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射頻前端芯片研發(fā)投入分析

國內與海外的差距及影響
2025-01-20
來源:集微網

在當今的通信技術領域,射頻前端設計至關重要,它是實現無線信號收發(fā)的關鍵環(huán)節(jié),其性能直接影響著通信設備的質量和用戶體驗。射頻前端設計公司由于產品具有技術密集、更新換代快等特性,需要持續(xù)的高研發(fā)投入來保持競爭力。

射頻前端芯片產品涉及多種復雜技術,如濾波器功率放大器、低噪聲放大器等的設計與制造工藝。這些技術不僅要滿足不斷提升的通信標準,如從4G 到 5G 乃至未來 6G 的演進,還要適應各類終端設備小型化、多功能化的需求。每一次技術的升級和應用場景的拓展,都要求對產品進行重新設計和優(yōu)化,需要不斷投入開發(fā)新的芯片設計方案以滿足變化的市場需求,這無疑需要大量的研發(fā)資源投入。

國內外射頻前端廠商研發(fā)投入存在巨大差距

然而,目前國內射頻前端設計廠商在研發(fā)投入水平上與國外領先廠商存在顯著差距。像Skyworks、Qorvo、Murata 等海外巨頭,長期以來都將大量資金投入到研發(fā)中,可以說,在研發(fā)投入層面,海外老牌射頻前端廠商展現出壓倒性優(yōu)勢。例如,Skyworks、Qorvo、Murata等海外老牌射頻前端廠商,每年研發(fā)投入在40億~60億人民幣,是國內射頻前端廠商投入的10倍還多,這個水平的投入動輒已經超過國內最頂尖射頻廠商卓勝微的營業(yè)收入規(guī)模。如此巨額資金,為其技術創(chuàng)新與產品迭代構筑堅實根基。相較而言,國內廠商受限于資金規(guī)模與營收體量,研發(fā)投入捉襟見肘。這使得國內廠商在前沿技術探索、基礎研究突破方面面臨重重困難,技術追趕之路漫長而艱辛。

此外,不同定位射頻廠商的研發(fā)支出占比也存在一些規(guī)律性差異。據筆者統(tǒng)計,主攻發(fā)射側的Qorvo和唯捷創(chuàng)芯的研發(fā)支出占營收的比重常年在15%以上,慧智微更是達到50%以上,猜測在國際一線品牌客戶大規(guī)模出貨的昂瑞微這一比例也不低。而相比之下,差異化定位于開關、接收側產品的卓勝微,其2017-2022年研發(fā)比重基本在10%以下,直到近兩年才逐步加大投入,這種轉變或許與其開始將側重點從接收側往發(fā)射側轉移,從Fabless向IDM模式轉移有關。同樣的,聚焦較單一產品類別的濾波器龍頭廠商村Murata,其研發(fā)支出占營收的比重也常年保持在7%上下的水平。

長期以來,海外廠商通過持續(xù)的高研發(fā)投入進行前瞻性的技術和產品開發(fā),搶占射頻前端技術和產品制高點。

以 Qorvo 為例,其研發(fā)投入側重于射頻前端基礎領域的創(chuàng)新,包括材料、軟件、半導體工藝技術、仿真和建模、系統(tǒng)架構、電路設計、器件封裝、模塊集成和測試能力,開發(fā)了多代砷化鎵(“GaAs”)、氮化鎵(“GaN”)、BAW和表面聲波(“SAW”)工藝技術,提高器件性能,減小芯片尺寸和降低制造成本。Qorvo還與主要供應商合作采購技術,包括用于LNA、開關和調諧器的絕緣體上硅(SOI)、用于放大器和LNA的硅鍺(SiGe),并將這些技術與專有設計方法、知識產權等相結合,以提高性能,增加集成度,降低產品的尺寸和成本。除此之外,Qorvo投入重金開發(fā)并驗證先進封裝技術,投資于大規(guī)模模塊組裝和測試能力,以減小組件尺寸,提高性能并降低封裝成本,加快將新產品新技術大量推向市場的速度。

近年來,Qorvo推出的RF Fusion20?射頻前端產品系列通過將砷化鎵功率放大器、先進體聲波(BAW)多路復用技術和集成射頻屏蔽技術結合起來,極大地提高了產品的集成度和性能,涵蓋所有主要5G 和 4G 頻段,提供了完整的、高度集成的射頻前端解決方案,榮獲 GTI 移動技術創(chuàng)新突破獎。該產品系列的關鍵技術進步包括接收路徑和低噪聲放大器的集成,在節(jié)省寶貴的電路板空間的同時,提高了接收性能和連接性,以及在模塊中采用了 Qorvo 創(chuàng)新的 MicroShield? 射頻屏蔽技術,將射頻前端組件之間不良相互作用的可能性降至最低,能夠在一整套完整的配置中實現完整的發(fā)射和接收覆蓋,以匹配不同地區(qū)的市場需求,使終端客戶能夠簡化開發(fā)過程并加快產品上市時間,已被多家領先的終端客戶廠商采用。

此外,Skyworks在 5G 通信技術興起時,即投入巨額研發(fā)資金用于開發(fā)適用于 5G 基站和終端設備的高性能射頻前端模塊。通過不斷的技術攻關,成功推出了一系列具有高功率效率、低損耗等特性的產品,滿足了 5G 網絡大帶寬、高速率傳輸的需求。Murata 在射頻前端的研發(fā)投入同樣不遺余力,不斷創(chuàng)新陶瓷材料和制造工藝,提升射頻器件的性能和集成度,其研發(fā)的多層陶瓷電容器(MLCC)在射頻電路中發(fā)揮著關鍵作用,被眾多電子設備制造商所采用。

上述海外廠商前瞻性的研發(fā)投入幫助其在洞察、滿足市場需求方面走在前列,能第一時間推出終端客戶需要的產品。

值得注意的是,國內射頻廠商盡管研發(fā)投入量級與海外巨頭有很大差距,但經過數年來的努力和堅定投入,已有廠商取得了不錯的技術突破,如唯捷創(chuàng)芯和昂瑞微在2023年已實現L-PAMiD模組芯片量產出貨,在Tier1手機客戶的旗艦手機中大規(guī)模應用。

持續(xù)的研發(fā)投入保障足夠的技術積累與產品線的完整性

技術積累如同企業(yè)發(fā)展的深厚底蘊,海外廠商憑借幾十年的行業(yè)深耕,積累了豐富的技術訣竅與研發(fā)經驗。從早期模擬通信時代起步,歷經數字通信變革,再到如今 5G、物聯網蓬勃發(fā)展,他們一路沉淀,對射頻前端各組件技術理解深刻入微。

如 Murata在濾波器領域,憑借多年聲學技術研究與工藝優(yōu)化,其生產的 SAW 濾波器性能卓越,在高端智能手機市場占據主導地位;Skyworks 歷經通信技術多輪迭代,產品線從最初單一射頻放大器逐步拓展,如今已涵蓋功率放大器、濾波器、低噪聲放大器等全系列產品,能為客戶提供一站式射頻前端解決方案,滿足不同終端設備復雜多樣的需求。

反觀國內廠商,普遍成立僅十年出頭,雖有少數企業(yè)在特定領域嶄露頭角,但整體技術儲備薄弱,產品線完整性不足。多數企業(yè)仍聚焦于個別產品領域,如部分國產廠商僅擅長射頻開關或低端功率放大器生產,在高端濾波器、高集成度模組等方面技術突破困難,難以獨立構建完整且高性能的射頻前端產品體系,在與海外巨頭全方位競爭中處于劣勢。

國產廠商面臨的兩難困境:一邊是必須增加的研發(fā)投入,一邊是捉襟見肘的盈利能力

海外廠商成立時間久,經過幾十年的技術和市場積累,已經取得規(guī)模效應,資源投入成本被充分攤薄,有更強的賺錢效應。而國內廠商普遍成立時間十年出頭,在中美貿易戰(zhàn)打開的口子里找到機會,奮起追趕的時間也就五六年,在巨頭包圍的情況下展開激烈廝殺,想要把這場仗打贏,需要長期而持續(xù)、精準而高效的研發(fā)投入,以產出有競爭力、符合市場需求的芯片產品。

然而,一個擺在國產射頻廠商面前的現實情況是,國內廠商整體起步晚,自身積累的家底不夠厚,還處于攻城略地的階段,需要外部投資來加速追趕外資大廠的進程。一方面,國產供應鏈如晶圓代工也是剛起步,尚處于發(fā)展初期,產能有限且工藝穩(wěn)定性有待提升,無法像海外那樣為射頻廠商提供低成本、高效率的代工服務,還不足以對射頻廠商的生產制造端提供足夠的助力,短期內生產制造成本居高不下;另一方面,國產射頻廠商遭到海外成熟廠商的圍追堵截,海外廠商不惜加入價格戰(zhàn)血拼搶市場份額,即使是過往傳統(tǒng)高利潤的產品線,在激進的定價策略下也開始紛紛降價,產品短期內很難賣得起高價。例如,筆者從市場上了解到,Qorvo等海外廠商近兩年在國內和海外市場上與國內廠商直接競爭,不惜大幅降價,以犧牲盈利的代價試圖維持其市場份額。

在這樣的上下游環(huán)境下,國內廠商收入和成本兩端承壓,這種情況下還要求發(fā)展,持續(xù)投入大量的研發(fā)和市場資源,勢必需要外部資本的加持。以最近較主流的L-PAMiD Phase 8為例,此代復雜模組產品包含了數個針對不同區(qū)域、功能的版本,每個版本中又集成了PA、開關、濾波器及低噪聲放大器等多個物料,由GaAs、SOI、CMOS等不同工藝的晶粒及不同頻段的濾波器組成。每個晶粒的投片費用都在數十萬到上百萬,每個濾波器也有相應的開發(fā)費用,加上相應的開發(fā)、驗證、生產夾具、測試設備等投入,新一代復雜模組產品的研發(fā)生產投入都在億元級別以上。

筆者大概看了一下幾家主流射頻廠商的凈利率,從2021年到現在,海外幾家大廠都經歷了不同程度的下滑,國內外差距整體在持續(xù)收窄,這或許說明射頻賽道的競爭即將迎來拐點,國內射頻廠商再鉚足勁堅持一段時間即能迎來曙光,不過在這個過程中想要維持高研發(fā)投入,在激烈的競爭中脫穎而出,可能仍需要借助外部資本的力量。某種程度上而言,射頻前端尤其是高集成度復雜模組這樣一個技術壁壘高、開發(fā)周期長、上游波動大、下游市場變化快的賽道,高投入是必然的,從海外巨頭的發(fā)展歷史可見一斑。

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注:2024年數據為各家公司披露的最新一期財報數據 數據來源:Wind數據終端

國產崛起,未來可期

盡管當前國產射頻前端芯片廠商與海外巨頭研發(fā)投入方面存在顯著差距,但展望未來,前景依然充滿希望。隨著 5G 通信技術的深度普及、物聯網產業(yè)的蓬勃興起,全球對于射頻前端芯片的需求正呈現爆發(fā)式增長態(tài)勢。據市場研究機構預測,到 2025 年,全球 5G 手機銷量有望突破 10 億部,這將為射頻前端芯片市場注入強勁動力,帶來前所未有的廣闊商機。與此同時,物聯網設備的海量涌現,從智能家居、智能穿戴到工業(yè)物聯網、車聯網、衛(wèi)星通信等各個領域,都離不開射頻前端芯片作為無線通信的關鍵支撐,其市場需求的增長空間幾乎無可限量。

未來,射頻前端賽道的競爭將會成為全方位、多維度的綜合競爭,射頻前端廠商們不僅要打好自己的鐵,提升盈利能力,也要學會借助資本的力量和市場的力量,進一步加大研發(fā)投入,持續(xù)增強、夯實技術和產品實力。期待我國射頻廠商全方位崛起、助力半導體產業(yè)國際地位大幅提升。

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