5G、Wi-Fi 7速度倍增的功臣:射频前端,千亿蓝海留给高通一个怎样的未来?

通信资讯馆 2022-07-13

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2696 字丨阅读本文需 6 分钟

“五百年必有王者兴”,周期律藏在历史的指缝间,也藏在半导体的基因里。

提到5G,许多人会马上想到速度快这个关键特性。

但你是否知道,5G以及Wi-Fi 6E、Wi-Fi 7这些最新一代的无线通信,为什么能实现媲美光纤的速度?

不少人会将原因归结为通信标准的演进,这固然没错,但不够深入和全面。实际上,5G、Wi-Fi 6/7速率能够大幅提升是得益于整个通信系统的升级。这就好比为了提升通信性能扩宽道路(引入新的频谱),将普通车道升级为高速路(增加新技术),用更多的车辆实现更高运输效率(尽可能利用更多频率、更高效率提升通信性能),最终让无线传输也能媲美有线传输的稳定性以及高速率和低时延。

以普通消费者最熟悉的智能手机来说,要支持最新一代通信技术需要硬件系统的升级,包含被广泛关注的调制解调器(我们常说的基带),还有经常被忽略的射频前端以及天线。

这听起会让人兴味索然,但实际上从调制解调器到天线的通信系统至关重要。如果没有射频前端,手机将无法工作,没有先进的射频前端,手机也没办法实现全球通信。

1、5G、Wi-Fi 7速度倍增,射频前端是被忽略的功臣

什么是射频前端?射频前端就是调制解调器和终端天线间的一套射频组件,影响并管理无线发送和接收的全部信号。

射频前端在4G时代之前,和移动通信一样不算复杂,只需支持屈指可数的几个不同的无线频率,只需要少量的射频元件和天线。

4G的商用,让移动通信的射频设计发生了根本性的变化。因为4G LTE要尽可能利用无线频谱,高效使用离散的频谱资源,改善无线连接及性能。这就类似于,要利用多车道容纳更多车辆,并且要实现更高的运输效率。

为了实现4G的目标,射频前端的无线信令和传输架构被重塑,并且增加了多项功能,比如载波聚合、高阶调制以及多入多出(MIMO)天线,射频前端的复杂性同时也呈现出几何级数式增长。

5G时代的来临,加深了射频设计的挑战。4G早期,一台移动终端需要支持的频段不到20个。无线频谱作为稀缺资源,全球各地对于无线频谱的分配各不相同,如今的5G时代,已经有超过10000个频段组合。

另外,为了实现5G高速率、低时延的目标,5G引入了毫米波频段(24GHz以上频谱),这是5G能够实现峰值速率超过7Gbps,媲美光纤通信的关键。

2020年2月,高通发布的骁龙X60 5G调制解调器,正是搭配高通射频及毫米波天线模组,实现了最高7.5Gbps的下载速度和3Gbps的上传速度,千兆级的速率及时延堪比光纤。一年后的高通骁龙X65调制解调器及射频系统,又将5G带入万兆级10Gbps时代。

5G更多的频段组合,以及诸多新技术的引入,都让5G射频前端的设计面临前所未有的复杂性挑战,同时还有功耗和体积的限制条件。

与5G类似,无线局域网和Wi-Fi的复杂性也不断增加,Wi-Fi 6E的频率已经提升至6GHz,高通今年发布的全球首个Wi-Fi 7商用解决方案,能够同时利用5GHz和6GHz频段,高通1620专业联网平台最高峰值无线容量达33.1Gbps。

Wi-Fi 7有效带宽是Wi-Fi 6的2倍,可用频谱将是Wi-Fi 6的3倍,Wi-Fi射频前端的设计同样面临前所未有的挑战。

无论是5G还是Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7高速率的实现,射频前端都是不可忽略的功臣。

2、高通的优势

从AP发力到射频前端,高通的优势也很明显,其在AP市场占据绝对的优势地位,小米、三星、OV和荣耀都是其客户,所以高通可谓近水楼台,能将自己的射频前端芯片与自家的AP一起打包出售给下游手机厂商。

事实上,早在2018年的Qualcomm中国技术与合作峰会,高通就分别与OV、小米和联想这四家手机大厂签署了谅解备忘录,四家公司表示有意向在三年内(2019-2021年)向高通采购价值总计不低于20亿美元的射频前端部件。

此外,高通还与三星,谷歌和LG电子等签署了射频芯片合同。根据高通官网的信息显示,目前主流几个大厂,其高端手机中都使用了高通的射频芯片。

高通虽然没有另外几家射频厂商积淀深厚,但“自家的马配自家的鞍”,自家的基带芯片和自家的射频前端配合起来肯定能发挥出更好的效果。

某种程度上,高通正在走华为走过的路,打通AP、射频、音频等流程,建立自己的生态圈,以便占据更多的市场。以前高通骁龙芯片在视频和音频解码方面投入很少,如今高通也推出了自己的Snapdragon Sound音频技术。

3、射频给高通一个怎样的未来?

一款4G旗舰手机,频段约有17-30个,射频前端单机价值量16-20美元,进入5G之后,5G网络更高的频率覆盖,带来手机和基站等设备射频硬件大幅升级。如今5G手机频段数达到50个,射频前端单机价值量达25-40美元。

同时5G密集组网技术带来基站数量大幅增长,并且5G宏基站由4T4R变为64T64R,将会让基站射频PA数量提升16倍。射频前端芯片的需求大幅提升,将给行业公司带来巨大成长空间,同时也让高通抓住了机会。

今年第一季度,高通的射频前端芯片营收为10.61亿美元,同增157%,进入第二季度,射频前端的营收为9.03亿美元,同增39%,增长速度十分快。其射频前端的业务范围主要包括4G、5G sub-6和5G毫米波射频前端组件销售,很大一部分用于智能手机。

4、前浪的隐忧与布局

几大美系射频厂商有一个共同的心病,那就是营收来自苹果的比重太大,而随着高通的崛起,博通、Skyworks和Qorvo在射频市场的空间受到挤压,所以前浪们都在寻求解决之道,博通在从硬件转向软件,只不过随着5G的普及,博通转型的速度变缓了一些。Skyworks与Qorvo则通过收购布局新领域。

4月26日,Skyworks与Silicon Labs共同宣布,双方已达成最终资产购买协议。Skyworks将以27.5亿美元全现金交易方式收购Silicon Labs的基础设施和汽车(I&A)业务,该交易的标的包括Silicon Labs的电源/隔离、定时和广播产品,知识产权以及相关员工。这项收购是射频巨头Skyworks迈向多元化的重要一步。

与Skyworks的高调收购不同,Qorvo最近也进行了一次收购,只不过低调得多,被收购方是总部位于加州山景城的半导体新锐公司Nextinput,这是一家为人机界面(HMI)提供力感解决方案的公司。

5、国产射频

Skyworks在其2021年的年度财报中表示,由于国产化替代的因素来自中国的订单已经在减少,并且预计未来会继续减少。

从营收统计来看,2018年为卓胜微的一个分水岭,其2018年的营收5.6亿元,2019年营收猛增至15.12亿元,年增长170%,2020年营收为27.92亿元,年增长85%,2021年营收46.34亿元,年增长66%。

卓胜微业绩大增一方面是借助5G的东风,另一方面是由于产品结构的改变,以2021年上半年为例,来自射频模组的收入为6.62亿,年成长62127.17%。全年模组贡献营收为12.01亿元,年成长332%。

卓胜微之外,近期上市的唯捷创芯近两年也是业绩大增,唯捷创芯则主要深耕PA赛道,其2G与3G时代籍籍无名,4G时代一举超车成为国内PA龙头。唯捷创芯的技术和市场优势又继续保持到5G时代,根据其招股书中显示,其射频功率放大器模组产品已经应用于小米、OPPO、vivo等智能手机品牌公司以及华勤、龙旗、闻泰等ODM厂商。

近一年来,国产射频迎来一波上市潮,除了近期已经上市的唯捷创芯之外,上个月广州慧智微的IPO申请获科创板受理,好达电子审核状态也变更为提交注册,国博电子在上个月也通过了科创板注册。

中国射频前端产业的崛起,一方面是依靠中国这个庞大的制造与消费市场,另一方面,也和国产替代的大背景不无联系,所以才会看到在过去三年,不管全球射频前端景气度低迷或高涨,中国射频产业始终在高速增长。

过去两年,射频前端产业就像是热锅上的黄油,热得冒泡。但久晴必阴,久雨必晴,随着5G渗透率提升减速,以及通货膨胀等因素导致的手机增长放缓,射频产业的景气度还能维持多久呢?Skyworks最新一季度的财报显示,其营收同增14%,去年同期Skyworks的营收同增则是53%。

来源:雷峰网,全球半导体观察

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