GaAs過時(shí)了 CMOS工藝將主宰移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代

　　“硅是上帝送給人類的禮物，整個(gè)芯片業(yè)幾乎都拿到了這份禮物，無線通信領(lǐng)域應(yīng)該盡快得到它。”RFaxis公司市場(chǎng)與應(yīng)用工程副總裁錢永喜日前在接受媒體采訪時(shí)如是說。他認(rèn)為傳統(tǒng)采用GaAs(砷化鎵)或SiGe(硅鍺)BiCMOS工藝制造RF射頻前端的時(shí)代“該結(jié)束”了，純CMOS工藝RF前端IC將在未來十年內(nèi)主宰移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。

　　業(yè)界對(duì)CMOS PA產(chǎn)品的熱情一直沒有減退。2014年6月，高通(Qualcomm)并購(gòu)CMOS PA供應(yīng)商Black Sand，借以強(qiáng)化其RF360方案競(jìng)爭(zhēng)力;而在2013年，Avago、RFMD還分別完成了對(duì)Javelin和Amalfi的收購(gòu)，再之前的就是2009年Skyworks收購(gòu)Axiom Microdevices。

　　錢永喜說，現(xiàn)有的RF前端模組(FEM)方案通常是把功率放大器(PA)、低噪聲放大器(LNA)和天線開關(guān)等多個(gè)分立電路拼接在一個(gè)介電基板或封裝引線框架上，再采用GaAs/SiGe BiCMOS工藝將其結(jié)合在一個(gè)模塊內(nèi)。“但CMOS RFeIC產(chǎn)品采用了于眾不同的做法”，它是將多項(xiàng)功能集成在一個(gè)純CMOS單芯片、單硅片(Single-chip，Single-die)的架構(gòu)之中，包括PA、LNA、收發(fā)開發(fā)電路、相關(guān)匹配網(wǎng)絡(luò)、諧波濾波器等。

　　這種做法最直接的優(yōu)勢(shì)在于減少了外部電路的元器件數(shù)量，簡(jiǎn)化了廠商的開發(fā)設(shè)計(jì)，縮短了產(chǎn)品上市的時(shí)間，進(jìn)而也降低了成本。根據(jù)RFaxis提供的對(duì)比數(shù)據(jù)，在6英寸GaAs晶圓上制造2μm GaAs HBT的成本遠(yuǎn)大于1000美元，而RFaxis在8英寸純硅晶圓采用0.18μm Bulk CMOS工藝，在面積增大78%的前提下，成本卻遠(yuǎn)小于1000美元，且能夠充分保證產(chǎn)品良率和交付周期。

　　“運(yùn)用于軍事或是工業(yè)領(lǐng)域的PA產(chǎn)品采用GaN/GaAs制造還是有可能的，但消費(fèi)類電子產(chǎn)品一定要基于‘標(biāo)準(zhǔn)’工藝才有市場(chǎng)。”錢永喜認(rèn)為那種依靠稀有元素，采用特殊制造工藝，從而導(dǎo)致產(chǎn)品價(jià)格居高不下、成品良率受限的做法是不合時(shí)宜的。就像現(xiàn)在由于GaN產(chǎn)能緊張導(dǎo)致4G PA缺貨一樣，若使用CMOS就不會(huì)出現(xiàn)這個(gè)問題。

　　RFaxis公司市場(chǎng)與應(yīng)用工程副總裁錢永喜

　　他坦承以前在消費(fèi)領(lǐng)域采用CMOS工藝的技術(shù)難度非常大。“擊穿電壓比較低、功耗高、線性度差、轉(zhuǎn)換效率不高，這些都是傳統(tǒng)CMOS工藝器件的弊端。但，RFaxis解決了這些問題。”

　　產(chǎn)能是他看好CMOS PA的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)。2013年，全球晶圓代工廠的總營(yíng)收為430億美金，而GaAs的代工總額僅為10億，GaAs PA器件的銷售總額也已停滯不前?？紤]到只有追隨主流工藝才有成本下降空間，因此，RF工藝從GaAs/SiGe轉(zhuǎn)向CMOS是不可逆的，這將解決歷史性的供應(yīng)鏈瓶頸難題。

　　目前，RFaxis采用的是0.18μm CMOS工藝，今年第四季度可提供40nm 802.11ac射頻前端樣品，主要集中在Wi-Fi、Zigbee和ISM，但未來很有可能進(jìn)入LTE/CDMA射頻前端。而根據(jù)研究機(jī)構(gòu)Strategy Analytics的分析報(bào)告，CMOS RF前端在2012年、2013年的市場(chǎng)容量為0，2014年預(yù)計(jì)將達(dá)到200萬美金，而在2018年該市場(chǎng)市值有望達(dá)到1.8億美金，四年時(shí)間幾乎實(shí)現(xiàn)100倍的增長(zhǎng)。

　　而正經(jīng)歷爆炸性增長(zhǎng)的物聯(lián)網(wǎng)則是RFaxis重點(diǎn)關(guān)注的下一輪重大機(jī)遇。思科公司預(yù)測(cè)說2020年整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)會(huì)到500億顆芯片，華為給出的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)則是到2025年，整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)規(guī)?？梢赃_(dá)到1千億個(gè)連接點(diǎn)。有業(yè)內(nèi)專家估算，物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)的單價(jià)應(yīng)該低于1美元才有可能獲得大規(guī)模普及，這意味著傳統(tǒng)GaAs或SiGe幾乎難有任何利潤(rùn)空間，而RFaxis的純CMOS裸片(Bare Die)解決方案則在封裝規(guī)格、性能與成本等各方面都具備誘人的前景。

　　錢永喜介紹說，目前，越來越多設(shè)備制造商要求每個(gè)產(chǎn)品要有三個(gè)或三個(gè)以上的RF前端，以實(shí)現(xiàn)3×3或4×4 MIMO系統(tǒng)。為此，高通創(chuàng)銳訊在其QCA9880 3×3 MIMO 802.11ac無線解決方案中采用了RFaxis開發(fā)的5GHz射頻前端集成電路(RFX8051)，為路由器、運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)關(guān)、機(jī)頂盒和企業(yè)接入點(diǎn)等應(yīng)用提供了支持千兆位功能的Wi-Fi技術(shù)。

　　除此之外，RFaxis也正積極地與不同廠商展開合作，共同推動(dòng)CMOS射頻前端在IOT市場(chǎng)的發(fā)展。典型產(chǎn)品包括德國(guó)Astera公司LED照明無線控制方案、摩托羅拉/VTech公司無線嬰兒看護(hù)系統(tǒng)、Vizio公司40英寸家庭影院多聲道音箱、Atmel長(zhǎng)距離ZigBee無線通信模塊、以及飛利浦通過蘋果手機(jī)遠(yuǎn)距監(jiān)控居家的In.Sight等。