隨著2020年4月24日中國電信和中國聯(lián)通2020年5G SA新建工程無線主設(shè)備聯(lián)合集采的正式落槌，加上數(shù)周前已經(jīng)揭曉答案的中國移動5G二期無線主設(shè)備集采，中國三大運營商5G基站集采招標(biāo)總額達到760億元，采購5G基站共計超52萬個。這一數(shù)字與2020年4月23日工信部披露的，即預(yù)計今年全年新建5G基站將超過50萬個這一數(shù)據(jù)完全吻合。
“新基建”背景下的中國5G建設(shè)已經(jīng)駛?cè)氚l(fā)展的快車道，那么將對半導(dǎo)體行業(yè)，尤其是需求量較大的射頻前端帶來什么影響？又有哪些公司將充分享受這一巨大市場和技術(shù)紅利呢？
5G時代的射頻前端
首先，讓我們看一下射頻前端究竟包含哪些核心器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發(fā)、基帶構(gòu)成，其中射頻前端是指介于天線與射頻收發(fā)之間的通信元件，是終端通信的核心組成器件，主要包括：濾波器、LNA （低噪聲放大器）、PA （功率放大器）、開關(guān)、天線調(diào)諧等。
圖1：射頻前端構(gòu)成框圖（圖源：Qualcomm）
技術(shù)演進帶來新商機
大容量、廣覆蓋、高帶寬、低延遲是5G網(wǎng)絡(luò)的典型特征，為了實現(xiàn)速率和容量的升級，大量技術(shù)被整合其中，比如Massive MIMO技術(shù)、載波聚合（CA）技術(shù)等。
MIMO是一種使用多根天線發(fā)送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術(shù)。在5G Sub-6G中，將增加更多的MIMO，即從2×2提高到目前的4×4 MIMO。因此也會需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應(yīng)的射頻前端元件也會同步增加，LNA、PA、開關(guān)、濾波器等元器件的用量和價值都會有不同程度的增加，尤以高性能天線調(diào)諧和天線轉(zhuǎn)換開關(guān)的用量增幅最為明顯。
載波聚合可將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，把不連續(xù)的頻譜碎片聚合到一起，達到提高傳輸速率和頻譜使用效率的目的。從4G LTE 到4G LTE Advanced Pro，載波聚合組合的數(shù)量呈指數(shù)級增長，頻段數(shù)從66個增加到1000多個。5G帶來的載波聚合預(yù)計總頻段數(shù)將超過1萬個，受此影響，天線開關(guān)和濾波器的數(shù)量將大幅增加，PA和LNA的用量增長較少，但與之匹配的開關(guān)數(shù)量有一定程度的增加。
從2G到4G，直至今天的5G，每一代蜂窩技術(shù)的演進都會帶來射頻前端價值量的倍增。根據(jù)Yole的分析 ，從2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10倍，而從4G到5G，射頻前端單機價值量的增長將超過3倍。其中，濾波器的需求量增長最明顯，市場空間翻倍。PA主要用于對發(fā)射的射頻信號進行功率放大，若5G增加信號發(fā)射鏈路，就一定需要增加PA。但是因為PA帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如采用多模多頻的PA，從絕對數(shù)量上來看，PA的用量雖不及濾波器那么大，但價值量也有較大提高。根據(jù)Yole的預(yù)測，PA的價值量將由2018年的44.5億美元增加到2022年的50億美元。
對于全球射頻前端市場，Yole給出的預(yù)測是，將由2017年的151億美元，增加到2023年的352億美元，年復(fù)合增長率達到14%。由此可見，5G技術(shù)的升級和變化對射頻前端的器件數(shù)量和價值量的影響是無比巨大的。
射頻前端市場格局分析
射頻前端半導(dǎo)體模塊化乃大勢所趨。受設(shè)備和終端空間的限制，5G時代新增的射頻前端器件主要以模塊形式出現(xiàn)，模塊中集成的器件也越來越多。
如前所述，5G時代，射頻前端器件的整體需求量將有大幅增長，但這種增長也是結(jié)構(gòu)性的，大體趨勢是：濾波器 > LNA/開關(guān)/調(diào)諧 > PA。
濾波器、開關(guān)等器件增幅很大，尤其是濾波器，增速最快，貢獻了射頻前端70%的增量。其中，SAW的增幅最大。這是因為，SAW濾波器目前在終端濾波器市場的占比高達73%。
根據(jù)Qorvo的官方數(shù)據(jù)，Qorvo、Avago等美系廠商目前占有90%以上的BAW市場，SAW則由村田為代表的日系廠商主導(dǎo)。在供應(yīng)格局方面，BAW濾波器領(lǐng)域Avago的市占率約為60%，Qorvo的占比為30%。而SAW濾波器，村田占據(jù)了50%的份額，另外兩家日本供應(yīng)商Taiyo Yuden和TDK次之。
PA是射頻前端中的有源器件，設(shè)計制造難度較大，目前，Skyworks、Avago、Qorvo是PA市場的三大玩家，其中，Skyworks居領(lǐng)先地位，Avago和Qorvo分列第二、三位，三家公司占據(jù)了全球手機PA市場的80~90％份額，是名副其實的寡頭壟斷。
5G對PA提出了新的要求，為了支持5G Sub-6G技術(shù)，PA的功耗控制、線性度、結(jié)構(gòu)封裝中的熱管理都變得非常重要。在工藝路線上，砷化鎵（GaAs）仍將是高端PA的首選技術(shù)，毫米波有望采用SOI PA。雖然CMOS PA越來越成熟，但從參數(shù)性能上看，它更適合較低端應(yīng)用。
手機中天線開關(guān)用量非常大，種類也很多，按用途劃分有Tx-Rx開關(guān)、Atenna Cross開關(guān)、Rx開關(guān)等。5G到來，射頻開關(guān)也將迎來強勁的增長。根據(jù)Yole的預(yù)測，全球射頻開關(guān)市場將從2018年的14.5億美元增長到2025年23億美元，其中Rx / Tx開關(guān)的增長主要源于MIMO和CA技術(shù)的應(yīng)用。從技術(shù)上看，SOI目前仍是射頻開關(guān)的首選技術(shù)。
天線調(diào)諧用量將大幅提升。從4G到5G，MIMO逐漸增加，頻段越來越多，所用的天線數(shù)量急劇增加，尤其是5G 4x4 MIMO或接下來的8x8 MIMO架構(gòu)，天線調(diào)諧開關(guān)用量成倍增加。權(quán)威分析機構(gòu)預(yù)計，天線調(diào)諧開關(guān)市場將從2018年的4.5億美元增加到2025年的12.3億美元。
目前，SOI、RF MEMS是天線調(diào)諧開關(guān)的主流技術(shù)。今天占據(jù)調(diào)諧市場70%的Qorvo和Skyworks等大廠主要采用SOI技術(shù)。采用RF MEMS工藝的Cavendish Kinetics（CK）等廠商的市場份額也在逐漸提升。
LNA市場將穩(wěn)步增長。3G/4G時，部分LNA被集成在射頻收發(fā)中，市場空間較小，但從2017年開始LNA市場快速增長。LNA目前以SiGe工藝為主，到毫米波階段，基于SOI的LNA將成為主流。LNA的市場，主要被Infineon Technologies （英飛凌） 和Skyworks占領(lǐng)。
5G將給天線數(shù)量、射頻前端模塊的價值量帶來翻倍的增長。按照當(dāng)前的市場和技術(shù)競爭格局，美日企業(yè)處于絕對的壟斷地位。排名前五的企業(yè)包括Murata、Skyworks、Qorvo、Broadcom/Avago、Qualcomm/TDK Epcos等，這些射頻前端供應(yīng)商以IDM為主。此外，我們注意到，在5G射頻前端市場，已經(jīng)有很多中國企業(yè)開始關(guān)注并進入這一市場。
