去年10月，有消息稱華為將部分手機(jī)PA（功率放大器，用于射頻前端）的代工訂單交給了本土一家知名的化合物半導(dǎo)體制造企業(yè)，引起了業(yè)內(nèi)關(guān)注。不過(guò)，總體來(lái)看，華為的手機(jī)PA大部分還是外購(gòu)于美國(guó)的射頻芯片三巨頭，而且晶圓代工業(yè)務(wù)主要交給中國(guó)臺(tái)灣的穩(wěn)懋，華為自研的PA還處于成長(zhǎng)階段，無(wú)論是成熟度，還是數(shù)量，目前都難以滿足其巨大的手機(jī)出貨需求。

進(jìn)入2020年以后，全球半導(dǎo)體業(yè)迎來(lái)了復(fù)蘇，人們都期待盡快從2019年的低迷狀態(tài)中走出來(lái)，但是，突如其來(lái)的新冠肺炎疫情打破了產(chǎn)業(yè)發(fā)展節(jié)奏，電子半導(dǎo)體業(yè)開工率普遍不足，雖然芯片元器件市場(chǎng)需求也受到了影響，但相對(duì)于不足的產(chǎn)能來(lái)說(shuō)，總體需求依然是旺盛的。但在手機(jī)這個(gè)大宗市場(chǎng)，由于受疫情影響，消費(fèi)者最近的購(gòu)買欲下降，使得手機(jī)訂單同比明顯減少，這也就影響到了上游的芯片需求，影響了多家以手機(jī)芯片為主業(yè)的廠商商機(jī)。

華為也不例外，受疫情影響，其手機(jī)芯片需求量在目前這段時(shí)間內(nèi)減少了。

與此同時(shí)，最近有消息稱，雖然手機(jī)芯片訂單量減少了，但華為用于基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，特別是4G和5G基站的相關(guān)芯片訂單量明顯增加了，包括PA、網(wǎng)絡(luò)處理器、網(wǎng)通芯片等等。這其中，基站用PA備受關(guān)注，原因在于，其技術(shù)含量較高，主要以進(jìn)口為主，同時(shí)又處于國(guó)產(chǎn)替代呼聲頗高的這一時(shí)段，另外，從技術(shù)角度看，PA，特別是基站用PA，正處于技術(shù)和制造工藝迭代時(shí)期，新工藝GaN正在逐步占領(lǐng)市場(chǎng)，受到的關(guān)注度也越來(lái)越高。

市場(chǎng)容量與日俱增

5G對(duì)于設(shè)備性能和功率效率提出了更高的要求，特別是在基站端，基站數(shù)量和單個(gè)基站成本雙雙上漲，這將會(huì)帶來(lái)市場(chǎng)空間的巨大增長(zhǎng)。依據(jù)蜂窩通信理論計(jì)算，要達(dá)到相同的覆蓋率，估計(jì)中國(guó)5G宏基站數(shù)量要達(dá)到約500萬(wàn)個(gè)。2021年全球5G宏基站PA和濾波器市場(chǎng)將達(dá)到243.1億元人民幣，年均復(fù)合增長(zhǎng)率CAGR為162.31%，2021年全球4G和5G小基站射頻器件市場(chǎng)將達(dá)到21.54億元人民幣，CAGR為140.61%。

由于基站越來(lái)越多地用到了多天線MIMO技術(shù)，這對(duì)PA提出了更多需求。預(yù)計(jì)到2022年，4G/ 5G基礎(chǔ)用的射頻半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到16億美元，其中，MIMO PA的年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到135%，射頻前端模塊的年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到 119%。

相對(duì)于4G，5G基站用到的PA數(shù)會(huì)加倍增長(zhǎng)。4G基站采用4T4R方案，按照三個(gè)扇區(qū)，對(duì)應(yīng)的射頻PA需求量為12個(gè)，5G基站中，預(yù)計(jì)64T64R將成為主流方案，對(duì)應(yīng)的PA需求量高達(dá)192個(gè)。

功耗問(wèn)題待解決

雖然，5G發(fā)展前景可期，但相關(guān)技術(shù)依然未達(dá)到成熟水平，特別是功耗問(wèn)題，無(wú)論是基站，還是手機(jī)端，都存在這個(gè)問(wèn)題，這也是蘋果依然沒(méi)有推出5G手機(jī)的一個(gè)重要原因。

特別是基站，目前來(lái)看功耗比4G高出不少，而在所有耗電的芯片元器件當(dāng)中，PA是大戶。因?yàn)樯漕l信號(hào)功率很小，只有經(jīng)過(guò)PA放大獲得足夠的射頻功率后，才能饋送到天線并發(fā)射出去，因此，PA是基站發(fā)射系統(tǒng)的重要器件。與此同時(shí)，PA也是最耗電、效率較低的器件，有統(tǒng)計(jì)顯示，約一半的基站功率消耗在了PA上。

然而，宏基站和小基站之間的功耗又有非常明顯的區(qū)別：與宏基站相比，小基站的覆蓋范圍小，發(fā)射功率低，PA非線性失真較小，PA功耗占比也較小，甚至可能不需要DPD等技術(shù)來(lái)進(jìn)行預(yù)失真處理。因此，對(duì)應(yīng)不同的基站，特別是5G基站的需求，PA有更多的產(chǎn)品路線可走，未來(lái)的商機(jī)也多了起來(lái)。

GaN替代LDMOS

基站用PA市場(chǎng)空間巨大，但其性能和功率效率問(wèn)題亟待解決。在這樣的背景下，新工藝技術(shù)替代傳統(tǒng)工藝早已被提上了議事日程。

目前的PA市場(chǎng)，包括基站和手機(jī)端用的，制造工藝主要包括傳統(tǒng)的LDMOS、GaAs，以及新興的GaN。而在基站端，傳統(tǒng)LDMOS工藝用的更多，但是，LDMOS 技術(shù)適用于低頻段，在高頻應(yīng)用領(lǐng)域存在局限性。而為了適應(yīng)5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)性能和功率效率的需求，越來(lái)越多地應(yīng)用到了GaN，它能較好地適用于大規(guī)模MIMO。

GaN具有優(yōu)異的高功率密度和高頻特性。GaAs擁有微波頻率和5V至7V的工作電壓，多年來(lái)一直廣泛應(yīng)用于PA。硅基LDMOS技術(shù)的工作電壓為28V，已經(jīng)在電信領(lǐng)域使用了許多年，但其主要在4GHz以下頻率發(fā)揮作用，在寬帶應(yīng)用中的使用并不廣泛。相比之下，GaN的工作電壓為28V至50V，具有更高的功率密度和截止頻率，在MIMO應(yīng)用中，可實(shí)現(xiàn)高整合性解決方案。

在宏基站PA應(yīng)用中，GaN憑借高頻、高輸出功率的優(yōu)勢(shì)，正在逐漸取代LDMOS；在小基站中，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)仍然以GaAs工藝為主，這是因?yàn)樗邆淇煽啃院透咝詢r(jià)比的優(yōu)勢(shì)，但隨著GaN器件成本的降低和技術(shù)的提高，GaN PA有望在小基站應(yīng)用中逐步拓展。

在手機(jī)端，射頻前端PA還是以GaAs工藝為主，短期內(nèi)還看不到GaN的機(jī)會(huì)，主要原因是成本和高電壓特性，這在手機(jī)內(nèi)難以接受。

總之，很可能大部分6GHz以下宏基站應(yīng)用都將采用基于GaN工藝的PA，5G網(wǎng)絡(luò)采用的頻段更高，穿透力與覆蓋范圍將比4G更差，因此，小基站將在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中扮演很重要的角色。不過(guò)，由于小基站不需要如此高的功率，GaAs等現(xiàn)有技術(shù)仍有其優(yōu)勢(shì)。而傳統(tǒng)的LDMOS工藝在基站用PA市場(chǎng)的份額將逐年減少，很可能在不久的將來(lái)退出歷史舞臺(tái)。

各顯神通

目前，國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)和生產(chǎn)基站射頻PA的廠商（包括IDM、Foundry和Fabless）大概有20幾家，并不算很多，其中有代表性的IDM包括Qorvo、英飛凌、NXP、Cree、日本住友、ADI、MACOM，以及我國(guó)大陸地區(qū)的三安光電、海特高新（海威華芯）、蘇州能訊和英諾賽科等，有代表性的Foundry包括穩(wěn)懋和GCS。

在IDM當(dāng)中，英飛凌和NXP是做基站PA的老資格企業(yè)，他們都是以LDMOS工藝技術(shù)起家的。NXP的業(yè)務(wù)又包括兩部分，一是其原有的業(yè)務(wù)板塊RF Power，另外就是收購(gòu)Freescale后得到了相關(guān)資產(chǎn)。

隨著技術(shù)的迭代和市場(chǎng)需求的變化，GaN工藝開始走上歷史舞臺(tái)，在這種情況下，2015年，NXP把RF Power賣給了中國(guó)資本，后來(lái)，英飛凌將其RF部門出售給了Cree，這也在一定程度上說(shuō)明LDMOS在走下坡路，更多地用于中低端市場(chǎng)，高端則迎來(lái)了GaN時(shí)代，而原Freescale的相關(guān)部門正是做GaN的。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，有越來(lái)越多的廠商加入了競(jìng)爭(zhēng)行列。

Cree主要由其子公司W(wǎng)olfspeed經(jīng)營(yíng) RF 業(yè)務(wù)。2018 年，Cree收購(gòu)了英飛凌的RF部門， 該部門主要設(shè)計(jì)制造LDMOS放大器，同時(shí)擁有GaN-SiC/Si器件生產(chǎn)能力。收購(gòu)?fù)瓿珊?，Cree成為了全球最大的GaN射頻器件供應(yīng)商。Cree除為自家生產(chǎn)GaN射頻器件外，還向外提供GaN代工生產(chǎn)服務(wù)。

而Qorvo在GaAs的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展了GaN-on-SiC；MACOM則看好GaN-ON-Si工藝。

在Fabless當(dāng)中，最受關(guān)注的莫過(guò)于華為海思了。該公司早些年就投入了PA（包括手機(jī)和基站）的研發(fā)工作，并取得了一定進(jìn)展。特別是在基站端，該公司布局較早，因?yàn)楫?dāng)時(shí)華為就意識(shí)到了LDMOS在走下坡路，所以把自研的重點(diǎn)放在了GaN上，從2016年開始，華為基于LDMOS工藝的基站PA出貨就僅限于4G市場(chǎng)，其高端客戶，如歐洲3.5G高頻段的基站PA大都采用日本住友的GaN產(chǎn)品了。因此，無(wú)論是自研，還是外購(gòu)，華為的基站PA布局較早，高低端都有規(guī)劃，具有一定的技術(shù)儲(chǔ)備。

但是，對(duì)于華為巨大的基站和手機(jī)PA用量來(lái)說(shuō)，其自研的PA還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠用，依然以外購(gòu)為主，而在當(dāng)下貿(mào)易限制的大背景下，華為正在加大來(lái)自日本和中國(guó)本土的PA供應(yīng)量。

結(jié)語(yǔ)

基站用PA的數(shù)量和質(zhì)量都在提升，市場(chǎng)需求旺盛，特別是GaN工藝，已經(jīng)勢(shì)不可擋。有統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)5G宏基站使用的PA數(shù)量在2019年達(dá)到1843.2萬(wàn)個(gè)，今年有望達(dá)到7372.8萬(wàn)個(gè)，而在2019年，采用GaN工藝的占比已經(jīng)和LDMOS持平，各50%，今年，基于GaN工藝的基站PA占比將達(dá)到58%，從而超過(guò)LDMOS的。

在這樣的背景下，華為加大基站PA的自研力度和采購(gòu)數(shù)量，無(wú)疑會(huì)為GaN的發(fā)展再添一把火。
責(zé)任編輯：tzh