賽迪智庫：中國化合物半導體產業有望在5G上實現突破

化合物半導體相比矽半導體具有高頻率、大功率等優異性能，是未來5G通信不可替代的核心技術，將在5G通信中大量使用。

當前GaAs/GaN化合物半導體射頻器件已在4G通信、有源相控陣雷達、衛星通信等領域得到應用。

然而現有市場主要由日本、美國、歐洲的化合物半導體企業把控，並已建立市場和技術壁壘，形成產業鏈合作慣性。

中國企業進入市場較晚，很難有足夠的話語權。

5G通信最快將在2020年實現商用，中國是全球最大的5G市場，並開始擁有全球5G通信發展的話語權。

加之中國具有一定技術積累和產業基礎，中國化合物半導體產業有望在5G通信市場實現突破。

性能優異的化合物半導體將在5G通信中大量使用

5G智慧型手機將大量使用GaAs射頻器件。

GaAs射頻功率放大器具有比Si器件更高的工作頻率。

隨著移動通信頻率不斷提高，Si器件已不能滿足性能要求，4G智慧型手機中的功率放大器已全部採用GaAs技術。

未來5G通信將包括6 GHz以上頻段，性能優越的GaAs器件將不可替代。

5G通信支持的通信頻段將大幅增加至50個以上，遠大於4G通信的頻段數(不超過20個)。

每多支持1個頻段就需要增加1個放大器(或大幅提高器件複雜程度)，使得單部手機中GaAs器件成本大幅增加。

賽迪智庫預計2020年GaAs器件市場將達到130億美元。

5G通信基站亟需更高性能的GaN射頻器件。

GaN射頻功率放大器兼具Si器件的大功率和GaAs器件的高頻率特點。

為了應對2.4 GHz以上頻段Si器件工作效率快速下降的問題，4G通信基站開始使用GaN功率放大器。

目前約10%的基站採用GaN技術，占GaN射頻器件市場的50%以上。

未來5G通信頻率最高可達85 GHz，是GaN發揮優勢的頻段，使得GaN成為5G核心技術。

全球每年新建約150萬座基站，未來5G網絡還將補充覆蓋區域更小、分布更加密集的微基站，對GaN器件的需求量將大幅增加。

賽迪智庫預計2020年GaN射頻器件市場將超過6億美元。

已開發國家已完成戰略布局，並對中國實行技術封鎖

已開發國家已完成化合物半導體的戰略布局。

由於化合物半導體具備優異的性能和廣闊的應用前景，美國和歐洲在21世紀初已開始布局，發布技術和產業扶持計劃，並培育了一批龍頭企業，已占領技術和市場的高地，為5G通信發展奠定了基礎。

美國國防部先進研究項目局(DARPA)從2002年起先後發布寬禁帶化合物半導體技術創新計劃(WBGSTI計劃)和下一代GaN電子器件計劃(NEXT計劃)，幫助美國本土的Qorvo、Cree等化合物半導體企業迅速成長為行業龍頭。

歐洲防務局(EDA)於2010年發布旨在保障歐洲區域內化合物半導體供應鏈安全的MANGA計劃，已完成預期目標。

國際巨頭占據化合物半導體射頻器件市場主導地位。

4G智慧型手機用的GaAs射頻放大器市場中，美國Skyworks、Qorvo和Broadcom三家公司的市場占有率接近90%。

GaN基站市場集中於日本住友電工、美國Cree和Qorvo三家企業手中。

製造成熟度方面，Qorvo公司自2008年至今已出貨260萬件GaN器件產品，其中17萬件應用於雷達領域。

Cree公司於2014年初宣布其GaN射頻器件累計銷售量已超過100萬件。

Qorvo和Raytheon公司的GaN產品已分別達到美國國防部的製造成熟度評估(MRL)第9級和第8級。

第9級意味著GaN器件的製造工藝已滿足最佳性能、成本和容量的目標要求，準備開始全速率生產。

國際對中國實行核心技術封鎖，產業鏈面臨制裁禁運風險。

一是化合物半導體的軍事用途使得美國頻繁阻撓國內產業崛起。

化合物半導體是有源相控陣雷達、毫米波通信、軍用衛星、雷射武器等軍事裝備的核心組件，受到國際《瓦森納安排》的出口管制。

中國資本試圖收購國外優秀化合物半導體企業以快速獲取人才和技術，卻頻頻遭遇美國政府阻礙。

2015年以來，金沙江公司收購美國Lumileds、三安光電收購美國GCS、福建宏芯基金收購德國Aixtron均被美國以危害國家安全為由予以否決。

二是國內5G通信整機企業面臨制裁風險。

國內化合物半導體產品尚不成熟，使得整機企業大量進口國外器件，供應鏈安全存在很大隱患。

2016年3月，美國商務部以違反美國出口管制法規為由制裁中興通訊，對企業造成了幾近毀滅性打擊。

基於化合物半導體的功率放大器、光通信晶片等均在限制目錄中。

2017年3月，中興以近12億美元的罰款與美國政府和解，方才化解危機。

中國化合物半導體市場巨大、基礎良好、產業活躍

中國開始擁有全球5G通信發展的話語權，為化合物半導體提供廣闊市場。

中國是全球移動通信的重要市場，華為、中興是全球第二大和第四大通信基站供應商，華為、OPPO、vivo是全球前五大智慧型手機企業。

中國已建成全球最大的4G網絡，基站數量超過200萬，用戶數量突破5億。

自主品牌智慧型手機每年出貨量近5億部。

Skyworks、Qorvo等化合物半導體企業在中國的銷售額均占公司總銷售額的60%以上。

2013年，中國成立IMT-2020(5G)推進組，力爭成為全球5G標準制定的領導者。

中國推動的極化碼方案(Polar Code)被國際通信標準組織3GPP採納為5G控制信道編碼方案之一。

國內具備一定的化合物半導體製造技術儲備和產業基礎。

一是高校和研究機構正加速技術的產業化。

中科院、北京大學、中電科13所、29所、55所等在化合物半導體領域具備較強實力，依託軍工等市場積累了技術和人才，通過技術轉化和合作成立了中科晶電、海威華芯等企業。

二是LED晶片與化合物半導體製造流程相似，提供了產業基礎。

LED是基於化合物半導體的光電器件，在襯底、外延和器件環節具有技術互通性。

中國LED晶片產業在全球占據重要地位，產業配套較成熟，可支撐化合物半導體產業發展。

國家集成電路產業投資基金已入股LED晶片龍頭企業三安光電公司，投資新建化合物半導體生產線，規劃產能為36萬片/年。

國內GaAs設計企業不斷湧現，正積極研發4G產品。

國內目前擁有各類手機功率放大器(PA)設計企業近20家，漢天下、紫光展銳、唯捷創芯等企業發展迅速，出貨量位列前茅，已經在2G和3G手機PA市場占據重要市場地位。

在全球2G市場，漢天下已占據64%的市場份額。

在全球3G市場，漢天下占據42%。

國內設計企業正在積極研發4G PA產品。

紫光展銳的4G PA已於2016年12月通過高通公司的平台認證。

漢天下的4G PA已實現5-10家客戶量產出貨，可實現三模和五模覆蓋，月出貨量超過100萬套。

廣州智慧微電子公司、深圳國民飛驤科技有限公司、唯捷創芯公司均已在GaAs基4G PA技術上實現突破。

大陸設計企業目前主要選擇在台灣穩懋等代工廠製造，隨著三安集成公司和海威華芯公司已建成GaAs器件生產線填補大陸代工製造空白，未來大陸GaAs設計企業將更傾向於委託大陸代工廠製造，共同提升在國際市場的競爭力。

（作者朱邵歆，供職於工信部賽迪智庫集成電路研究所）