借力5G 中國化合物半導(dǎo)體突破在望

　　化合物半導(dǎo)體相比硅半導(dǎo)體具有高頻率、大功率等優(yōu)異性能，是未來5G通信不可替代的核心技術(shù)，將在5G通信中大量使用。

　　當(dāng)前GaAs/GaN化合物半導(dǎo)體射頻器件已在4G通信、有源相控陣?yán)走_(dá)、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域得到應(yīng)用。然而現(xiàn)有市場主要由日本、美國、歐洲的化合物半導(dǎo)體企業(yè)把控，并已建立市場和技術(shù)壁壘，形成產(chǎn)業(yè)鏈合作慣性。中國企業(yè)進(jìn)入市場較晚，很難有足夠的話語權(quán)。5G通信最快將在2020年實(shí)現(xiàn)商用，中國是全球最大的5G市場，并開始擁有全球5G通信發(fā)展的話語權(quán)。加之中國具有一定技術(shù)積累和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，中國化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有望在5G通信市場實(shí)現(xiàn)突破。

　　性能優(yōu)異的化合物半導(dǎo)體將在5G通信中大量使用

　　5G智能手機(jī)將大量使用GaAs射頻器件。GaAs射頻功率放大器具有比Si器件更高的工作頻率。隨著移動(dòng)通信頻率不斷提高，Si器件已不能滿足性能要求，4G智能手機(jī)中的功率放大器已全部采用GaAs技術(shù)。未來5G通信將包括6 GHz以上頻段，性能優(yōu)越的GaAs器件將不可替代。5G通信支持的通信頻段將大幅增加至50個(gè)以上，遠(yuǎn)大于4G通信的頻段數(shù)(不超過20個(gè))。每多支持1個(gè)頻段就需要增加1個(gè)放大器(或大幅提高器件復(fù)雜程度)，使得單部手機(jī)中GaAs器件成本大幅增加。賽迪智庫預(yù)計(jì)2020年GaAs器件市場將達(dá)到130億美元。

　　5G通信基站亟需更高性能的GaN射頻器件。GaN射頻功率放大器兼具Si器件的大功率和GaAs器件的高頻率特點(diǎn)。為了應(yīng)對2.4 GHz以上頻段Si器件工作效率快速下降的問題，4G通信基站開始使用GaN功率放大器。目前約10%的基站采用GaN技術(shù)，占GaN射頻器件市場的50%以上。未來5G通信頻率最高可達(dá)85 GHz，是GaN發(fā)揮優(yōu)勢的頻段，使得GaN成為5G核心技術(shù)。全球每年新建約150萬座基站，未來5G網(wǎng)絡(luò)還將補(bǔ)充覆蓋區(qū)域更小、分布更加密集的微基站，對GaN器件的需求量將大幅增加。賽迪智庫預(yù)計(jì)2020年GaN射頻器件市場將超過6億美元。

　　發(fā)達(dá)國家已完成戰(zhàn)略布局，并對中國實(shí)行技術(shù)封鎖

　　發(fā)達(dá)國家已完成化合物半導(dǎo)體的戰(zhàn)略布局。由于化合物半導(dǎo)體具備優(yōu)異的性能和廣闊的應(yīng)用前景，美國和歐洲在21世紀(jì)初已開始布局，發(fā)布技術(shù)和產(chǎn)業(yè)扶持計(jì)劃，并培育了一批龍頭企業(yè)，已占領(lǐng)技術(shù)和市場的高地，為5G通信發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。美國國防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局(DARPA)從2002年起先后發(fā)布寬禁帶化合物半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新計(jì)劃(WBGSTI計(jì)劃)和下一代GaN電子器件計(jì)劃(NEXT計(jì)劃)，幫助美國本土的Qorvo、Cree等化合物半導(dǎo)體企業(yè)迅速成長為行業(yè)龍頭。歐洲防務(wù)局(EDA)于2010年發(fā)布旨在保障歐洲區(qū)域內(nèi)化合物半導(dǎo)體供應(yīng)鏈安全的MANGA計(jì)劃，已完成預(yù)期目標(biāo)。

　　國際巨頭占據(jù)化合物半導(dǎo)體射頻器件市場主導(dǎo)地位。4G智能手機(jī)用的GaAs射頻放大器市場中，美國Skyworks、Qorvo和Broadcom三家公司的市場占有率接近90%。GaN基站市場集中于日本住友電工、美國Cree和Qorvo三家企業(yè)手中。制造成熟度方面，Qorvo公司自2008年至今已出貨260萬件GaN器件產(chǎn)品，其中17萬件應(yīng)用于雷達(dá)領(lǐng)域。Cree公司于2014年初宣布其GaN射頻器件累計(jì)銷售量已超過100萬件。

　　Qorvo和Raytheon公司的GaN產(chǎn)品已分別達(dá)到美國國防部的制造成熟度評估(MRL)第9級和第8級。第9級意味著GaN器件的制造工藝已滿足最佳性能、成本和容量的目標(biāo)要求，準(zhǔn)備開始全速率生產(chǎn)。

　　國際對中國實(shí)行核心技術(shù)封鎖，產(chǎn)業(yè)鏈面臨制裁禁運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)。一是化合物半導(dǎo)體的軍事用途使得美國頻繁阻撓國內(nèi)產(chǎn)業(yè)崛起。化合物半導(dǎo)體是有源相控陣?yán)走_(dá)、毫米波通信、軍用衛(wèi)星、激光武器等軍事裝備的核心組件，受到國際《瓦森納安排》的出口管制。中國資本試圖收購國外優(yōu)秀化合物半導(dǎo)體企業(yè)以快速獲取人才和技術(shù)，卻頻頻遭遇美國政府阻礙。2015年以來，金沙江公司收購美國Lumileds、三安光電收購美國GCS、福建宏芯基金收購德國Aixtron均被美國以危害國家安全為由予以否決。二是國內(nèi)5G通信整機(jī)企業(yè)面臨制裁風(fēng)險(xiǎn)。國內(nèi)化合物半導(dǎo)體產(chǎn)品尚不成熟，使得整機(jī)企業(yè)大量進(jìn)口國外器件，供應(yīng)鏈安全存在很大隱患。2016年3月，美國商務(wù)部以違反美國出口管制法規(guī)為由制裁中興通訊，對企業(yè)造成了幾近毀滅性打擊?；诨衔锇雽?dǎo)體的功率放大器、光通信芯片等均在限制目錄中。2017年3月，中興以近12億美元的罰款與美國政府和解，方才化解危機(jī)。

　　中國化合物半導(dǎo)體市場巨大、基礎(chǔ)良好、產(chǎn)業(yè)活躍

　　中國開始擁有全球5G通信發(fā)展的話語權(quán)，為化合物半導(dǎo)體提供廣闊市場。中國是全球移動(dòng)通信的重要市場，華為、中興是全球第二大和第四大通信基站供應(yīng)商，華為、OPPO、vivo是全球前五大智能手機(jī)企業(yè)。中國已建成全球最大的4G網(wǎng)絡(luò)，基站數(shù)量超過200萬，用戶數(shù)量突破5億。自主品牌智能手機(jī)每年出貨量近5億部。Skyworks、Qorvo等化合物半導(dǎo)體企業(yè)在中國的銷售額均占公司總銷售額的60%以上。

　　2013年，中國成立IMT-2020(5G)推進(jìn)組，力爭成為全球5G標(biāo)準(zhǔn)制定的領(lǐng)導(dǎo)者。中國推動(dòng)的極化碼方案(Polar Code)被國際通信標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP采納為5G控制信道編碼方案之一。

　　國內(nèi)具備一定的化合物半導(dǎo)體制造技術(shù)儲(chǔ)備和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。一是高校和研究機(jī)構(gòu)正加速技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。中科院、北京大學(xué)、中電科13所、29所、55所等在化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域具備較強(qiáng)實(shí)力，依托軍工等市場積累了技術(shù)和人才，通過技術(shù)轉(zhuǎn)化和合作成立了中科晶電、海威華芯等企業(yè)。二是LED芯片與化合物半導(dǎo)體制造流程相似，提供了產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。LED是基于化合物半導(dǎo)體的光電器件，在襯底、外延和器件環(huán)節(jié)具有技術(shù)互通性。中國LED芯片產(chǎn)業(yè)在全球占據(jù)重要地位，產(chǎn)業(yè)配套較成熟，可支撐化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展。國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金已入股LED芯片龍頭企業(yè)三安光電公司，投資新建化合物半導(dǎo)體生產(chǎn)線，規(guī)劃產(chǎn)能為36萬片/年。

　　國內(nèi)GaAs設(shè)計(jì)企業(yè)不斷涌現(xiàn)，正積極研發(fā)4G產(chǎn)品。國內(nèi)目前擁有各類手機(jī)功率放大器(PA)設(shè)計(jì)企業(yè)近20家，漢天下、紫光展銳、唯捷創(chuàng)芯等企業(yè)發(fā)展迅速，出貨量位列前茅，已經(jīng)在2G和3G手機(jī)PA市場占據(jù)重要市場地位。在全球2G市場，漢天下已占據(jù)64%的市場份額。在全球3G市場，漢天下占據(jù)42%。國內(nèi)設(shè)計(jì)企業(yè)正在積極研發(fā)4G PA產(chǎn)品。紫光展銳的4G PA已于2016年12月通過高通公司的平臺(tái)認(rèn)證。漢天下的4G PA已實(shí)現(xiàn)5-10家客戶量產(chǎn)出貨，可實(shí)現(xiàn)三模和五模覆蓋，月出貨量超過100萬套。廣州智慧微電子公司、深圳國民飛驤科技有限公司、唯捷創(chuàng)芯公司均已在GaAs基4G PA技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破。大陸設(shè)計(jì)企業(yè)目前主要選擇在臺(tái)灣穩(wěn)懋等代工廠制造，隨著三安集成公司和海威華芯公司已建成GaAs器件生產(chǎn)線填補(bǔ)大陸代工制造空白，未來大陸GaAs設(shè)計(jì)企業(yè)將更傾向于委托大陸代工廠制造，共同提升在國際市場的競爭力。