中國5G驅(qū)動射頻和物聯(lián)網(wǎng)芯片行業(yè)市場發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢分析

中國5G驅(qū)動射頻和物聯(lián)網(wǎng)芯片行業(yè)市場發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢分析

一、5G驅(qū)動射頻和物聯(lián)網(wǎng)芯片量價齊升，泛射頻迎來市場機遇

5G商用已至，泛射頻迎來市場機遇。

射頻前端是通信設備關鍵底層技術，在聯(lián)網(wǎng)設備大規(guī)模增長趨勢下，射頻前端是成長最快最確定方向之一。

對于智能手機等通信終端設備，位于天線和射頻收發(fā)器之間的所有組件統(tǒng)稱為射頻前端。射頻前端是通信設備的核心，具有收發(fā)射頻信號的重要作用，并決定了通信質(zhì)量、信號功率、信號帶寬、網(wǎng)絡連接速度等諸多通信指標。以智能手機為代表，其蜂窩、藍牙、Wi-Fi、GPS、NFC等射頻前端模塊使得文字／語音／視頻通信、上網(wǎng)、高清音視頻、定位、文件傳輸、刷卡等應用得以實現(xiàn)。

射頻前端可按形態(tài)分為分立器件和射頻模組，也可按功能分為不同功能組件。

按功能不同，分立器件可分為濾波器、功率放大器(PA)、射頻開關、天線調(diào)諧、低噪放(LNA)、包絡芯片等。其中濾波器負責發(fā)射及接收信號的濾波；PA負責發(fā)射路徑的射頻信號放大；射頻開關負責接收、發(fā)射路徑之間的切換；天線調(diào)諧用于匹配阻抗以提升傳輸功率；LNA用于接收路徑中的小信號放大；包絡芯片用于控制電壓以最小化功耗。按集成度不同射頻模組可以分為低、中、高集成度模組，如高度模組包括PAMiD、LNADivFEM等。簡化的射頻前端示意圖

主要射頻前端芯片功能與工藝主要射頻模組功能與集成度

典型智能機包含6到數(shù)十個射頻模組或器件，但由于模組內(nèi)集成有大量器件，實際單機器件數(shù)可能多達50-100多個。目前中高端智能手機射頻前端ASP在14-28美元，濾波器、PA、射頻開關合占射頻前端單機價值9成。隨著MIMO升級和5G射頻前端重構，頻帶擁擠對前端線性度要求的提高，以及高功率對功耗要求的提高，天線調(diào)諧、LNA、包絡芯片的需求也迎來增長。典型中高端智能手機射頻前端所需的器件數(shù)量和單機價值

數(shù)據(jù)需求爆發(fā)、通信技術升級、終端設計創(chuàng)新等因素正推動射頻前端需求和價值的快速提升。根據(jù)IHS無線半導體競爭報告數(shù)據(jù)，過去7年手機射頻前端市場已從2010年的43億美元增長到2017年的134億美元，復合年均增長超過17.7%，增速是整個半導體市場的5倍。根據(jù)YOLE數(shù)據(jù)，2017年手機射頻前端市場為160億美元，預計到2023年增長到352億美元，未來6年復合增長率達14%，仍是半導體行業(yè)增長最快的子市場。射頻前端細分市場預測及其驅(qū)動因素（億美元）

二、射頻開關：頻段和調(diào)諧需求不斷提升，未來4年射頻開關市場有望翻倍

射頻開關是射頻前端中實現(xiàn)信號切換的關鍵，具有共用天線、節(jié)省成本等優(yōu)點。射頻開關通過控制邏輯連通多路信號中的任一路或幾路，實現(xiàn)接收與發(fā)射或者不同頻段信號的切換，以達到共用天線、節(jié)省成本的目的。射頻開關根據(jù)用途不同可分為移動通信傳導開關、WiFi開關、天線調(diào)諧開關等；根據(jù)刀數(shù)和擲數(shù)不同，可分為單刀單擲（SPST）、單刀雙擲（SPDT）、單刀多擲（SPNT）和多刀多擲（NPNT）開關。以單刀雙擲開關為例，其工作原理是：當控制端口加上正電壓時，連接端口1與端口3的電路導通，同時連接端口2與端口3的電路斷開；當控制端口加上零電壓時，連接端口1與端口3的電路斷開，同時連接端口2與端口3的電路導通。射頻開關是是射頻前端中實現(xiàn)信號切換的關鍵

射頻開關工作原理

高性能射頻開關應具有低插入損耗、高隔離度。射頻開關主要指標有工作頻率、工作帶寬、插入損耗、隔離度、功率容量等，其中插入損耗和隔離度是重要性能指標。插入損耗在發(fā)射端影響輸出功率，在接收端影響接收靈敏度，因此插入損耗越低越好。而對射頻開關的信道隔離能有效降低系統(tǒng)干擾，因此隔離度越高越好。隨著射頻前端復雜度的提高，射頻開關朝高性能方向發(fā)展，插入損耗可低至0.1dB以下，隔離度可高達幾十dB。根據(jù)Skyworks官網(wǎng)，其滿足高隔離低插損的開關產(chǎn)品共有58件。村田UltraCMOSPE42562、PE42582、PE42512開關可覆蓋9kHz-8GHz頻段范圍，具有極高隔離度和較低插損，且開關時間達到200納秒級別。射頻開關主要指標含義與最優(yōu)取值村田三種高擲數(shù)開關參數(shù)性能一覽表

隨著工藝技術的發(fā)展，SOI已替代GaAs成為當前射頻開關主流工藝。出于產(chǎn)品性能考慮，射頻開關最早采用GaAs工藝實現(xiàn)。而隨著SOI工藝改善，其襯底薄絕緣層可實現(xiàn)高擊穿電壓和低漏電流，進而能在寬頻范圍內(nèi)提供低插損、高線性，因此SOI射頻開關開始在中低性能應用場景下替代GaAs射頻開關，并且不斷向高性能方向擴展。時至今日，SOI已經(jīng)成為射頻開關主流工藝，其市場份額從2010年的不足20%，快速增長到2018年的96%。SOI基于標準硅基CMOS工藝發(fā)展而來，因此具有極佳的工藝兼容性和成本優(yōu)勢，具有可集成射頻開關、天線調(diào)諧、LNA、PA等器件的能力。除少數(shù)極端場景需使用MEMS工藝射頻開關以外，目前移動終端射頻開關以SOI工藝為主；并且由于SOI的性能適用于5G頻段，因此短期內(nèi)仍將保持主流。射頻開關工藝比較

頻段數(shù)量增加、金屬外殼滲透提升增加單機射頻開關需求，預計5G手機射頻開關單機用量將達12-18個。2011年智能手機支持的頻段不超過10個，2019年高端智能機支持的頻段接近40個，而未來5G手機有望支持70個甚至更多頻段數(shù)量，因此需要增加更多射頻開關用于信道切換。與此同時，智能手機現(xiàn)多采用手感和外觀更好的金屬外殼，一定程度造成對信號的屏蔽，因此需增加天線調(diào)諧開關用于提高信號接收能力。目前4G手機射頻開關單機用量為6-8個，預計5G手機單機用量將達到12-18個，單機用量翻倍增長。智能手機支持的單機頻段數(shù)量不斷增長

金屬外殼在智能手機的滲透率不斷提升

5G加速射頻開關需求增長，未來4年全球射頻開關市場有望翻倍。根據(jù)QYRElectronicsResearchCenter統(tǒng)計，2011年以來全球射頻開關市場持續(xù)增長，2018年全球市場規(guī)模16.54億美元，預計2023年市場將達35.6億美元，2018-2023年復合增長率達16.55%。而據(jù)我們測算，2019-2023年智能手機出貨量從16億增長到18億，射頻開關單機數(shù)量從6個增長到14個，平均單價從0.16美元降至0.12美元，對應市場將從2019年的15.4億美元增至2023年的30.2億美元，年均復合增速高達18%。射頻開關單機用量

全球射頻開關市場持續(xù)快速增長

美日廠商合占射頻開關市場近80%份額，卓勝微率先實現(xiàn)國產(chǎn)突破。

目前全球射頻芯片公司數(shù)量超1萬家，其中射頻開關公司有80多家。射頻開關龍頭公司包括美國的Skyworks、Qorvo、Broadcom和日本的Murata等，4家公司合計占據(jù)全球射頻開關市場份額的77%，其射頻開關產(chǎn)品覆蓋高端機型，比如蘋果iPhoneX/XSMax/XR、三星Galaxy系列、華為Mate系列等。卓勝微作為全球第五大、國內(nèi)第一大射頻開關公司，產(chǎn)品以中低端機型為主，目前已取得全球5%市場份額，率先實現(xiàn)國產(chǎn)突破；并且隨著與客戶合作的加深，其份額有望繼續(xù)擴大。主要射頻開關公司的營收排名和市占率射頻開關市場份額

部分國產(chǎn)廠商在射頻開關領域初具實力，但整體仍尚未形成規(guī)模。

相較其他射頻芯片，射頻開關是相對壁壘較低且競爭較為充分的市場。美日廠商在設計領域絕對領先，擁有最高性能的射頻開關產(chǎn)品和射頻模組能力，綜合實力雄厚。臺灣企業(yè)在晶圓代工、封裝測試等制造環(huán)節(jié)占據(jù)重要位置。大陸廠商由于和國際巨頭在技術、專利、工藝等方面存在差距，因此集中在設計領域，主要供應中低端SOI射頻開關產(chǎn)品，競爭壓力較大。國內(nèi)主要射頻開關公司概況

三、射頻LNA：2023年市場達18億美元，分散格局下國產(chǎn)公司有望提升份額

LNA是用于對接收信號功率放大的核心器件，廣泛用于手機等各類通信終端。

由于基站的發(fā)射功率有限，并且通信終端與基站之間存在一定距離，通常終端天線接收到的信號非常微弱，移動通信系統(tǒng)需要對終端天線接收到的信號放大以進行后續(xù)處理。一般放大器在放大信號的同時會引入噪聲，而LNA在放大接收信號的同時會盡量抑制噪聲，以實現(xiàn)更好通話質(zhì)量和更高傳輸速率，因此得到廣泛應用。

5G加速LNA需求增長，2023年全球LNA市場將達18億美元。據(jù)QYRElectronicsResearchCenter統(tǒng)計，2018年全球LNA收入為14.21億美元，連續(xù)多年保持增長。5G趨勢下手機頻段、信道和天線數(shù)量增多，而單個LNA能承載的頻率范圍有限，因此對LNA的需求大幅增加。單機用量方面，3G手機LNA單機用量1-2顆，4G手機LNA單機用量3-6顆，預計5G手機單機用量7-10顆。

我們認為，5G商用將推動全球LNA市場在2020年迎來增速高峰，預計2023年全球LNA市場有望達17.94億美元。射頻LNA單機用量

全球LNA市場持續(xù)穩(wěn)定增長

LNA市場格局分散，國產(chǎn)公司仍有較大提升空間。

LNA前五大龍頭Broadcom、ONSemiconductor、Infineon、TI、NXP的相關營收占全市場52%，遠低于射頻開關前五大公司營收占比的82%，市場格局較為分散。國產(chǎn)LNA公司目前也處于小而散狀態(tài)，以低端2/3G頻段市場為主，整體出貨規(guī)模較小，價格戰(zhàn)和市場競爭較為激烈。國產(chǎn)LNA廠商中，2017年卓勝微LNA芯片業(yè)務實現(xiàn)營收0.17億美元，市場份額僅有1.3%，提升空間巨大。另外，唯捷創(chuàng)新、國民飛驤和銳迪科等以射頻前端模塊產(chǎn)品提供為主，較少單獨供貨LNA產(chǎn)品。LNA市場份額

LNA公司營收排名和市占率國產(chǎn)LNA公司業(yè)務概況

四、MCU芯片：物聯(lián)網(wǎng)時代來臨，2022年MCU市場將破240億美元。

物聯(lián)網(wǎng)浪潮已來，終端微控制器愈發(fā)重要。在無線網(wǎng)絡持續(xù)拓展、通信技術不斷演進、產(chǎn)業(yè)鏈日趨成熟背景下，物聯(lián)網(wǎng)技術可支持的應用場景不斷增加，發(fā)展?jié)摿薮蟆８鶕?jù)Gartner預測，2020年全球聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)量將達到260億部，物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將達到1.9萬億元，并對社會生產(chǎn)、科技領域等產(chǎn)生深刻影響。微控制器（MCU）芯片是物聯(lián)網(wǎng)終端的控制節(jié)點，嵌入式應用的核心器件，因其高性能、低功耗、可編程、靈活性在消費電子、醫(yī)療電子、工業(yè)控制、汽車電子和通信等領域廣泛應用。物聯(lián)網(wǎng)浪潮來臨背景下，MCU的應用將更為關鍵。

創(chuàng)新應用驅(qū)動MCU需求上升，2022年全球市場將突破240億美元。受惠于嵌入式系統(tǒng)、傳感器以及物聯(lián)網(wǎng)終端應用熱潮，未來數(shù)年MCU市場和出貨將大幅增長。根據(jù)ICInsights數(shù)據(jù)，2018年MCU出貨量增長18%，市場規(guī)模增長11%，未來4年全球MCU市場年均復合增長7.2%，2022年有望突破240億美元。全球MCU各應用領域占比

全球MCU市場規(guī)模與增速

受益可穿戴設備、智能家居等消費級市場，物聯(lián)網(wǎng)MCU高速增長，2019年市場規(guī)模達28億美元。

根據(jù)通信遠近，物聯(lián)網(wǎng)無線通信主要分為兩類。

一類是Zigbee、WiFi、藍牙、Z-wave等短距離通信技術，主要應用于智能家居、智能醫(yī)療、可穿戴設備等領域；

另一類是LPWAN（低功耗廣域網(wǎng)）技術，包括NB-IoT、LoRA、Sigfox、eMTC等，主要應用于智慧城市、環(huán)境監(jiān)測、智能抄表等領域?，F(xiàn)階段Zigbee、WiFi、藍牙等短距離連接技術經(jīng)過10余年發(fā)展，應用廣泛且產(chǎn)業(yè)成熟度相對較高。廣域網(wǎng)通信技術近年來發(fā)展迅速，且未來在公用事業(yè)領域和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領域均具有廣闊的應用前景。

根據(jù)預測，針對連網(wǎng)汽車、可穿戴電子設備、建筑物自動化以及其他有關物聯(lián)網(wǎng)應用的MCU芯片市場將快速增長，預計2019年全球市場規(guī)模將達28億美元。物聯(lián)網(wǎng)MCU市場規(guī)模與增速

海外龍頭占據(jù)全球市場88%，頭部集中顯著。

2015年開始，為爭奪市場份額，布局強勁增長的物聯(lián)網(wǎng)市場，MCU廠商發(fā)生了數(shù)起大規(guī)模并購。2015年，NXP以118億美元收購飛思卡爾，完成在汽車電子領域的布局，市占率達19%，排名第一。2015年，Cypress以40億美元收購