5G的半导体产业机遇

本文作者

黄晓强：华中科技大学。

李   涛：太原理工大学。

一

5G移动通信：半导体厂商的新市场

随着移动设备市场的减速，物联网、智能硬件没有获得预期的火爆，无人驾驶汽车遥遥无期，工业领域增长缓慢，在4G上吃到了甜头的半导体厂商唯有将目光投向了或许在近期内能实现的小目标5G，也就是第五代移动通信。

根据市场调研机构 ReportsnReports的报告显示，5G网络到2025年会产生2500亿美元的年营收，这势必会给目前正在给近来苦苦挣扎的半导体产生带来一线新的曙光。

二

5G移动通信半导体器件的挑战和机遇

行业内的人都知道，现在的LTE网络的运行频率区间是 700 MHZ到3.5 GHZ，但在5G的时代，除了LTE会持续存在外，未授权的毫米波频段（30 GHz到300 GHz之间）也会同时共存，以提高无线数据容量。这样就会给移动系统和基站系统的处理器、基带和RF设备带来了更多的新需求。对于RF芯片供应商来说，5G 会给他们带来一种前所未有的新需求，当中就包括了一种叫做毫米波相控阵天线的技术。

这种已经应用在太空和军事的毫米波设备逐渐迁移到了汽车雷达、60 GHZ WiFi和将要到来的5G身上。但这并不是简单的迁移，设计产品和设计运行方式方面毫米波会给厂商带来新的挑战。

不但这种芯片的设计会变得很困难，甚至在测试方面也给厂商带来了新的挑战。在 NI的一篇文章中有提到，由于这些毫米波的波长都是介乎 1到10 mm之间，而厂商为了提高频谱的利用率，从物理层上探索MIMO、干扰协调等技术方法，这就会带来很高的路径损耗，有些频段甚至在水蒸气中也会面临传输损耗的挑战。另外在密集的城市环境信道测量中会发现，那些融合了方向可控制天线波束和网络拓扑蜂窝系统需要更高的链路预算。

以上种种都会给测试厂商带来强大的挑战。由于5G的高速率和低延迟，对化合物半导体提出了新的需求。具体到手机、基站、测试和封装方面，我们可以这样分析：

三

半导体技术领先的佼佼者在5G移动通信方面的布局

从上面的描述中，我们可以看到，5G给整个产业链带来了全新的挑战，其中有一些提早布局的公司会从中受益。处理器、内存、显示、电源、连接器这些厂商自然会获得受益，一些与5G密切相关的材料、制造、封装和射频相关的厂商，从5G获取的好处自然更多的。先说一下射频RF方面。

从现在的市场现状分析，目前全球的 RF 前端主要被海外巨头垄断，市场呈寡头之势。如在滤波器领域，日企Murata、TDK 和 Taiyo Yuden占据SAW双工器85%以上（图1）。BAW双工器市场基本被博通垄断，博通占据87%的市场份额（图2）。

图1  滤波器的市场份额

图2  BAW双工器的市场份额

功率放大器市场基本被 Skyworks、Qorvo、Broadcom三家企业占据，三家企业市场份额达93%（图3）。

图3  功率放大器的市场份额

天线领域市场相对较为分散，也是国内企业有所参与的领域：华为占据全球天线市场约23%的市占率，是全球第二大天线供应商。全球最大的天线供应商是Kathrein，占据25%的市场份额（此处仅统计基站天线）；PAmiDs整合模块（包括PA、双工器和天线开关）环节，Skyworks、Qorvo、Broadcom三家企业占据99%的市场份额（图4）。

图4  PAmiDs整合模块的市场份额

四

结语：5G移动通信的半导体，难点在制造

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