华为P50:“滤波器之殇”与“毫米波破局”
发布时间:2021-8-3 11:08阅读:399
在5G网络如此普及的今天,如果一个品牌的高端机型只能用4G网络,就好像是在现代战争中使用刀枪一样令人不可思议。
而让人期待已久的华为P50,便是全系列的4G手机。
虽然P50搭载的晓龙888芯片和麒麟9000芯片都是集成5G基带的处理器,在信号的编码、解码和信息转换都没有问题,但是它的射频系统却被美国人阉割了,其中最重要的一环就是滤波器的缺失。
手机通信实际上就是手机和基站之间通过无线电波来交换信息,也就很像两个人在相互之间“发快递”。基带的职责是对数据进行“打包”或“拆包”,而射频的职责则是将“包裹”通过指定的无线电频段发射出去或接收回来,两者都是手机通信不可缺失的一环。
手机的射频主要包括天线、射频芯片和射频前端三大块。目前天线可以量产,射频芯片华为也有库存,问题就出在射频前端上。射频前端由滤波器、低噪声放大器、功率放大器、射频开关等元器件组成。而我国在开关、放大器、芯片和无线领域都取得了一定突破,唯独在高端滤波器方面几乎处于空白。
滤波器的缺失在华为P30的供应商上就可以看出。P30的处理器、射频芯片和音频芯片等均来自海思(中国)自研,存储芯片来自于海力士(韩国)和美光(美国),传感器芯片来自于意法半导体(欧洲),只有射频前端,尤其是适用于5G的滤波器则完全来自于美国(博通和科沃)。也就是说,在美方极限制裁下,其他部件都有机会找到替代品,只有射频前端,尤其是滤波器,则是完全被美国人掐住了咽喉。
滤波器主要用于在通讯中排除无用频道,保持通信稳定。目前主流滤波器主要有声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)和声体波(Bulk Acoustic Waves,BAW)两种工艺,它们之间最大的区别在于工作频率范围:SAW对温度敏感,只能应用于2.5GHz以下的需求,而BAW目前的工艺可以达到6GHz。现在5G全球频段为3.3GHz-4.2GHz和 4.4GHz-5.0GHz,BAW变成了5G时代的宠儿。
据统计,近年来随着5G网络的发展,BAW的销售额大幅提升,由2015年的23.4亿美元增长至2019年的41.9亿美元,已与SAW销售额(53.3亿美元)旗鼓相当。预计到2022年,BAW滤波器市场份额将达到60%以上,前景广阔。
但是BAW的行业竞争格局却是高度垄断,美国博通独自占据全球87%的市场份额(而且日本公司的BAW也得找其代工),紧随其后的科沃和思佳讯也都是美国公司。我国目前SAW的自给率只有5%(卓胜微、唯捷创芯、三安光电),且集中于低端SAW,在BAW方面就更是是一穷二白了。
那么,BAW到底难在哪?
主要有两点:一个是专利,一个是钱。
首先是专利。BAW的专利基本上都控制在美国人手中,后发者面临较高的专利壁垒。
2011年,中国诺思维系统公司(ROFS Microsystem)成立,核心成员是天津大学教授张浩和庞伟,主要任务就是研发中国的BAW,并取得了一定突破。但是,美国人看不下去了。为了遏制中国诺思的发展,美国于2015年假意邀请张浩前往美国参加学术会议,而后趁其不备将其扣留。2020年9月1日,美国认定张浩窃取美国滤波器商业机密罪名成立,判决其18个月有期徒刑。由此可见,BAW技术已被老美视为切身利益,即使需要使用非常规手段来保护,老美也在所不惜。
因此,在滤波器的现有技术路径上,国际巨头公司不仅垄断了市场,更是垄断了绝大部分专利,中国唯一的出路就是开辟新的技术路径以实现自主知识产权。这对于设计端提出的要求是极为苛刻的。
另外一个壁垒就是钱。回顾中国芯片发展历程,我们的“脖子”并非是卡在设计,而是卡在工艺。从商业逻辑上看,设计是轻资产行业,可以走Fabless模式,用少量资产便可以干活,就算短暂亏钱,企业也能够扛得住。但如果要发展半导体工艺则需要走IDM模式,也就是要花钱去投资建厂、购买设备,而这笔钱对于一般企业来说门槛实在太高。以台积电为例,其2020年营收为455.1亿美元,而资本支出便达到了172.4亿美元,占比营收已经接近40%。
而与高投入相对应的是,半导体工艺的迭代速度极快。后入的新玩家技术积累薄弱,生产的产品与一线选手代差明显,根本卖不上价。这时企业如果要继续坚持,就只能亏损。但资产如此之重,财务成本令人瞠目。因此,在没有国家扶持的情况下,企业想要靠自己在半导体工艺领域“破局”基本没有可能。
在射频前端器件中,放大器和开关比较偏设计,企业可以走Fabless模式,所以国产化替代较快。但是BAW这种半导体器件则主要靠工艺,大厂都走的是IDM模式,而这对中国企业来说还有很长的路要走。
不过,虽然很难,但中国仍然有希望“破局”。
目前,5G的发展正在向毫米波时代迈进,其工作频段可能会上升到24GHz至100GHz。

这是什么概念呢?其实大家都有感觉,现在的5G网速其实并不是非常快,延时性非常明显,这就是由于带宽不够造成的。目前,中国主流通信频段3.5GHz和2.6GHz上共有约1GHz的频谱能给给5G用,将卫星、雷达抛去后,几个运营商一分,一家能有100M就不错了。但是毫米波的频谱资源极宽,一家分个800MHz-1GHz都可以。这路一宽,网速就会快。以800MHz为例,其总速率可以达到20Gbps,这才能在真正意义上实现5G超高速、低延时的通信优势。
因此,从某种意义上说,只有等5G进入毫米波时代后,自动驾驶、远程医疗、智能生产、远程控制等等遐想才有可能成为现实,所有的终端才有万物互联的可能性,5G所带来的市场红利才能真正被打开。
而5G一旦进入毫米波时代,BAW的滤波器就会显得捉襟见肘。目前BAW的工艺极限只能到6GHz,远远够不上毫米波的要求。而在全球范围内,虽然滤波器围绕5G毫米波已有多种技术路线(SIW、CPW等),但受制于制程工艺,真正可以在毫米波频段工作的微型滤波器解决方案几乎空白,是一个完全蓝海的市场。
2020年,合肥投资的安徽云塔电子科技有限公司正式发布了自主研制的5G毫米波频段微型滤波器,工作频率在33GHz,带宽高达2GHz。这种产品不仅可以广泛应用在各种5G终端和基站,而且可以为下一代6G提供解决方案,是中国在此领域的开端布局。
因此,华为的困境只是暂时的,等到5G毫米波频率正式进入商用,目前垄断的射频前端市场会迎来一次重组,国产替代可能会迎来一次较大的转折。作为投资者,我们不可不提前关注
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温馨提示:投资有风险,选择需谨慎。
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