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开放造生态还是封闭求利润?高通射频产品应如何抉择

2017/05/23
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2017 年谷歌 IO 大会上,桑达尔·皮查伊(Sundar Pichai)宣布谷歌战略从“从移动优先转向人工智能优先”,似与之遥相呼应,高通在 2017 年 3 月将处理器产品改称移动平台,并在中高端产品中引入了机器学习功能。很明显,移动通信市场增速已经滞缓,科技巨头纷纷将目光从移动应用投向更具增长潜力的新市场。

但就半导体而言,通信仍然是第一大应用市场,据 IC Insigts 统计,2015 年通信类芯片占全球 IC 销售额比例为 39.3%。以手机为例,每年近 20 亿部出货量,即使不增长,也是半导体厂商需要守护的主战场。尤其是高通,根据其财报,移动芯片收入占其总营收 61%左右(不含移动通信专利授权收入,专利授权收入占高通总营收约为 31%),在移动主芯片创新空间缩小,大手机厂商自研芯片占比增多的背景下,拓宽移动产品线就成为了必然之选。

手机芯片增长点在射频
虽然全球手机年出货量增长空间有限,但有一类手机芯片增长前景依然乐观,那就是射频前端芯片。

射频前端芯片市场增速可期的原因主要有两点。首先,随着通信技术向前发展,全网通手机所需要支持的频段越来越多。据高通产品市场资深经理王健介绍,2G GSM 只有四个频段,3G 时代 TD-SCDMA 有两个频段,CDMA 在中国是一个频段,但在 4G 早期,频段就增加到了 16 个。“全球全网通频段目前是 49 个,而 3GPP 新增加了 600MHz 频段,这个频段编号已经到 71,虽然当中一些频段编号是留空的,所以频段数实际已超过 50 个,等 5G 上来以后频段数会更多。”频段数增多,所需射频元器件数量自然增加。王健表示,目前市场最顶级智能手机可以支持 30 多个频段,其所包含的滤波器可以达到 100 个以上。

其次,载波聚合、多入多出(MIMO)以及高功率用户设备支持等新技术引入,对射频器件的性能提出了更高要求。射频器件性能要求的提高有助于维持射频前端平均售价,而载波聚合、多入多出技术也增加了开关与滤波器等射频器件使用量。“2015 年载波聚合刚推出时,大约有 200 个组合,从最开始的 2 频段载波聚合,到现在的 3 频段与 4 频段组合,马上可能就会有 5 个频段组合。”王健判断,2017 年载波聚合频段组合可能超过 1000 种。

据市场调研机构 Mobile Expert 估计,2020 年全球射频器件市场规模可达 180 亿美元,从 2015 到 2020 年复合增长率为 13%。Yole 预测更乐观,从 2016 到 2022 年复合增长率预计为 14%,2022 年达到 227 亿美元。

高通射频市场策略转变
这就是近年来,Skyworks 与 Qorvo 股票表现出色的根源,这也是 Avago 与博通合并的原因之一,通信芯片市场仍然有良好的增长方向,那就是射频。

在射频产品上,高通布局也不算晚,但过去它一直坚持用 CMOS 工艺来设计包括功放(PA)在内的射频器件。CMOS 工艺做射频器件易于集成,成本低,但在射频性能指标上,目前距离砷化镓(GaAs)工艺还有不小距离,所以业内接受度并不高。

业内人士分析,CMOS 射频工艺的性能在逐渐提升,未来 CMOS PA 仍有可能取代砷化镓 PA,从而与 Modem 实现集成化,但现在 CMOS PA 显然还不是成熟市场的现实选择。

近两年,高通开始转变策略。与 TDK 合资成立 RF360 以后,高通具备了滤波器技术,在今年 2 月,高通推出了其第一批砷化镓工艺 PA。“通过与 TDK 成立的合资公司,高通拥有了全面的滤波器和滤波技术,包括表面声波(SAW)、温度补偿表面声波(TC-SAW)和体声波(BAW)。另外高通也具备做开关产品或天线调谐的 SOI 技术,还有低噪声放大器(LNA)技术。因此我们能够提供射频前端所需的完整技术。”王健强调,如今高通拥有所有射频信号流处理所需技术和工艺,“像高通一样将所有射频前端元器件产品和工艺做全的厂商几乎没有,这是高通最大的优势。”

全局系统化
技术全面并不意味着客户一定会选择,目前射频市场方案仍以多家混用为主,不过走向系统化集成化却是大势所趋。从射频器件厂商来看,系统化产品有利于从系统角度优化射频链路参数,并增加竞争对手替代难度;从手机厂商来看,系统化产品有利于简化越来越复杂的射频设计,节省开发时间,增加产品可靠性。

Skyworks 的 Skyone 与 Qorvo 公司的 RF Fusion、RF Flex 也都是集成了多个射频前端器件的模块化产品,与这些产品相比,高通从 Modem 到天线平台一体化解决方案优势在哪里呢?

答案就是全局系统化。Skyworks 与 Qorvo 等公司的模块化方案只能在天线与基带之间进行开环优化,而高通由于掌握了基带技术,可以利用 Modem 来控制射频链路,从而对手机整体进行性能优化。

典型例子就是高通的 TruSignal 与包络追踪技术。

TruSignal 技术提升了移动通话质量与可靠性,提供更快的数据传输速度,并降低了功耗(天线效率提升以后,相同速率下,射频链路功耗降低)。能够做到这些,TruSignal 技术通过监测载波信号质量,实时调整天线信号链路,以确保在不同场景下移动信号质量均可接受。

TruSignal 利用主分集天线切换,解决手机“死亡之握”问题(手机下方被握住时,由于主天线受到人体影响,移动信号幅度会大幅下降);利用孔径调谐与阻抗调谐,解决天线与 PA 在不同场景下的失配问题;通增加接收分集,来提升接收性能与下行传输速率。这三项技术,均须与 Modem 紧密配合才能实现。“高通的 Modem 与这些器件一起配合,以实现自适应调谐系统。它能够优化不同场景下天线性能。TruSignal 并不是一个简单的切换频率,或在不同频段下进行调谐处理,而是能够识别不同场景,并在不同场景下优化天线性能。”

与 TruSignal 类似,包络追踪也需要 Modem 提供射频信号幅度数据,从而实现 PA 供电电压跟踪射频信号幅度变化(即所谓包络),以达到射频链路最大功率效率,既省电又降低了 PA 发热问题。


开放造生态,封闭享利润?
集成电路发展史就是外围元器件与功能不断被集成到核心芯片的历史,射频器件由于性能要求高,多采用非硅工艺,所以在集成化一体化演进上相对缓慢,但大趋势仍然是走向一体化。

在射频链路一体化进程中,掌握基带技术的高通等公司,自然占据主动。但我不认为高通等公司不开放接口给第三方射频前端元器件公司,至少短期内不会做此决定。

高通射频产品线今年才算补齐,现在正是提倡多样化以蚕食其他人市场之时,过早封闭其他射频厂商机会,试图追求垄断利润,只会促使竞争对手联合起来。
只要射频设计复杂化趋势不改,那么随着新一代移动通信技术引入,从全系统角度来优化射频设计的场景会越来越多,这将自然引导客户采用 Modem 厂商所推荐的射频方案。不用封闭第三方接口,而实现垄断效应,何乐而不为?

那么,纯射频芯片厂商在手机市场真的就前途黯淡?也未必,无源器件与分立器件等无法提供全局系统化方案的产品一直存在,出货量也并不见少。射频需求特殊性会使多种工艺共存成为长期现实,只要在性能上做到极致,手机射频元器件被一家垄断的局面还不会在短期出现。

当然,也有业内人士表示,如果 Modem 与射频元器件关联性增强趋势加速,不排除现在领先的射频公司三五年以后被收购的可能。这也不奇怪,开放造生态的目的,不正是为了形成新垄断?

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