射頻芯片市場(chǎng)淺析

隨著 5G 等通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)射頻前端器件的需求激增。根據(jù)預(yù)測(cè)，5G 手機(jī)支持的頻段將在 4G 將近 40 個(gè)頻段的基礎(chǔ)上新增至少 50 個(gè)，全球 2G/3G/4G/5G 網(wǎng)絡(luò)合計(jì)支持的頻段將超過 91 個(gè)，頻段增加會(huì)帶來智能手機(jī)射頻元器件數(shù)量的同步增加。

根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)顯示，全球射頻前端市場(chǎng)將由 2019 年的 152 億美元增長(zhǎng)到 2025 年的 253.98 億美元，2020-2025 復(fù)合年均增長(zhǎng)率 11%。

在產(chǎn)業(yè)高速成長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)下，大量國(guó)產(chǎn)創(chuàng)業(yè)者冒出頭。到目前為止，國(guó)內(nèi)大大小小的射頻公司已經(jīng)有 100 多家。射頻芯片的每一個(gè)細(xì)分賽道都超過 10 家甚至 20 家公司，而且不斷有新的創(chuàng)業(yè)公司進(jìn)來。

市場(chǎng)的飛速擴(kuò)張也引來了嗅覺靈敏的資本。

射頻芯片設(shè)計(jì)面臨的難題是非常多的，有設(shè)計(jì)者理論及經(jīng)驗(yàn)方面的主觀因素，最大的難題還是工藝及封裝的客觀限制因素。

首先說一下主觀因素吧，射頻芯片設(shè)計(jì)需要的理論知識(shí)真的是非常多，很多設(shè)計(jì)理論甚至被人認(rèn)為玄乎，而且射頻芯片的設(shè)計(jì)存在各種指標(biāo)的折中均衡，什么樣的折中是最佳的？怎樣折中是取決于產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用要求，沒有定論，所以經(jīng)驗(yàn)的積累也算是一個(gè)難題吧。再者很多射頻芯片的指標(biāo)要求都是要挑戰(zhàn)工藝極限，這就需要很多創(chuàng)新性的電路結(jié)構(gòu)，例如噪聲抵消啊、交調(diào)分量抵消、為了提高功放效率采用的動(dòng)態(tài)偏置，有時(shí)為了降低功耗也是想盡了辦法，各種電流復(fù)用。

關(guān)鍵的還是工藝及封裝的物理限制或者模型的不準(zhǔn)確性導(dǎo)致的難題。射頻芯片最重要的指標(biāo)是噪聲系數(shù)和線性度，這兩個(gè)指標(biāo)和工藝完全相關(guān)，例如cmos工藝襯底上就會(huì)耦合過來各種噪聲干擾，cmos器件的線性度也很差，這種難題是硬傷，沒辦法解決，只能通過合適的電路結(jié)構(gòu)或者采取一些無法定量分析的隔離措施來緩解問題，這就存在很多不確定性了。

其次，射頻電路dui著頻率的升高，對(duì)寄生參數(shù)越來越敏感，大的寄生電阻、電容會(huì)使電路的性能降低到無法容忍的地步，那么如何準(zhǔn)確的評(píng)估這些寄生參數(shù)的量就是一個(gè)極大的難題，這里面涉及到器件的精確射頻模型建模和版圖中寄生參數(shù)的精確提取。器件的射頻精確模型是業(yè)內(nèi)的一大難題，頻率越高偏差會(huì)越大，還有一些器件特性難以建模，例如亞閾值區(qū)域特性。大信號(hào)條件下的高階非線性特性，各類噪聲特性的準(zhǔn)確建模，這些模型的問題都會(huì)帶來仿真結(jié)果與實(shí)際產(chǎn)品之間的差異，器件模型近年來還是有了長(zhǎng)足發(fā)展了，成熟工藝廠提供的模型在射頻頻段還是相對(duì)比較準(zhǔn)確了，微波及毫米波頻段會(huì)差異大些。另外一個(gè)難題就是版圖寄生參數(shù)提取的準(zhǔn)確性和電磁仿真的建模精度問題，版圖寄生參數(shù)通常只是提取寄生的電阻和耦合電容，精度也非常有限，這些寄生參數(shù)對(duì)電路的影響往往又是致命的，可能會(huì)使高頻增益嚴(yán)重降低，噪聲急劇惡化，匹配完全偏離設(shè)計(jì)，甚至帶來穩(wěn)定性問題；而且工作頻率升高以后分布寄生參數(shù)對(duì)電路影響的評(píng)估變得極不準(zhǔn)確，電磁耦合干擾的問題會(huì)很嚴(yán)重，這時(shí)就需要電磁仿真工具來進(jìn)行評(píng)估了，電磁仿真嚴(yán)重依賴于晶圓上各層材料的建模，這個(gè)模型非常難建的準(zhǔn)確，特別是襯底的模型，通常都會(huì)簡(jiǎn)化很多因素來建立一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單實(shí)用的模型，其次電磁仿真本身就存在精度問題，這都導(dǎo)致了版圖對(duì)電路性能影響的評(píng)估存在偏差。

很多時(shí)候能夠通過一些手段來評(píng)估分布寄生參數(shù)或者電磁耦合對(duì)射頻芯片電路的影響，可是對(duì)電路版圖卻束手無策，沒辦法優(yōu)化，或者怎么優(yōu)化都沒什么本質(zhì)性的改善，這才是讓人頭疼的事情。

以上所說的基本都還是單個(gè)功能模塊電路在設(shè)計(jì)上會(huì)遇到的難題，到整個(gè)復(fù)雜芯片的總版圖及封裝設(shè)計(jì)階段還有很多其它難題。例如完整的transceiver包含射頻前端、鎖相環(huán)、ad采樣、發(fā)射上變頻通道及射頻功率放大器，很多部分都是數(shù)?；旌想娐?，存在各個(gè)部分之間的相互干擾，特別是通過襯底、電源、地的干擾和電磁耦合干擾，這些因素的評(píng)估和分析真的可以上升為玄學(xué)了，通常是依賴多次的流片測(cè)試來評(píng)估了，因?yàn)榛緵]辦法定量分析。還有一個(gè)難題是射頻芯片的esd設(shè)計(jì)，小小的esd二極管帶來的寄生電容也可能是致命的，太小的esd二極管又滿足不了抗靜電要求，總之就是矛盾。

射頻芯片設(shè)計(jì)完成以后的封裝影響也是一大難題，小小的一根封裝引線就是1nH以上的電感，這些電感對(duì)射頻芯片的影響實(shí)在是太大了，在成本可控的前提下盡量采用先進(jìn)的封裝形式，減少封裝帶來的引線電感。

夸張地說，2020 年已經(jīng)沒有基金不投半導(dǎo)體。云岫資本管理合伙人兼首席執(zhí)行官高超曾表示?！冈?/span>一級(jí)市場(chǎng)長(zhǎng)期投半導(dǎo)體項(xiàng)目的機(jī)構(gòu)約有 20 家，但最近一年，無論產(chǎn)業(yè)基金、財(cái)務(wù)投資機(jī)構(gòu)，還是國(guó)資背景機(jī)構(gòu)，都在看半導(dǎo)體，數(shù)量至少有上千家。剛開始，這些機(jī)構(gòu)們什么領(lǐng)域都看，但漸漸發(fā)現(xiàn)手機(jī)、可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域投入門檻相對(duì)低、產(chǎn)品周期相對(duì)短、下游市場(chǎng)又很廣闊。所以手機(jī)射頻、電源管理、TWS 耳機(jī)相關(guān)芯片異常火熱，在射頻芯片價(jià)格下降的同時(shí)，射頻創(chuàng)投項(xiàng)目的投資價(jià)格卻上漲了 20%—30% 左右。

資本的果斷進(jìn)場(chǎng)，是因?yàn)椴煊X到了射頻行業(yè)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化背后巨大的商機(jī)。有了資本的助力，像卓勝微、唯捷創(chuàng)芯、紫光展銳、昂瑞微、慧智微、飛驤科技、好達(dá)電子、德清華瑩、開元通信等優(yōu)秀企業(yè)成長(zhǎng)起來，在國(guó)產(chǎn)射頻前端的各個(gè)細(xì)分賽道貢獻(xiàn)力量。

在全球市場(chǎng)上，Skyworks、Broadcom、Qorvo、高通、日本廠商村田為射頻行業(yè)的前五大龍頭。而國(guó)內(nèi)廠商主要生產(chǎn)低端分立器件，市場(chǎng)份額也只有冰山一角。

資本最初希望的是國(guó)產(chǎn)射頻能夠與國(guó)際巨頭有一番較量。然而，事與愿違。在真正有實(shí)力挑戰(zhàn)巨頭們的公司出現(xiàn)之前，國(guó)產(chǎn)射頻賽道的內(nèi)卷卻率先開始了。

2021 年，缺芯潮帶來的業(yè)績(jī)爆表提前透支了 2022 年的需求，產(chǎn)業(yè)鏈因?yàn)榧颖断聠巍偪駛湄浂斐尚酒瑤?kù)存高企，手機(jī)廠商普遍積壓了半年到一年的庫(kù)存。為了推升出貨、搶占市場(chǎng)，競(jìng)爭(zhēng)者爭(zhēng)相報(bào)出更低的價(jià)格，幾番下來，射頻芯片行業(yè)的利潤(rùn)空間不斷被擠壓，國(guó)內(nèi)射頻芯片行業(yè)毛利普遍走低。

目前除了行業(yè)龍頭卓勝微毛利率均值高達(dá) 50% 以上外，其他公司的毛利率普遍不高，甚至達(dá)到 30% 以上的企業(yè)都屈指可數(shù)。

2022 年上半年，卓勝微、唯捷創(chuàng)芯、麥捷科技的毛利率分別為 52.55%、30.49%、18.08%。卓勝微的主營(yíng)業(yè)務(wù)為分立器件和射頻模組，毛利率分別為 53.51%、51.21%。唯捷創(chuàng)芯的主要產(chǎn)品為 PA 模組和接收端模組。麥捷科技的主要產(chǎn)品為電子元器件和 LCM 液晶顯示模組，毛利率分別為 22.06%、13.57%。

在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，還有不少公司的毛利率一直在個(gè)位數(shù)徘徊。

飛驤科技采用的就是低價(jià)策略，飛驤科技已有連續(xù)三年毛利率不足 5%，2019 年至 2022 年 1-3 月，飛驤科技主營(yíng)業(yè)務(wù)毛利率分別為 4.99%、2.74%、3.19% 和 12.95%。4G PA 及模組為公司的主營(yíng)業(yè)務(wù)之一，然而其毛利率在 2020 年之后甚至不及 1%。

毛利率遠(yuǎn)低于同行的還有慧智微。2019 年、2020 年、2021 年、2022 年 1-6 月，慧智微毛利率分別為 6.06%、6.69%、16.19%、15.28%，其主營(yíng)業(yè)務(wù)包括 5G 模組和 4G 模組。

作為對(duì)比的是，在目前仍由國(guó)際巨頭主導(dǎo)的中高端射頻領(lǐng)域，毛利率依然維持在 50% 左右。

而在這部分市場(chǎng)中，國(guó)產(chǎn)率僅有 10% 左右。

射頻芯片將進(jìn)入三年困難期

近日，國(guó)內(nèi)做 WiFi FEM 的射頻廠商三伍微電子創(chuàng)始人鐘林對(duì)國(guó)內(nèi)射頻芯片的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀發(fā)出警示：

國(guó)產(chǎn)射頻前端芯片已經(jīng)進(jìn)入無序的競(jìng)爭(zhēng)，國(guó)產(chǎn)射頻前端芯片競(jìng)爭(zhēng)之慘烈，前所未有。從射頻開關(guān)到手機(jī) PA，再到 Cat.1 PA，再到 WiFi6FEM，價(jià)格一低再低，無一幸免。

在手機(jī) PA 方面，手機(jī) 4G PA 價(jià)格今年有機(jī)會(huì)殺到 0.4 美元，Cat.1 PA 價(jià)格更是讓你想象不到，現(xiàn)在市場(chǎng)通用就是 4*4 和 3*3 封裝，價(jià)格分別殺到了 0.18 美元和 0.16 美元。這樣一來，國(guó)內(nèi) Cat.1 PA 市場(chǎng)規(guī)模將縮減到 1.5 億人民幣左右，而現(xiàn)有 6 家國(guó)產(chǎn)射頻芯片公司參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，后面還會(huì)有新的廠商加入。

WiFi6 FEM 的市場(chǎng)價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)也很激烈，剛步入 2023 年，WiFi6 FEM 價(jià)格戰(zhàn)進(jìn)入了屠夫時(shí)代，5.8G WiFi6 FEM 價(jià)格殺到了 0.17 美元以下，5.8G WiFi5 FEM 價(jià)格更是殺到 0.15 美元以下。在國(guó)內(nèi) 30 億人民幣的 WiFi FEM 市場(chǎng)規(guī)模下，有近 30 家廠商參與競(jìng)爭(zhēng)，越往后，市場(chǎng)端客戶爭(zhēng)奪也會(huì)越激烈。

在濾波器方面，濾波器就更不用說了，沒有最慘，只有更慘。國(guó)產(chǎn)濾波器價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)殺得是刀刀見紅。一家手機(jī)公司濾波器競(jìng)標(biāo)，18 家濾波器公司參加，還有濾波器公司擋在了門外，只能望門興嘆。

他還指出，現(xiàn)在不是射頻前端芯片競(jìng)爭(zhēng)最慘的時(shí)候，每個(gè)射頻細(xì)分賽道還會(huì)有更多的競(jìng)爭(zhēng)者進(jìn)來，國(guó)產(chǎn)射頻芯片將進(jìn)入三年困難期。

面對(duì)無序競(jìng)爭(zhēng)，面對(duì)創(chuàng)業(yè)困境，每一個(gè)芯片創(chuàng)業(yè)者需要捫心自問，你和公司是在為行業(yè)和客戶創(chuàng)造價(jià)值嗎？每一個(gè)芯片創(chuàng)業(yè)者要知道，市場(chǎng)不需要那么多的芯片公司，只有死掉大部分的芯片創(chuàng)業(yè)公司，市場(chǎng)才能變得有序。

國(guó)產(chǎn)射頻芯片行業(yè)發(fā)展至今，取得了一定成果，但也面臨諸多挑戰(zhàn)。目前，國(guó)產(chǎn)化率較高的是射頻開關(guān)和 LNA，而其他器件的國(guó)產(chǎn)化程度相對(duì)較低。

眾多國(guó)內(nèi)廠商涉足射頻前端領(lǐng)域，但產(chǎn)品主要集中在低價(jià)值量的單一分立器件或低集成度模組。在功率放大器 PA 方面，國(guó)產(chǎn)廠商眾多，雖以 2G/3G/4G PA 為主，但近兩年正朝著高價(jià)值的 5G PA 及模組進(jìn)軍。SAW 濾波器的市場(chǎng)主要由國(guó)內(nèi)廠商新進(jìn)入，企業(yè)較多但技術(shù)差距不大，收入體量小，主要生產(chǎn)低端產(chǎn)品。BAW 濾波器技術(shù)壁壘最高，中國(guó)廠商的市場(chǎng)份額幾乎為零。

中國(guó)射頻前端芯片廠商以設(shè)計(jì)企業(yè)為主，產(chǎn)業(yè)鏈不完善，代工環(huán)節(jié)薄弱。為解決這一問題，部分領(lǐng)先企業(yè)開始向 IDM 模式轉(zhuǎn)型，自建或合建晶圓生產(chǎn)線。

在發(fā)展道路上，國(guó)產(chǎn)射頻芯片公司面臨“生”與“死”的抉擇。許多公司成立之初立志沖擊高端芯片，但后來不少公司改變方向，有的研發(fā)成熟芯片，有的改為做軟件。這一現(xiàn)象在國(guó)產(chǎn)芯片領(lǐng)域普遍存在。

如今，國(guó)產(chǎn)射頻芯片公司只剩兩條路：一是與其他公司聯(lián)手整合，放棄低端市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，以挑戰(zhàn)國(guó)際巨頭；二是有實(shí)力的公司去攻克高端射頻芯片，在此階段積累、蟄伏并實(shí)現(xiàn)突圍。

總之，國(guó)產(chǎn)射頻芯片行業(yè)在發(fā)展中取得了一定進(jìn)展，但仍需面對(duì)諸多困難和挑戰(zhàn)。未來，需要廠商們?cè)诩夹g(shù)、產(chǎn)品、市場(chǎng)等方面不斷努力，才能實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展。