商用 4 年，5G 還有多少「行路難」

盡管 5G 商用已快滿四年，中國 5G 基站總量占全球 60% 以上，但消費(fèi)層級(jí)還未出現(xiàn)明顯的殺手級(jí)應(yīng)用。有人說：路修好了，但車寥寥無幾。5G 的應(yīng)用、研發(fā)至今仍然是熱門，擠破頭入場(chǎng)但站不穩(wěn)的尷尬也依然存在……

你不行，我也難

韓國當(dāng)年搶跑 5G，成為全球第一個(gè)開通 5G 的國家，在 2019 年 4 月 3 日晚上，韓國電信運(yùn)營商 SK 和 KT 同時(shí)宣布開通 5G 手機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，比美國早一個(gè)小時(shí)，取得「全球第一個(gè)開通 5G 網(wǎng)絡(luò)國家」的桂冠。后來更是規(guī)劃了 5G 毫米波，開建毫米波基站。不過后來建設(shè)成本過高，導(dǎo)致進(jìn)度緩慢，消費(fèi)者的不滿出現(xiàn)集中式爆發(fā)，很多韓國用戶，拒絕使用 5G。

去年 11 月份的時(shí)候，韓國主管單位更是取消運(yùn)營商 KT 和 LG U+的 5G 28GHz 頻段頻率分配，這是韓國有史以來第一次召回頻譜。與此同時(shí)，另一家運(yùn)營商 SK 電訊則被要求其 28GHz 毫米波使用期限被縮短為 6 個(gè)月，如果在 2023 年 5 月底前無法建成 15000 臺(tái) 28GHz 5G 基站設(shè)備，同樣將被吊銷 28GHz 頻譜牌照。

截至 2022 年 11 月，SK 電訊僅部署了 1605 個(gè) 28GHz 5G 基站，事到如今 SKT 似乎沒有部署任何新的設(shè)備，考慮到實(shí)際相差數(shù)額，可以說這家運(yùn)營商實(shí)際上已經(jīng)退出了相關(guān)部署。

至此，韓國三大運(yùn)營商集體「放棄」了毫米波，對(duì)于在 5G 領(lǐng)域雄心勃勃的韓國而言，這實(shí)在是個(gè)有些尷尬的結(jié)果。

在 5G 基帶領(lǐng)域，目前能夠推出完整 5G 基帶方案的企業(yè)仍是寥寥無幾。幾大巨頭也是分分合合為 5G 基帶而戰(zhàn)。當(dāng)年蘋果正和高通因?yàn)閷＠跈?quán)費(fèi)用打得不可開交，這給英特爾基帶帶來了機(jī)會(huì)，蘋果宣布與英特爾合作。一旦英特爾的 5G 基帶能夠做到「物美價(jià)廉」，不但能吃下蘋果這塊大蛋糕，安卓市場(chǎng)也會(huì)有不少廠商來投靠。但事實(shí)是英特爾失敗了，搭載英特爾 4G 信號(hào)基帶的 iPhone Xs 系列（含 XR）和 iPhone 11 系列嚴(yán)重翻車，紛紛吐槽 iPhone 的信號(hào)差到經(jīng)常失聯(lián)。

蘋果選擇與高通和解并使用高通的 5G 基帶，2019 年英特爾放棄了 5G 手機(jī)基帶的研發(fā)，并將相關(guān)技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了蘋果。今年據(jù)美國媒體日前報(bào)道，英特爾計(jì)劃將與筆記本電腦業(yè)務(wù)相關(guān)的 4G、5G 基帶技術(shù)轉(zhuǎn)讓給聯(lián)發(fā)科與廣和通。轉(zhuǎn)讓計(jì)劃預(yù)計(jì)在 5 月底前完成。

2022 年 5G 基帶的收入增加了 23%，主要是高通及聯(lián)發(fā)科的 5G 芯片帶動(dòng)，也推動(dòng)基帶芯片 ASP 均價(jià)提升了 24%，但是 5G 基帶的滲透率依然很低，4G 還是主流。高通一家就占了整個(gè)市場(chǎng) 60.9% 的份額，基帶收入增長了 18%，主要客戶就是三星 Galaxy S22 系列及 iPhone 系列。

全球 5G 基帶的廠商格局是：高通大幅占領(lǐng)高中端市場(chǎng)，聯(lián)發(fā)科、三星處于中高端市場(chǎng)，紫光展銳則負(fù)責(zé)在低端市場(chǎng)大殺四方。而華為因?yàn)楸娝苤脑虮粔褐谱　?/span>

我國突破方向

毫米波后來者居上

隨著 5G 寬帶無線移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，毫米波器件迎來了一次非常珍貴的發(fā)展機(jī)遇。行業(yè)內(nèi)公司、研究所、高校等機(jī)構(gòu)正在順利推進(jìn) 5G 毫米波系統(tǒng)的研發(fā)。實(shí)現(xiàn)該類系統(tǒng)所需的射頻前端包含發(fā)射最終功率放大器和接收最前端的低噪聲放大器以及收發(fā)開關(guān)?；?5G 基站和終端的小型化、低成本、低功耗要求，必須采用單芯片集成技術(shù)，其中研發(fā)與系統(tǒng)芯片工藝相一致的全集成收發(fā)前端是個(gè)重要方面，也是當(dāng)今國際研究熱點(diǎn)。圍繞 5G 中高頻器件領(lǐng)域重大需求，聚焦新型半導(dǎo)體材料及工藝、5G 中高頻核心器件、面向射頻前端的硅基毫米波集成芯片等三大研發(fā)方向，支撐我國 5G 中高頻器件產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。

2021 年 11 月，工業(yè)和信息化部批復(fù)組建國家 5G 中高頻器件創(chuàng)新中心，圍繞 5G 中高頻器件領(lǐng)域重大需求，聚焦新型半導(dǎo)體材料及工藝、5G 中高頻核心器件、面向射頻前端的硅基毫米波集成芯片等三大研發(fā)方向，支撐我國 5G 中高頻器件產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。據(jù) GSMA 預(yù)計(jì)，5G 毫米波作為高速接入、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療健康、智能交通、虛擬現(xiàn)實(shí)等方面的核心賦能技術(shù)之一，將在 2035 年前對(duì)全球 GDP 做出 5650 億美元的貢獻(xiàn)，占到 5G 總貢獻(xiàn)的四分之一；到 2034 年前，在中國使用 5G 毫米波頻段所帶來的經(jīng)濟(jì)收益將達(dá)到約 1040 億美元。

今年 1 月初，工業(yè)和信息化部發(fā)布了《關(guān)于微波通信系統(tǒng)頻率使用規(guī)劃調(diào)整及無線電管理有關(guān)事項(xiàng)的通知》，對(duì)我國微波通信系統(tǒng)頻率使用規(guī)劃進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。在調(diào)整后的可用頻段規(guī)劃中，可以看到「71-76GHz / 81-86GHz」赫然在列，而眾所周知，毫米波（mmWave）是波長約為 1-10 毫米、頻率范圍為 30-300GHz 的電磁波，因此，可以預(yù)見的是，在今后幾年中，毫米波將會(huì)是發(fā)揮及完善我國 5G 網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用的一個(gè)重要方向。

5G 毫米波前端 GaAs 基芯片也有著不俗的新突破。5G 毫米波移動(dòng)終端主要采用高通公司的 5G 套片方案，業(yè)界主要的其他幾家通信設(shè)備公司相繼推出了支持毫米波通信的基帶芯片，但是在毫米波通信終端 AIP 模塊上還在繼續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化，努力探索新方案；在 5G 基站領(lǐng)域，世界各大公司都推出了商用的毫米波基站方案，大多采用了 256～1024 相控陣單元的有源天線陣列，而支持毫米波鏈路的射頻元器件多采用 Si CMOS 和 GeSi BiCMOS 器件工藝制作，具備典型的射頻、數(shù)?；旌霞呻娐返奶攸c(diǎn)。

代表著高性能的 GaAs/GaN 毫米波芯片的性能幾乎可以接近理想的滿足設(shè)備的性能期望值，但是現(xiàn)有行業(yè)的化合物基毫米波芯片的尺寸與成本是行業(yè)認(rèn)為的難以接收的門檻。例如，一個(gè)完整的支持波束賦性的收發(fā)前端（包括：收發(fā)開關(guān)、功率放大器、低噪聲放大器、幅相控制器），如果采用 Si CMOS 或 GeSi BiCMOS 的工藝，大概尺寸可以做到 1.5～5.0 mm2, 而采用化合物工藝的尺寸大約在 8～30 mm2（在此，我們先忽略尺寸與性能的關(guān)系）；另外，Si CMOS 或 GeSi BiCMOS 的功能集成度相對(duì)化合物工藝有著顯著的優(yōu)勢(shì)；再者，單位成本角度看，化合物芯片的單位成本是 Si 或 GeSi 的數(shù)倍。從毫米波天線陣列的角度看，如果我們簡(jiǎn)單的進(jìn)行一下思考：一個(gè)收發(fā)鏈路對(duì)應(yīng)一個(gè)天線單元，那么毫米波芯片必須滿足毫米波陣列天線中天線間距的要求。以 5G 通信采用的中心頻率 26GHz 的頻段為例，半波長的天線間距大約為 5.5um, 現(xiàn)有的商用化合物芯片在尺寸上很難滿足或滿足不了（瓦片式方案）要求。綜合的看，目前業(yè)界普遍將毫米波通信所采用的元器件的突破或選型方案放在 Si 或 GeSi 工藝的芯片方案上，體現(xiàn)了行業(yè)中先做出來后優(yōu)化的思路，多數(shù)的毫米波芯片都不斷尋求優(yōu)化方案。但從本質(zhì)上來講，半導(dǎo)體材料決定了對(duì)應(yīng)毫米波芯片性能的上限，電路上能提升性能但較為有限。

新聞報(bào)道，中國廠商晶準(zhǔn)通信將成為第一家具備向業(yè)界提供 5G 毫米波通信高性能基站和終端設(shè)備所需的毫米波芯片或 AIP 模塊的公司，其產(chǎn)品組合將支持 5G 毫米波網(wǎng)絡(luò)部署中所有的毫米波鏈路。

晶準(zhǔn)通信的第一次流片就較為成功的驗(yàn)證了新方案路線的 MMIC 產(chǎn)品可行性，并向行業(yè)伙伴和潛在用戶送樣。目前所完成的產(chǎn)品驗(yàn)證包括 5G 毫米波 TR 前端芯片、毫米波功率放大器（PA）、毫米波低噪聲放大器（LNA）、毫米波高功率開關(guān)（HP_SPDT）、毫米波小尺寸開關(guān)（LP_SPDT）等，其中 5G 毫米波 TR 前端芯片的尺寸為行業(yè)同功能 GaAs TR MMIC 尺寸的 1/4 以下。晶準(zhǔn)通信將 5G 毫米波相關(guān)的產(chǎn)品功能的尺寸降低至現(xiàn)有市場(chǎng)商用產(chǎn)品尺寸的 1/10~1/4，將成本做到接近 Si/GeSi 基毫米波芯片的成本，同時(shí)保持?jǐn)?shù)倍于 Si/GeSi 基毫米波芯片的性能，打破了 GaAs 在 MMIC 應(yīng)用以來數(shù)十年功能集成度和性能集成度難以提升的行業(yè)瓶頸，并為 GaAs 等化合物基毫米波芯片相對(duì) Si/GeSi 基毫米波芯片在普通商用領(lǐng)域展現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)。

至關(guān)重要的射頻芯片

華為 5G 射頻芯片瓶頸能否被打破？去年 4 月上旬華為商城上架了缺貨已久的 HUAWEI P40 Pro。而這部手機(jī)所搭載的芯片，是 7nm 的麒麟 9905G。所以大家紛紛猜測(cè)麒麟 9905G 是華為原有的麒麟 990 庫存，加上國產(chǎn)廠商的射頻 5G 芯片。

在一系列信息鏈條中，不少網(wǎng)友猜測(cè) 5G 射頻芯片已完成國產(chǎn)化，華為 5G 射頻芯片瓶頸即將被突破。部分網(wǎng)友所持意見則與之相悖，原因是：富滿微的 5G 射頻芯片能否完成自主量產(chǎn)，以及 5G 射頻芯片對(duì)工藝的需求較高，能否搭載主流智能手機(jī)中使用？

華為究竟能否通過 5G 射頻芯片的國產(chǎn)替代實(shí)現(xiàn)王者歸來，目前看來還難下定論。

與數(shù)字/邏輯電路不同，射頻前端器件通常具有較高的技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)、資金等各種壁壘，國產(chǎn)射頻前端整體起步較晚，與國際先進(jìn)水平仍存在一定的差距。但隨著國內(nèi)市場(chǎng)需求不斷增長、國家對(duì)集成電路產(chǎn)業(yè)日益重視，來自中國公司的射頻芯片公司也涌現(xiàn)出了一批佼佼者。2021 年卓勝微推出了適用于 5GNR 頻段的 L—PAMiF 產(chǎn)品，這是一款純國產(chǎn)射頻 5G 芯片，包含了：主集發(fā)射模組，還有集成射頻功率放大器、射頻開關(guān)，以及濾波器和低噪聲放大器等器件。 飛驤科技也宣布正式發(fā)布一套完整的 5G 射頻前端方案，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)第一：第一套完整支持所有 5G 頻段的國產(chǎn)射頻前端解決方案，第一套采用國產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn) 5G 性能的射頻前端模塊。5G 射頻芯片的突圍可謂拭目以待。