揭秘射频芯片，5G 时代芯片之王，国产替代的芯片桥头堡【附下载】| 智东西内参

揭秘射频芯片，5G 时代芯片之王，国产替代的芯片桥头堡【附下载】| 智东西内参

• 来源:网络
• 更新日期:2020-06-09

摘要：在上一期的内参中，我们介绍过，以第三代半导体材料氮化镓 ( GaN ) 为核心的射频半导体材料，支撑着5G基站及工业互联网系统的建设。今天，我们就一起来看看射频芯片产业的现状。本

在上一期的内参中，我们介绍过，以第三代半导体材料氮化镓 ( GaN ) 为核心的射频半导体材料，支撑着5G基站及工业互联网系统的建设。今天，我们就一起来看看射频芯片产业的现状。

本期的智能内参，我们推荐华西证券公司的研究报告《 射频芯片千亿空间，国产替代曙光乍现 》，揭秘射频芯片技术特点和产业格局。如果想收藏本文的报告，可以在智东西（公众号：zhidxcom）回复关键词 nc462 获取。

本期内参来源：华西证券

原标题：

《射频芯片千亿空间，国产替代曙光乍现》

作者： 孙远峰 张大印 等

一、什么是射频芯片？

射频（ RF ， Radio Frequency） ， 表示可以辐射到空间的电磁频率， 频率范围从 300kHz～300GHz 之间。 射频是一种高频交流变化电磁波的简称。

射频芯片， 是能够将射频信号和数字信号进行转化的芯片， 具体而言， 包括 RF 收发机、 功率放大器（PA） 、 低噪声放大器（LNA） 、 滤波器、 射频开关（Switch） 、 天线调谐开关（Tuner） 等。

▲ 手机射频芯片逻辑关系图

射频前端器件均有由半导体工艺制备，用于手机端的功率放大器和低噪声放大器主要基于 GaN、 GaAs、 SOI、 SiGe、 Si（用于基站端的大功率功率放大器主要采用 GaAs 和 GaN）。滤波器主要品类有 SAW 和 BAW 两种，均采用压电材料做基底。 RF 开关主要基于 CMOS、 Si、 GaAs 和 GaN 材料。

▲ 射频前端器件的工艺技术和应用

典型的 4G 手机需要支持约 40 个频段，如 B1、 B3、 B5、 B8、 B38、 B41 等，每个频段都需要有 1 路发射和 2 路接收。发射通路上需要滤波器、功率放大器、开关等，接收通路需要开关、低噪放、滤波器等器件。

在 4G LTE 频段划分中，有部分频率相近或重合的频段，可以形成射频前端器件共用，业界通常将 4G 频段划分为低频（698~960Mhz）、中频（1710~2200MHz）和高频（2400~3800MHz），相应的，对应射频前端器件可以形成低频模组、中频模组和高频模组。

▲ 4G 手机射频架构

由于 5G 增加了新频段，支持新频段就需要增加配套的射频前端芯片。

简化来看，射频发射通路主要是 PA 和滤波器，接收通路主要是 LNA 和滤波器，其他如射频开关、 RFIC、电阻、电容、电感均为核心芯片的配套。

▲ 5G 手机射频架构

▲ 简化示意图

二、射频芯片市场

据 Yole Development 数据， 2018 年全球移动终端射频前端市场规模为 150 亿美元， 预计 2025 年有望达到 258 亿美元， 7 年 CAGR 达到 8%。

▲ 2018~2025 年射频前端芯片市场空间（十亿美元）

▲市场空间扩大来自于单机价值量提升

射频开关（Switch）。射频开关的作用是将多路射频信号中的任一路或几路通过控制逻辑连通， 以实现不同信号路径的切换，包括接收与发射的切换、 不同频段间的切换等， 以达到共用天线、 节省终端产品成本的目的。 射频开关的主要产品种类有移动通信传导开关、 WiFi 开关、 天线调谐开关等， 广泛应用于智能手机等移动智能终端。

以智能手机为例， 由于移动通信技术的变革， 智能手机需要接收更多频段的射频信号。 2011 年及之前智能手机支持的频段数不超过 10 个， 而随着 4G 通信技术的普及， 至 2016 年智能手机支持的频段数已经接近 40 个。 5G 应用支持的频段数量将新增 50 个以上， 全球 2G/3G/4G/5G 网络合计支持的频段将超过 91 个。 因此， 移动智能终端中需要不断增加射频开关的数量以满足对不同频段信号接收、 发射的需求。

据 Yole Development 预测， 分立射频开关开关的市场规模将从 2018 年的 6 亿美元增长至 2025 年的 9 亿美元，年均复合增长率为 5%。

▲典型射频开关的原理图

▲ 2018-2025 年分立式普通射频开关市场空间（亿美元）

天线调谐开关（Tuner）。 Tuner 主要给天线做配套。 全面屏的普及， 紧凑的机身设计， 智能手机留给天线的空间尺寸不断受到限制， 这导致天线系统的整体效率降低， 需要天线调谐开关提高天线对不同频段信号的接收能力， 天线调谐开关的重要性和需求也日益增长。 相较普通开关， 天线调谐开关有着极高的耐压要求， 同时导通电阻和关断电容对性能影响极大， 由此对产品提出了极高的设计和工艺要求。

4G 手机一般需要 4~6 个天线， 而 5G 手机至少需要 6~10 个天线， 对应的天线 Tuner 需求适配性增长。 据 Yole Development 预测， 天线调谐开关的市场规模将从 2018 年的 5 亿美元增长至 2025 年的 12 亿美元， 年均复合增长率为 13%。

▲典型 Tuner 的原理图

▲ 2018-2025 年 Tuner 市场空间（亿美元）

滤波器（Filter）。 射频滤波器的作用是保留特定频段内的信号， 将特定频段外的信号滤除， 从而提高信号的抗干扰性及信噪比。 以声表面波滤波器为例， 其工作原理： 输入电信号被输入叉指换能器转换成同频率声波， 经过输出叉指能换器转换成电信号， 实现频率选择。

滤波器的市场驱动主要源于新通信制式对额外滤波的需求。 在 4G 以及 5G 频段的逐步实现， MIMO 和载波聚合的应用支持， Wi-Fi、 蓝牙、 GPS 等无线技术的普及等， 导致射频滤波器的需求增长迅速。

据 Yole Development 预测， 从 2018 年至 2025 年， 分立射频滤波器及双工器等市场规模将从约 31 亿美元增长至 51 亿美元， 其中滤波器从约 17 亿美元增长至 27 亿美元， 年均复合增长率为 7%；双工器从约 10 亿美元增长至 16 亿美元， 年均复合增长率为 7%；多工器的市场增长最快， 将从约 1 亿美元增长至 5 亿美元， 年均复合增长率为 20%。

▲射频滤波器原理图

▲ 2018-2025 年滤波器市场空间（亿美元）

低噪声放大器（LNA）。 低噪声放大器的功能是把天线接收到的微弱射频信号放大， 尽量减少噪声的引入， 在移动智能终端上实现信号更好、 通话质量和数据传输率更高的效果。 根据适用频率的不同， 分为全球卫星定位系统射频低噪声放大器、 移动通信信号射频低噪声放大器、 电视信号射频低噪声放大器、 调频信号射频低噪声放大器。

低噪声放大器的工作原理： 输入的射频信号被输入匹配网络转化为电压， 经过放大器对电压进行放大，同时在放大过程中最大程度降低自身噪声的引入， 最后经过输出匹配网络转化为放大后功率信号输出。

随着 5G 逐渐普及， 智能手机中天线和射频通路的数量增多， 对射频低噪声放大器的数量需求迅速增加，据 Yole Development 预测， 分立射频低噪声放大器市场规模将从 2018 年的约 3 亿美元增长至 2025 年的 8 亿美元， 年均复合增长率将达到 16%。

▲ LNA 原理图

▲ 2018-2025 年 LNA 市场空间（亿美元）

功率放大器（PA）。 功率放大器（ PA， Power Amplifier） ， 是各种无线发射机的重要组成部分， 将调制振荡电路所产生的射频信号功率放大， 以输出到天线上辐射出去。 PA 的性能直接决定了无线终端的通讯距离、 信号质量和待机时间， 也是射频前端功耗最大的器件。

根据 QYR Electronics Research 数据， 2011-2018 ， 全球射频功率放大器的市场规模从 25.33 亿美元增长至 31.05 亿美元， 年均复合增长率 2.95%；预计至 2023 年， 市场规模将达 35.71 亿美元。 PA 市场整体增速较其他射频前端芯片增速低， 主要是因为高端 4G 和 5G PA 市场将保持增长， 但是 2G/3G PA 市场将会逐步衰退。

▲ PA 芯片引脚功能框图

▲ 2011-2023 年年 PA 市场空间（亿美元）

射频芯片：分立式和模组 。 射频前端模组是将射频开关、低噪声放大器、滤波器、双工器、功率放大器等两种或者两种以上的分立器件集成为一个模组，从而提高集成度与性能并使体积小型化。根据集成方式的不同可分为 DiFEM（集成射频开关和滤波器）、 LFEM ( 集成射频开关、低噪声放大器和滤波器 ) 、 FEMiD（集成射频开关、滤波器和双工器）、 PAMiD（集成多模式多频带 PA 和 FEMiD）等模组组合。

持续增加的射频前端器件数量和 PCB 板可用面积趋紧之间的矛盾促进射频前端模组化发展， 越来越多的分立式射频前端芯片通过 SiP 技术封装在同一颗大芯片里面。 从 Broadcom 的发展来看， 2007~2010 年主要是分立的射频前端器件， 2011~2013 年是单颗 PA 模组， 2014 年以来持续升级， 已经实现多频段 PA 模组整合。 与此同时， Skyworks、 Qorvo、 村田、 高通等射频前端芯片大厂均已推出多品类射频前端模组产品。

射频芯片：分立式和模组 。 据 Yole Development 的统计与预测， 分立器件与射频模组共享整个射频前端市场。 2018 年射频模组市场规模达到 105 亿美元， 约占射频前端市场总容量的 70%。 到 2025 年， 射频模组市场将达到 177 亿美元， 年均复合增长率为 8%； 2018 年分立器件市场规模达到 45 亿美元， 约占射频前端市场总容量的 30%。 到 2025 年， 分立器件仍将保留 81 亿美元的市场规模。

▲ 2018-2025 年射频前端芯片分立式和模组的市场规模对比（百万美元）

接收模组（FEM）。 接收模组主要指承担下载功能的射频模组， 不含 PA。 以手机为例， 与基站通信的过程中，分为上行（上传） 和下行（下载） ， 手机上传数据需要手机 PA 将信号放大， 基站处于接收状态；下载数据需要基站方面的 PA 将信号放大， 手机处于接收状态。 接收模组主要是射频开关、 滤波器、 LNA 等芯片产品的排列组合。

据 Yole Development 数据， 预计射频前端接收模组市场空间将从 2018 年的 25 亿美元增长到 2025 年的 29 亿美元， 年均复合增长率为 2%。

▲小米10 中用到的接收模组

▲ 2018-2025 年接收模组市场空间（亿美元）

功率放大器模组（PAM）。 功率放大器模组主要指承担上传信号功能的射频模组， 包含 PA。 以手机为例， 与基站通信的过程中， 分为上行（上传） 和下行（下载） ， 手机上传数据需要手机 PA 将信号放大， 基站处于接收状态；下载数据需要基站方面的 PA 将信号放大， 手机处于接收状态。 功率放大器模组主要是射频开关、 滤波器、 PA 等芯片产品的排列组合。 以 Qorvo 某款 M/HB PA 模组为例， 在一颗大 SiP 封装内， 包含有 12 个滤波器、 3 个 PA、 1 个控制芯片、 1 个天线开关和 3 个射频开关。

据 Yole Development 数据， 预计功率放大器模组模组市场空间将从 2018 年的 60 亿美元增长到 2025 年的 104 亿美元， 年均复合增长率为 8%。

▲ 2018-2025 年功率放大器模组市场空间（亿美元）

AiP 模组（毫米波天线模组）。 由于毫米波频率高， 传输损耗大， 因此天线和射频前端集成化， 典型设计上， 将毫米波天线与毫米波芯片封装在一起， 业内称之为 AiP（antenna-in-package） 。

现阶段美国 5G 网络主推毫米波建设， 三星美国版搭载 AiP 模组支持美国 5G 频段。 预计 2020 年iPhone新品美国版本同样需要配置 AiP 模组。

据 Yole Development 数据， AiP 模组于 2019 年开始产生销售， 主要是美国市场， 预计到 2025 年市场空间将达到 13 亿美元， 年均复合增长率为 68%。

▲ AiP 模块构成

▲ 2018-2025 年滤波器市场空间（亿美元）

WiFi 模组 。 WiFi 功能是智能手机的必备， 最新一代标准为 WiFi 6， 小米 10、 华为 P40、 iPhone SE 2 代等 2020 年新上市手机全面支持。 每一次标准升级都会带动相关芯片创新和价值量提升， 随着 WiFi 6 新标准的普及渗透， 据 Yole Development 数据， 预计 WiFi 模组市场规模将从 2018 年的 20 亿美元增长到 2025 年的 31 亿美元， 年均复合增长率为 6%。

▲ iPhone SE 主板，黄色框为 USI 339S00648 WiFi/ 蓝牙 SoC，支持最新 WiFi 6

三、竞争格局

射频器件本质上是半导体器件， 4G 普及高峰过后，射频器件厂商成长性衰退， 2014 年以来，射频器件厂商收购兼并持续进行。 2014 年 TriQuint 与 RFMD 合并成为 Qorvo，2016 年高通与 TDK 共同出资建立 RF360， Avago 收购 Broadcom， 传统半导体芯片大厂持续整合，通过收购或者共同投资将各自优势产品结合，寻求产业链更有力地位，争取做到多品类器件供应。

总体而言，海外寡头占据绝对份额 。 全球射频前端芯片市场主要被 Murata、 Skyworks、 Broadcom、 Qorvo、 Qualcomm 等国外领先企业长期占据。 根据 Yole Development 数据， 2018 年， 前五大射频器件提供商占据了射频前端市场份额的八成， 其中包括 Murata 26%， Skyworks 21%， Broadcom 14%， Qorvo 13%，Qualcomm 7%。

国际领先企业起步较早， 底蕴深厚， 在技术、 专利、 工艺等方面具有较强的领先性， 同时通过一系列产业整合拥有完善齐全的产品线， 并在高端产品的研发实力雄厚。 另一方面，大部分企业以 IDM 模式经营， 拥有设计、 制造和封测的全产业链能力， 综合实力强劲。

从旗舰机型拆解看， Tuner 用量最多 。 参考 iPhone Xs、 三星 S20、 华为 P30、 小米 8、 OPPO Find X 等各品牌旗舰手机拆解信息， 除 Murata、 Skyworks、 Broadcom、 Qorvo、Qualcomm 五大厂商之外， 主流供应商还有英飞凌、华为海思、 索尼、 安森美、 STM、 NXP 等。

而在射频产品细分品类中， 天线调谐开关（Antenna Tuner） 数量占比最多， 达到 33%， 其他为发射模组（包含 HB PAMiD、 MB PAMiD、 HB/MB PAMiD、 PAM） 、 接收模组（包含 FEM、 开关低噪放模组） 、 射频开关和 LNA。

▲旗舰智能手机射频前端芯片供应商分布

▲ 旗舰智能手机射频前端芯片细分种类分布

国内厂商起步晚，从分立式起步 。 相比之下， 国内射频芯片公司由于起步较晚， 基础薄弱， 并且主要集中在无晶圆设计领域。较之国际领先企业在技术积累、 产业环境、 人才培养、 创新能力等方面仍有明显滞后， 与美国、 日本、 欧洲等厂商仍存在较大差距。

国内射频芯片厂商从相对成熟的分立射频芯片起步， 在 5G 手机广泛普及前的窗口期， 逐步实现中低端机型射频前端进口替代， 同时积累模组能力， 逐步走向全品类供应。

▲ 滤波器和射频开关组成 FEM， FEM 加上 PA 组成 PAM，从分立到模组，循序渐进

以 iPhone X 为例，用到了一颗 Broadcom 的发射模组芯片，内部包含多个分立的芯片，通过 SiP 封装为一颗大芯片。在这颗大芯片之中，具体包含 2 颗 PA， 12 颗 BAW 滤波器， 2 颗射频开关，一颗控制 IC。除此之外，还有 10 颗电感和 30 颗电容。

目前本土射频厂商提供的产品主要集中于分立器件，抢占中低端市场份额，且所提供的产品趋于同质化，从而导致市场价格下降、行业利润缩减等状况。结合芯片设计行业的特点，唯有在新技术、新产品等方面持续投入，构建具有自主发展能力和核心竞争力的产业链，才能逐步缩减与国际领先企业的距离。

▲ 射频模组内部由多个射频分立芯片组成

从华为射频芯片供应商变迁看自主可控 。 2018 年之前， 华为 P 系列和 Mate 系列的旗舰机型， 射频芯片的主要供应商是 Murata、Skyworks、 Qorvo 和 Epcos。 2018 年美国制裁之后， 华为供应链逐步放弃美国供应商， 采用海思自研和加快引入国内供应商， 在 2019Q4 的 Mate 30 手机中， 射频芯片主要来自于 Murata、海思和卓胜微。

▲ 2015Q4~2019Q4，华为旗舰机型（P 和 Mate 系列）中，主要射频芯片供应商变化

▲ 2015 年以来华为旗舰机射频芯片供应商

智东西认为， 每一次通信制式升级， 都是射频芯片价值量提升的机遇。 5G 手机必然要兼顾 2/3/4G， 因此 5G 手机在保留 2/3/4G 射频芯片的同时， 支持 5G 新频段的射频芯片为全新增量。虽然射频芯片一直以来都是由国外巨头垄断， 但 国内射频芯片厂商从相对成熟的分立射频芯片起步， 在 5G 手机广泛普及前的窗口期， 逐步实现中低端机型射频前端进口替代， 同时积累模组能力， 逐步走向全品类供应。