最先是2017年的政策提速，國家發(fā)改委公布的《戰(zhàn)略性新興產業(yè)重點產品和服務指導目錄（2016版）》，將移動通信用寬頻帶功率放大器、濾波器等列為新型元器件。接著2018下半年起“中美貿易摩擦”打響，本土芯片需求猛增，疊加5G通訊市場需求井噴，導致不少本土PA廠家走向臺前。2020年全球疫情大爆發(fā)，海外PA工廠復產有限，最先復工的國產PA廠家擁有先發(fā)優(yōu)勢，在全球供應鏈上的影響力逐漸增強……fRlesmc
工藝選擇：GaAs必死、GaN逆襲？
射頻PA可以將微弱信號放大為功率較高的信號，其性能直接決定信號的強弱、穩(wěn)定性等重要因素，直接影響終端的用戶體驗。fRlesmc
目前PA市場主要由國外廠商主導，市場份額集中在Skyworks、Qorvo和博通等國際廠商；國內PA廠商基本是Fabless設計公司，在技術/產品成熟度、解決方案以及市場推廣能力、穩(wěn)定供貨等多方面存在一定程度的短板。fRlesmc
事實上，PA發(fā)展的第一個爭論點，在于工藝技術。根據所用半導體材料不同，射頻PA可以分為CMOS、GaAs（砷化鎵）、GaN（氮化鎵）三大技術路線（表1）。如今性能更優(yōu)異的GaN如期而至，SOI和SiGe的射頻前端芯片應用也越發(fā)普遍，主流工藝GaAs的未來會像“老前輩”CMOS一樣驟然沉寂嗎？國內射頻PA公司該選擇什么工藝更有前景？fRlesmc
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1.CMOS PAfRlesmc
CMOS是使用廉價的沙子作為原材料制備硅的第一代半導體材料。CMOS PA于2000年前后問世，于2G時代正式進入手機市場。雖然CMOS PA發(fā)展成熟且成本優(yōu)勢相對較大，但由于其線性度、輸出功率、效率等性能比較差，無法滿足3G、4G終端的應用需求，市場份額逐漸被新興工藝瓜分。fRlesmc
如今，CMOS PA已經逐漸成為前人走過的一條“老路”。不是不能走，而是要走出花樣、走出成效。例如在GSM通信中，國內的銳迪科（現(xiàn)紫光展銳）和漢天下（現(xiàn)昂瑞微）等芯片設計企業(yè)曾憑借RF CMOS制程的高集成度和低本優(yōu)勢，打破了采用國際龍頭廠商傳統(tǒng)的GaAs制程完全主導射頻功放的格局，在2G PA市場一舉取得半壁江山。（如今這兩家的工藝已經升級迭代到GaAs、GaN技術。）fRlesmc
可見，沒有落伍的技術，只有局限的思維。集成CMOS PA在WIFI、藍牙、NB-IoT、LoRa等主芯片應用上還是有潛在的市場空間的。fRlesmc
2.GaAs PAfRlesmc
隨著手機信號從3G、4G進化到5G，雖然電子設備中的其他原件仍然可以使用硅，但硅已經難以滿足射頻器件的技術要求。CMOS擊穿電壓弱、電子遷移率低、飽和電子速率低，特別是帶寬會隨著頻率增加迅速減少，僅在3.5GHz頻率內有效；而GaAs電子遷移率比硅高6倍，有較高的擊穿電壓，更適合使用在超高速、超高頻器件應用上。fRlesmc
GaAs作為最成熟的化合物半導體材料之一，已經是射頻PA的重要基石。GaAs在全球半導體市場占比較小，市場份額由幾家射頻IDM廠商瓜分：Skyworks、Qorvo和博通等（圖1）。而全球76%的GaAs晶圓片代工由穩(wěn)懋完成，另外兩家也是來自中國臺灣的制造商宏捷科技和環(huán)宇。可以說，GaAs器件市場被美國產業(yè)壟斷，而GaAs代工市場被臺系廠商承包。fRlesmc
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來到2020年，由于貿易戰(zhàn)、疫情、需求下滑的疊加影響，GaAs射頻前端市場出現(xiàn)萎縮，導致相關射頻前端器件IDM大廠與制造代工廠營收受到影響，GaAs產業(yè)格局或將重新洗牌。（圖2）fRlesmc
集邦咨詢披露，雖然美系IDM廠因貿易戰(zhàn)導致中國區(qū)域營收下降，但中國手機品牌廠仍不得不采用美系PA產品，使其營收維持一定水平。不過，隨著國產PA產業(yè)的蓬勃發(fā)展，這一發(fā)展格局或將改變，國內PA廠家有望在5G賽道上大步快跑，從而翻轉“卡脖子”局面。fRlesmc
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3.GaN PAfRlesmc
第三代半導體材料GaN在性能上顯著強于前兩者。GaN的禁帶寬度更寬、擊穿電壓更強、飽和電子速率更快，能承受更高的工作溫度（熱導率高）。業(yè)界普遍共識，隨著技術攻關進程加快，GaN將成為高射頻、大功耗應用的主要方案。（圖3）fRlesmc
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不過，目前GaN PA仍在導入階段，成本較高，主要在部分5G基站端應用率先實現(xiàn)替代GaAs。數(shù)據顯示，5G基站對射頻PA需求大幅增長，從4G基站的12個到5G基站的192個，所需PA數(shù)量有望增長16倍以上。fRlesmc
而在GaN供應鏈上，海外和國內的玩家勢均力敵。境外廠家在制造端有明顯優(yōu)勢，而國內廠商在末端的封測和應用上后來居上。（圖4）fRlesmc
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設計賽道：競爭激烈，需求鮮明
國內射頻PA有手機、基站、Wi-Fi、NB-IoT四大市場。根據調研機構Yole統(tǒng)計，手機PA市場約占65%，Wi-Fi PA市場約占20%，基站市場約占10%，其他為5%。fRlesmc
1.手機PAfRlesmc
得益于5G換機周期和5G手機內PA所需量增加，2020年手機PA市場有望持續(xù)增長。據穩(wěn)懋預計，5G手機所需PA數(shù)量將至少比4G手機多2-5顆。若4G LTE高端手機中PA價值量計算為3.3美元，那5G高端手機中PA價值量已經達到8.3美元以上。fRlesmc
如今的手機PA主要采用GaAs工藝。因為射頻PA在5G面臨新挑戰(zhàn)有線性度失真、互調、功率要求提升、降低功耗等，這導致射頻PA設計呈模組化趨勢，以便縮小RF元件體積，加快手機產品上市時間等。fRlesmc
根據晉江三伍微電子有限公司的鐘林在業(yè)內觀察到：在這一賽道里，國外公司2G PA基本不再供貨；而國內本土的2G PA在各方面性能都不輸國外產品，成本更低、優(yōu)勢更大。而本土的3G PA整體性能已媲美國外產品，具有成本優(yōu)勢；國外主要是Qorvo CMOS 3G PA。至于4G PA要分成兩檔：在中功率4G PA，國產產品與國外基本已不相上下，能替換的都已經替換了；在高功率4G PA，國產PA整體性能上還是有點差距的，但也能滿足手機客戶的需求，最終取決手機客戶的選擇，是否對性能有極致追求。最后5G PA，國內產品差距還是很明顯的，Skyworks和Qorvo在去年已經量產交貨，國內公司今年才開始有樣品。fRlesmc
盡管如此，國內手機PA廠商由于在2G、3G手機PA里沉淀了不少優(yōu)勢，同時還靠近需求市場，有望在5G和本土化的紅利下加速發(fā)展。（表2）fRlesmc
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2.基站PAfRlesmc
5G基站建設需求旺盛，國內商用速度超過美國、韓國。工信部數(shù)據顯示，國內三大運營商將在2020年新建超過60萬個5G基站，相當于每周新增1.5萬座基站。fRlesmc
據悉，5G基站區(qū)域的天線將以10個以下驟增到百個以上，對PA的需求提升了15倍以上。同時，天線的數(shù)量上升意味著需要尺寸更小的元器件，因此GaN工藝的PA在5G基站的建設中具有很高的地位。fRlesmc
基站PA的GaN、LDMOS、GaAs三種工藝的技術含量高，被國外廠家壟斷。國內市場主要仍從恩智浦、日本住友、Amploen、Qorvo等公司進口。近些年國內公司也開始研發(fā)，真正批量出貨的很少，國內PA廠商基本是Fabless設計公司和代工廠。（表3）fRlesmc
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3.Wi-Fi PAfRlesmc
Wi-Fi PA是除手機PA外的第二大增長點。隨著IEEE協(xié)議從802.11n演進到802.11ac，雙頻路由器（2.4GHz+5GHz）得到普遍使用，同時傳統(tǒng)的兩條2.4G天線逐漸轉發(fā)為兩條2.4G和兩條5G天線配置，每條天線均需要對應一顆PA芯片。如今802.11acx被定義為Wi-Fi 6，更是對Wi-Fi PA的性能要求和數(shù)量需求提出更高的標準。fRlesmc
同樣是來自三伍微電子的鐘林行業(yè)觀察：國產Wi-Fi PA與國際相比，Wi-Fi 4 PA/FEM的中功率產品性能不差于國際產品，完全可以替代，成本優(yōu)勢明顯；但高功率產品還有少許差距。Wi-Fi 5的競爭賽道最擁擠，很多本土公司都在搶市場，各顯神通但脫穎而出的不多；高功率差距更為明顯。至于行業(yè)大熱的Wi-Fi 6，中功率的國內廠家已經初露鋒芒；國產高功率Wi-Fi FEM估計要到明年，預估與國外廠家的差距至少有3年。發(fā)展相對滯后的是Wi-Fi 7 FEM，Skyworks在客戶端已經可以提供樣品，但國內廠家仍在布局之中。（表4）fRlesmc
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4.NB-IoT PAfRlesmc
由于2G、3G退網已定，5G建設進程加速，NB-IoT作為物聯(lián)網的一個重要分支也將迎來產業(yè)化發(fā)展的新階段。NB-IoT PA主要覆蓋市場為智能燃氣表、智能水表、智能煙感器、智能鎖等細分行業(yè)。fRlesmc
在NB-IoT應用中，往往將PA集成進SoC中，從而提高集成度，大幅降低了模塊的成本和開發(fā)復雜度，同時縮小了模組體積，降低了功耗。（表5）fRlesmc
不難發(fā)現(xiàn)，對于國產NB-IoT PA來講，超寬帶、低電壓、極端溫度和低成本是重點要考慮的方向。fRlesmc
最后來看國產PA的封測端。從工藝來分，CMOS工藝的代表企業(yè)有臺積電、中芯國際、聯(lián)電；GaAs工藝有臺灣穩(wěn)懋、臺灣宏捷科、三安集成、海威華芯；SOI工藝有格羅方德、TowerJazz、中芯國際、華虹宏力；SiGe工藝有格羅方德、TowerJazz。封測端主要有大陸的長電科技、華天科技以及臺灣地區(qū)的矽格半導體、同欣、菱生、日月光、京元電等。fRlesmc
總的來說，目前國內PA產品大多停留在中低端應用，布局高端應用的PA廠商暫且不夠突出，需要玩家們持續(xù)性投入。不過，華為自行設計PA、5G應用帶給更多替代的機會，必定會給國內PA廠商打上一劑強心針，使得PA產業(yè)再度加速發(fā)展。fRlesmc
