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          5G對射頻芯片提出更高要求,MACOM硅基氮化鎵凸顯優(yōu)勢

          作者:王瑩 時間:2019-04-24 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

          在不久前的EDICON  China  2019上,MACOM無線產(chǎn)品中心資深總監(jiān)成鋼先生向電子產(chǎn)品世界等媒體介紹了功率&基站方面的需求和MACOM的解決方案。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201904/399810.htm

          相關的氮化鎵市場

          從使用量來看,MACOM的估計是:純粹的基站數(shù),即對4G,差不多是1.5倍到2倍的差別,單個的基站又比原來的基站的RU部分貴約1.5到2倍。由于二者的倍乘關系,累積起來約是2.5倍到4倍的關系。再加上單個基站里的內容,原來是4通道、8通道,現(xiàn)在變成64通道,這些數(shù)目又會有約16倍以上的擴展。所以從對單元的需求量來看,相比原有的規(guī)模,預計有50倍到60倍的需求。

          這對提供商來說是個很大的挑戰(zhàn),因為原來的規(guī)模很難去滿足預計的新規(guī)模。這也是為什么MACOM在5G市場上是比較激進的,去布置產(chǎn)能,提前進行庫存管理的原因,因為從數(shù)量上,這對相關芯片廠家的挑戰(zhàn)是比較大的。

          MACOM對5G射頻的準備

          2019年是5G無線通信的元年,對此MACOM非常重視,做了很多準備,前期包括對5G重點客戶的跟蹤,以及行業(yè)解決方案的準備。

          因為MACOM本身產(chǎn)品線比較寬泛,即從IF信號處理,到IF的電平,及至整個鏈路,一直到后期的功率放大器,甚至整個天線層面關鍵的Massive MIMO(大規(guī)模多入多出)陣列,都有相應的解決方案。

          可以說,MACOM用了長時間的積累和比較寬泛的產(chǎn)品線,為5G做了前期、預商用化、原型期的解決方案。

          現(xiàn)在,MACOM要考慮的下一步是:如果5G能夠達到大批量使用時,怎樣能把這個市場的需求能夠快速滿足。

          怎樣滿足大批量的需求

          MACOM不僅有自己的fab(芯片工廠),同時還準備了Fabless(無芯片工廠)的方案,即不受限于自有工廠的產(chǎn)能,還利用第二家、第三家代工廠(Foundry)來備份產(chǎn)能。因此2018年MACOM和ST簽署了聯(lián)盟協(xié)議,ST可以提供6英寸的CMOS晶圓,用來做MACOM的氮化鎵產(chǎn)品。在此基礎上,2019年雙方又把合作拓展了一步,即ST主流的8英寸晶圓也可以支持MACOM。如果MACOM的產(chǎn)能需要,可以隨時切換到ST 8英寸晶圓上進行大批量的生產(chǎn)。

          因為6英寸和8英寸晶圓的主要區(qū)別是產(chǎn)能方面,基本上,8英寸的die(裸片)產(chǎn)出是6英寸的2倍。

          另外,ST的一個優(yōu)勢是在商用和民用市場已有大批量制造的經(jīng)驗,因為ST擅長機頂盒、有線通訊等,最近ST還成為特斯拉汽車的碳化硅等功率芯片的主要供應商,說明ST能夠滿足汽車行業(yè)的產(chǎn)能需求。“從市場規(guī)模來看,汽車市場比基站要大很多,”成鋼指出,“因此ST的產(chǎn)能能夠滿足基站行業(yè)的需求?!?/p>

          氮化鎵:硅基 vs 碳化硅基

          2016年,MACOM宣布放棄了碳化硅(碳化硅)基氮化鎵(GaN),轉到硅基氮化鎵?,F(xiàn)在兩三年過去了,業(yè)績對硅基氮化鎵的接受程度如何?

          成鋼總監(jiān)稱,目前還處于切換的過程中。MACOM的硅基設計能夠比較平滑替代碳化硅基方案。現(xiàn)在硅基的性能、測試、驗證等基本上已經(jīng)完成,從客戶的反饋來看,客戶沒有感覺到硅基比碳化硅基的性能上有多少惡化,同時還體會到硅基在一些特定指標上還有優(yōu)勢,諸如健壯性,價格也下降了,另外也不像原來受制于有限的碳化硅材料的產(chǎn)出比而產(chǎn)生供貨波動。

          在基站方面,硅基很顯著地得到了客戶的認可,客戶也完成了原型樣機的測試,包括可靠性及長期壽命的測試。硅基在市場上已經(jīng)開始發(fā)貨。

          從周期上看,國際主流廠商一般要一年到一年半的時間才能完全走完設計周期,因此如果倒推回去,現(xiàn)在國內外客戶能夠開始接受硅基產(chǎn)品、開始發(fā)貨,證明MACOM硅基氮化鎵的推廣還是比較順利的。

          氮化鎵 vs LDMOS

          氮化鎵有一個重要的原生優(yōu)勢——高效率。高效率對5G可謂一個決定性的優(yōu)勢。因為現(xiàn)在很多廠家也可以提升LDMOS這種很低成本的方案,但是這種方案可能最后在市場上是很難接受的。因為對于整個MIMO基站,其里面有64個通道,每個通道的效率哪怕有些許的提高,對基站本身的散熱都會有很大的改善。

          這是因為現(xiàn)在的基站的瓶頸是在效率上,效率做不上去,功率就上不去。功率不上去,那么整個覆蓋范圍就很窄……。這樣就導致了本身基站的性價比下降。簡單地看,所謂性能稍微差一點,就比別人的覆蓋少一點;反過來,基站建立起來后,長時間的運營成本十分可觀——盡管電費很便宜,但時間長了,電費累積起來,比一個好器件的錢還要多。所以客戶對效率強調得非常多。

          氮化鎵直接帶來的好處就是效率滿足,所以氮化鎵方案受到運營商和設備商很大的關注,這也意味著氮化鎵實際上是直接由運營商或用戶來導向的方向。

          那么,是否LDMOS就沒有什么市場了?

          當然也不能這么絕對。LDMOS在前期發(fā)貨上的優(yōu)勢還是能體現(xiàn)出來的。

          氮化鎵的瓶頸首先是產(chǎn)能的問題。因此MACOM要去與ST合作。目前預商用階段對MACOM是很有利的,這時沒有很快上量。

          第二,時間也很重要。MACOM一定要把時間節(jié)奏掌握好,把自己的方案在客戶甚至最終用戶那里能夠得到很好的驗證。然后在真正成熟的階段,能夠把產(chǎn)能切換到ST上面,以擴大產(chǎn)能。

          毫米波與sub-6GHz的需求差異

          盡管中國目前還沒有打算采用毫米波,但是作為一家國際性公司,MACOM也十分重視毫米波的解決方案,因為毫米波在北美和歐洲有很多客戶。

          二者最大的差別主要還是來自于massive MIMO陣列,即毫米波的要求多一些,原來的方案是用分立器件搭,即用很多傳統(tǒng)的波導、同軸結構來搭成高的射頻性能,但這對5G毫米波的應用可能是很難接受的,毫米波需要把電路和天線盡量集成在一個單板上。

          因為毫米波帶來的一個好處是天線尺寸的顯著下降,可以在一個天線Panel(平板)上集成1028個單元,。作為對比,現(xiàn)在sub-6GHz 5G大都是64個單元。所以可以利用毫米波的小尺寸、高集成度優(yōu)勢。

          MACOM在毫米波集成電路方面有很長時間的積累,在北美的研發(fā)中心可以提供整體的相控陣陣列方案。客戶可以把毫米波電路直接集成在天線的背部。這樣,就可以把它作為一個完整的天線陣列提供給客戶。

          值得一提的是,毫米波的設計有很多專業(yè)上的要求,普通廠家很難做到,如果能提供一個交鑰匙的解決方案,是客戶非常歡迎的。下一步,MACOM也在往高集成、高性能、低成本的方案方向走。

          針對sub-6GHz,國內外的客戶需求有何特點?

          實際上,國內外的方案還是有很大的差別。國外一些客戶更傾向于一個更高集成度的方案,采用像手機前端的整體模塊,里面包含了發(fā)射通道、接收通道,甚至是無源的隔離器也做在里面,開關全部在里面,甚至Power IC(電源管理芯片)都集成在模塊里,可以說是一個獨立的射頻單元,和天線直接對接后,就完成了所有射頻前端功能。

          對于這種需求,MACOM可以把它完全整合成一個Device(器件),目標是大批量發(fā)貨以后能夠有一個低成本的模塊。

          氮化鎵在小基站的機會

          小基站市場也有機會。因為現(xiàn)在的小基站大量采用比較低功率的方案,諸如0.25W、0.5W方面的,傳統(tǒng)用GaAs(砷化鎵)來做。但是現(xiàn)在隨著頻率的提高,例如國內3.5GHz、4.9GHz等新頻段提出來,使用small cell(小基站)可能會去做一些熱點的覆蓋,這會有很寬的帶寬,造成了小基站的發(fā)射功率提高,現(xiàn)在已看到這樣的需求,即1W以上的需求。

          1W的平均功率如果轉換成對峰值功率的需求,大概是10W到15W,這對砷化鎵材料的處理能力上達到了極限/瓶頸,因而難以在大功率上做可靠的產(chǎn)品。

          MACOM確實想在這方面去布局一些產(chǎn)品,因為MACOM最早針對massive MIMO的方案就是4通道的基站方案,最早的一個器件就是針對1W功率放大器,只不過因為之后中國移動把這個產(chǎn)品的規(guī)格不斷提高,3W、5W、6W地提高。所以方案MACOM本身是有方案的。

          但是MACOM還要考慮的是整個Small cell的市場的規(guī)模跟基站相比是一個很大的放大關系。如果現(xiàn)在兩個市場都要做,能不能很好地服務?

          所以MACOM目前先提供這種方案,讓客戶進一步地驗證,驗證完后,等到ST能夠開始量產(chǎn)的時候,MACOM就開始1W的發(fā)貨。

          另外,Small cell和傳統(tǒng)基站有一個時間的先后順序,原則是要先滿足覆蓋的問題,然后才考慮后面的提高質量和服務水平。因此Small cell的市場會比基站的市場延后一到三年。所以從時間節(jié)拍看,現(xiàn)在考慮Small cell是一個合適的時機。

          氮化鎵的工藝、性能、成本進展及走向

          現(xiàn)在氮化鎵整體的性能、尺寸等已經(jīng)有很大的變化了。一是性能方面,從基站的主要供應商的評估看,已經(jīng)很難再區(qū)分是碳化硅基還是硅基的GaN帶來的效率,包括線性度等的差別。

          尺寸方面,前兩年看到的是傳統(tǒng)的陶瓷封裝——是較大的封裝,但現(xiàn)在更多的是QFN封裝,即手機所采用的低成本、小型封裝,尺寸也縮短到4mm×4mm、5mm×7mm,已是與手機芯片非常接近的產(chǎn)品形態(tài)了。所以在成本和結構方面,已經(jīng)向手機去看齊,甚至業(yè)界會用跟手機同樣的封測線來做氮化鎵產(chǎn)品?!跋嘈诺壍陌l(fā)展是一個遞進的過程,”成鋼總監(jiān)預計,“只要把基站部分做起來以后,加上ST的足夠產(chǎn)能,就會把氮化鎵帶到跟手機相當?shù)某杀窘Y構和規(guī)模。這時去看民用和商用市場,是可以想象的一個空間了。”

          那么,氮化鎵未來的價格,手機能夠承受嗎?

          的確,現(xiàn)在還沒有達到手機能夠承受的水平,因為氮化鎵的發(fā)貨量還沒有達到手機的發(fā)貨量。對于氮化鎵功率器件,封裝在里面占很大的部分,如果采用與手機相當?shù)姆庋b,剩下的就是看晶圓能不能達到和手機一樣的晶圓尺寸。

          但是,砷化鎵作為目前手機最主要的供應鏈之一,普遍用6英寸晶圓,而MACOM與ST合作的有8英寸晶圓,即從晶圓片的規(guī)模成本上,可能未來比砷化鎵更有優(yōu)勢。這是此消彼漲的角力過程,氮化鎵有望最終能在手機方面有競爭力。

          MACOM在5G的整體布局

          MACOM本身有兩塊主力產(chǎn)品:光的解決方案,射頻的解決方案。這兩方面是齊頭并進的。

          現(xiàn)在網(wǎng)絡結構也相對比較簡單了,光纖可能是直接到塔上了,上來會跟基站有轉換和連接。所以很多時候可以把它們當作一個整體方案去考慮。

          MACOM在美國有專門的部門提供Massive MIMO陣列的解決方案,它下面的轉換已經(jīng)把64路甚至更高的路數(shù)進行了集成,進行光電轉換,到下面的光網(wǎng)絡去接收,這些方案可能以后會越來越集成,未來MACOM甚至能夠提供一個微系統(tǒng)給客戶。

          MACOM官方資料

          MACOM 亮相 EDICON China 2019 展示為 5G 連接及基站打造的全新射頻產(chǎn)品解決方案

          MACOM Technology Solutions Inc.(MACOM)于4月1-3日出席在中國北京舉辦的電子設計創(chuàng)新大會EDI CON China?2019。屆時,MACOM在515號展位展示豐富的高性能射頻產(chǎn)品組合,包括行業(yè)領先的MMIC、二極管、AlGaAs開關、功率放大器、前端模塊 (FEM) 和氮化鎵器件。同時,MACOM將重點展示適用于5G連接、無線基站、雷達、測試和測量,以及工業(yè)、科學和醫(yī)療 (ISM) 射頻應用的全新產(chǎn)品解決方案。

          誠邀您蒞臨515號展位,與MACOM專家進行面對面交流,了解更多有關MACOM技術及解決方案的信息,包括但不限于:

          ·可靠的高性能射頻組件:展示MACOM服務于不同市場的高性能產(chǎn)品組合,測試和測量、衛(wèi)星、雷達、有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡、汽車、工業(yè)、醫(yī)療以及移動設備等領域。

          ·5G連接:適用于 4G/5G的完整產(chǎn)品組合——提供可靠的高性能無線接入前端組件和模塊。

          ·助力新一代無線基站:先進的硅基氮化鎵Doherty功放模塊,平均功率達60W。

          ·射頻能量:MACOM的硅基氮化鎵產(chǎn)品可提供主流射頻應用所需的性能、規(guī)模、電源安全性和浪涌能力支持。

          ·應用支持:MACOM憑借其60多年的豐富經(jīng)驗和專業(yè)的客戶支持服務,為客戶解答及解決各種疑問和技術難題。

          ·相互對照工具:MACOM相互對照工具可協(xié)助客戶查找所需的MACOM產(chǎn)品。



          關鍵詞: 5G 射頻

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