射頻，大家聽著可能很熟悉，但是什么是射頻，射頻集成電路難在哪里？發(fā)展的方向是什么？我將會(huì)對(duì)下面幾個(gè)方面進(jìn)行介紹：現(xiàn)在射頻芯片全球的市場(chǎng)規(guī)模、國(guó)內(nèi)國(guó)外一些射頻廠的市場(chǎng)占有率如何、我們的機(jī)會(huì)在哪里。

一、什么是射頻？

射頻芯片是一個(gè)比較專業(yè)的方向，相對(duì)于整個(gè)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)是一個(gè)很小的技術(shù)方向。要總結(jié)一下中國(guó)企業(yè)在什么樣的路上，尤其是射頻的方向非常難。這條道路雖然崎嶇、艱難，但我相信一定是一條越走越寬的光明之路。

大家知道互聯(lián)網(wǎng)萬物互聯(lián)的概念，這個(gè)概念已經(jīng)比較老了，現(xiàn)在大家提的是IOE。這是2014年11月《哈佛商業(yè)評(píng)論》給的一張表格，它預(yù)計(jì)2020年的時(shí)候全球每個(gè)人介入的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是6.58臺(tái)。手機(jī)、IPLED、筆記本電腦、智能汽車、智能電器，稍微一算六七臺(tái)設(shè)備很容易達(dá)到。未來五年、十年，會(huì)有更多的設(shè)備接入進(jìn)來。那么這些設(shè)備是怎么連接呢？就是無線通信，無線通信把各個(gè)小的終端連在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里面，怎么實(shí)現(xiàn)呢？就是射頻技術(shù)。

第一代的手機(jī)，是大哥大，當(dāng)時(shí)的售價(jià)在1萬左右，像一個(gè)磚頭，可以拿來防身。iphone，蘋果10在1萬左右，當(dāng)年的1萬和現(xiàn)在的1萬是沒有辦法比較的。我們更不用說在性能上、功能上發(fā)生的改變。集成電路促進(jìn)了這樣的發(fā)展，射頻的發(fā)展又在其中占了重要的角色。

這是傳統(tǒng)的機(jī)械衛(wèi)星，它非常笨重和昂貴，這樣的衛(wèi)星用在現(xiàn)在智能互聯(lián)網(wǎng)很難。但是如果用相控陣天線做集成，無論是尺寸、成本、功耗都會(huì)有幾個(gè)數(shù)量級(jí)的降低，讓它的普及變成一種可能，這就是射頻集成電路的優(yōu)勢(shì)。講了這么多，那到底什么是射頻？射頻顧名思義就是能夠發(fā)射的頻率。電磁波其實(shí)就是一種交變的電磁場(chǎng)，這種交變的電磁場(chǎng)能夠在自由空間進(jìn)行傳輸，所以射頻就是具有遠(yuǎn)距離傳輸能力的一種高頻電磁波。這里面有幾個(gè)概念，一個(gè)叫做頻率，什么叫頻率？剛才講它是交變，交替變化。單位時(shí)間一秒能有多少個(gè)周期變化呢？這個(gè)周期的個(gè)數(shù)我們把它叫做頻率。大家經(jīng)常聽到它的工作頻率是多少，就是它一秒鐘能夠變化的次數(shù)。它每變化一個(gè)次數(shù)需要多少時(shí)間，這就叫周期，所以頻率和周期成反比。它在中間傳輸?shù)臅r(shí)候，波長(zhǎng)定義成一個(gè)周期的時(shí)間能傳播的距離，所以用自由空間電磁波傳輸?shù)乃俣热コ艘灾芷诘臅r(shí)間，就變成了波長(zhǎng)。射頻的頻段就像時(shí)間的橫坐標(biāo)軸一樣，像昨天、今天和明天。射頻也是一樣，低射頻到高射頻，3Hz到300G的頻段叫做射頻，在300G以上叫做太赫茲。射頻的頻段再細(xì)分，3Hz到300M就是無線電，可以用在廣播上。在300M到300G叫做微波，再細(xì)化，從300M到3G，波長(zhǎng)是1米到10厘米，這種叫做分米波。3G到30G，波長(zhǎng)10厘米到1厘米，我們叫做厘米波。30G到300G，波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)10個(gè)毫米到1個(gè)毫米，這種叫毫米波，這是概念上的區(qū)別。

頻譜是非常重要的資源，任何通信協(xié)議使用到的頻譜，一定要符合頻譜規(guī)范。中國(guó)的頻譜是這樣劃分的，超長(zhǎng)波、長(zhǎng)波、中波、短波、厘米波、毫米波。西方國(guó)家是用波段來劃分的，比如L、S、C波段等等。

那日常生活中有哪些通信技術(shù)呢？大家稍微理一理，射頻技術(shù)已經(jīng)遍及生活的各個(gè)角落。第一個(gè)，無線局域網(wǎng)。相信每家都有一個(gè)無線局域網(wǎng)。60G通信的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)率非常高，通信距離近，TP-LINK前兩年發(fā)布了全球第一款支持802.11ad協(xié)議的路由器，也就是一個(gè)4K的高清電影，要想傳輸?shù)脑?，只需要幾分鐘。傳輸幾千張高清照片，只需要幾秒鐘。較遠(yuǎn)距離通訊（如隔墻）時(shí)，需要用802.11a/b/g協(xié)議。

全球定位系統(tǒng)GPS，是大家出門旅游不可或缺的。迪卡儂的每一件衣服都有一個(gè)標(biāo)簽，這是900M的頻段范圍的RFID。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，從第一代的大哥大到現(xiàn)在的4G，到幾年以后的5G，可能未來的6G。2012年前大家的手機(jī)采用2G網(wǎng)絡(luò)，刷個(gè)網(wǎng)頁都需要很久?，F(xiàn)在大家的4G網(wǎng)絡(luò)，可以很順利地看電影、電視，它的通訊數(shù)據(jù)率有了急劇的提升。包括近距離的無線網(wǎng)，像藍(lán)牙、NFC、雷達(dá)、衛(wèi)星通信，射頻技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。

通信系統(tǒng)。我把通信系統(tǒng)畫成框圖，這里面會(huì)經(jīng)過兩種變換。首先一個(gè)非電到電的變換，例如有一個(gè)聲音信號(hào)，要通過手機(jī)傳輸出去，必須先采集聲音信號(hào)。把聲音信號(hào)傳換成電信號(hào)，這是非電到電的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成之后，會(huì)把采集過來的電信號(hào)從低頻搬到射頻頻段，射頻是比較高的頻段。為什么要搬呢？是因?yàn)轭l譜是非常珍貴的資源，大家不能夠都用在低頻，一來這會(huì)造成干擾，無法通信，二來搬移到更高頻率后可以更好的利用頻譜資源。另外，射頻的尺寸和波長(zhǎng)是相比擬的，工作頻率越高，波長(zhǎng)越短，所需要的天線尺寸越小。這是一個(gè)通信系統(tǒng)最基本的組成，我們講到的射頻芯片部分在這里。我們把它從低頻搬到高頻，在射頻頻段進(jìn)行處理，這是射頻前端在收發(fā)機(jī)當(dāng)中的位置。

這里面有哪些模塊和元器件呢？最基本的元器件有電感、電容、電壓器。然后是模塊，功率器放大器、混頻器、振蕩器、射頻開關(guān)。其次是收發(fā)模塊。再后來是雙工器、天線。這是射頻前端應(yīng)用到的器件和模塊，模塊有些是分離器件，也可以做進(jìn)一步集成。射頻集成電路在什么樣的工藝上實(shí)現(xiàn)呢？隨著射頻電路工藝的發(fā)展，特征尺寸逐漸減小。65納米工藝特征頻率可達(dá)到將近200G。大家普遍傾向于采用CMOS工藝來實(shí)現(xiàn)，最重要的原因是它很便宜，可以把射頻、數(shù)據(jù)處理部分等都集成在一起，這樣手機(jī)可以高度集成，體積減小，而且非常便宜。但CMOS特征尺寸越小，射頻電路的設(shè)計(jì)難度也越高。

這是RFIC的部分照片，這是最早的一顆藍(lán)牙收發(fā)機(jī)照片，這邊是60GHz，這是ADI公司今年2月份在舊金山發(fā)布的多模射頻芯片，它集成了2G、3G、4G、5G，是能夠向下兼容的收發(fā)機(jī)芯片。

二、RFIC為什么難，難在哪里？

很多學(xué)校的學(xué)生不愿意學(xué)射頻，覺得上手慢，學(xué)了三年才剛剛?cè)腴T，學(xué)了五年可以做一些電路設(shè)計(jì)，做一個(gè)合格的工程師，至少需要五到十年的時(shí)間。所以大家提到它的的時(shí)候，就覺得難。為什么它難呢？首先無線通信，它的傳輸是自由空間，這個(gè)自由空間環(huán)境非常復(fù)雜。比如信號(hào)在空氣當(dāng)中傳輸，信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)候強(qiáng)度會(huì)逐漸衰減，傳輸距離越長(zhǎng)，信號(hào)衰減越厲害，達(dá)到了足夠距離的時(shí)候，接收到的信號(hào)只有幾個(gè)微伏，非常小。這個(gè)時(shí)候旁邊還有很多噪聲，什么叫噪聲？除了所需要的信號(hào)，其他的聲音對(duì)它來講都是噪聲。那怎么從這么多噪聲里面挑出我所需要的信號(hào)，這是很難的事情。

另外是環(huán)境，我的信號(hào)要傳到某一位同志的手機(jī)，可能不是直接傳過去，有可能這個(gè)信號(hào)傳到墻壁，再反射過來。信號(hào)的傳輸是不受我們控制的，它會(huì)走多個(gè)路徑。多個(gè)路徑就會(huì)導(dǎo)致信號(hào)到達(dá)接收手機(jī)的時(shí)間是不一樣的。接收的時(shí)間不一樣，延時(shí)不一樣，信息也會(huì)不一樣，這時(shí)候怎么來處理，這樣技術(shù)問題會(huì)導(dǎo)致射頻信號(hào)、射頻前端的設(shè)計(jì)非常重要。

另外一個(gè)難點(diǎn)在于射頻電路不單單是電路設(shè)計(jì)，它和工藝、封裝、測(cè)試是密切相關(guān)的。做射頻電路，必須要了解工藝和它的工藝參數(shù)才能去做模型。封裝又希望它對(duì)電路影響越小越好，所以也要了解封裝模型。測(cè)試是一個(gè)更大的問題，幾年前我們要做毫米波電路，要做60G毫米波電路，是沒有測(cè)試設(shè)備的，因?yàn)闇y(cè)試設(shè)備是禁運(yùn)的，想從美國(guó)買但是買不到，最近幾年才剛剛開放。這對(duì)當(dāng)時(shí)做毫米波電路來說提出了很大的難題。

再一個(gè)難點(diǎn)是更新?lián)Q代太快，手機(jī)可能兩年就有一代。這么高的頻率下，如果沒有足夠深厚的技術(shù)積累，很難跟上這個(gè)技術(shù)發(fā)展的腳步。射頻技術(shù)和工藝相關(guān)，還跟信號(hào)、無線電都相關(guān)，甚至跟設(shè)計(jì)軟件都相關(guān)，這是一個(gè)涉及多學(xué)科領(lǐng)域的方向。

三、未來射頻的發(fā)展方向

從移動(dòng)通信來講，第一，多模多帶。就是未來的5G手機(jī)要向下兼容4G、3G、2G。如果只支持5G，不兼容4G，這個(gè)手機(jī)的銷量會(huì)很差。多帶，就是有多個(gè)頻帶，作為一個(gè)手機(jī)，不可能只支持一個(gè)頻帶，這樣有可能到了美國(guó)就不能用了。

第一，高性能。高靈敏度，高輸出功率、增加通信帶寬、提高數(shù)據(jù)率。

第二，低功耗、低成本。

第三，高度集成。現(xiàn)在講的射頻IC不僅僅是集成射頻模塊，還能夠把模擬電路等統(tǒng)統(tǒng)集成起來，這個(gè)時(shí)候才能把它的成本降下來。

第四，提高頻譜效率。

第五，更高的載波頻率、充分利用頻譜資源。

第六，新的技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域。

射頻技術(shù)是推動(dòng)無線產(chǎn)品的強(qiáng)大動(dòng)力。

這里有幾個(gè)數(shù)字，2015年到2019年用于移動(dòng)通信終端的市場(chǎng)規(guī)模從119.4億美元增長(zhǎng)到212.1億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率15.4%，其中射頻芯片規(guī)模為40%，市場(chǎng)規(guī)模為65億美元。這是QYR的預(yù)測(cè)，2020年市場(chǎng)規(guī)模接近190億美元。在這樣的市場(chǎng)規(guī)模下，再看國(guó)際的一些射頻芯片供應(yīng)商和國(guó)內(nèi)射頻芯片供應(yīng)商的市場(chǎng)占有率情況。這邊給出了一些國(guó)際巨頭，Skyworksqorvo、NXP、Infineon、MTK，三大巨頭，Qrovo、Skyworks和BroLEDcom的營(yíng)業(yè)收入大概是96億美元，功率放大器市場(chǎng)占有率接近90%。

國(guó)內(nèi)的射頻芯片，大家耳熟能詳?shù)腞DA、lansus、Vanchip，海思，這些公司加起來2016年總收入低于20億人民幣，和海外巨頭差距明顯，也就是只能在國(guó)內(nèi)占據(jù)一定的市場(chǎng)。我們的市場(chǎng)占有率只有20億人民幣，這樣的情況下，RFIC的機(jī)會(huì)在哪里呢？我們要不要做呢？可以分幾個(gè)方面來看。

從民族自豪感來講，中興事件對(duì)我們來說既是壓力，也是動(dòng)力。在現(xiàn)有的國(guó)際形勢(shì)下，國(guó)家有相應(yīng)的政策“中國(guó)制造2025”，包括前天上海推出的“上海制造”，講到要大力發(fā)展集成電路設(shè)計(jì)，這是從國(guó)家政策來講的。

從市場(chǎng)講我們的機(jī)會(huì)在哪？我們絕對(duì)不是去硬拼，我們很難在短時(shí)間拿出高性能、低成本的芯片去替代國(guó)外產(chǎn)品，因?yàn)檫@本身是一個(gè)高投入、低產(chǎn)出的行業(yè)。所以我們要有一些新的產(chǎn)業(yè)出來，比如5G。5G還沒有蓬勃發(fā)展，市場(chǎng)還沒有起來，這個(gè)時(shí)候中國(guó)和國(guó)外大廠商的差距還比較小，我們很容易迎頭趕上。第二，新的應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的一些智能器件是我們能夠快速占領(lǐng)市場(chǎng)的一些途徑。從市場(chǎng)角度落到技術(shù)上，可以有兩大突破，一個(gè)是應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的射頻前端，再一個(gè)是毫米波的射頻前端。按照剛才講的，僅僅做射頻前端占有市場(chǎng)，這是第一步，最終是要做SOC，全集成。

剛才講到了5G和毫米波，回到毫米波。毫米波是3G到300G的頻段，毫米波的應(yīng)用有三個(gè)方向。一個(gè)是毫米波通信，毫米波通信里面包括5G、60G等。再有一個(gè)是智能的毫米波雷達(dá)，包括汽車?yán)走_(dá)。最后是毫米波成像，主要用在醫(yī)療、安防。智能毫米波雷達(dá)應(yīng)用在哪呢？這里面列出了幾個(gè)應(yīng)用。第一，智能交通，交通的流量控制。第二，安防，結(jié)合視頻，可以監(jiān)控是不是陌生人。第三，智能照明，可以監(jiān)測(cè)有一個(gè)人走過來了，什么時(shí)候開燈，什么時(shí)候關(guān)燈。第四，感應(yīng)。未來更多的是機(jī)器人，機(jī)器人的服務(wù)、定位，汽車的智能駕駛、手勢(shì)控制，汽車內(nèi)部的音響、空調(diào)，都可以用手勢(shì)控制。再一個(gè)是老人生命體征的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)心跳、呼吸，監(jiān)測(cè)睡眠情況。

以前毫米波雷達(dá)主要在軍用方面，最近毫米波雷達(dá)在民用上的發(fā)展特別快。雷達(dá)傳感器市場(chǎng)預(yù)期從2016年的59.5億美元增長(zhǎng)2023年到206.4億美元，包括雷達(dá)視覺、超聲波和激光。下面把雷達(dá)年復(fù)合增長(zhǎng)率列出來了，從2008年到2018年是快速發(fā)展的階段，之后會(huì)保持一個(gè)平衡。雷達(dá)有很多技術(shù)，有視覺，紅外、超聲、毫米波雷達(dá)。為什么用毫米波雷達(dá)呢？

下面看一下各種雷達(dá)的優(yōu)缺點(diǎn)。

激光雷達(dá)有很多優(yōu)點(diǎn)，就是價(jià)格比較貴，這對(duì)于普及很不適用。超聲波雷達(dá)不能夠測(cè)速。紅外雷達(dá)對(duì)測(cè)速、測(cè)距比較差，視覺受到環(huán)境應(yīng)用的影響，比如說天黑。以前毫米波的雷達(dá)價(jià)格比較高。如果用集成電路實(shí)現(xiàn)毫米波雷達(dá)芯片，用CMOS工藝做毫米波雷達(dá)，那么它的價(jià)格就會(huì)降低，這時(shí)候它的缺點(diǎn)就可以得到彌補(bǔ)，精度高、穿透性好、可靠性高、全天候這樣的優(yōu)點(diǎn)就會(huì)顯現(xiàn)出來。從毫米波雷達(dá)到現(xiàn)在，無論是從它的成本、尺寸、功耗都有了成倍的提升。