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    射頻芯片十年龍虎斗

    2021年11月17日 15:44  遠川科技評論  

    遠川科技評論近日從產業鏈人士處獨家獲悉,中芯集成電路(寧波)有限公司(以下簡稱“中芯寧波”)的全自主知識產權體聲波諧振器工藝技術平臺SASFR®,已支持多家設計公司實現射頻前端中高頻體聲波濾波器(BAW)量產,客戶產品性能已達到國內最優、業界先進水平,可開始向高端5G手機供貨。

    這標志著,此前據傳被博通BAW濾波器卡脖子的華為5G手機,或許有了一線生機。

    這也標志著,中國射頻芯片行業在經歷了十年的奮斗后,終于補上了最后一塊短板。

    射頻,在芯片行業中是一個看起來不起眼、卻位置尊崇的角色,它就像基帶芯片的四肢,是實現手機通訊功能的核心執行者。

    技術難度從低往高,這類芯片細分為:switch,即開關,選擇信號通路;LNA,即低噪聲放大器,接收微弱信號;PA,即功率放大器,把手機發出的微弱信號放大發射出去;filter,即濾波器,接收特定頻段信號并過濾干擾信號,其中,SAW濾波器主要用于中低頻段,BAW濾波器主要用于中高頻段,尤其是5G通信場景。

    中國射頻芯片行業起步于十年前智能機爆發的歷史性機遇,在天時、地利、人和共同作用之下,在switch、LNA,PA和濾波器領域,先后誕生了卓勝微、唯捷創芯和中芯寧波三個代表性企業,本文以此為樣本,試圖梳理中國射頻芯片行業的發展脈絡。

    本文以公司為研究樣本,分為三個部分:

    1. 卓勝微:開局者的無限戰爭

    2. 唯捷創芯:紅海競爭的囚徒困境

    3. 中芯寧波:搶占戰略高位

    開局者的無限戰爭

    中國射頻芯片的開局者,當屬卓勝微,從一開始切入這個領域,到上市后一年一個臺階,可以說,在國內的射頻玩家中,卓勝微一路打的都是“神仙仗”,是中國芯片工業史上絕佳的商業案例。

    但是卓勝微的開局,卻是十分慘淡。創始人許志翰早在2002年回國創業,在杭州中天微工作四年后創立卓勝微。成立伊始,公司選擇進軍地面電視和移動電視芯片領域,以失敗告終。

    最難的時候,公司從紅杉等投資方那里融來的錢都燒光了,公司工資發不出來,他和另外兩個合伙人每個月借100萬,熬了將近一年,直到有新的投資人加入。這段時間,三個合伙人每個月只領8000元的工資。

    許志翰反思后認為,客觀原因是選擇錯誤,對國內市場缺乏了解,不接地氣。

    其后,在智能機風潮中,卓勝微在射頻芯片賽道中沒有隨大流選擇當時看來技術更高、價值也更高的PA,而是選擇了看似邊緣化的switch和LNA。

    這個選擇馬上驗證了其正確性。2012年,蘋果手機全球爆紅,連帶著把傳統的射頻芯片大廠Skyworks、英飛凌、Qorvo等廠商的產能都給占了,三星等安卓廠商根本沒有射頻芯片可用。

    幾毛錢的射頻芯片,這時拿捏住幾千元手機的命門。相比于歐美傳統IDM,卓勝微是典型的Fabless,只負責設計,將制造外包給晶圓代工廠,這個經營模式靈活,能夠快速上線當期盈利能力強的產品。卓勝微拿到三星的訂單,找到臺積電聯合研發出基于RF CMOS工藝的GPS LNA,滿足了三星無數嚴苛的供應鏈要求,解了三星的燃眉之急,一舉在嚴密的韓國電子供應鏈站穩腳跟。此后,不斷有眼紅的中國公司前來挑戰這一位置,但無一例外歸于失敗。

    掌握了switch和LNA的核心know-how,卓勝微乘勝追擊,先后進入小米、vivo、華為和oppo的供應鏈。安卓陣營的主要玩家,撐起了卓勝微在射頻芯片的國際地位。

    但是,當卓勝微在switch領域做到全球第五,再想前進一個位次,就是老牌的國際射頻大廠,而做PA,那時競爭已經太慘烈。因此,在2019年上市時,卓勝微明智的選擇了用募投資金去做濾波器、射頻模組和工廠,其后的一輪定增也沿著這個思路繼續布局。

    總的來說,卓勝微在相當一段時間內,起到了射頻芯片領頭羊的角色,開局很難,但一路升級打怪,由低往高打,創造了芯片工業史上少有的奇跡,總能令人刮目相看。不過,要繼續往上走,就還有很難的仗要打。

    紅海競爭的囚徒困境

    2019年,當卓勝微上市的時候,中國的PA行業終于角逐出了一個被聯發科選定的參與者:唯捷創芯。

    說到唯捷創芯,就不得不提頗具傳奇色彩的創始人榮秀麗。她2002年創辦天宇手機,5年間將其打造為國產手機第一品牌,一時風頭無兩。但好景不長,天語很快被智能機的一眾玩家擊潰。手機是越來越難搞了,但榮秀麗嗅到了另一個機遇——射頻芯片,于是在2010年成立唯捷創芯,扎進了當時中國的PA芯片設計大潮里。

    憑借繼承自老牌射頻芯片大廠RFMD的研發人員,以及靈敏的商業嗅覺,唯捷創芯在國產PA中一馬當先,帶著頭和中國臺灣地區的競爭對手絡達打起了價格戰。兩方你來我往,都是做虧本買賣,最后絡達的股東——手機SoC芯片廠商聯發科受不了,決定終結這場戰爭。2019年4月,聯發科戰略投資唯捷創芯并成為大股東,同時解散絡達旗下PA部門。

    聯發科這一舉動,基本宣告了唯捷創芯在PA市場中的勝利。對于聯發科這種大芯片公司來說,市場較小、但仍需大量投入的周邊芯片,如射頻芯片等,投入產出比低,對巨頭們來說,自研并不劃算。所以,一般的玩法,是像養蠱一樣培植一批小公司,死了就死了,勝出的吃一點肉,用這種辦法,能夠篩選出最有競爭力的公司,享受贏家通吃的紅利。借著在大陸手機公司極強的號召力,聯發科又為唯捷創芯招來華米OV這四家整機廠的投資,從而實現與其供應鏈的強綁定。

    雖說如此,唯捷創芯的主營業務——4G PA的毛利率卻只有20%左右,遠低于卓勝微switch和LNA的50%。

    技術難度與毛利率竟然反著來,這背后有三個原因:

    一,對代工端和封測端沒有議價權。作為Fabless公司,唯捷創芯產品的原料成本劣勢不可避免地被攥在了晶圓代工廠的手里,PA用GaAs(砷化鎵)工藝,晶圓主要從中國臺灣地區廠商穩懋采購,占了總采購成本的四分之一以上,而且GaAs不具有硅基的優勢,成本一時半會降不下來。同時,大陸PA的封測供應商集中在長電、蘇州日月新等少數廠家。對于制造、封測兩個大頭,唯捷的議價能力差。

    二,PA模組化意味著射頻采購短板。在手機小型化、輕薄化的趨勢下,主機廠更愿意在中高端產品中采用高集成度模組,最好是集成了濾波器,但濾波器偏偏研發難度最大,唯捷創芯的核心優勢不在于此,因而只能外部采購,如此便要受制于人。

    三,國產PA廠商已有六七家之多,價格戰停不下來。

    為了突破毛利率困境,唯捷創芯有兩個舉措:

    一,往5G高端產品做。2021年上半年,唯捷創芯5G PA模組占總營收的比重,從去年的10%提升到了25%,5G PA模組毛利率超過40%,是成熟產品4G PA模組的近兩倍。

    二,完善測試端布局。隨著高端5G產品出貨占比增加,通用測試設備難以滿足要求,同時成本抬升、擠占利潤空間。因此,唯捷創芯計劃將一半以上的上市募投資金投入到測試業務線中。

    搶占戰略高位

    在國內公司先后攻克switch、LNA和PA后,濾波器成為擺在中國射頻芯片業的最后一關。國內能夠做中低端SAW濾波器的廠商不在少數,甚至已經開打價格戰。但是適用于5G高頻段的BAW濾波器,則是鳳毛麟角。

    簡單來說,高端BAW濾波器面臨三大難關:

    一,要求工廠能力很強,搞出來設計,但是國內沒人幫著造出來,便只是紙上談兵,造一個晶圓廠是需要很多稟賦的;二,專利墻,博通、Qorvo兩大美商壟斷了這一領域,新進入者幾乎無法觸碰這一禁臠,只要一碰便是大棒;三,沒有使用者,5G市場剛開始發展,BAW濾波器極為關鍵,只要美國公司還在供,國內整機公司便缺乏應用的動力。

    面對三大難關,中芯寧波開始了嘗試。

    這里要先介紹一下背景,首先說中芯寧波創始人黃河,他早在2002年回國加入中芯國際,是早期跟隨張汝京創業的元老之一,F在我們看到的中芯被賦予了追逐制程的使命,但其實一直以來,當年張汝京創建的團隊是各有所長的,重要的芯片產品線均有布局,其中就包括黃河從事的特種工藝。

    2016年,中芯寧波成立,黃河帶著幾十名核心人員遷居寧波,主攻高壓模擬、光電集成等產品,8英寸N1產線早于2018年11月投產。身處長三角,中芯寧波的主營產品本來就有廣闊的市場前景。到了2019年,面對美國的打壓,華為開始自救,大量國產芯片公司迎來市場機遇,黃河敏銳地發現其中的機遇,決定上馬BAW射頻芯片產品。

    首先,對于在國內晶圓代工界戰斗了十幾年的團隊來說,建廠和工藝是一貫的優勢。2019年開始,中芯寧波快速覆蓋了BAW濾波器從晶圓制造到封裝測試的全流程,良率和可靠性快速提升。

    真正難的在于兩點:一,如何做出一個干凈的、沒有專利糾紛的芯片;二,如何大批量進入5G市場。

    針對專利問題,中芯寧波獨辟蹊徑,避開傳統的技術路線,在BAW濾波器的核心難點薄膜工藝結構和諧振器器件設計上創新,開發了具備全自主知識產權的SASFR工藝技術平臺。在此期間,公司研發投入從不到一個億上升到今年接近4億元,申請專利總量也達到700件,現在公司約800名職工,算下來幾乎是人均一件。

    針對市場拓展問題,中芯寧波選擇了一條明智的道路:培育生態。一般來說,晶圓代工廠與下游的終端廠商還是有較長的距離,許多事情自己下場干是忙不過來的,但是國內BAW濾波器設計業基礎孱弱。

    于是,中芯寧波搭建了一個在國內極具特色的商業模式——特種晶圓代工加設計服務,大力扶持新興的芯片設計公司,其中就包括今年剛成立的主攻BAW濾波器設計的新聲半導體,雙方合作無間,短時間內迅速達成量產里程碑。

    至此,圍繞國內幾近空白的BAW濾波器,中芯寧波構筑起了兩個核心壁壘:一個是制造工藝上的全流程突破,一個是嚴守代工邊界,以設計服務吸引新選手做大生態。

    可以說,站在現在的時點上,任何一家實現BAW濾波器自主量產的國內芯片公司,一上來就把最硬的骨頭啃下來,注定要站在射頻芯片行業極高的戰略位置上,主機廠的產品驗證,只是一個時間的問題,一旦放量,其營收曲線將會非常陡峭。

    尾聲

    十年前,中國的射頻芯片行業幾乎是一片空白,智能機爆發的時代機遇,吸引了一群國內選手。這十年是國內射頻物種爆發的“寒武紀”時代,盡管他們在早期十分坎坷,但到了今天已經有很多選手修成正果。

    總結這十年,中國射頻芯片可以分為三個階段:

    一,找市場。放在十年前,國產手機廠是斷然不敢用國產射頻芯片的,因為這個小物件直接決定著手機通訊功能正常與否,用新選手的產品,對于采購負責人可能是致命的,沒人敢用烏紗帽打賭。沒辦法,國產芯片根本沒人要,國內的射頻選手反而在三星那里找到了入場券,不過,這一階段,賣的只是最便宜的品類——LNA和switch。

    二,國產化替代。華為事件敲響了警鐘,這個中國最強的主機廠開始了大規模國產芯片驗證,小米OV跟在后面,膽子也大了起來。這一階段,射頻芯片有更多品類完成國產化替代,大批PA公司涌現。

    三,解決卡脖子元器件難題,完成全面布局。在這一階段,關系5G推廣的濾波器成為兵家必爭之地,尤其是被博通拿捏的死死的BAW濾波器,成為華為5G手機的阿喀琉斯之踵。不僅如此,隨著射頻芯片的集成度越來越高,能否集成進難度最高的射頻器件——濾波器,成了最大的難題,誰能解決濾波器,誰就站在了射頻產業的制高點。

    經歷三個階段,中國射頻芯片行業逐漸形成氣候。但有一個隱憂需要注意:

    人才挖角帶來擠兌式競爭。

    當下,國內各射頻廠商多為設計商,還沒有一家能夠形成全系列射頻產品,而且他們幾乎是共用極為有限的幾家代工和封測廠商,其中最為核心的代工廠商還都在大陸地區之外。

    這樣的產業生態,相比于國外幾大家全面整合的IDM,競爭起來是非常弱勢的,更難以承受人才挖角大戰。

    因為,射頻芯片產業成功的關鍵,在于成百上千位工程師緊密協作的連續性know-how,這里面有三點很關鍵:1、首先是上百號人;2、然后是上下游產業鏈緊密協作,大家都在一塊搞研發;3、長時間的連續研發,know-how沒有中斷。如果只是有許多研發人員不足百的小公司、人才四處分散、每家公司的工程師平均工齡都很短,肯定無法成事。

    在這個背景下,中國需要更多能夠擔當得起制造能力建設和生態搭建的有責任感的射頻選手。

    編 輯:王洪艷
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