射頻芯片一直被稱為“模擬芯片皇冠上的明珠”，其重要性不言而喻，伴隨著移動通信的跨越式發(fā)展，中國儼然已經(jīng)形成了全球規(guī)模最大、最有活力的消費電子市場，在這片沃土上也涌現(xiàn)了不少射頻芯片廠商。
今年以來，國產(chǎn)射頻市場呈現(xiàn)出前所未有的火爆場景，據(jù)統(tǒng)計，光在今年上半年，就有多家射頻企業(yè)拿到了新一輪的融資，融資規(guī)模高達數(shù)億元。在資本與外部壓力的推動下，國內射頻市場逐漸壯大，并誕生了一些實力不俗的企業(yè)。
值此之際，被業(yè)界稱為“國內集成電路產(chǎn)品和技術發(fā)展風向標”的“中國芯”集成電路產(chǎn)業(yè)促進大會在今年將其重要獎項之一——“年度重大創(chuàng)新突破產(chǎn)品獎”頒給了廣州慧智微電子有限公司（簡稱：慧智微），其實力可見一斑。
第十五屆“中國芯”優(yōu)秀產(chǎn)品
慧智微“S55255”沖擊5G射頻前端市場
據(jù)悉，慧智微是領先的高性能微波射頻前端芯片提供商，致力于通過軟件定義的射頻芯片使能萬物互聯(lián)的智能世界。其成立于2011年，總部位于廣州。
在“中國芯”集成電路產(chǎn)業(yè)促進大會中，慧智微獲年度重大創(chuàng)新突破產(chǎn)品獎的產(chǎn)品是一款型號為“S55255”的全集成5G新頻段射頻前端收發(fā)模組（L-PAMiF）。這是慧智微繼2017年以及2019年之后，第三次在“中國芯”獲獎。
年度重大創(chuàng)新突破產(chǎn)品頒獎現(xiàn)場
“年度重大創(chuàng)新突破產(chǎn)品獎”申報條件指出：該獎項授予本年度有重大技術創(chuàng)新，填補國內技術或市場空白，具有明顯進口替代且有顯著經(jīng)濟社會效益的單款芯片產(chǎn)品。基于此，我們深入了解一下這款產(chǎn)品的獨到之處。
資料顯示，“S55255”是國內第一顆多頻全集成射頻前端收發(fā)模組，實現(xiàn)了高集成模組化的重大創(chuàng)新突破，它集成了n77/n78/n79 功率放大器（PA）、射頻濾波器，低噪聲放大器（LNA）、耦合器和射頻收發(fā)/輪發(fā)開關，代表了當前5G射頻前端最高集成水平。這意味著慧智微成為了國內第一家、全球第二家擁有此能力的射頻前端供應商。
在產(chǎn)品表現(xiàn)上，該芯片集成度也明顯高于其他競爭方案，一顆“S55255”可以替代同類產(chǎn)品兩顆甚至三顆芯片，使得射頻性能大大提升，尺寸和成本缺明顯下降。
這款產(chǎn)品無論在國內還是全球市場，都是十分優(yōu)秀的存在。當然，我們更應該看見，這款產(chǎn)品帶來的深遠意義——它使巨頭包攬下的5G射頻市場出現(xiàn)了缺口，吹響了國產(chǎn)廠商進軍5G終端全球市場的沖鋒號角。該產(chǎn)品在5G頭部客戶的突破和規(guī)模量產(chǎn)更是證明其獲得“年度重大創(chuàng)新突破產(chǎn)品獎”的實至名歸。
射頻前端市場現(xiàn)狀
之所以這樣說，是因為在目前的全球射頻前端市場中，Broadcom、Murata、Qorvo以及Skyworks等國際巨頭占據(jù)了大部分市場，國內企業(yè)加起來只占市場容量的5%左右，本質上這是一個由國外主導、高速增長的市場。
2019年射頻前端市場份額 來源：Mobile Expert 2020
射頻的重要性不言而喻，資料顯示，射頻前端（RFFE）是智能手機等移動通信產(chǎn)品的核心組件，起到收發(fā)射頻信號的作用，主要包括功率放大器、雙工器、射頻開關、濾波器、低噪放大器五個組成部分。
隨著5G商用化，射頻前端器件市場規(guī)模可期。Mobile Expert 2020 的數(shù)據(jù)顯示，2020年之后4G（灰色線條）開始變成存量市場份額開始往下掉，5G（黃色線條）開始起量，2020年移動端出貨量將達到2億部，預測和今年的出貨量基本相當，明年將會達到4億部，2022年到6億部。2025年5G終端會超過4G終端出貨量，排名升至第一，5G在未來五年將保持高增長發(fā)展趨勢。
移動終端預測 來源：Mobile Expert 2020
5G的應用將帶動手機頻段提升，每添加一個頻段就會新增約2個濾波器、1個功率放大器和1個天線開關。以價值最高的功率放大器（PA）為例，據(jù)業(yè)內總結，4G手機內PA數(shù)量平均為5至7個，5G手機則在十個以上；另一方面，全球基站數(shù)量正在快速上升，雙重需求自然拉動射頻器件數(shù)量上漲。
因此，分析機構預測，2023年射頻前端市場規(guī)模有望突破352億美元，年復合增長率達到14%。
射頻前端的國產(chǎn)化之路
疊加近年來多模多頻全網(wǎng)通、4G向4G+演進帶來的市場機遇期，國產(chǎn)射頻廠商正在努力尋求突破之法。事實上，早在2004年，國內廠商就在尋求射頻國產(chǎn)化，其中功率放大器也是國內射頻前端廠商最為大力投入的環(huán)節(jié)。
在近16年的奮斗中，本土射頻前端廠商仍在努力搶占市場份額，國產(chǎn)化進度依然只是剛剛起步，這涉及到方方面面的因素。
首先是技術層面 ，射頻前端市場主要工藝是砷化鎵（GaAs）工藝，化合物半導體工藝的迭代速度慢，該工藝在20年前就已經(jīng)走向成熟，這20年，實際上主要的進步是在外延層上的進步，而在工藝節(jié)點本質上的進步并不多。其次是出于行業(yè)特點，沒有辦法通過仿真的完全取代調試和迭代優(yōu)化，因此需要大量經(jīng)驗積累。
這兩個因素導致結果就是，該行業(yè)在技術上的積累效應很明顯這就導致這個行業(yè)的領先的國際廠商有很強的“馬太效應”，他們有很好的技術積累，有成規(guī)模的技術團隊，使得國際廠商可以又快又好的推出產(chǎn)品。
這些先進廠商擁有大量具有10年甚至20年經(jīng)驗的工程師，這些有多年海外大廠項目經(jīng)驗的工程師就是行業(yè)的重要資源。當前，國內的射頻行業(yè)人才以3-5年工作經(jīng)驗的人才為主，對于產(chǎn)業(yè)推動作用更大的10年以上成熟射頻工程師相對稀缺。
事實上，除了技術難題，商業(yè)層面，國內射頻廠商還要面臨大廠的價格競爭，并克服潛在的專利侵權問題。
國外企業(yè)多是IDM模式，國內企業(yè)主要以Fabless（無工廠芯片供應商）為主，國外廠商由于有自己的晶圓廠，并且有足夠的量來支撐運營成本的降低，同樣的實現(xiàn)方案下，國外企業(yè)要比國內企業(yè)成本低20%。如果國外廠商將毛利率控制在30%以內，加之15%的品牌溢價，國內企業(yè)恐無利可圖。
此外，國際射頻大廠往往在砷化鎵技術發(fā)展初期就擁有基礎核心專利，經(jīng)過20年以上的專利積累和布局，即使有廠商可以突破價格難關，在未來也很可能面臨大廠的專利制約。
在與國際龍頭競爭時，這些困難化作的“三個關口”已經(jīng)嚴重影響到了國內射頻廠商的發(fā)展，大部分國產(chǎn)射頻廠商無法往高端市場發(fā)展，只能在中低端市場進行同質競爭，一旦利潤無法支撐將只能慘淡收場。
慧智微電子闖“三關”
闖過國際大廠擺在前面的“三個關口”，獲取主序市場主要份額，成為了慧智微的努力方向。
慧智微CEO李陽曾在《廣州日報》的采訪中指出：“在集成電路產(chǎn)業(yè)在中國加速發(fā)展的大背景下，過去采用技術跟隨和單純模仿的做法已經(jīng)不適應新的發(fā)展環(huán)境。業(yè)界巨頭在芯片某一領域內已經(jīng)有了眾多技術積累，供應鏈上的議價能力也遠比國內中小公司強。要想在射頻前端領域超越傳統(tǒng)巨頭，必須用創(chuàng)新的技術做出性能好，成本低的芯片解決方案。這就必然要求公司有創(chuàng)新的基因，在性能和成本看似矛盾的兩方面用技術創(chuàng)新做到極致。”
因此在技術方面，慧智微創(chuàng)新性地采用了可重構射頻前端方案，來突破國際廠商給出的“三個關口”。
以往的射頻前端解決方案，通常采用每個頻段用一個單頻段功率放大器的方案，隨著頻段增多，功率放大器數(shù)目會快速上升，成本增加，面積增大。
而可重構技術，是用軟件的方式定義硬件，使用同一組器件便能夠在多個頻段和多種模式間重復用，使得基于該技術的功率放大器產(chǎn)品具有尺寸小、支持頻段多、低成本等特點。
在性能方面，可重構技術架構通過窄帶調諧，實現(xiàn)性能的優(yōu)化；在成本方面，鏈路復用根本性降低成本，在采購量不大時，已有成本優(yōu)勢；在專利方面，技術架構工藝創(chuàng)新，獲得新基礎專利，規(guī)避原有專利。
通過可重構的技術架構，慧智微實現(xiàn)了對性能關、成本關、專利關的三關突破。
有報道顯示，在市場進入早期，慧智微的主要訂單來自于海外運營商訂單的客戶，這些客戶對性能要求高，需要經(jīng)過運營商的嚴格測試認證。同時，對產(chǎn)品知識產(chǎn)權的關注高，需要無知識產(chǎn)權風險的產(chǎn)品。早期海外運營商大規(guī)模、多地區(qū)的出貨，都證明了慧智微產(chǎn)品的可靠性。
一路過關斬將，慧智微始終堅持采用自有知識產(chǎn)權進行產(chǎn)品設計。2017年，慧智微投入5G射頻前端模組的技術預研，開展大帶寬、高頻率、高效率PA、快速切換開關的技術研究，并在兩年之后，正式實現(xiàn)Agi5G?套片的量產(chǎn)，滿足了行業(yè)內對關鍵芯片的需求。
2019年12月，該方案正式量產(chǎn)，并打通了上下游供應鏈保障產(chǎn)能，并在之后實現(xiàn)支持實現(xiàn)5G終端批量量產(chǎn)。經(jīng)過近半年的實踐，慧智微5G產(chǎn)品已經(jīng)完成MTK、高通、展銳三大平臺適配，已經(jīng)完成了20個5G項目適配，掌握5G配置核心技術，可以幫助客戶快捷實現(xiàn)5G配置和項目量產(chǎn)。
得益于去年12月份的率先量產(chǎn)以及方案與產(chǎn)品的卓越性，該方案正在被業(yè)內頭部客戶采用，目前頭部客戶已經(jīng)基于該產(chǎn)品開始大規(guī)模量產(chǎn)成品。慧智微踏踏實實地走在了行業(yè)前端并實施落地。
總結
隨著5G商用為智能手機等通訊設備行業(yè)注入活力，射頻前端產(chǎn)業(yè)也將攫得新機，不僅全球市場將得到擴張，國內射頻廠商也有望突破瓶頸，彎道超車。
但誠如李陽博士所言，想要在射頻前端領域超越傳統(tǒng)巨頭，就必須要用創(chuàng)新的技術做出性能好，成本低的芯片。在這條難走的路上，慧智微已經(jīng)開始快跑，并做出了一番成績。其5G產(chǎn)品成熟且已經(jīng)出貨，能夠與大廠比肩，處于國際領先的水平。
值此之際，如何把握住機遇將成為所有國產(chǎn)廠商需要思考的問題。慧智微依靠長期持續(xù)技術創(chuàng)新和沉淀，為行業(yè) “補短板、填空白”，最終實現(xiàn)了5G射頻前端的突破。