國(guó)產(chǎn)射頻 PA，走到哪一步了？

5G時(shí)代打開(kāi)了射頻行業(yè)的天花板。鑒于消費(fèi)者對(duì)移動(dòng)智能終端的需求顯著增長(zhǎng)，并且移動(dòng)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸量與速度大幅提高，這對(duì)射頻芯片提出了更高的要求。

其中，射頻功率放大器（RF PA）是無(wú)線通信領(lǐng)域中不可或缺的關(guān)鍵元件。

那么，究竟什么是射頻功率放大器？在了解射頻PA之前，要簡(jiǎn)要了解一下射頻前端芯片是什么？發(fā)揮著哪些作用？以及射頻PA在這個(gè)“工作站”中充當(dāng)哪一角色？

射頻PA，究竟為何？

射頻前端模塊位于無(wú)線通訊系統(tǒng)中基帶芯片的前端，是無(wú)線電系統(tǒng)的接收機(jī)和發(fā)射機(jī)，可實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的傳輸、轉(zhuǎn)換和處理功能，是移動(dòng)終端通信的核心組件。

其中天線主要負(fù)責(zé)射頻信號(hào)和電磁信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換，射頻芯片主要負(fù)責(zé)射頻信號(hào)和基帶信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換（即高頻率電磁波信號(hào)與二進(jìn)制信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換），射頻前端負(fù)責(zé)將接收和發(fā)射的射頻信號(hào)進(jìn)行放大和濾波。

射頻前端芯片包括射頻開(kāi)關(guān)（Switch）、射頻低噪聲放大器（LNA）、射頻功率放大器（PA）、雙工器（Duplexer）、射頻濾波器（Filter）等芯片。

這些器件可并不是各做各的任務(wù)，而是彼此協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)。

其中，射頻PA是發(fā)射系統(tǒng)中的主要部分，其重要性不言而喻。

射頻PA可以將微弱信號(hào)放大為功率較高的信號(hào)，其性能直接決定信號(hào)的強(qiáng)弱、穩(wěn)定性等重要因素，直接影響終端的用戶體驗(yàn)。

隨著5G的商用，射頻芯片的重要性也隨之提升?？梢哉f(shuō)，5G時(shí)代給了射頻行業(yè)一方更廣闊的舞臺(tái)。

從當(dāng)前的競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，目前PA市場(chǎng)主要由國(guó)外廠商主導(dǎo)，市場(chǎng)份額集中在Skyworks、Qorvo和博通等國(guó)際廠商；中國(guó)射頻PA芯片廠商依然處于起步階段，市場(chǎng)話語(yǔ)權(quán)有限。不過(guò)，在這條充滿挑戰(zhàn)與機(jī)遇的細(xì)分賽道上，已涌現(xiàn)出數(shù)家標(biāo)桿企業(yè)。

射頻PA的四大應(yīng)用場(chǎng)景

手機(jī)PA

國(guó)內(nèi)射頻PA有手機(jī)、基站、WiFi 、NB-IoT四大市場(chǎng),手機(jī)為其國(guó)內(nèi)最大終端應(yīng)用市場(chǎng)。

據(jù) YoleDevelopment 數(shù)據(jù)，手機(jī)約占國(guó)內(nèi) PA 模組下游市場(chǎng)的 65%，其次為 WiFi占比 20%，基站市場(chǎng)約占 10%。

得益于5G換機(jī)周期和5G手機(jī)內(nèi)PA所需量增加。據(jù)悉，一臺(tái)4G手機(jī)所需的射頻PA芯片為5-7顆，而5G時(shí)代將達(dá)到16顆之多，且單顆芯片價(jià)值比4G芯片更高，市場(chǎng)需求暴漲一倍有余。

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查機(jī)構(gòu) Counterpoint Research 公布的最新報(bào)告，預(yù)估 2024 年上半年全球每售出 3 臺(tái)智能手機(jī)，就有 2 臺(tái)具備 5G 功能，滲透率為 66.7%。該機(jī)構(gòu)表示自 2019 年首款支持 5G 的智能手機(jī)問(wèn)世以來(lái)，OEM 廠商正加速推廣和普及 5G 技術(shù)；在 2023 年，支持 5G 的智能手機(jī)出貨量超過(guò) 20 億部。

國(guó)產(chǎn)手機(jī)射頻PA分為：2G PA、3G PA、4G PA、5G PA。從手機(jī)PA的競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，在這一賽道里，國(guó)際廠商基本已經(jīng)放棄了2G PA市場(chǎng)，并且國(guó)內(nèi)本土的2G PA在各方面性能都不輸國(guó)外產(chǎn)品，成本更低、優(yōu)勢(shì)更大。而本土的3G PA整體性能已媲美國(guó)外產(chǎn)品，具有成本優(yōu)勢(shì)；國(guó)產(chǎn)4G PA也已經(jīng)做出一些成績(jī)，在高功率5G PA方面，國(guó)產(chǎn)廠商與國(guó)際廠商還存在一些差距。

目前國(guó)內(nèi)主要的手機(jī)PA廠商包括：唯捷創(chuàng)芯、慧智微、卓勝微、昂瑞微、飛驤科技、銳石創(chuàng)芯、紫光展銳等。

再看基站PA。

基站PA

近日，工信部公布了2024年上半年通信行業(yè)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況，披露了5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的持續(xù)進(jìn)展情況。

截至6月末，中國(guó)移動(dòng)電話基站總數(shù)已經(jīng)達(dá)到了1188萬(wàn)個(gè)，較去年末增加了26.5萬(wàn)個(gè)；5G基站的數(shù)量達(dá)到了391.7萬(wàn)個(gè)，自去年末以來(lái)凈增了54萬(wàn)個(gè)，占到了移動(dòng)基站總數(shù)的33%。這一占比相較于一季度提高了2.4個(gè)百分點(diǎn)。

從市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看，相較于4G，5G基站用到的PA數(shù)加倍增長(zhǎng)。4G基站采用4T4R方案，按照三個(gè)扇區(qū)，對(duì)應(yīng)的射頻PA需求量為12個(gè)，5G基站中64T64R成為主流方案，對(duì)應(yīng)的PA需求量高達(dá)192個(gè)。

5G基站射頻PA市場(chǎng)規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于4G，有望迎來(lái)量?jī)r(jià)齊升。

5G基站PA主要有三種：基于硅的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體（Si LDMOS）、砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN），分別代表第一、二、三代半導(dǎo)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(jià)格低廉的技術(shù)，在4G基站市場(chǎng)上率先領(lǐng)先。LDMOS 適用于較低頻段，一些移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商正在為 5G 部署低頻段和高頻段。

LDMOS功率放大器市場(chǎng)主要由Freescale、NXP、Infineon壟斷。GaAs PA的主要廠家有Skyworks、Qorvo、Broadcom、日本村田；GaN PA的主要國(guó)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(chǎng)占有率均超過(guò)30%。

國(guó)產(chǎn)基站PA廠商有至晟微、安其威微、芯百特、明夷科技等。相比國(guó)外主流廠商，國(guó)產(chǎn)廠商大都成立時(shí)間短且規(guī)模小，因此在技術(shù)/產(chǎn)品成熟度、解決方案以及市場(chǎng)推廣能力、穩(wěn)定供貨等多方面存在諸多短板。

WiFi PA

WiFi 射頻前端的性能優(yōu)化的重點(diǎn)也在于 PA。隨著WiFi 通信協(xié)議的不斷更新，WiFi PA也迎來(lái)更多的市場(chǎng)機(jī)遇。

隨著IEEE協(xié)議從802.11n（WiFi 4）演進(jìn)到802.11ac（WiFi 5），雙頻路由器(2.4GHz+5GHz)得到普遍使用，同時(shí)傳統(tǒng)的兩條2.4G天線逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓷l2.4G和兩條5G天線配置，每條天線均需要對(duì)應(yīng)一顆PA芯片。

在當(dāng)前的發(fā)展階段中，WiFi 6仍為主流，WiFi 7協(xié)議正在成為整個(gè)通信行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，相關(guān)的技術(shù)研發(fā)競(jìng)賽已然拉開(kāi)帷幕，想必WiFi PA廠商也正在苦練技術(shù)內(nèi)功，以便在Wi - Fi 7時(shí)代來(lái)臨時(shí)，能夠迅速響應(yīng)。

主要的國(guó)產(chǎn)WiFi PA廠商為卓勝微、三伍微、康希通信等。

NB-IoT PA

NB-IoT（窄帶寬物聯(lián)網(wǎng))具有“大連接、廣覆蓋、低成本、低功耗的特點(diǎn)”。隨著5G建設(shè)進(jìn)程的加速，NB-IOT作為物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要分支，也將迎來(lái)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的新階段，主要覆蓋市場(chǎng)為智能燃?xì)獗?、智能水表、智能煙感器、智能鎖等細(xì)分行業(yè)。

眾所周知，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)本身具有低功耗特性，而NB-IoT PA作為射頻前端的關(guān)鍵組件，其設(shè)計(jì)和優(yōu)化也致力于降低功耗。例如，將PA集成進(jìn)SoC就是一個(gè)不錯(cuò)的解決辦法，采用SoC內(nèi)置功放PA可以降低對(duì)終端Flash存儲(chǔ)空間、終端尺寸、終端射頻等的要求，從而極大降低NB-IoT的終端成本和功耗。

目前主要的國(guó)產(chǎn)NB-IoT SoC廠商有紫光展銳、翱捷科技、芯翼信息等。

總結(jié)來(lái)看，中國(guó)廠商似乎在手機(jī)PA方向的發(fā)展更為顯著。隨著未來(lái)5.5G與WiFi 7技術(shù)的持續(xù)推進(jìn)，中國(guó)廠商將迎來(lái)更大的發(fā)展空間，然而，要在射頻 PA 領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全面突破和領(lǐng)先，中國(guó)企業(yè)仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

高階射頻PA，進(jìn)展如何了？

中國(guó)射頻PA市場(chǎng)的領(lǐng)軍企業(yè)有唯捷創(chuàng)芯、卓勝微、飛驤科技、慧智微、銳石創(chuàng)芯等。

國(guó)產(chǎn)廠商的路線主要由單一產(chǎn)品逐步向模組化產(chǎn)品演進(jìn)，從 2-4G 頻段切入，逐步向 5G 滲透，通過(guò)提升設(shè)計(jì)能力、積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)彌補(bǔ)差距。目前這些廠商在中低集成度 2-4G PA 模組已具備和海外一線龍頭對(duì)標(biāo)的能力，5G PA 模組國(guó)產(chǎn)化率還比較低，只有10%左右。

在與國(guó)際大廠的競(jìng)爭(zhēng)中，國(guó)產(chǎn)廠商雖無(wú)法選擇正面迎戰(zhàn)，但是也有自己的“小辦法”。

L-PAMiD （集成了功率放大器、低噪聲放大器、耦合器、射頻開(kāi)關(guān)、濾波器、雙/多工器等的射頻前端模組）是手機(jī)射頻前端中難度最大、集成度最高的模組。當(dāng)國(guó)際大廠產(chǎn)能受限時(shí)，它們傾向于優(yōu)先生產(chǎn)PAMiD、L-PAMiD等高價(jià)值模組，國(guó)內(nèi)廠商則趁機(jī)在中低端PA模組市場(chǎng)取得了進(jìn)展。

比如：Qorvo 全力保障發(fā)射模組，讓出部分接收模組及分立器件市場(chǎng)；Skyworks 由于對(duì)蘋(píng)果依賴度較高，優(yōu)先保供核心大客戶蘋(píng)果，使得 OPPO、vivo 等安卓客戶面臨供應(yīng)不足，將部分訂單轉(zhuǎn)向國(guó)內(nèi)廠商。

小米、OPPO、華為、榮耀等國(guó)內(nèi)主流品牌手機(jī)對(duì)國(guó)產(chǎn) PA 模組接受度較高，國(guó)產(chǎn) 4G PA 模組份額已超過(guò) 60%。

5G PA 模組方面，唯捷創(chuàng)芯、卓勝微、慧智微等國(guó)內(nèi) PA 廠商已相繼取得進(jìn)步，均有產(chǎn)品量產(chǎn)，甚至其中部分公司在 L-PAMiD 模組也有所突破。

唯捷創(chuàng)芯、慧智微：L-PAMiD模組的領(lǐng)頭羊

唯捷創(chuàng)芯是率先量產(chǎn)L-PAMiD模組的公司。

2019年唯捷創(chuàng)芯便推出5G NR的多模多頻PA模組，2020年已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)貢獻(xiàn)營(yíng)收，在Sub3GHz頻段的Phase5N方案上積累較深。2023年，國(guó)產(chǎn)射頻公司陸續(xù)開(kāi)始推出L-PAMiD產(chǎn)品，并于2023年上半年實(shí)現(xiàn)低頻&中高頻L-PAMiD量產(chǎn)出貨。

2023年是唯捷創(chuàng)芯L-PAMiD產(chǎn)品量產(chǎn)銷(xiāo)售的元年，新訂單的交付主要在2024年，2024年公司依然有望受益于新品滲透率提升的過(guò)程。

唯捷創(chuàng)芯的客戶有小米、OPPO、vivo等。

慧智微的產(chǎn)品線涵蓋了2G、3G、4G、5G等多種通信制式，包括5G新頻段L-PAMiF發(fā)射模組、5G新頻段接收模組、5G重耕頻段發(fā)射模組、4G發(fā)射模組等數(shù)十款產(chǎn)品，兼容目前國(guó)際主流SoC平臺(tái)廠商的主要產(chǎn)品系列，可為客戶提供全面的射頻前端解決方案。

慧智微不僅在4G領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了MMMB PAM的量產(chǎn)，并在2019年中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)促進(jìn)大會(huì)中獲評(píng)第十四屆“中國(guó)芯”優(yōu)秀市場(chǎng)表現(xiàn)產(chǎn)品，而且在5G領(lǐng)域率先推出了L-PAMiF和L-FEM等高端產(chǎn)品，覆蓋了3GHz-6GHz的5G新頻段。

2020年，慧智微領(lǐng)先推出的5G新頻段L-PAMiF全集成收發(fā)模組支持n77/n79/n79頻段，集成PA、LNA、濾波器、SRS開(kāi)關(guān)、耦合器等，是集成度最高的5G模組。依靠技術(shù)積累和團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì)，慧智微做到了與國(guó)際廠商同步推出新協(xié)議下的高集成模組產(chǎn)品。該產(chǎn)品成功導(dǎo)入三星、OPPO等國(guó)際品牌終端手機(jī)中，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

此后，慧智微產(chǎn)品快速迭代，持續(xù)保持領(lǐng)先?；壑俏㈥懤m(xù)推出支持n77/n78/n79頻段的1T2R（集成1路發(fā)射通路、2路接收通路）L-PAMiF、支持n77/n78頻段的1T1R/1T2R L-PAMiF、以及支持相應(yīng)頻段的接收模組L-FEM，該等產(chǎn)品均已成功量產(chǎn)并實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售。

近年來(lái)，慧智微實(shí)現(xiàn)了從中低端向高端的產(chǎn)品升級(jí)，此外，慧智微在實(shí)現(xiàn)L-PAMiF產(chǎn)品領(lǐng)先突破后，又率先投入L-PAMiD開(kāi)發(fā)。

慧智微2023年10月發(fā)布的投資者調(diào)研紀(jì)要顯示，目前公司5G 低頻段和中高頻段L-PAMiD 模組已經(jīng)小規(guī)模量產(chǎn)出貨，處于客戶推廣階段。對(duì)于整個(gè)國(guó)產(chǎn)射頻芯片行業(yè)，慧智微認(rèn)為，伴隨著國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，從技術(shù)端來(lái)看，國(guó)內(nèi)射頻產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)陸續(xù)有公司具備L-PAMiD 大模組的量產(chǎn)能力，整體射頻產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)完成了從0 到1 的發(fā)展階段，開(kāi)始逐步走向更加高端化的產(chǎn)品形態(tài)。

今年5月，慧智微披露投資者關(guān)系活動(dòng)記錄表顯示，公司在Phase7LE方案的低頻段和中高頻段 L-PAMiD產(chǎn)品預(yù)計(jì)2024年規(guī)模出貨，海內(nèi)外的安卓品牌客戶是近些年公司重點(diǎn)拓展的領(lǐng)域。

卓勝微：另辟蹊徑

卓勝微是通過(guò)濾波器及分立方案多維入手，進(jìn)一步研發(fā) L-PAMiD產(chǎn)品。

雖然PAMiD模組化方案有諸多的性能優(yōu)勢(shì)，但其供應(yīng)劣勢(shì)也相對(duì)明顯：廠商必須要同時(shí)掌握有源（PA及LNA，Switch）及無(wú)源（SAW、BAW或FBAR）等能力，才有辦法設(shè)計(jì)出PAMiD模組。而同時(shí)掌握這些資源的廠商只有Skyworks、Qorvo、Broadcom及Qualcomm等少數(shù)具有完整資源的廠商。

于是，華為、三星等終端公司著手推動(dòng)FEMiD方案。FEMiD是將天線開(kāi)關(guān)及濾波器整合為一個(gè)模組，交由濾波器公司提供；PA依然采用分立方案，由PA公司提供。這種方案有效的發(fā)揮了無(wú)源公司與有源公司的特長(zhǎng)。華為、三星等終端也因此擺脫了對(duì)PAMiD廠商的絕對(duì)依賴。2016年，PAMiD與FEMiD的主要供應(yīng)商為村田和高通。卓勝微依托于自身濾波器優(yōu)勢(shì)，從接收端出發(fā)，于2023年Q2成功研發(fā)L-FEMiD模組，并于2023年Q3進(jìn)入客戶送樣推廣階段，助推高端模組更全面的產(chǎn)品覆蓋。

此外，該公司在技術(shù)路線上雙線并舉，從Phase5N方案出發(fā)補(bǔ)齊發(fā)射端能力。截至2023年8月投關(guān)記錄，公司MMMBPA模組產(chǎn)品已處于向客戶送樣推廣階段，該產(chǎn)品既是研發(fā)L-PAMiD產(chǎn)品的重要模塊，也是研發(fā)L-PAMiD產(chǎn)品的必要技術(shù)。同時(shí)公司也將不斷提升射頻濾波器、射頻功率放大器的技術(shù)和產(chǎn)品能力，助推射頻前端中技術(shù)復(fù)雜度、集成度最高的“明珠型”產(chǎn)品L-PAMiD研發(fā)。

今年5月，卓勝微在2023年年度業(yè)績(jī)說(shuō)明會(huì)上披露，截至今年第一季度末，集成公司自產(chǎn)MAX-SAW的L-PAMiD產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)從“0”到“1”的突破，已處于工程樣品階段。