華為P50“被迫”4G背后，中國射頻技術(shù)到底卡哪了？

本文來源：智東西

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(jī)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?yàn)?G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(yīng)，讓華為的5G手機(jī)業(yè)務(wù)“呼吸困難”。

無論是手機(jī)、電腦，想要實(shí)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(jìn)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(jī)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(jī)。

隨著華為和更多國內(nèi)手機(jī)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(jī)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(diǎn)。

與5G“相愛相殺”的射頻廠商們

其實(shí)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(jī)的大規(guī)模普及無疑是普通人感知最強(qiáng)的一點(diǎn)。

而5G智能手機(jī)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(jī)需要支持的頻段只有4個，一部手機(jī)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(jī)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(jī)的射頻芯片總價值也接近了20美元。

5G時代，一部手機(jī)需要支持多達(dá)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。可見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(lán)色為安華高的射頻PA芯片，深藍(lán)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(jī)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(shí)射頻芯片，簡單來說，就是負(fù)責(zé)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(jī)屏幕上的一段消息、一段語音或者圖片。

▲手機(jī)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(zhǔn)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(jī)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(fù)責(zé)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(fù)責(zé)保留你需要的信號并進(jìn)行“放大”。

據(jù)了解，5G時代，一部手機(jī)中僅僅是濾波器就需要80多個，而開關(guān)數(shù)量更是多達(dá)15個，相比之下，4G手機(jī)只需要最多40個濾波器，需求直接翻倍了。

也正因?yàn)檫@樣的市場需求爆發(fā)，讓更多射頻芯片廠商看到了機(jī)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(jī)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(jī)射頻芯片封裝工藝演進(jìn)趨勢，圖片來源：Yole Development

不論是模組化的封裝要求還是更嚴(yán)苛的工藝性能參數(shù)指標(biāo)，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(jī)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(jìn)步引得行業(yè)如此關(guān)注，主要還是因?yàn)槟壳拔覀兣c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(jī)、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(shí)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(yīng)當(dāng)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?yàn)樯漕l芯片要解決的問題實(shí)際上不是一個固定的或者說非常確定的。可以想象，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(biāo)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(shí)際應(yīng)用需求，比如手機(jī)和汽車所需要的射頻芯片需求就完全不同。

這就導(dǎo)致射頻芯片需要設(shè)計者具備很豐富的經(jīng)驗(yàn)，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?yàn)樵谶@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(dǎo)體行業(yè)還沒有形成規(guī)模，在半導(dǎo)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(dǎo)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?fù)滩⒌哪芰?，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(shí)現(xiàn)技術(shù)和產(chǎn)品版圖的擴(kuò)張。

村田電子在2014年斥資4.7億美元收購了北美半導(dǎo)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(jìn)的RF-SOI制程技術(shù)。

美國思佳訊則更加激進(jìn)，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(wù)、SiGe半導(dǎo)體和Silicon Labs的基礎(chǔ)設(shè)施和汽車業(yè)務(wù)，同時還與松下成立了合資公司布局SAW濾波器業(yè)務(wù)。

▲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(dǎo)體和RF Micro Devices（RFMD）合并成立而來。

TriQuint半導(dǎo)體是當(dāng)時全球最大的商用砷化鎵晶圓代工供應(yīng)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(xì)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(dá)到了92%，但是在其他領(lǐng)域卻鮮有應(yīng)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(biāo)是噪聲系數(shù)和線性度，而這兩個核心指標(biāo)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(rèn)知中的“硅片”晶圓代工。可能一根小小的封裝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(wù)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(jìn)生產(chǎn)工藝的產(chǎn)線設(shè)備都是單獨(dú)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(jī)正在逐漸取代功能機(jī)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(jī)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(jī)和通訊是射頻芯片的最主要市場，而中國的5G智能手機(jī)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(jī)出貨量情況

根據(jù)國內(nèi)三大運(yùn)營商一季度數(shù)據(jù)，目前5G手機(jī)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(dāng)下隨著半導(dǎo)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(qiáng)對供應(yīng)鏈的把控，尤其是本土化供應(yīng)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(jī)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(lán)牙等領(lǐng)域獲得了63項專利。

在2011年左右，卓勝微將業(yè)務(wù)重點(diǎn)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(xì)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地，而該生產(chǎn)基地?fù)?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(wù)模式。

目前，三星、華為、小米、vivo、OPPO等主流智能手機(jī)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(dāng)然，這些射頻芯片主要用于搭載了聯(lián)發(fā)科SoC的手機(jī)，因?yàn)楦咄ǖ纳漕l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(shí)現(xiàn)了反超，這就說明其業(yè)務(wù)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(kuò)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。

▲應(yīng)用于華為WiFi產(chǎn)品中的唯捷創(chuàng)芯VC7643 射頻放大器，圖片來源：充電頭網(wǎng)

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(fù)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(dá)、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(shí)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(shí)打?qū)嵉?，但這些企業(yè)無疑都堅實(shí)地邁出了各自的步伐。

根據(jù)Yole Development預(yù)測，2025年全球射頻芯片市場規(guī)模可能將達(dá)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。

▲5G AIoT時代，射頻芯片需求將在各個領(lǐng)域加速爆發(fā)，圖片來源：Skyworks

結(jié)語：SoC之外，更多芯片賽道都充滿機(jī)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(shí)SoC芯片之外，如電源管理芯片、射頻芯片等細(xì)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(jī)遇。