和记娱乐官网_和记娱乐网址行业频道

产业网 > 行业频道 > 电子仪表 > 电子其他 > 正文

2019年中国5G驱动射频和物联网芯片行业市场发展现状及未来趋势分析[图]

2019年08月05日 14:24:38字号:T|T

    一、5G驱动射频和物联网芯片量价齐升,泛射频迎来市场机遇

    5G商用已至,泛射频迎来市场机遇。

    射频前端是通信设备关键底层技术,在联网设备大规模增长趋势下,射频前端是成长最快最确定方向之一。

    对于智能手机等通信终端设备,位于天线和射频收发器之间的所有组件统称为射频前端。射频前端是通信设备的核心,具有收发射频信号的重要作用,并决定了通信质量、信号功率、信号带宽、网络连接速度等诸多通信指标。以智能手机为代表,其蜂窝、蓝牙、Wi-Fi、GPS、NFC等射频前端模块使得文字/语音/视频通信、上网、高清音视频、定位、文件传输、刷卡等应用得以实现。

    射频前端可按形态分为分立器件和射频模组,也可按功能分为不同功能组件。

    按功能不同,分立器件可分为滤波器、功率放大器(PA)、射频开关、天线调谐、低噪放(LNA)、包络芯片等。其中滤波器负责发射及接收信号的滤波;PA负责发射路径的射频信号放大;射频开关负责接收、发射路径之间的切换;天线调谐用于匹配阻抗以提升传输功率;LNA用于接收路径中的小信号放大;包络芯片用于控制电压以最小化功耗。按集成度不同射频模组可以分为低、中、高集成度模组,如高度模组包括PAMiD、LNADivFEM等。

简化的射频前端示意图

数据来源:公开资料整理

主要射频前端芯片功能与工艺

Component
元器件
工艺
功能
-
-
Filter
滤波器
SAW、BAW、FBAR、
IPD、SMD、LTCC
对发射/接收的射频信号滤波,通常用作双工器或双工器组成
单元,用来组合或分离多个频带
-
-
PA
功率放大器
CMOS、GaAsHBT/GaN
将低功率射频信号转换为高功率射频信号
RFSwitch
射频开关
GaAspHEMT、SOI、MEMS
选择天线和哪个发射/接收器或收发器连通
AntennaTuner
天线调谐
MEMS、BST
由开关构成,连接天线和收发器,匹配阻抗以提升传输功率
LNA
低噪放
SOI、GaAs
保证信噪比的前提下对小功率信号进行放大
ET
包络芯片
GaN、CMOS
通过控制电压以最小化功耗的技术

数据来源:公开资料整理

主要射频模组功能与集成度

Module
模组
集成度
功能或集成方式
ASM
天线开关模组
低度
集成天线和开关
FEM
前端模组
低度
集成开关和滤波器
DivFEM
分集前端模组
中度
集成FEM的分集模组
FEMiD
双工前端模组
中度
集成双工的前端模组
PAiD
PA和双工模组
中度
集成PA和双工
SMMBPA
单模多频功放
中度
支持单模式多频带的PA模组(3G/4G)
MMMBPA
多模多频功放
中度
支持多模式多频带的PA模组(3G/4G)
RXModule
射频发射器
中度
调制加载数据,并发射无线电波
TXModule
射频接收器
中度
集成PA、开关的发射模组,接收调制信号并解调
PAMiD
PAMiD前端模组
高度
集成MMMBPA和FEMiD
LNADivFEM
LNA分集前端模组
高度
集成DivFEM和LNA

数据来源:公开资料整理

    典型智能机包含6到数十个射频模组或器件,但由于模组内集成有大批器件,实际单机器件数可能多达50-100多个。目前中高端智能手机射频前端ASP在14-28美元,滤波器、PA、射频开关合占射频前端单机价值9成。随着MIMO升级和5G射频前端重构,频带拥挤对前端线性度要求的提高,以及高功率对功耗要求的提高,天线调谐、LNA、包络芯片的需求也迎来增长。

典型中高端智能手机射频前端所需的器件数量和单机价值

射频前端器件
单机数量
单机价值(美元)
平均价值占比
滤波器
40-100
7月14日
50%
PA
2月5日
3月7日
25%
射频开关
2月8日
2月4日
15%
天线调谐
2月4日
1月2日
7%
LNA
2月6日
0.4-0.8
2%
包络芯片
0-1
0.2-0.5
1%
合计
48-124
14-28
100%

数据来源:公开资料整理

    数据需求爆发、通信技术升级、终端设计立异等因素正推动射频前端需求和价值的快速提升。根据IHS无线半导体竞争报告数据,过去7年手机射频前端市场已从2010年的43亿美元增长到2017年的134亿美元,复合年均增长跨越17.7%,增速是整个半导体市场的5倍。根据YOLE数据,2017年手机射频前端市场为160亿美元,预计到2023年增长到352亿美元,未来6年复合增长率达14%,仍是半导体行业增长最快的子市场。

射频前端细分市场预测及其驱动因素(亿美元)

前端器件
2017
2023
CAGR
驱动因素
滤波器
80
225
19%
滤波器是射频前端最大且增长最快的子市场,其增长主要来自四个方面:(1)5G超高频推动高端BAW滤波器渗透率提升,(2)Wi-Fi分集天线隔离频带对共存滤波器的需求,(3)天线数量增加,(4)多载波聚合增加滤波器需求。
PA
50
70
6%
尽管多模多频减少PA用量,但高端的高频和超高频PA市场的增长将弥补2G/3G市场的萎缩。PAMiD是目前价值最高的前端模组,有望提高PA价值量。
射频开关
10
30
20%
射频开关市场的增长主要来自4x4MIMO新增射频路径对分集开关的需求,以及天线和频段增加对天线开关的需求。
天线调谐
4.63
10
14%
天线调谐的增长主要来自4X4MIMO渗透提升,而2018-2020年4X4MIMO有望逐步普及。另外,主天线和分集天线的增长也将提升天线调谐需求。
LNA
2.46
6.02
16%
高频化趋势下,LNA面临更高线性度要求,其工艺有望转向高级SOI先进工艺。LNA市场的增长主要来自分集模组的应用,PA模组集成以及新增天线的应用。
合计
160
352
14%
5G趋势下,网络高频化、前端模组化以及通信技术立异驱动射频前端价值增长。

数据来源:公开资料整理

    二、射频开关:频段和调谐需求不断提升,未来4年射频开关市场有望翻倍

    射频开关是射频前端中实现信号切换的关键,具有共用天线、节省成本等优点。射频开关通过控制逻辑连通多路信号中的任一路或几路,实现接收与发射或者不同频段信号的切换,以到达共用天线、节省成本的目的。射频开关根据用途不同可分为移动通信传导开关、WiFi开关、天线调谐开关等;根据刀数和掷数不同,可分为单刀单掷(SPST)、单刀双掷(SPDT)、单刀多掷(SPNT)和多刀多掷(NPNT)开关。以单刀双掷开关为例,其工作原理是:当控制端口加上正电压时,连接端口1与端口3的电路导通,同时连接端口2与端口3的电路断开;当控制端口加上零电压时,连接端口1与端口3的电路断开,同时连接端口2与端口3的电路导通。

射频开关是是射频前端中实现信号切换的关键

数据来源:公开资料整理

射频开关工作原理

数据来源:公开资料整理

    高性能射频开关应具有低插入损耗、高隔离度。射频开关主要指标有工作频率、工作带宽、插入损耗、隔离度、功率容量等,其中插入损耗和隔离度是重要性能指标。插入损耗在发射端影响输出功率,在接收端影响接收灵敏度,因此插入损耗越低越好。而对射频开关的信道隔离能有效降低系统干扰,因此隔离度越高越好。随着射频前端复杂度的提高,射频开关朝高性能方向发展,插入损耗可低至0.1dB以下,隔离度可高达几十dB。根据Skyworks官网,其满足高隔离低插损的开关产品共有58件。村田UltraCMOSPE42562、PE42582、PE42512开关可覆盖9kHz-8GHz频段范围,具有极高隔离度和较低插损,且开关时间到达200纳秒级别。

射频开关主要指标含义与最优取值

指标
含义
何时最优
工作频率
射频开关工作时的中心频率
合理取值
工作带宽
满足全部性能指标的频率范围
合理范围
插入损耗
IL
指开关处于导通状态下的损耗总功率,IL(dB)=|Pout(dBm)-Pin(dBm)|,主要由开关
的导通阻抗决定,导通阻抗越小,则插入损耗越小
越小越好
隔离度
Iso
开关关断时泄露输出信号功率与输入功率之差,Iso(dB)=|Pleakage(dBm)-Pin(dBm)|。
隔离度越大表示开关的输入端和输出端之间的影响越小,开关性能越好
越大越好
功率容量
开关可蒙受的最大功率,分为导通功率容量和截止功率容量,取两者较小者。由于输入信号
越大,开关线性度越差,功率容量可在信号最大功率输入时,保证一定的线性度
越大越好

数据来源:公开资料整理

村田三种高掷数开关参数性能一览表

指标
PE42562
PE42582
PE42512
配置
SP6T
SP8T
SP12T
宽频范围
9kHz-8GHz
9kHz-8GHz
9kHz-8GHz
6GHz高隔离度
35dB
41dB
39dB
6GHz低插损
1.1dB
1.1dB
1.3dB
快速开关时间
210纳秒
227纳秒
232纳秒

数据来源:公开资料整理

    随着工艺技术的发展,SOI已替代GaAs成为当前射频开关主流工艺。出于产品性能考虑,射频开关最早采用GaAs工艺实现。而随着SOI工艺改善,其衬底薄绝缘层可实现高击穿电压和低漏电流,进而能在宽频范围内提供低插损、高线性,因此SOI射频开关开始在中低性能应用场景下替代GaAs射频开关,并且不断向高性能方向扩展。时至今日,SOI已经成为射频开关主流工艺,其市场份额从2010年的不足20%,快速增长到2018年的96%。SOI基于标准硅基CMOS工艺发展而来,因此具有极佳的工艺兼容性和成本优势,具有可集成射频开关、天线调谐、LNA、PA等器件的能力。除少数极端场景需使用MEMS工艺射频开关以外,目前移动终端射频开关以SOI工艺为主;并且由于SOI的性能适用于5G频段,因此短期内仍将保持主流。

射频开关工艺比较

工艺
性能
工艺兼容性
成本
应用现状
GaAs
早期较好,现略优于SOI
一般
较高
早期主流,现很少使用
SOI
早期较差,现可比GaAs
最优
较低
目前主流工艺
MEMS
最优
最差
最高
高性能非主流工艺,用于天线调谐开关

数据来源:公开资料整理

    频段数量增加、金属外壳渗透提升增加单机射频开关需求,预计5G手机射频开关单机用量将达12-18个。2011年智能手机支持的频段不跨越10个,2019年高端智能机支持的频段接近40个,而未来5G手机有望支持70个甚至更多频段数量,因此需要增加更多射频开关用于信道切换。与此同时,智能手机现多采用手感和外观更好的金属外壳,一定水平造成对信号的屏蔽,因此需增加天线调谐开关用于提高信号接收能力。目前4G手机射频开关单机用量为6-8个,预计5G手机单机用量将到达12-18个,单机用量翻倍增长。

智能手机支持的单机频段数量不断增长

数据来源:公开资料整理

金属外壳在智能手机的渗透率不断提升

数据来源:公开资料整理

    5G加速射频开关需求增长,未来4年全球射频开关市场有望翻倍。根据QYRElectronicsResearchCenter统计,2011年以来全球射频开关市场连续增长,2018年全球市场规模16.54亿美元,预计2023年市场将达35.6亿美元,2018-2023年复合增长率达16.55%。而据我们测算,2019-2023年智能手机出货量从16亿增长到18亿,射频开关单机数量从6个增长到14个,平均单价从0.16美元降至0.12美元,对应市场将从2019年的15.4亿美元增至2023年的30.2亿美元,年均复合增速高达18%。

射频开关单机用量

数据来源:公开资料整理

全球射频开关市场连续快速增长

数据来源:公开资料整理

    美日厂商合占射频开关市场近80%份额,卓胜微率先实现国产突破。

    目前全球射频芯片公司数量超1万家,其中射频开关公司有80多家。射频开关龙头公司包括美国的Skyworks、Qorvo、Broadcom和日本的Murata等,4家公司合计占据全球射频开关市场份额的77%,其射频开关产品覆盖高端机型,比如苹果iPhoneX/XSMax/XR、三星Galaxy系列、华为Mate系列等。卓胜微作为全球第五大、国内第一大射频开关公司,产品以中低端机型为主,目前已取得全球5%市场份额,率先实现国产突破;并且随着与客户合作的加深,其份额有望继续扩大。

主要射频开关公司的营收排名和市占率

排名
公司
地区
2017年射频开关营收(亿美元)
射频开关市占率
1
Skyworks
美国
4.78
33%
2
Qorvo
美国
2.89
20%
3
Murata
日本
2.03
14%
排名
公司
地区
2017年射频开关营收(亿美元)
射频开关市占率
4
Broadcom(Avago)
美国
1.45
10%
5
卓胜微
中国
0.71
5%
其他
2.62
18%
-
-
合计
14.48
100%
-
-

数据来源:公开资料整理

射频开关市场份额

数据来源:公开资料整理

    部分国产厂商在射频开关领域初具实力,但整体仍尚未形陈规模。

    相较其他射频芯片,射频开关是相对壁垒较低且竞争较为充分的市场。美日厂商在设计领域绝对领先,拥有最高性能的射频开关产品和射频模组能力,综合实力雄厚。台湾和记娱乐网址在晶圆代工、封装测试等制造环节占据重要位置。大陆厂商由于和国际巨头在技术、专利、工艺等方面存在差距,因此集中在设计领域,主要供应中低端SOI射频开关产品,竞争压力较大。

国内主要射频开关公司概况

公司
业务概况
卓胜微
发明拼版式集成射频开关,极大缩短了射频开关的供货周期、提高了备货能力,申请多项发明专利,打入三星供应链,聚焦大品牌客户。
韦尔股份
国内领先的半导体器件设计和销售公司,业绩连续多年保持稳定增长。主营产品包括保护器件、功率器件、电源管理器件、模拟开关等四条产品线。射频前端产品主要是射频开关、LNA、天线调谐等。
紫光展锐
紫光旗下的芯片设计公司,产品包括移动通信基带芯片、射频前端芯片、无线连接芯片、安全芯片、电视芯片和图像传感器芯片等。
唯捷创芯
成立于2010年,总部位于天津,主要从事射频与高端模拟集成电路的设计、生产与销售。
国民飞骧
2015年从A股上市公司国民技术中分拆独立,原为国民技术无线射频产品事业部,2010年开始开发国产射频功率放大器和射频开关。
德清华莹
1)主要产品包括钽酸锂、铌酸锂压电晶体材料、声学滤波器和射频开关等,GaAs/SOI射频开关在华为、中兴等移动终端广泛应用,年出货量2亿只。2)股东实力雄厚。第一大股东中电55所国博公司具有分集开关、天线调谐开关、CA开关等完整射频开关系列,能满足各类移动终端需求,第二大股东是业内领先的移动终端天线及模组供应商信维通信。

数据来源:公开资料整理

    三、射频LNA:2023年市场达18亿美元,分散格局下国产公司有望提升份额

    LNA是用于对接收信号功率放大的核心器件,广泛用于手机等各类通信终端。

    由于基站的发射功率有限,并且通信终端与基站之间存在一定距离,通常终端天线接收到的信号非常微弱,移动通信系统需要对终端天线接收到的信号放大以进行后续处理。一般放大器在放大信号的同时会引入噪声,而LNA在放大接收信号的同时会尽量抑制噪声,以实现更好通话质量和更高传输速率,因此得到广泛应用。

    5G加速LNA需求增长,2023年全球LNA市场将达18亿美元。据QYRElectronicsResearchCenter统计,2018年全球LNA收入为14.21亿美元,连续多年保持增长。5G趋势下手机频段、信道和天线数量增多,而单个LNA能承载的频率范围有限,因此对LNA的需求大幅增加。单机用量方面,3G手机LNA单机用量1-2颗,4G手机LNA单机用量3-6颗,预计5G手机单机用量7-10颗。

    我们认为,5G商用将推动全球LNA市场在2020年迎来增速高峰,预计2023年全球LNA市场有望达17.94亿美元。

射频LNA单机用量

数据来源:公开资料整理

全球LNA市场连续稳定增长

数据来源:公开资料整理

    LNA市场格局分散,国产公司仍有较大提升空间。

    LNA前五大龙头Broadcom、ONSemiconductor、Infineon、TI、NXP的相关营收占全市场52%,远低于射频开关前五大公司营收占比的82%,市场格局较为分散。国产LNA公司目前也处于小而散状态,以低端2/3G频段市场为主,整体出货规模较小,价格战和市场竞争较为激烈。国产LNA厂商中,2017年卓胜微LNA芯片业务实现营收0.17亿美元,市场份额仅有1.3%,提升空间巨大。另外,唯捷立异、国民飞骧和锐迪科等以射频前端模块产品提供为主,较少单独供货LNA产品。

LNA市场份额

数据来源:公开资料整理

LNA公司营收排名和市占率

排名
公司
地区
2017年LNA营收(亿美元)
市占率
1
Broadcom
美国
2.07
15.40%
2
ONSemiconductor
美国
1.64
12.20%
3
Infineon
德国
1.21
9.00%
4
TI
美国
1.01
8.00%
5
NXP
荷兰
0.99
7.40%
/
卓胜微
中国
0.17
1.30%
其他
6.33
46.70%
-
-
合计
13.42
100%
-
-

数据来源:公开资料整理

国产LNA公司业务概况

公司
业务概况
卓胜微
发明了CMOS开关式低噪声放大器设计方法,极大地缩短了射频低噪声房贷去的供货周期、提高了备货能力,并申请了发明专利,打入三星、小米等供应链,聚焦大品牌客户。
韦尔股份
国内领先的半导体器件设计和销售公司。主营产品包括保护器件、功率器件、电源管理器件、模拟开关等四条产品线,射频前端产品主要是射频开关、LNA、天线调谐。
矽磊电子
总部位于安徽合肥,在深圳和上海设有市场和销售中心。致力于设计研发模拟和射频前端芯片产品,并提供面向智能穿戴、移动通讯和物联网应用的集成电路解决方案。LNA噪声系统领先国内其他品牌。
唯捷立异
成立于2010年,总部位于天津。该公司主要从事射频与高端模拟集成电路的设计、生产与销售。
国民飞骧
2015年从A股上市公司国民技术中分拆独立出来,原为国民技术的无线射频产品亊业部。2010年开始开发国产射频功率放大器、射频开关和4G射频前端模块。
锐迪科
紫光集团旗下的芯片设计厂商,该公司产品包括移动通信基带芯片、射频前端芯片、无线连接芯片、安全芯片、电
视芯片和图像传感器芯片等。
中科汉天下
汉天下电子开办于2012年7月,是中国领先的射频前端芯片和射频SoC芯片的供应商,每年芯片的出货量达7亿颗。公司专注于射频/模拟集成电路和SoC系统集成电路的开发,以及应用解决方案的研发和推广。

数据来源:公开资料整理

    四、MCU芯片:物联网时代来临,2022年MCU市场将破240亿美元。

    物联网浪潮已来,终端微控制器愈发重要。在无线网络连续拓展、通信技术不断演进、产业链日趋成熟背景下,物联网技术可支持的应用场景不断增加,发展潜力巨大。根据Gartner预测,2020年全球联网设备数量将到达260亿部,物联网市场规模将到达1.9万亿元,并对社会生产、科技领域等产生深刻影响。微控制器(MCU)芯片是物联网终端的控制节点,嵌入式应用的核心器件,因其高性能、低功耗、可编程、灵活性在消费电子、医疗电子、工业控制、汽车电子和通信等领域广泛应用。物联网浪潮来临背景下,MCU的应用将更为关键。

    立异应用驱动MCU需求上升,2022年全球市场将突破240亿美元。受惠于嵌入式系统、传感器以及物联网终端应用热潮,未来数年MCU市场和出货将大幅增长。根据ICInsights数据,2018年MCU出货量增长18%,市场规模增长11%,未来4年全球MCU市场年均复合增长7.2%,2022年有望突破240亿美元。

全球MCU各应用领域占比

数据来源:公开资料整理

全球MCU市场规模与增速

数据来源:公开资料整理

    受益可穿戴设备、智能家居等消费级市场,物联网MCU高速增长,2019年市场规模达28亿美元。
根据通信远近,物联网无线通信主要分为两类。

    一类是Zigbee、WiFi、蓝牙、Z-wave等短距离通信技术,主要应用于智能家居、智能医疗、可穿戴设备等领域;

    另一类是LPWAN(低功耗广域网)技术,包括NB-IoT、LoRA、Sigfox、eMTC等,主要应用于智慧城市、环境监测、智能抄表等领域。现阶段Zigbee、WiFi、蓝牙等短距离连接技术经过10余年发展,应用广泛且产业成熟度相对较高。广域网通信技术近年来发展迅速,且未来在公用事业领域和工业物联网领域均具有广阔的应用前景。

    根据预测,针对连网汽车、可穿戴电子设备、建筑物自动化以及其他有关物联网应用的MCU芯片市场将快速增长,预计2019年全球市场规模将达28亿美元。

物联网MCU市场规模与增速

数据来源:公开资料整理

    海外龙头占据全球市场88%,头部集中显著。

    2015年开始,为争夺市场份额,布局强劲增长的物联网市场,MCU厂商发生了数起大规模并购。2015年,NXP以118亿美元收购飞思卡尔,完成在汽车电子领域的布局,市占率达19%,排名第一。2015年,Cypress以40亿美元收购Spansion。2016年,Microchip完成对Atmel的收购,成为第三大MCU厂商。据ICInsights统计,全球前八大MCU厂商市占率达88%,头部集中显著。

全球主要MCU和记娱乐网址及营收

排名
名称
营收(亿美元)
市场占有率
主要产品应用领域
1
NXP
29.14
19%
智能卡、汽车电子
2
Renesas
24.58
16%
汽车电子、通信设备
3
Microchip
20.27
14%
工业控制、汽车电子
4
Samsung
18.66
12%
消费电子
5
ST
15.73
10%
电机控制、物联网
6
Infineon
11.06
7%
汽车电子、工业控制
7
TI
8.35
6%
工业控制、汽车电子
8
Cypress
6.22
4%
汽车电子、消费电子
-
其他
18.27
12%
-
-
合计
152.28
100%
-

数据来源:公开资料整理

    部分国产MCU公司已实现局部突破,但整体收入规模尚小。

    目前国际厂商在技术、资金和人才等方面均明显占优,面对国内物联网MCU市场增长,国产厂商需加大研发投入,提升技术能力。现阶段国产公司在物联网MCU的研发投入相对有限,研发设备、人员投入和一线厂商存在差距,因此整体竞争力和收入规模仍偏小

国内MCU领域主要公司业务概况

名称
MCU营收
MCU产品
应用领域
中颖电子
4.5亿元
4、8位MCU
家电、汽车电子、医疗器械、仪器仪表
兆易立异
4.04亿元
Cortex-M332位MCU
工业控制、消费电子、电信设备、汽车电子
晟矽微电
2.32亿元
8、32位MCU
小家电、消费电子、工业控制
卓胜微
840万元
低功耗蓝牙MCU
可穿戴设备
北京君正
/
32位MCU
工业控制、汽车电子
华泰半导体
/
32位MCU
家电、汽车电子、医疗器械、物联网
汇顶科技
/
低功耗蓝牙SoC芯片
智能家居、智能医疗、可穿戴设备
博通集成
/
蓝牙SoC芯片
智能家居、智能医疗、可穿戴设备

数据来源:公开资料整理

相关报告:智研咨询发布的《2019-2025年中国射频前端模块行业市场研究及投资前景预测报告

和记娱乐官网_和记娱乐网址微信公众号和记娱乐官网_和记娱乐网址微信公众号 和记娱乐官网_和记娱乐网址微信服务号和记娱乐官网_和记娱乐网址微信服务号

相关阅读:

版权提示:和记娱乐官网_和记娱乐网址提倡尊重与保护知识产权,对有明确来源的内容注明出处。如发现本站文章存在版权、稿酬或其它问题,烦请联系我们,我们将及时与您沟通处理。联系方式:gaojian@chyxx.com、010-60343812。
 

精彩图片

 

产经要闻行业新闻时政综合

 

产业研究产业数据

 

 

 排行榜产经研究数据