商用4年后，5G市場又迎新機(jī)遇

作者：六千

近日，工信部印發(fā)《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)專項(xiàng)工作組2023年工作計劃》，計劃推動不少于3000家企業(yè)建設(shè)5G工廠，建成不少于300家5G工廠，打造30個試點(diǎn)標(biāo)桿。5G全連接工廠，是指利用5G技術(shù)集成的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，為了實(shí)現(xiàn)5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，需要新建或改造工廠生產(chǎn)現(xiàn)場的不同場景。改造5G工廠，意味著更多5G設(shè)備將進(jìn)入工廠，而每一個全新的5G設(shè)備都是對5G相關(guān)芯片的需求。在這樣的背景下，5G芯片市場有望迎來新一輪的增長。

?01、5G基站相關(guān)芯片市場

作為5G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，發(fā)展5G基站是推廣5G的重中之重。根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，截至2023年4月底我國5G基站總數(shù)達(dá)273.3萬個。具備千兆網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力的10G PON端口數(shù)達(dá)1880萬個，比上年末凈增357萬個。

根據(jù)《電信業(yè)采購供應(yīng)鏈發(fā)展報告》，在云網(wǎng)建設(shè)芯片供應(yīng)市場方面，目前國內(nèi)5G基站等設(shè)備所需芯片的供應(yīng)主要來自中國國內(nèi)，占比近90%；而射頻PA等器件由日、歐廠商供應(yīng)。

5G基站基帶芯片

基帶芯片是指用來將模擬信號轉(zhuǎn)化為基帶信號（數(shù)字信號），或?qū)邮盏降幕鶐盘栠M(jìn)行解碼的芯片。目前華為和中興具備5G基站基帶芯片的設(shè)計能力，且產(chǎn)品性能強(qiáng)勁。雖然面臨國外其他產(chǎn)品的競爭，但可以滿足國內(nèi)運(yùn)營商的需求。不過國內(nèi)5G基站基帶芯片的瓶頸主要在制造環(huán)節(jié)，華為與中興的5G基站基帶芯片均依賴于臺積電的7nm制程。

基站功率放大器

功率放大器（PA，Power Amplifier）是射頻模塊的重要組成部分，負(fù)責(zé)發(fā)射通道的射頻信號放大?？傮w來看，基站PA基本由國外廠商壟斷，這些領(lǐng)先廠商大多采取的是IDM模式，具有全方位的領(lǐng)先優(yōu)勢。國內(nèi)廠商主要靠收購和自主研發(fā)，設(shè)計環(huán)節(jié)參與企業(yè)較少；在材料、工藝、制造環(huán)節(jié)國內(nèi)廠商已有布局。

目前雖然有很多廠商在推進(jìn)，但還很少有量產(chǎn)的成熟產(chǎn)品，其原因除了發(fā)展晚、門檻高之外，市場空間?。ǜ謾C(jī)PA市場相比）也是其一。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)，特別是大規(guī)模MIMO技術(shù)的應(yīng)用，基站PA的需求量將大增，或?qū)⒛芗涌靽a(chǎn)化進(jìn)程。

5G基站功率放大器主要有三種：基于硅的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體（Si LDMOS）、砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN），分別代表第一、二、三代半導(dǎo)體材料。其中LDMOS與GaN功率放大器適用于宏基站，GaAs功率放大器適用于小基站。LDMOS功率放大器僅在3.5GHz頻率范圍內(nèi)有效，而GaN功率放大器則能有效滿足5G的高功率、高通信頻段和高效率等要求。

LDMOS是一種成熟且價格低廉的技術(shù)，在4G基站市場上率先領(lǐng)先。LDMOS 適用于較低頻段，一些移動運(yùn)營商正在為 5G 部署低頻段和高頻段。LDMOS功率放大器市場主要由飛思卡爾（Freescale）、恩智浦（NXP）、英飛凌（Infineon）壟斷。2015年NXP收購Freescale，同時將其射頻部門出售給北京建廣資本，后者將其改組為Ampleon公司，由此，中國成功突破了基站PA領(lǐng)域的技術(shù)空白。

GaAs功率放大器的主要廠家有Skyworks、Qorvo、Broadcom、日本村田，國內(nèi)暫無廠商研發(fā)成功5G基站GaAs PA。國內(nèi)產(chǎn)業(yè)研究所有研發(fā)，處于剛起步階段。

GaN功率放大器的主要國外廠家有住友電工、Cree、Qorvo 和 MACOM，其中住友電工與Cree是行業(yè)龍頭，市場占有率均超過30%，住友電工還是華為GaN 射頻器件最大供應(yīng)商。國內(nèi)廠商蘇州能訊發(fā)布了適合5G移動通信的GaN功放管，針對無線通信基站進(jìn)行了特殊優(yōu)化，易于設(shè)計成Doherty架構(gòu)的寬帶功率放大器。2021年9月，優(yōu)鎵科技宣布全方位射頻功率多芯片模塊(MCM)產(chǎn)品組合將全面上市，支持開發(fā)用于5G基站的大規(guī)模MIMO有源天線系統(tǒng)。Yole 稱，到2025 年，GaN RF 市場總額將從 7.4 億美元增加到超過 20 億美元，復(fù)合年增長率為 12%。

基站射頻開關(guān)、低噪聲放大器

射頻開關(guān)（Switch）與低噪聲放大器（LNA，Low
Noise Amplifier）也是射頻模塊的重要組成部分，射頻開關(guān)用于實(shí)現(xiàn)射頻信號接收與發(fā)射的切換、不同頻段的切換。LNA負(fù)責(zé)接收端信號放大。

基站射頻開關(guān)與LNA市場主要由國外Skyworks、Qorvo、Broadcom、村田、NXP等主導(dǎo)。國內(nèi)廠家以手機(jī)側(cè)產(chǎn)品為主，鮮有基站側(cè)產(chǎn)品，其中卓勝微是國產(chǎn)射頻開關(guān)和LNA的領(lǐng)導(dǎo)者。卓勝微于2020年布局5G基站射頻芯片，計劃投入16.4億元，分兩期用5年時間研發(fā)5G通信基站射頻器件并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。2022年，卓勝微在投資者關(guān)系問答中表示，公司采用GaAs工藝的射頻低噪聲放大器產(chǎn)品及RF SOI工藝的射頻開關(guān)產(chǎn)品已在通信基站領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)客戶端小批量出貨。

光通信芯片

光通信芯片主要指激光器芯片（LDChip）和探測器芯片（PD Chip），分別負(fù)責(zé)電信號轉(zhuǎn)換為光信號、光信號轉(zhuǎn)換為電信號，是光模塊最核心的功能芯片。激光器芯片根據(jù)發(fā)光類型和調(diào)制類型主要可分為三種：DFB、EML和VCSEL, 探測器芯片主要有兩種類型：PIN、APD。根據(jù)傳輸速率可分為10G、25G、50G芯片，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要25G以上的高端芯片。

目前低端10G光芯片市場已處于完全競爭格局，國內(nèi)30余家企業(yè)具備研發(fā)能力。高端25G及以上光芯片市場長期由外企壟斷，美國II-VI擁有業(yè)界最先進(jìn)的64GEML光芯片，博通、Neophotonics擁有56G光芯片，三菱電機(jī)擁有28G EML光芯片，Lumentum、住友電工擁有25G光芯片。國內(nèi)華為海思、光迅科技、武漢敏芯、陜西源杰已量產(chǎn)25G光芯片,海信寬帶、華工科技、索爾思也即將實(shí)現(xiàn)25G光芯片的量產(chǎn)。

國內(nèi)光芯片企業(yè)主要集中在10G及以下中低速率激光器芯片市場，在25G及以上高速率激光器芯片市場缺乏競爭力，大部分廠商仍在研發(fā)或小規(guī)模試產(chǎn)階段，國產(chǎn)化率僅約5%。

其中，在25G光芯片領(lǐng)域，國內(nèi)部分廠商已成功量產(chǎn)，50G及以上光芯片市場完全由國外一線廠商壟斷，國內(nèi)龍頭處于攻關(guān)階段，僅有部分樣品正在測試階段，未來2-3年有望批量生產(chǎn)。

申港證券表示，5G設(shè)備升級和相關(guān)應(yīng)用落地以及大量數(shù)據(jù)中心設(shè)備更新和新數(shù)據(jù)中心落地將持續(xù)推動光芯片市場規(guī)模的增長，預(yù)計2026年我國光芯片市場規(guī)模有望擴(kuò)大至29.97億美元。

?02、賦能千行百業(yè)，5G市場的未來

根據(jù)GSMA（全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會）發(fā)布的《中國移動經(jīng)濟(jì)發(fā)展2023》年度報告，中國5G連接數(shù)在2022年底已超過全球總量的60%，作為世界上最大的5G市場，2025年，中國將成為首個5G連接數(shù)達(dá)到10億的市場；到2030年，中國的5G連接數(shù)將達(dá)16億，占比接近全球總數(shù)的三分之一。這樣的數(shù)字意味著，5G市場的潛力仍待發(fā)掘。

5G市場的第一個動力是更廣的覆蓋面積。在城市的地面上，也許我們已經(jīng)習(xí)慣了5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，但在地下仍有5G發(fā)展的空間。中國電信上海公司積極推進(jìn)地鐵區(qū)間隧道的5G建設(shè)，在軌道交通4號線創(chuàng)新性打造“設(shè)備上車+高速無線回傳”的5G新型車地系統(tǒng)覆蓋方案，目前已經(jīng)在4號線外圈宜山路站至藍(lán)村路站開通試點(diǎn)，地鐵車廂內(nèi)業(yè)務(wù)峰值速率突破2.1Gbps，均值速率達(dá)到1.7Gbps。

5G市場的第二個動力是更豐富的應(yīng)用。除了讓網(wǎng)速更快，5G網(wǎng)絡(luò)的潛力更在于為不同的行業(yè)帶來革命性的變革。5G已經(jīng)在礦山、港口、電力、工廠等多行業(yè)實(shí)現(xiàn)了規(guī)模復(fù)制。截至5月底，中國移動已打造全球最大規(guī)模5G網(wǎng)絡(luò)，建成超162萬個5G基站，5G套餐客戶數(shù)達(dá)6.98億，5G行業(yè)應(yīng)用案例超2.3萬個。在電力領(lǐng)域，中國聯(lián)通聯(lián)合天津華電結(jié)合5G專網(wǎng)及相關(guān)平臺應(yīng)用，打造了“京津冀地區(qū)首個5G智慧電廠”；在工業(yè)領(lǐng)域，中國聯(lián)通為長安汽車打造的5G+邊緣控制平臺首次突破5G核心制造環(huán)節(jié)，改變了傳統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)，為長安汽車生產(chǎn)管理帶來了巨大價值；在醫(yī)療領(lǐng)域，5G讓醫(yī)生在浙江為新疆的病人進(jìn)行了一臺臺復(fù)雜且成功的手術(shù)。

智慧城市、智慧醫(yī)療、智能礦山等一系列典型案例，是5G市場讓人期待的未來。5G發(fā)展成就，不僅體現(xiàn)在大規(guī)模的市場、覆蓋能力和連接數(shù)，更為重要的是，5G在垂直行業(yè)上的創(chuàng)新應(yīng)用可圈可點(diǎn)，這為數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入動力。

?03、5G擴(kuò)展小基站已經(jīng)實(shí)現(xiàn)100%國產(chǎn)化

我國5G商用四年以來，實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立組網(wǎng)、共建共享、虛擬專網(wǎng)等關(guān)鍵功能。在看到5G市場的潛力的同時，我們也自然會期待國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈的相關(guān)廠商可以提升國產(chǎn)化水平。

近日，中國電信研究院發(fā)布消息稱，5G擴(kuò)展型小基站國產(chǎn)化pRRU研發(fā)取得成功，芯片和器件國產(chǎn)化率達(dá)100%，實(shí)現(xiàn)了小基站產(chǎn)品國產(chǎn)化研發(fā)的“首個里程碑”，推動了小基站設(shè)備國產(chǎn)芯片的應(yīng)用和發(fā)展。北京力通通信的射頻收發(fā)芯片、南京創(chuàng)芯慧聯(lián)的DFE芯片等。

中國電信5G擴(kuò)展型小基站國產(chǎn)化pRRU項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)自主完成了產(chǎn)品技術(shù)方案、芯片選型、原理圖、PCB設(shè)計等硬件研發(fā)工作，開發(fā)了DFE嵌入式軟件代碼，成功實(shí)現(xiàn)了pRRU整機(jī)國產(chǎn)化芯片器件的集成應(yīng)用。目前，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已成功打通BBU、HUB和國產(chǎn)化pRRU的端到端業(yè)務(wù)，完成了實(shí)驗(yàn)室測試，典型射頻指標(biāo)如EVM、ACLR、接收機(jī)靈敏度等均滿足行標(biāo)和企標(biāo)要求。

相信擴(kuò)展型小基站的100%國產(chǎn)化只是國內(nèi)5G相關(guān)芯片國產(chǎn)化的第一個里程碑，我們期待未來更多5G國產(chǎn)芯片的應(yīng)用和發(fā)展。