手機中FEM越來越重要 國產射頻的機會在哪里？

　　射頻前端模塊的趨勢

　　射頻前端模塊發展的總體趨勢是，手機中FEM越來越重要，FEM在手機中所占的成本越來越高，而各大廠商在嘗試各種新的技術以獲取更多利潤。

　　我們首先來看一下通信協議變化的趨勢。由上圖可見，手機通信協議從2G到5G的主要變化是信道帶寬不斷在變大，從2G時代的200KHz，3G時代的5MHz，到4G時代的100MHz。

　　到了5G時代，信道帶寬可望進一步變寬，甚至可能接近1GHz。為了實現越來越寬的帶寬需求，可以有兩種方法。其一是使用更多的載波聚合技術。載波聚合技術是指使用多個不相鄰的載波頻段，每個頻段各承載一部分的帶寬，這樣總帶寬就是多個載波帶寬之和。目前載波聚合技術在4G已經得到了廣泛應用，例如如果要做4G LTE Band 40(2350MHz)和Band 41(2550MHz)的兩路載波聚合，可以在Band 40和41各使用18MHz帶寬，這樣總帶寬就是36MHz。

　　在5G為了實現高帶寬，載波聚合技術的路數必須上升。這也意味著5G時的頻帶數量也會上升以滿足載波聚合的需求。第二個提高帶寬的方法就是把載波頻率移動到毫米波范圍(例如28GHz)，而毫米波頻段載波可以提供非常高的帶寬。毫米波頻率的載波可望在5G時被引入。

　　對于FEM來說，目前的趨勢是一個手機終端需要的FEM器件數量在快速上升。首先，為了實現向后兼容，目前的4G手機上還是會需要2G-3G所需的FEM。而4G時的頻帶數量大大增多，需要更多的FEM以覆蓋這些頻段。

　　目前，支持4G標準手機的數量正在快速上升。2012 年 2G/3G/4G移動通訊手持終端出貨量占比分別約為 44.7%、48.5%、6.8%;2014年分別為 17.1%、51.7%、31.2%; 2018 年預計為 6.2%、 19.1%和 74.7%。 4G 手持終端出貨量和市場占比逐年增加，由 2011 年 2100 萬臺迅速增長至 2015 年的 9.67 億臺，預計 2018 年可達 19.8 億臺， 2011年至 2018 年復合增速高達 91.45%。隨著4G的快速普及，FEM模組的總出貨量也在節節攀升。

　　另外，4G載波聚合需要收發機同時工作在多個頻段，因此也需要多個FEM同時工作在不同頻段。到了5G時，需要覆蓋的頻帶數預期會大大增加，載波聚合需要的路數也會上升不少，所以FEM器件數量在5G時還會繼續快速上升。以PA模組為例，4G多模多頻終端單機所需的 PA 芯片增至 5-7 顆。而且，隨著通信制式的愈加復雜，對PA的性能需求也在逐漸攀升，從而PA在手機中站的成本也越來越高。

　　統計結果顯示， 2G 時代手機單機 PA 芯片成本僅 0.3 美元/部， 3G 手機則提升至約 1.25 美元/部，而 4G 時代則增至 2 美元～3.25 美元/部，高端手機成本甚至更高，僅iPhone6 射頻部分就使用了 6 顆 PA 芯片。而Strategy Analytics 預測 5G 單機需 16顆 PA，這意味著5G時PA在手機成本中所占比例也會逐漸升高。

　　最后，5G的一個標志性技術是大規模MIMO。大規模MIMO需要多個天線組成的天線陣列同時工作以提高信道容量，這樣可以大大提升數據傳輸率。為了實現大規模MIMO，射頻系統必須有多組天線同時工作，因此相應的FEM數量需求也會增加。最后，為了能覆蓋毫米波范圍的載波，也需要相應的FEM，這也給FEM設計帶來了挑戰。

　　隨著手機終端需要的FEM數量上升，FEM在手機成本的比重也越加上升，越來越多的廠商也在紛紛加大在FEM方面的投入。例如，早些時候RFIC巨頭高通和FEM大廠TDK合資成立了RF 360，這樣高通就有了能提供從基帶Modem SoC，RFIC到FEM完整解決方案的能力。因此，FEM的技術發展速度也會隨著廠商的投入而加快。

　　目前FEM的技術發展方向主要包括如何使用新工藝以及如何增加集成度。

　　砷化鎵一直以來都是功放，天線開關以及低噪聲放大器等FEM的傳統實現工藝。然而，隨著技術的發展，成本較低的RF SOI工藝在天線開關，低噪聲放大器等模塊中逐漸取代了砷化鎵工藝。在天線開關和天線調諧器中，RF MEMS也有機會進一步取代RF SOI成為新的主流。對于濾波器和多路器來說，傳統的SAW正在被BAW慢慢取代。

　　另一方面，FEM的集成度也越來越高。當手機需要越來越多的FEM器件時，FEM必須增加集成度以把整個射頻系統的實際尺寸控制在合適的范圍內。目前，已經有一些廠商在研發把低噪聲放大器和開關模組集成在一起的方案，例如Skyworks的SkyOne模組(集成了PA，開關，多路器在同一模組上，如下圖所示)。未來隨著RF SOI和RF MEMS工藝的進一步普及，我們可望看到集成度更高的FEM。

　　中國的機會

　　目前，中國在FEM領域發展落后國際水平不少，僅僅紫光展銳，漢天下等發布了以PA為主的一些FEM產品，在中高端市場還無法與國外巨頭競爭。然而，從另一個角度來看，發展還屬初步也意味著發展潛力巨大。隨著中國加大對于半導體行業的投入，中國FEM的發展也會步入快車道。

　　首先，我們要看到中國公司并非沒有技術實力和決心做好FEM。例如，在成熟的2G PA領域，漢天下和展銳都有很好的市場份額。

　　不過，FEM并不是一個孤立的領域，而是和上下游發展有關。在2G和3G時代，通信協議和收發機SoC的核心技術都是由國外巨頭(如2G時代的諾基亞，摩托羅拉，3G時代的高通)首先研發，中國廠商的角色以追隨為主，FEM的研發也是如此，必須先花許多時間填補技術空白。

　　在4G時代，華為等中國廠商崛起，到了5G時代，相信中國在通信協議方面會有更多話語權(例如之前華為提出的Polar碼標準就獲得了國際肯定)，而在收發機SoC的核心技術上也能不再落后。相應地隨著FEM領域各大公司有了自己的技術積累，也能占據客觀的市場份額。

　　如果把Skyworks在中國的市場收入(20億美金)搶下一半，就可以有10億美金的客觀收入。而且在5G時代隨著FEM的重要性上升，這個數字或許會遠遠大于10億。

　　其次，FEM目前是IDM模式最成功的領域。就在其它半導體芯片市場(如處理器，SoC等等)Fabless占據大半江山的時候，在FEM市場仍然是IDM獨大，這是因為FEM設計需要仔細結合器件制造工藝，有時候甚至會為了設計而調整工藝。

　　目前FEM領域的巨頭Skyworks， Qorvo等都有自己的生產線。目前，半導體制造工藝已經成為限制國產FEM發展的重要因素。然而，隨著半導體大基金的持續投入，中國半導體制造技術可望獲得長足進展，這也會成為國產FEM的一個利好因素。

　　而且，目前許多FEM模組都在轉向RF SoI，該制造工藝相對砷化鎵等FEM的傳統制造工藝而言良率更高，成本更低，而且也更適合Fabless模式。我們預期在未來，會有不少中國FEM Fabless隨著RF SoI的普及而崛起。