上周華為 P50 系列剛剛發(fā)布，一部搭載麒麟 9000 頂級旗艦 5G 芯片的 P50 Pro 卻只能作為 4G 手機用，發(fā)布會上余承東苦笑背后的無奈，所有人都看在眼里。
有人說，P50 系列之所以“被迫”4G，是因為 5G 射頻芯片被卡了脖子。
華為在 5G 技術(shù)方面的領(lǐng)先，讓世人對中國的通信技術(shù)刮目相看，但今天美國牢牢卡住芯片供應，讓華為的 5G 手機業(yè)務“呼吸困難”。
無論是手機、電腦，想要實現(xiàn)通信都少不了基帶芯片和射頻芯片。雖然華為搞定了基帶芯片，但射頻芯片這個看似不起眼的品類，尤其是 5G 射頻芯片，我們基本上要依賴進口。
近來，一位“早晨與蘋果工程師吃早餐，下午跟英特爾員工喝茶”的業(yè)內(nèi)人士曾透露，中國射頻芯片產(chǎn)業(yè)，可能即將迎來一波“起飛”的浪潮。
從國內(nèi)頭部射頻芯片玩家卓勝微到中端射頻 PA 芯片巨頭唯捷創(chuàng)芯，再到國民飛驤、慧智微、漢天下，多家中國射頻企業(yè)都在 OPPO、榮耀、小米等公司的新機中有所動作。
華為 P50 被卡脖子誠然是遺憾的，但這或許正是國產(chǎn)射頻芯片起步的良機。
隨著華為和更多國內(nèi)手機廠商增加對國產(chǎn)射頻芯片的支持，中國射頻芯片產(chǎn)業(yè)能否乘著中國 5G 智能手機普及這般快車崛起，從被美日巨頭掠奪超八成的射頻市場中“虎口奪食”？無疑成為了中國芯片領(lǐng)域的又一關(guān)注焦點。
與 5G“相愛相殺”的射頻廠商們
其實大家對于射頻芯片的關(guān)注，離不開 5G 的快速發(fā)展。從 2019 年各國 5G 開始商用至今，5G 智能手機的大規(guī)模普及無疑是普通人感知最強的一點。
而 5G 智能手機的到來，也讓射頻芯片市場迎來了一次需求的爆發(fā)。
在 2G 時代，一般手機需要支持的頻段只有 4 個，一部手機上的射頻芯片總價值大約只有 0.8 美元。而到了 4G 時代，手機支持的頻段數(shù)量一下增加到了最多 30 個左右，而單部手機的射頻芯片總價值也接近了 20 美元。
5G 時代，一部手機需要支持多達 50 個頻段，涉及的單臺射頻芯片價值也最高來到了 40 美元左右，要知道，一顆蘋果 A14 芯片的成本也僅為 40 美元?？梢?5G 對于射頻芯片需求的帶動作用是十分明顯的。
▲ 蘋果 iPhone 12 Pro Max 主板上的各類射頻芯片，黃色為高通 X55 基帶及其他射頻系統(tǒng)模塊，淺藍色為安華高的射頻 PA 芯片，深藍色為村田電子的射頻前端模組芯片，圖片來源：iFixit
為什么手機支持頻段越多，射頻芯片需求就越高呢？這與射頻芯片的功能密切相關(guān)。
其實射頻芯片，簡單來說，就是負責接收發(fā)信號的裝置，它與基帶芯片是協(xié)同作用的，射頻芯片將信號接收過來，交給基帶芯片，基帶芯片完成信號的轉(zhuǎn)化，最終，無數(shù)無線電信號就成為了你手機屏幕上的一段消息、一段語音或者圖片。
▲ 手機發(fā)送（上圖）和接收（下圖）信息時的大致通信流程示意圖，圖片來源：Skyworks
天空中每時每刻都有無數(shù)的電波劃過，如何準確的找到屬于你的那條，將這條信號捕獲、放大、變得清晰，讓基帶芯片“聽得更清楚”，這就是射頻芯片要做的事情。
因此到了 5G 時代，手機要具備接收 50 多個頻段信號的能力，自然就需要有更多的射頻芯片做支撐。
具體來看，射頻芯片主要分為天線開關(guān)（RF Switch）、濾波器（Filter）、低噪聲放大器（LNA）和功率放大器（PA）這四大類。
▲ 射頻芯片的主要類型
開關(guān)顧名思義，就是負責控制天線是接收信號還是發(fā)射信號，而后面幾種射頻芯片則是負責保留你需要的信號并進行“放大”。
據(jù)了解，5G 時代，一部手機中僅僅是濾波器就需要 80 多個，而開關(guān)數(shù)量更是多達 15 個，相比之下，4G 手機只需要最多 40 個濾波器，需求直接翻倍了。
也正因為這樣的市場需求爆發(fā)，讓更多射頻芯片廠商看到了機會，但另一方面，需求增加了，終端廠商們對于射頻芯片產(chǎn)品本身的要求也更高了。
5G 時代，射頻芯片由于需要覆蓋更多頻段，它們需要滿足的性能參數(shù)也隨之增加，另一方面，射頻芯片數(shù)量的增加又與智能手機輕薄化、低成本的需求相互矛盾，需要廠商們將射頻芯片的“集成度”做的更高。
而這種集成化需求就促使射頻芯片產(chǎn)品開始向“模組化”發(fā)展。
▲ 手機射頻芯片封裝工藝演進趨勢，圖片來源：Yole Development
不論是模組化的封裝要求還是更嚴苛的工藝性能參數(shù)指標，都成為了射頻芯片廠商們所面臨的挑戰(zhàn)，而這塊廣闊的新增市場又是它們的一次機遇。所有廠商都在有所行動，中國本土廠商們都在這一刻積極尋找著自己的突破口。
被日美巨頭把控的射頻芯片，到底難在哪里？
之所以中國射頻芯片廠商的進步引得行業(yè)如此關(guān)注，主要還是因為目前我們與海外巨頭之間的差距仍然非常大。
可以說，只要能通信的設(shè)備，就離不開射頻芯片，不論是手機、電腦，還是各類 IoT 智能家電產(chǎn)品，就是這樣一塊廣闊的市場，目前基本上被日本和美國企業(yè)牢牢把控。
在射頻芯片市場中，TOP5 廠商占據(jù)了八成以上的市場，而這五家公司中，排名第一的是日本村田電子（Murata），剩下第二到第五均為美國公司。
▲ 數(shù)據(jù)來源：國海證券
這些美國公司大家也非常熟悉了，從第二名到第五名依次是思佳訊（Skyworks）、博通（Broadcom）、Qorvo 和高通（Qualcomm）。
排名第一的日本村田電子，是射頻芯片領(lǐng)域毋庸置疑的第一巨頭，濾波器主要分為 SAW 濾波器和 BAW 濾波器，SAW 濾波器更普及也占比更高，BAW 濾波器更偏高端，而村田電子在 SAW 濾波器市場中一家就吃去了 47% 的市場，接近一半。
思佳訊、博通和 Qorvo 則勝在在射頻芯片領(lǐng)域幾乎實現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋，產(chǎn)品品類非常完善，并且產(chǎn)品的模組化程度高，因此更加適應當下 5G 市場的需求。
在這些巨頭輝煌的背后，是什么讓他們走到了今天的市場地位呢？總體來，射頻芯片領(lǐng)域的核心技術(shù)主要集中在芯片設(shè)計、芯片工藝和材料上，而中國射頻企業(yè)與巨頭的差距也恰恰體現(xiàn)在這三方面。
射頻芯片在芯片設(shè)計層面跟我們熟知的 CPU、GPU 有很大不同，因為射頻芯片要解決的問題實際上不是一個固定的或者說非常確定的?？梢韵胂?，在無數(shù)信號中尋找自己需要的信號，每一次面臨的狀況都不一樣。
所以射頻芯片要解決的問題是“動態(tài)”的，這就要求芯片設(shè)計要在各種物理指標的折中里去尋找相對的均衡，而這種均衡很多時候還要取決于產(chǎn)品的實際應用需求，比如手機和汽車所需要的射頻芯片需求就完全不同。
這就導致射頻芯片需要設(shè)計者具備很豐富的經(jīng)驗，用設(shè)計領(lǐng)域行話來說，就是工程師的“Know-How”是重中之重。
這對于這些老牌美日巨頭來說并不是問題，因為在這些企業(yè)中，很多明星工程師已經(jīng)在行業(yè)中摸爬滾打了十幾年甚至數(shù)十年。
排名第一的村田電子，成立于 1950 年，而排名第二的思佳訊則成立于 1962 年，可以說，在半導體行業(yè)還沒有形成規(guī)模，在半導體技術(shù)尚處于搖籃中的時候，這些企業(yè)就已經(jīng)先一步走在半導體行業(yè)中了。
巨頭們除了有充足的時間培養(yǎng)人才，也通過早期的資本積累，擁有了收購吞并的能力，而一旦射頻行業(yè)中出現(xiàn)了新的技術(shù)動向，而自身又“船大難掉頭”或者不便于及時調(diào)整，他們就可以通過收購快速實現(xiàn)技術(shù)和產(chǎn)品版圖的擴張。
村田電子在 2014 年斥資 4.7 億美元收購了北美半導體廠商 Peregrine，通過此次收購，村田電子快速取得了射頻芯片領(lǐng)域先進的 RF-SOI 制程技術(shù)。
美國思佳訊則更加激進，從 2007 年到 2021 年完成了四次射頻領(lǐng)域的收購或合作，先后收購了飛思卡爾的 PA 業(yè)務、SiGe 半導體和 Silicon Labs 的基礎(chǔ)設(shè)施和汽車業(yè)務，同時還與松下成立了合資公司布局 SAW 濾波器業(yè)務。
▲ Skyworks 5G 射頻芯片模組產(chǎn)品示意圖
排名第四位的 Qorvo 雖然是一家相對年輕的企業(yè)，成立于 2015 年，可它卻是由美國 TriQuint 半導體和 RF Micro Devices（RFMD）合并成立而來。
TriQuint 半導體是當時全球最大的商用砷化鎵晶圓代工供應商，砷化鎵是射頻芯片中非常重要的一種材料。而 RFMD 更是素有“射頻 PA 芯片黃埔軍?！敝Q，其在射頻芯片行業(yè)中的地位可見一斑。
基于這樣的資歷背景，這些美日老牌射頻巨頭可以說積累了大量的人才、技術(shù)、專利資源，大量的技術(shù)專利壁壘都成為了阻擋后來者的門檻。
除了芯片設(shè)計，在射頻芯片的工藝和材料方面，美日射頻巨頭們也優(yōu)勢明顯。射頻芯片所用到的材料是比較特別的，氮化鎵（GaN）、砷化鎵（GaAs）、鍺硅（SiGe）等高端材料是非常常見的，而這些材料設(shè)計到的晶圓加工工藝也更加專業(yè)和細分。
▲ Skyworks 的射頻芯片產(chǎn)線
比如 SOI 工藝在射頻開關(guān)市場的占有率達到了 92%，但是在其他領(lǐng)域卻鮮有應用，CMOS 工藝則可以讓射頻、基頻與存儲器等組件更加一體化的集成到一體，也更加符合 5G 時代射頻芯片模組化的趨勢。
對于射頻芯片來說，其最關(guān)鍵的兩個指標是噪聲系數(shù)和線性度，而這兩個核心指標與芯片工藝幾乎完全相關(guān)，工藝的好壞就決定了芯片性能的優(yōu)劣。
并且射頻芯片領(lǐng)域的這些芯片工藝還存在了較多不確定性，不同于我們傳統(tǒng)認知中的“硅片”晶圓代工?？赡芤桓⌒〉姆庋b引線帶來的電感就會對射頻芯片產(chǎn)生顯著影響。
目前，射頻芯片領(lǐng)域排名前四的美日巨頭廠商，全部采用了 IDM 的業(yè)務模式，也就是說從芯片研發(fā)設(shè)計到芯片生產(chǎn)制造全都把控在自己手里。
在這種模式下，這些巨頭們對于芯片技術(shù)、生產(chǎn)工藝的把控更加牢固，甚至對于先進生產(chǎn)工藝的產(chǎn)線設(shè)備都是單獨定制的，這就增加了其技術(shù)的門檻和壁壘。
▲ Skyworks 的射頻芯片產(chǎn)線
射頻芯片國產(chǎn)化替代，正在路上
在明確了差距后，目光回到國內(nèi)市場，中國射頻芯片企業(yè)經(jīng)過十年左右的沉淀，也陸續(xù)開始迎來自己的高光時刻。對于這些國內(nèi)玩家來說，有很多積極因素都成為了他們挑戰(zhàn)巨頭的良好基礎(chǔ)，從技術(shù)到市場，從人才到資本。
國內(nèi)走在前列的射頻芯片企業(yè)大多是從 2010 年前后開始發(fā)力，那是智能手機正在逐漸取代功能機的初期階段，而后來 3G 向 4G 的過渡也創(chuàng)造出了更多射頻芯片需求，從而讓市場可以養(yǎng)活更多玩家。
市場，正是現(xiàn)在國內(nèi)射頻芯片玩家的核心優(yōu)勢之一。目前在整個射頻芯片市場中，手機和通訊模塊市場大約占據(jù)了 80% 以上，WiFi 路由器和通訊基站分別占據(jù)了 9% 左右，余下的則是 NB-IoT 市場。
也就是說，手機和通訊是射頻芯片的最主要市場，而中國的 5G 智能手機市場不論從規(guī)模還是發(fā)展速度來說都遙遙領(lǐng)先于全球其他市場，5G 基站的建設(shè)速度相比其他國家更可以用“一騎絕塵”來形容。
▲ 2020 年 1 月到 2021 年 6 月，國內(nèi)市場手機出貨量情況
根據(jù)國內(nèi)三大運營商一季度數(shù)據(jù)，目前 5G 手機連接用戶數(shù)已經(jīng)突破了 3.1 億，而截止今年 3 月，中國 5G 基站數(shù)量在全球 5G 基站總量中的占比超過了 70%。中國毋庸置疑地成為了全球最大的射頻芯片市場。
并且當下隨著半導體產(chǎn)能短缺席卷整個科技產(chǎn)業(yè)，所有廠商都希望加強對供應鏈的把控，尤其是本土化供應已經(jīng)成為了科技產(chǎn)業(yè)的大勢所趨。不論是蘋果、英特爾還是大陸廠商都是如此。
在這種趨勢下，中國射頻企業(yè)也有了更多機會從中國射頻芯片市場中分得更多的蛋糕。
從芯片技術(shù)和材料工藝角度來看，國內(nèi)廠商追趕的步伐也在加速。比如在射頻開關(guān)領(lǐng)域，卓勝微的產(chǎn)品已經(jīng)可以做到與巨頭們比肩的水平，據(jù)了解，目前他們在射頻開關(guān)、低噪聲放大器、濾波器、WiFi 藍牙等領(lǐng)域獲得了 63 項專利。
在 2011 年左右，卓勝微將業(yè)務重點轉(zhuǎn)向了射頻芯片領(lǐng)域，在 3G 向 4G 轉(zhuǎn)換的時代，他們通過射頻開關(guān)和低噪聲放大器產(chǎn)品占領(lǐng)了這一細分市場，并打出了自己的名堂。
在近十年的積累后，2020 年年底，卓勝微在江蘇無錫投資了 8 億元建設(shè)半導體產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地，而該生產(chǎn)基地據(jù)了解將用于建設(shè)濾波器生產(chǎn)和射頻模組封裝測試生產(chǎn)線。也就是說，卓勝微將逐步構(gòu)建自己的 IDM 業(yè)務模式。
▲ 卓勝微創(chuàng)始人兼 CEO 許志翰
目前，三星、華為、小米、vivo、OPPO 等主流智能手機廠商都已經(jīng)將卓勝微的射頻芯片用于了自家產(chǎn)品中。當然，這些射頻芯片主要用于搭載了聯(lián)發(fā)科 SoC 的手機，因為高通的射頻芯片通常與 SoC 打包出售。
值得一提的是，根據(jù)卓勝微 2020 年財報數(shù)據(jù)顯示，其 2020 年營收約 28 億元，同比增長近 85%，而凈利潤超過 10 億元，凈利率約 38.4%，并且卓勝微的毛利率連續(xù)六年維持在了 50% 以上。
相比之下，射頻芯片市場份額排名第一的日本巨頭村田電子，其 2020 年的營收約為 900 億人民幣，凈利率約 12%，排名第二的美國思佳訊，其營收約為 214 億人民幣，凈利率約 24%。
可以看到，雖然在營收規(guī)模上中外企業(yè)之間的差距還比較大，但是在盈利情況上我們甚至已經(jīng)實現(xiàn)了反超，這就說明其業(yè)務正維持一個良性發(fā)展，資本也會隨之積累，成為后續(xù)發(fā)展擴大的“彈藥”。
除了卓勝微，唯捷創(chuàng)芯（Vanchip）作為射頻 PA 芯片市場的龍頭企業(yè)之一，目前在全球 4G 中低端 PA 市場中占據(jù)三成以上的份額。值得一提的是，唯捷創(chuàng)芯的創(chuàng)始人來自于 PA 芯片圈的黃埔軍校，前文提到的 RFMD。
在射頻濾波器領(lǐng)域，大陸企業(yè)漢天下成為了國內(nèi)第一個全面掌握 BAW 濾波器量產(chǎn)技術(shù)的公司之一，而 BAW 濾波器也是濾波器中偏高端、工藝更加復雜的產(chǎn)品。不過漢天下目前量產(chǎn)產(chǎn)品主要以低價產(chǎn)品居多，大客戶不多，出貨規(guī)模也比較有限。
除了這些表現(xiàn)比較突出的企業(yè)，像展銳、絡(luò)達、韋爾股份等企業(yè)也都在射頻芯片領(lǐng)域逐漸開拓者自己的市場。
由于目前國內(nèi)射頻芯片廠商都采用的是 Fabless 的模式，因此國產(chǎn)芯片代工工藝就顯得尤為關(guān)鍵，目前廈門三安集成已經(jīng)掌握了砷化鎵工藝，而 SOI、CMOS 等工藝，中芯國際已經(jīng)可以實現(xiàn)，不過目前最前沿的鍺硅工藝國內(nèi)仍然相對空白。
從國產(chǎn)射頻芯片企業(yè)的崛起來看，不論在技術(shù)、人才還是資本上，我們都在逐漸積累，慢慢趕上，雖然差距仍然是實打?qū)嵉模@些企業(yè)無疑都堅實地邁出了各自的步伐。
根據(jù) Yole Development 預測，2025 年全球射頻芯片市場規(guī)?？赡軐⑦_到 254 億美元，而 2019 年這一數(shù)字僅為 152 億美元，可見，5G 的到來，的確給射頻芯片市場注入了一針催化劑。
結(jié)語：SoC 之外，更多芯片賽道都充滿機遇
可以看到，雖然芯片種類不同，但身處芯片行業(yè)，中國企業(yè)面臨的困難卻多有相似，集中在設(shè)計、工藝和材料上。這些關(guān)鍵環(huán)節(jié)卡了脖子，需要時間、資本、人力的投入去消解。
隨著華為被禁，芯片自研關(guān)注度愈發(fā)高漲，但目光更多聚焦于 SoC 芯片，但其實 SoC 芯片之外，如電源管理芯片、射頻芯片等細分賽道，中國企業(yè)的身影都越來越多。
把握住中國市場、把握住 5G 的崛起，雖然充滿挑戰(zhàn)，但對中國芯片企業(yè)來說更多是機遇。
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