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图表1:
手机通信系统结构示意图
除通信系统以外,手持设备中的无线连接系统(Wi-Fi、GPS、Bluetooth、FM和
NFC等)对射频前端芯片也有较强的需求,如图2所示。
图表2:
移动终端无线连接系统中射频前端芯片示意图
1.2、从“五模十七频”说起,回溯2G到4G手机频段发展
在4G普及的过程中,“五模十三频”、“五模十七频”等概念成为高端手机芯片的重要标志,也成为手机厂商重要的宣传热点。
这并非是简单的营销噱头,而体现了智能手机兼容不同通信制式的能力,是手机通信性能的核心竞争力指标。
在过去的十年间,手机通信行业经历了从2G(GSM/CDMA)、2.5G(Edge)到3G
(WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA),再到4G(FDD-LTE/TD-LTE)两次重大产业升级。
伴随4G时代而来的是手机使用频段的指数级增长,图3给出了到目前为止3GPP公布的E-UTRA(EvolvedUniversalTerrestrialRadioAccess,演进的陆地无线接口)全部的频段分布:
其中,GSM使用的频段为Band2/3/5/8,W-CDMA使用的频段为Band1/2/5,TD-SCDMA使用的频段为Band34/38,TD-LTE使用的频段为Band34/38/39/40/41,FDD-LTE使用的频段为Band1/3/4/7/17/20。
通常来说,4G手机必须兼容2G和3G,同时,由于全球分配的LTE频谱众多而且离散,为满足国际漫游的需求,手机终端需要支持更多的频段,从而催生了“五模十三频”、“五模十七频”等概念,具备这种功能的手机真正可以实现“一机在手,走遍全球”。
图表3:
E-UTRA目前使用频段汇总
1.3、2G到4G,射频前端芯片数量和价值均明显增长
手机芯片向多模方向发展以及支持频段数量指数性增加是手机射频前端模块数量
快速增长的主要驱动因素。
观察2G到4G射频前端解决方案的三幅示意图,可以形成
两点直观感受:
1,射频前端芯片数量不断增长;
2,射频前端系统复杂度不断提高。
图4是2G功能手机(FeaturePhone)的典型射频前端解决方案,主要的射频前端芯片有:
1个功率放大器模块(PA),2个发射低通滤波器(LPF),2个接收滤波器
(SawFilter),1个SP6T开关。
其中,功率放大器、LPFFilter和SP6TSwitch被集成到一颗PAModule里。
图表4:
2G射频前端解决方案示意图
图表5:
是3G手机(WCDMA)的典型射频前端解决方案,主要的射频前端芯片在2G方案的基础上,增加了2组PAModule和4组双工器(Duplexer)。
图53G射频前端解决方案示意图
图6是4GLTE手机典型射频前端解决方案,支持“五模十二频”,可以看到,在4G
时代,射频前端芯片不仅在数量上产生指数级增长,在设计复杂度上更是大大提高。
主要的射频前端芯片有:
1个集成频段选择开关的多模功率放大器(MMPA),4个
PAModule,3个Duplexer/Multiplexer,6个接收/发射Filter,1个用于TD-LTE模式的S1P2开关,分别用于高频、低频和分集电路的3个天线开关模块,1个接收分集滤波器。
图表6:
4G射频前端解决方案示意图
表1整理了2G至4G射频前端解决方案中器件的数量,可以看到,4G方案的射频前端芯片数量相比2G方案和3G方案有了明显的增长。
印证了我们对手机射频前端芯片的数量随着支持频段数量的增加而指数级递增的推论。
表格1:
2G至4G射频前端解决方案中器件的数量比较
从图4至6还可以看出,4G网络在终端设备上采用的先进技术,如接收分集和载波聚合,同样是射频前端芯片数量增加的重要驱动因素。
接收分集利用多个接收通路,接收相关性很小的载有同一消息的信号,并通过合并技术将各支路信号合并输出,从而减轻衰落在信号传输过程中的不良影响,提高接收灵敏度。
载波聚合技术则是将不同频率的载波聚合在一起,实现带宽的成倍提高,最终实现传输速度的成倍提高,它的普及催生了更多子频段的应用。
从更为直观的角度观察,图7给出了手机射频前端模块从2G到4G演进过程中价格和出货量的变化数据。
目前,高端4G智能手机中射频前端模块的价格合计已经达到16.25美元,中高端4G产品也有7.25美元。
相比2G手机的0.80美元和3G手机的3.25美元,射频前端模块的单位产值有了几倍、几十倍的提高,并且,随着4G通信网络渗透率的不断提高,高端4G手机的出货量依然在不断攀升中。
图表7:
2G到4G手机射频前端芯片价格和出货量走势
2、射频前端模块市场分析:
3年内突破200亿美元规模
2.1、市场整体规模和变化趋势
如图8所示,根据市场调查机构Navian的数据,全球移动通信终端的出货数量在不断上涨,到2017年,已经基本完成从功能手机到智能手机的产业升级,在经过2011至2015年的飞速发展期之后,智能手机的增长速度趋于放缓,但随之而来的换机需求使高端智能手机渗透率持续攀升,同时,带有移动通信功能的电子书阅读器和平板电脑等应用成为新的增长点,预计到2019年,全球移动通信终端的总出货数量可达28亿台。
图表8:
全球移动通信终端出货数量变化趋势
无论是移动通信终端产品数量的增加,还是低端产品向高端演进带来的质量提高,均成为射频前端模块市场的重要驱动因素。
根据Navian的预测,2015年至2019年,用于移动通信终端的射频前端模块总市场规模将会从119.4亿美元增长至212.1亿美元,复合年增长率达到15.4%,如图9所示。
图表9:
射频前端芯片市场规模发展趋势
2.2、市场占有率分析,巨头企业优势难以撼动
射频前端芯片市场主要分为两大类,一类是使用MEMS工艺制造的滤波器,以声
表面波滤波器(SAW)和体声波滤波器(BAW)为代表,一类是使用半导体工艺制造的电路芯片,以功率放大器(PA)和开关电路(Switch)为代表。
传统的SAW滤波器领域市场已趋向饱和,Muruta、TDK和TaiyoYuden占据了全球市场份额的80%以上,升级替代产品BAW滤波器近来成为市场焦点,成为MEMS市场的中增长最快的细分产品,根据市场分析机构IHSSupply的调研结果,当前BAW的核心技术主要掌握在Avago(Broadcom)和Qorvo手中,两家公司几乎瓜分了全部市场份额,如图10所示。
图表10:
BAW滤波器市场占有率示意图
功率放大器市场主要分为终端市场和以基站为代表的通信基础设施市场,相比目
前终端市场约130亿美元的总容量,基站功率放大器市场规模相对较小,在6亿美元至7亿美元左右。
“得终端者得天下”的局面短期内不会发生改变。
我们根据全球主要功率放大器供应商的营业收入规模分别整理出了市场占有率示意图,如图11和图12所示。
在终端功率放大器市场,形成了Skyworks、Qorvo和Broadcom(Avago)三家企业寡头竞争的局面,三家企业合计占据了90%以上的市场份额,而在基站功率放大器市场,NXP和Freescale在合并前总共占据了51.1%的市场份额,在反垄断法的限制下,NXP将原有的RFPower部门出售给了北京建广资产管理公司,目前NXP和Infineon在这一领域的市场占有率方面优势明显。
图表11:
终端功率放大器市场份额示意图
图表12:
基站功率放大器市场份额示意图
2.3、深入财务数据分析,揭秘寡头企业核心竞争力
2.3.1、Qorvo主要财务数据分析
表格2:
2014-2016年度Qorvo主要财务数据(单位:
百万美元)
Qorvo(Nasdaq:
QRVO)是业界两家领先射频解决方案公司RFMicroDevices和TriQuintSemiconductor合并后的新公司,此项合并在2015年8月份正式完成,因此合并财务报表中的2015年度数据仅包含TriQuint三个月的财务数据。
Qorvo的主要财务数据如表2所示。
合并后的Qorvo有两个重要的产品线:
移动设备产品线、基站和军工设备产品线,这两个产品线分别针对不同的市场,而且在先进技术研发方面存在互补关系,创新性的技术通常会首先应用在军工产品方面,然后扩展到基站设备,最后应用到移动终端设备,而移动终端设备的大规模的量产又会降低新工艺的成本,并且贡献较大的营业收入和营业利润,形成良性循环。
2.3.2、Skyworks主要财务数据分析
SkyworksSolutions(Nasdaq:
SWKS)是一家无线半导体公司,设计并生产应用于移动通信领域的射频及完整半导体系统解决方案。
该公司向全球范围内的无线手持设备和基础设施客户供应前端模块、射频子系统及系统解决方案。
Skyworks的主要财务数据如表3所示。
表格3:
2014-2016年度Skyworks主要财务数据(单位:
2.3.3、Broadcom主要财务数据分析
2015年5月,新加坡半导体制造商Avago科技公司宣布同芯片制造商Broadcom公司达成一份协议,Avago将支付170亿美元现金以及价值200亿美元的Avago普通股股份,以370亿美元的价格收购Broadcom。
新公司的名称为BroadcomLimited(Nasdaq:
AVGO),主要聚焦III-V族复合半导体设计和工艺技术,提供广泛的模拟、混合信号以及光电零组件产品和系统设计、开发,目前主要的产品线有无线通信、有线基础设施、企业存储、工业及其他等。
Broadcom的主要财务数据如表4所示。
表格4:
2014-2016年度Broadcom主要财务数据(单位:
2.3.4、三大寡头企业财务数据点评
根据三大IDM寡头公司的年报,移动通信产品线营业收入合计约91亿美元,占据了全球PA市场的几乎全部份额,短期内三大寡头公司的优势地位难以撼动。
经过对寡头公司财务数据的分析可以看到他们如何形成自己的核心竞争力:
首先,三大公司在移动通信射频前端市场的毛利率均高于40%,最高可以达到50%,净利率
约30%,说明寡头公司利用技术优势和规模效应,形成了较深的护城河,具有极强的
盈利能力。
其次,三大IDM寡头公司不约而同的将营业收入的10%到20%投入到研发中,积极开发面向未来的先进工艺技术,以继续保持自己的竞争力优势。
2.4、只待捅破窗户纸,国内射频前端企业竞争力分析
伴随着移动通信的跨越式发展,中国已经形成了全球规模最大、最有活力的消费
电子市场,在这片沃土不仅孕育出了华为海思、紫光展锐等优秀的手机处理器平台方
案厂商,也涌现出一批优秀的射频前端芯片企业,他们在“依靠成本优势从低端产品切入,迅速拓展高端产品线”的策略下不断发展壮大,在残酷的市场寻找自己的竞争优势。
锐迪科(RDA)的GaAs功能机PA,汉天下的CMOS功能机PA,Vanchip的GaAs
3G/4G智能机PA,都是有着良好市场表现的明星产品。
面对寡头企业的垄断局面,他
们不仅成功的存活下来,而且依靠强大的成本控制能力将世界巨头们赶出了某些细分领域,比如,锐迪科和汉天下的2GPA产品在毛利率降至35%时依然可以保证约10%
的净利润,迫使Skyworks逐步退出2GPA市场,唯捷创芯的3G/4GPA在中低端智能
机领域同样有类似表现,可见,竞争策略前半句“依靠成本优势从低端产品切入”的小目标已基本实现。
由于射频前端功率放大器领域近年来被工业界和资本圈一致看好,因此除了上述提到的企业之外,同样涌现出了一批优秀的初创公司,并受到资本的热捧。
下面是我们梳理的国内主要PA厂商基本情况:
锐迪科(RDA)成立于2004年,致力于射频及混合信号芯片和系统芯片的设计、
开发、制造、销售并提供相关技术咨询和技术服务。
在2007年,RDA便量产了第一款2GPA,并利用市场对PA需求强劲的机会迅速拓展客户,成为市场上重要的供应商。
2012年3月,RDA宣布收购2G基带芯片公司Coolsand,并迅速推出了单芯片
2GSoC芯片,从而拥有了SoC+PA+Switch解决方案,并依靠成本优势大量出货。
2014年7月,清华紫光正式完成对RDA的私有化,之后加大了对PA事业部的投入,在原有2GPA的基础上,启动了3G/4G产品和2GCMOSPA的研发,并于2015年底实现量产,根据我们的预测,2016年PA事业部实现营业收入约3亿人民币。
汉天下电子有限公司(HunterSun)成立于2012年7月,产品线以移动通信射频收发芯片、PA和无线连接射频芯片为主,汉天下的2GCMOSPA更具成本优势,同时是国内最先推出3GPA产品的公司之一,由于RDA在收购Coolsand之后和手机处理器平台公司展讯(Spreadtrum)形成竞争关系,汉天下利用这一机会通过展讯平台方案大规模出货,公司取得飞速发展。
根据公司公开资料,2016年营业收入约2.75亿人民币,预计2017年营业收入4亿人民币左右。
唯捷创芯(天津)电子技术股份有限公司(Vanchip)成立于2010年,主营业务为射频及高端模拟芯片的研发、生产和销售。
公司目前的产品线覆盖2G/3G/4GGaAsPA,
2014年度、2015年度、2016年1-6月营业收入分别为4.69亿、4.06亿、2.54亿人民币,净利润分别为5181.25万、4725.22万、2845.71万人民币。
唯捷创芯于2015年
12月在新三板挂牌上市,并于2017年1月宣布完成融资7000万人民币,估值14亿人民币。
图表13:
大陆主要PA厂商汇总
苏州宜确半导体(EtraSemi)成立于2015年,创始人为锐迪科前高级副总裁,PA
产品线经理,公司主要产品为高性能、高性价比的射频前端集成电路芯片,包括
2G/3G/4G/MMMB射频功率放大器及射频前端芯片,射频开关芯片,低噪声放大器芯片,Wi-Fi射频前端芯片以及射频电源芯片等。
2015年5月,公司完成A轮融资,创业板公司长盈精密以5000万人民币收购苏州宜确20%股权。
国民飞骧的前身为创业板上市公司国民技术的无线射频产品事业部,2015年6月,国民技术发布公告称公司计划剥离射频功率放大器业务,将无线射频产品事业部资产组以人民币4500万元的价格转让给深圳国民飞骧科技有限公司。
目前主要产品线为
4G功率放大器。
广州慧智微电子(SmarterMicro)成立于2012年,由前Skyworks海归工程师创立,目前的产品线同样以4G开关/功率放大器为主。
2016年6月,慧智微电子宣布完成C轮9200万人民币融资,估值6亿人民币,此轮融资由青云创投(TsingCapital)领投,之前的机构投资者金沙江创投(GSRVentures)、祥峰投资(VertexVentures)等继续跟投。
在智能机利润最为丰厚的中高端市场,大陆射频PA公司面临的挑战还有很多,主要有:
1)技术依然明显落后于欧美大厂12到24个月,产品工艺线有明显短板(如缺乏独立设计的SAW/BAW滤波器),无法满足高集成度需求;
2)国内公司产品同质化较为严重,在智能机市场整体增长率放缓的情况下,价格战成为主要竞争途径。
虽然存在上述困难,但是需要强调的是,射频功率放大器在设计上的特点是电路结构相对简单,并不需要工程师“人海战术”和“多个大兵团协同作战”,决定芯片性能的核心技术也许只是隐藏在一些被忽视的细节中,国内的PA设计公司相对年轻,必然需要经历试错的过程来磨砺自身的技术功底,随着不断积累的经验教训,也许他们距离欧美大厂垄断的核心技术只有一层窗户纸的距离。
同时也应看到,中国已经形成了全球最大、最有活力的消费电子市场,资本市场
对于射频前端市场普遍看好,国际一线大厂的核心工程师回归加入本土公司成为常态,
加之国内不断释放的工程师红利,相信捅破这层窗户纸只是时间问题。
一旦在技术上对欧美大厂实现赶超,依靠本土企业长期赖以生存的成本控制能力,欧美大厂只有退出这唯一选择。
表格5:
大陆功率放大器厂商主要信息汇总
2.5、射频前端芯片企业竞争新趋势
2.5.1、全产品线成为一线大厂必备
如前所述,在移动通信从2G到4G发展的过程中,射频前端芯片数量飞速增长,结构复杂度指数级增加,传统的分立器件在PCB板上集成的方式已无法满足系统需求,将多个射频前端芯片在单颗芯片内部集成的方法已经成为中高端市场的主流,高集成度方案有以下几大优势:
1)简化设计;
2)使射频前端产品小型化;
3)降低能量损耗;
4)提高系统性能;
5)降低射频解决方案成本,并有利于客户快速推出新产品。
高集成度方案要求射频前端芯片厂商拥有PA、Switch、Duplexer、Filter全产品线,
同时,拥有独立的封装厂和制造厂也有利于加快高集成度产品的研发进度,观察几家射频前端芯片寡头公司Skyworks、Broadcom、Qorvo和Muruta,近几年均通过内部研发或外部并购完成了全产品线布局,并且推出了高集成度产品的独立品牌,如Qorvo的
RFFusion、RFFlex,Skyworks的SkyOne等。
2.5.2、手机处理器主芯片厂商切入PA业务
随着智能手机渗透率逐渐饱和,手机处理器芯片厂商的增长速度开始放缓,加之
越来越多的智能手机厂商加强对自有处理器芯片的研发,并应用至自家的旗舰产品中,如苹果的A系列、三星的Exynos、华为的麒麟、小米的松果等,传统的手机处理器芯片厂商在次旗舰、中低端市场的争夺更加激烈,接近饱和的市场难以容纳高通、MediaTek、展讯三家平台型方案公司,价格战不可避免,处理器主芯片的毛利持续下降,出于提高平台方案产品毛利、加快平台方案研发速度、丰富产品线种类等方面考虑,手机平台方案公司均在大力发展自有PA产品线。
2017年1月,高通和日本电子元器件厂商TDK宣布双方将组建合资公司RF360Holdings,为用于移动终端和新型业务领域(物联网、汽车电子和云计算等)的全集成系统提供射频前端解决方案。
RF360Holdings将拥有SAW、TC-SAW和BAW等一系列滤波器技术,以及CMOS和GaAs功率放大器、SOI射频开关和包络追踪解决方案。
高通表示未来3年将向合资公司投入30亿美元,进入射频前端市场的决心可见一斑。
2016年底,MediaTek持有台湾2G/3G/4G射频前端芯片厂商Airoha(络达科技)
24%的股权;
2017年2月,MediaTek宣布将对络达实行100%收购,总收购规模将达到13亿美元。
2013年12月和2014年7月,紫光集团分别完成对展讯通信(Spreadtrum)和锐迪科(RDA)的收购,并于2016年将两家公司深度整合为紫光展锐,并加大对锐迪科原PA产品线的研发投入。
我们认为,手机处理器主芯片厂商切入射频PA领域,是其在主营业务竞争激烈,毛利率出现下滑局面下的横向扩张,主要看中射频前端芯片较强的盈利能力,在拥有自家的“嫡系部队”之后,势必鼓励平台方案客户使用自家PA产品,长期来看,这一趋势会对Qorvo、Avago、Skyworks、Vanchip等独立PA供应商产生较为不利的影响。
但是同时也要看到,射频PA整体的市场仍处于强劲增长中,蛋糕足够大,而且手机终端厂商为增加谈判筹码,经常选用多家射频PA供应商,因此独立PA供应商对市场大可不必产生悲观情绪。
3、商用倒计时—5G的脚步声近了
3.1、性能全面提升,5G通信网络概述
5G(5-thGeneration)通信网络是第四代移动通信系统(IMT-Advanced)的延伸,
5G在大幅提升以人为中心的移动互联网业务使用体验的同时,还将全面支持以物为中心的物联网业务,实现人与人、人与物和物与物的智能互联。
2015年10月26日至
30日,在瑞士日内瓦召开的2
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