商用4年后，5G市場又迎新機(jī)遇

近日，工信部印發(fā)《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)專項(xiàng)工作組 2023 年工作計(jì)劃》，計(jì)劃推動(dòng)不少于 3000 家企業(yè)建設(shè) 5G 工廠，建成不少于 300 家 5G 工廠，打造 30 個(gè)試點(diǎn)標(biāo)桿。5G 全連接工廠，是指利用 5G 技術(shù)集成的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，為了實(shí)現(xiàn) 5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，需要新建或改造工廠生產(chǎn)現(xiàn)場的不同場景。改造 5G 工廠，意味著更多 5G 設(shè)備將進(jìn)入工廠，而每一個(gè)全新的 5G 設(shè)備都是對(duì) 5G 相關(guān)芯片的需求。在這樣的背景下，5G 芯片市場有望迎來新一輪的增長。

5G 基站相關(guān)芯片市場

作為 5G 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，發(fā)展 5G 基站是推廣 5G 的重中之重。根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，截至 2023 年 4 月底我國 5G 基站總數(shù)達(dá) 273.3 萬個(gè)。具備千兆網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力的 10G PON 端口數(shù)達(dá) 1880 萬個(gè)，比上年末凈增 357 萬個(gè)。

根據(jù)《電信業(yè)采購供應(yīng)鏈發(fā)展報(bào)告》，在云網(wǎng)建設(shè)芯片供應(yīng)市場方面，目前國內(nèi) 5G 基站等設(shè)備所需芯片的供應(yīng)主要來自中國國內(nèi)，占比近 90%；而射頻 PA 等器件由日、歐廠商供應(yīng)。

5G 基站基帶芯片

基帶芯片是指用來將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為基帶信號(hào)（數(shù)字信號(hào)），或?qū)邮盏降幕鶐盘?hào)進(jìn)行解碼的芯片。目前華為和中興具備 5G 基站基帶芯片的設(shè)計(jì)能力，且產(chǎn)品性能強(qiáng)勁。雖然面臨國外其他產(chǎn)品的競爭，但可以滿足國內(nèi)運(yùn)營商的需求。不過國內(nèi) 5G 基站基帶芯片的瓶頸主要在制造環(huán)節(jié)，華為與中興的 5G 基站基帶芯片均依賴于臺(tái)積電的 7nm 制程。

基站功率放大器

功率放大器（PA，Power Amplifier）是射頻模塊的重要組成部分，負(fù)責(zé)發(fā)射通道的射頻信號(hào)放大。總體來看，基站 PA 基本由國外廠商壟斷，這些領(lǐng)先廠商大多采取的是 IDM 模式，具有全方位的領(lǐng)先優(yōu)勢。國內(nèi)廠商主要靠收購和自主研發(fā)，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)參與企業(yè)較少；在材料、工藝、制造環(huán)節(jié)國內(nèi)廠商已有布局。

目前雖然有很多廠商在推進(jìn)，但還很少有量產(chǎn)的成熟產(chǎn)品，其原因除了發(fā)展晚、門檻高之外，市場空間小（跟手機(jī) PA 市場相比）也是其一。隨著 5G 網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)，特別是大規(guī)模 MIMO 技術(shù)的應(yīng)用，基站 PA 的需求量將大增，或?qū)⒛芗涌靽a(chǎn)化進(jìn)程。

5G 基站功率放大器主要有三種：基于硅的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體（Si LDMOS）、砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN），分別代表第一、二、三代半導(dǎo)體材料。其中 LDMOS 與 GaN 功率放大器適用于宏基站，GaAs 功率放大器適用于小基站。LDMOS 功率放大器僅在 3.5GHz 頻率范圍內(nèi)有效，而 GaN 功率放大器則能有效滿足 5G 的高功率、高通信頻段和高效率等要求。

LDMOS 是一種成熟且價(jià)格低廉的技術(shù)，在 4G 基站市場上率先領(lǐng)先。LDMOS 適用于較低頻段，一些移動(dòng)運(yùn)營商正在為 5G 部署低頻段和高頻段。LDMOS 功率放大器市場主要由飛思卡爾（Freescale）、恩智浦（NXP）、英飛凌（Infineon）壟斷。2015 年 NXP 收購 Freescale，同時(shí)將其射頻部門出售給北京建廣資本，后者將其改組為 Ampleon 公司，由此，中國成功突破了基站 PA 領(lǐng)域的技術(shù)空白。

GaAs 功率放大器的主要廠家有 Skyworks、Qorvo、Broadcom、日本村田，國內(nèi)暫無廠商研發(fā)成功 5G 基站 GaAs PA。國內(nèi)產(chǎn)業(yè)研究所有研發(fā)，處于剛起步階段。

GaN 功率放大器的主要國外廠家有住友電工、Cree、Qorvo 和 MACOM，其中住友電工與 Cree 是行業(yè)龍頭，市場占有率均超過 30%，住友電工還是華為 GaN 射頻器件最大供應(yīng)商。國內(nèi)廠商蘇州能訊發(fā)布了適合 5G 移動(dòng)通信的 GaN 功放管，針對(duì)無線通信基站進(jìn)行了特殊優(yōu)化，易于設(shè)計(jì)成 Doherty 架構(gòu)的寬帶功率放大器。2021 年 9 月，優(yōu)鎵科技宣布全方位射頻功率多芯片模塊 (MCM) 產(chǎn)品組合將全面上市，支持開發(fā)用于 5G 基站的大規(guī)模 MIMO 有源天線系統(tǒng)。Yole 稱，到 2025 年，GaN RF 市場總額將從 7.4 億美元增加到超過 20 億美元，復(fù)合年增長率為 12%。

基站射頻開關(guān)、低噪聲放大器

射頻開關(guān)（Switch）與低噪聲放大器（LNA，Low Noise Amplifier）也是射頻模塊的重要組成部分，射頻開關(guān)用于實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)接收與發(fā)射的切換、不同頻段的切換。LNA 負(fù)責(zé)接收端信號(hào)放大。

基站射頻開關(guān)與 LNA 市場主要由國外 Skyworks、Qorvo、Broadcom、村田、NXP 等主導(dǎo)。國內(nèi)廠家以手機(jī)側(cè)產(chǎn)品為主，鮮有基站側(cè)產(chǎn)品，其中卓勝微是國產(chǎn)射頻開關(guān)和 LNA 的領(lǐng)導(dǎo)者。卓勝微于 2020 年布局 5G 基站射頻芯片，計(jì)劃投入 16.4 億元，分兩期用 5 年時(shí)間研發(fā) 5G 通信基站射頻器件并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。2022 年，卓勝微在投資者關(guān)系問答中表示，公司采用 GaAs 工藝的射頻低噪聲放大器產(chǎn)品及 RF SOI 工藝的射頻開關(guān)產(chǎn)品已在通信基站領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)客戶端小批量出貨。

光通信芯片

光通信芯片主要指激光器芯片（LDChip）和探測器芯片（PD Chip），分別負(fù)責(zé)電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)、光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，是光模塊最核心的功能芯片。激光器芯片根據(jù)發(fā)光類型和調(diào)制類型主要可分為三種：DFB、EML 和 VCSEL, 探測器芯片主要有兩種類型：PIN、APD。根據(jù)傳輸速率可分為 10G、25G、50G 芯片，5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要 25G 以上的高端芯片。

目前低端 10G 光芯片市場已處于完全競爭格局，國內(nèi) 30 余家企業(yè)具備研發(fā)能力。高端 25G 及以上光芯片市場長期由外企壟斷，美國 II-VI 擁有業(yè)界最先進(jìn)的 64GEML 光芯片，博通、Neophotonics 擁有 56G 光芯片，三菱電機(jī)擁有 28G EML 光芯片，Lumentum、住友電工擁有 25G 光芯片。國內(nèi)華為海思、光迅科技、武漢敏芯、陜西源杰已量產(chǎn) 25G 光芯片, 海信寬帶、華工科技、索爾思也即將實(shí)現(xiàn) 25G 光芯片的量產(chǎn)。

國內(nèi)光芯片企業(yè)主要集中在 10G 及以下中低速率激光器芯片市場，在 25G 及以上高速率激光器芯片市場缺乏競爭力，大部分廠商仍在研發(fā)或小規(guī)模試產(chǎn)階段，國產(chǎn)化率僅約 5%。

其中，在 25G 光芯片領(lǐng)域，國內(nèi)部分廠商已成功量產(chǎn)，50G 及以上光芯片市場完全由國外一線廠商壟斷，國內(nèi)龍頭處于攻關(guān)階段，僅有部分樣品正在測試階段，未來 2-3 年有望批量生產(chǎn)。

申港證券表示，5G 設(shè)備升級(jí)和相關(guān)應(yīng)用落地以及大量數(shù)據(jù)中心設(shè)備更新和新數(shù)據(jù)中心落地將持續(xù)推動(dòng)光芯片市場規(guī)模的增長，預(yù)計(jì) 2026 年我國光芯片市場規(guī)模有望擴(kuò)大至 29.97 億美元。

賦能千行百業(yè)，5G 市場的未來

根據(jù) GSMA（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)協(xié)會(huì)）發(fā)布的《中國移動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展 2023》年度報(bào)告，中國 5G 連接數(shù)在 2022 年底已超過全球總量的 60%，作為世界上最大的 5G 市場，2025 年，中國將成為首個(gè) 5G 連接數(shù)達(dá)到 10 億的市場；到 2030 年，中國的 5G 連接數(shù)將達(dá) 16 億，占比接近全球總數(shù)的三分之一。這樣的數(shù)字意味著，5G 市場的潛力仍待發(fā)掘。

5G 市場的第一個(gè)動(dòng)力是更廣的覆蓋面積。在城市的地面上，也許我們已經(jīng)習(xí)慣了 5G 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，但在地下仍有 5G 發(fā)展的空間。中國電信上海公司積極推進(jìn)地鐵區(qū)間隧道的 5G 建設(shè)，在軌道交通 4 號(hào)線創(chuàng)新性打造「設(shè)備上車+高速無線回傳」的 5G 新型車地系統(tǒng)覆蓋方案，目前已經(jīng)在 4 號(hào)線外圈宜山路站至藍(lán)村路站開通試點(diǎn)，地鐵車廂內(nèi)業(yè)務(wù)峰值速率突破 2.1Gbps，均值速率達(dá)到 1.7Gbps。

5G 市場的第二個(gè)動(dòng)力是更豐富的應(yīng)用。除了讓網(wǎng)速更快，5G 網(wǎng)絡(luò)的潛力更在于為不同的行業(yè)帶來革命性的變革。5G 已經(jīng)在礦山、港口、電力、工廠等多行業(yè)實(shí)現(xiàn)了規(guī)模復(fù)制。截至 5 月底，中國移動(dòng)已打造全球最大規(guī)模 5G 網(wǎng)絡(luò)，建成超 162 萬個(gè) 5G 基站，5G 套餐客戶數(shù)達(dá) 6.98 億，5G 行業(yè)應(yīng)用案例超 2.3 萬個(gè)。在電力領(lǐng)域，中國聯(lián)通聯(lián)合天津華電結(jié)合 5G 專網(wǎng)及相關(guān)平臺(tái)應(yīng)用，打造了「京津冀地區(qū)首個(gè) 5G 智慧電廠」；在工業(yè)領(lǐng)域，中國聯(lián)通為長安汽車打造的 5G+邊緣控制平臺(tái)首次突破 5G 核心制造環(huán)節(jié)，改變了傳統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)，為長安汽車生產(chǎn)管理帶來了巨大價(jià)值；在醫(yī)療領(lǐng)域，5G 讓醫(yī)生在浙江為新疆的病人進(jìn)行了一臺(tái)臺(tái)復(fù)雜且成功的手術(shù)。

智慧城市、智慧醫(yī)療、智能礦山等一系列典型案例，是 5G 市場讓人期待的未來。5G 發(fā)展成就，不僅體現(xiàn)在大規(guī)模的市場、覆蓋能力和連接數(shù)，更為重要的是，5G 在垂直行業(yè)上的創(chuàng)新應(yīng)用可圈可點(diǎn)，這為數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入動(dòng)力。

5G 擴(kuò)展小基站已經(jīng)實(shí)現(xiàn) 100% 國產(chǎn)化

我國 5G 商用四年以來，實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立組網(wǎng)、共建共享、虛擬專網(wǎng)等關(guān)鍵功能。在看到 5G 市場的潛力的同時(shí)，我們也自然會(huì)期待國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈的相關(guān)廠商可以提升國產(chǎn)化水平。

近日，中國電信研究院發(fā)布消息稱，5G 擴(kuò)展型小基站國產(chǎn)化 pRRU 研發(fā)取得成功，芯片和器件國產(chǎn)化率達(dá) 100%，實(shí)現(xiàn)了小基站產(chǎn)品國產(chǎn)化研發(fā)的「首個(gè)里程碑」，推動(dòng)了小基站設(shè)備國產(chǎn)芯片的應(yīng)用和發(fā)展。北京力通通信的射頻收發(fā)芯片、南京創(chuàng)芯慧聯(lián)的 DFE 芯片等。

中國電信 5G 擴(kuò)展型小基站國產(chǎn)化 pRRU 項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)自主完成了產(chǎn)品技術(shù)方案、芯片選型、原理圖、PCB 設(shè)計(jì)等硬件研發(fā)工作，開發(fā)了 DFE 嵌入式軟件代碼，成功實(shí)現(xiàn)了 pRRU 整機(jī)國產(chǎn)化芯片器件的集成應(yīng)用。目前，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已成功打通 BBU、HUB 和國產(chǎn)化 pRRU 的端到端業(yè)務(wù)，完成了實(shí)驗(yàn)室測試，典型射頻指標(biāo)如 EVM、ACLR、接收機(jī)靈敏度等均滿足行標(biāo)和企標(biāo)要求。

相信擴(kuò)展型小基站的 100% 國產(chǎn)化只是國內(nèi) 5G 相關(guān)芯片國產(chǎn)化的第一個(gè)里程碑，我們期待未來更多 5G 國產(chǎn)芯片的應(yīng)用和發(fā)展。