隨著中美關(guān)系的發(fā)展，芯片和半導(dǎo)體器件國產(chǎn)自主化成為了近期人們關(guān)注的熱點。華為以及海思是中國半導(dǎo)體國產(chǎn)化的先鋒，華為手機的核心半導(dǎo)體器件中，國產(chǎn)化的比例居于同行前列。然而，如果我們仔細分析華為手機中的半導(dǎo)體器件，會發(fā)現(xiàn)射頻前端仍然是國產(chǎn)化的瓶頸。本文將分析射頻前端的重要性，并展望未來射頻前端器件國產(chǎn)化的發(fā)展。

射頻器件——難以繞過的門檻

作為一個例子，我們首先來看一下華為P30的拆解報告（來自iFixit）。在核心半導(dǎo)體芯片和元器件部分，我們發(fā)現(xiàn)華為海思在核心SoC（處理器+調(diào)制解調(diào)）、射頻SoC芯片、音頻芯片等都實現(xiàn)了自研，其存儲芯片分別來自于海力士（韓國）和美光（美國），傳感器芯片來自于意法半導(dǎo)體（歐洲），而射頻前端則完全來自于美國（Skyworks和Qorvo）。一旦中美關(guān)系緊張，我們認為存儲器芯片還有機會去找日韓的其他供貨商來代替來自美國的鎂光，但是射頻前端，尤其是在濾波器部分，非常難以找到來自美國之外的其他貨源，因此射頻前端部分可能會成為華為手機中受到美國影響最大的部分。

射頻前端器件是手機中的核心器件之一。射頻前端器件直接與天線連接，一方面擔(dān)任手機內(nèi)無線接收鏈路的先鋒大將，完成天線開關(guān)調(diào)諧、濾波、低噪聲信號放大的工作，并把完成初步放大處理的信號交給射頻SoC做進一步下變頻和數(shù)字化處理；同時，射頻前端器件也在發(fā)射鏈路端負責(zé)信號的最后把關(guān)，實現(xiàn)信號的濾波和功率放大。與射頻SoC相比，射頻SoC通常會使用CMOS工藝實現(xiàn)，而射頻前端由于性能和設(shè)計指標(biāo)的要求，往往會使用專用工藝實現(xiàn)。

過去，射頻前端器件都傾向于使用分立器件實現(xiàn)，每個前端器件設(shè)計公司都走IDM的路線。而目前，射頻前端的技術(shù)發(fā)展路徑是向高集成度發(fā)展，廠商也在向Fabless的路線前進，工藝也在標(biāo)準化，可以說與芯片行業(yè)發(fā)展的常規(guī)路線越來越接近。LNA、PA（功放）、開關(guān)等器件都在向集成化方向發(fā)展，例如使用SOI技術(shù)將LNA和開關(guān)器件集成在一塊芯片上，而PA也在向標(biāo)準化工藝（如標(biāo)準III-V族工藝甚至CMOS）方向前進。目前，不少射頻前端公司推出的射頻前端模組都是高度集成化的，例如使用在華為P30中的Qorvo 77031模組就包括了三路PA，BAW濾波器以及天線開關(guān)。

然而，濾波器卻不受射頻前端器件標(biāo)準化趨勢的影響。在射頻前端器件中，需要非常高性能（即高品質(zhì)因素）的濾波器以保證無線信號滿足通信協(xié)議對于干擾的要求。這類濾波器通常必須使用聲濾波器（低頻段用SAW，高頻段用BAW）實現(xiàn)。在濾波器領(lǐng)域，尤其是BAW濾波器領(lǐng)域，美國仍然占據(jù)技術(shù)優(yōu)勢，尤其是用在4G／5G高頻段的BAW濾波器，基本是美國的博通和Qorvo等公司獨占鰲頭，目前尚未見到來自其他國家的BAW濾波器能進入大規(guī)模商用。

因此，在這一點上，濾波器又成為了射頻前端中最受制于美國的器件。舉例來說，華為P30中使用的Qorvo 77031模組包含了PA，BAW濾波器以及天線開關(guān)。如果美國政府出口禁令影響華為，那么該射頻前端模組中的PA和天線開關(guān)都有機會使用來自于其他國家的供貨商，甚至使用國產(chǎn)模組替代，但是BAW濾波器卻會成為一個難以找到其他供貨源的弱點。一旦真的BAW被禁運，解決方法要么是在系統(tǒng)設(shè)計上做巨大的努力，使用加入特別設(shè)計的射頻SoC配合SAW濾波器去做2.5GHz以上的高頻段，但是這會非常困難；或者就先退一步再進一步，在4G和5G直接退一步放棄2.5GHz-6GHz之間的頻段，由于4G和5G頻段眾多，結(jié)合無線運營商的支持或許可行，當(dāng)真正需要高帶寬的時候直接進一步使用5G毫米波來滿足用戶需求（5G毫米波由于頻帶衰減特性無需濾波器支持）。

濾波器有多難做

根據(jù)中國芯片的發(fā)展歷程，我們會發(fā)現(xiàn)在芯片工藝和芯片設(shè)計這兩項上，我們更擅長在芯片設(shè)計領(lǐng)域追趕。舉例來說，20年前我國在無線調(diào)制解調(diào)芯片是一片空白，而到了今天華為已經(jīng)有能力發(fā)布性能領(lǐng)先全球的5G調(diào)制解調(diào)器芯片了。從經(jīng)濟和社會角度分析這個問題，這是因為芯片設(shè)計可以走Fabless的商業(yè)模式，F(xiàn)abless的商業(yè)模式允許芯片設(shè)計公司無需承擔(dān)建造Fab的風(fēng)險和巨額費用，因此芯片設(shè)計公司需要的資本量比較低，資產(chǎn)主要是設(shè)計IP等虛擬資產(chǎn)，換句話說少量資本即可撬動芯片設(shè)計公司去獲取大量收入并帶來回報。因此，芯片設(shè)計公司無需國家資本的大量資助就能做得有聲有色，光靠社會力量也能把芯片設(shè)計這項事業(yè)做得很好。射頻器件中的LNA、PA等都比較偏重于芯片設(shè)計方向，因此我們會比較容易在這個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)化。與之相對的是芯片工藝領(lǐng)域需要大量的資本去建廠、購買設(shè)備等，因此資產(chǎn)較重，光靠社會資本的力量在落后世界領(lǐng)先水平多年的情況下很難趕上。

而射頻前端中的濾波器則是屬于同時需要芯片設(shè)計和芯片工藝的積累，這是因為濾波器本身更像是一個半導(dǎo)體器件，因此需要在器件設(shè)計和工藝方面都有深厚積累。例如，BAW濾波器中的主流技術(shù)FBAR需要在有源區(qū)下方做高精度蝕刻，這就對芯片工藝方面提出了很高要求；另一方面，也需要能有同時了解器件物理和工藝的工程師來完成結(jié)合工藝的器件設(shè)計，來實現(xiàn)高性能濾波器。因此，為了實現(xiàn)高性能的BAW濾波器，通常需要工藝和器件設(shè)計的協(xié)同優(yōu)化，BAW濾波器廠商需要有自己的Fab已完成定制化的工藝來生產(chǎn)濾波器。而需要Fab則意味著需要很高的資本投入。

正是因為BAW濾波器對于技術(shù)的高要求和對于資本投入的高需求，因此在全球的競爭格局上形成了寡頭壟斷的局面，僅有Qorvo和博通能大量出貨，即使Skyworks在BAW領(lǐng)域也缺乏話語權(quán)。

射頻前端器件的國產(chǎn)化之路

如我們之前所分析，射頻前端器件中離芯片設(shè)計方向較近的、可以通過標(biāo)準化工藝加Fabless模式實現(xiàn)的部分，國產(chǎn)化會比較輕松。這些器件包括LNA、PA、天線開關(guān)等。例如，Vanchip、漢天下等中國公司已經(jīng)能在4G PA上真正打入主流市場，而華為海思在LNA、PA、天線開關(guān)等領(lǐng)域有不錯的進展。在P30中，華為用的就是自研的LNA Hi6H01s芯片。隨著這些器件走向工藝標(biāo)準化，我們認為這些器件國產(chǎn)化只是時間問題。目前，Qorvo等公司的競爭策略之一就是高集成度，即把PA等器件和濾波器器件放在同一模組中捆綁銷售，這樣可以借助他們在濾波器領(lǐng)域的優(yōu)勢去占領(lǐng)LNA、PA的市場。

我國需要真正下大力氣追趕的是濾波器，尤其是BAW濾波器。如前文所述，射頻前端中的濾波器可以分為SAW和BAW兩類。SAW濾波器的歷史比較悠久，目前主要是日本（如Murata、TDK）和美國（如Skyworks）廠商主導(dǎo)。我國原先一些基站SAW的IDM供應(yīng)商，例如好達電子、中電科德清華瑩等企業(yè)，近些年也積極擴產(chǎn)進軍終端消費類市場。同時，中國也有卓勝微、華遠微電、開元通信、宜確等設(shè)計公司通過fabless模式切入SAW濾波器市場，并取得了不錯的進展，據(jù)悉已經(jīng)進入了不少主流手機的供應(yīng)鏈。然而，在BAW領(lǐng)域，中國廠商還需要加緊追趕 。

如前文所討論的，BAW濾波器需要的是工藝和設(shè)計的協(xié)同優(yōu)化，同時需要長時間的技術(shù)積累，應(yīng)該說指望在幾年內(nèi)實現(xiàn)國產(chǎn)化替代基本不現(xiàn)實。在BAW濾波器領(lǐng)域，我們一方面應(yīng)該看到其重要性，需要不遺余力地支持，而從另一方面也應(yīng)該給相關(guān)廠商以足夠的時間，讓他們的有時間把技術(shù)做好做扎實。因為在濾波器的現(xiàn)有技術(shù)路徑上，國際巨頭公司不僅壟斷了市場更是壟斷了絕大部分專利，所以開辟新的技術(shù)路徑并實現(xiàn)自主知識產(chǎn)權(quán)就成為濾波器國產(chǎn)化的必經(jīng)之路，國內(nèi)的初創(chuàng)公司，比如云塔科技、開元通信和晶訊聚震，在這方面做出了一些卓有成效的嘗試。目前我們看到重慶聲光電、開元通信、中科漢天下等公司在FBAR BAW領(lǐng)域正在積極努力，希望我們能早日看到他們的努力得到回報！