獲悉射頻芯片廠家唯捷創(chuàng)芯完成科創(chuàng)板上市輔導(dǎo),即將成為第一家上市的國產(chǎn)PA公司。
國產(chǎn)射頻PA新歷史,從此拉開序幕。
回望這條國產(chǎn)射頻芯片之路,不能忘記銳迪科(RDA),開創(chuàng)了2G PA的先河;不能忘記昂瑞微,成功研發(fā)2G CMOS PA,第一次打敗國外公司;不能忘記唯捷創(chuàng)芯,讓行業(yè)看到國產(chǎn)4G PA也能做的很好;不能忘記慧智微,走了一條連國外公司都不敢走的技術(shù)創(chuàng)新路線,構(gòu)建起產(chǎn)品和技術(shù)的雙重競爭力,從4G PA走到5G PA,第一次在產(chǎn)品和技術(shù)上追平國外公司。
更多的國產(chǎn)射頻PA公司正趕在上市的路上,有慧智微,有昂瑞微,還會有很多……
從2004年起,國產(chǎn)射頻PA走過了16個年頭,一路艱辛,一路收獲,從2G PA走到了5G PA。2006年,國產(chǎn)2G PA量產(chǎn);2011年,國產(chǎn)3G PA量產(chǎn);2016年,國產(chǎn)4G PA量產(chǎn);2020年是5G元年,國產(chǎn)5G PA量產(chǎn),慧智微成為第一家與Skyworks和Qorvo同步推出產(chǎn)品的國產(chǎn)射頻PA公司。
從2G PA到5G PA,產(chǎn)品集成度越來越高,技術(shù)難度越來越高。國產(chǎn)射頻PA公司要在5G PA上完全追上國外公司還是有難度的,難在哪里呢?
技術(shù)研發(fā)難
對于射頻PA來講,頻率越高,帶寬越寬,芯片設(shè)計難度越大;集成度越高,技術(shù)研發(fā)難度也就越高??梢詮念l段和器件集成度來看射頻5G PA技術(shù)研發(fā)難度。
一、從頻段來看5G PA技術(shù)研發(fā)難度
GSMA是全球運(yùn)營商的聯(lián)盟,每年MWC的組織方,是最有權(quán)威價值的移動通信統(tǒng)計機(jī)構(gòu)。GSMA的數(shù)據(jù)顯示,3.5GHz是5G通訊最主流的選擇。
3.5GHz頻段包含在5G的Sub-6GHz 5G新頻段中。Sub-6GHz的5G新頻段,通常又被稱作UHB(Ultra High Band,超高頻)頻段。截止2021年3月31日,全球運(yùn)營商發(fā)布的5G頻段可使用數(shù)目為196個,其中UHB頻段數(shù)目為112個,占所有發(fā)布的5G頻段數(shù)目的57%,為5G部署的主要選擇。供使用的毫米波頻段數(shù)目只有11個,主要是美國、韓國運(yùn)營商在推廣。短期來看,毫米波只是一個小范圍的應(yīng)用,難以普及。此外,還有未公布的頻段數(shù)目有76個。
從上圖能看到,UHB頻段是為5G新開的頻段,不是原來的4G頻段升級,具有更大的帶寬,更適合5G協(xié)議應(yīng)用。
通過頻段對比,可以看到射頻PA芯片設(shè)計難易程度不同:
1、位于Sub-3GHz的n41/n3/n1/n8/n5等,是在原來4G頻段上做的重耕,帶寬窄。
帶寬最大的n41也只有194M,只有n79頻段是1/3,n77頻段的1/4.5。所以,n41 PA相對n77/78/79的UHB頻段PA,技術(shù)研發(fā)難度要低很多。
2、n77/78/79 PA頻率更高,帶寬更寬,設(shè)計難度更大。
要求更高的功率:
在相同天線增益和傳輸距離的情況下,信號的衰減與信號的頻率成正比。對于n77/78/79 頻段,更高的頻率意味著更大的損耗。為了保證信號覆蓋問題,5G 終端的發(fā)射功率等級從PC3提升至PC2,即提升了3dB。對于射頻PA設(shè)計來說,每提升1dB線性功率都是極大的挑戰(zhàn)。
要求更大的帶寬:
n77的帶寬/載波頻率比達(dá)到24%,遠(yuǎn)高于n41的7.5%。對于高集成度的L-PAMiF方案,需要兼顧各個功能子模塊的帶寬和匹配。
要求更高的散熱要求:
采用相同的制造工藝, 通常PA的效率會隨著頻率的升高而下降。特別是在n79頻段,PAE的提升受到很多限制。5G NR定義了終端要求支持上行占空比30%甚至更高,在PC2的發(fā)射功率要求下,PA的散熱問題變得非常重要。
二、從器件集成度來看5G PA技術(shù)研發(fā)難度
5G UHB頻段的L-PAMiF集成度最高,也是最具挑戰(zhàn)的5G PA模組。無法在原有4G PA模組上來做優(yōu)化和提升。UHB頻段的5G PA模組需要全新設(shè)計,非??简炆漕l芯片公司的綜合設(shè)計能力,根本就不是在原來基礎(chǔ)上小修小改就可以實現(xiàn)的。
下表列出了常見的收發(fā)模組對比,4G LTE方案中常用的是PAM和PAMiD,分別對應(yīng)高性價比方案和高性能方案。而n77/78/79雙頻L-PAMiF是目前5G NR集成度最高的商用芯片之一。
目前國產(chǎn)廠商所發(fā)布的5G PA主要也可以大致分為三類:UHB L-PAMiF、n41 PAMiF、Phase5N分立。
產(chǎn)品量產(chǎn)難
國內(nèi)5G手機(jī)推出已經(jīng)一年多了,哪些國產(chǎn)5G PA進(jìn)入客戶端量產(chǎn)了?
早在2019年,多家國產(chǎn)射頻PA公司都宣告自己推出了5G PA。時至今日,從媒體報道和行業(yè)了解的信息,看到三家國產(chǎn)5G PA公司正式進(jìn)入手機(jī)客戶端量產(chǎn)。
慧智微
2020年3月,搭載慧智微5G PA模組的首批手機(jī)終端批量生產(chǎn)。根據(jù)拆解機(jī)構(gòu)eWisetech的報告顯示,OPPO K7x手機(jī)首次采用了國產(chǎn)5G射頻前端器件。K7x采用慧智微電子S55255 5G頻段射頻前端集成收發(fā)模組L-PAMiF,覆蓋5G UHB 新頻段n77/78/79頻段,是集成度最高的5G射頻前端模組。這也是拆解5G手機(jī)以來,首次見到國產(chǎn)5G射頻芯片在手機(jī)上面應(yīng)用。
唯捷創(chuàng)芯
于2020年推出5G Sub-3GHz Phase5N產(chǎn)品,覆蓋4G重耕頻段。據(jù)了解,2021年開始唯捷創(chuàng)芯的Phase5N產(chǎn)品已經(jīng)在OPPO、vivo等廠商實現(xiàn)量產(chǎn)。
銳石創(chuàng)芯
銳石創(chuàng)芯推出支持n41頻段的射頻功放濾波器模組(PAMiF)RR58041-11,并已在國內(nèi)手機(jī)客戶端量產(chǎn)。5G n41頻段模塊中內(nèi)置功率放大器、收發(fā)開關(guān)、CMOS控制器及高性能濾波器。
從樣品到量產(chǎn),國產(chǎn)5G PA模組至少歷經(jīng)一年的時間。相比4G PA,5G PA模組量產(chǎn)難表現(xiàn)在兩個方面:
1、產(chǎn)品集成度高,高性能模組需要用到Flipchip技術(shù)
FlipChip的優(yōu)勢主要在于:小尺寸,性能增強(qiáng)(互聯(lián)短,寄生效應(yīng)好),散熱能力高(芯片正面通過銅柱與基板直接互聯(lián)),高可靠性(相較于打線工藝更穩(wěn)定)。
Qorvo、高通、Broadcom均采用Flipchip技術(shù)來做高性能射頻前端產(chǎn)品,而目前Skyworks只有在SOI器件部分采用Flipchip技術(shù),HBT PA部分沒有,通過自己特有的技術(shù)和工藝來實現(xiàn)高性能射頻5G PA模組。據(jù)了解,真正掌握Flipchip技術(shù)的國內(nèi)射頻公司很少,在5G PA模組量產(chǎn)上遇到很大挑戰(zhàn),也會花費(fèi)很長時間。
之前,國內(nèi)射頻PA公司還是分立為主或者通過基板綁定打線的方式,沒有Flipchip的技術(shù)和經(jīng)驗積累,更沒有全集成模組的量產(chǎn)經(jīng)驗。因此,5G PA模組能否真正進(jìn)入量產(chǎn)將成為國內(nèi)射頻PA公司的分水嶺。
2、需要專業(yè)的質(zhì)量和生產(chǎn)交付團(tuán)隊做支撐
5G PA模組面對的都是國內(nèi)頭部的手機(jī)客戶,他們對產(chǎn)品性能、可靠性、供應(yīng)鏈等的要求很高,量產(chǎn)交付質(zhì)量要求是100ppm以下。對于數(shù)字芯片來講,100ppm以下這個要求很低,但對于射頻PA來說,是很有挑戰(zhàn)的,更何況是5G PA模組產(chǎn)品,這道坎,不是所有射頻PA公司都能跨過去的。
要服務(wù)好這些手機(jī)大公司,必須有一個專業(yè)的質(zhì)量和生產(chǎn)團(tuán)隊來支持。這個團(tuán)隊的規(guī)模需要幾十人,分工很細(xì),專業(yè)性很強(qiáng)。
國產(chǎn)射頻PA公司正在從過去幾十人的規(guī)模,增加到現(xiàn)在200人的規(guī)模。不管是產(chǎn)品、銷售額,還是公司員工規(guī)模,國產(chǎn)射頻PA公司這幾年發(fā)展迅速。在未來的2~3年,國產(chǎn)射頻PA公司還會進(jìn)入一個高速成長期,公司員工規(guī)模將達(dá)到500人,各部門配套更加完善和專業(yè)。未來2年,國產(chǎn)射頻PA格局將形成,半導(dǎo)體投資熱也將告一段落。
客戶導(dǎo)入難
手機(jī)客戶向頭部集中,沒有原來的“小白鼠”客戶了,新產(chǎn)品導(dǎo)入手機(jī)客戶端越來越難。
現(xiàn)在國內(nèi)的手機(jī)客戶,屈指可數(shù)。第一梯隊的品牌客戶有華為、小米、OPPO、vivo、榮耀、傳音等。第一梯隊的手機(jī)ODM廠家:聞泰、華勤、龍旗、中諾等。隨著這些企業(yè)的規(guī)模越來越大,產(chǎn)品導(dǎo)入進(jìn)入門檻提高,產(chǎn)品需要進(jìn)行全面性、系統(tǒng)化驗證。
規(guī)模越大的手機(jī)客戶,對可靠性的要求越高,產(chǎn)品性能測試和評估相對比較簡單,對產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性的測試和評估耗財耗力,更耗時間。
尤其是5G PA模組,現(xiàn)在上5G的手機(jī)都是旗艦機(jī)或者主力機(jī)型,對性能和可靠性要求極高。國內(nèi)射頻PA公司在推廣5G PA模組時,有個很深很直白的感受,手機(jī)客戶是“拿著放大鏡”做評估。
首先,頭部手機(jī)客戶在技術(shù)上對國產(chǎn)5G PA公司不信任,技術(shù)測試更仔細(xì),一些技術(shù)問題,對于國際廠商是解釋過了就好,對于國內(nèi)廠商就要深挖到底。這樣,國產(chǎn)5G PA模組在客戶端導(dǎo)入會很難,俗話說得好“玉不琢,不成器”,國產(chǎn)射頻PA產(chǎn)品和公司就是這樣成長起來的。
其次,手機(jī)客戶在產(chǎn)品導(dǎo)入流程上,對國產(chǎn)射頻PA也是不利的。選擇國際廠商的射頻PA,不存在對與錯,各部門是免責(zé)的。5G PA模組,選擇Skyworks和Qorvo是第一選項,選擇他們產(chǎn)品出了問題,對個人和部門來說,就是沒有問題。如果選擇國產(chǎn)5G PA模組,出了問題,個人和部門就會很有壓力,會承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任。
再次,越復(fù)雜的產(chǎn)品導(dǎo)入越難,技術(shù)要求越高的產(chǎn)品導(dǎo)入越難。難度高低依次是5G PA > 4G PA > 3G PA > 2G PA。5G PA模組的復(fù)雜性和高技術(shù)性在手機(jī)里的調(diào)試工作量很大,要把性能和穩(wěn)定性調(diào)試好,需要手機(jī)廠商更多研發(fā)投入和時間投入。
趁著這一波國產(chǎn)替代契機(jī),國產(chǎn)射頻PA公司要努力抓住機(jī)會,把產(chǎn)品做好,把公司規(guī)模做大,向國際廠商看齊,規(guī)范公司流程,專業(yè)和完善每個部門,加大研發(fā)力度,抓好質(zhì)量管理和提升交付能力。這一次新供應(yīng)商導(dǎo)入之后,頭部手機(jī)客戶很難開啟5G PA模組新品牌導(dǎo)入。5G PA模組新品牌導(dǎo)入,對頭部手機(jī)客戶來說,投入和風(fēng)險都很大。
結(jié)語
國產(chǎn)射頻芯片走過了2G PA和3G PA,正在從4G PA主戰(zhàn)場遷移到5G PA。
2G 和3G PA成就了昂瑞微,4G PA成就了唯捷創(chuàng)芯,5G PA又會成就誰呢?
聽聞,國內(nèi)某公司5G PA模組產(chǎn)品被國際大品牌5G手機(jī)采用并已經(jīng)量產(chǎn),驚訝之余,心中有欣喜,眼中有未來,中國芯正在成為世界芯。