從華為P50 5G功能受限於射頻前端 看國產廠商挑戰

集微諮詢認為,以下幾個趨勢將對射頻前端市場格局產生深遠影響:- 5G射頻前端BoM成本越來越高,模組化趨勢明顯;- 高通跨界進入射頻前端領域並不斷擴大市場份額,傳統射頻前端廠商與SoC廠商抱團對抗;- 美國對華為出口管制以來,射頻前端市場發生動蕩,國產廠商開始起飛;- 國產射頻廠商密集IPO,但是在代工、材料等環節仍然薄弱,供應鏈需要相互扶持成長。

通信技術從2G演進至5G,手機需要支持的頻段增多,可同時通信的通道增多、帶寬變大,對射頻前端器件的數量和功能要求大幅提升。以iPhone中國版為例,iPhone 3GS時僅有7個頻段,iPhone 12達到55個。進入5G時代,還新增Sub-6 GHz和mmWave(毫米波)兩大類頻段,分集接收、MIMO和載波聚合等技術被廣泛應用,對實現通信功能扮演關鍵角色的射頻前端芯片帶來了極大的機遇和挑戰。

01 5G推升智能手機射頻前端單機價值量和BoM佔比

在射頻前端層面,5G手機與4G版本相比,每個5G手機中的射頻含量高出5美元至8美元,而毫米波版本則多出10美元。Gartner對這一數據的預測更高,分別達到8美元和20美元。下圖顯示了2020年4G到5G不同制式智能手機中,單機射頻前端BoM成本和BoM成本佔比都急劇攀升。

從華為P50 5G功能受限於射頻前端 看國產廠商挑戰

集微諮詢認為,射頻前端BoM成本在過去10年裡保持穩步增長,主要由兩個趨勢推動,一是手機通信制式從針對地區和運營商的特定設計向“全球通”設計轉變;二就是從2G/3G向4G LTE和5G過渡。射頻前端模塊中功率放大器(PA)、濾波器、天線、開關和低噪聲放大器(LNA)等主要組件的用量增加,推動了單機價值量的增長。

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另一方面,智能手機市場開始復蘇,尤其自去年以來中國5G智能手機增長勢頭迅猛。去年5G智能手機產量在2.26億台左右,今年預計將達到5.2億台。

在這種趨勢下,射頻前端市場近幾年一直保持着蓬勃發展的勢頭。Gartner預測,到2021年底,射頻前端市場規模預計將達到170億美元,高於2020年的140億美元,2019年(5G推出之年)至2026年間的複合年增長率為8.3%,五年後射頻前端市場規模將達到210億美元。

02 手機處理器廠商跨界,射頻前端市場格局受衝擊

從2G到5G,智能手機中集成的射頻前端器件越來越多,但是射頻輕薄化、長待機等需求使得手機內部留給PCB的空間越來越有限。IHS的數據顯示,從iPhone 6到iPhone 8,射頻前端模組(PAM/FEM)數量從2個增加到6個,而佔用的PCB面積僅增加了40%。為此,射頻前端模塊化將成為長期趨勢,從早期低集成度的FEM、PA模組PAM、多頻段FEM+PA集成,到中集成度的多頻段開關+濾波器DiFEM模塊,或者濾波器+雙/多工器+天線開關的FEMiD模塊,再到如今高集成度的多模多頻PA+ FEMiD+Tx/Rx模組的PAMiD模塊,今後預計還將進一步集成LAN器件形成LPAMiD。

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目前全球射頻前端市場領導者普遍都擁有適應多種市場需求的靈活模塊產品,甚至為旗艦智能手機定製模塊,因此在高度集成化趨勢下,他們將更有能力進一步鞏固領導地位。

不僅如此,隨着5G要求更高的集成度,射頻前端和調製解調器/收發器之間的關係也更緊密,處理器供應商觸角延伸至射頻前端領域。包括高通、華為、聯發科和三星在內的供應商都在增加射頻前端能力,但目前看來高通取得的成效更為顯著,該公司通過高度集成射頻前端功能來實現其調製解調器解決方案的差異化。在此驅動下,2020年高通射頻前端器件的收入有望實現增長50%,預計到2022年該公司將成為營收最高的射頻前端供應商之一。

集微諮詢認為,智能手機處理器廠商進入射頻前端領域,對市場產生的影響主要在以下幾個方面:

1.衝擊傳統射頻前端廠商的市場空間。高通等處理器廠商為其SoC提供射頻前端組合或直接集成進SoC中,整合為毫米波天線封裝(AiP)模組,成套解決方案相比之下具有節省智能手機設計人力、時間成本方面的優勢,將在一定程度上搶佔傳統射頻廠商的份額。

2.SoC和射頻廠商抱團合作以提升競爭力。隨着射頻前端BoM成本和系統整合難度增加,沒有射頻前端能力或能力較弱的SoC廠商,為了與高通對抗,選擇與傳統射頻前端廠商更緊密地合作。例如2020年10月,博通、英特爾、聯發科、村田、Qorvo、Skyworks和三星聯合成立OpenRF聯盟,目標是提供開源框架,OEM可以從多供應商生態系統中選擇可互操作的同類最佳解決方案,同時在任何5G基帶上使用相同的射頻前端。行業分析公司Mobile Experts報告稱,通過使用OpenRF框架,OEM、射頻前端供應商和調製解調器供應商每年在研發方面可節省9億美元。

3.蘋果自研調製解調器。在收購英特爾的基帶業務后,射頻前端BoM成本佔比越來越高,預計蘋果也將提升這方面的能力。

上述趨勢將給傳統射頻前端廠商帶來壓力,隨着射頻前端價值量增加,市場也將進一步整合。傳統射頻前端廠商可能不會進入智能手機處理器市場,但是可能會進入其他無線連接芯片等領域以抵消市場競爭帶來的影響。

03 華為受限影響射頻前端市場,國產廠商將起飛

隨着5G智能手機快速滲透,射頻前端成為半導體領域最受關注的新增長點,稀缺概念股卓勝微受到市場熱捧,成就了國內首家市值超千億的射頻前端芯片企業。在市場和資本的加持下,今年6月份上交所密集受理了多家射頻芯片廠商IPO申請。但看似火熱的發展勢頭下,核心領域仍然受制於國際廠商依然是不爭事實。

從華為P50 5G功能受限於射頻前端 看國產廠商挑戰

7月底,在5G基本已經成為中高端智能手機標配的今天,華為發布的搭載麒麟9000頂級旗艦5G芯片的P50Pro卻只能作為4G手機用。究其原因,儘管P50系列的供應鏈已經是國內智能手機中國產化程度最高的,在5G射頻前端上仍很大程度依賴於進口。

從華為P50 5G功能受限於射頻前端 看國產廠商挑戰

去年華為Mate30拆解結果顯示,海思已經實現處理器、基帶、天線開關等的自研,但射頻前端模塊仍來自日本村田製作所;P40的拆解結果同樣顯示,已經在很大程度上擺脫了對美國公司的依賴,並開始PA的研發,但射頻前端組件仍然主要來自高通、Qorvo和Skyworks等廠商。

為了應對美國的出口限制,2019年9月之後,集微諮詢梳理髮現華為在射頻前端上做了幾件事:加大射頻器件庫存備貨力度;通過旗下的海思加快相關器件研發,提升內部的射頻前端技術能力,同時通過華為哈勃投資國內優秀的射頻公司;加大與村田這家主要的非美系射頻前端組件供應商的合作力度;與卓勝微等中國本土供應商合作,使其在華為禁令后相關業務翻了一番。

即使美國將來放寬對華為的限制,也將對射頻前端市場產生持久的影響。目前這些限制已經對華為的智能手機業務造成重大衝擊,被迫剝離榮耀品牌。隨着其他智能手機品牌填補華為的市場空白,射頻前端市場格局或將發生變化。

另一方面,華為等國內智能手機品牌加大了對國產供應鏈的支持力度,國內射頻芯片廠商迎來飛速發展周期,取得了兩位數的增長,新的初創廠商也在不斷湧現。國內射頻前端廠商多數以分立射頻器件業務起家,例如分立式LNA或開關等,並憑藉這些產品積累專業知識,與OEM逐漸建立信任,在國內政策和投資空前熱情的加持下,技術和市場有望得到顯著增長。

從華為P50 5G功能受限於射頻前端 看國產廠商挑戰

今年6月,國產射頻芯片廠商在多個5G智能手機機型中的應用被曝光,預計今年下半年將是國內射頻前端芯片全面起飛的起點,並不斷走向高端:

三星Galaxy F52(5G)發布,採用了飛驤科技的Phase5N射頻前端模組FX5627H、FX5627K、FX5805A;

三星支持5G全球頻段的Galaxy A22發布,5G Sub-6GHz新頻段射頻前端採用了慧智微完整5G解決方案,是三星首次採用大陸廠商的高集成度5G L-PAMiF射頻模組,一顆n77/78/79 L-PAMiF S55255用於發射及接收,三顆n77/78/79 L-FEM S15728用於接收;

榮耀50發布,採用了昂瑞微的OM9901-11、OM9902-11兩顆5G PA。

除此之外,據供應鏈透露,唯捷創芯、飛驤科技、慧智微、漢天下等,有幾家廠商的5G分離式方案已經在OPPO、榮耀、小米等品牌中獲得越來越多的立項,4G機型則很早就開始並已量產出貨。卓勝微WiFi PA、FEM等方案,也獲得國內WiFi路由器廠商承認,開始在代工廠大量投片。

觀察卓勝微、昂瑞微、唯捷創芯等頭部廠商的布局,在不斷取得市場份額之際,他們也在擴寬產品組合。集微諮詢認為,中國領先射頻芯片設計廠商的下一步將是推出集成模塊,並會為此得到更多融資。可能最終並非所有公司都能取得成功,但是可以期待未來幾年射頻領域會有更多的合作與整合。

04 產能和材料是國內射頻前端企業的主要供應鏈瓶頸

射頻前端供應鏈主要包括材料、設計、代工、封測等環節,行業龍頭Qorvo、Skyworks、村田等主要以IDM模式運營,能夠更好地利用在工藝上的konw-how,發揮工藝與設計協同優化優勢,獲得更大的產品和性能優勢,同時提高了技術門檻和壁壘。

國內射頻前端廠商絕大多數以fabless模式運營,在技術和規模上相對落後於IDM龍頭。他們主要依靠中國台灣的穩懋、宏捷科和美國GCS(環宇)等化合物代工廠生產芯片,大陸化合物代工廠主要是三安集成、海威華芯等,產能規模和工藝水平與前者相比仍有不小差距。

但是,即使是砷化鎵晶圓第一大代工廠穩懋,其產能也僅有全部市場產能的6%,遠不及Skyworks和Qorvo。因此國內射頻芯片廠商面臨的主要挑戰之一就是難以獲得足夠的晶圓產能,尤其是在當前整體產能緊缺的局勢下。據集微諮詢了解,國內PA廠商就曾遇到被穩懋拉長交貨周期的變相斷供事件。通常情況下,國內射頻芯片廠商也更願意與穩懋這樣具備成熟工藝的代工廠合作,更換代工廠需要漫長的磨合周期。

華為事件后,在供應鏈安全的考慮推動下,三安集成等大陸代工廠也迎來了更多的大陸客戶合作意向,該公司今年上半年實現銷售收入10.16億元,同比增長170.57%,客戶信賴度大幅提升,在工藝優化、良率提升方面產生良性循環。近期三安集成多個型號SAW濾波器和雙工器產品通過紫光展銳T107智能化輕量級手機平台和展銳8910DM物聯網平台的認證,順利進入紫光展銳認證供應商清單,標誌着三安集成的濾波器產品正加速進入全球主流射頻前端平台。隨着未來三安產能的進一步開出,將為國產射頻前端產業鏈帶來更多利好。

此外,RF-SOI工藝需求也在不斷提升,大陸目前具備該工藝的代工廠較少,多數仍在布局階段,其中華虹宏力200/130nm RF-SOI製程獲得了大量成功量產經驗,並將繼續研發55nm及以下節點製程研發。

在材料方面,PA主流工藝材料為砷化鎵(GaAs),主要供應商是住友電工和AXT,GaAs外延片主要供應商是IQE、VPEC等。射頻開關主流工藝為RF-SOI,主要供應商為法國Soitec。濾波器主要使用的壓電材料,信越化學、住友、小池產業和山壽工業等四家日本廠商合計佔據超過90%的市場。

在封測方面,隨着5G射頻前端模組的到來,射頻前端對半導體的多芯片封裝工藝需求越來越多,Flip-Chip、SiP等先進封裝成為主流,這方面長電科技、通富微電和華天均可滿足需求,並已經成為他們主要的業務板塊。

05 總結

射頻前端行業主要應用市場為智能手機,受市場波動影響較明顯,但是在中美長期科技競爭態勢下,國產射頻廠商將顯著受益。隨着他們在市場中取得一定份額並開始走向高端,更應該注重構建專利護城河、提升極速壁壘,同時與產業鏈一起協同發展,共同成長。