5G将至,射频前端需求猛增,国产替代需求强烈

    2020-04-08 15:35
    头豹研报

    2020年中国手机射频前端芯片行业概览

    2022-03-02

    全文字数:3443字,精读时间:8分钟



    5G换机潮来临,5G手机加速渗透带动射频前端市场高增长

    射频前端是移动通信设备的核心,其性能直接决定了移动通讯设备可支持的通信模式,以及接收信号的强度、通话稳定性、发射功率等核心性能指标。在5G智能手机和物联网无线连接设备双轮驱动下,射频前端的需求和价值快速提升,全球射频前端市场规模有望在2024年达297.4亿美元,不同的射频前端器件存在结构性增长机会。

    射频前端定义、功能及基本架构

    随着互联网的发展,功能手机逐渐发展为具备实现联网功能的智能手机。除了归功于手机应用处理器、各种传感器等技术提升之外,可实现更高接入宽带和结构集成程度更高的无线通信系统是智能手机等移动通信设备快速发展的关键。射频前端(Radio Frequency Front End,RFFE)是天线与射频收发模块间实现射频信号传输、转换、处理的核心部件。

    射频前端有两大功能,(1)在信号发射过程中,其将二进制数字信号转换成高频率的无线电磁波信号;(2)在信号接收过程中,其将电磁波信号转换成二进制数字信号。射频前端的性能直接决定了移动通讯设备可支持的通信模式,以及接收信号的强度、通话稳定性、发射功率等核心性能指标,会对终端用户体验感产生直接影响。

    按照形态不同,射频前端可分为射频前端器件与射频模块,射频前端器件主要包括开关(Switch)、滤波器(Filter)、双工器(Duplexer)、功率放大器(Power Amplifier,PA)、低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)等。射频前端模块是将两个或多个射频器件封装成一枚芯片,如把开关和滤波器进行集成,形成一个FEM模块。

    射频前端的信号传输路径分为发射通道和接收通道,(1)发射通道路径为“基带芯片-射频收发模块-开关-PA-滤波器/双工器-开关-天线-信号”;(2)接收通道路径为“信号-天线-开关-滤波器/双工器-LNA-开关-射频收发模块-基带芯片”。

    5G时代带来智能手机换机潮,推动全球射频前端市场规模提升

    伴随数据需求爆发,通信技术升级,5G频段增加,移动设备的更新换代,射频前端的需求和价值快速上升,推动行业市场规模扩张。2015年-2019年,全球射频前端市场规模(按销售额)从101.3亿美元增长至169.6亿美元,年复合增长率达13.8%未来五年,在5G智能手机和物联网无线连接设备的双轮驱动下,全球射频前端市场规模将会进一步提高。受益于中国消费电子的蓬勃发展,中国是射频前端产品消费大国,但目前中国射频前端行业主要被美国和日本企业占据,中国本土射频前端企业出货量低,占中国市场份额不及5%,本土射频前端产品供应缺口大,国产替代空间广阔。

    全球射频前端产业链较为成熟,海外IDM厂商先发优势显著,具有较强竞争优势,中国本土厂商通过Fabless模式快速切入各个射频前端细分领域

    射频前端行业产业链分为三个环节。产业链上游参与主体为射频元器件供应商,包括滤波器、PA、开关、LNA等供应厂商;产业链中游参与主体是射频前端模块企业;产业链下游参与者为终端设备集成商,主要涉及手机、平板电脑、智能穿戴等消费电子设备领域。

    (1)    产业链上游:射频前端模组是由不同的射频元件集合封装而成,因此射频前端元件的性能、市场发展驱动力、供应商数量、价格等因素将影响射频前端模组的发展。根据卓胜微招股说明书数据显示,在目前射频前端器件市场规模中,滤波器占比约54%(其中SAW滤波器占比约40%,BAW占比约14%),功率放大器占比约34%,开关占比约7%,LNA占比约2%。现阶段,全球射频前端器件市场主要被Skyworks、Broadcom、Qorvo等海外企业所占据,各射频前端器件领域的市场集中度高。另外,虽然整体射频前端市场将会迎来高增长,但不同的射频前端器件存在结构性增长机会,增长速度将会是“滤波器>LNA>开关>PA”,主要原因是滤波器与通信频段数量成正相关,因此5G通信频段的增加将会推动滤波器的用量;然而由于PA带宽较宽,多个频段可共用一个PA,如采用多模多频PA(MMMBPA),因此其数量上升相对缓慢。

    (2)    产业链下游:射频前端作为移动设备的通信核心,可应用于智能手机、功能手机、平板电脑、手提电脑、智能手表、物联网等多个领域,其中目前智能手机应用占比高达90%2019年,全球智能手机市场销售量接近14亿部,前五大的手机厂商为三星、华为、苹果、小米、OPPO,其分别市场份额为21.6%、17.6%、13.9%、9.2%、8.3%。其中,2019年中国华为、小米、OPPO三家手机厂商的智能手机销售量占全球的35%,意味着中国智能手机厂商对射频前端的需求量大。

    通信技术升级,驱动射频前端用量与价值提升

    随着通信技术从2G发展至5G,通信频段数目逐步增加(从2G的4个频段上升到5G的50余个频段)。为了提高智能手机对不同通信制式的兼容能力,5G智能手机所需要的射频前端器件或模组数量将显著上升,推动射频前端市场迎来大规模增长。

    从射频前端用量与价值来看:从2G到4G,单机射频前端价值量增长超10倍;从4G到5G,单机射频前端价值量增长有望超3倍。(1)2G手机:射频前端结构简单,仅需单个PA、滤波器、开关即可运行,平均成本约为0.7美元;(2)3G手机:增加接收分集线路,射频前端元件数量相应地增加,平均成本约为2.6美元;(3)4G手机:频段数量显著增加,需要更多射频前端元件,平均成本约为11.8美元;(4)5G手机:频段升至6GHz及毫米波高频段,需要更多与更高性能的射频前端元件,平均成本预计约为35美元。

    手机射频前端数量增加与手机内部空间日益趋紧的矛盾,倒逼射频前端向集成化、模块化发展

    随着通信制式升级,通信频段的增加,智能手机射频器件数量和种类不断提升(以5G手机为例,根据Skyworks的资料表明,5G手机滤波器达70个,CA载波聚合达200个,开关为30个),导致手机射频前端在构架、设计、制造等方面的复杂度大幅上升。同时,伴随手机往轻薄化、长续航、更多功能组件等方面发展,手机主板留给射频前端的空间逐渐减少,目前大部分旗舰机仅有10-15%的空间用于射频前端。因此,在手机内部空间日益吃紧的背景下,为了满足智能手机对高性能的射频前端需求,射频前端往集成化、模块化发展是必然趋势。

    全球射频前端市场集中度高,由美国和日本企业占主导地位

    射频前端属于技术密集型制造业,设计与制造工艺复杂,门槛极高。现阶段,全球射频前端市场集中度高,由美国和日本企业占主导地位,占据超90%全球市场份额。根据企业市场占有率划分,全球射频前端市场可分为三个梯队:

    (1)第一梯队:以美国企业为主,布局中高端市场,包括Skyworks(美国)、Qorvo(美国)、Broadcom(美国)、Murata(日本)四大IDM企业,共占据全球85%的市场份额。该四大企业拥有较高的市场占有率的原因是IDM企业具备不同射频器件完整设计、制造技术与整合能力,且可提供射频前端整体解决方案,帮助终端厂商降低开发难度和缩短产品开发周期,受到众多终端厂商的青睐;

    (2)第二梯队:以日本企业为主,布局中高端市场,其中TDK、Taiyo Yuden为第二梯队领先企业,约占5%全球射频行业市场份额;

    (3)第三梯队:以中、韩企业为主,布局低端市场,目前出货量不高,市场占有率小,其中,韩国企业以三星为主导,中国企业包括华为海思、联发科、紫光展锐、唯捷创芯等。中国企业与美、日系企业在技术、专利、制造工艺等方面形成一定差距。

    深度见解:技术迭代引领企业创新突破

    目前中国射频前端产品主要依赖海外供应商,中国政府高度重视半导体、芯片的贸易逆差及其带来的安全隐患问题。射频前端作为通信领域关键应用,国产化替代需求强烈。此外,受到中兴事件、华为事件影响,下游终端厂商开始逐渐将供应链转向国内,加速对中国本土射频前端供应商的验证进展。中国本土射频前端行业参与者以IC设计企业为主,随着国产手机品牌的飞速发展,华为海思、紫光展锐已在部分射频前端产品中实现进口替代。部分中国企业在射频前端细分领域(如不同类型的滤波器、PA、双工器等)深根细作,通过提升产品性能增强企业核心竞争力。


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