1 射頻器件是無線連接的核心基礎(chǔ)
1.1 射頻器件是二級(jí)制數(shù)字信號(hào)與電磁波信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換器
射頻器件是無線通訊設(shè)備的基礎(chǔ)性零部件,在無線通訊中扮演著兩個(gè)重要的角色,即在發(fā)射信號(hào)的過程中扮演著將二進(jìn)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成高頻率的無線電磁波信號(hào);在接收信號(hào)的過程中將收到的電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。
無論何種通信協(xié)議,使用的通訊頻率是高是低,配置射頻器件模塊是系統(tǒng)必備的基礎(chǔ)性零部件。無論是使用13.56Mhz的信號(hào)作為傳輸載體NFC系統(tǒng);抑或是使用900/1800Mhz信號(hào)作為傳輸載體的GSM通訊系統(tǒng);還是使用24Ghz和77Ghz電磁波信號(hào)作為傳輸載體的無人駕駛毫米波雷達(dá),均需要配置射頻器件模塊。作為無線通訊不可缺少的基礎(chǔ)一環(huán),射頻器件的技術(shù)革新是推動(dòng)無線連接向前發(fā)展的核心引擎之一。在聯(lián)網(wǎng)設(shè)備大規(guī)模增長的環(huán)境下,射頻器件行業(yè)是未來成長最快且最確定的方向性資產(chǎn)。
未來的世界是一個(gè)無線連接一切的世界。根據(jù)Gartner預(yù)測,到2020年,聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將達(dá)到250億部,實(shí)現(xiàn)全球平均每個(gè)人3個(gè)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的規(guī)模。而據(jù)Gartner統(tǒng)計(jì),在2015年,全球消費(fèi)行業(yè)僅僅只有29億部聯(lián)網(wǎng)設(shè)備;工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域僅7.36億部聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。在無線聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備從2015年的36億部增加至250億部的大趨勢下,射頻器件的年產(chǎn)值將增加數(shù)倍。
1.2 市場規(guī)模達(dá)110億美金,行業(yè)保持雙位數(shù)高速成長
2015年,全球移動(dòng)終端射頻器件市場規(guī)模約有110億美金。根據(jù)高通半導(dǎo)體的預(yù)測,移動(dòng)終端的射頻前端模塊在2015-2020年間的復(fù)合增速在13%以上,到2020年市場規(guī)模將超過180億美金。
射頻前端模塊市場增長強(qiáng)勁,一方面,2015年全球4G終端出貨量占比剛剛躍過50%,滲透率的提升保證了未來2年的成長動(dòng)能。另一方面4G到5G的演進(jìn)過程中,射頻器件的復(fù)雜度逐漸提升,射頻器件的單部手機(jī)價(jià)值量會(huì)得到提升。
2 無線連接需求不止,射頻器件行業(yè)機(jī)會(huì)不斷
隨著終端支持的無線連接協(xié)議越來越多,從最初的2G網(wǎng)絡(luò)到現(xiàn)在的NFC、2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)、WiFi、藍(lán)牙、FM等,通信終端的射頻器件單機(jī)價(jià)值量增長了數(shù)倍。展望未來,4G的滲透率尚未飽和,滲透率提升將繼續(xù)驅(qū)動(dòng)射頻器件單機(jī)價(jià)值量增長。另外5G通訊為射頻器件行業(yè)帶來新的增長機(jī)遇,一方面射頻模塊需要處理的頻段數(shù)量大幅增加,另一方面高頻段信號(hào)處理難度增加,系統(tǒng)對(duì)濾波器性能的要求也大幅提高。
2.1 LTE終端設(shè)備滲透率提升,推升射頻器件單機(jī)價(jià)值提升
在早期的GSM手機(jī)中,射頻器件的單部手機(jī)價(jià)值量不足1美金,而如今4G時(shí)代,蘋果、三星的高端旗艦機(jī)型的射頻器件單機(jī)價(jià)值量超過12.75美金,單機(jī)價(jià)值量在過去的十年間增長了數(shù)倍。
圖表1:單部手機(jī)RF器件價(jià)值量演變(美金)
3G終端轉(zhuǎn)換為4G終端帶來單機(jī)價(jià)值量翻倍以上增長。根據(jù)美國射頻器件巨頭Triquent的預(yù)測,進(jìn)入4G時(shí)代,單部手機(jī)射頻器件價(jià)值從3G終端的3.75美金提升至7.5美金,支持全球漫游的終端設(shè)備ASP甚至達(dá)到了12.75美金。
2.2 全球LTE終端滲透率約為50-60%之間
4G終端滲透尚未飽和,根據(jù)臺(tái)灣砷化鎵代工巨頭win semiconductor及美國Qorvo的數(shù)據(jù)預(yù)測,全球4G通訊終端設(shè)備滲透率在2015年達(dá)到54%,預(yù)計(jì)在2019年將達(dá)到74.5%。
2.3 5G三大技術(shù)升級(jí),射頻器件迎來革新機(jī)會(huì)
5G通信為了實(shí)現(xiàn)在通訊速率及容量上的升級(jí),在技術(shù)上主要有三大變化:一是使用了更多的通訊頻段;二是使用量MIMO多天線技術(shù);三是使用了載波聚合技術(shù)。
2.3.1到2020年新增50個(gè)以上頻段,帶動(dòng)射頻濾波器機(jī)會(huì)
在2012年全球3G標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)3GPP提出的LTE R11版本中,蜂窩通訊系統(tǒng)需要支持的頻段增加到41個(gè)。根據(jù)射頻器件巨頭skyworks預(yù)測,到2020年,5G應(yīng)用支持的頻段數(shù)量將實(shí)現(xiàn)翻番,新增50個(gè)以上通信頻段,全球2G/3G/4G/5G網(wǎng)絡(luò)合計(jì)支持的頻段將達(dá)到91個(gè)以上。
理論上,單個(gè)頻段的射頻信號(hào)處理需要2個(gè)濾波器。由于多個(gè)濾波器會(huì)集成在濾波器組中,手機(jī)配置的濾波器器件與頻段數(shù)量之間的關(guān)系并非簡單線性比例關(guān)系。但頻段增多之后,濾波器設(shè)計(jì)的難度及濾波器數(shù)量大幅增加是確定的趨勢,相應(yīng)的價(jià)值量和銷售數(shù)量都會(huì)數(shù)倍于目前的濾波器。
就實(shí)際應(yīng)用而言,國內(nèi)市場銷售的手機(jī)普遍支持五模十三頻,即支持的頻段數(shù)量為13個(gè)。而在之前,國內(nèi)2G手機(jī)僅需要支持4個(gè)頻段,3G手機(jī)至少支持9個(gè)頻段,支持頻段的數(shù)量在每一代通信系統(tǒng)升級(jí)過程中都有大幅提升。
美國FCC(聯(lián)邦通信委員會(huì))在今年7月份劃定了5G頻段,是世界上第一個(gè)確定5G高頻段頻譜的國家。美國5G通信頻段包括3.85Ghz、7Ghz、27.5-28.35 Ghz、37-38.6 Ghz、38.6-40 Ghz、64-71 Ghz。從美國劃定的5G頻段來看,新增頻段集中在3.8-7Ghz、27-40Ghz、64-71Ghz的低、中、高三大頻段,高頻率頻段對(duì)濾波器的性能要求更加苛刻,濾波器行業(yè)面臨著一場從材料到制造工藝的全新技術(shù)革命。
圖表2:LTE到5G演進(jìn)的主要技術(shù)參數(shù)
2.3.2 MIMO技術(shù)帶來射頻天線機(jī)會(huì)
MIMO技術(shù)指信號(hào)發(fā)射端和接收端采用多根發(fā)射天線和接收天線的通訊技術(shù)。MIMO技術(shù)使得通訊的速率及容量成倍的增長,是LTE及未來5G的關(guān)鍵技術(shù)之一。MIMO技術(shù)的應(yīng)用普及為天線行業(yè)帶來巨大增量市場,基站及終端天線迎來快速增長的行業(yè)性機(jī)會(huì)。
為提升通訊速率,預(yù)計(jì)到2020年,MIMO64x8將成為標(biāo)準(zhǔn)配置,即基站端采用64根天線,移動(dòng)終端采用8根天線的配置模式。目前市場上多數(shù)手機(jī)僅僅支持MIMO2x2技術(shù),如若采用MIMO64x8技術(shù),基站天線的配置數(shù)量需要增長31倍,手機(jī)天線數(shù)量需要增長3倍。
2.3.3 載波聚合帶來射頻開關(guān)及濾波器機(jī)會(huì)
載波聚合技術(shù)將數(shù)個(gè)窄頻段合成一個(gè)寬頻段,實(shí)現(xiàn)傳輸速率的大幅提升。載波聚合技術(shù)的引進(jìn)大大增加了對(duì)射頻器件性能的要求以及射頻系統(tǒng)的復(fù)雜度。
目前市場上的射頻器件主要采用2載波的載波聚合。2017年,國內(nèi)的三大電信運(yùn)營商將正式啟動(dòng)三載波的聚合,而到2018年,四載波甚至五載波的載波聚合將出現(xiàn)在手機(jī)通訊應(yīng)用中。例如載波聚合技術(shù)要求射頻天線開關(guān)具有極高的線性度,以避免與其他設(shè)備發(fā)生干擾,對(duì)于濾波器及射頻開關(guān)的性能要求將更加苛刻。
隨著載波聚合的逐步普及,射頻MEMS開關(guān)行業(yè)將迎來快速增長。目前基于SOI工藝的射頻開關(guān)正在接近技術(shù)極限,無法滿足IIP3=90dbm的要求。能夠達(dá)到IIP3>90dbm的射頻性能目標(biāo)的唯一一種開關(guān)是射頻MEMS開關(guān),因此射頻MEMS開關(guān)將在未來5G時(shí)代迎來確定性增長機(jī)會(huì)。
2.4 創(chuàng)新射頻技術(shù)有望在4.5G/4.9G中率先實(shí)現(xiàn)應(yīng)用
回顧2G到4G的通訊發(fā)展歷程,每一代通訊技術(shù)的發(fā)展都不是一蹴而就的,而是由多個(gè)小的技術(shù)升級(jí)疊加形成的。2G時(shí)代,地面蜂窩通訊經(jīng)歷了GSM、GPRS、EDGE三個(gè)小型技術(shù)升級(jí);而在3G時(shí)代,地面通訊經(jīng)歷了UMTS、HSPA、HSPA+三個(gè)小型技術(shù)升級(jí)。我們判斷在4G向5G的演進(jìn)過程中,每2年就會(huì)出現(xiàn)一次小型技術(shù)升級(jí)。而每一代小型技術(shù)升級(jí)都會(huì)推動(dòng)射頻器件產(chǎn)品復(fù)雜度及單部手機(jī)價(jià)值量的提升。
圖表3:3G到4G的發(fā)展歷程中,每2年就會(huì)有小的技術(shù)升級(jí)
3射頻器件國產(chǎn)替代空間廣闊
手機(jī)等終端的射頻器件主要包括PA芯片、濾波器、射頻開關(guān)、天線。天線是目前國產(chǎn)化率最高的細(xì)分領(lǐng)域,信維通信、碩貝德等在終端天線領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到全球領(lǐng)先水平,產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入蘋果、微軟等國際巨頭供應(yīng)鏈體系。國產(chǎn)PA芯片在2G、3G、WiFi、NFC等通信系統(tǒng)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大批量出貨銷售,而在4G Pa芯片領(lǐng)域,國內(nèi)廠商還處于客戶認(rèn)證及商業(yè)談判階段。射頻濾波器及射頻開關(guān)的國產(chǎn)化率相對(duì)較低,國內(nèi)廠商的產(chǎn)品主要集中在軍用無線通信系統(tǒng)中,在手機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品中的應(yīng)用較少。
我國是全球最大的手機(jī)生產(chǎn)基地,同時(shí)華為、vivo、oppo、小米、魅族、聯(lián)想等國產(chǎn)品牌的手機(jī)銷售量占全球的30%以上。憑借龐大的終端市場需求,手機(jī)供應(yīng)鏈向大陸轉(zhuǎn)移是非常確定的產(chǎn)業(yè)趨勢。事實(shí)上,國內(nèi)不少射頻器件廠商已經(jīng)進(jìn)入了千元智能機(jī)市場,如天瓏、西可、海派、TCL等廠商就已經(jīng)開始采用中普微的PA芯片。
3.1砷化鎵晶圓代工興起、接口趨于標(biāo)準(zhǔn)化兩大紅利助力PA芯片國產(chǎn)化
3.1.1接口趨于標(biāo)準(zhǔn)化
在2014年之前,射頻器件與基帶芯片之間的接口各家廠商采用自家的獨(dú)立接口,各不兼容。市場上一旦某種型號(hào)手機(jī)銷量超出預(yù)期,由于沒有可被替換的射頻器件廠商可選,PA、射頻開關(guān)、射頻濾波器等射頻器件是手機(jī)零部件中缺貨最嚴(yán)重的零組件。
2014年,聯(lián)發(fā)科推出了“Phase 2”整體方案,與Skyworks、RFMD、Murata等廠商合作推出引腳相互兼容的射頻PA產(chǎn)品。“Phase 2”方案使得終端廠商替換PA器件的彈性大幅提高,即使出現(xiàn)單一供應(yīng)商缺貨時(shí),其他廠商的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)快速替補(bǔ)。
引腳標(biāo)準(zhǔn)化為國內(nèi)射頻器件企業(yè)切入4G市場提供了機(jī)會(huì),國內(nèi)PA廠商Vanchip及Airoha在2015年加入了聯(lián)發(fā)科的公板認(rèn)證,切入了聯(lián)發(fā)科的低階套片產(chǎn)品。
圖表4:聯(lián)發(fā)科定義的射頻模塊標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)圖(phase1至phase6)
3.1.2砷化鎵成為主流生產(chǎn)工藝
砷化鎵PA芯片是目前市場主流,出貨占比占9成以上。在2G時(shí)代,PA芯片主要采用CMOS工藝,而進(jìn)入3G時(shí)代,生產(chǎn)工藝轉(zhuǎn)向電子遷移率更高、截止頻率更高的砷化鎵制程技術(shù)。
國內(nèi)廠商在砷化鎵晶圓制造領(lǐng)域已有不少投資項(xiàng)目,隨著三安光電及海特高新的砷化鎵產(chǎn)線投產(chǎn),國內(nèi)PA芯片廠商的研發(fā)及生產(chǎn)環(huán)境將得到大幅改善。
圖表5:射頻器件各細(xì)分方向工藝路線圖(2010-2018)
3.1.3國內(nèi)廠商立足2G/3G市場,向4G市場發(fā)起突圍
目前4G手機(jī)一般配置4顆PA芯片,一些高端旗艦機(jī)型配置5顆PA芯片,比如蘋果iPhone 7即配置了5顆PA芯片。國內(nèi)芯片設(shè)計(jì)廠商抓住國內(nèi)手機(jī)品牌崛起的機(jī)會(huì)成功切入了PA芯片廠商,涌現(xiàn)出了RDA、漢天下、中普微電子、國民飛驤、Vanchip等一批射頻PA芯片廠商。目前國內(nèi)PA芯片廠商的主力銷售產(chǎn)品集中為2G/3G PA芯片,在4G PA芯片領(lǐng)域市場占比較小。
PA芯片是決定發(fā)射信號(hào)質(zhì)量的重要器件,其線性度及轉(zhuǎn)化效率決定了通話質(zhì)量。國內(nèi)射頻龍頭企業(yè)RDA在2015年12月實(shí)現(xiàn)了4G PA芯片的客戶批量驗(yàn)證,標(biāo)志著國內(nèi)廠商在4G產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)了突破。
圖表6:國內(nèi)主要PA廠商
圖表7:PA芯片市場格局
3.2 saw/baw濾波器國產(chǎn)替代興起
3.2.1saw、baw濾波器是手機(jī)應(yīng)用中的主流濾波器
Saw、baw濾波器的性能(插入損耗低、Q值高)遠(yuǎn)遠(yuǎn)由于PCB電路濾波器、BST濾波器及MEMS濾波器,是目前手機(jī)應(yīng)用的主流濾波器。
圖表8:saw濾波器與MEMS、BST、PCB濾波器的技術(shù)指標(biāo)對(duì)比
圖表9: Saw濾波器與baw濾波器對(duì)比
Saw濾波器與baw濾波器處理的頻段各有差異,saw濾波器主要面向2.1Ghz以下的應(yīng)用為主,baw濾波器主要面向2.1Ghz以上的頻段為主。
3.2.2射頻濾波器是前端模塊中增長最快的細(xì)分方向
濾波器是射頻前端模塊增長最快的細(xì)分方向,高通預(yù)測射頻濾波器市場將由現(xiàn)在的50億美金的市場規(guī)模增長至2020年的130億美金。面對(duì)快速增長的濾波器市場機(jī)遇,高通與日本濾波器巨頭TDK在今年年初組建了合資公司RF 360公司,預(yù)計(jì)投資超過30億美金。
另據(jù)Mobile Experts預(yù)測,到2020年濾波器市場將由2015年的50億美金增長至2020年的120億美金。Mobile Experts的預(yù)測與高通基本一致,射頻濾波器是業(yè)界普遍認(rèn)可的高成長細(xì)分行業(yè)。
圖表10:射頻前端各個(gè)細(xì)分方向市場空間預(yù)測(十億美金)
3.2.3國外廠商壟斷絕大部分市場,國產(chǎn)濾波器已在手機(jī)上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用
全球來看,saw濾波器的主要供應(yīng)商是TDK-EPCOS及Murata,兩者合計(jì)占有60-70%市場份額;baw濾波器的主要供應(yīng)商是Avago及Qorvo(Triquint),兩者占有90%以上市場份額。
例如,iPhone 7配置了2個(gè)大的濾波器組及2個(gè)濾波器,其中TDK供應(yīng)了2顆濾波器組及一顆濾波器,而Murata供應(yīng)了1顆濾波器。
圖表11:SAW濾波器市場格局
圖表12:baw濾波器市場格局
在saw濾波器領(lǐng)域,國內(nèi)主要廠商包括以中電26所、中電德清華瑩為代表的科研院所、無錫好達(dá)電子等廠商。國內(nèi)廠商整體實(shí)力較薄弱,科研院所的產(chǎn)品主要面向軍用通信終端設(shè)備。無錫好達(dá)電子的saw濾波器產(chǎn)品在手機(jī)中實(shí)現(xiàn)了銷售,客戶包括中興、宇龍、金立、三星、藍(lán)寶、富士康、魅族等。