商用 4 年，5G 還有多少「行路難」

盡管 5G 商用已快滿四年，中國 5G 基站總量占全球 60% 以上，但消費層級還未出現(xiàn)明顯的殺手級應用。有人說：路修好了，但車寥寥無幾。5G 的應用、研發(fā)至今仍然是熱門，擠破頭入場但站不穩(wěn)的尷尬也依然存在……

你不行，我也難

韓國當年搶跑 5G，成為全球第一個開通 5G 的國家，在 2019 年 4 月 3 日晚上，韓國電信運營商 SK 和 KT 同時宣布開通 5G 手機網(wǎng)絡服務，比美國早一個小時，取得「全球第一個開通 5G 網(wǎng)絡國家」的桂冠。后來更是規(guī)劃了 5G 毫米波，開建毫米波基站。不過后來建設成本過高，導致進度緩慢，消費者的不滿出現(xiàn)集中式爆發(fā)，很多韓國用戶，拒絕使用 5G。

去年 11 月份的時候，韓國主管單位更是取消運營商 KT 和 LG U+的 5G 28GHz 頻段頻率分配，這是韓國有史以來第一次召回頻譜。與此同時，另一家運營商 SK 電訊則被要求其 28GHz 毫米波使用期限被縮短為 6 個月，如果在 2023 年 5 月底前無法建成 15000 臺 28GHz 5G 基站設備，同樣將被吊銷 28GHz 頻譜牌照。

截至 2022 年 11 月，SK 電訊僅部署了 1605 個 28GHz 5G 基站，事到如今 SKT 似乎沒有部署任何新的設備，考慮到實際相差數(shù)額，可以說這家運營商實際上已經(jīng)退出了相關部署。

至此，韓國三大運營商集體「放棄」了毫米波，對于在 5G 領域雄心勃勃的韓國而言，這實在是個有些尷尬的結果。

在 5G 基帶領域，目前能夠推出完整 5G 基帶方案的企業(yè)仍是寥寥無幾。幾大巨頭也是分分合合為 5G 基帶而戰(zhàn)。當年蘋果正和高通因為專利授權費用打得不可開交，這給英特爾基帶帶來了機會，蘋果宣布與英特爾合作。一旦英特爾的 5G 基帶能夠做到「物美價廉」，不但能吃下蘋果這塊大蛋糕，安卓市場也會有不少廠商來投靠。但事實是英特爾失敗了，搭載英特爾 4G 信號基帶的 iPhone Xs 系列（含 XR）和 iPhone 11 系列嚴重翻車，紛紛吐槽 iPhone 的信號差到經(jīng)常失聯(lián)。

蘋果選擇與高通和解并使用高通的 5G 基帶，2019 年英特爾放棄了 5G 手機基帶的研發(fā)，并將相關技術轉讓給了蘋果。今年據(jù)美國媒體日前報道，英特爾計劃將與筆記本電腦業(yè)務相關的 4G、5G 基帶技術轉讓給聯(lián)發(fā)科與廣和通。轉讓計劃預計在 5 月底前完成。

2022 年 5G 基帶的收入增加了 23%，主要是高通及聯(lián)發(fā)科的 5G 芯片帶動，也推動基帶芯片 ASP 均價提升了 24%，但是 5G 基帶的滲透率依然很低，4G 還是主流。高通一家就占了整個市場 60.9% 的份額，基帶收入增長了 18%，主要客戶就是三星 Galaxy S22 系列及 iPhone 系列。

全球 5G 基帶的廠商格局是：高通大幅占領高中端市場，聯(lián)發(fā)科、三星處于中高端市場，紫光展銳則負責在低端市場大殺四方。而華為因為眾所周知的原因被壓制住。

我國突破方向

毫米波后來者居上

隨著 5G 寬帶無線移動通信技術的發(fā)展，毫米波器件迎來了一次非常珍貴的發(fā)展機遇。行業(yè)內公司、研究所、高校等機構正在順利推進 5G 毫米波系統(tǒng)的研發(fā)。實現(xiàn)該類系統(tǒng)所需的射頻前端包含發(fā)射最終功率放大器和接收最前端的低噪聲放大器以及收發(fā)開關。基于 5G 基站和終端的小型化、低成本、低功耗要求，必須采用單芯片集成技術，其中研發(fā)與系統(tǒng)芯片工藝相一致的全集成收發(fā)前端是個重要方面，也是當今國際研究熱點。圍繞 5G 中高頻器件領域重大需求，聚焦新型半導體材料及工藝、5G 中高頻核心器件、面向射頻前端的硅基毫米波集成芯片等三大研發(fā)方向，支撐我國 5G 中高頻器件產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。

2021 年 11 月，工業(yè)和信息化部批復組建國家 5G 中高頻器件創(chuàng)新中心，圍繞 5G 中高頻器件領域重大需求，聚焦新型半導體材料及工藝、5G 中高頻核心器件、面向射頻前端的硅基毫米波集成芯片等三大研發(fā)方向，支撐我國 5G 中高頻器件產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。據(jù) GSMA 預計，5G 毫米波作為高速接入、工業(yè)自動化、醫(yī)療健康、智能交通、虛擬現(xiàn)實等方面的核心賦能技術之一，將在 2035 年前對全球 GDP 做出 5650 億美元的貢獻，占到 5G 總貢獻的四分之一；到 2034 年前，在中國使用 5G 毫米波頻段所帶來的經(jīng)濟收益將達到約 1040 億美元。

今年 1 月初，工業(yè)和信息化部發(fā)布了《關于微波通信系統(tǒng)頻率使用規(guī)劃調整及無線電管理有關事項的通知》，對我國微波通信系統(tǒng)頻率使用規(guī)劃進行優(yōu)化調整。在調整后的可用頻段規(guī)劃中，可以看到「71-76GHz / 81-86GHz」赫然在列，而眾所周知，毫米波（mmWave）是波長約為 1-10 毫米、頻率范圍為 30-300GHz 的電磁波，因此，可以預見的是，在今后幾年中，毫米波將會是發(fā)揮及完善我國 5G 網(wǎng)絡和應用的一個重要方向。

5G 毫米波前端 GaAs 基芯片也有著不俗的新突破。5G 毫米波移動終端主要采用高通公司的 5G 套片方案，業(yè)界主要的其他幾家通信設備公司相繼推出了支持毫米波通信的基帶芯片，但是在毫米波通信終端 AIP 模塊上還在繼續(xù)改進和優(yōu)化，努力探索新方案；在 5G 基站領域，世界各大公司都推出了商用的毫米波基站方案，大多采用了 256～1024 相控陣單元的有源天線陣列，而支持毫米波鏈路的射頻元器件多采用 Si CMOS 和 GeSi BiCMOS 器件工藝制作，具備典型的射頻、數(shù)模混合集成電路的特點。

代表著高性能的 GaAs/GaN 毫米波芯片的性能幾乎可以接近理想的滿足設備的性能期望值，但是現(xiàn)有行業(yè)的化合物基毫米波芯片的尺寸與成本是行業(yè)認為的難以接收的門檻。例如，一個完整的支持波束賦性的收發(fā)前端（包括：收發(fā)開關、功率放大器、低噪聲放大器、幅相控制器），如果采用 Si CMOS 或 GeSi BiCMOS 的工藝，大概尺寸可以做到 1.5～5.0 mm2, 而采用化合物工藝的尺寸大約在 8～30 mm2（在此，我們先忽略尺寸與性能的關系）；另外，Si CMOS 或 GeSi BiCMOS 的功能集成度相對化合物工藝有著顯著的優(yōu)勢；再者，單位成本角度看，化合物芯片的單位成本是 Si 或 GeSi 的數(shù)倍。從毫米波天線陣列的角度看，如果我們簡單的進行一下思考：一個收發(fā)鏈路對應一個天線單元，那么毫米波芯片必須滿足毫米波陣列天線中天線間距的要求。以 5G 通信采用的中心頻率 26GHz 的頻段為例，半波長的天線間距大約為 5.5um, 現(xiàn)有的商用化合物芯片在尺寸上很難滿足或滿足不了（瓦片式方案）要求。綜合的看，目前業(yè)界普遍將毫米波通信所采用的元器件的突破或選型方案放在 Si 或 GeSi 工藝的芯片方案上，體現(xiàn)了行業(yè)中先做出來后優(yōu)化的思路，多數(shù)的毫米波芯片都不斷尋求優(yōu)化方案。但從本質上來講，半導體材料決定了對應毫米波芯片性能的上限，電路上能提升性能但較為有限。

新聞報道，中國廠商晶準通信將成為第一家具備向業(yè)界提供 5G 毫米波通信高性能基站和終端設備所需的毫米波芯片或 AIP 模塊的公司，其產(chǎn)品組合將支持 5G 毫米波網(wǎng)絡部署中所有的毫米波鏈路。

晶準通信的第一次流片就較為成功的驗證了新方案路線的 MMIC 產(chǎn)品可行性，并向行業(yè)伙伴和潛在用戶送樣。目前所完成的產(chǎn)品驗證包括 5G 毫米波 TR 前端芯片、毫米波功率放大器（PA）、毫米波低噪聲放大器（LNA）、毫米波高功率開關（HP_SPDT）、毫米波小尺寸開關（LP_SPDT）等，其中 5G 毫米波 TR 前端芯片的尺寸為行業(yè)同功能 GaAs TR MMIC 尺寸的 1/4 以下。晶準通信將 5G 毫米波相關的產(chǎn)品功能的尺寸降低至現(xiàn)有市場商用產(chǎn)品尺寸的 1/10~1/4，將成本做到接近 Si/GeSi 基毫米波芯片的成本，同時保持數(shù)倍于 Si/GeSi 基毫米波芯片的性能，打破了 GaAs 在 MMIC 應用以來數(shù)十年功能集成度和性能集成度難以提升的行業(yè)瓶頸，并為 GaAs 等化合物基毫米波芯片相對 Si/GeSi 基毫米波芯片在普通商用領域展現(xiàn)出的優(yōu)勢。

至關重要的射頻芯片

華為 5G 射頻芯片瓶頸能否被打破？去年 4 月上旬華為商城上架了缺貨已久的 HUAWEI P40 Pro。而這部手機所搭載的芯片，是 7nm 的麒麟 9905G。所以大家紛紛猜測麒麟 9905G 是華為原有的麒麟 990 庫存，加上國產(chǎn)廠商的射頻 5G 芯片。

在一系列信息鏈條中，不少網(wǎng)友猜測 5G 射頻芯片已完成國產(chǎn)化，華為 5G 射頻芯片瓶頸即將被突破。部分網(wǎng)友所持意見則與之相悖，原因是：富滿微的 5G 射頻芯片能否完成自主量產(chǎn)，以及 5G 射頻芯片對工藝的需求較高，能否搭載主流智能手機中使用？

華為究竟能否通過 5G 射頻芯片的國產(chǎn)替代實現(xiàn)王者歸來，目前看來還難下定論。

與數(shù)字/邏輯電路不同，射頻前端器件通常具有較高的技術、經(jīng)驗、資金等各種壁壘，國產(chǎn)射頻前端整體起步較晚，與國際先進水平仍存在一定的差距。但隨著國內市場需求不斷增長、國家對集成電路產(chǎn)業(yè)日益重視，來自中國公司的射頻芯片公司也涌現(xiàn)出了一批佼佼者。2021 年卓勝微推出了適用于 5GNR 頻段的 L—PAMiF 產(chǎn)品，這是一款純國產(chǎn)射頻 5G 芯片，包含了：主集發(fā)射模組，還有集成射頻功率放大器、射頻開關，以及濾波器和低噪聲放大器等器件。 飛驤科技也宣布正式發(fā)布一套完整的 5G 射頻前端方案，實現(xiàn)了兩個第一：第一套完整支持所有 5G 頻段的國產(chǎn)射頻前端解決方案，第一套采用國產(chǎn)工藝實現(xiàn) 5G 性能的射頻前端模塊。5G 射頻芯片的突圍可謂拭目以待。