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一朝入射頻，從此工藝定命運(yùn)。

無(wú)線的世界，無(wú)限的世界，射頻PA因無(wú)線電而生，生活因無(wú)線通信而精彩。

行業(yè)文章和討論紛紛，GaN（氮化鎵）來(lái)了，SOI和SiGe射頻前端芯片應(yīng)用越來(lái)越多了， GaAs（砷化鎵）還有未來(lái)嗎？應(yīng)邀請(qǐng)，與法國(guó)Yole進(jìn)行了探討和交流，數(shù)據(jù)分析和未來(lái)預(yù)測(cè)，寫此文章，拋磚引玉，歡迎交流指正。

數(shù)字芯片是基于CMOS工藝選擇制程，并非制程越先進(jìn)越好，取決于芯片的定位和應(yīng)用。目前射頻PA的主流工藝是GaAs，主流之外還有CMOS、SOI和SiGe工藝應(yīng)用于射頻PA。

國(guó)內(nèi)射頻PA公司選擇什么工藝，面對(duì)的就是什么樣的路。選擇GaAs工藝，就是艱辛之路，你追我趕，很難拉開(kāi)差距。選擇其他工藝，就是風(fēng)險(xiǎn)之路，要么成功要么失敗。

因工藝選擇失敗的射頻PA公司

正如德魯克所言，企業(yè)只有兩項(xiàng)基本職能：創(chuàng)新和營(yíng)銷。國(guó)外芯片公司熱衷創(chuàng)新，中國(guó)芯片公司熱衷營(yíng)銷。常常聽(tīng)到一句話，沒(méi)有賣不出去的產(chǎn)品，只有不會(huì)做銷售的人。

GaAs PA有了Avago、RFMD（Qorvo）、Skyworks之后，國(guó)外多家初創(chuàng)公司選擇的都是致力于用CMOS PA替代GaAs PA這條路。只有創(chuàng)新，才有價(jià)值。

2009年Skyworks收購(gòu)Axiom Microdevices，當(dāng)時(shí)AXIOM已經(jīng)在2G手機(jī)上實(shí)現(xiàn)了千萬(wàn)級(jí)的CMOS PA出貨量。

2013年4月， Avago Technologies 完成對(duì)Javelin Semiconductor的收購(gòu)。RFMD收購(gòu)CMOS PA初創(chuàng)公司Amalfi。

2014年6月，美國(guó)高通（Qualcomm）宣布收購(gòu)BlackSand。成立于2005年的BlackSand發(fā)布了全球首款3G CMOS PA，并將效率做到39%，使得CMOS替代GaAs成為現(xiàn)實(shí)。其BST34系列功率放大器被設(shè)計(jì)為現(xiàn)有3G GaAs射頻功率放大器的替代產(chǎn)品，而且實(shí)現(xiàn)了完全的功能及管腳兼容。由GaAs轉(zhuǎn)換到CMOS，能夠從改善的供應(yīng)鏈和更低的成本中獲益。

同年，高通RF360射頻前端解決方案正式獲中興旗艦級(jí)手機(jī)Grand S II LTE采用，當(dāng)時(shí)給市場(chǎng)一種感覺(jué)，未來(lái)CMOS PA將在LTE及LTE-A載波聚合(CA)技術(shù)的移動(dòng)終端市場(chǎng)應(yīng)用中大行其道，顛覆射頻前端產(chǎn)業(yè)版圖。

結(jié)果呢？2017年，美國(guó)高通（Qualcomm）推出一系列全面性的射頻前端（RFFE）解決方案，包括首度推出砷化鎵（GaAs）多模功率放大器（MMPA）模塊。宣告高通CMOS PA之路徹底失敗。

2016年5月，Skyworks宣布收購(gòu)RFaxis。創(chuàng)辦于2008年的RFaxis，立志成為新一代無(wú)線射頻芯片的先鋒。網(wǎng)上可以查到其高管的之前相關(guān)言論：“從2007年iPhone問(wèn)世至今，大家都在討論如何讓RF簡(jiǎn)單化。傳統(tǒng)的無(wú)線芯片一直采用的是砷化鎵（GaAs），這導(dǎo)致成本高、產(chǎn)能低。硅是上帝送給人類的禮物，整個(gè)芯片業(yè)幾乎都拿到這份禮物，無(wú)線通信領(lǐng)域應(yīng)該盡快得到這份禮物。就像物聯(lián)網(wǎng)是‘自然進(jìn)化’的必然結(jié)果一樣，雖然砷化鎵是美國(guó)政府花了幾十億美元（用于國(guó)防）研制出來(lái)的，但是隨著人們掌握更多如何應(yīng)用硅的技術(shù)，‘GaAs之死’是必然的。”

GaAs沒(méi)死，那些做CMOS PA的國(guó)外初創(chuàng)公司卻都已消失，但創(chuàng)新的精神不會(huì)消失，芯片行業(yè)需要?jiǎng)?chuàng)新。國(guó)外CMOS PA初創(chuàng)公司失敗在哪里呢？因?yàn)闊o(wú)線通信技術(shù)的車輪是滾滾向前的，對(duì)射頻PA技術(shù)指標(biāo)要求越來(lái)越高，設(shè)計(jì)要彌補(bǔ)工藝的不足是很難的，工藝要彌補(bǔ)設(shè)計(jì)的不足相對(duì)要容易很多。

因工藝選擇成功的射頻PA公司

國(guó)內(nèi)射頻PA公司集中在兩個(gè)賽道：手機(jī)射頻PA和WIFI射頻PA。這兩個(gè)賽道上都有不少于10家射頻PA設(shè)計(jì)公司。因?yàn)檎l(shuí)都沒(méi)有成功，誰(shuí)都有機(jī)會(huì)。因此，射頻芯片投資，看起來(lái)更像一場(chǎng)賭局。

收購(gòu)或者并購(gòu)國(guó)內(nèi)芯片創(chuàng)業(yè)公司，鮮有發(fā)生，等待的要么是成功要么是失敗，沒(méi)有收購(gòu)這個(gè)中間選項(xiàng)。為何？因?yàn)榻^大多數(shù)國(guó)內(nèi)芯片創(chuàng)業(yè)公司沒(méi)有創(chuàng)新，沒(méi)有差異化，走的是重復(fù)之路。

國(guó)內(nèi)射頻PA公司，有兩家選擇了工藝差異化路線。一家是漢天下，另一家是慧智微。漢天下走的是國(guó)外公司走過(guò)的路，慧智微走的是國(guó)外公司沒(méi)有走過(guò)的無(wú)人區(qū)。

漢天下的成功在于2G PA，2G PA的成功在于選擇CMOS工藝。盡管手機(jī)已經(jīng)從2G到3G，再到4G，現(xiàn)在進(jìn)入5G時(shí)代。這幾年2G PA的市場(chǎng)需求始終保持在80KKpcs/M左右。漢天下通過(guò)CMOS 2G PA在性能上可以媲美GaAs PA，在成本上可以輾壓2G GaAs PA，一舉取得60%以上的市場(chǎng)份額。2016年漢天下也因2G CMOS PA曾獲得“第十屆（2015年度）中國(guó)半導(dǎo)體創(chuàng)新產(chǎn)品和技術(shù)項(xiàng)目獎(jiǎng)。

再談國(guó)內(nèi)射頻PA技術(shù)，避不開(kāi)慧智微，一位射頻PA公司創(chuàng)始人曾跟我說(shuō)，國(guó)內(nèi)射頻PA競(jìng)爭(zhēng)過(guò)度，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看慧智微會(huì)有優(yōu)勢(shì)。他是砷化鎵射頻領(lǐng)域的資深專家，又是友商，此言一出，我頗為驚訝。有言道，外行看熱鬧，內(nèi)行看門道。市場(chǎng)的人看市場(chǎng)，技術(shù)的人看技術(shù)，我是產(chǎn)品人，喜歡從產(chǎn)品的角度來(lái)看技術(shù)和工藝。

基于SOI的RF性能特性和成本介于CMOS和GaAs之間，慧智微創(chuàng)新4G PA架構(gòu)，一二級(jí)采用SOI，第三級(jí)放大采用GaAs，相比于三級(jí)放大都采用GaAs工藝的4G PA來(lái)說(shuō)，成本上會(huì)有優(yōu)勢(shì)。但搞新東西，一是冒風(fēng)險(xiǎn)，二是需要持續(xù)的高強(qiáng)度研發(fā)投入。走這條路線，比跟隨Skyworks的其他國(guó)內(nèi)射頻PA廠商要付出更多，沒(méi)有學(xué)習(xí)和模仿的對(duì)象，全靠自己摸爬滾打和堅(jiān)持。一旦產(chǎn)品成功，就會(huì)建立技術(shù)壁壘。

創(chuàng)業(yè)之后才知?jiǎng)?chuàng)業(yè)的苦，創(chuàng)新之后才知?jiǎng)?chuàng)新的難。創(chuàng)業(yè)走別人同樣的路是很難有機(jī)會(huì)的，要想成功，唯有創(chuàng)新。三伍微選擇走pHEMT工藝路線，很多人不解，也不看好。ESD就是第一個(gè)攔路虎，SKY用pHEMT做的開(kāi)關(guān)ESD只有120V，三伍微做到了1000V，以至于閎康測(cè)試完ESD，看到結(jié)果都懷疑是測(cè)試錯(cuò)了。因?yàn)椴幌嘈?，海外客戶拿到三伍微開(kāi)關(guān)樣品又重新做ESD測(cè)試。在pHEMT上做LDO和控制電路，難度不小，一遍一遍的研發(fā)測(cè)試，技術(shù)攻關(guān)，就是為了走出一條特色之路。每個(gè)工藝有每個(gè)工藝的優(yōu)勢(shì)，取其長(zhǎng)處，避其短處，目的是為了尋找市場(chǎng)機(jī)會(huì)，定義出高度契合工藝和技術(shù)的產(chǎn)品。

GaAs工藝還有沒(méi)有未來(lái)

砷化鎵（GaAs）分為三類：HBT、pHEMT、MESFET。頻譜范圍：1GHz到100GHz，滿足低頻到高頻應(yīng)用。射頻前端芯片產(chǎn)品中，射頻PA采用HBT工藝，RF switch和LNA采用pHEMT工藝。

RF switch和LNA已轉(zhuǎn)向SOI工藝，這是大勢(shì)所趨。據(jù)悉，SONY關(guān)閉了pHEMT工藝線。SiGe搶食了一部分GaAs HBT份額，而且有擴(kuò)大趨勢(shì)。CMOS已經(jīng)搶走了低頻GaAs HBT市場(chǎng)。隨著5G的到來(lái)，Qorvo 預(yù)測(cè)，8GHz以下砷化鎵仍是主流，8GHz以上氮化鎵替代趨勢(shì)明顯。氮化鎵（GaN）作為一種寬禁帶半導(dǎo)體，因具有高功率密度、能耗低、適合高頻率、支持更寬帶寬等特點(diǎn)，國(guó)際射頻PA巨頭已經(jīng)在GaN上投入了巨額資金研究。

GaAs HBT工藝基于其穩(wěn)定性與不錯(cuò)的性價(jià)比，未來(lái)將維持一定比重。作為射頻PA的主流工藝，其研發(fā)工作仍在不斷的進(jìn)行中，必將拓展GaAs HBT的應(yīng)用空間。GaAs pHEMT也是很好的工藝，如果能持續(xù)加以開(kāi)發(fā)和利用，也會(huì)有不錯(cuò)的市場(chǎng)前景。

根據(jù)全球砷化鎵6寸晶圓消耗數(shù)量和預(yù)測(cè)，法國(guó)調(diào)研機(jī)構(gòu)Yole做了一個(gè)初步的統(tǒng)計(jì)和分類，由于疫情影響，2020年全球手機(jī)出貨量會(huì)下滑，下面的數(shù)據(jù)會(huì)進(jìn)一步更新。

Yole預(yù)測(cè)，從2019年到2025年，GaAs wafer 6"消耗量將保持4%的復(fù)合年增長(zhǎng)率，晶圓需求量從74.4萬(wàn)片/年增加到94.1萬(wàn)片/年。

其中，手機(jī)PA對(duì)砷化鎵晶圓需求量是最大的，占57%，預(yù)測(cè)2020年晶圓消耗量為45.9萬(wàn)片（會(huì)下修數(shù)據(jù)）。手機(jī)PA之外，手機(jī)WIFI PA和路由器WIFI PA消耗砷化鎵晶圓的數(shù)量占比為26.5%，預(yù)測(cè)2020年晶圓消耗量為21.2萬(wàn)片（會(huì)下修數(shù)據(jù)）。

雖然隨著物聯(lián)網(wǎng)的到來(lái)，例如LTE Cat.1對(duì)GaAs PA的需求增加，但整體來(lái)看，集成CMOS PA的WIFI、藍(lán)牙、NB-IoT、Lora等主芯片應(yīng)用是趨勢(shì)，GaAs晶圓消耗是負(fù)增長(zhǎng)，預(yù)測(cè)復(fù)合年增長(zhǎng)率為-7%。

根據(jù)預(yù)測(cè)，基站對(duì)GaAs PA和GaAs射頻前端芯片的需求也有7%的年增長(zhǎng)率，從2019年的3.4萬(wàn)片增長(zhǎng)到2025的5.2萬(wàn)片。

出乎意外的是，Yole預(yù)測(cè)汽車?yán)走_(dá)幾乎將拋棄GaAs工藝，從2018年的6900片減少到2025年的800片。

根據(jù)一家有代表性晶圓廠的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，WIFI PA對(duì)砷化鎵晶圓的需求并不小，數(shù)據(jù)改變我們以往的認(rèn)知，WIFI PA市場(chǎng)其實(shí)不是小眾市場(chǎng)。

2018年的時(shí)候，該晶圓廠的WIFI PA占比為25-30%，比手機(jī)PA只少10個(gè)百分比。手機(jī)上采用的是砷化鎵WIFI PA，蘋果、三星和華為等品牌都是。路由器上采用的更是砷化鎵WIFI PA。

2019年，路由器主芯片開(kāi)始集成5.8G PA，WIFI PA需求減少。手機(jī)上，除了蘋果繼續(xù)采用Murata的砷化鎵WIFI PA，其他手機(jī)廠商已經(jīng)轉(zhuǎn)向SiGe工藝的WIFI FEM，因此2019年前兩季度WIFI PA所需的砷化鎵晶圓下降。隨著WIFI6的到來(lái)，砷化鎵WIFI PA的需求大幅增加，對(duì)應(yīng)的砷化鎵晶圓消耗量在2019年Q3季度又占到20-25%，比手機(jī)PA少了15個(gè)百分比，手機(jī)PA占比為35-40%。

結(jié)語(yǔ)

選擇決定命運(yùn)，環(huán)境造就人生。在射頻的世界里，工藝是我們要面對(duì)的選擇。國(guó)外射頻PA巨頭可以有不同的團(tuán)隊(duì)做不同的工藝方向，并駕齊驅(qū)；國(guó)內(nèi)射頻PA創(chuàng)業(yè)公司，團(tuán)隊(duì)有限，資金有限，只能朝著一個(gè)工藝前進(jìn)，工藝選擇決定射頻PA公司命運(yùn)。

我看好每一個(gè)工藝，每一個(gè)工藝都有自己適合的產(chǎn)品和市場(chǎng)。不要奢望每一個(gè)工藝都能快速成為未來(lái)市場(chǎng)的主流，未來(lái)在我們的未知世界里。大夢(mèng)想引領(lǐng)小夢(mèng)想，小夢(mèng)想助就大夢(mèng)想。晶圓廠是大夢(mèng)想，射頻芯片設(shè)計(jì)公司是小夢(mèng)想，只要晶圓廠堅(jiān)定方向，就會(huì)有芯片設(shè)計(jì)公司跟隨；只要有工藝的土壤，設(shè)計(jì)的種子就會(huì)生長(zhǎng)。美好的世界，在彼此之間成就。

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射頻PA領(lǐng)域里，GaAs 還有戲嗎

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