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射频芯片十年龙虎斗

最新更新时间:2021-11-17
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远川科技评论近日从产业链人士处独家获悉,中芯集成电路(宁波)有限公司(以下简称“中芯宁波”)的全自主知识产权体声波谐振器工艺技术平台SASFR®,已支持多家设计公司实现射频前端中高频体声波滤波器(BAW)量产,客户产品性能已达到国内最优、业界先进水平,可开始向高端5G手机供货。

这标志着,此前据传被博通BAW滤波器卡脖子的华为5G手机,或许有了一线生机。

这也标志着,中国射频芯片行业在经历了十年的奋斗后,终于补上了最后一块短板。

射频,在芯片行业中是一个看起来不起眼、却位置尊崇的角色,它就像基带芯片的四肢,是实现手机通讯功能的核心执行者。

技术难度从低往高,这类芯片细分为:switch,即开关,选择信号通路;LNA,即低噪声放大器,接收微弱信号;PA,即功率放大器,把手机发出的微弱信号放大发射出去;filter,即滤波器,接收特定频段信号并过滤干扰信号,其中,SAW滤波器主要用于中低频段,BAW滤波器主要用于中高频段,尤其是5G通信场景。
中国射频芯片行业起步于十年前智能机爆发的历史性机遇,在天时、地利、人和共同作用之下,在switch、LNA,PA和滤波器领域,先后诞生了卓胜微、唯捷创芯和中芯宁波三个代表性企业,本文以此为样本,试图梳理中国射频芯片行业的发展脉络。

本文以公司为研究样本,分为三个部分:
1. 卓胜微:开局者的无限战争
2. 唯捷创芯:红海竞争的囚徒困境
3. 中芯宁波:抢占战略高位


开局者的无限战争


中国射频芯片的开局者,当属卓胜微,从一开始切入这个领域,到上市后一年一个台阶,可以说,在国内的射频玩家中,卓胜微一路打的都是“神仙仗”,是中国芯片工业史上绝佳的商业案例。

但是卓胜微的开局,却是十分惨淡。创始人许志翰早在2002年回国创业,在杭州中天微工作四年后创立卓胜微。成立伊始,公司选择进军地面电视和移动电视芯片领域,以失败告终。

最难的时候,公司从红杉等投资方那里融来的钱都烧光了,公司工资发不出来,他和另外两个合伙人每个月借100万,熬了将近一年,直到有新的投资人加入。这段时间,三个合伙人每个月只领8000元的工资。

许志翰反思后认为,客观原因是选择错误,对国内市场缺乏了解,不接地气。

其后,在智能机风潮中,卓胜微在射频芯片赛道中没有随大流选择当时看来技术更高、价值也更高的PA,而是选择了看似边缘化的switch和LNA。

这个选择马上验证了其正确性。2012年,苹果手机全球爆红,连带着把传统的射频芯片大厂Skyworks、英飞凌、Qorvo等厂商的产能都给占了,三星等安卓厂商根本没有射频芯片可用。

几毛钱的射频芯片,这时拿捏住几千元手机的命门。相比于欧美传统IDM,卓胜微是典型的Fabless,只负责设计,将制造外包给晶圆代工厂,这个经营模式灵活,能够快速上线当期盈利能力强的产品。卓胜微拿到三星的订单,找到台积电联合研发出基于RF CMOS工艺的GPS LNA,满足了三星无数严苛的供应链要求,解了三星的燃眉之急,一举在严密的韩国电子供应链站稳脚跟。此后,不断有眼红的中国公司前来挑战这一位置,但无一例外归于失败。

掌握了switch和LNA的核心know-how,卓胜微乘胜追击,先后进入小米、vivo、华为和oppo的供应链。安卓阵营的主要玩家,撑起了卓胜微在射频芯片的国际地位。

但是,当卓胜微在switch领域做到全球第五,再想前进一个位次,就是老牌的国际射频大厂,而做PA,那时竞争已经太惨烈。因此,在2019年上市时,卓胜微明智的选择了用募投资金去做滤波器、射频模组和工厂,其后的一轮定增也沿着这个思路继续布局。

总的来说,卓胜微在相当一段时间内,起到了射频芯片领头羊的角色,开局很难,但一路升级打怪,由低往高打,创造了芯片工业史上少有的奇迹,总能令人刮目相看。不过,要继续往上走,就还有很难的仗要打。

红海竞争的囚徒困境


2019年,当卓胜微上市的时候,中国的PA行业终于角逐出了一个被联发科选定的参与者:唯捷创芯。

说到唯捷创芯,就不得不提颇具传奇色彩的创始人荣秀丽。她2002年创办天宇手机,5年间将其打造为国产手机第一品牌,一时风头无两。但好景不长,天语很快被智能机的一众玩家击溃。手机是越来越难搞了,但荣秀丽嗅到了另一个机遇——射频芯片,于是在2010年成立唯捷创芯,扎进了当时中国的PA芯片设计大潮里。

凭借继承自老牌射频芯片大厂RFMD的研发人员,以及灵敏的商业嗅觉,唯捷创芯在国产PA中一马当先,带着头和中国台湾地区的竞争对手络达打起了价格战。两方你来我往,都是做亏本买卖,最后络达的股东——手机SoC芯片厂商联发科受不了,决定终结这场战争。2019年4月,联发科战略投资唯捷创芯并成为大股东,同时解散络达旗下PA部门。

联发科这一举动,基本宣告了唯捷创芯在PA市场中的胜利。对于联发科这种大芯片公司来说,市场较小、但仍需大量投入的周边芯片,如射频芯片等,投入产出比低,对巨头们来说,自研并不划算。所以,一般的玩法,是像养蛊一样培植一批小公司,死了就死了,胜出的吃一点肉,用这种办法,能够筛选出最有竞争力的公司,享受赢家通吃的红利。借着在大陆手机公司极强的号召力,联发科又为唯捷创芯招来华米OV这四家整机厂的投资,从而实现与其供应链的强绑定。

虽说如此,唯捷创芯的主营业务——4G PA的毛利率却只有20%左右,远低于卓胜微switch和LNA的50%。

技术难度与毛利率竟然反着来,这背后有三个原因:

一,对代工端和封测端没有议价权。作为Fabless公司,唯捷创芯产品的原料成本劣势不可避免地被攥在了晶圆代工厂的手里,PA用GaAs(砷化镓)工艺,晶圆主要从中国台湾地区厂商稳懋采购,占了总采购成本的四分之一以上,而且GaAs不具有硅基的优势,成本一时半会降不下来。同时,大陆PA的封测供应商集中在长电、苏州日月新等少数厂家。对于制造、封测两个大头,唯捷的议价能力差。

二,PA模组化意味着射频采购短板。在手机小型化、轻薄化的趋势下,主机厂更愿意在中高端产品中采用高集成度模组,最好是集成了滤波器,但滤波器偏偏研发难度最大,唯捷创芯的核心优势不在于此,因而只能外部采购,如此便要受制于人。

三,国产PA厂商已有六七家之多,价格战停不下来。

为了突破毛利率困境,唯捷创芯有两个举措:

一,往5G高端产品做。2021年上半年,唯捷创芯5G PA模组占总营收的比重,从去年的10%提升到了25%,5G PA模组毛利率超过40%,是成熟产品4G PA模组的近两倍。

二,完善测试端布局。随着高端5G产品出货占比增加,通用测试设备难以满足要求,同时成本抬升、挤占利润空间。因此,唯捷创芯计划将一半以上的上市募投资金投入到测试业务线中。

抢占战略高位


在国内公司先后攻克switch、LNA和PA后,滤波器成为摆在中国射频芯片业的最后一关。国内能够做中低端SAW滤波器的厂商不在少数,甚至已经开打价格战。但是适用于5G高频段的BAW滤波器,则是凤毛麟角。

简单来说,高端BAW滤波器面临三大难关:

一,要求工厂能力很强,搞出来设计,但是国内没人帮着造出来,便只是纸上谈兵,造一个晶圆厂是需要很多禀赋的;二,专利墙,博通、Qorvo两大美商垄断了这一领域,新进入者几乎无法触碰这一禁脔,只要一碰便是大棒;三,没有使用者,5G市场刚开始发展,BAW滤波器极为关键,只要美国公司还在供,国内整机公司便缺乏应用的动力。

面对三大难关,中芯宁波开始了尝试。

这里要先介绍一下背景,首先说中芯宁波创始人黄河,他早在2002年回国加入中芯国际,是早期跟随张汝京创业的元老之一。现在我们看到的中芯被赋予了追逐制程的使命,但其实一直以来,当年张汝京创建的团队是各有所长的,重要的芯片产品线均有布局,其中就包括黄河从事的特种工艺。

2016年,中芯宁波成立,黄河带着几十名核心人员迁居宁波,主攻高压模拟、光电集成等产品,8英寸N1产线早于2018年11月投产。身处长三角,中芯宁波的主营产品本来就有广阔的市场前景。到了2019年,面对美国的打压,华为开始自救,大量国产芯片公司迎来市场机遇,黄河敏锐地发现其中的机遇,决定上马BAW射频芯片产品。

首先,对于在国内晶圆代工界战斗了十几年的团队来说,建厂和工艺是一贯的优势。2019年开始,中芯宁波快速覆盖了BAW滤波器从晶圆制造到封装测试的全流程,良率和可靠性快速提升。

真正难的在于两点:一,如何做出一个干净的、没有专利纠纷的芯片;二,如何大批量进入5G市场。

针对专利问题,中芯宁波独辟蹊径,避开传统的技术路线,在BAW滤波器的核心难点薄膜工艺结构和谐振器器件设计上创新,开发了具备全自主知识产权的SASFR工艺技术平台。在此期间,公司研发投入从不到一个亿上升到今年接近4亿元,申请专利总量也达到700件,现在公司约800名职工,算下来几乎是人均一件。

针对市场拓展问题,中芯宁波选择了一条明智的道路:培育生态。一般来说,晶圆代工厂与下游的终端厂商还是有较长的距离,许多事情自己下场干是忙不过来的,但是国内BAW滤波器设计业基础孱弱。

于是,中芯宁波搭建了一个在国内极具特色的商业模式——特种晶圆代工加设计服务,大力扶持新兴的芯片设计公司,其中就包括今年刚成立的主攻BAW滤波器设计的新声半导体,双方合作无间,短时间内迅速达成量产里程碑。

至此,围绕国内几近空白的BAW滤波器,中芯宁波构筑起了两个核心壁垒:一个是制造工艺上的全流程突破,一个是严守代工边界,以设计服务吸引新选手做大生态。

可以说,站在现在的时点上,任何一家实现BAW滤波器自主量产的国内芯片公司,一上来就把最硬的骨头啃下来,注定要站在射频芯片行业极高的战略位置上,主机厂的产品验证,只是一个时间的问题,一旦放量,其营收曲线将会非常陡峭。

尾声


十年前,中国的射频芯片行业几乎是一片空白,智能机爆发的时代机遇,吸引了一群国内选手。这十年是国内射频物种爆发的“寒武纪”时代,尽管他们在早期十分坎坷,但到了今天已经有很多选手修成正果。

总结这十年,中国射频芯片可以分为三个阶段:

一,找市场。放在十年前,国产手机厂是断然不敢用国产射频芯片的,因为这个小物件直接决定着手机通讯功能正常与否,用新选手的产品,对于采购负责人可能是致命的,没人敢用乌纱帽打赌。没办法,国产芯片根本没人要,国内的射频选手反而在三星那里找到了入场券,不过,这一阶段,卖的只是最便宜的品类——LNA和switch。

二,国产化替代。华为事件敲响了警钟,这个中国最强的主机厂开始了大规模国产芯片验证,小米OV跟在后面,胆子也大了起来。这一阶段,射频芯片有更多品类完成国产化替代,大批PA公司涌现。

三,解决卡脖子元器件难题,完成全面布局。在这一阶段,关系5G推广的滤波器成为兵家必争之地,尤其是被博通拿捏的死死的BAW滤波器,成为华为5G手机的阿喀琉斯之踵。不仅如此,随着射频芯片的集成度越来越高,能否集成进难度最高的射频器件——滤波器,成了最大的难题,谁能解决滤波器,谁就站在了射频产业的制高点。

经历三个阶段,中国射频芯片行业逐渐形成气候。但有一个隐忧需要注意:

人才挖角带来挤兑式竞争。

当下,国内各射频厂商多为设计商,还没有一家能够形成全系列射频产品,而且他们几乎是共用极为有限的几家代工和封测厂商,其中最为核心的代工厂商还都在大陆地区之外。

这样的产业生态,相比于国外几大家全面整合的IDM,竞争起来是非常弱势的,更难以承受人才挖角大战。

因为,射频芯片产业成功的关键,在于成百上千位工程师紧密协作的连续性know-how,这里面有三点很关键:1、首先是上百号人;2、然后是上下游产业链紧密协作,大家都在一块搞研发;3、长时间的连续研发,know-how没有中断。如果只是有许多研发人员不足百的小公司、人才四处分散、每家公司的工程师平均工龄都很短,肯定无法成事。

在这个背景下,中国需要更多能够担当得起制造能力建设和生态搭建的有责任感的射频选手。

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