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中国射频器件产业的“第三次”浪潮

2016-10-17 09:29:19

      2016年6月,本土射频器件厂商广州慧智微电子(SmarterMicro)以投后6亿人民币估值完成了9,200万人民币的融资,唯捷创芯(Vanchip)以14亿估值完成了7,000万人民币的融资,而国民飞骧也正在进行中,计划以投后5亿估值融资6,000万人民币。这三家公司也是目前中国本土手机射频前端器件中的明星公司,在重要器件4G PA(功率放大器)上均已量产出货,颇具代表性,而他们三家也采用了不同的产品与工艺策略,文章后面会详细聊聊。
随着多模多频全网通,4G向4G+演进,以及即将来到的5G通信对手机射频器件的爆炸性需求,资本市场对射频器件产业投来了从未有过的热情。射频器件厂商不仅是在上面提到的一级市场受到热捧,二级市场更是疯狂:前不久一家A股的上市公司麦捷科技,由于开始涉足Saw滤波器,被资本市场的热钱追捧,过去5个月涨幅超过50%。
我称这一波资本与需求双轮强力推动的浪潮为射频器件产业的“第三次”革命浪潮,将有各路庞大的资金与人才技术等资源进入中国市场,会推动中国射频器件产业发生质的变革,从而带来全球手机射频产业的真正洗牌,5-8年后可以看到结果。
“手机中所有核心器件都国产化了,唯独有射频器件,95%还是欧美厂商主导,甚至没有一家亚洲厂商进入。这个现象是不正常的,肯定会被打破,中国芯片公司的机会最大。”前不久,在一次小范围的论坛上,我听华为海思RF射频专家这样评论道。现在,手机中RF器件的成本越来越高,一个4G全网通手机,前端RF套片的成本已达到8-10美元,含有10颗以上射频芯片,包括2-3颗PA、2-4颗开关、6-10颗滤波器。未来随着5G到来,RF套片的成本很可能会超过手机主芯片。而物联网的爆发,更是会对射频器件的需求推波助澜。
所以,近十年来,围绕着射频器件这一重要市场,一直在发生寻求技术革命与突破的故事。

大胆尝试的第一次RF革命浪潮

大约12年前(2004年),锐迪科(RDA)的成立掀起手机射频器件领域的第一次革命,带领中国本土公司开始攻克欧美厂商完全主导的射频器件领域,他们在GSM手机上采用CMOS工艺替代GaAs的功率放大器,并成功量产,为用户降低成本并提升了集成度,但是被拦在了LTE/4G门前。2010年左右,另一批海归(几乎清一色是从Top3的国际射频器件厂商出来创业的技术骨干)看准3G与4G市场爆发带来的机遇,回到中国创业,这其中诞生了Vanchip、汉天下、中普微电子等在3G射频前端比较成功的公司,但是后两者也被挡在了LTE/4G门前。Vanchip在3G时代大获成功,但是过去两年官司缠身艰难前行,今年来在4G PA市场开始有大批量出货,前不久官司也终于尘埃落定,新一轮融资也到位,后续期待他们的表现。
前面提到的另两家,广州智慧微电子与国民飞骧,他们则是成立之初就定位于LTE/4G射频功放等器件,国民飞骧是2015年从国民技术分离出的射频器件公司,2年前其4G PA还被红米2A所采用,现在也被中兴等多家品牌采用采用。而智慧微电子则是2012年成立,也是由国际大厂Skyworks与Qorvo的技术人员回国创业。这里要说的是,他们采用了全新的“可重构”的架构:SOI(绝缘体硅)+GaAs的方式来实现多频多模RF前端器件的集成,其4G射频前端产品已被中兴和一些白牌厂商开始采用。随着SOI的成熟与渐行渐行热,他们的架构正在被越来越多的客户所认可,这种新的架构在集成度上比传统的GaAs将具有绝对的优势。“同样是符合MTK phaseII规范的射频芯片,Skywork的模块中需要叠加7个die(裸片),而我们仅需要2个die就可以实现。”智慧微电子CEO李阳表示。然而,他们能否成功,能否大规模推开,要看另一个巨头的革命了,因为它需要的是颠覆手机厂商对传统射频器件的理解。

高通掀起的第二次“数字革命”浪潮

一直以来,业界巨头与创新者都在梦想着用硅的工艺替代传统的GaAs工艺,用硅的高集成度、大规模经济效益替代GaAs,这里尤其要提的美国高通公司,他们在2013年掀起了一场声势浩大的“数字RF”革命。我称之为射频器件产业的第二次革命浪潮。
2013年起,高通公司以他的全SOI工艺杀入射器件器市场,一方面希望为用户提供真正的Turn key,另一方面也是看到未来射频器件在PCB上的成本会越来越贵、地位甚至会超过主芯片。他们期望用SOI(绝缘体硅)工艺来实现射频器件的设计与制造,虽然投入巨大(前期研发接近10年),并加上在市场上的强制性推行(有段时间甚至让用户只能选择他们的RF360前端),但是其RF360也基本上是无功而返,而这里最大的挑战是,硅工艺始终不能实现高频PA所需要的性能:全集成SOI虽然比全CMOS性能提升10-20dB,但是当高频时,散热是一个大问题,导致电流上升,性能下降,全SOI还是比GaAs要低5dB左右,这就会影响高频时的射频性能,高通的RF360也被拦在了LTE/4G高频前。
据昌旭了解,高通公司最终可能会放弃全SOI射频器件的策略,因为他们已经悄悄收购了美国两家GaAs工厂,一个在波士顿,一个在北卡罗拉。未来,很有可能也采用SOI+GaAs的方式。
高通的这一数字化革命虽然不是很成功,但是也进一步推动了中国市场上用“SOI”替代“GaAs”的革命。虽然PA上采用全SOI无法达到高频要求的性能,但是,在RF开关上却非常成功,现在已有90%的RF开关,从传统的GaAs工艺转到了SOI工艺。这其中,上海的卓胜微电子脱颖而出,成为RF开关市场的明星,这几年成长非常快,已可量产单刀10掷开关,从低端到高端覆盖面广,且有比较大的价格优势。除了卓胜微电子,上面提到的国民飞骧、Vanchip等公司,也都在量产基于SOI的RF开关。目前,国内做SOI射频开关的公司已有20-30家,价格战已开始进入白热化。
这里稍微提一下,相应地,在高通为射频器件寻求SOI革命时,MTK则是从另一个角度进行了革命。MTK为给用户带来更方便的射频器件替代(射频器件是手机市场上经常缺料的品种,因为它独特的工艺),推出了一套管脚兼容的phase计划,要求与MTK主芯片配套的Skyworks、Qorvo(RFMD与TriQuint)、安华高以及村田等,提供管脚兼容的RF模块,这一规范2014年开始推出,现在phase2已成为市场上的主流规范,为MTK的手机客户带来便利,使得他们可以有多个供应商选择。
而昌旭认为,MTK这一管脚兼容计划,从另一个层面来说,为中国的RF器件厂商进入LTE/4G市场打开了一敞门——使得欲进入这一领域的中国厂商有规可循,他们会跟随Skyworks等等大厂的技术的规范,借着管脚兼容的机会,以低成本替代欧美厂商的4G RF模块。

第三次射频器件浪潮下的中国公司

射频产业的第三次浪潮是由巨大的需求与强大的资本双轮驱动的,我们先来看看这一浪潮下的几家明星中国公司。
这里,我分别介绍一下目前在4GPA器件市场已成功批量出货的中国三家明星厂商,唯捷创芯(Vanchip)、广州智慧微电子(SmarterMicro)以及国民飞骧,也就是文章一开始就提到的最近已经或者正在进行融资的三家明星公司。
唯捷创芯(Vanchip):2010年由前RFMD人员成立,以主流的GaAs工艺切入射频PA市场,在中国3G时代很成功,后遭遇前东家的起诉,过去两年技术进程放缓。前不久,交了几千万的和解金,纠缠几年的官司终于和解。该公司CEO孙亦军特别对昌旭解释了一些大家的误解:“我们被告的不是知识产权问题,而是涉及商业机密。对于砷化镓工艺,已经没有专利的问题。现在涉及商业机密的官司已经和解,客户尽可以放心采用Vanchip的技术与产品。”
孙亦军也很坦承地表示,“最新PA产品上,我们与国际一流厂商目前还相差9到12个月,争取明年这将一差距缩短到6个月。”比如Skyworks已经开始在研究phase5了,预计明年底推出商业化产品。这个国内公司望尘莫及。
但是,在现在的主流产品phase2上,他认为Vanchip与国际一流厂商同等水平,模块中也是集成了七个裸片,其中3个不同频段的PA裸片,3个不同频段的开关裸片,1个控制器。PA采用GaAs工艺,开关采用SOI工艺,控制器采用CMOS工艺。“Skywork的phase2LTE模块1.7美元,我们仅1.3美元,具有较大的成本优势。”他说道。phaseII套片包括两个模块,除了这个功放模块,还需要10个滤波器和外挂4到5个天线开关。
“至于MTK定义的phase3,目标是一个套片可以供全球所有的大客户,覆盖广,需要三个模块,能够支持band41等等全球全网通频段。Phase3需要把射频功放与滤波器集成在一起,国产公司在滤波器上是短板,目前采用的是和全球大的滤波器公司合作。这个产品Vanchip争取在年底的时候也会推出。
然后就是前面提到的phase5(中间没有phase4,发音不吉利哈),Skyworks等国际厂商已经开始在研究phase5了,预计明年底推出商业化产品。“我们争取在phase5上与国际厂商的发布时间缩短到6-9个月。”他表示。
谈到对高通平台的支持,孙亦军表示,之前由于官司在身,与高通芯片的对接是个问题,高通没有同步开放接口,现在这个问题基本已经解决,对高通的LTE/4G 射频PA方案会在年底推出。
作为国内最成功的RF PA公司之一,孙亦军特别对新入者指出:“对于GaAs工艺的射频PA来说,就算量产以后,随着量产的数量不断增加,还需要迈过一个个的门槛。比如说单月100万,单月500万,单月1000万,每迈过一个坎,都会带来一些问题,主要包括测试问题与一致性问题等等。”他举例说,之前有一家中国PA公司进了TCL手机,但是,一直被索赔,就是因为量产后质量不达标。
广州智慧微电子(SmarterMicro):2012年由前Skyworks技术海归创立,其特色是可重构的SOI+GaAs混合工艺。“2012年我回国的时候,就定位在4G/LTE的射频前端,因为我看到4G/LTE从3G时代的8个频段,一下提升到二十几个段频,这里对RF前端的需求极大,挑战也极大。而这也正是我们的机会。”该公司创始人兼CEO李阳说道,“当时国际上RFMD等公司虽然尝试全SOI PA失败,但是我看到射频开关等器件采用SOI推广很成功,SOI产业链也逐渐成熟,所以我们就解定以SOI+GaAs混合工艺的方式来实现RF PA。”
李阳解释,在低频上SOI与GaAs的性能差距不大,主要就是在高频上的差距,所以,他们在集成的PA中,从低频到中频都采用SOI,最后一级采用GaAs。“我们的集成度大幅提升。Skyworks等公司需要的7个die(裸片),我们的方案中仅需要2个die即可完成:一个SOI的die,一个GaAs的die。他们的可重构方式4G PA于2014年推出,当年即进入中兴通讯等公司进入测试,目前,已用在中兴及一些二三线厂商的数据卡及智能手机中。他们的可重构4G PA也是遵循phase2规范,与大厂的RF器件完全管脚兼容。“同时,我们在高通平台上也做了适配。”他说。
然而,李阳认为他们的更大机会在于“非管脚兼容市场。”他解释,“随着大的手机品牌都开始做自己的主芯片SoC(比如海思、中兴、小米等等),他们需要定制的RF套片,但是欧美的RF大厂不会给中国手机厂商的SoC做定制配套,所以,就给中国本土的RF器件公司带来机会。“我们的可重构SOI+GaAs方案,如果不考虑管脚兼容,实际上不需要像phase2要求的两个模块,一个集成的模块就可以了,这样对手机来说,更具有价格优势,更重要的是还可以减小面积。”他说道。
李阳还称,他们的方式在未来的5G市场也会有优势:“如果是sub6Ghz的频段,我们的方案可以直接采用;如果是毫米波频段,我们将SOI苣由目前的0.18um提升到45nm,将目前的异质结GaAs工艺改为平面GaAs,就可以满足毫米波的RF性能要求了。”他说,“总之,就是我们的结构不用变,技术路线延续性比较好。而目前那些国际大厂的全GaAs路线,演进到毫米波会有很大的挑战,他们需要采用氮化镓等新的工艺。”
不过,决定广州智慧微电子SOI+GaAs混合工艺能否大规模推广的另一个重要因素是高通下一步将怎么做?前文中有描述,高通之前采用全SOI的PA,去年收购了两家GaAs工厂,显然,高通要在射频前端市场调整策略重新发力,就看他这一次如何玩了。
国民飞骧(Lansus):2015年从国民技术分离出来。2010年开始依托国内市场开发国产射频功率放大器和射频开关。2011年,其NZ5081应用于宇龙酷派8180 TD-SCDMA手机,是第一个应用于智能手机的国产PA(RDA是第一个应用于国产功能机的PA)。和其他国内公司不同的是,他们切入高通平台比较早,同时也覆盖到MTK的phase 1,phase 2产品。
2015年,phase 1射频功放做进红米2A手机。现在的客户包括小米,酷派,中兴,魅族等等。国民飞骧正在进行一轮融资,计划以投后5亿估值融资6,000万人民币。
滤波器:虽然前文提到A股市场上麦捷科技由于开始涉足Saw而受到追捧,但是,对于中国公司来说,滤波器才是最大的挑战,这里面主要是专利和工艺。目前能够量产的国产Saw滤波器,由于芯片太厚,都没法做进集成模块,只能做外挂。不过,去年一波Saw缺货,使国产Saw有机会进入一些手机厂家并开始量产,比如好达,这是一个大的突破。总体而言,国内的滤波器目前还在中低端,现在国内滤波器的市场相当于2007-08年,中国的射频PA刚开始的时代。

尾评

射频器件已经是一个规模超过200亿美元的大市场,未来由4G+,5G,物联网等对射频器件的爆发性需求会加速它的发展,它未来在手机中套片的价格甚至会超过主芯片。这一市场,正在吸引巨大的资金、人才和资源,而95% RF器件依靠进口的现状,也给了中国芯片巨大的增长空间,这一次的革命,与往年都不一样,它是由巨大需求的拉动、技术的颠覆和资本的强烈推动产生的。更重要的是,现在中国手机产业的地位和5-10前也完全不一样了,这也给了中国射频器件供应商黄金机会。一切一切都已准备待续,就等着中国射频器件技术与产业在第三次革命浪潮中腾飞!