慧智微李阳谈中国射频芯片的突围之道

　　作为一家可实现可重构多频多模射频前端技术并量产的芯片公司，慧智微电子创始人兼CEO李阳在2019未来论坛·南京峰会上的主题演讲主要围绕《5G推动射频芯片发展》展开，他首先介绍了目前芯片在市场的分类大概可以分为以时间作为第一要素和持续演进两个分类，而5G这种通信标准实际上是在驱动着持续不断演进的芯片市场，尤其是“射频前端芯片”，但“射频前端”这个作为芯片四大之一的领域，目前中国所占的市场份额仅仅达到了2%，所以目前还有很大的市场空间。国内的厂商如何成长，当然离不开性能、成本和专利这三关，而这三关的突破都需要技术创新来实现。

李阳 慧智微电子创始人兼CEO

　　以下是演讲全文：

　　李阳：大家好，我是李阳，很高兴能有机会和大家分享一下我们对射频芯片的思考。

　　今天来讲三个事情：第一个是射频芯片市场和5G;第二个是谈一下当前这个市场的格局以及竞争策略;第三个是作为国产厂商如何竞争、如何成长。

　　先谈第一个，关于射频芯片市场和5G。

　　芯片市场有两类：一类是爆发的新需求驱动，举个例子，人脸识别出现了，在这个领域当中谁是第一家厂商，谁就获多;另一个是长赛道，持续演进的市场，举个例子，像手机的基带芯片，2G做完了有3G，3G做完有4G，4G做完了有5G，而且每一代的过程中都有新的格局出现，都会出现洗牌。这种市场的赢家不仅仅在于你是否是第一个，而在于你是否有持续演进的核心竞争力。

　　射频芯片市场是属于第二类，通信标准驱动着持续不断演进的芯片市场。我们现在看到这种协议演进到5G，射频芯片会是直接受益者。

　　在演进的过程中，标准从4G向5G变化时，很多芯片都会出新的规格，比如AP或者是SOC芯片，比如内存芯片，比如基带芯片，比如射频芯片。但是射频芯片很有意思，与其他芯片只是规格升级，数量不会变化不同，射频前端在协议演进中，会是×N叠加的过程，因为要支持多种协议，并且有多频多模的问题。

　　对于5G当前的射频前端和芯片的结构。在5G当中实际上还要后向兼容4G、3G、2G的芯片。同时会有多组的5G射频前端芯片，为什么会有多组的5G芯片?在过去的通讯演进当中，大家一直在提升的是频谱效率。早年第一代移动通讯、第二代移动通讯就在不断快速提升，打个比方，原来的路是乡间土路，后来变成公路，到了4G的时候已经相当于高速公路，没有太多空间可以提升了。而5G的速度是快了一个数量级，这是怎么实现的?还拿公路来打比方，原来高速路是两车道，5G把它变成六车道，带宽变更宽了，速率就上去了;另外，同一个空间会有多条路径，就我们讲的MIMO(多输入多输出 )，你的车不止在地上跑，还可以在立交桥上跑。无论是更大的带宽还是有更多的路径，导致的都是它的器件要更多。

　　对于5G对射频前端的演进中，我们按照3个类别来比较：第一个是CAT4，现在用的很普遍的就是4G的基本配置，那么对于它而言，在功率放大器上，原来一个移动终端基本上有5条路径，就是有5个射频前端器件通路，那么到了CAT6，其实是通过载波聚合技术，将多个频段组合在一起，提高更多的速率。这种技术在路径上并没有增加。到了5G，它的通道数或者是器件数基本变成了10道，所以对于功率放大器这个市场来说，它基本是翻倍的。第二个是低噪声放大器，就是LNA，也在逐步增加。第三个天线的数量也增加了不少。第四个是滤波器，5G滤波器带来新品段新需求，进而导致在这里做了细分，既包括BAW-FBAR，还有IPD还有SAW的滤波器，在这里我们看到SAW的滤波器从CAT4到CAT6有非常大的增加，到了5G SAW保持比较高的45，但是并没有看到更多的增加，BAW在4和6基本上是一样的，但是5GNR会增加。最后有一个新新的滤波器形态，就是LTCC/IPD技术的滤波器，比如我们讲N77，N78，N79，他们的频率有3.5GHz，4.9GHz，是大带宽、时分系统，不需要FDD系统下的极高收发抑制，这里滤波器不再是BAW、SAW，而会是LTCC或者IPD技术，它的数字会到8个。

　　作为总结，可以看到无论是PA还是还是天线还是滤波器，射频的器件数目在快速增加，这推动了市场的增长。

　　接下来看市场格局和竞争策略。

　　在芯片4000多亿美元的市场当中，前四大市场大概是内存、桌面和服务器处理器，移动处理器还有射频前端。射频前端也是四大市场之一，而且在过去十年中一直以两位数的比率在成长，实际上从3G到5G我们的移动终端数目并没有非常大的增加，但是同一个终端里所用的射频的路数在快速增加，这推动了它不断地高速成长。

　　中国厂商在移动终端市场基本上占有了半壁以上的江山，我们知道在半导体领域你的客户在哪里，你的供应链和组件就会集中在哪里。从这个角度来讲我们移动终端的芯片供应链应当集中在中国。对应移动终端相关的芯片市场，应用处理器和基带市场，大陆和台湾基本上接近40%的数量，比60%略少，这还是一个合理的分布。但是射频前端，面对的是同样的移动终端市场，前几名找不到中国公司，而是Skyworks、Qorvo、Broadcom等美国公司为主，日本公司占一部分。大陆+台湾其实只占到2%。看到这里大家会有两个感觉，第一个是这个市场会有很大的成长空间，第二个是为什么和基带芯片差得这么多?

　　我们在具体看看国内射频厂商的情况。我们看到很多厂商在2G、3G市场的集中，有的厂商在全球占到60-70%的市场。在高阶通信标准4G、5G现在也有一些厂商在开拓，相对来说占比还比较低。

　　我们看到的是一个千亿人民币的市场，每年以两位数在增长，显然是个难得的好市场，我们站在行业的龙头企业来考虑它的竞争策略，它怎么来保卫自己的市场份额?国际龙头企业的竞争策略基本上是设了三个关卡，通过这三个关卡阻碍新的竞争者进行竞争，来保卫他在这个行业有足够好的收益。第一个关卡就是性能关。射频前端市场和数字领域还是有差别，射频前端的市场当前主要的工艺是砷化镓(GaAs)，这个工艺在20年前开始走向成熟，并持续主导了这个行业将近20年的时间。这20年，实际上主要的进步是在外延层上的进步，而在工艺节点本质上的进步并不多。第二个行业的特点是没有办法通过仿真的方法获得好的结果，这里需要大量的经验积累。这两个因素导致结果就是，这个行业在技术上的积累效应很明显。我们知道有些领域通信速度很快，这样新的竞争者和老的竞争者比起来，老的竞争者可能五年前的技术现在没办法用了，或者是能够继承的比率不多。而射频前端这一领域，十年前、二十年前的经验在今天依然有用，这是这个行业的一个特点。这导致这个行业形成领先地位的厂商有很强的马太效应，它有很好的技术积累，有成规模的技术团队，大量的工程师都是20年经验的、10年经验的，这使他们的产品面向新的客户需求时，可以做得又快又好。

　　第二个是成本关，在射频前端领域，因为用的是特殊工艺，规模和成本关系大于标准工艺，所以厂商间的成本差别是蛮大的。目前来看，大体上当前无论是大陆还是台湾企业，和行业的龙头企业比起来，同样的设计成本差别都超过20%。那么国际龙头企业就可以有这样的策略，如果这个国际厂商自己运营的成本在整个的销售额当中是20%以下，那实际上他把毛利降到30%依然有10%的净利，这样他是健康的，但是由于对竞争者来讲，规模差了20%，同时由于品牌的原因差了15%，当国际大厂把毛利率降了30%的时候其实新的竞争者是无利可图的，这就是成本关要过的关口。

　　第三个是专利关，我们看这个行业的龙头企业，每一家都是几千项的专利。经过20年的积累，而这个领域又技术根本变革不多，这样他们在射频前端设计的各个角落基本上完成了封锁，。所以第三个关口就是专利关。

　　这三个关口是压制新的竞争对手的方式。

　　那我们看国内厂商如何成长?

　　根据上面的分析，你要想成长，获得核心厂商的主要份额，成为主要供应商，就要过这三关，我们看怎么来过这三关?

　　第一个是对长尾市场，例如2G、3G市场。由于当前主流的市场是4G、5G，对于2G、3G，国际大厂基本是退出的。国内厂商是可以闯过三关的。性能关为什么能过?第一个是性能不太重要，你甚至可以有些放松;第二个是产品规格不再演进了，可能在同样的时间内，他做出来了你没做出来，但是多给你三四年的时间总会做出来，所以通过这种性能不太重要而产品规格不再演进，大家可以过性能关这个关口。第二个是成本，性能不重要了就可以放松供应链，原来强调性能时，大家用的供应链都是一流的供应链，现在变成性能没那么重要了，那供应链从一流换成二流、三流这样就可以多出来10%、15%的毛利，这样把原来20%的成本差距缩小，通过这种方式可以过成本关。第三个专利关，由于这个市场国际大厂已经推出，也就不再这么关注专利问题。所以在长尾市场中，我们国内厂商做的很好，在2G/3G都是超过50%的份额。不过，由于国际大厂在离开之前，把整个售价降了下来，另外原来的通讯相对比较简单，器件不多，所以整个的市场规模也不大。这也就是为什么整个市场我们占了超过50%，但是占整个射频前端市场份额还不到2%呢，因为长尾市场本身占比就比较小。

　　重要的是，在大市场份额占比的主序市场如何过三关?很多公司也做了尝试，我们先看性能关，在产品演化逐渐变慢的市场，国内厂商获得类似的性能。比如现在的4G领域，Phase2方案是中高到中低阶主要的产品形态，这个方案中，国内已经可以做到与国外的水平相近，部分厂商突破了性能关。但是，到了第二关成本关，就很难过得去。现在很有意思的事情是，2G的毛利高于3G，3G的毛利高于4G，因为4G大家对于性能的要求比较高，还必须采用一流的供应链，原来国内厂商的作法并不能突破成本关。所以如果采用和国外相同的工艺架构是没有办法过这三关的。成本关后面还有专利关，国外公司有20年的积累，专利变成悬在国内厂商头顶的利剑，这也非常麻烦。

　　下面分享一下我们的思考和努力。我们认为同样的技术架构和工艺下突破三关非常难，因此我们做了一个不同的架构，可重构架构，采用不同工艺，通过技术创新来过这三关。

　　可重构架构是什么样的东西?传统的方案基本上是分立的方法，就是不同的频段，不同的模式组合就要用不同的器件。但这个显然在移动终端越做越小的情况下是面积放不下的。为解决这个问题大家开始做宽带，尽量使器件覆盖宽一点的频段，少采用一些射频器件。但是频带越宽，性能越差，这样带宽到了一定程度就没办法用了，所有要多用几套器件复用不同频段，而后封装在一起，这种技术叫宽带共封。不过还是高成本、大尺寸、性能比较弱，而且功能是固定的。可重构的做法是什么呢?就是用软件的方式来定义硬件，这个硬件同一时间只是覆盖一个频段，其他频段通过软件调谐的方式来实现。通过这种方式可以获得比较低的成本、比较小的尺寸、性能就可以优化、功能可以升级。

　　我们来看一下做的结果。首先是可以获得更好的性能，和国外的友商比起来，在高频关键频段，如Band7电流可以低30-60毫安。另外尺寸更小，国际厂商所做的多路的芯片，基本上是7个晶圆，而我们只有3个，如果可以自定义管脚，我们可以将晶圆数目减少到两个。并且SMD器件的数目等，我们也有明显的减小，并且只用0201尺寸的SMD器件就可以完成同样功能的设计，面积还有大量的空余。

　　对于5G的应用中，频段更多，应用场景更复杂，可重构射频前端将带来更大优势。今年年初在巴塞罗那举办的MWC，以及在刚刚结束的GTI的研讨会上，慧智微电子的5G可重构射频前端芯片都进行了展示。从结果看，用我们的可重构的射频前端它的功率可以更高，这样可以有更好的体验。

　　回到“过三关”的的问题，我们怎么尝试来过这三关?性能关的做法也是换道超车，如果还是做与国际大厂相同的砷化镓HBT，性能关很难突破。我们换了一个赛道，用可重构的方式设计射频前端，用软件来优化硬件，突破了性能关。并且，利用软件定义硬件的方式，减少了硬件通路，从技术上减少硬件成本，在规模起步阶段，就可以突破成本关。对于最后一关专利关，我们较为核心的基础专利2013年、2014年已经获得授权，这个领域我们是第一家，我们专利关也可以突破。

　　做个总结：第一个是5G带来的射频前端芯片的高速增长;第二个是国产射频芯片在主序市场的份额需要突破，怎么突破?我们认为需要以创新的技术突破，突破性能、成本和专利壁垒。