本文來自微信公眾號“半導體產(chǎn)業(yè)縱橫”，作者/米樂。
盡管5G商用已快滿四年，中國5G基站總量占全球60%以上，但消費層級還未出現(xiàn)明顯的殺手級應(yīng)用。有人說：路修好了，但車寥寥無幾。5G的應(yīng)用、研發(fā)至今仍然是熱門，擠破頭入場但站不穩(wěn)的尷尬也依然存在……
01
你不行，我也難
韓國當年搶跑5G，成為全球第一個開通5G的國家，在2019年4月3日晚上，韓國電信運營商SK和KT同時宣布開通5G手機網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，比美國早一個小時，取得“全球第一個開通5G網(wǎng)絡(luò)國家”的桂冠。后來更是規(guī)劃了5G毫米波，開建毫米波基站。不過后來建設(shè)成本過高，導致進度緩慢，消費者的不滿出現(xiàn)集中式爆發(fā)，很多韓國用戶，拒絕使用5G。
去年11月份的時候，韓國主管單位更是取消運營商KT和LG U+的5G 28GHz頻段頻率分配，這是韓國有史以來第一次召回頻譜。與此同時，另一家運營商SK電訊則被要求其28GHz毫米波使用期限被縮短為6個月，如果在2023年5月底前無法建成15000臺28GHz 5G基站設(shè)備，同樣將被吊銷28GHz頻譜牌照。
截至2022年11月，SK電訊僅部署了1605個28GHz 5G基站，事到如今SKT似乎沒有部署任何新的設(shè)備，考慮到實際相差數(shù)額，可以說這家運營商實際上已經(jīng)退出了相關(guān)部署。
至此，韓國三大運營商集體“放棄”了毫米波，對于在5G領(lǐng)域雄心勃勃的韓國而言，這實在是個有些尷尬的結(jié)果。
在5G基帶領(lǐng)域，目前能夠推出完整5G基帶方案的企業(yè)仍是寥寥無幾。幾大巨頭也是分分合合為5G基帶而戰(zhàn)。當年蘋果正和高通因為專利授權(quán)費用打得不可開交，這給英特爾基帶帶來了機會，蘋果宣布與英特爾合作。一旦英特爾的5G基帶能夠做到“物美價廉”，不但能吃下蘋果這塊大蛋糕，安卓市場也會有不少廠商來投靠。但事實是英特爾失敗了，搭載英特爾4G信號基帶的iPhone Xs系列（含XR）和iPhone 11系列嚴重翻車，紛紛吐槽iPhone的信號差到經(jīng)常失聯(lián)。
蘋果選擇與高通和解并使用高通的5G基帶，2019年英特爾放棄了5G手機基帶的研發(fā)，并將相關(guān)技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了蘋果。今年據(jù)美國媒體日前報道，英特爾計劃將與筆記本電腦業(yè)務(wù)相關(guān)的4G、5G基帶技術(shù)轉(zhuǎn)讓給聯(lián)發(fā)科與廣和通。轉(zhuǎn)讓計劃預(yù)計在5月底前完成。
2022年5G基帶的收入增加了23%，主要是高通及聯(lián)發(fā)科的5G芯片帶動，也推動基帶芯片ASP均價提升了24%，但是5G基帶的滲透率依然很低，4G還是主流。高通一家就占了整個市場60.9%的份額，基帶收入增長了18%，主要客戶就是三星Galaxy S22系列及iPhone系列。
全球5G基帶的廠商格局是：高通大幅占領(lǐng)高中端市場，聯(lián)發(fā)科、三星處于中高端市場，紫光展銳則負責在低端市場大殺四方。而華為因為眾所周知的原因被壓制住。
02
我國突破方向
毫米波后來者居上
隨著5G寬帶無線移動通信技術(shù)的發(fā)展，毫米波器件迎來了一次非常珍貴的發(fā)展機遇。行業(yè)內(nèi)公司、研究所、高校等機構(gòu)正在順利推進5G毫米波系統(tǒng)的研發(fā)。實現(xiàn)該類系統(tǒng)所需的射頻前端包含發(fā)射最終功率放大器和接收最前端的低噪聲放大器以及收發(fā)開關(guān)?；?G基站和終端的小型化、低成本、低功耗要求，必須采用單芯片集成技術(shù)，其中研發(fā)與系統(tǒng)芯片工藝相一致的全集成收發(fā)前端是個重要方面，也是當今國際研究熱點。圍繞5G中高頻器件領(lǐng)域重大需求，聚焦新型半導體材料及工藝、5G中高頻核心器件、面向射頻前端的硅基毫米波集成芯片等三大研發(fā)方向，支撐我國5G中高頻器件產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。
2021年11月，工業(yè)和信息化部批復組建國家5G中高頻器件創(chuàng)新中心，圍繞5G中高頻器件領(lǐng)域重大需求，聚焦新型半導體材料及工藝、5G中高頻核心器件、面向射頻前端的硅基毫米波集成芯片等三大研發(fā)方向，支撐我國5G中高頻器件產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。據(jù)GSMA預(yù)計，5G毫米波作為高速接入、工業(yè)自動化、醫(yī)療健康、智能交通、虛擬現(xiàn)實等方面的核心賦能技術(shù)之一，將在2035年前對全球GDP做出5650億美元的貢獻，占到5G總貢獻的四分之一；到2034年前，在中國使用5G毫米波頻段所帶來的經(jīng)濟收益將達到約1040億美元。
今年1月初，工業(yè)和信息化部發(fā)布了《關(guān)于微波通信系統(tǒng)頻率使用規(guī)劃調(diào)整及無線電管理有關(guān)事項的通知》，對我國微波通信系統(tǒng)頻率使用規(guī)劃進行優(yōu)化調(diào)整。在調(diào)整后的可用頻段規(guī)劃中，可以看到“71-76GHz/81-86GHz”赫然在列，而眾所周知，毫米波（mmWave）是波長約為1-10毫米、頻率范圍為30-300GHz的電磁波，因此，可以預(yù)見的是，在今后幾年中，毫米波將會是發(fā)揮及完善我國5G網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用的一個重要方向。
5G毫米波前端GaAs基芯片也有著不俗的新突破。5G毫米波移動終端主要采用高通公司的5G套片方案，業(yè)界主要的其他幾家通信設(shè)備公司相繼推出了支持毫米波通信的基帶芯片，但是在毫米波通信終端AIP模塊上還在繼續(xù)改進和優(yōu)化，努力探索新方案；在5G基站領(lǐng)域，世界各大公司都推出了商用的毫米波基站方案，大多采用了256～1024相控陣單元的有源天線陣列，而支持毫米波鏈路的射頻元器件多采用Si CMOS和GeSi BiCMOS器件工藝制作，具備典型的射頻、數(shù)?；旌霞呻娐返奶攸c。
代表著高性能的GaAs/GaN毫米波芯片的性能幾乎可以接近理想的滿足設(shè)備的性能期望值，但是現(xiàn)有行業(yè)的化合物基毫米波芯片的尺寸與成本是行業(yè)認為的難以接收的門檻。例如，一個完整的支持波束賦性的收發(fā)前端（包括：收發(fā)開關(guān)、功率放大器、低噪聲放大器、幅相控制器），如果采用Si CMOS或GeSi BiCMOS的工藝，大概尺寸可以做到1.5～5.0 mm²,而采用化合物工藝的尺寸大約在8～30 mm²（在此，我們先忽略尺寸與性能的關(guān)系）；另外，Si CMOS或GeSi BiCMOS的功能集成度相對化合物工藝有著顯著的優(yōu)勢；再者，單位成本角度看，化合物芯片的單位成本是Si或GeSi的數(shù)倍。從毫米波天線陣列的角度看，如果我們簡單的進行一下思考：一個收發(fā)鏈路對應(yīng)一個天線單元，那么毫米波芯片必須滿足毫米波陣列天線中天線間距的要求。以5G通信采用的中心頻率26GHz的頻段為例，半波長的天線間距大約為5.5um,現(xiàn)有的商用化合物芯片在尺寸上很難滿足或滿足不了（瓦片式方案）要求。綜合的看，目前業(yè)界普遍將毫米波通信所采用的元器件的突破或選型方案放在Si或GeSi工藝的芯片方案上，體現(xiàn)了行業(yè)中先做出來后優(yōu)化的思路，多數(shù)的毫米波芯片都不斷尋求優(yōu)化方案。但從本質(zhì)上來講，半導體材料決定了對應(yīng)毫米波芯片性能的上限，電路上能提升性能但較為有限。
新聞報道，中國廠商晶準通信將成為第一家具備向業(yè)界提供5G毫米波通信高性能基站和終端設(shè)備所需的毫米波芯片或AIP模塊的公司，其產(chǎn)品組合將支持5G毫米波網(wǎng)絡(luò)部署中所有的毫米波鏈路。
晶準通信的第一次流片就較為成功的驗證了新方案路線的MMIC產(chǎn)品可行性，并向行業(yè)伙伴和潛在用戶送樣。目前所完成的產(chǎn)品驗證包括5G毫米波TR前端芯片、毫米波功率放大器（PA）、毫米波低噪聲放大器（LNA）、毫米波高功率開關(guān)（HP_SPDT）、毫米波小尺寸開關(guān)（LP_SPDT）等，其中5G毫米波TR前端芯片的尺寸為行業(yè)同功能GaAs TR MMIC尺寸的1/4以下。晶準通信將5G毫米波相關(guān)的產(chǎn)品功能的尺寸降低至現(xiàn)有市場商用產(chǎn)品尺寸的1/10~1/4，將成本做到接近Si/GeSi基毫米波芯片的成本，同時保持數(shù)倍于Si/GeSi基毫米波芯片的性能，打破了GaAs在MMIC應(yīng)用以來數(shù)十年功能集成度和性能集成度難以提升的行業(yè)瓶頸，并為GaAs等化合物基毫米波芯片相對Si/GeSi基毫米波芯片在普通商用領(lǐng)域展現(xiàn)出的優(yōu)勢。
至關(guān)重要的射頻芯片
華為5G射頻芯片瓶頸能否被打破？去年4月上旬華為商城上架了缺貨已久的HUAWEI P40 Pro。而這部手機所搭載的芯片，是7nm的麒麟9905G。所以大家紛紛猜測麒麟9905G是華為原有的麒麟990庫存，加上國產(chǎn)廠商的射頻5G芯片。
在一系列信息鏈條中，不少網(wǎng)友猜測5G射頻芯片已完成國產(chǎn)化，華為5G射頻芯片瓶頸即將被突破。部分網(wǎng)友所持意見則與之相悖，原因是：富滿微的5G射頻芯片能否完成自主量產(chǎn)，以及5G射頻芯片對工藝的需求較高，能否搭載主流智能手機中使用？
華為究竟能否通過5G射頻芯片的國產(chǎn)替代實現(xiàn)王者歸來，目前看來還難下定論。
與數(shù)字/邏輯電路不同，射頻前端器件通常具有較高的技術(shù)、經(jīng)驗、資金等各種壁壘，國產(chǎn)射頻前端整體起步較晚，與國際先進水平仍存在一定的差距。但隨著國內(nèi)市場需求不斷增長、國家對集成電路產(chǎn)業(yè)日益重視，來自中國公司的射頻芯片公司也涌現(xiàn)出了一批佼佼者。2021年卓勝微推出了適用于5GNR頻段的L—PAMiF產(chǎn)品，這是一款純國產(chǎn)射頻5G芯片，包含了：主集發(fā)射模組，還有集成射頻功率放大器、射頻開關(guān)，以及濾波器和低噪聲放大器等器件。飛驤科技也宣布正式發(fā)布一套完整的5G射頻前端方案，實現(xiàn)了兩個第一：第一套完整支持所有5G頻段的國產(chǎn)射頻前端解決方案，第一套采用國產(chǎn)工藝實現(xiàn)5G性能的射頻前端模塊。5G射頻芯片的突圍可謂拭目以待。
