5G手機芯片成本將比4G同類手機產品貴出1.85倍，射頻前端模塊廠商不得不面臨前所未有的行業壓力。通信模塊的高度集成是大勢所趨，現有的工藝尚無法支撐產業的發展，因此它們也面臨著與主芯片廠搶占市場的危機。

5G射頻前端模塊的高成本問題如何解決對降低5G芯片成本非常重要。

最近，聯發科正式宣布以每股兩美元（共計4000萬美元）的價格認購本土PA龍頭唯捷創芯發行的普通股共19，098，449股，這是繼收購絡達之后，聯發科在射頻PA領域的又一次深入。

從基帶芯片向射頻前端產業深入，這在旁人看來無甚緊要的動作卻引發業內人的隱隱擔憂：是不是這塊剛剛起來的新興市場就要陸續被主芯片大廠吞噬了？

看來，繼基帶芯片之爭后，射頻前端市場的戰爭也默默被挑起。

從邊緣邁向核心，射頻前端模塊或成5G產業發展短板

說起射頻前端模塊，因其是主芯片——基帶芯片的周邊模塊，不承擔重要的信號處理和計算功能，所以本不重要。

從現有的產品形態來看，它主要由射頻天線、天線開關、濾波器、雙工器等一系列組件組成，本質上就是調制解調器，負責設備信號的收發。而因其與信號傳輸強相關，信號頻率、傳輸通道的改變都會對它造成顯著的影響。

圖 | 射頻前端模塊

眾所周知，和4G相比，5G最明顯的區別在于它不僅支持6GHz以下低頻段，還能延伸到26.5～300GHz的毫米波頻段，這一變化不僅讓極其稀缺的帶寬資源問題被解決，產業發展暫時也少了后顧之憂，因此可以說，毫米波信號頻段的增加是5G最大的亮點，而正因高頻頻段這一信號傳輸通道的增加，射頻前端模塊在產品中的地位也發生了改變。

在原有波段上加持毫米波頻段，對于硬件來說，這就意味著它要在同樣大小的芯片上集成更多處理高頻信號功能的模塊，因此射頻前端模塊的設計重點就落在了毫米波信號處理技術上，而這一部分原本屬于軍用高性能芯片領域。

事實上，加持毫米波信號帶來的變化是顯著而復雜的。射頻前端模塊上最直觀的感受就是元器件數量的增加。據Skyworks估算，為了添加新頻段通信功能，從4G到5G，其中的核心器件濾波器，每款手機所需數量平均將由40只提升至50只。同時為實現從雙通道到4通道的改變，功率放大器數量也將相應翻倍;此外，5G終端開關數量將升至原先的兩到三倍，天線數量也將成倍提升。

因數量的增加，在現有工藝加工之后，其勢必促使5G信號處理相關的芯片成本增長。此前，國際知名研究機構HIS在拆解多款5G手機后發布了一份報告解讀了這一點，其中它特別分析了射頻前端設計的趨勢。IHS表示，由于近年在全網通、LTE網速上的追求，一款終端往往需要支持多個頻段，這種頻段的增加直接導致射頻前端設計復雜度的提升，方寸之間就要容納上百個元器件。現在千兆級網絡的來臨，多載波、高階的調制、4x4 MIMO等技術的融入更是令前端設計復雜度直線提升。通過拆解三星S8，IHS印證了自己的想法，它看見了其采用堪稱當時最復雜的前端設計，而復雜度的提升意味著成本的直接增加，這也使前端模塊在手機BOM成本中占有越來愈高比例，重要性因此提升。

圖 | 三星S8前端設計圖

摩根大通發布過一份報告顯示，5G手機芯片成本將比4G同類手機產品貴出1.85倍，具體來說，4G手機內部芯片預計售價約為59美元（約合人民幣397元），按這樣的價格計算，5G手機的芯片成本則約為1091元。其中讓人難以置信的就是僅其芯片成本價就已經超過了市面上的很多低端機，這里面，前端模塊的貢獻自然不可沒。

高成本反向施壓廠商，產業結構性變革迫切

本依據摩爾定律，手機內部的內存、基帶芯片等都可通過工藝和技術的迭代來實現成本的降低，但是這卻不適用射頻前端模塊產業，因此這也就是為什么現在我們依然可以通過肉眼看見其電路板上醒目的器件設計。

無法通過工藝來消減芯片制造的成本，同時輻射性影響整塊電路板設計的復雜度，以給5G終端設備的發展帶來阻力，這使得射頻前端模塊廠商不得不面臨前所未有的行業壓力。如數位產業人士所一致認同的，通信模塊的高度集成是大勢所趨，現有的工藝尚無法支撐產業的發展，因此它們也面臨著與主芯片廠搶占市場的危機。

這在現有的局勢變化中已經有所體現。

此前，經歷4G時代十多年的發展，整個終端射頻前端市場其實已經形成了以Qorvo、Skyworks和Broadcom（Avago）三家公司為主的寡頭競爭格局。統計數據顯示，在終端射頻前端市場，三家企業合計占據了90%以上的市場份額，毛利率均高于40%。

但正如每一次通信升級都將給產業格局帶來撼動一般，這一次5G對終端射頻模塊產業的影響是系統而全面的：為了適用消費級市場，眾多原本昂貴的毫米波器件成本也伴隨著從高性能場景步入消費電子而不得不降低，同時隨著器件數量增加，材料和工藝都將發生一定程度的變革。

圖 | 前端模塊市場增長

應著這樣一個產業變革機會，同時為了抓住潛在增長的這部分市場，類似聯發科在射頻領域的布局，專注在主芯片領域的高通、紫光等公司也都開始紛紛搶占5G射頻模塊的市場，通過收購射頻模塊廠商來試圖打開一部分市場，比如高通與TDK聯合建立RF360，聯發科收購絡達，紫光展銳則有RDA。

相較于低頻集成電路，毫米波集成電路的發展一直不是那么理想，雖然毫米波集成電路也經歷了從分立器件、混合集成電路到單片集成電路的發展道路，但是因高頻信號的易干擾等物理限制，要想把簡單功能的毫米波器件集成為超大規模集成電路是有難度的，因此其為材料、外形尺寸、工業設計、散熱和輻射功率的監管要求等終端工程的方方面面帶來了挑戰，也為大廠在此刻的進入帶來了絕佳的機會，而這勢必將會誘發整條產業鏈上的大“地震”。

歷史遺留，MMIC的技術難點尚待解決

回到5G射頻前端模塊發展的阻力問題上，我們發現本質上還是在于無法將毫米波模塊高度集成到手機芯片中。不得不說，盡管電子產業的技術與工藝發展已過了一個甲子，高度集成毫米波器件問題其實一直未得到解決，因此它才逐漸發展成為一個細分產業，即業內熟知的MMIC。

圖 | MMIC示例（來源：維基百科）

實現高度集成化的好處是顯而易見的。微薄單片集成電路具有電路損耗小、噪聲低、頻帶寬、動態范圍大、功率大、附加功率高等一系列優點，并可縮小的電子設備體積、重量減輕、價格也降低不少，這對軍用電子裝備和民用電子產品都十分重要。

但是這一點卻始終是產業技術發展的難點。早在1986年，美國國防部就將MMIC列為軍事微電子計劃之一，并在DARPA的領導下，采用以聯邦政府巨額支助的方針，動員全國高校和工業部門各大公司的力量，分工合作，對MMIC領域開展廣泛而深入的研究。數據顯示，當時美聯邦政府投入資金共計5.3億元，加上美工業部門投入，實際已超過10億美元。但即便如此，收效甚微。

后進入90年代，隨著冷戰的結束，MMIC在民用方面應用發展以每年15~20%的速度增長，但是至今產業依然沒有達成高度一致，僅在取材方面，毫米波芯片就有砷化鎵（GaAs）、InP（磷化銦）、氮化鎵（GaN）和硅基（CMOS、SiGe）等各種材料，并且各家射頻領域的大廠仍在探索更加合適的材料和工藝。

目前從整個市場來看，GaAs工藝已成為微波毫米波集成電路的主流工藝，而因為更高的電子遷移率、載流子飽和漂移速度和高擊穿場強等性能，GaN被一致認為是未來射頻器件材料的首選。

但是正如集成電路發展伊始，所有器件的集成都需要采用統一的工藝一般，考慮到集成度和市場化發展，以及當下硅集成電路大興的背景，雖然毫米波頻段性能不足，硅基工藝仍然是產業內最有可能被商用的技術。

不得不提，基于CMOS工藝研發而出的車載毫米波芯片為MMIC產業帶來了一股春風，這讓有志于在5G通信領域再基于硅片集成毫米波器件的廠商也多了底氣。

硅工藝在成本和集成度方面的巨大優勢是極具誘惑力的，且其在數字電路上的應用深遠而廣泛，日本、美國、加拿大等國都在不斷進行這方面的研究，我們國家的東南大學毫米波國家重點實驗室就堅持硅基毫米波芯片，而它的研制成功勢必將會大幅降低5G芯片的成本，也將極大程度地推進5G產業的發展。

至今為止，毫米波芯片最主要的應用領域還是軍用高端場景，因此可以說，5G商用在成本、尺寸等方面帶來的“諸多要求”讓其本身的推進和發展也充滿了壓力。

目前，在5G終端射頻前端集成領域，尚無一家芯片廠商有好的解決方案，因此留給初創企業的機會尚存，但是5G商業化發展已經將近，且陸續傳出毫米波芯片成本大降的消息（如紫金山實驗室就稱其研發的毫米波芯片已經可以降至二十幾元），這都預示著產業形勢變化一觸即發。