国产射频PA,去哪儿了?

2024-12-23

蜂窝网络自20世纪80年代实现商业化应用以来,在过去的40年里,通信技术呈现出波澜壮阔的演变历史。


到目前为止,随着5G技术的成熟和渗透,不仅带来了更高的速度、更低的延迟和更大的连接移动通信,而且在5G标准下,移动通信的覆盖面从手机扩展到更多的IoT设备,从人与人之间的通信到人与物、物与物之间的通信,丰富的使用场景诞生在工业、能源等领域。


在通信技术的变革过程中,作为通信设备不可或缺的核心部件,射频前端负责处理移动终端、基站、无线通信设备中的射频信号。Wi-在Fi和IoT设施等领域起着关键作用。



射频架构图


射频结构图展示了无线发送和接收的过程:发射过程,从射频接收芯片的上半部分,通过功率放大器(PA)通过天线发出信号;接收过程,走下半部分,经低噪声放大器(LNA)进入射频接收芯片。


近几年来,射频前端市场规模稳步增长,随着5G技术的商业化,市场需求大幅增长。根据Yole数据分析,2022年全球移动终端射频前端市场规模为192亿美元,预计到2028年,全球市场规模将达到269亿美元,显示出年均复合增长率(CAGR)稳步增长趋势为5.78%。


移动式终端射频前端市场规模稳步增长(亿美元)(资料来源:Yole、卓胜微公司公告,开源证券研究所)


价值突出的射频PA


射频前端的核心部件包括功率放大器、滤波器、低噪声放大器、开关和双工器。它是无线通信系统中与外界互动最密切的部分,承载着连接用户和网络的重要任务。


其中,射频功率放大器(Power Amplifier,PA)为了保证无线通信的有效传输,它是射频系统中的核心设备,负责放大射频信号的功率。



具体来说,调配谐振电路在射频发收器中形成的射频信号功率较小,需要经过一系列放大才能获得足够的射频功率,然后传输到天线。其性能直接决定了信号的强度、稳定性等关键因素,影响了终端的体验和节能减排。PA的核心参数包括增益、带宽、效率、线性、最大输出功率等。许多均衡的性能参数考验设计能力。


根据应用领域,射频PA大致可分为手机、基站、WiFi、NB-四条跑道,如IoT。


手机PA:得益于5G换机周期,单机所需PA量价上涨,手机PA需求上升。国内手机PA厂商在2G。、3G手机具有优势,获益4G向5G转换,加速国产替代。


基站PA:获益5G-A/6G新基础设施和5G普及,既能促进物联网的发展,又能激发基站的市场需求,同时Massivee MIMO等新技术促进了基站端PA需求的增长。


WiFi PA:PA也是WiFi射频前端性能优化的重点。WiFi与5G合作将实现整个场景的覆盖,大大提高网络速度和节能效率。随著IOT技术的不断普及,WiFi市场有望迅速持续增长。


NB-IoT PA:由于2G、3G退网,5G建设进程加快,NB-作为物联网的重要支撑,IoT也将迎来产业化发展的新阶段。NB-IoT具有“大连接、广覆盖、低成本、低功耗”的特点。将PA集成到SoC是一个很好的解决方案。选择SoC内置功率放大器PA可以降低对终端Flash存储空间、终端尺寸、终端射频的要求,从而大大降低NB-IoT的终端成本和功耗。


可以看出,随着5G的商业化,包括PA在内的射频芯片的重要性也随之提高。可以说,5G时代给了射频行业更广阔的舞台。


回顾射频芯片的发展历程。


射频芯片在20世纪80年代开始广泛应用于无线通信设备。


射频芯片技术在21世纪迎来了飞跃式的发展。


2001年,高通公司推出了第一款商用3G射频收发器——RTR6500,这意味着射频芯片技术正在逐步向多模多频段方向发展。


苹果于2007年在iPhone中使用了英飞凌的射频功率放大器模块,进一步提高了移动设备的通讯能力。


2010年,随着4G 随着LTE技术的推广,射频芯片开始集成更多的频段和更高的数据传输速度,支持多频段、多模式的无线通信。


在5G时代,高通骁龙X50和X555需要支持更高的频率和更宽的带宽,例如 5G调制解调器支持毫米波和sub-6G GHz频段,为5G通信提供了强大的硬件支持。


另外,射频前端模块(RF FEM)为了满足紧凑的移动终端设计需求,许多射频产品集低噪声放大器、功率放大器和开关于一体的设计。


随着移动通信的发展,射频芯片技术不断进步,更多的频段和高数据速度不断集成,尤其是在5G时代,射频前端模块设计更加集成。


在这种趋势下,射频分立器件的布局逐渐多样化,射频前端模块的布局也朝着一体化、高端化的方向发展,主要表现在设计更加复杂、集成度更高。


与此同时,新材料在技术创新中发挥着重要作用。例如,功率放大器的性能提升主要是通过新材料与新工艺的融合,而不是缩短工艺。效率和线性之间的平衡是主要考虑因素。GaAs/GaN材料作为功率放大器的材料,具有较高的饱和电子速率,更适合大功率工作环境。


在射频前端模块化高度集成的趋势下,射频PA模块产业的发展呈现出以下特点:


快速迭代技术:伴随着通讯标准的不断演变,射频PA模块要不断满足新的频段和性能要求,技术升级换代迅速。


综合趋势:为满足设备微型化和多功能化的需要,射频PA模块显示出高度集成的特点,在一个芯片上集成了多个功能模块。


工艺复杂:制造射频PA模块需要先进的半导体工艺,对生产工艺和质量控制都有严格的要求。


激烈的市场竞争:许多企业参与竞争,技术、成本和客户资源成为竞争的重要因素。


行业壁垒高:新进入者面临着更大的挑战,包括技术、资金、人才等堡垒。


总的来说,随着技术和市场需求的不断迭代,射频PA的技术性能需求再次上升,PA需要更高的工作频率、更高的功率和更多的带宽。同时,随着模块化的到来,PA设计也需要满足高度集成模块化的需求。


在市场需求和技术标准的多重推动下,包括PA在内的射频芯片逐渐发展成为增长最快的方向之一。根据Yole的数据,2025年PA市场规模将达到104亿美元,市场空间广阔。


国产射频PA正在崛起


在广阔的市场空间下,行业竞争格局激烈。


从供给方面来看,射频功率放大器作为最重要的射频前端芯片,类似于射频前端行业的整体市场格局,也呈现出国际领先公司占据绝大多数市场份额的格局。射频PA市场的主要份额集中在Skyworks、Qorvo、博通(Broadcom)、高通(Qualcomm)、国际制造商,如Murata。


特别是随着射频器件集成度的提高,可以生产各种类型射频器件的厂家具有竞争优势,Skyworks、Oorvo、国际射频巨头,如Broadcom,覆盖了射频器件的所有产品,为射频器件的整合提供了基础。


相比之下,中国射频PA厂商还处于起步阶段,市场话语权有限。然而,近年来,国内射频芯片公司在这条充满挑战和机遇的细分赛道上逐渐崛起。通过自主研发和技术创新,涌现出几家优秀企业,可以替代国际厂商在某些领域的同类产品,成为射频PA芯片市场的重要力量。


其中,通过不断提高设计能力和产品质量,唯捷创芯、飞行科技、智能微、华太电子等国内厂商逐步实现技术突破和市场发展,缩小与国际巨头的差距。


唯捷创芯


唯捷创芯致力于R&D,设计,销售射频前端芯片,其主要产品是射频功率放大器模块,Wi-Fi 集成电路商品,如射频前端模块和接收端模块。


其中,PA模块产品是唯捷创芯的盈利来源。2023年,公司射频、功率放大器件和接收模块产品收入分别为26.33亿元和3.47亿元,占公司收入的95%以上。高度集成产品的收入比例调整促进了公司毛利率的整体上升,随着技术进步时代的发展,5G模块将体现出更高的发展和收入潜力。


目前,唯捷创芯射频功率放大器模块的产品结构正在从以中集成度的射频功率放大器模块(例如 主要是MMMB和TxM等。,转型为高集成度射频功率放大器模块产品(如L-PAMiD、L-主要是PAMiF等。


2023年年报显示,该公司在2023年成功实现了品牌客户端L-PAMiD商品的大规模出货,成为国内最早成功研发并向多家头部品牌客户大规模销售该产品的企业之一。该公司的汽车规模射频芯片已经通过客户验证,并正在汽车和模块制造商处推广,预计2024年将实现大规模出货。


此外,唯捷创芯的射频前端产品在卫星通信领域也取得了显著成绩。其技术优势体现在大功率、抗负荷变化功率放大技术、线性改进技术、低温漂浮谐振电路技术等方面。这些技术保证了其卫星通信产品的高性能,能够满足卫星通信的严格环境需求。


可以看出,唯捷创芯正逐步进入高档增量业务。


综上所述,作为射频模块领域的龙头企业,唯捷创芯正在通过其PA模块和接收模块的创新技术,逐步向车载射频、卫星通信等新兴市场拓展5G通信技术。虽然企业在接收端模块领域起步较晚,但已经取得了显著的技术突破和收入增长,展现了强大的市场潜力。伴随着射频市场的不断扩大,唯捷创芯的多元化运营和技术创新能力有望为其带来持续的增长动力。


飞骧科技


以其创新的5G射频前端模块在国内射频PA市场中脱颖而出,成为行业领导者。


飞翔科技成立于2015年,在射频前端技术领域深耕多年。通过不断增加R&D投资,推出了一系列集成度高的5G模块,比如L。-PAMiF、PAMiF和L-FEM,构建射频前端解决方案,包括完整的5G频段。通过创意设计,这些模块实现了从2G到5G的全频段兼容性,展现了射频前端模块集成和技术创新的领先水平。


就PAic设计而言,飞行科技采用了极低静态电流PA设计,包络跟踪。(ET)许多先进的技术,如设计和谐波调谐变压器,大大提高了芯片的功率效率和线性。通过这些创新技术,飞行科技不仅提高了PA的功率输出,而且降低了功耗,使得产品在各种工作环境下具有优异的可靠性和稳定性。此外,飞行科技还将功率平衡、多功率模式、温度补偿等智能技术融入到设计中,提高了低压下的功率性能,满足了5G。、对高性能的需求,如物联网和智能产品。


为了实现PA的小型化和高性能,飞行科技在基础材料和放大器结构方面进行了创新研究,如选择化合物半导体材料和第三代半导体材料。与此同时,公司创新开发的小型Doherty功率放大架构进一步优化了低损伤和高抑制性能,显著提高了射频前端的集成度和应用灵活性。


与此同时,飞行科技的射频PA产品在增益线性化和高耐久性方面取得了显著进展。例如,为了提高PA在不同使用条件下的线性和温度稳定性,通过开发自适应有源线性偏置电路,提高大功率下的增益压缩和相位失真。此外,采用的功率合成技术进一步提高了产品的耐久性和可靠性。


特别是在射频前端技术创新方面,在竞争激烈的市场环境中具有独特的优势。其产品在功率效率和灵活性方面比其它同类产品更为突出,并且包括全面的通信标准。因此,在用户的选择中,Fack技术的PA产品占有越来越重要的地位。尽管面临着来自国际制造商的强大竞争压力,但凭借其强大的R&D团队和不断创新的能力,飞越科技仍然可以在市场上占据一席之地。


随着未来技术的不断深化和市场的不断变化,飞行科技仍有机会通过调整策略和提升产品线,进一步增强其竞争力,继续扩大其实力和市场份额。


慧智微


慧智微开启5G PA的王牌技术是一种可重构的AgiPAM技术,结合高性能的射频硬件和灵活的可配置软件,完成了多频段、多模式射频前端的设计。AgiPAM技术使用同一组设备,可以在多个频段和模式之间重复使用,与目前砷化邈多功率设备的解决方案相比,促进了基于该技术的功率放大器产品具有尺寸小、支持频段多、成本低的特点,实现了技术突破和规模商业化,使射频前端设备可以通过软件配置在不同频段、方式、标准和场景中重复使用,从而提高性能、成本和尺寸。持续推进射频创新。


智慧微的产品线包括2G、3G、4G、5G等多种通信系统,包括5G新频段L-PAMiF发射模块、5G新频段接收模块、5G重耕频段发射模块、4G发射模块等数十种商品,适应目前国际主流SoC平台厂商的主要产品系列,为客户提供全面的射频前端解决方案。


近几年来,慧智微实现了从中低档到高端的产品升级,此外,在L-PAMiF产品实现领先突破后,慧智微率先投资L-PAMiD开发。


慧智微认为,随着国内产业链的发展,从技术角度来看,国内射频产业链已经有公司拥有大型L-PAMiD模块的量产能力,整体射频产业链已经完成。 到1 发展阶段,开始逐步走向更加品牌化的产品形态。


华太电子


射频功率放大器华太电子(PA)该领域已形成全面规划,涵盖从通信基站到工业领域的多样化应用领域。


技术水平:在LDMOS和GaN射频器件的研究、开发、设计、制造等方面,华太电子能够提供高性能的PA解决方案。


产品覆盖:产品线包括各种射频PA,从中低功率(1W)到大功率(3000W),从1.8MHz到6GHz工作频段,满足5G基站(宏基站、MIMO AAU、小基站等)、不同领域的需求,如物联网、无线对讲机、工业科学医疗等。


自主研发能力:从器件与工艺、晶体管器件建模、华太电子掌握了全链路的自主产权,MMIC/分立设备的设计,到设备的封装和测试,封装材料和管壳,都可以自主开发和掌握核心IP。依托国内强大的R&D和设计部门,可以快速响应市场需求,提供性价比高的产品解决方案。


本地化支持:与国外厂商相比,华太电子在成本控制和当地客户支持方面具有明显优势,提供更符合国内市场需求的解决方案。同时,基于华太的全链路布局,可以为客户提供高性能、低成本的解决方案。


值得注意的是,今年流行的小米汽车SU7车载对讲机中的PA是华太电子产品。然而,华太电子射频功率放大器最大的使用场景不是对讲机或车载通信系统,而是基站。


与手机中使用的射频芯片不同,通信基站发射的信号强度较高,使用的射频放大器属于大功率芯片。


自2010年以来,华太电子一直致力于LDMOS技术的研发,并根据不同的应用领域推出了多元化的产品解决方案,主要包括MIMIC。、三大产品类型:分立设备和宽带专网。其中,MIMIC和分立器件主要用于运营商和客户的公共网络通信应用,而宽带专用网络产品则聚焦于对讲机、射频解冻加热、医疗器械和制造设备中的射频源等专用网络领域。另外,华太电子全资子公司瑶华封测工厂已经实现了内腔塑封。(ACS)量产射频大功率产品,单个功率达到100W。它的射频大功率ACS包装(包括GaN和LDMOS)产品累计出货量已经超过420万,而射频功放(PA)该设备的总出货量甚至超过1.7亿。


华太电子在射频业务上获得了“里程碑”,这是由于华太自成立以来一直关注R&D投资,特别关注核心技术的突破,包括半导体技术、射频器件结构、集成电路结构、封装材料、散热材料等底层技术和原材料的创新和突破,以及基础技术创新驱动的整体方案的优化和完善。自成立以来,华太自主研发的RF 经过十代迭代,LDMOS设备相继发布12V~系列化工艺平台120V(偏置电压),射频性能达到国际领先水平。


同时,华太致力于打造平台化半导体公司,在技术进化的道路上横向发展,打通“晶圆-设计-封装测试”的整个产业链,在设备技术、设备建模、电路原理、封装仿真设计、封装技术等节点建立设计应用平台,逐层放大每个节点的优势;并通过优化供应链和产能布局,确保产品快速响应市场需求。为用户提供高性能、低成本的解决方案。


展望未来,华太电子规划了全面的射频PA产品族,针对基站PA高频化、宽带化、高效率、低功耗、微型化、高鲁棒的市场演变趋势,目前已发布了全系列LDMOS小基站。LDMOS/GaN 宏基站、MIMO、驱动级PA产品,其中高频4.9GHz的整个计划已经量产。但是,华太在工业科学医疗等多元化领域,发挥了LDMOS特有的高鲁棒优势,成功发布并量产了50V/65V/120V产品,最高单管功率等级已达3KW。


在技术创新方面,华太电子目前规划了下一代产品平台,包括U6G在内的预研项目 PA、混合技术PAM、Dohertyy超宽频 与上下游厂商一起,PA架构、超大功率单管等,共同推进射频PA技术进步,为用户提供更加完整、先进的射频解决方案。


总的来说,华太电子将继续聚焦射频PA产品,在芯片体积、功率密度、可靠性、便捷性等方面不断优化迭代,围绕技术演进和市场需求两翼进行选择,为市场和客户带来价值,不断提升市场份额。


卓胜微


卓胜微从滤波器和分立方案的多维度入手,进一步研发 L-PAMiD商品。


但事实上,卓胜微多年前就开始布局手机PA的研发,但效果并不理想。直到2020年,卓胜微再次频繁布局射频PA领域。此前,卓胜微在2019年登录创业板的招股书中也显示,公司正在积极布局射频功率放大器芯片、模块研发和工业化项目。


卓胜微从WiFi中选择了PA产品的布局。 从FEM开始,以市场主流GaAs技术为基础,将功率放大器业务集成到射频模块中的主要产品形式,积极优先。据公开消息,卓胜微已经推出了WiFi端射频功率放大器产品。


除上述公司外,国内厂商如昂瑞微、锐石创芯、紫光展锐、康希通信、盛微、安其威微、明夷科技、芯百特等也在积极布局PA市场,在这个竞争激烈的市场中不断突破。这些企业的崛起意味着中国射频芯片市场的快速发展。


总体而言,近几年国内射频PA厂商技术进步显著,与国际巨头的差距逐步缩小。不管是在低功率终端PA领域(例如手机PA和Wii)-Fi PA)或者在中大功率领域(比如基站PA),国内厂商已经基本取代了海外供应商,甚至在一些技术场景中超越了海外厂商。其中,国产产品方案在5G基站、智能手机、IoT等领域具有性价比和供应链安全的优势,高效保障了我国通信领域的供应安全。


接下来,国内公司需要不断加强技术水平和供应链整合能力,关注市场需求的变化,加强产品差异化研发,提高竞争力,才能在市场上站稳脚跟,取得成功。


国内PA市场如何在内卷下洗牌?


回顾国内这些射频公司的发展历程,可以看到一条清晰的发展脉络:


1.0时代,以门槛较低的分立商品为切入点,经历了同质化竞争和产品迭代磨炼;


2.0时代,抓住国内替代机会,迅速扩大融资扩张,扩大R&D实力,赢得市场和客户的认可,营收规模快速增长;


在3.0时代,商品逐步升级,得到了市场和客户的普遍认可,逐步进入5G模块的高端领域,摆脱了低端内卷的困境。


在自主研发和创新的过程中,国内射频芯片公司正在逐步打破国外垄断局面。但不可否认的是,由于5G建设逐渐放缓,整体市场规模不断缩小。此外,近年来,由于新玩家的大进入,市场竞争趋势加剧。此外,由于射频PA的产能供过于求,许多芯片制造商加入了降价和交换的局面,进一步加剧了市场竞争。


内卷现象开始出现在国内射频PA行业。甚至一些缺乏核心竞争力的公司,产品质量低,价格低,扰乱市场,导致产品毛利低,从而抑制产品创新,形成恶行循环。


对此,华太电子认为内卷难免,但也促进了行业优胜劣汰。只有具备技术水平、创新能力和优质服务的企业才能在激烈的竞争中脱颖而出。


特别是随着资本回归理性,射频前端市场开始逐渐产生分化。一方面是小规模创业公司,由于规模小,无法继续通过价格转换市场获得更多融资,无法承受低价抢占市场带来的现金流恶化,进入恶性循环甚至面临生存危机;另一方面,已经成为国内大型头部射频公司,调整定价策略和产品方向,逐步挑战集成度更高、难度更大、利润更好的高端产品。以逐步优化收入结构和利润为目标。


面临行业挑战,通过加强R&D来提高竞争力是摆脱内卷的唯一途径。


一方面,国内PA厂商需要通过提高产品特性、技术水平和技术服务,不断投入研发和创新,突破核心技术节点,聚焦高附加值领域,加强5G。-A、规划多元化市场等高端应用,引入行业领先产品,提升品牌竞争力和市场认可度,创造差异化竞争力,防止低价竞争。


另外,在巩固国内市场的同时,积极拓展海外市场,以高性能的商品服务更多的海外客户,提高国际竞争力。


笔者认为,国内射频制造商的成长需要时间,尤其是在国内替代过程中,产业链制造商的支持尤为重要。国内系统厂商要保持开放,积极与射频厂商沟通,分享反馈,帮助国产芯片提升性能。同时,头部系统制造商应该像苹果和三星一样加强深入的分析和测试,而不仅仅是依靠价格比较来促进国内供应链的不断完善。


结语


射频前端产业正处于快速发展时期,市场需求的增长和技术进步给产业带来了广阔的发展空间。虽然国内射频公司在全球市场仍处于追求地位,但随着技术突破和国内替代的深入推进,5G、WiFi、随着物联网等方面的进一步崛起,迎来了发展机遇。越来越多的国产射频放大器公司开始崭露头角,逐渐打破了国外产品的垄断局面。


然而,技术、产品升级和专利壁垒的突破仍然是他们面前的两座大山。高端之路和国内替代不可能一蹴而就。我只希望当地的射频公司能坚持青山不放松,保持长期的战略实力和持续的投资,尽快在国际市场上获得更多的话语权。


参照内容


头豹研究所-《中国射频功率放大器产业概述》


智芯研究报告-《射频功率放大器行业深度分析趋势》


初级资本-射频前端功率放大器(PA)行业浅析》


四是华太电子采访内容


本文来自微信微信官方账号 半导体产业观察(ID:icbank),作者:L晨光,36氪经授权发布。


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