2019年中国5G驱动射频和物联网芯片行业市场发展现状及未来趋势分析[图]

    一、5G驱动射频和物联网芯片量价齐升，泛射频迎来市场机遇

    5G商用已至，泛射频迎来市场机遇。

    射频前端是通信设备关键底层技术，在联网设备大规模增长趋势下，射频前端是成长最快最确定方向之一。

    对于智能手机等通信终端设备，位于天线和射频收发器之间的所有组件统称为射频前端。射频前端是通信设备的核心，具有收发射频信号的重要作用，并决定了通信质量、信号功率、信号带宽、网络连接速度等诸多通信指标。以智能手机为代表，其蜂窝、蓝牙、Wi-Fi、GPS、NFC等射频前端模块使得文字／语音／视频通信、上网、高清音视频、定位、文件传输、刷卡等应用得以实现。

    射频前端可按形态分为分立器件和射频模组，也可按功能分为不同功能组件。

    按功能不同，分立器件可分为滤波器、功率放大器(PA)、射频开关、天线调谐、低噪放(LNA)、包络芯片等。其中滤波器负责发射及接收信号的滤波；PA负责发射路径的射频信号放大；射频开关负责接收、发射路径之间的切换；天线调谐用于匹配阻抗以提升传输功率；LNA用于接收路径中的小信号放大；包络芯片用于控制电压以最小化功耗。按集成度不同射频模组可以分为低、中、高集成度模组，如高度模组包括PAMiD、LNADivFEM等。

简化的射频前端示意图

数据来源：公开资料整理

主要射频前端芯片功能与工艺

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主要射频模组功能与集成度

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    典型智能机包含6到数十个射频模组或器件，但由于模组内集成有大量器件，实际单机器件数可能多达50-100多个。目前中高端智能手机射频前端ASP在14-28美元，滤波器、PA、射频开关合占射频前端单机价值9成。随着MIMO升级和5G射频前端重构，频带拥挤对前端线性度要求的提高，以及高功率对功耗要求的提高，天线调谐、LNA、包络芯片的需求也迎来增长。

典型中高端智能手机射频前端所需的器件数量和单机价值

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    数据需求爆发、通信技术升级、终端设计创新等因素正推动射频前端需求和价值的快速提升。根据IHS无线半导体竞争报告数据，过去7年手机射频前端市场已从2010年的43亿美元增长到2017年的134亿美元，复合年均增长超过17.7%，增速是整个半导体市场的5倍。根据YOLE数据，2017年手机射频前端市场为160亿美元，预计到2023年增长到352亿美元，未来6年复合增长率达14%，仍是半导体行业增长最快的子市场。

射频前端细分市场预测及其驱动因素（亿美元）

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    二、射频开关：频段和调谐需求不断提升，未来4年射频开关市场有望翻倍

    射频开关是射频前端中实现信号切换的关键，具有共用天线、节省成本等优点。射频开关通过控制逻辑连通多路信号中的任一路或几路，实现接收与发射或者不同频段信号的切换，以达到共用天线、节省成本的目的。射频开关根据用途不同可分为移动通信传导开关、WiFi开关、天线调谐开关等；根据刀数和掷数不同，可分为单刀单掷（SPST）、单刀双掷（SPDT）、单刀多掷（SPNT）和多刀多掷（NPNT）开关。以单刀双掷开关为例，其工作原理是：当控制端口加上正电压时，连接端口1与端口3的电路导通，同时连接端口2与端口3的电路断开；当控制端口加上零电压时，连接端口1与端口3的电路断开，同时连接端口2与端口3的电路导通。

射频开关是是射频前端中实现信号切换的关键

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射频开关工作原理

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    高性能射频开关应具有低插入损耗、高隔离度。射频开关主要指标有工作频率、工作带宽、插入损耗、隔离度、功率容量等，其中插入损耗和隔离度是重要性能指标。插入损耗在发射端影响输出功率，在接收端影响接收灵敏度，因此插入损耗越低越好。而对射频开关的信道隔离能有效降低系统干扰，因此隔离度越高越好。随着射频前端复杂度的提高，射频开关朝高性能方向发展，插入损耗可低至0.1dB以下，隔离度可高达几十dB。根据Skyworks官网，其满足高隔离低插损的开关产品共有58件。村田UltraCMOSPE42562、PE42582、PE42512开关可覆盖9kHz-8GHz频段范围，具有极高隔离度和较低插损，且开关时间达到200纳秒级别。

射频开关主要指标含义与最优取值

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村田三种高掷数开关参数性能一览表

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    随着工艺技术的发展，SOI已替代GaAs成为当前射频开关主流工艺。出于产品性能考虑，射频开关最早采用GaAs工艺实现。而随着SOI工艺改善，其衬底薄绝缘层可实现高击穿电压和低漏电流，进而能在宽频范围内提供低插损、高线性，因此SOI射频开关开始在中低性能应用场景下替代GaAs射频开关，并且不断向高性能方向扩展。时至今日，SOI已经成为射频开关主流工艺，其市场份额从2010年的不足20%，快速增长到2018年的96%。SOI基于标准硅基CMOS工艺发展而来，因此具有极佳的工艺兼容性和成本优势，具有可集成射频开关、天线调谐、LNA、PA等器件的能力。除少数极端场景需使用MEMS工艺射频开关以外，目前移动终端射频开关以SOI工艺为主；并且由于SOI的性能适用于5G频段，因此短期内仍将保持主流。

射频开关工艺比较

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    频段数量增加、金属外壳渗透提升增加单机射频开关需求，预计5G手机射频开关单机用量将达12-18个。2011年智能手机支持的频段不超过10个，2019年高端智能机支持的频段接近40个，而未来5G手机有望支持70个甚至更多频段数量，因此需要增加更多射频开关用于信道切换。与此同时，智能手机现多采用手感和外观更好的金属外壳，一定程度造成对信号的屏蔽，因此需增加天线调谐开关用于提高信号接收能力。目前4G手机射频开关单机用量为6-8个，预计5G手机单机用量将达到12-18个，单机用量翻倍增长。

智能手机支持的单机频段数量不断增长

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金属外壳在智能手机的渗透率不断提升

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    5G加速射频开关需求增长，未来4年全球射频开关市场有望翻倍。根据QYRElectronicsResearchCenter统计，2011年以来全球射频开关市场持续增长，2018年全球市场规模16.54亿美元，预计2023年市场将达35.6亿美元，2018-2023年复合增长率达16.55%。而据我们测算，2019-2023年智能手机出货量从16亿增长到18亿，射频开关单机数量从6个增长到14个，平均单价从0.16美元降至0.12美元，对应市场将从2019年的15.4亿美元增至2023年的30.2亿美元，年均复合增速高达18%。

射频开关单机用量

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全球射频开关市场持续快速增长

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    美日厂商合占射频开关市场近80%份额，卓胜微率先实现国产突破。

    目前全球射频芯片公司数量超1万家，其中射频开关公司有80多家。射频开关龙头公司包括美国的Skyworks、Qorvo、Broadcom和日本的Murata等，4家公司合计占据全球射频开关市场份额的77%，其射频开关产品覆盖高端机型，比如苹果iPhoneX/XSMax/XR、三星Galaxy系列、华为Mate系列等。卓胜微作为全球第五大、国内第一大射频开关公司，产品以中低端机型为主，目前已取得全球5%市场份额，率先实现国产突破；并且随着与客户合作的加深，其份额有望继续扩大。

主要射频开关公司的营收排名和市占率

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射频开关市场份额

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    部分国产厂商在射频开关领域初具实力，但整体仍尚未形成规模。

    相较其他射频芯片，射频开关是相对壁垒较低且竞争较为充分的市场。美日厂商在设计领域绝对领先，拥有最高性能的射频开关产品和射频模组能力，综合实力雄厚。台湾企业在晶圆代工、封装测试等制造环节占据重要位置。大陆厂商由于和国际巨头在技术、专利、工艺等方面存在差距，因此集中在设计领域，主要供应中低端SOI射频开关产品，竞争压力较大。

国内主要射频开关公司概况

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    三、射频LNA：2023年市场达18亿美元，分散格局下国产公司有望提升份额

    LNA是用于对接收信号功率放大的核心器件，广泛用于手机等各类通信终端。

    由于基站的发射功率有限，并且通信终端与基站之间存在一定距离，通常终端天线接收到的信号非常微弱，移动通信系统需要对终端天线接收到的信号放大以进行后续处理。一般放大器在放大信号的同时会引入噪声，而LNA在放大接收信号的同时会尽量抑制噪声，以实现更好通话质量和更高传输速率，因此得到广泛应用。

    5G加速LNA需求增长，2023年全球LNA市场将达18亿美元。据QYRElectronicsResearchCenter统计，2018年全球LNA收入为14.21亿美元，连续多年保持增长。5G趋势下手机频段、信道和天线数量增多，而单个LNA能承载的频率范围有限，因此对LNA的需求大幅增加。单机用量方面，3G手机LNA单机用量1-2颗，4G手机LNA单机用量3-6颗，预计5G手机单机用量7-10颗。

    我们认为，5G商用将推动全球LNA市场在2020年迎来增速高峰，预计2023年全球LNA市场有望达17.94亿美元。

射频LNA单机用量

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全球LNA市场持续稳定增长

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    LNA市场格局分散，国产公司仍有较大提升空间。

    LNA前五大龙头Broadcom、ONSemiconductor、Infineon、TI、NXP的相关营收占全市场52%，远低于射频开关前五大公司营收占比的82%，市场格局较为分散。国产LNA公司目前也处于小而散状态，以低端2/3G频段市场为主，整体出货规模较小，价格战和市场竞争较为激烈。国产LNA厂商中，2017年卓胜微LNA芯片业务实现营收0.17亿美元，市场份额仅有1.3%，提升空间巨大。另外，唯捷创新、国民飞骧和锐迪科等以射频前端模块产品提供为主，较少单独供货LNA产品。

LNA市场份额

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LNA公司营收排名和市占率

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国产LNA公司业务概况

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    四、MCU芯片：物联网时代来临，2022年MCU市场将破240亿美元。

    物联网浪潮已来，终端微控制器愈发重要。在无线网络持续拓展、通信技术不断演进、产业链日趋成熟背景下，物联网技术可支持的应用场景不断增加，发展潜力巨大。根据Gartner预测，2020年全球联网设备数量将达到260亿部，物联网市场规模将达到1.9万亿元，并对社会生产、科技领域等产生深刻影响。微控制器（MCU）芯片是物联网终端的控制节点，嵌入式应用的核心器件，因其高性能、低功耗、可编程、灵活性在消费电子、医疗电子、工业控制、汽车电子和通信等领域广泛应用。物联网浪潮来临背景下，MCU的应用将更为关键。

    创新应用驱动MCU需求上升，2022年全球市场将突破240亿美元。受惠于嵌入式系统、传感器以及物联网终端应用热潮，未来数年MCU市场和出货将大幅增长。根据ICInsights数据，2018年MCU出货量增长18%，市场规模增长11%，未来4年全球MCU市场年均复合增长7.2%，2022年有望突破240亿美元。

全球MCU各应用领域占比

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全球MCU市场规模与增速

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    受益可穿戴设备、智能家居等消费级市场，物联网MCU高速增长，2019年市场规模达28亿美元。
根据通信远近，物联网无线通信主要分为两类。

    一类是Zigbee、WiFi、蓝牙、Z-wave等短距离通信技术，主要应用于智能家居、智能医疗、可穿戴设备等领域；

    另一类是LPWAN（低功耗广域网）技术，包括NB-IoT、LoRA、Sigfox、eMTC等，主要应用于智慧城市、环境监测、智能抄表等领域。现阶段Zigbee、WiFi、蓝牙等短距离连接技术经过10余年发展，应用广泛且产业成熟度相对较高。广域网通信技术近年来发展迅速，且未来在公用事业领域和工业物联网领域均具有广阔的应用前景。

    根据预测，针对连网汽车、可穿戴电子设备、建筑物自动化以及其他有关物联网应用的MCU芯片市场将快速增长，预计2019年全球市场规模将达28亿美元。

物联网MCU市场规模与增速

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    海外龙头占据全球市场88%，头部集中显著。

    2015年开始，为争夺市场份额，布局强劲增长的物联网市场，MCU厂商发生了数起大规模并购。2015年，NXP以118亿美元收购飞思卡尔，完成在汽车电子领域的布局，市占率达19%，排名第一。2015年，Cypress以40亿美元收购Spansion。2016年，Microchip完成对Atmel的收购，成为第三大MCU厂商。据ICInsights统计，全球前八大MCU厂商市占率达88%，头部集中显著。

全球主要MCU企业及营收

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    部分国产MCU公司已实现局部突破，但整体收入规模尚小。

    目前国际厂商在技术、资金和人才等方面均明显占优，面对国内物联网MCU市场增长，国产厂商需加大研发投入，提升技术能力。现阶段国产公司在物联网MCU的研发投入相对有限，研发设备、人员投入和一线厂商存在差距，因此整体竞争力和收入规模仍偏小

国内MCU领域主要公司业务概况

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相关报告：智研咨询发布的《2019-2025年中国射频前端模块行业市场研究及投资前景预测报告》