商用4年后，5G市場又迎新機遇

近日，工信部印發(fā)《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)專項工作組 2023 年工作計劃》，計劃推動不少于 3000 家企業(yè)建設 5G 工廠，建成不少于 300 家 5G 工廠，打造 30 個試點標桿。5G 全連接工廠，是指利用 5G 技術集成的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎設施網(wǎng)絡，為了實現(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 設備將進入工廠，而每一個全新的 5G 設備都是對 5G 相關芯片的需求。在這樣的背景下，5G 芯片市場有望迎來新一輪的增長。

5G 基站相關芯片市場

作為 5G 網(wǎng)絡的數(shù)字基礎設施，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 273.3 萬個。具備千兆網(wǎng)絡服務能力的 10G PON 端口數(shù)達 1880 萬個，比上年末凈增 357 萬個。

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

5G 基站基帶芯片

基帶芯片是指用來將模擬信號轉(zhuǎn)化為基帶信號（數(shù)字信號），或?qū)邮盏降幕鶐盘栠M行解碼的芯片。目前華為和中興具備 5G 基站基帶芯片的設計能力，且產(chǎn)品性能強勁。雖然面臨國外其他產(chǎn)品的競爭，但可以滿足國內(nèi)運營商的需求。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，負責發(fā)射通道的射頻信號放大?？傮w來看，基站 PA 基本由國外廠商壟斷，這些領先廠商大多采取的是 IDM 模式，具有全方位的領先優(yōu)勢。國內(nèi)廠商主要靠收購和自主研發(fā)，設計環(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，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?。ǜ謾C PA 市場相比）也是其一。隨著 5G 網(wǎng)絡的大規(guī)模建設，特別是大規(guī)模 MIMO 技術的應用，基站 PA 的需求量將大增，或?qū)⒛芗涌靽a(chǎn)化進程。

5G 基站功率放大器主要有三種：基于硅的橫向擴散金屬氧化物半導體（Si LDMOS）、砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN），分別代表第一、二、三代半導體材料。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 是一種成熟且價格低廉的技術，在 4G 基站市場上率先領先。LDMOS 適用于較低頻段，一些移動運營商正在為 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 領域的技術空白。

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 射頻器件最大供應商。國內(nèi)廠商蘇州能訊發(fā)布了適合 5G 移動通信的 GaN 功放管，針對無線通信基站進行了特殊優(yōu)化，易于設計成 Doherty 架構的寬帶功率放大器。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，復合年增長率為 12%。

基站射頻開關、低噪聲放大器

射頻開關（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，射頻開關用于實現(xiàn)射頻信號接收與發(fā)射的切換、不同頻段的切換。LNA 負責接收端信號放大。

基站射頻開關與 LNA 市場主要由國外 Skyworks、Qorvo、Broadcom、村田、NXP 等主導。國內(nèi)廠家以手機側(cè)產(chǎn)品為主，鮮有基站側(cè)產(chǎn)品，其中卓勝微是國產(chǎn)射頻開關和 LNA 的領導者。卓勝微于 2020 年布局 5G 基站射頻芯片，計劃投入 16.4 億元，分兩期用 5 年時間研發(fā) 5G 通信基站射頻器件并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。2022 年，卓勝微在投資者關系問答中表示，公司采用 GaAs 工藝的射頻低噪聲放大器產(chǎn)品及 RF SOI 工藝的射頻開關產(chǎn)品已在通信基站領域?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），分別負責電信號轉(zhuǎn)換為光信號、光信號轉(zhuǎn)換為電信號，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)絡建設需要 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)界最先進的 64GEML 光芯片，博通、Neophotonics 擁有 56G 光芯片，三菱電機擁有 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 設備升級和相關應用落地以及大量數(shù)據(jù)中心設備更新和新數(shù)據(jù)中心落地將持續(xù)推動光芯片市場規(guī)模的增長，預計 2026 年我國光芯片市場規(guī)模有望擴大至 29.97 億美元。

賦能千行百業(yè)，5G 市場的未來

根據(jù) GSMA（全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會）發(fā)布的《中國移動經(jīng)濟發(fā)展 2023》年度報告，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 5G 連接數(shù)達到 10 億的市場；到 2030 年，中國的 5G 連接數(shù)將達 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 市場的第一個動力是更廣的覆蓋面積。在城市的地面上，也許我們已經(jīng)習慣了 5G 網(wǎng)絡的覆蓋，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地鐵區(qū)間隧道的 5G 建設，在軌道交通 4 號線創(chuàng)新性打造「設備上車+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 號線外圈宜山路站至藍村路站開通試點，地鐵車廂內(nèi)業(yè)務峰值速率突破 2.1Gbps，均值速率達到 1.7Gbps。

5G 市場的第二個動力是更豐富的應用。除了讓網(wǎng)速更快，5G 網(wǎng)絡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)實現(xiàn)了規(guī)模復制。截至 5 月底，中國移動已打造全球最大規(guī)模 5G 網(wǎng)絡，建成超 162 萬個 5G 基站，5G 套餐客戶數(shù)達 6.98 億，5G 行業(yè)應用案例超 2.3 萬個。在電力領域，中國聯(lián)通聯(lián)合天津華電結合 5G 專網(wǎng)及相關平臺應用，打造了「京津冀地區(qū)首個 5G 智慧電廠」；在工業(yè)領域，中國聯(lián)通為長安汽車打造的 5G+邊緣控制平臺首次突破 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)管理帶來了巨大價值；在醫(yī)療領域，5G 讓醫(yī)生在浙江為新疆的病人進行了一臺臺復雜且成功的手術。

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)新應用可圈可點，這為數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展注入動力。

5G 擴展小基站已經(jīng)實現(xiàn) 100% 國產(chǎn)化

我國 5G 商用四年以來，實現(xiàn)了獨立組網(wǎng)、共建共享、虛擬專網(wǎng)等關鍵功能。在看到 5G 市場的潛力的同時，我們也自然會期待國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈的相關廠商可以提升國產(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 100%，實現(xiàn)了小基站產(chǎn)品國產(chǎn)化研發(fā)的「首個里程碑」，推動了小基站設備國產(chǎn)芯片的應用和發(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 擴展型小基站國產(chǎn)化 pRRU 項目團隊自主完成了產(chǎn)品技術方案、芯片選型、原理圖、PCB 設計等硬件研發(fā)工作，開發(fā)了 DFE 嵌入式軟件代碼，成功實現(xiàn)了 pRRU 整機國產(chǎn)化芯片器件的集成應用。目前，項目團隊已成功打通 BBU、HUB 和國產(chǎn)化 pRRU 的端到端業(yè)務，完成了實驗室測試，典型射頻指標如 EVM、ACLR、接收機靈敏度等均滿足行標和企標要求。

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