5G时代，PA国产能否有所作为？
川普的当头一棒，引起了亿万国人的愤慨。一方面拖慢了中国高科技的发展步伐，同时也敲醒了无数国人。美国的禁运，直接导致了中兴的停摆，只能无奈交罚款了事。但对华为来说，似乎作用小了一些。华为自研5G关键芯片PA 的消息引爆了网络。那么今天来看一下，5G时代，PA 国产化之路到底如何？---------背景新闻------
华为今年5月份被美国列入实体清单，被禁止采购美国公司的芯片及软件，所以华为宣布启用备胎计划，更多芯片将自行研发，最新消息称华为已经研发PA芯片，将交给国内公司代工，明年Q1季度小幅量产。供应链消息人士手机晶片达人爆料称，华为自研的PA，开始释单给国内的三安集成。明年第一季小量产出，第二季开始大量。以分散目前集中在台湾的穩懋PA代工的风险，也算是中国半导体国产化的一环。
-----5G带给PA的一些新转变-----
这主要是因为 5G 传输的宽带调制需要功率放大器提供更高效率和更严格线性度；此外，5G 网络将采用相控阵列天线聚焦和操纵多个波束，这就对能够在多个波束之间划分传输任务的能力有了极高的要求。例如，对于一个 4×4 阵列的相控阵天线，其功率放大器的功率必须比放大当前蜂窝系统中使用的单波束全向信号所需的放大器功率低得多。值得一提的是，5G 网络最初是在 Sub-6GHz 的频率范围内实现的。然而，5G 的真正商业前景会在包括 24 GHz，28 GHz 和 39GHz 频段等毫米波（mmWave）波段上体现。换而言之，mmWave也将给 RF 设计带来严峻的挑战。因此，在密集部署环境中为各种设备提供服务的多输入多输出（MIMO）天线将需要具有高效率和严格线性度的功率放大器芯片。具有众多 RF 前端的相控阵 MIMO 天线还需要更高集成度的功率放大器，进一步降低芯片的方案的成本。关于这种现状，我们可以从包括 PA 模块，PA 双工器，开关功率放大器和双工器（S-PAD），PA 模块集成双工器（PAMiD）和总无线电模块（TRM）的 PA 设备上一览无遗。
PA 模块已经成为集成的基石，因为它的存在进一步减少了 5G RF 前端的部件数量。5G 网络具有更多频段，并且要求 PA 模块中提供更多的 RF 开关，滤波和功率放大元件。因此，随着 5G 网络的发展，PA 模块的复杂性将不断增加。在 4G 无线领域，将能覆盖多个频段和技术的元器件集成中一个 PA 模组中的压力已经迫使许多小型供应商破产。到了 5G 时代，将更多元件封装到 PA 模块中的压力可能会进一步增加。
作为 5G PA 模块的主要供应商，Qorvo 也正在迎接 5G 功率放大器带来的挑战。2016年，他们就与线性化软件开发商 NanoSemi 建立了合作。希望借助 NanoSemi 基于机器学习的数字预失真（DPD）算法来增强 Qorvo 的 PA 模块，确保功率放大器中的超宽带线性化。多载波配置对为多频段 5G 设计提供服务的功率放大器提出了严峻挑战，而 NanoSemi 的数字补偿技术可帮助功率放大器根据可用资源调整功率和容量要求。与 4G 的另一个有价值的比较涉及功率放大器的基础技术。在 4G 时代，砷化镓（GaAs）一直是功率放大器芯片制造的领先技术。这是因为 GaAs 可以轻松支持功率放大器所需的高电压。在无线行业跨进了 Sub-6 GHz 通信之后，GaAs 器件同样也还能占主导地位，但新型半导体解决方案正在争夺 mmWave PA 制造中的一席之地。
例如，加利福尼亚大学圣地亚哥分校（UCSD）开发的一种新型射频绝缘硅（SOI）技术正在掀起波浪。他们将硅基晶体管串联起来，以在功率放大器中实现更高的电压。堆叠晶体管（串联排列的四个晶体管）能为 5G 功率放大器提供必要的输出功率。晶体管的堆叠不仅增强了整体电压处理，还消除了与体效应和衬底电容相关的寄生问题。5G 功率放大器的其他候选者包括氮化镓（GaN）和硅锗（SiGe）。GaN 技术依赖于在容量和热效率等方面的优势来提高 PA 性能，效率和功率。根据 YoleDéveloppement 的说法，GaN 器件的 RF 市场预计将从 2017年的3.8 亿美元增长到 2023年的 13 亿美元。5G 设计世界处于不稳定状态，正如本文所示，功率放大器芯片完全是这种转变的一部分。同样显而易见的是，5G 容量革命之旅将影响功率放大器设计的所有主要方面：物理尺寸，效率，线性度和可靠性。
-----国内 射频芯片产业能否扛起大梁？-----
目前，国内 射频芯片产业链已经基本成熟，从设计到晶圆代工，再到封测，已经形成完整的产业链。但国内厂商依然在起步阶段，市场话语权有限。换句话说，以后通过提升设计能力，辅助调试工作来提升射频性能，国内 射频产业还有很大的成长空间。随着5G的到来，射频器件的需求将大幅增加。分析机构预测，到2023年射频前端市场规模有望突破352亿美元，年复合增长率达到14%。快速增长的市场让行业看到了机会，新的射频公司在不断地涌现出来，尤其是在国内，打造自主射频供应链就成为很多厂商的追求，但纵观现状，似乎差距还是很明显。射频器件包括射频开关和LNA，射频PA，滤波器，天线Tuner和毫米波FEM等，其中滤波器占了射频器件营业额的约50%，射频PA占约30%，射频开关和LNA占约10%，其他占约10%。上述数据表明，滤波器和PA是射频器件的重头戏，其中PA负责发射通道的信号放大，滤波器负责发射机接收信号的滤波。对于通信设备而言，没有PA，信号覆盖就会成为很大的问题；没有滤波器的设备更是相当于一块砖头，通信设备上通常安装30-40个滤波器就是为了避免干扰，让设备实现正常通信。而这些产品都集中在日本厂商手中。根据申万宏源的统计数据显示，现在全球93%的PA供应集中在 Skyworks、Qorvo 和 Avago（Broadcomm）等几家厂商手中。滤波器也被Murata、TDK、TAIYO YUDEN、Avago和Qorvo等厂商瓜分，其中Murata、TDK和TAIYO YUDEN瓜分了80%的SAW滤波器供应，而Qorvo和Broadcomm则统领了95%的SAW市场。国内在这两个领域虽然也有厂商涉足，但因为这些器件的特性，让一切没那么简单。以PA为例，射频PA的主要技术指标是输出功率与效率，如何提高输出功率和效率是射频功率放大器设计目标的核心。作为一个射频芯片，PA不但对工艺有需求，同时其设计团队的技术能力、经验积累和专利支撑都非常重要，尤其是工程师的经验和和Know-How，更是重中之重。再者，随着5G的到来，PA需要满足的性能参数众多，因此不可避免需要研发时间的积累，对于后来入局者具有一定障碍。尤其是工艺方面，更是很多PA厂商，甚至是射频厂商难以逾越的门槛。我们纵观上面的射频器件供应商，几乎所有都是IDM厂商。拥有自己的晶圆厂是他们能够领先市场的关键。目前，射频器件（不含滤波器）涉及的主要工艺：GaAs, SOI, CMOS, SiGe。其中，GaAs的电子迁移速率比Si高5.7倍，非常适合用于长距离、长通信时间的高频电路；SOI工艺的优势在于可集成逻辑与控制功能，不需要额外的控制芯片；CMOS的优势在于可以将射频、基频与存储器等组件合而为一的高整合度，并同时降低组件成本；SiGe工艺几乎能够与硅半导体超大规模集成电路(VLSI)行业中的所有新工艺技术兼容，是未来的趋势。据了解，射频PA采用的工艺分别是GaAs，SOI，CMOS和SiGe。其中4G PA主要采用GaAs工艺；3G PA 采用GaAs或者CMOS，出货大约各50%；2G PA主要是CMOS；5G手机PA采用GaAs工艺；NB-IoT PA采用CMOS和SOI是趋势，现在还是GaAs为主，个别厂商采用SiGe。在射频器件其他领域，射频开关采用的工艺：SOI，GaAs。70%以上采用SOI工艺；LTE LNA采用的工艺：SOI，CMOS。未来滤波器方面，因为他们设计主要有三个难题：首先是应用环境复杂，滤波器如何避免温漂问题；其次是频段复杂后，滤波器需要在有限面积内应对更多的信号干扰；最后是共存滤波器如何让不同类型信号和谐共存。特别是来到高频款的SAW滤波器方面，那挑战更是严峻。这同样也是一个IDM主导的市场，对于国内的追随者来说，任务更为艰巨。4G 到5G 的演进过程中，射频器件的复杂度逐渐提升，产品在设计、工艺和材料等方面都将发生递进式的变化。但国产射频器件替代空间大，但困难也大。我们系统地看一下国产厂商在射频器件领域的分布和表现。SOI工艺：格罗方德，TowerJazz，中芯国际，华虹宏力目前市场上量产出货的滤波器厂家都是IDM公司，自己设计，自己生产封测。厦门开元通信则是国内第一家Fabless滤波器设计公司，中芯国际代工，目前处在研发阶段。唯捷创芯：4G PA出货量是国内最大的，出货覆盖前几大手机设计公司以及小米。络达：被MTK收购，基于MTK平台进行销售，出货量还不错，4G PA认可度越来越高。慧智微：依靠SOI架构创新，实现低成本。由于品牌影响力弱，出货量一般，但长期看好。飞骧科技：产品认可度不高，但客户基础还不错，所以市场上有一些出货。汉天下：通过CMOS工艺把PA成本做低，性能也不错，市场上的3G PA主要供应商。飞骧科技：出货量一般，主要出货是印度的Reliance项目。展锐射频产品线：出货不多，主要出货也是印度的Reliance项目。汉天下：依靠CMOS技术，2G PA占了市场大约70%份额。展锐射频产品线：CMOS PA和GaAs PA一共占市场份额大约10%。飞骧科技：新的CMOS PA在2018年做进了一些客户，已经量产出货。立积电子：台湾上市公司，2018年出货量大约5000万美金，逐步蚕食SKY的市场。康希电子：2014年成立，2018年开始推产品，有部分客户开始导入，出货量很少。展锐射频产品线：2018年开始量产出货，几家大的网通客户都已经导入，并做进华为。三伍微：2018年成立，专注于WIFI PA/FEM，产品处在研发阶段。卓胜微：国内最大开关供应商，主要客户是三星和小米，销售额大约1亿美金。展锐射频产品线：也是三星供应商，只占很少份额。开关出货总量一般。立积电子：2018年开关出货量大约3000万美金，有很好的利润率。国内 射频芯片产业链已经基本成熟，从设计到晶圆代工，再到封测，已经形成完整的产业链。从国际竞争力来讲，国内的射频设计水平还处在中低端。以上PA和开关厂商，射频芯片产品销售额加起来大约5亿美金，大陆射频芯片厂商销售额大约3亿美金。全球PA和开关射频产品需求金额大约60亿美金。可见，国内厂商依然在起步阶段，市场话语权有限；滤波器方面，国内厂商销售总额不到1亿美金，全球市场需求在90亿美金。换句话说，以后通过提升设计能力，辅助调试工作来提升射频性能，国内 射频产业还有很大的成长空间。5G到来是机会，也可能会拉大国内 射频公司与国际射频公司的差距。SKY与Qovor布局了滤波器，有自己的工厂，在射频前端模组产品研发上走到了前面。国内 射频公司都还弱小，研发能力和资金都很有限，射频前端模组提高了研发门槛。射频器件的追赶与替代，要求国内厂商的研发人员有“坐冷板凳”的决心和毅力，也需要政府和投资机构给予企业更多的耐心。区别于处理器等芯片，射频器件的突破点在新设计、新工艺和新材料，只有三者齐头并进才能完成追赶甚至是超越。最后，希望国产射频器件厂商借助5G和物联网的大趋势，不断地提升自己，共同铸就国产射频器件产业的崛起。
