手機中FEM越來越重要 國產(chǎn)射頻的機會在哪里？

　　射頻前端模塊的趨勢

　　射頻前端模塊發(fā)展的總體趨勢是，手機中FEM越來越重要，F(xiàn)EM在手機中所占的成本越來越高，而各大廠商在嘗試各種新的技術(shù)以獲取更多利潤。

　　我們首先來看一下通信協(xié)議變化的趨勢。由上圖可見，手機通信協(xié)議從2G到5G的主要變化是信道帶寬不斷在變大，從2G時代的200KHz，3G時代的5MHz，到4G時代的100MHz。

　　到了5G時代，信道帶寬可望進一步變寬，甚至可能接近1GHz。為了實現(xiàn)越來越寬的帶寬需求，可以有兩種方法。其一是使用更多的載波聚合技術(shù)。載波聚合技術(shù)是指使用多個不相鄰的載波頻段，每個頻段各承載一部分的帶寬，這樣總帶寬就是多個載波帶寬之和。目前載波聚合技術(shù)在4G已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，例如如果要做4G LTE Band 40(2350MHz)和Band 41(2550MHz)的兩路載波聚合，可以在Band 40和41各使用18MHz帶寬，這樣總帶寬就是36MHz。

　　在5G為了實現(xiàn)高帶寬，載波聚合技術(shù)的路數(shù)必須上升。這也意味著5G時的頻帶數(shù)量也會上升以滿足載波聚合的需求。第二個提高帶寬的方法就是把載波頻率移動到毫米波范圍(例如28GHz)，而毫米波頻段載波可以提供非常高的帶寬。毫米波頻率的載波可望在5G時被引入。

　　對于FEM來說，目前的趨勢是一個手機終端需要的FEM器件數(shù)量在快速上升。首先，為了實現(xiàn)向后兼容，目前的4G手機上還是會需要2G-3G所需的FEM。而4G時的頻帶數(shù)量大大增多，需要更多的FEM以覆蓋這些頻段。

　　目前，支持4G標準手機的數(shù)量正在快速上升。2012 年 2G/3G/4G移動通訊手持終端出貨量占比分別約為 44.7%、48.5%、6.8%;2014年分別為 17.1%、51.7%、31.2%; 2018 年預(yù)計為 6.2%、 19.1%和 74.7%。 4G 手持終端出貨量和市場占比逐年增加，由 2011 年 2100 萬臺迅速增長至 2015 年的 9.67 億臺，預(yù)計 2018 年可達 19.8 億臺， 2011年至 2018 年復(fù)合增速高達 91.45%。隨著4G的快速普及，F(xiàn)EM模組的總出貨量也在節(jié)節(jié)攀升。

　　另外，4G載波聚合需要收發(fā)機同時工作在多個頻段，因此也需要多個FEM同時工作在不同頻段。到了5G時，需要覆蓋的頻帶數(shù)預(yù)期會大大增加，載波聚合需要的路數(shù)也會上升不少，所以FEM器件數(shù)量在5G時還會繼續(xù)快速上升。以PA模組為例，4G多模多頻終端單機所需的 PA 芯片增至 5-7 顆。而且，隨著通信制式的愈加復(fù)雜，對PA的性能需求也在逐漸攀升，從而PA在手機中站的成本也越來越高。

　　統(tǒng)計結(jié)果顯示， 2G 時代手機單機 PA 芯片成本僅 0.3 美元/部， 3G 手機則提升至約 1.25 美元/部，而 4G 時代則增至 2 美元～3.25 美元/部，高端手機成本甚至更高，僅iPhone6 射頻部分就使用了 6 顆 PA 芯片。而Strategy Analytics 預(yù)測 5G 單機需 16顆 PA，這意味著5G時PA在手機成本中所占比例也會逐漸升高。

　　最后，5G的一個標志性技術(shù)是大規(guī)模MIMO。大規(guī)模MIMO需要多個天線組成的天線陣列同時工作以提高信道容量，這樣可以大大提升數(shù)據(jù)傳輸率。為了實現(xiàn)大規(guī)模MIMO，射頻系統(tǒng)必須有多組天線同時工作，因此相應(yīng)的FEM數(shù)量需求也會增加。最后，為了能覆蓋毫米波范圍的載波，也需要相應(yīng)的FEM，這也給FEM設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)。

　　隨著手機終端需要的FEM數(shù)量上升，F(xiàn)EM在手機成本的比重也越加上升，越來越多的廠商也在紛紛加大在FEM方面的投入。例如，早些時候RFIC巨頭高通和FEM大廠TDK合資成立了RF 360，這樣高通就有了能提供從基帶Modem SoC，RFIC到FEM完整解決方案的能力。因此，F(xiàn)EM的技術(shù)發(fā)展速度也會隨著廠商的投入而加快。

　　目前FEM的技術(shù)發(fā)展方向主要包括如何使用新工藝以及如何增加集成度。

　　砷化鎵一直以來都是功放，天線開關(guān)以及低噪聲放大器等FEM的傳統(tǒng)實現(xiàn)工藝。然而，隨著技術(shù)的發(fā)展，成本較低的RF SOI工藝在天線開關(guān)，低噪聲放大器等模塊中逐漸取代了砷化鎵工藝。在天線開關(guān)和天線調(diào)諧器中，RF MEMS也有機會進一步取代RF SOI成為新的主流。對于濾波器和多路器來說，傳統(tǒng)的SAW正在被BAW慢慢取代。

　　另一方面，F(xiàn)EM的集成度也越來越高。當手機需要越來越多的FEM器件時，F(xiàn)EM必須增加集成度以把整個射頻系統(tǒng)的實際尺寸控制在合適的范圍內(nèi)。目前，已經(jīng)有一些廠商在研發(fā)把低噪聲放大器和開關(guān)模組集成在一起的方案，例如Skyworks的SkyOne模組(集成了PA，開關(guān)，多路器在同一模組上，如下圖所示)。未來隨著RF SOI和RF MEMS工藝的進一步普及，我們可望看到集成度更高的FEM。

　　中國的機會

　　目前，中國在FEM領(lǐng)域發(fā)展落后國際水平不少，僅僅紫光展銳，漢天下等發(fā)布了以PA為主的一些FEM產(chǎn)品，在中高端市場還無法與國外巨頭競爭。然而，從另一個角度來看，發(fā)展還屬初步也意味著發(fā)展?jié)摿薮?。隨著中國加大對于半導(dǎo)體行業(yè)的投入，中國FEM的發(fā)展也會步入快車道。

　　首先，我們要看到中國公司并非沒有技術(shù)實力和決心做好FEM。例如，在成熟的2G PA領(lǐng)域，漢天下和展銳都有很好的市場份額。

　　不過，F(xiàn)EM并不是一個孤立的領(lǐng)域，而是和上下游發(fā)展有關(guān)。在2G和3G時代，通信協(xié)議和收發(fā)機SoC的核心技術(shù)都是由國外巨頭(如2G時代的諾基亞，摩托羅拉，3G時代的高通)首先研發(fā)，中國廠商的角色以追隨為主，F(xiàn)EM的研發(fā)也是如此，必須先花許多時間填補技術(shù)空白。

　　在4G時代，華為等中國廠商崛起，到了5G時代，相信中國在通信協(xié)議方面會有更多話語權(quán)(例如之前華為提出的Polar碼標準就獲得了國際肯定)，而在收發(fā)機SoC的核心技術(shù)上也能不再落后。相應(yīng)地隨著FEM領(lǐng)域各大公司有了自己的技術(shù)積累，也能占據(jù)客觀的市場份額。

　　如果把Skyworks在中國的市場收入(20億美金)搶下一半，就可以有10億美金的客觀收入。而且在5G時代隨著FEM的重要性上升，這個數(shù)字或許會遠遠大于10億。

　　其次，F(xiàn)EM目前是IDM模式最成功的領(lǐng)域。就在其它半導(dǎo)體芯片市場(如處理器，SoC等等)Fabless占據(jù)大半江山的時候，在FEM市場仍然是IDM獨大，這是因為FEM設(shè)計需要仔細結(jié)合器件制造工藝，有時候甚至?xí)榱嗽O(shè)計而調(diào)整工藝。

　　目前FEM領(lǐng)域的巨頭Skyworks， Qorvo等都有自己的生產(chǎn)線。目前，半導(dǎo)體制造工藝已經(jīng)成為限制國產(chǎn)FEM發(fā)展的重要因素。然而，隨著半導(dǎo)體大基金的持續(xù)投入，中國半導(dǎo)體制造技術(shù)可望獲得長足進展，這也會成為國產(chǎn)FEM的一個利好因素。

　　而且，目前許多FEM模組都在轉(zhuǎn)向RF SoI，該制造工藝相對砷化鎵等FEM的傳統(tǒng)制造工藝而言良率更高，成本更低，而且也更適合Fabless模式。我們預(yù)期在未來，會有不少中國FEM Fabless隨著RF SoI的普及而崛起。