華為撬動基站PA市場，為GaN再添一把火_風聞

來源：內容由公眾號半導體行業觀察（ID:icbank）原創，作者：暢秋，謝謝！

最近一年，由於受到國際貿易限制，華為的半導體元器件供應鏈迎來了新形勢下的挑戰，在這樣的大背景下，該公司也在調整着其供應鏈結構，包括元器件供應商，以及自研和外購的芯片比例和種類。

去年10月，有消息稱華為將部分手機PA（功率放大器，用於射頻前端）的代工訂單交給了本土一家知名的化合物半導體制造企業，引起了業內關注。不過，總體來看，華為的手機PA大部分還是外購於美國的射頻芯片三巨頭，而且晶圓代工業務主要交給中國台灣的穩懋，華為自研的PA還處於成長階段，無論是成熟度，還是數量，目前都難以滿足其巨大的手機出貨需求。

進入2020年以後，全球半導體業迎來了復甦，人們都期待儘快從2019年的低迷狀態中走出來，但是，突如其來的新冠肺炎疫情打破了產業發展節奏，電子半導體業開工率普遍不足，雖然芯片元器件市場需求也受到了影響，但相對於不足的產能來説，總體需求依然是旺盛的。但在手機這個大宗市場，由於受疫情影響，消費者最近的購買慾下降，使得手機訂單同比明顯減少，這也就影響到了上游的芯片需求，影響了多家以手機芯片為主業的廠商商機。

華為也不例外，受疫情影響，其手機芯片需求量在目前這段時間內減少了。

與此同時，最近有消息稱，雖然手機芯片訂單量減少了，但華為用於基礎設施設備，特別是4G和5G基站的相關芯片訂單量明顯增加了，包括PA、網絡處理器、網通芯片等等。這其中，基站用PA備受關注，原因在於，其技術含量較高，主要以進口為主，同時又處於國產替代呼聲頗高的這一時段，另外，從技術角度看，PA，特別是基站用PA，正處於技術和製造工藝迭代時期，新工藝GaN正在逐步佔領市場，受到的關注度也越來越高。

市場容量與日俱增

5G對於設備性能和功率效率提出了更高的要求，特別是在基站端，基站數量和單個基站成本雙雙上漲，這將會帶來市場空間的巨大增長。依據蜂窩通信理論計算，要達到相同的覆蓋率，估計中國5G宏基站數量要達到約500萬個。2021年全球5G宏基站PA和濾波器市場將達到243.1億元人民幣，年均複合增長率CAGR為162.31%，2021年全球4G和5G小基站射頻器件市場將達到21.54億元人民幣，CAGR為140.61%。

由於基站越來越多地用到了多天線MIMO技術，這對PA提出了更多需求。預計到2022年，4G/ 5G基礎用的射頻半導體市場規模將達到16億美元，其中，MIMO PA的年複合增長率將達到135%，射頻前端模塊的年複合增長率將達到 119%。

相對於4G，5G基站用到的PA數會加倍增長。4G基站採用4T4R方案，按照三個扇區，對應的射頻PA需求量為12個，5G基站中，預計64T64R將成為主流方案，對應的PA需求量高達192個。

功耗問題待解決

雖然，5G發展前景可期，但相關技術依然未達到成熟水平，特別是功耗問題，無論是基站，還是手機端，都存在這個問題，這也是蘋果依然沒有推出5G手機的一個重要原因。

特別是基站，目前來看功耗比4G高出不少，而在所有耗電的芯片元器件當中，PA是大户。因為射頻信號功率很小，只有經過PA放大獲得足夠的射頻功率後，才能饋送到天線併發射出去，因此，PA是基站發射系統的重要器件。與此同時，PA也是最耗電、效率較低的器件，有統計顯示，約一半的基站功率消耗在了PA上。

然而，宏基站和小基站之間的功耗又有非常明顯的區別：與宏基站相比，小基站的覆蓋範圍小，發射功率低，PA非線性失真較小，PA功耗佔比也較小，甚至可能不需要DPD等技術來進行預失真處理。因此，對應不同的基站，特別是5G基站的需求，PA有更多的產品路線可走，未來的商機也多了起來。

GaN替代LDMOS

基站用PA市場空間巨大，但其性能和功率效率問題亟待解決。在這樣的背景下，新工藝技術替代傳統工藝早已被提上了議事日程。

目前的PA市場，包括基站和手機端用的，製造工藝主要包括傳統的LDMOS、GaAs，以及新興的GaN。而在基站端，傳統LDMOS工藝用的更多，但是，LDMOS 技術適用於低頻段，在高頻應用領域存在侷限性。而為了適應5G網絡對性能和功率效率的需求，越來越多地應用到了GaN，它能較好地適用於大規模MIMO。

GaN具有優異的高功率密度和高頻特性。GaAs擁有微波頻率和5V至7V的工作電壓，多年來一直廣泛應用於PA。硅基LDMOS技術的工作電壓為28V，已經在電信領域使用了許多年，但其主要在4GHz以下頻率發揮作用，在寬帶應用中的使用並不廣泛。相比之下，GaN的工作電壓為28V至50V，具有更高的功率密度和截止頻率，在MIMO應用中，可實現高整合性解決方案。

在宏基站PA應用中，GaN憑藉高頻、高輸出功率的優勢，正在逐漸取代LDMOS；在小基站中，未來一段時間內仍然以GaAs工藝為主，這是因為它具備可靠性和高性價比的優勢，但隨着GaN器件成本的降低和技術的提高，GaN PA有望在小基站應用中逐步拓展。

在手機端，射頻前端PA還是以GaAs工藝為主，短期內還看不到GaN的機會，主要原因是成本和高電壓特性，這在手機內難以接受。

總之，很可能大部分6GHz以下宏基站應用都將採用基於GaN工藝的PA，5G網絡採用的頻段更高，穿透力與覆蓋範圍將比4G更差，因此，小基站將在5G網絡建設中扮演很重要的角色。不過，由於小基站不需要如此高的功率，GaAs等現有技術仍有其優勢。而傳統的LDMOS工藝在基站用PA市場的份額將逐年減少，很可能在不久的將來退出歷史舞台。

各顯神通

目前，國內外設計和生產基站射頻PA的廠商（包括IDM、Foundry和Fabless）大概有20幾家，並不算很多，其中有代表性的IDM包括Qorvo、英飛凌、NXP、Cree、日本住友、ADI、MACOM，以及我國大陸地區的三安光電、海特高新（海威華芯）、蘇州能訊和英諾賽科等，有代表性的Foundry包括穩懋和GCS。

在IDM當中，英飛凌和NXP是做基站PA的老資格企業，他們都是以LDMOS工藝技術起家的。NXP的業務又包括兩部分，一是其原有的業務板塊RF Power，另外就是收購Freescale後得到了相關資產。

隨着技術的迭代和市場需求的變化，GaN工藝開始走上歷史舞台，在這種情況下，2015年，NXP把RF Power賣給了中國資本，後來，英飛凌將其RF部門出售給了Cree，這也在一定程度上説明LDMOS在走下坡路，更多地用於中低端市場，高端則迎來了GaN時代，而原Freescale的相關部門正是做GaN的。在這個過程當中，有越來越多的廠商加入了競爭行列。

Cree主要由其子公司Wolfspeed經營 RF 業務。2018 年，Cree收購了英飛凌的RF部門， 該部門主要設計製造LDMOS放大器，同時擁有GaN-SiC/Si器件生產能力。收購完成後，Cree成為了全球最大的GaN射頻器件供應商。Cree除為自家生產GaN射頻器件外，還向外提供GaN代工生產服務。

而Qorvo在GaAs的基礎上，進一步發展了GaN-on-SiC；MACOM則看好GaN-ON-Si工藝。

在Fabless當中，最受關注的莫過於華為海思了。該公司早些年就投入了PA（包括手機和基站）的研發工作，並取得了一定進展。特別是在基站端，該公司佈局較早，因為當時華為就意識到了LDMOS在走下坡路，所以把自研的重點放在了GaN上，從2016年開始，華為基於LDMOS工藝的基站PA出貨就僅限於4G市場，其高端客户，如歐洲3.5G高頻段的基站PA大都採用日本住友的GaN產品了。因此，無論是自研，還是外購，華為的基站PA佈局較早，高低端都有規劃，具有一定的技術儲備。

但是，對於華為巨大的基站和手機PA用量來説，其自研的PA還是遠遠不夠用，依然以外購為主，而在當下貿易限制的大背景下，華為正在加大來自日本和中國本土的PA供應量。

結語

基站用PA的數量和質量都在提升，市場需求旺盛，特別是GaN工藝，已經勢不可擋。有統計顯示，我國5G宏基站使用的PA數量在2019年達到1843.2萬個，今年有望達到7372.8萬個，而在2019年，採用GaN工藝的佔比已經和LDMOS持平，各50%，今年，基於GaN工藝的基站PA佔比將達到58%，從而超過LDMOS的。

在這樣的背景下，華為加大基站PA的自研力度和採購數量，無疑會為GaN的發展再添一把火。