5G重要一環(huán)被“解開”，射頻芯片國(guó)產(chǎn)化映射國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體進(jìn)展

前不久賽微電子發(fā)布消息稱BAW濾波器實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，這個(gè)看似平平無(wú)奇的進(jìn)展實(shí)則是解決了5G卡脖子的重要一環(huán)，實(shí)現(xiàn)了射頻元件的國(guó)產(chǎn)化量產(chǎn)。

不論是4G還是5G，都離不開射頻芯片，它們是一種將無(wú)線電信號(hào)通信轉(zhuǎn)換成一定的無(wú)線電信號(hào)波形，并通過天線諧振發(fā)送出去的一個(gè)電子元器件。

射頻芯片涵蓋內(nèi)容很廣，包括功率放大器（PA：Power Amplifier）、低噪聲放大器（LNA：Low Noise Amplifier）、天線開關(guān)（Switch）、濾波器（Filter）、雙工器(Duplexer 和 Diplexer)等。

濾波器就是其中的關(guān)鍵之一，又可以分為聲表面波濾波器（Surface Acoustic Wave，SAW）和體聲波濾波器（Bulk Acoustic Wave，BAW）兩大類。

BAW濾波器在5G時(shí)代尤其重要，但在這個(gè)市場(chǎng)上美國(guó)2家公司幾乎壟斷了市場(chǎng)，其中博通市占率達(dá)到87%，Qorvo占據(jù)8%的市場(chǎng)份額，兩家合計(jì)95%的份額，其他廠商此前是沒法競(jìng)爭(zhēng)的。


BAW濾波器的重要性

從前，BAW濾波器這個(gè)關(guān)鍵器件鮮為人知，因其主要應(yīng)用于射頻芯片，未引起普遍關(guān)注。然而，隨著5G時(shí)代的到來(lái)，BAW濾波器卻變得愈發(fā)重要，特別是對(duì)于2GHz以上頻段的信號(hào)處理。它不僅提高了移動(dòng)通信信號(hào)的抗干擾和信噪比，還為高頻頻段的5G、6G技術(shù)的發(fā)展提供了關(guān)鍵支持。曾有我國(guó)一家科技企業(yè)的5G手機(jī)因缺乏BAW濾波器而無(wú)法支持5G網(wǎng)絡(luò)，原因就在于該行業(yè)完全被美國(guó)壟斷，博通和Qorvo等美國(guó)公司獨(dú)占市場(chǎng)。

業(yè)內(nèi)專家指出，隨著5G技術(shù)的商用，5G手機(jī)所需的BAW濾波器數(shù)量將超過70個(gè)，而相比之下，4G手機(jī)僅需20-40個(gè)。由于5G手機(jī)所需的BAW濾波器具有更高的價(jià)值，未來(lái)6G技術(shù)將采用更高頻段，這也將使得BAW濾波器的價(jià)值進(jìn)一步提升。中國(guó)在BAW濾波器領(lǐng)域的自主研發(fā)，可謂是國(guó)產(chǎn)芯片技術(shù)的又一次重大進(jìn)步。

然而現(xiàn)在，武漢敏聲和北京賽微電子攜手合作，終于打破了這一壟斷。他們共建的國(guó)內(nèi)第一條BAW濾波器MEMS芯片生產(chǎn)線正式通線，進(jìn)入量產(chǎn)階段。最為引人矚目的是，武漢敏聲研發(fā)的BAW濾波器擁有完全自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，獲得了108項(xiàng)授權(quán)專利，徹底繞開了美國(guó)在BAW濾波器領(lǐng)域的專利壟斷。

而隨著6G技術(shù)的到來(lái)，頻段更高，BAW濾波器的價(jià)值將進(jìn)一步提升。中國(guó)的自主研發(fā)和創(chuàng)新能力使得國(guó)產(chǎn)芯片在市場(chǎng)上獲得更多機(jī)遇，其發(fā)展勢(shì)頭不可阻擋。

國(guó)產(chǎn)射頻芯片大突破

5G通信作為一個(gè)備受關(guān)注的話題，已經(jīng)在全球范圍內(nèi)引起了廣泛的討論。隨著5G技術(shù)的發(fā)展，射頻芯片逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。過去人們對(duì)手機(jī)的關(guān)注主要集中在CPU、GPU、基帶和屏幕等方面，但隨著5G時(shí)代的到來(lái)，射頻芯片在實(shí)現(xiàn)5G通信功能方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。

為了滿足5G通信的需求，手機(jī)必須能夠與基站進(jìn)行高效的無(wú)線通信。射頻芯片是手機(jī)實(shí)現(xiàn)通信功能的基石，它負(fù)責(zé)收發(fā)無(wú)線電磁波。在5G時(shí)代，相比4G，性能指標(biāo)有了顯著提升，手機(jī)速率可以達(dá)到千兆級(jí)甚至萬(wàn)兆級(jí)。然而，實(shí)現(xiàn)如此高速率的傳輸也帶來(lái)了一系列挑戰(zhàn)。5G手機(jī)需要支持更多的頻段組合、更多的天線和射頻通道，導(dǎo)致射頻芯片數(shù)量翻倍甚至更多。同時(shí)，手機(jī)的厚度和重量也不能增加，功耗也不能增加，這使得射頻芯片在5G通信中扮演著至關(guān)重要的角色。

除了濾波器，射頻功率放大器也是射頻前端不可或缺的組件。PA將調(diào)制振蕩電路產(chǎn)生的小功率射頻信號(hào)放大，影響著手機(jī)的通信距離、信號(hào)質(zhì)量以及待機(jī)時(shí)間。目前，全球PA市場(chǎng)的領(lǐng)軍廠商依舊是美國(guó)的Skyworks、Broadcom和Qorvo等。隨著5G時(shí)代的到來(lái)，對(duì)射頻PA的需求將進(jìn)一步增加，對(duì)國(guó)產(chǎn)射頻PA是機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。

在全球范圍內(nèi)，5G芯片市場(chǎng)的現(xiàn)狀和前景各有不同。美國(guó)是較早推出5G服務(wù)的國(guó)家，目前美國(guó)的射頻芯片制造技術(shù)領(lǐng)先全球。歐洲的5G進(jìn)度相對(duì)滯后，但隨著歐洲運(yùn)營(yíng)商逐漸從疫情的影響中走出，對(duì)5G的投資也會(huì)逐步增加。而中國(guó)一直在大力支持5G毫米波產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，射頻芯片的需求持續(xù)旺盛。

國(guó)內(nèi)射頻芯片領(lǐng)域也在不斷取得進(jìn)展。科研機(jī)構(gòu)在壓電材料和氧化鎵半導(dǎo)體材料的研究方面取得了積極進(jìn)展，為國(guó)產(chǎn)射頻濾波器的發(fā)展提供了技術(shù)支持。同時(shí)，國(guó)內(nèi)企業(yè)也在射頻芯片產(chǎn)品的研發(fā)上取得了一系列成果，如200MHz寬帶射頻收發(fā)器芯片B20和GC080X系列SDR射頻收發(fā)機(jī)芯片等。企業(yè)如卓勝微等也在不斷加強(qiáng)供應(yīng)鏈把控能力，努力向國(guó)際一流射頻廠商靠攏。


中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的發(fā)展和變化

下面就從半導(dǎo)體設(shè)備、芯片設(shè)計(jì)和制造等環(huán)節(jié)入手，看一看近半年來(lái)中國(guó)本土相關(guān)企業(yè)和產(chǎn)品取得的進(jìn)步，以及存在的問題和不足之處。

首先看半導(dǎo)體設(shè)備。

根據(jù)中國(guó)本土晶圓廠設(shè)備采購(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示，截至6月，去膠設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到 90%以上，代表廠商是屹唐半導(dǎo)體；清洗設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率約為58%，代表廠商是盛美、北方華創(chuàng)和至純科技；刻蝕設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率約為44%，代表廠商是中微公司、北方華創(chuàng)和屹唐半導(dǎo)體；CMP設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率為32%，代表廠商是華海清科；熱處理設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率約為25%，代表廠商是北方華創(chuàng)和屹唐半導(dǎo)體；CVD設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率為29%，代表廠商是北方華創(chuàng)和拓荊科技；PVD 設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率為 10%；涂膠顯影設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率為29%，代表廠商是芯源微；離子注入機(jī)國(guó)產(chǎn)化率為7%，代表廠商是萬(wàn)業(yè)企業(yè)（凱世通）；量測(cè)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率為4%，代表廠商是精測(cè)電子。此外，28nm制程光刻設(shè)備也實(shí)現(xiàn)了零的突破。

從半導(dǎo)體設(shè)備招投標(biāo)情況來(lái)看，今年6月，可統(tǒng)計(jì)中標(biāo)設(shè)備數(shù)共計(jì)21臺(tái)，同比增長(zhǎng)65.63%，其中，薄膜沉積設(shè)備3臺(tái)，輔助設(shè)備12臺(tái)，檢測(cè)設(shè)備4臺(tái)，刻蝕設(shè)備1臺(tái)，真空設(shè)備1臺(tái)。6月，北方華創(chuàng)、正帆科技、上海精測(cè)、武漢精測(cè)、上海微電子都有設(shè)備中標(biāo)。

上半年1-6月，可統(tǒng)計(jì)設(shè)備中標(biāo)數(shù)共計(jì)254臺(tái)，同比下降37.90%，其中，薄膜沉積設(shè)備中標(biāo)38臺(tái)，同比增長(zhǎng)80.95%，輔助設(shè)備16臺(tái)，同比減少60.98%，高溫?zé)Y(jié)設(shè)備17臺(tái)，同比增長(zhǎng)112.50%，光刻設(shè)備1臺(tái)，同比持平，檢測(cè)設(shè)備139臺(tái)，同比減少33.18%，刻蝕設(shè)備21臺(tái)，同比減少61.11%，拋光設(shè)備3臺(tái)，同比減少40.00%，清洗設(shè)備1臺(tái)，熱處理設(shè)備12臺(tái)，同比減少7.69%，真空設(shè)備4臺(tái)，同比增長(zhǎng)33.33%。

總體來(lái)看，半導(dǎo)體設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率依然偏低，且由于上半年芯片市場(chǎng)很低迷，晶圓廠產(chǎn)能利用率不足，導(dǎo)致采購(gòu)設(shè)備意愿不足，國(guó)產(chǎn)設(shè)備中標(biāo)數(shù)量同比呈下降態(tài)勢(shì)，不知道這種狀況在下半年會(huì)不會(huì)明顯好轉(zhuǎn)。

下面看一下芯片設(shè)計(jì)。

相對(duì)于在芯片制造方面與國(guó)際先進(jìn)水平存在的差距，中國(guó)芯片設(shè)計(jì)能力并不弱，也一直在進(jìn)步。中國(guó)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)與國(guó)際大廠之間的差距，主要體現(xiàn)在對(duì)EDA工具、IP和制程工藝的依賴程度，例如，使用同樣一款較為先進(jìn)的EDA工具，國(guó)際大廠都?jí)蛟?8個(gè)月內(nèi)設(shè)計(jì)出一款較為成熟的7nm芯片，且能取得較高的流片成功率，而中國(guó)排名靠前的設(shè)計(jì)公司，使用同樣的工具，只能設(shè)計(jì)出14nm的芯片，且流片成功率與國(guó)際先進(jìn)大廠之間也存在差距。

在提升設(shè)計(jì)水平，積累更多設(shè)計(jì)know-how認(rèn)知方面，中國(guó)本土設(shè)計(jì)公司一直在努力。與此同時(shí)，本土芯片采購(gòu)企業(yè)將更多的訂單給到了本土芯片公司，使得中國(guó)芯片設(shè)計(jì)公司有了更多在市場(chǎng)上歷練的機(jī)會(huì)，這對(duì)于磨練設(shè)計(jì)水平很有幫助。

IP方面，受美國(guó)限制政策影響，國(guó)外高端IP進(jìn)口到中國(guó)大陸市場(chǎng)的難度越來(lái)越大，國(guó)內(nèi)IP短板在這種形勢(shì)下凸顯出來(lái)，同時(shí)也激發(fā)了中國(guó)本土半導(dǎo)體IP企業(yè)的發(fā)展動(dòng)力，一批新勢(shì)力涌現(xiàn)出來(lái)。

高速SerDes接口IP已成為以數(shù)據(jù)中心為代表的HPC應(yīng)用的關(guān)鍵，這方面的本土代表企業(yè)是芯動(dòng)科技，該公司可提供16/32/56/64Gbps多標(biāo)準(zhǔn)SerDes解決方案，25G/32Gbps SerDes已經(jīng)量產(chǎn)，56Gbps SerDes已經(jīng)發(fā)布。另一家公司牛芯半導(dǎo)體則推出了25/28/32Gbps的SerDes IP。此外，燦芯、和芯微可提供1.25Gbps-12.5Gbps多速率SerDes IP，銳成芯微、納能微電子也有各種SerDes IP產(chǎn)品。

與Chiplet相關(guān)的接口IP方面，芯動(dòng)科技和芯原微電子已經(jīng)推出了相關(guān)產(chǎn)品。芯原是中國(guó)大陸首批加入U(xiǎn)CIe產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的公司，推出了基于Chiplet架構(gòu)設(shè)計(jì)的高端應(yīng)用處理器平臺(tái)，該平臺(tái)12nm SoC版本已經(jīng)完成流片，正在進(jìn)行Chiplet版本的迭代。

芯耀輝正在集中力量研發(fā)28nm/14nm/12nm及更先進(jìn)工藝IP，該公司還開發(fā)了DDR PHY IP產(chǎn)品，目前尚不清楚其所能支持的DDR應(yīng)用有哪些。目前，芯耀輝正從可靠的SI（信號(hào)完整性）和PI（電源完整性）分析、高可靠性訓(xùn)練設(shè)計(jì)、高性能DDR IO設(shè)計(jì)和多頻點(diǎn)快速切換這四方面入手，攻克DDR PHY技術(shù)難關(guān)。

最后看一下最重要的部分——芯片制造。

芯片制造是中國(guó)大陸的薄弱環(huán)節(jié)，特別是在先進(jìn)制程（10nm以下）方面，鮮有能進(jìn)入市場(chǎng)的量產(chǎn)芯片。近兩年，中國(guó)本土晶圓廠也在努力攻克技術(shù)難關(guān)，爭(zhēng)取補(bǔ)齊本土高端芯片制造能力不足的短板。

近一段時(shí)間，有兩個(gè)關(guān)于本土高端芯片制造的好消息傳出，非常值得關(guān)注，一是BAW濾波器實(shí)現(xiàn)了本土量產(chǎn)，二是華為將于今年年底推出自家設(shè)計(jì)，由本土晶圓代工廠生產(chǎn)的5G手機(jī)處理器。

濾波器是手機(jī)射頻前端模塊中的重要器件，主要分為聲表面波濾波器（Surface Acoustic Wave，SAW）和體聲波濾波器（Bulk Acoustic Wave，BAW）兩大類。

BAW濾波器的基本原理與SAW相同，差異在于BAW濾波器中聲波垂直傳播，能夠更有效地捕獲聲波，因?yàn)槠湓诟哳l段的出色表現(xiàn)，插損低性能優(yōu)秀，適用于5G高頻濾波。BAW濾波器中的主流技術(shù)FBAR需要在有源區(qū)下方做高精度蝕刻，這就對(duì)芯片工藝提出了很高要求，BAW濾波器對(duì)薄膜沉積和微機(jī)械加工技術(shù)的要求極高，制造難度和成本比SAW高很多。另一方面，也需要同時(shí)了解器件物理特性和工藝的工程師來(lái)完成結(jié)合工藝的器件設(shè)計(jì)。

目前，BAW濾波器市場(chǎng)Broadcom（博通）一家獨(dú)大，市占率達(dá)到87%，Qorvo占據(jù)8%的市場(chǎng)份額。

在這樣的背景下，中國(guó)的賽微電子實(shí)現(xiàn)了BAW濾波器量產(chǎn)，作為重要的合作伙伴，武漢敏聲與賽微電子做到了工藝和器件設(shè)計(jì)的協(xié)同優(yōu)化，在賽微電子的晶圓廠用定制化工藝生產(chǎn)。

據(jù)悉，賽微電子量產(chǎn)的BAW濾波器將用于國(guó)內(nèi)某品牌手機(jī)當(dāng)中，并簽署了長(zhǎng)期采購(gòu)協(xié)議，涉及12款不同型號(hào)的BAW濾波器及其衍生器件（雙工器、四工器等），協(xié)議執(zhí)行期間為2023年8月-2024年12月，協(xié)議金額不少于1億元人民幣。不知道賽微電子的合作對(duì)象是不是華為。

除了BAW濾波器量產(chǎn)，最近還有另一個(gè)重磅消息傳出：華為有望于今年年底在其新款旗艦手機(jī)中用上自家設(shè)計(jì)，本土制造的5G手機(jī)處理器。

自從被美國(guó)限購(gòu)以后，華為既不能從高通那里購(gòu)買5G手機(jī)處理器，也不能從臺(tái)積電和三星那里拿到先進(jìn)制程代工產(chǎn)能，這使得華為高端手機(jī)市占率大幅下滑，一度跌出前六榜單，但是，最近半年，華為手機(jī)的市占率大幅提升，最新統(tǒng)計(jì)顯示，其在中國(guó)大陸的市占率已經(jīng)超過13%（排名第一品牌的市占率在18%左右），華為高端手機(jī)又復(fù)活了。

如果華為真能在今年推出的新款旗艦手機(jī)中搭載自主設(shè)計(jì)、本土晶圓廠生產(chǎn)的5G手機(jī)處理器，無(wú)疑是一個(gè)重大突破，也會(huì)給美國(guó)的封鎖政策以沉重打擊。