中金公司：半导体行业系列：中国半导体~无线通信芯片5G推动射频前端结构性增长.pdf

请请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 证券研究报告 2018 年 10 月 30 日 主题研究主题研究 中国半导体 无线通信芯片 5G 推动射频前端结构性增长 观点聚焦 投资建议投资建议 5G 是未来半导体增长的主要动力之一 1 滤波器 Filter 2 功率放大器 PA 3 通信基带芯片 Baseband 等是主要受益 器件 海外企业建议关注 Skyworks Qorvo Murata Broadcom 及代工厂商 TowerJazz 稳懋 国内公司建议关注拥有化合物半导 体代工能力的三安光电 手机天线厂商信维通信 以及中国厂商 在滤波器等器件上的突破 理由理由 手机行业增速整体放缓 射频前端存在结构性增长机会 手机行业增速整体放缓 射频前端存在结构性增长机会 在智能 手机普及率提升的带动下 2012 2017 年无线通信芯片实现了 9 7 的年复合增长率 2017 年市场规模达到 1 322 亿美金 占全球半 导体市场的 31 展望未来 随着手机出货量增速及硬件规格升 级的放缓 预计行业总体增速放缓到 2 9 左右 但包括滤波器 功率放大器 开关等在内的射频前端存在结构性增长机会 5G 如何推动射频前端升级 如何推动射频前端升级 5G 与 4G 相比主要变化包括 1 采 用 3 6GHz 4 9GHz 甚至 6G 以上等更高的频率 2 采用 Massive MIMO 技术实现多个信道同时通信 3 更大的带宽 4 更复 杂的编码方式 5 更低的时延 其中更高的频率推动滤波器工 艺从 SAW 向更高单价的 BAW 升级 Qorvo Skyworks Murata 等 主要滤波器公司受益 2 会推动功放及天线用量的提升 建议 关注台湾化合物半导体代工大厂稳懋及国内的三安光电 多天线 趋势利好信维通信 3 4 5 会推动各类射频器件设计难度 同时对基带芯片的处理能力提出要求 导致基带芯片厂商的距离 拉大 更有利于头部厂商如高通 射频前端竞争格局 滤波器是中国企业最大盲点射频前端竞争格局 滤波器是中国企业最大盲点 滤波器是金额 占比最大的器件 2017 年占比射频市场 54 由于需要特殊的工 艺 滤波器厂商一般采取 IDM 商业模式 Murata TDK Qorvo Broadcom Avago 等占据 80 以上市场份额 而麦捷科技等中国企 业还处于初期阶段 功率放大器在金额上位列第二 2017 年占比 射频市场 34 稳懋 三安等 PA 代工企业的兴起 带动 Vanchip 等一批中国企业快速发展 联发科 海思等基带芯片厂商也直接 参与部分 PA 的设计 行业竞争较为激烈 开关 Switch 2017 年 金额占比 7 采用 RF SOI 工艺制造 以色列代工厂 TowerJazz 占 有较大全球市场份额 中国主要开关设计企业包括卓胜微等 风险风险 5G 发展不及预期 中美贸易摩擦加剧 分析员 黄乐平黄乐平 SAC 执证编号 S0080518070001 SFC CE Ref AUZ066 leping huang 联系人 成乔升成乔升 SAC 执证编号 S0080118100006 qiaosheng cheng 相关研究报告相关研究报告 主题研究 中国半导体 车用半导体 汽车电动化与智能化的直接 受益者 2018 10 24 主题研究 中国半导体 设备 进口替代推动本土企业成长 2018 10 22 主题研究 中国半导体 材料 细分领域实现技术突破 进口替代 有望加快 2018 10 18 主题研究 中国半导体 传感器 关注细分行业龙头的投资机会 2018 10 17 主题研 究 中国 半导体 晶 圆代 工行业 如何 缩短 差距 2018 10 16 主题研 究 中国 半导体 存 储器 如果 终结 垄断 暴利 2018 10 15 三安光电 1H18 业绩符合预期 但库存压力仍未消除 2018 08 23 三安光电 LED 巩固龙头地位 化合物半导体实现跳跃式发展 2018 01 04 中金公司研究部 中金公司研究部 2018 年年 10 月月 30 日日 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 2 目录目录 无线通信芯片 无线通信芯片 5G 推动射频前端快速发展推动射频前端快速发展 4 无线通信芯片概要 未来五年增速放缓 射频前端成为主要驱动力 4 5G 对无线通讯芯片产业链的影响对无线通讯芯片产业链的影响 6 滤波器 SAW BAW LTCC 迎来发展机会 8 功率放大器 PA GaAs 产品进一步发展 GaN CMOS 作为补充 10 开关 LNA 天线调节器 SOI 技术向 300mm 升级 MEMS 技术成为补充 11 天线 MIMO 应用确定 LDS 和 LCP 天线成为趋势 12 基站用射频器件 处理器自研为主 功放选择 GaN 13 射频集成化带动产业链向头部厂商集中 16 推荐关注企业 Skyworks Qorvo Murata Broadcom 信维通信 TowerJazz 18 图表图表 图表 1 智能手机无线通讯系统组成及相关公司 4 图表 2 无线通讯用半导体市场结构 按器件 2017 5 图表 3 射频前端用半导体市场结构 按器件 2017 5 图表 4 基带芯片市场竞争格局 4Q17 5 图表 5 旗舰智能机射频前端市场竞争格局 2017 5 图表 6 iPhone 射频前端单价的变化 5 图表 7 2G 5G 手机射频系统单价统计 5 图表 8 5G 对半导体的发展的需求 6 图表 9 5G 相关半导体材料工艺及相关公司 7 图表 10 终端射频系统市场容量预测 8 图表 11 终端射频系统市场容量组成 8 图表 12 终端滤波器市场规模预测 8 图表 13 SAW 和 BAW 滤波器的应用场景 8 图表 14 SAW 滤波器 2017 年市场份额情况 9 图表 15 BAW FBAR 滤波器市场份额情况 9 图表 16 全球手机功率放大器市场预测 10 图表 17 GaAs PA 2016 年市场份额 10 图表 18 全球 GaAs 射频 PA 产业链情况 10 图表 19 天线调节器 LNA 市场规模 11 图表 20 手机射频开关市场规模 11 图表 21 全球 RF SOI 产业链情况 12 图表 22 5G 时代手机天线数量的预测 13 图表 23 全球 5G 基站 终端和服务市场规模预测 13 图表 24 基站和手机射频系统比较 14 图表 25 2017 年全球基站市场份额情况 14 图表 26 2016 年全球 FPGA 市场份额情况 14 图表 27 2017 年全球基站市场份额情况 15 图表 28 2016 年全球 FPGA 市场份额情况 15 图表 29 全球 GaN 射频 PA 产业链情况 15 图表 30 4G 手机射频前端集成情况 16 图表 31 手机射频系统的整合方式 16 中金公司研究部 中金公司研究部 2018 年年 10 月月 30 日日 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 3 图表 32 iPhone 射频系统中各头部射频厂商的份额 17 图表 33 旗舰手机中射频系统各公司使用比例 17 图表 34 全球射频大厂的全面布局 17 图表 35 全球射频前端半导体厂商业绩回顾及展望 18 图表 36 可比公司估值表 18 图表 37 Skyworks 季度收入增速和利润率变化 18 图表 38 Skyworks 市盈率区间 18 图表 39 Qorvo 季度收入增速和利润率变化 19 图表 40 Qorvo 市净率区间 19 图表 41 Murata 季度收入增速和利润率变化 19 图表 42 Murata 市盈率区间 19 图表 43 Broadcom 季度收入增速和利润率变化 20 图表 44 Broadcom 市盈率区间 20 图表 45 信维通信季度收入增速和利润率变化 20 图表 46 信维通信市盈率区间 20 图表 47 TowerJazz 季度收入增速和利润率变化 21 图表 48 TowerJazz 市盈率区间 21 图表 49 主要射频前端厂商自 2016 年以来股价变动 22 中金公司研究部 中金公司研究部 2018 年年 10 月月 30 日日 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 4 无线通信芯片 5G 推动射频前端快速发展 无线通信芯片概要 未来五年增速放缓 射频前端成为主要驱动力无线通信芯片概要 未来五年增速放缓 射频前端成为主要驱动力 在智能手机普及的带动下 2012 2017 五年无线通信芯片实现 9 7 的复合增长率 根据 iHS 的数据 2017 年市场规模达到 1 322 亿美金 占全球半导体市场的 31 展望未来 随着手机出货量及硬件规格升级的放缓 预计行业总体增速下降至 2 9 左右 但由于 5G 需要支持新的频段和通信制式 包括滤波器 功率放大器 开关等射频前端存在结构性 增长机会 按照智能手机无线通讯系统来看 我们可以按数模 模数转换器 D A A D 为界 将智 能手机分为数字信号侧及模拟信号侧 手机射频前端主要处理模拟信号 而基带芯片及 应用处理器负责数字信号的处理 射频前端 Radio frequency front end 2017 年全球市场规模约 147 亿美元 主要作 用是信号放大 筛选及收发 按器件种类来看 射频前端模组可以分为放大器 滤 波器 天线开关 调谐器及天线四部分 其中滤波器 55 功率放大器 34 是 占比最高的两类器件 射频前端全球厂商有 Skyworks SWKS US Qorvo QRVO US Broadcom AVGO US Murata 6981 JP Taiyo Yuden 6976 JP 等 基带芯片 Baseband 2017 年全球市场规模约 202 亿美元 主要作用是信道编码 根据 Strategy Analytics 的预测 未来几年内 受到智能手机出货量增速下滑 摩尔 定律延续导致芯片成本降低的双重影响 基带芯片除 LTE 细分市场外 其余均可能 出现倒退 基带芯片厂商有高通 QCOM US 联发科 2454 TT 三星 005930 KS 英特尔 INTC US 华为海思 紫光展锐等 存储器 Memory 2017 年全球无线通信用存储器市场规模约 520 亿美元 主要包 括 DRAM 和 NAND 每台手机 DRAM bit 需求在过去五年内年复合增长率高达 41 在 2018 19 年需求增长将放缓至 18 左右 NAND 方面 2017 年手机 bit 需求同比增 长 36 与 2016 年的 51 相比有所下降 未来两年需求增长将放缓至 30 左右 供 应商方面 三星 SK 海力士及镁光均为手机存储器市场的竞争者 应用处理器 AP 2017 年全球市场规模约 212 亿美元 主要作用是本地数据处理 过去两年 AP 增速较慢 未来随着 AI 协处理器的渗透率上升 可能有一定拉动效应 ARM 是手机通用的计算芯片架构 Apple 华为等手机厂商以及高通 联发科等芯片 厂商都致力于开发基于 ARM 架构的应用处理器 图表1 智能手机无线通讯系统组成及相关公司 资料来源 通信工程 中金公司研究部 Samsung 005930 KS SK Hynix 000660 KS Micron MU US 存储器 基带处理 信道编码 D A A D PA LNA 滤波器 滤波器 双工器 或 天线开关 应用 处理器 天线 Qualcomm QCOM US MediaTek 2454 TT Apple AAPL US Samsung 005930 KS 海思半导体 未上市 紫光展锐 未上市 Qualcomm QCOM US MediaTek 2454 TT Apple AAPL US Samsung 005930 KS 海思半导体 未上市 紫光展锐 未上市 Skyworks SWKS US Qorvo QRVO US Murata 6981 JP Broadcom AVGO US Qualcomm QCOM US 海思半导体 未上市 Vanchp 未上市 汉天下 未上市 Skyworks SWKS US Qorvo QRVO US Murata 6981 JP TDK 6762 JP Infieon IFX US Taiyo Yuden 6976 JP Qorvo QRVO US Murata 6981 JP Skyworks SWKS US Broadcom AVGO US Qualcomm QCOM US Taiyo Yuden 6976 JP 海思半导体 未上市 卓胜微 未上市 信维通信 300136 CH 立讯精密 002475 CH 硕贝德 300322 CH 安费诺 APH US 中金公司研究部 中金公司研究部 2018 年年 10 月月 30 日日 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 5 图表2 无线通讯用半导体市场结构 按器件 2017 图表3 射频前端用半导体市场结构 按器件 2017 资料来源 WSTS iHS 中金公司研究部 资料来源 Yole 中金公司研究部 图表4 基带芯片市场竞争格局 4Q17 图表5 旗舰智能机射频前端市场竞争格局 2017 资料来源 Strategy Analytics 中金公司研究部 资料来源 Yole 中金公司研究部 以 iPhone 手机为例 在 2010 年其射频前端的单价仅为 5 美元左右 随着通信 3G 4G 再到 4 5G 通信标准的演进 手机所支持的通信频点增多 可同时通信的通道增多 带宽 变大 均推动手机射频前端价格上涨 到 2017 年 iPhone 的射频前端单价上涨至 25 美 金左右 占整机成本比例也上升至 10 统计样本不含搭载 OLED 全面屏的 iPhone X 图表6 iPhone射频前端单价的变化 图表7 2G 5G手机射频系统单价统计 资料来源 Techinsights iFixit iHS 中金公司研究部 资料来源 Skyworks 中金公司研究部 11 16 15 20 19 19 Mobile RF front end Mobile baseband Mobile AP DRAM NAND Others 55 34 1 7 3 Filter PAs LNAs Switches Antenna tuner 45 14 11 7 6 17 Qualcomm MediaTek Samsung Electronics Intel Tsinghua Unigroup Others 40 24 19 10 7 Skyworks Avago Murata Qorvo TDK 0 00 2 00 4 00 6 00 8 00 10 00 12 00 0 5 10 15 20 25 30 20102011201220132014201520162017 iPhone RF dollar content of bill of material USD 1 3 13 25 0 5 10 15 20 25 30 2G3G4G5G USD Unit USD 中金公司研究部 中金公司研究部 2018 年年 10 月月 30 日日 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 6 5G 对无线通讯芯片产业链的影响 5G 技术将推动手机终端射频系统的全面升级 为了获得手机通信速率的大幅提升 5G 将引入 Sub 6GHz 和 6GHz 以上频段通信 同时需要利用 MIMO 技术由现有的 2 通道通信 向 4 8 通道通信演进 图表8 5G对半导体的发展的需求 资料来源 3GPP IEEE Avago 中金公司研究部 滤波器 滤波器 为添加新频段通信功能 需要提升滤波器数量 4G 到 5G Skyworks 预计 滤波器数量平均将由 40 只提升至 50 只 且高频通信场景中 现有 SAW TC SAW 滤 波器将替换为 BAW FBAR 现有滤波器头部厂商因为市场规模提升直接受益 相关 标的如 Murata Avago 国内有 BAW SAW 滤波器制造能力的厂商可能享受国产替代 红利 相关标的包括麦捷科技等 PA 为实现从 2 通道向 4 通道通信 PA 数量预计将可能翻倍提升 长期看 为支持 更高频率信号的输出 现有 GaAs 材料也可能向 GaN 材料功放升级 现有 GaAs 功放 厂商直接受益于功放数量提升带来的市场机会 相关标的包括全球 GaAs PA 代工龙 头稳懋等 国内国产替代逻辑标的包括三安光电等 Switch Tuner 射频开关和调节器同天线通道数相关 4G 到 5G 终端开关数量可由 10 只升至 30 只 因此市场规模不断提升 4G 时代 Switch Tuner 基于 SOI 工艺制 造 5G 时代 SOI 工艺将提升至 45nm SOI 开关市场竞争激烈 价格便宜 0 10 0 20 美元 由于目前 RF SOI 产能供不应求 有利于 SOI 代工厂 标的包括 TowerJazz 等 天线 天线 通过 Massive MIMO 技术提升通信速率 终端由 2 通道向 4 通道通信发展 导致天线数量由现有 2 天线向 4 8 天线提升 为了减小尺寸 可有若干解决方案 包括 PI 基材向 LCP 基材或 LDS 方向演进 苹果在新 iPhone 中选择 LCP 软板方案 天 线数量提升和新工艺的加入有利于天线提供商信维通信等 集成化趋势明显 集成化趋势明显 射频大厂通过模块化产品提供一揽子解决方案 降低手机大厂采 购成本 推动自有全线产品的同时 提升了毛利率水平 趋势有利于全面布局的龙 头射频公司 如 Skyworks Murata Qorvo Avago Qualcomm 等 5G 将带动射频系统的升级 相比 4G 5G 将在理论上带给手机空口速率 10 倍以上的提升 以支持更大带宽的通信 同时 5G 要求空口时延从 10ms下降至 1ms量级 以支持车联网 工业互联网等场景 SOI 45nm 信维通信多种实现方式 材料工艺变化受益公司 Switch Tuner 天线 TowerJazz 主要变化 滤波器 Avago Murata SAW TC SAW BAW FBAR 数量提升 单价提升 数量提升 单价提升 PA Win Semi 三安光电 GaAs GaN数量提升 数量提升 单价提升 中金公司研究部 中金公司研究部 2018 年年 10 月月 30 日日 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 7 图表9 5G相关半导体材料工艺及相关公司 资料来源 Yole 3GPP 中金公司研究部 高频率引入高频率引入 5G 将使用 Sub 6GHz 和 6G 以上频谱 2 5GHz 以上滤波器的选型将由 SAW TC SAW 转为 BAW FBAR 高频率功放材料可以选择 GaN SiGe 等 天线开关等 SOI 组件的工艺也将提升至 45nm 多通道通信 多通道通信 频段变高的同时 现有手机双天线的模式可能升级为 4 8 天线 以实 现 MIMO 通信 多个可选通道可以组合实现更宽频段 载波聚合技术 通信 在 3GPP 的 R15 中定义了 600 多个新的载波聚合组合 组合过程中对开关的工艺精度要求提 升 大带宽通信 大带宽通信 相比 4G 的 20MHz 5G 单通道理论值为 100MHz 大带宽的滤波器 功放 天线的设计难度均有提升 复杂编解码 复杂编解码 5G 通过更复杂的编码实现频谱利用率的提升和更强的多址 基带芯片 的处理能力进一步提升 同时多通道 高频率和大带宽 也在推动基带芯片的数据 吞吐量提升 低时延通信 低时延通信 5G 对系统端到端的时延要求苛刻 空口时延更限制在 1ms 量级 这对 天线开关等元器件的敏捷性提出了挑战 新材料 新材料 半导体衬底如 SiGe GaAs 具有电子迁移率高 噪声性能好的特点 在微波 和毫米波频段内这些器件的性能远远优于硅器件 GaAs 工艺已成为微波毫米波集成 电路的主流工艺 GaN 作为宽带半导体材料 有高电子迁移率 高的载流子饱和漂 移速度和高击穿场强等 成为未来的射频主流材料代表 另外 在制备中 微波毫 米波集成电路一般在介质基片材料 如氧化铝 石英 蓝宝石等 上 采用厚膜工 艺 如低温 高温烧结工艺 印刷工艺等 或者薄膜工艺 如溅射工艺 电镀工艺等 制备 根据 Skyworks 的测算 从 4G 到 5G 终端射频系统单价几乎呈现翻倍式增长 推动射频 前端芯片市场规模不断扩大 按器件种类来看 射频前端模组可以分为放大器 滤波器 天线开关 调谐器及天线四部 分 根据 YOLE 的预计 射频系统市场未来五年市场规模将迅速增长 其中滤波器市场的 规模则占比市场的 50 以上 滤波器产品和功放产品市场规模总和达到整体市场容量的 80 90 射频开关市场排名第三 2020 年之后毫米波元器件市场开启 滤波器滤波器PASwitch Tuner天线天线基带基带材料材料 低延迟低延迟设计难度提升吞吐计算能力提升 复杂编解码复杂编解码吞吐计算能力提升 高高频频点点选型SAW BAW可考虑GaN材料 数量提升 SOI工艺提至45nm 数量由2到4或更多 可选LDS LCP方案 III V族元素增加 多通道多通道 数量由2到4或更多 材料可考虑GaN 数量提升 SOI工艺提至45nm 数量由2到4 可选LDS LCP方案 吞吐计算能力提升 数量提升 选型SAW BAW 大带宽大带宽设计难度提升设计难度提升吞吐计算能力提升设计难度提升设计难度提升 吞吐计算能力提升 中金公司研究部 中金公司研究部 2018 年年 10 月月 30 日日 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 8 图表10 终端射频系统市场容量预测 图表11 终端射频系统市场容量组成 资料来源 Yole 中金公司研究部 资料来源 Yole 中金公司研究部 滤波器滤波器 SAW BAW LTCC 迎来发展机会迎来发展机会 滤波器的主要作用是在杂乱的空间将目标信号过滤出 随着手机支持频率的增加和 MIMO 技术的引入 滤波器需求指数上升 Skyworks 测算 3G 时代终端约覆盖 5 个频段 4G 时代上升为 20 个频段 5G 时代可能超过 40 个频段 叠加 WIFI 蓝牙和导航系统 中期滤波器的用量在 50 只水平 以单只滤波器价格 0 2 美元估算 单个手机中滤波器的 成本将达 10 美元 根据 Yole 统计 2017 年全球手机滤波器市场规模 80 亿美金 预测随着 5G 的成功部署 2023 年可达 225 亿美金 复合增速接近 20 图表12 终端滤波器市场规模预测 图表13 SAW和BAW滤波器的应用场景 资料来源 Yole 中金公司研究部 资料来源 Qorvo 中金公司研究部 按产品种类来分 滤波器主要包括 SAW 声表面波滤波器 和 BAW 声体波滤波器 两者均基于压电效应通过电 声 电的转换达到滤波效果 SAW 滤波器 2G 3G 4G 已广泛 应用 一般工作在 1 9GHz 以下频段 最新的研究将应用上限推广到了 2 5GHz 左右 而 BAW 滤波器一般工作在 1 5GHz 6 0GHz 最高可以工作在 10GHz 以上 在高频通信中应 用更为适合 另外相比 SAW 温漂较低 滤波器的设计 滤波器的设计 SAW 和 BAW 滤波器不同频段的滤波器设计难度不同 部分频段由于相邻 频段相对洁净 设计更加简单 提供全频段的设计能力公司寥寥无几 滤波器的制造 滤波器的制造 最关键的工序是高品质的压电层均匀一致淀积 我国企业在工艺层面相 比海外企业有明显差距 因此产品的可靠性较低 Murata Qorvo Avago 等滤波器厂商 10 15 35 0 5 10 15 20 25 30 35 40 201620172023E USD bn 51 54 65 38 34 20 2 2 10 7 9 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 201620172023E FilterPAsLNAsSwitchesAntenna TunermmW FEM 5 20 8 00 22 50 0 5 10 15 20 25 201620172023E USD bn 中金公司研究部 中金公司研究部 2018 年年 10 月月 30 日日 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 9 目前仍以 IDM 模式为主 而且一体化的设计制造能力帮助产品提升了稳定性 滤波器市场 滤波器市场 SAW 多年来 Murata TDK 和 Taiyo Yuden 占据 80 以上份额 TDK 和高通合 资成立了 RF360 后成为挑战者 BAW FBAR 市场基本被 Avago Qorvo 垄断 国内情况 国内情况 上述滤波器厂家技术不断创新 竞争力不断提升 国内 SAW 滤波器的厂商有 麦捷科技 德清华莹 信维通信持股 19 5 子公司 和好达电子等 目前麦捷科技同 26 所合作生产 SAW 滤波器 产品进入了华为 TCL 闻泰等公司的产品线 德清华莹同 55 所合作 提供 SAW 生产能力 滤波器月产能 8000 万颗 好达电子的 SAW 滤波器进入了 中兴 魅族等手机的供应链 另外目前我国的 FBAR 在中电科 13 所 清华大学 浙江大 学 天津诺斯微电子均有样品或小规模出货 图表14 SAW滤波器2017年市场份额情况 图表15 BAW FBAR滤波器市场份额情况 资料来源 与非网 中金公司研究部 资料来源 iHS 中金公司研究部 另外 在高频超宽带场景 如 3 3 4 2GHz 3 3 3 8GHz 4 4 5 0GHz 通信中 终端如果 采用 CPE 单通道可达 500MHz 以低温共烧陶瓷 LTCC 工艺制作的滤波器的应用将更 加普遍 相比 SAW 或 BAW 滤波器 LTCC 虽然可处理高频信号 但选频能力较差 但 LTCC 对高功率场景的处理能力优于 SAW 或 BAW 滤波器 47 21 14 9 4 5 Murata TDK Taiyo Yuden Skyworks Qorvo Others 77 90 88 93 73 72 63 56 58 0 0 0 5 24 25 33 40 39 1 2 2 2 3 2 2 2 2 0 1 0 0 0 1 2 2 1 22 7 10 0 0 0 0 0 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 200620072008200920102011201220132014 AvagoQorvoTDKTaiyo YudenInfineon 中金公司研究部 中金公司研究部 2018 年年 10 月月 30 日日 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 10 功率放大器 功率放大器 PA GaAs 产品进一步发展 产品进一步发展 GaN CMOS 作为补充作为补充 PA 用于将信号功率放大输出至天线以发射信号 手机 PA 随着天线的数量增多而增多 根据 YOLE 统计 PA 市场将由 2017 年的 50 亿美元增长至 2023 年的 70 亿美元 复合增 速为 6 市场容量在 4G 时代被滤波器超过 排名第二 图表16 全球手机功率放大器市场预测 图表17 GaAs PA 2016年市场份额 资料来源 Yole 中金公司研究部 资料来源 SA 中金公司研究部 从 3G 时代起由于击穿电压 输出功率等优势 GaAs 材料代替 CMOS 材料成为 PA 市场主 流材料 5G 时代 预计 GaAs 依然是手机功放的主流方案 全球 GaAs 市场被 Skyworks Qorvo 和 Avago 等垄断 三家合计份额接近 70 目前 GaAs 射频已经形成了完整的产业 链 GaAs 晶圆 晶圆 日本 美国和德国垄断 住友电工 Sumitomo Electric 弗莱贝格化合 物材料 Freiberger Compound Materials 晶体技术 AXT 三家公司占据约 95 市 场份额 国内厂商呈现追赶趋势 包括光导稀材 三安集成线路等 GaAs 外延片 外延片 生产主要采取外包模式 四大外包领导厂商 IQE 全新光电 VPEC 住友化学 包括住友化学先进技术和 SCIOCS 英特磊 IntelliEPI 其中 IQE 为全球 最大的外延片生产商 市场份额超过 50 我国三安集成电路也有生产能力 GaAs 功放设计 功放设计 生产以 IDM 大厂和 设计 代工 大厂模式并存 其中 Skyworks Qorvo 和 Avago 均为 IDM 模式 高通曾于 2014 年采用 CMOS 制程的 PA 后 2017 年 与 TDK 成立合资公司 RF360 生产 GaAs PA 产品 另一大厂 Avago 2017 年末以 1 85 亿美元入股稳懋成为第三大股东 未来在扩产中可能会选择 Fabless 路线 代工 代工 稳懋作为全球第一GaAs代工龙头 主要客户为高通 Avago Murata Skyworks RDA Anadgics 等 图表18 全球GaAs射频PA产业链情况 资料来源 Yole 中金公司研究部 3 5 5 0 7 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 201620172023E USD bn 31 28 7 5 4 3 22 Skyworks Qorvo Avago WIN AWSC MURATA Others GaAs晶圆提供商 住友电工 弗莱贝格化合物材 料 晶体技术 AXT 先导稀材 Vital 三安集成电路 外延片提供商 IQE 全新光电 VPEC 住友化学 英特磊 IntelliEPI 联亚光电 LandMark 三安集成电路 设计 包括IDM Qorvo IDM型 Skyworks IDM型 Avago IDM型 高通 锐迪科 RDA 代工 稳懋 WIN 宏捷科技 AWSC 寰宇科技 GCS 三安光电 海威华芯 海特高 新 中金公司研究部 中金公司研究部 2018 年年 10 月月 30 日日 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 11 随着更多厂商的加入 PA 市场的竞争进一步加剧 因此头部厂商将 PA 同基带 开关等 芯片绑定销售 以提升竞争力 中国厂商在设计 代工等领域也有一定竞争力 国内公司渐渐掌握了 GaAs PA 技术 出 现了近 20 家设计公司 如汉天下 唯捷创芯等 其中紫光展锐的 4G PA 已于 2016 年 12 月通过高通公司的平台认证 汉天下 PA 也已进入三星产业链 后续国内的 PA 设计厂商 有可能带动本土代工业的发展 国内代工相对领先的厂商包括三安光电 海特高新等 为了实现进一步集成 仍有部分公司基于 CMOS 研发高频功放 射频 CMOS 由于集成度 提升 成本更底 但是性能与 GaAs 或 GaN 相比有差距 目前主要用于蓝牙 Zigbee 等 应用 高通曾收购子公司 BlackSand 剑指 CMOS PA 但最终成果寥寥无几 可见短期硅基 材料的 PA 仍需要大量的研发投入 开关 开关 LNA 天线调节器 天线调节器 SOI 技术向技术向 300mm 升级 升级 MEMS 技术成为补充技术成为补充 射频开关是指可对射频信号通路进行导通和截止的射频控制元件 其性能指标主要是隔 离度 工作带宽 插入损耗 开关时间 功率容量 使用寿命等 类似于滤波器的需求提升 5G 因为频段的增加将带来通道数的提升 进而推动开关市场 的容量增长 根据 YOLE 预测 终端射频开关市场规模将由 2017 年的 10 亿美元增至 2023 年的 30 亿美元 复合增速约为 20 天线调节器 Tuner 市场也将迎来增长 从 2017 年的 4 63 亿美元向 10 00 亿美元发展 复 合增速约为 14 LNA 从 2017 年的 2 46 亿美元增长至 2023 年的 6 02 亿美元 复合增速 约为 16 图表19 天线调节器 LNA市场规模 图表20 手机射频开关市场规模 资料来源 Yole 中金公司研究部 资料来源 Yole 中金公司研究部 SOI 技术指在绝缘衬底上生长半导体层的技术 通过绝缘衬底实现有源层和衬底层的电气 连接隔断 SOI 器件拥有尺寸小 寄生电容小 速度快 功耗低 集成度高 抗辐射能力 强等优点 特别适合开关和转换器低插损 高线性 高速的要求 目前 95 以上射频开 关基于 RF SOI 绝缘体上硅 工艺制造 LNA 和 Tuner 目前也有向 SOI 技术转向的趋势 5G 时代 LNA 需要尽可能靠近天线放臵 从现有 130nm 工艺向 45nm 工艺节点能力发展 可以帮助实现开关 LNA Tuner 的集成 需要 300mm 晶圆的支撑 SOI 的产业链包括衬底供应商 晶圆厂 设计厂商三个环节 246 602 463 1000 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20172023E LNATuner USD mn 1 3 0 0 5 1 1 5 2 2 5 3 3 5 20172023E USD bn 中金公司研究部 中金公司研究部 2018 年年 10 月月 30 日日 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 12 图表21 全球RF SOI产业链情况 资料来源 Yole 中金公司研究部 衬底 全球衬底生产商仅为 Soitec Shin Etsu GlobalWafers 和中国厂商上海新傲 Simgui 其中 Soitec 拥有 70 的市场份额 根据 Soitec 预测 由于频谱的迅速增加 预计 2018 年将出货 150 万至 160 万只 RF SOI 晶圆 同比增长 15 20 2020 年晶 圆出货量将超过 200 万片 加工 2018 年全球 95 的 RF SOI 芯片均基于 200mm 晶圆制造 随着 SOI 器件的广 泛应用 目前 200mm RF SOI 产能存在瓶颈 而 GlobalFoundries TowerJazz 台积电 等也在扩产 300mm RF SOI 产能 中国厂商在 SOI 衬底 设计和加工领域都有涉及 我国衬底厂商新傲科技 Simgui 作为 SOI 材料的主要供应商 通过自主研发和同 Forrotec Gritek 等海外公司的合作 已具备 提供 5G SOI 材料的能力 计划到 2019 年下半年完成年产 40 万片的产能扩展 加工方面 中芯国际正在推进 0 13um RF SOI 平台的升级 部分厂商如 GlobalFoundry 在中国也有设 厂 国内的 RF SOI 发展受制于硅片进口制约 200mm 300mm 的硅片供应能力较差 另外 天线调谐器和射频开关目前也可以选择 RF MEMS 技术路径 天线调节器中已经有 应用 Cavendish Menlo Micro 和 AAC 子公司 WiSpry 正在面向移动通信开发 RF MEMS 器 件 据 Cavendish 介绍 RF MEMS 开关插损可以做到 RF SOI 的 1 5 2018 年三星 Galaxy A8 已经采用了 Cavendish 的技术 期望降低射频系统的耗电等 然而 RF MEMS 的应用需要 价格 封装和可靠性的进一步优化 天线 天线 MIMO 应用确定 应用确定 LDS 和和 LCP 天线成为趋势天线成为趋势 天线系统是射频系统中关键的组成部分 目前有被集成至射频模组中的案例 但未被集 成至芯片级 是射频半导体领域的补充 5G 将推动天线数量从现有的将推动天线数量从现有的 2 天线扩展至天线扩展至 4 8 天线以最终支持天线以最终支持 4 4 MIMO 但由于尺寸 原因 相当长的时间内不会再进一步提升 另外 由于全面屏等新趋势出现 手机内部空间受到进一步限制 天线的制作工艺也在 发生变化 目前主流的手机天线制作工艺包括 LDS FPC 等 LDS 利用激光镭射技术在手机外壳等支架上化镀金属 可节省空间 降低干扰 但 成本相对较高 FPC 软板因为优质可挠性代替了 LTCC 基板 FPC 有铜箔 胶 基材层叠而成 基材的 选择包括聚酯 PET 聚酰亚胺 PI 液晶聚合物材料 LCP 聚萘二甲酸乙二酯 PEN 等 PI 虽然价格稍高 但可耐高温加工 成为主流天线材料 而 LCP 作为新 材料在高频拥有更低的损耗 更低的吸潮性和更好的挠性 适用于微波 毫米波通 信应用 Phone X 共用 4 个 LCP 软板 分别用于天线 中继线和摄像头模组 LCP 天 线的制作难度相比 PI 天线提升 价格为 PI 的数倍 SOI衬底 200 300mm Soitec 70 market share Shin Etsu GlobalWafers 200mm Simgui 设计 Qorvo Murata Skyworks Infineon Broadcom 高通 展讯 卓胜微 Taiyo Yunden 晶圆加工 IDM GlobalFoundries TowerJazz 台积电 联电 中金公司研究部 中金公司研究部 2018 年年 10 月月 30 日日 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 13 目前 FPC 软板的供应商包括 Murata 嘉联益 臻鼎 台郡科技等 LCP 天线生产商包括 Murata 嘉联益 安费诺 立讯精密 信维通信 Career 等 图表22 5G时代手机天线数量的预测 资料来源 Qorvo 中金公司研究部 基站用射频器件 处理器自研为主 功放选择基站用射频器件 处理器自研为主 功放选择 GaN 基站处理器以自研为主 5G 基站市场整体规模相对终端较小 根据 DG Times 预计 2020 年 5G 基站整体市场规模 为 11 43 亿美元 到 2026 年增长至 342 86 亿美元 2012 2026 年的复合增速在 50 以上 到 2026 年市场规模约为手机的 1 16 然而 5G 基站相比手机功能仅为连接 因此 5G 基 站射频市场基本等同于整体市场规模 同手机射频市场规模处在同一量级 图表23 全球5G基站 终端和服务市场规模预测 资料来源 DIGITIMES 中金公司研究部 基站射频系统结构类似手机 但由于强调覆盖性 不强调尺寸 耗电量等指标 相比手 机射频系统存在不同 2G3GLTELTE 4x4 MIMO5G 3 5 GHz 5G 6 GHz 可行的天线数量估算Wi FiLBGPSMBHBUHB天线的类型数量 0 100 000 200 000 300 000 400 000 500 000 600 000 700 000 800 000 900 000 1 000 000 2020202120222023202420252026 基站服务终端 mn 中金公司研究部 中金公司研究部 2018 年年 10 月月 30 日日 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 14 图表24 基站和手机射频系统比较 资料来源 3GPP 中金公司研究部 由于以上不同 基站市场的半导体选型存在差异 基站基带基站基带半导体芯片一般选择自主研发或合作开发 Intel 中兴 华为 Nokia Ericsson 三星等公司均设有自己的研发团队 早期开发以 DSP 和 FPGA 作为主要控制芯片 一旦 技术成熟 即设计为成熟半导体芯片 部分选择 FPGA 以增加灵活性 2017 年全球电信设备市场规模 372 亿美元 由于基带 ASIC 均为自制 没有明确比例显示 市场规模 ASIC 处理芯片目前一般采用 10 7nm 技术研发 一般为 Fabless 模式 选择台 积电等 Foundry 代工生产 FPGA 全球市场规模约为 40 亿美元 其中 Xilinx 占比超过 50 图表25 2017年全球基站市场份额情况 图表26 2016年全球FPGA市场份额情况 资料来源 TechWeb 中金公司研究部 资料来源 半导体行业观察 中金公司研究部 功放发展趋势 关注 GaN 市场龙头企业成长 GaN 已经取代 LDMOS 成为下一代功放的重要材料 预计毫米波频率功放将采用 GaN 材 料制作 一大好处是提升功放的空间利用率 GaN功放已经在雷达等军用市场有了一系列应用 2017年市场规模约为3 84亿美元 YOLE 预测 2022 年市场规模因为通信业的加入将达到 11 亿美元 通信市场需求将首先来自于 基站射频市场 用于替代 3 5GHz 以上高频通信中 LDMOS 器件的问题 但 GaN 工作在高 电压 10V 以上 在手机终端 3 5V 如何支持其正常工作还有待研究 基站基站手机手机 基带 支持更大规模的处理能力 Massive MIMO 网元功能切分等后端能力 支持4 8天线处理能力 滤波器高功率 大体积 通道数更多低功率 小体积 通道数更少 功放 支持多频段多通道同时发射接收 支持32 64通道 滤波器用量更多 NSA连接下双通道收发 SA连接下单 通道收发 滤波器数量有限 天线Massive MIMO 32 64通道甚至更多支持4 8天线 开关不需要频繁切换需要频繁切换 29 30 24 14 3 Ericsson Huawei Nokia ZTE Samsung 54 36 7 3 0 0 Xilinx Intel Altera Microsemi Lattice QuickLogic Others 中金公司研究部 中金公司研究部 2018 年年 10 月月 30 日日 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 15 图表27 2017年全球基站市场份额情况 图表28 2016年全球FPGA市场份额情况 资料来源 Yole 中金公司研究部 资料来源 Mouser Electronics 中金公司研究部 图表29 全球GaN射频PA产业链情况 资料来源 Yole 中金公司研究部 氮化镓器件的制造有两种衬底方式 一种是 GaN on SiC 工艺 由 Qorvo 和其他大多数厂 商采用 占比 95 以上 另一种是 GaN on Si 由 Macom 子公司 Nitronex 采用 在 LED 产业链中 GaN 也有选择蓝宝石衬底路线 科锐 Cree 旗下的 Wolfspeed 是纯 GaN 生产商 不生产其他材料器件 还同时是 SiC 衬 底供应商龙头 市场占比超三分之一 同德国 SiCrystal 美国 II VI 美国 Dow Corning 合计占比该市场超 90 份额 国内厂商在电力电子行业积累更为深入 在射频领域苏州 能讯布局相对领先 有望进入基站 GaN 产业