近日，华为首款毫米波AI超感传感器正式亮相，据传苹果自研的毫米波射频RF芯片也已完成设计，代号Turaco。联发科与电信龙头中华电信于7日宣布合作，携手于联发科新竹的研发总部打造5G毫米波芯片测试环境。

由于毫米波具有传输速率高、工作带宽大、待用空间广的三大优势，能够更好满足AR、VR、智能物联系统等新兴领域的性能需求。各大厂商开始专注于对毫米波芯片的研究。

1、各国纷纷布局的6G与5G有怎样的区别？

二者最明显的区别可能在网速上，6G网络的频段是太赫兹频段，5G网络则是毫米波段。据了解，6G网络的传播速度将是5G的100倍，几乎能达每秒1TB，这样的网速有望降低时延，促进无人驾驶、无人机等技术的发展。

在谈到6G的研究重点时，中国工程院院士、未来移动通信论坛理事长邬贺铨认为6G的研究重点应该是工业互联网。5G时代，“5G+边缘计算”融合应用显著降低企业运营成本，提高生产效率，优化制造资源配置，提升产品高端化、装备高端化和生产智能化水平，推动制造业实现质量效益提高、产业结构优化、发展方式转变、增长动力转换，为工业互联网提供有力保障。但5G缺乏2B的应用方面的重点研究，6G频率高、带宽大的特点使得在车间建设基站成为可能。

4G取代3G，人们进入了短视频时代。从长远来看，6G取代5G是历史的必然，但就目前的进度来看，5G的三大应用场景尚未全部落地， 6G似乎只能看作是5G的拓展，即使它的传播速度很快，但配套的XR、传感器等硬件技术的滞后也在阻碍着它取代5G。业内人士预计5G将会有一个很长的生命周期，通信业、物联网、政府也都在积极促成5G应用的落地。此外，运营商在5G上的大量资金投入尚未收回，大规模建设下一代通信设施便无从谈起，6G与5G并行也在情理之中。

2、毫米波芯片与6G关系

虽然目前的Sub-6GHz频段经过一段时间的发展，可利用的空间相对饱和，但毫米波频段的可利用空间相对更多，受到的干扰也更少。

5G毫米波芯片组包括基带处理器/调制解调器和RFIC组件（例如RF收发器和RF前端）。由于支持5G毫米波的智能手机和其他消费类设备的可用性不断提高，移动设备成为毫米波5G芯片组市场的主要贡献者，到2026年，5G毫米波基带处理器的安装数量将达到38亿。

三星已完成尖端mmWave射频电路（RFIC）和数位/类比前端（DAFE）ASIC的开发，将支援28GHz和39GHz频段的应用；2020年，高通发布了第三代5G调制解调器到天线的解决方案--骁龙X60。骁龙X60使用5nm制程的5G基带，同时也支持毫米波和Sub-6GHz聚合的解决方案。

任正非曾表示：“华为在5G技术方面的成功，是因为押中厘米波；而6G的毫米波是大方向。”

6G网络将支持更高的峰值速率和业务容量，以及低于10厘米的高精定位精度和微米级的传感分辨率。毫米波提供大的带宽，可以有效提升空间和距离的分辨率。在未来互联网的感知和融合中，毫米波将发挥重要的作用。

3、毫米波芯片瓶颈

因为毫米波频率高，具有分布式参数，本质是从“路”向场演变，其设计工艺和测试都更复杂。

一是，毫米波频率使设计和测试比6GHz以下的射频测试更加困难。

信号路径损耗和阻抗失配在较高频率下被放大，并可能极大地影响信号保真度。6GHz的接口板在电缆、PCB和接触器接口之间的总损耗将小于3到5dB，而设计为在40GHz下工作的接口板在相同的信号链上的损耗将增加2到4倍。

这导致精确校准变得更加困难，而且校准漂移更快，对测试结果产生影响。

大容量硅芯片首次将毫米波测试带入ATE世界。以前的测试是使用台式设备完成的，无法应对未来需要的数量。这促进了高频射频功能的重大发展，可以提供经济生产所需的成本和吞吐量。

对于生产测试，目标是高速进行足够好的测量，保持高吞吐量。这意味着与传统上以较低数量完成的权衡非常不同。

虽然雷达芯片可能有1到3或4条线路，但5G芯片将有30条线路。业内人士表示：“以5G手机可能具有的容量，他们希望一次测试四个或八个，所以现在我们谈论的是超过200毫米波线，而在此之前他们没有进行任何测试。”

二是，高频段毫米波芯片的设计成本更加昂贵。

频段越高的毫米波雷达芯片，对晶体管的截止频率要求也越高，从而需要更先进的工艺节点，成本也愈加昂贵。例如，65nm的CMOS工艺截止频率Fmax可到300GHz，足够用于设计工作在60GHz或77GHz的雷达前端电路。若将工作频率提高到140GHz，那么使用65nm工艺的设计难度将急剧提高。频率越高，封装的信号完整性要求越高，封装的成本也越高。毫米波雷达芯片最终的频段选择，需要在这些因素中折中考虑。

4、中国毫米波芯片现状

从全球市场看，市面上已有多款与毫米波技术相关的5G芯片。英特尔（Intel）于2017年11月发布了XMM80605G多模基带芯片，该芯片同时支持6GHz以下频段和28GHz毫米波频段。高通已经能够提供商用的毫米波终端芯片X50和X55，天线模组QTM525。

我国5G毫米波产业链成熟度落后于5G低频，也落后于美国、欧洲等国际先进水平。表现在毫米波设备形态单一、功能和性能尚不满足5G组网需求，以及5G毫米波芯片和终端型号较少、覆盖种类和形态不够丰富这几个方面。

其中，阻碍因素主要来自于高频器件，主要包括：高速高精度的数模及模数转换芯片、高频功率放大器、低噪声放大器、滤波器、集成封装天线等等。

政策方面，去年11月，工业和信息化部批复组建国家5G中高频器件创新中心。中心围绕5G中高频器件领域重大需求，聚焦新型半导体材料及工艺、5G中高频核心器件、面向射频前端的硅基毫米波集成芯片等三大研发方向，支撑我国5G中高频器件产业创新发展。

高校方面，清华大学集成电路学院已经研制出采用65nmCMOS工艺研制了应用于卫星通信的毫米波Ka频段射频前端芯片，在单个芯片上集成了8个接收通道或8个发射通道（如图1所示），单通道发射输出功率超过12.71dBm，移相精度达到6bit，幅度控制精度达到5bit，单发射通道功耗为302mW。

杭州电子科技大学自主研发E波段毫米波芯片已实现商业化，曾于2018年在德国电信的外场实验中，成功实现全世界首个高阶毫米波外场验证，速率达到70GBps。还在为5G毫米波移动基站样机射频芯片的商业招标中，击败Macom/Triquint/Gotmic等国际大厂，正式成为华为5G通信供应商之一。

中国电科38所发布了一款高性能77GHz毫米波芯片及模组，其发布的封装天线模组包含两颗38所自研77GHz毫米波雷达芯片，该芯片面向智能驾驶领域对核心毫米波传感器需求，采用低成本CMOS（互补金属氧化物半导体工艺），单片集成3个发射通道、4个接收通道及雷达波形产生等。

企业方面，和而泰的子公司铖昌科技是国内微波毫米波T/R芯片领域，除少数国防研究所之外掌握核心技术的民营企业。

2018年和而泰收购铖昌科技正式进军毫米波射频芯片，和而泰能够向市场提供基于GaN、GaAs和硅基工艺的系列化产品，主要包含功率放大器芯片、低噪声放大器芯片、模拟波束赋形芯片及射频开关芯片等。产品已应用于通信、导航、探测、遥感、电子对抗等领域。5G基站用射频芯片目前已完成芯片研制工作；卫星互联网射频芯片已小批量交付。

上海矽杰微电自2016年从上海微技术工业研究院孵化独立以来，一直致力于毫米波雷达芯片的开发，深耕毫米波雷达传感器在消费领域、工业领域、以及汽车领域中应用落地。于2017年开发出国内第一颗具有自主知识产权的高集成度24GHz雷达SoC，目前已拥有一系列的24GHz和77GHz的毫米波雷达芯片。

亚光科技《5G毫米波通信多功能芯片研究》项目是四川省重大科技专项，公司用于通信的毫米波功率放大器已研制成功。

盛路通信研发了在国内技术领先的28G、64单元毫米波有源相控阵，并且在39G、60G以及80G做了相应的阵列天线开发。

中兴通讯基于RIS毫米波的探索，6G方面，当前中兴通讯基于RIS毫米波，进行了RIS的街区覆盖场景的探索。试验表明，无RIS的场景，会限制有效覆盖范围，而增加了RIS的情况下，覆盖范围得到了增强和扩展。

微远芯微研发毫米波雷达芯片及微系统技术，其主要产品为SiCMOS毫米波雷达SOC芯片、IoT低功耗射频收发器芯片、GSM/TD-SCDMA终端功放芯片。

问智微研发微波毫米波系统级芯片（SoC），主要产品包括77GHz汽车雷达收发机射频前端套片、60GHz硅基SoC收发芯片、122GHz混合信号雷达SoC（也称太赫兹混合信号雷达SoC）、微波毫米波收发机SoC；5G移动通讯28GHz相控收发机前端套片等微波毫米波收发机相控多功能芯片。

随着5G的逐渐普及，6G、卫星通信也开始慢慢走入大众的视线。毫米波作为其中的主要角色绝不会缺席。但毫米波仍面临诸多挑战。中国移动研究院无线与终端技术研究所所长丁海煜认为，5G毫米波面临的挑战，一是网络性能不够成熟；二是成本不够低；三是网业协同不够深；四是端到端的标准化不够快。

做好5G才能做好6G，毫米波的发展还需要加强产学研合作，共同推动毫米波产业成熟。

文章来源： 半导体产业纵横，智能制造网