着5G 设备开始逐渐走入消费者的身边,智能手机的销量将会开始获得提升。

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移动通信技术的变革蓝图

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为了提高智能手机对不同通信制式兼容的能力,4G 方案的射频前端芯片数量相比2G 方案和 3G 方案有了明显的增长,单个智能手机中射频前端芯片的整体价值也不断提高。

4G作为3G 的延伸,主要采用MIMO 技术,是利用各个天线之间空间信道的独立性来区分用户进行服务,主要包括TD-LTE 和FDD-LTE制式。我国主要采用TD-LTE 标准,2013年12 月4 日,工业和信息化部正式向三大运营商发放了4G 牌照,标志着我国通信行业正式进入了4G时代。4G 能够以100Mbps的速度下载,上传的速度也能达到20Mbps,比3G更快的传输速率、更好的频率利用率、通信更加灵活及更好的兼容性等优点,使得用户体验更加优异。

根据 Yole Development 的统计,2G 制式智能手机中射频前端芯片的价值为 0.9美元,3G 制式智能手机中大幅上升到 3.4 美元,支持区域性 4G 制式的智能手机中射频前端芯片的价值已经达到 6.15 美元,高端 LTE 智能手机中为 15.30 美元,是 2G 制式智能手机中射频前端芯片的 17 倍。因此,在 4G 制式智能手机不断渗透的背景下,射频前端芯片行业的市场规模将持续快速增长。

5G:随着物联网、AR 和VR 等技术的诞生和发展,对移动网络的要求更高,5G 将采用NR 技术,传输速率高达10 Gps,比4G 快达100 倍、而且具有低延时、低功耗的特点。我国5G 预计按照2019年预商用,2020 年规模商用的规划逐步实施。

随着 5G 商业化的逐步临近,现在已经形成的初步共识认为,5G 标准下现有的移动通信、物联网通信标准将进行统一,因此未来在统一标准下射频前端芯片产品的应用领域会被进一步放大。同时,5G 下单个智能手机的射频前端芯片价值亦将继续上升。根据 QYR Electronics Research Center 的统计,从 2010 年至 2016 年全球射频前端市场规模以每年约 12%的速度增长,2016 年达 114.88 亿美元,未来将以 12%以上的增长率持续高速增长,2020 年接近 190 亿美元。

目前,已有多家手机厂商跟进5G 步伐,发布了5G 手机时间计划。7 月23 日OPPO官方宣布Reno 5G 版正式获得中国5G终端电信设备进网许可证,Reno 5G 版目前已三证在手,具备了5G 手机商用的能力。此前,华为6 月26日官方宣布华为Mate 20 X 获得中国首张5G 终端电信设备进网许可证,这标志着国产5G 手机上市步伐加快,5G 商用将进一步提速。6 月份工信部向包括三大运营商和中国广电在内的四家企业也都正式发放5G 牌照,上游运营商和下游手机厂商的5G 进展情况均超预期。

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全球射频前端市场规模

二、

以射频开关和LNA为例说明一下:

5G

由于移动通讯技术的变革,智能手机需要接收更多频段的射频信号:根据 Yole Development 的总结,2011 年及之前智能手机支持的频段数不超过 10 个,而随着 4G 通讯技术的普及,至 2016 年智能手机支持的频段数已经接近 40 个;因此,移动智能终端中需要不断增加射频开关的数量以满足对不同频段信号接收、发射的需求。与此同时,智能手机外壳现多采用手感、外观更好的金属外壳,一定程度上会造成对射频信号的屏蔽,需要天线调谐开关提高天线对不同频段信号的接收能力。

的到来将改变手机的创新和升级

根据 QYR Electronics Research Center 的统计,2010 年以来全球射频开关市场经历了持续的快速增长,2016 年全球市场规模达到 12.57 亿美元,2017 年及之后增速放缓,但预计到 2020 年期间仍保有 10%的年化增长率,预计到 2020 年达到 18.79 亿美元。

5G的到来也将改变手机零组件的创新和升级。例如毫米波带来的应用将有可能使得滤波器和终端系统侧的天线结构数量变多,陶瓷和玻璃机壳在5G 通信以及无线充电上优势明显,被动元件的需求量提升等。

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目前根据运营商计划资本支出估算,在2019 年中国预计将会建设超10 万台宏基站的准备,而5G 宏基站的总建设量根据我们国盛电子的预测将会在500 万台左右,同时配备约为900 万台的微基站,建设总量将会远远超过4G 时代的基站建设力度!

全球射频开关销售收入

以下为我们整理的5G相关核心供应链情况:

而随着移动通讯技术的变革,移动智能终端对信号接收质量提出更高要求,需要对天线接收的信号放大以进行后续处理。一般的放大器在放大信号的同时会引入噪声,而射频低噪声放大器能最大限度地抑制噪声,因此得到广泛的应用。

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2016 年全球射频低噪声放大器收入为 12.80 亿美元,而随着 4G 逐渐普及,智能手机中天线和射频通路的数量增多,对射频低噪声放大器的数量需求迅速增加,因此预计在未来几年将持续增长,到 2020 年达到 14.75 亿美元。

2.1 5G 之基带芯片

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5G手机与4G 手机相比,在硬件上最大的区别之一在于5G 基带芯片,目前高通、华为、三星、联发科、紫光展锐等巨头厂商纷纷加入5G 芯片阵营的角逐,英特尔则在与苹果“分手”后,宣布退出手机5G基带芯片市场,而苹果仍积极自研5G 基带芯片,摆脱受制于人的局面。从1G、2G、3G、4G 发展到今天的5G时代,基带芯片市场也发生着巨大的变化。

但是我们看到,现阶段,全球射频前端芯片市场主要被欧美传统大厂占据。这是由行业特性所决定的。

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集成电路设计属于技术密集型行业,尤其对于射频前端设计,由于需要适配多通信制式、多频段,未来还需要满足 5G 的技术要求,因此技术复杂度较高;另外,由于通讯技术更新换代迅速、消费类电子产品升级频率高,对于射频前端设计也提出了不断创新的要求。行业内的企业只有积累了深厚的研发经验、具有较强的持续创新能力并且制定了完善的技术发展路径,才能不断满足市场需求。同时,新进入者的产品在技术、功能、性能及工艺平台建设上需要与行业中现有产品相匹配,也提高了行业的技术壁垒。行业内的新进入者往往需要经历较长一段时间的技术摸索和积累时期,才能和业内已经占据技术优势的企业相抗衡,因此技术壁垒明显。

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最先公布5G基带芯片的是美国高通,2016 年高通发布的骁龙X50 5G Modem 采用的是28 纳米工艺制程,最快下行速率可达5gbps。2017 年10 月,高通用骁龙X50完成了有史以来第一个5G 数据连接。2018 年12 月,在第三届高通骁龙技术峰会上。高通高级副总裁兼移动业务总经理Alex Katouzian 宣布,新一代旗舰处理器骁龙855 正式亮相。高通骁龙855 芯片基于7nm 工艺,内建5G基带,同时是首个支持Multi-Gigabi 5G 连接的商用平台。

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国内外领先的射频供应商

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国内移动智能终端厂商也多向其采购射频前端芯片产品。根据 2015 年 5 月国务院发布的《中国制造 2025》,“到 2020 年,40%的核心基础零部件、关键基础材料实现自主保障”,“到 2025 年,70%的核心基础零部件、关键基础材料实现自主保障”,提出中国的芯片自给率要不断提升。在这一过程中,射频前端芯片行业因产品广泛应用于移动智能终端,行业战略地位将逐步提升,国内的射频前端芯片设计厂商亦迎来巨大发展机会,在全球市场的占有率有望大幅提升。

韩国三星电子也公布了其5g基带芯片Exynos 5100,采用十纳米工艺制程,三星宣称是首款符合5g 标准R15规范的基带产品,支持Sub 6GHz 中低频,以及28GHz mmWave 高频毫米波,向下兼容2g/3g/4g 网络,低频下行速率可达2gbps,高频下行速率可达6gbps。

希望国产射频厂商能在这波浪潮中真正崛起,加油加油加油!!!

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来源:内容摘录自卓胜微的招股说明书,仅供参考,谢谢。

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中国的厂商也紧跟5G的步伐,2018 年2月25 日,在巴塞罗纳举行的MWC 展会上,华为正式发布了旗下首款5G 商用芯片——Balong 5G01,符合5g 标准R15规范,支持Sub 6GHz 中低频,以及28GHz 高频毫米波,兼容2g/3g/4g网络。联发科也公布了其5g 基带芯片产品Helio M70,符合5g 标准R15规范,最快下行速率可达5gbps,兼容2g/3g/4g网络。

责任编辑:

在今年的MWC 2019 大展上,紫光展锐重磅发布了5G 通信技术平台“马卡鲁”及其首款5G 基带芯片“春藤510”,迈入全球5G第一梯队。春藤510 基带采用台积电12nm 制程工艺,支持多项5G关键技术,单芯片统一支持2G/3G/4G/5G 多种通讯模式,符合最新的3GPP R15 标准规范,支持Sub-6GHz 频段、100MHz 带宽,是一款高集成、高性能、低功耗的5G基带芯片。并且,春藤510 可同时支持5G SA 独立组网、NSA 非独立组网两种组网方式。

根据紫光展锐官方说法,春藤510 的高速传输速率可为各类AR/VR/4K/8K高清在线视频、AR/VR 网络游戏等大流量应用提供支持,而且架构灵活,可支持智能手机、家用CPE、MiFi、物联网终端等产品形态和应用场景。紫光展锐7 月18 日宣布,已与华为完成5G互通测试,达到1.38Gbps 的下载速率。

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2.2 5G 之射频前端

射频前端芯片包括射频开关、射频低噪声放大器、射频功率放大器、双工器、射频滤波器等芯片。射频开关用于实现射频信号接收与发射的切换、不同频段间的切换;射频低噪声放大器用于实现接收通道的射频信号放大;射频功率放大器用于实现发射通道的射频信号放大;射频滤波器用于保留特定频段内的信号,而将特定频段外的信号滤除;双工器用于将发射和接收信号的隔离,保证接收和发射在共用同一天线的情况下能正常工作。

射频前端芯片市场规模主要受移动终端需求的驱动。近年来,随着移动终端功能的逐渐完善,手机、平板电脑等移动终端的出货量保持稳定。根据Gartner 统计,包含手机、平板电脑、笔记本等在内的移动终端的出货量从2012 年的22 亿台增长至2017年的23 亿台,预计未来出货将保持稳定。

移动数据传输量和传输速度的不断提高主要依赖于移动通讯技术的变革,及其配套的射频前端芯片的性能的不断提高。在过去的十年间,通信行业经历了从2G 到3G 再到4G(FDD-LTE/TD-LTE)两次重大产业升级。在4G普及的过程中,全网通等功能在高端智能手机中得到广泛应用,体现了智能手机兼容不同通信制式的能力。

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为了提高智能手机对不同通信制式兼容的能力,4G 方案的射频前端芯片数量相比2G 方案和3G 方案有了明显的增长,单个智能手机中射频前端芯片的整体价值也不断提高。根据Yole Development 的统计,2G制式智能手机中射频前端芯片的价值为0.9美元,3G制式智能手机中大幅上升到3.4美元,支持区域性4G制式的智能手机中射频前端芯片的价值已经达到6.15美元,高端LTE智能手机中为15.30美元,是2G制式智能手机中射频前端芯片的17 倍。因此,在4G制式智能手机不断渗透的背景下,射频前端芯片行业的市场规模将持续快速增长。

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