5G射頻前端市場(chǎng)誰(shuí)會(huì)是大贏家？

隨著4月24日中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通2020年5G SA新建工程無(wú)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(guó)移動(dòng)5G二期無(wú)線主設(shè)備集采，中國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商5G基站集采招標(biāo)總額達(dá)到760億元，采購(gòu)5G基站共計(jì)超52萬(wàn)個(gè)。這一數(shù)字與4月23日工信部披露的，即預(yù)計(jì)今年全年新建5G基站將超過(guò)50萬(wàn)個(gè)這一數(shù)據(jù)完全吻合。“新基建”背景下的中國(guó)5G建設(shè)已經(jīng)駛?cè)氚l(fā)展的快車(chē)道，那么將對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)，尤其是需求量較大的射頻前端帶來(lái)什么影響?又有哪些公司將充分享受這一巨大市場(chǎng)和技術(shù)紅利呢?

5G時(shí)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(jī)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(kāi)關(guān)、天線調(diào)諧等。

圖1：射頻前端構(gòu)成框圖(圖片來(lái)源：Qualcomm)

終端通信的核心組成器件其中，濾波器的作用是消除噪聲，濾除干擾和不需要的信號(hào)，只留下所需頻率范圍內(nèi)的信號(hào)，手機(jī)中使用的濾波器主要采用SAW(表面聲波)和BAW(體聲波)兩種技術(shù)制造。

開(kāi)關(guān)，顧名思義就是通過(guò)打開(kāi)和閉合等動(dòng)作，允許信號(hào)通過(guò)或不通過(guò)。

天線調(diào)諧器位于天線之后，但在信號(hào)路徑的末端之前，它的作用是將兩側(cè)的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸，并且必須可以根據(jù)信號(hào)頻率的不同進(jìn)行調(diào)整。

PA的功用則是在發(fā)射信號(hào)時(shí)通過(guò)PA放大輸入信號(hào)，使得輸出信號(hào)的幅度足夠大以便于后續(xù)處理。PA的質(zhì)量和效率對(duì)手機(jī)的信號(hào)完整性以及電池壽命至關(guān)重要。

而用于放大接收信號(hào)的放大器則被稱做低噪聲放大器(LNA)。

技術(shù)演進(jìn)帶來(lái)新商機(jī)

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(shí)現(xiàn)速率和容量的升級(jí)，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(hào)和多根天線來(lái)接收信號(hào)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(huì)需要更多的天線和更多的獨(dú)立射頻通道，相應(yīng)的射頻前端元件也會(huì)同步增加，LNA、PA、開(kāi)關(guān)、濾波器等元器件的用量和價(jià)值都會(huì)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(kāi)關(guān)的用量增幅最為明顯。

載波聚合可將多個(gè)載波聚合成一個(gè)更寬的頻譜，把不連續(xù)的頻譜碎片聚合到一起，達(dá)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(jí)增長(zhǎng)，頻段數(shù)從66個(gè)增加到1000多個(gè)。5G帶來(lái)的載波聚合預(yù)計(jì)總頻段數(shù)將超過(guò)1萬(wàn)個(gè)，受此影響，天線開(kāi)關(guān)和濾波器的數(shù)量將大幅增加，PA和LNA的用量增長(zhǎng)較少，但與之匹配的開(kāi)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(jìn)都會(huì)帶來(lái)射頻前端價(jià)值量的倍增。根據(jù)Yole的分析(圖2)，從2G到4G，射頻前端單機(jī)價(jià)值量增長(zhǎng)超10倍，而從4G到5G，射頻前端單機(jī)價(jià)值量的增長(zhǎng)將超過(guò)3倍。其中，濾波器的需求量增長(zhǎng)最明顯，市場(chǎng)空間翻倍。PA主要用于對(duì)發(fā)射的射頻信號(hào)進(jìn)行功率放大，若5G增加信號(hào)發(fā)射鏈路，就一定需要增加PA。但是因?yàn)镻A帶寬較寬，可以多個(gè)頻段共用，比如采用多模多頻的PA，從絕對(duì)數(shù)量上來(lái)看，PA的用量雖不及濾波器那么大，但價(jià)值量也有較大提高。根據(jù)Yole的預(yù)測(cè)，PA的價(jià)值量將由2018年的44.5億美元增加到2022年的50億美元。

對(duì)于全球射頻前端市場(chǎng)，Yole給出的預(yù)測(cè)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(zhǎng)率達(dá)到14%。由此可見(jiàn)，5G技術(shù)的升級(jí)和變化對(duì)射頻前端的器件數(shù)量和價(jià)值量的影響是無(wú)比巨大的。

圖2：手機(jī)中射頻前端單機(jī)用量和價(jià)值量(Yole，國(guó)金證券研究所)

射頻前端市場(chǎng)格局分析射頻前端半導(dǎo)體模塊化乃大勢(shì)所趨。受設(shè)備和終端空間的限制，5G時(shí)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(lái)越多。

如前所述，5G時(shí)代，射頻前端器件的整體需求量將有大幅增長(zhǎng)，但這種增長(zhǎng)也是結(jié)構(gòu)性的，大體趨勢(shì)是：濾波器 > LNA/開(kāi)關(guān)/調(diào)諧 > PA。

濾波器、開(kāi)關(guān)等器件增幅很大，尤其是濾波器，增速最快，貢獻(xiàn)了射頻前端70%的增量。其中，SAW的增幅最大。這是因?yàn)椋琒AW濾波器目前在終端濾波器市場(chǎng)的占比高達(dá)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(chǎng)，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(jì)制造難度較大，目前，Skyworks、Avago、Qorvo是PA市場(chǎng)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(jī)PA市場(chǎng)的80~90%份額，是名副其實(shí)的寡頭壟斷。

5G對(duì)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(lái)越成熟，但從參數(shù)性能上看，它更適合較低端應(yīng)用。

手機(jī)中天線開(kāi)關(guān)用量非常大，種類也很多，按用途劃分有Tx-Rx開(kāi)關(guān)、Atenna Cross開(kāi)關(guān)、Rx開(kāi)關(guān)等。5G到來(lái)，射頻開(kāi)關(guān)也將迎來(lái)強(qiáng)勁的增長(zhǎng)。根據(jù)Yole的預(yù)測(cè)，全球射頻開(kāi)關(guān)市場(chǎng)將從2018年的14.5億美元增長(zhǎng)到2025年23億美元，其中Rx / Tx開(kāi)關(guān)的增長(zhǎng)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(kāi)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(lái)越多，所用的天線數(shù)量急劇增加，尤其是5G 4x4 MIMO或接下來(lái)的8x8 MIMO架構(gòu)，天線調(diào)諧開(kāi)關(guān)用量成倍增加。權(quán)威分析機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，天線調(diào)諧開(kāi)關(guān)市場(chǎng)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(kāi)關(guān)的主流技術(shù)。今天占據(jù)調(diào)諧市場(chǎng)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(chǎng)份額也在逐漸提升。

LNA市場(chǎng)將穩(wěn)步增長(zhǎng)。3G/4G時(shí)，部分LNA被集成在射頻收發(fā)中，市場(chǎng)空間較小，但從2017年開(kāi)始LNA市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。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(chǎng)，主要被英飛凌和Skyworks占領(lǐng)。

5G將給天線數(shù)量、射頻前端模塊的價(jià)值量帶來(lái)翻倍的增長(zhǎng)。按照當(dāng)前的市場(chǎng)和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)格局，美日企業(yè)處于絕對(duì)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(chǎng)，已經(jīng)有很多中國(guó)企業(yè)開(kāi)始關(guān)注并進(jìn)入這一市場(chǎng)。