5G产业链:国产替代射频前端芯片FEM、5GPA小基站
射频芯片的国产化道路之且战且走
随着5G的一声令下，国内各大厂商揭地而起，观完今年的5G展会整理出ICT国产核心器件的替代表中，智能手机射频前端走的却是下滑的曲线，在国内射频厂商的合力下，2G的替代率高达96%，3G的替代率83%，4G的替代率却只有不到15%，而估算5G替代率尚未突破零。射频前端芯片是一片大森林，主要包括功率放大器（PA）、天线开关、滤波器、双工器和低噪声放大器（LNA），而实现5G通信的核心组件射频前端模块产业的影响将是系统而全面的，无论是集成度、材料或工艺都将发变革，而新老玩家的进击也将再次搅动整个产业链条。毫无疑问，5G的高带宽、高速率、低延时、多频谱等特点，不但进一步带来数字化产业的提升，也伴生出需求量和价值的提升，同时也引发了诸多设计挑战，需要且战且走。根据预测，到2020年5G应用支持的频段数量将新增50个以上，全球2G/3G/4G/5G网络合计支持的频段将超过91个，为射频前端模块的需求量带来翻倍增长。特别是滤波器和PA将成为大头，分别占总体应收的五成和三成，成为新的高地。射频前端巨头之一Qorvo就曾指出，以5G手机为例，单部手机的射频用量达到25美元，相比4G近乎翻倍。其中滤波器器从40个增加到70个，PA从4G的5-7颗到5G所需的16颗之多。同时PA的单价也显著提高，从4G手机的3.35美元跃升至5G手机的7.5美元以上。而设计亦成为新的关口，业内资深人士提出，作为航网的关键出入口，5G手机面临更多的频段支持，不同的调制方向、信号路由的选择、开关速度的变化等等，以及如Massive MIMO、波速成型、载波聚合、毫米波等关键技术的引入，都将对射频前端生态产生影响，导致射频前端的设计复杂度直线提升，并推动着前端模组的革新。
单从技术本身考量就已不简单，比如未来滤波器的难题在于如何避免温漂、应对信号干扰、让不同类型信号和谐共存等。而且，既然要支持多模多频，高度集成就成为大势所趋。据业内人士分析，5G与4G的频段不一，并要支持更多更高的频段，滤波器不仅技术参数、路径演进等都无法复制，而且为减少干扰，业界趋势一般是将滤波器、PA封装成模块供给高端手机厂商，低端也会将多个PA集成，外接滤波器，分立的PA厂商市场空间进一步压缩。
显然，射频前端的高度集成化是必然方向，不仅可实现更低的成本、更高的性能，最关键的是可为系统集成商提供 Turn-Key 方案，5G射频前端模组化趋势明朗。与此对应的是，材料、工艺、封装的多重“刷新”。射频工艺“兵分两路”，使用半导体工艺如GaAs、GaN、CMOS等，以PA和开关电路为代表；MEMS工艺则以声表面波滤波器（SAW）和体声波滤波器（BAW）为代表。国金电子指出，5G时代，GaAs材料适用于PA，而90%的射频开关已经从传统的GaAs工艺转向了SOI工艺，射频收发器大多数也已采用RF CMOS制程。
模组化趋势亦让SiP大有可为，这包括PAMiD（带集成双工器的功率放大器模块）、PAM（功率放大器模块）、毫米波前端模组等，预测5G智能手机将贡献射频前端模组SiP组装市场的43%。
广西芯百特微电子有限公司张博士分析说，5G对射频前端芯片的更高要求催生出BAW滤波器、毫米波PA等新的技术热点，而集成化一定是未来方向，因为小型化一定是系统追求的目标，分立器件厂商应在集成化方面多下工夫，早日适应这一方向。
毫米波的“破坏力”
而上述的革新尚有迹可寻的话，最颠覆性的变化或在于与4G相比，5G不仅支持6GHz以下低频段，还延伸到26.5～300GHz的毫米波频段。业界断言，除6GHz以下频段之外，毫米波频段代表一种完全不同的技术思维，将完全“破坏”射频前端产业，重新定义射频前端。从现实来看，相较于低频，毫米波频段的发展一直不是那么理想，虽然汽车毫米波雷达通过RF CMOS工艺实现了从分立到单芯片集成的变迁，但因高频信号的易干扰等物理限制，将毫米波模块高度集成到手机芯片中，需要在材料、尺寸、散热和辐射功率等方面克服诸多挑战，但这也为大厂的进入带来了绝佳机会，势必将引发整条产业链上的大“地震”。
有分析说，虽然毫米波频段性能不足，硅基工艺仍然是产业内最有可能被商用的技术。而基于RF CMOS工艺研发而出的车载毫米波芯片为MMIC产业带来了一股春风，让欲在5G领域基于硅片集成毫米波器件的厂商也多了些底气，但5G手机在成本、尺寸等方面带来的“诉求”仍让其本身的推进充满压力。
同时，这还需要系统其他器件的“配合”。张博解读说，毫米波器件的设计、测试和实现挑战巨大，而要支持毫米波通信，移动终端和基站都必须配备更新更快的应用处理器、基带以及射频器件，必须是全方位的系统提升。
但未来已来，随着5G商用开闸，高通已成为明确的毫米波技术新进入者，英特尔、三星、海思、联发科等均在探索这一新商机！而且陆续传出毫米波芯片集成突破以及成本大降的消息，预示着产业形势变化一触即发，有机会上演新的“破坏王”。
市场格局生变
在多年的征战之后，当前射频前端市场产业链已趋于“定势”，欧美IDM大厂技术领先，规模优势明显。而我国台湾企业则在晶圆制造、封装测试等产业链中下游占据重要地位。
例如在SAW滤波器中，全球80%的市场份额被村田、TDK等瓜分，而在4G/5G中应用的BAW滤波器则被博通和Qorvo占据了95%的市场空间，PA则全球93%的市场集中在Skyworks、Qorvo和博通手中。尤其是他们基本完成了射频前端全产品线布局，拥有专用的制造和封装链条，以IDM模式巩固在设计能力、产品性能以及产能掌控的巨大优势。同时，专利技术储备也让三大厂商有了更坚固的“防御城墙”，后来者短时间内难以逾越。
但4G的战场已然翻篇，5G的射频赛道上，已然涌入了新的对手。华为、高通、三星、英特尔和联发科都在切入。高通快人一步，已推出多款5G射频模块，并已从基带到天线的端到端解决方案傲视群雄。此外，其对TDK Epcos滤波技术的战略投资已初见成效。而前不久联发科正式宣布以每股两美元（共计4000万美元）的价格认购本土PA龙头唯捷创芯发行的普通股接近2000万股，这是继收购络达之后，联发科在射频PA领域的又一次深入。
一方面，他们有在基带和应用处理器方面的深厚积累，向高利润率的射频“跨界”横向整合，必将鼓励平台方案客户使用自家射频产品，实现“一石二鸟”；另一方面，这一趋势必将对Qorvo、博通和Skyworks等独立射频供应商造成一定的影响。虽然说5G市场足够大，伴随而来的物联网高爆发使得射频市场有足够的增量，但新的“跨界者”必将再次加速行业的洗牌。
国产替代之机会
在5G时代，国内在3G/4G累积的优势究竟会加码还是“递减”？
虽然近两年国产射频芯片厂商逐步起量，产业链走向成熟，但从国际竞争力来讲，国内的射频设计水平仍处在中低端，市场话语权有限，距离进口替代仍有较大缺口。有数字对比，我国大陆PA和开关射频芯片厂商销售额大约为3亿美元，而全球PA和开关射频产品需求金额约为60亿美元；滤波器层面，国内厂商销售总额不到1亿美元，而全球市场需求在90亿美元。
而中国作为5G变革中的排头兵，迫切需要形成突围之势。张博认为：“应该在标准方面加强投入，打造中国自己的射频产业标准。过去射频前端主要依靠欧美日系，而射频PA的优势是IDM，国内在这方面的布局还有较大差距，而现在正是缩小差距的最好时候。”
在技术层面，国内射频厂商应着力提升技术能力、经验积累和专利支撑，加强向高端突破，力推5G射频前端模组，争取更多的先期红利。比如SAW滤波器无法满足高频段的使用条件，BAW滤波器成为5G新焦点。“若无法成功跨进BAW市场，恐将在SAW市场上面临更沉重的价格战压力。”业内人士分析道。同时，随着电池、屏幕面积的扩展，射频前端的面积还会被进一步压缩，集成化趋势将使单兵作战的厂商失去立足点。为了应对小型化需求，业界厂商包括芯百特微电子在内的厂商提出了PA、滤波器集成方案PAMiD，及硬件复用方案，包含慧智微在内的国内厂商均已开始布局。
此外，应加强从材料到工艺的能力整合。射频器件需工艺与设计协同优化，但这意味着建造自己的制造厂，这需要巨大的资金投入以及长期的技术沉淀。在GSM时代，国内的锐迪科和汉天下等厂商曾凭借RF CMOS制程优势，打破了国际厂商采用GaAs制程主导PA的格局。但到了4G/5G时代，RF CMOS已不能满足要求，功放重回GaAs制程。同时，国内厂商产能受制于代工厂，而砷化镓晶圆第一大代工厂稳懋虽占据绝对优势，但其产能只占全部市场产能的6%，远不及Skyworks和Qorvo。未来代工行业的份额能否进一步提升，还要看下游对于化合物半导体的需求程度。
有专家指出，射频器件的突破点在新设计、新工艺和新材料，齐头并进才能完成追赶甚至是超越。随着5G一个个“暗礁”接踵而来，国内厂商要实现射频器件的追赶与替代，不仅要有“坐冷板凳”的决心和毅力，也需要业内放下成见合纵连横形成集团军作战，同时政府和投资机构应给予更多的耐心。
广西芯百特微电子有限公司张博说，国内射频芯片厂商大都小而散，在低端市场各自为政，应推进整合，协同创新，才有机会追赶国际巨头。5G作为新一代数字经济的基础设施，我们借助此次产业趋势，帮助众多中小企业提供5G FEM、5G微基站、功率放大器、低噪声放大器、射频开关、衰减器等方案。
5G微基站市场需求，截止2017年底，我国已搭建了328万座4G宏基站，按照1.5倍的保守值计算，5G基站数未来至少在500万座。
在5G的临界点上，在荆棘密布的路上，国内厂商仍需不断“刷新”才能负重前行。