射频芯片三代争雄
远川科技评论近日从产业链人士处独家获悉,北纬三十八度集成电路制造有限公司(以下简称“北纬公司”)为国内芯片设计商深圳新声半导体(以下简称“新声”)代工的声表面波滤波器产品(以下简称SAW滤波器),已投入量产且达到发货水准。双方合作的SAW滤波器主打难度较高的射频模组。
这标志着,北纬公司成为国内极少数具备滤波器制造能力的射频芯片代工厂。结合我们此前发布的BAW滤波器量产消息,可以说,中国芯片产业界的射频短板已悉数补齐,向全自主射频模组又迈出了一大步。
梳理最近国内射频芯片界的动作,不难发现,纯晶圆代工+独立芯片设计商,在当下的时点,成为一个越来越具代表性的产业路线。回顾全球范围内的射频芯片产业发展史就会发现,这一路线响应了当下中国科技产业的需要。无论是突破关键芯片卡脖子,还是在商业上可持续发展,都是一个大胆且值得称道的尝试。
本文从全球射频芯片发展史出发,试图梳理前后三代的发展路径:
1. 第一代:买、买、买
2. 第二代:代工,还是IDM?
3. 第三代:组合式创新
射频领域的国际巨头,都是通过并购成长而来。
首先是博通。博通前身安华高(Avago)脱胎于惠普的半导体部门,2008年收购英飞凌BAW滤波器业务,为其在高端滤波器市场的垄断地位打下坚实的基础。2015年,安华高“小鱼吃大鱼”,以370亿美元代价收购体量比自己更大的旧博通,这场“入赘”式的收购完成后,安华高索性把公司更名为“博通”。
然后是思佳讯(Skyworks)。2006年,思佳讯分拆基带业务专注射频,之后接连并购两家PA厂商,成为全球第一大PA供应商。2014年,思佳讯与松下合资成立FilterCo涉足BAW滤波器业务,其后收购松下剩余股权,至此填上了最后一块业务短板。
至于科沃(Qorvo),其本身就是龙头联姻的结果。2008年后,PA和天线开关大厂RFMD业务接连受挫,先是2G市场增长乏力,然后是PA市场被思佳讯超越。到了2014年,RFMD与擅长SAW和BAW滤波器的TriQuint合并。如此,Qorvo诞生之初,便打通了全产业链。
最后是村田(Murata)。村田本来主营被动元器件,2012年4G爆发之际重金加注SAW滤波器,并在这一市场中高端产品占据统治地位。即便到了BAW滤波器占优的高频领域,村田也率先研发出TC-SAW(温度补偿型)滤波器与之对抗。为了补足PA短板,村田之后并购了瑞萨PA部门和美国Peregrine半导体。
总结国际射频巨头的并购之路,可以发现三条规律:
其一,并购发起者多有一个特别长的长板,在优势领域并购有利于保证产品竞争力,迅速扩大市场占有率。思佳讯收购两家PA公司成为全球第一个PA供应商,是一个典型的案例。
其二,射频前端模组化要求不能有短板。思佳讯收购BAW滤波器公司,村田收购PA公司,是同样的道理。如果射频模组中有一类关键器件需要外购,成本端就是不可控的,不利于做高毛利率。
其三,移动通信制式升级换代是射频行业洗牌的关键节点。思佳讯在3G前夜切入PA,村田在4G发展初期重金加注SAW滤波器,都为后来分别占据细分射频市场头把交椅奠定了基础。
在跨国巨头纷纷通过并购手段,自建大而全的IDM的时候,中国射频公司早早开始了探索。三家公司最具代表性,一家是中国台湾地区的稳懋,纯代工模式;另外两家是中国大陆地区的好达和三安,分别为IDM和代工。
先看稳懋。
稳懋1999年成立,一开始跨过4英寸砷化镓产线直接建6英寸,但彼时工艺极不成熟,破片率高达10%~20%,稳定量产难度极大。在外部股东输血支持下,稳懋坚持技术攻关,终于在2006年攻克PHEMT、HBT等关键技术,产线生产效率提高同时,破片率也大大降低到0.5%以下。2007年,稳懋扭亏为盈。目前,稳懋在砷化镓晶圆代工领域占据了接近八成的市占率。
因在砷化镓代工领域的绝对优势,稳懋赢得了两类客户的支持。一类是大陆的PA公司,另一类则是博通和苹果等业务规模庞大、有射频芯片委外制造需求的美国公司。这些客户支撑了稳懋高达上千亿新台币的建厂计划。
既然是代工,有一条还格外重要,那就是严守中立,诚信可靠。2017年,博通旗下的安华高入股稳懋,却同意不进入董事会,就是为了保证其独立可靠。没有这一点,苹果恐怕也很难选择稳懋为自研射频元件的代工商。
从稳懋的案例可见,射频代工也是一个可持续的大生意。要做好,关键在于两点,一个是要在研发上死磕,制造技术要有一个很长的长板,能够提供先进的、全方位的服务;另一个就是在经营上不抢客户的生意,让客户放心。长此以往,便能形成正循环。
相比于稳懋,大陆地区的两个玩家则分别有着明显的短板。
好达成立于1999年,是大陆历史最为悠久的射频IDM。2005年,好达研发出手机滤波器。但直到2015年,村田SAW滤波器缺货,好达才迎来一波发展机遇。
在主机厂日益重视国产化备份的当下,好达在市场竞争中有一个比较大的劣势:研发投入不足。前期,好达发展思路保守,产品线偏中低端。更因为产线早已完成折旧,好达在SAW滤波器采取价格战策略,这样自然没有多少利润留存。等到近期申报上市,好达负面新闻集中爆出,如村田诉专利侵权,产品退换货率上升等等,其实都可视为研发投入不足的一个结果。
相比于好达,三安是射频芯片业界的新生,2014年才切入射频业务,但发展迅速。2021年,三安的SAW滤波器客户已达数十家,产量也从原先的季产1000万跃升至最近的月产1000万颗,由此成为好达在中低端市场的强大对手。
在一些业内人士看来,三安的问题和好达有些类似——在中高端射频产品领域表现乏力,比如没有BAW滤波器。这会衍生一个较大的问题,即模组化的时候面临掣肘,向别人外购成本较高。
总结好达和三安的经验,有两条规律值得注意:
其一,射频工厂一定要有一个特别长的长板,如果没有做到一条产品线的中高端,往下走会比较吃力。在自身禀赋不足的条件下投资很多设计公司,可能限制未来的发展。
其二,模组化是终局,无论是自身的制造能力,还是投资布局,一定要能拼起来射频模组。面向射频模组的器件技术壁垒高、利润率高、竞争不那么激烈,谁在射频模组领域领先,谁就站在了有利的战略位置上。
在吸取了第一代和第二代射频芯片公司的发展经验后,2018年,北纬三十八度集成电路制造有限公司(以下简称“北纬公司”)落户忻州半导体产业园,定位为SAW滤波器和PA晶圆代工厂。
2021年6月份,北纬公司4英寸SAW滤波器产线投产,迅速吸引了国内领先的滤波器设计公司——新声与之深度合作。双方合作的产品为面向射频模组的SAW滤波器。
北纬公司的合作方和产品都经过深思熟虑。
就合作方,新声是国内少数能够同时正向设计SAW和BAW滤波器的设计公司,创始人科班毕业,拥有在博通的丰富工作经验。优秀的设计公司能够很好牵引制造端,帮助工厂打磨工艺。而且,新声设计的BAW滤波器已经出货,与其绑定有利于将来在中高端射频模组的布局。
就产品选择,射频模组化的趋势已经十分明显,北纬公司选择了一开始就做能够放进模组中的滤波器。从产品定义开始,模组化对器件提出一系列更高的要求,在国内的射频芯片业是一个很好的占位。北纬公司聚集了一批来自日本、新加坡的资深专家,团队老中青结合,有能力接住。
经过短时间的磨合,新声在北纬公司代工的SAW滤波器迅速完成产品定型。双方的合作进展如此迅速,源于北纬公司的两点优势:
其一,北纬公司团队自身掌握大量的know-how。虽然是一个新公司,但是以尾藤为首的日本专家曾在NEC等大厂工作,有二十多年的芯片从业经验。SAW滤波器一个很大的难点在于一致性要求高,不能说这一次做出来的产品符合要求,下一次再做参数都变了。尾藤的解决办法是“反复看数据,让数据说话”,可见芯片老师傅的功底。
其二,北纬公司坚守代工服务的定位。SAW滤波器的另外一个难点在于射频信号很容易失真,给仿真领域建模带来较大困难。这就要求工厂工艺工程师需要与芯片设计工程师紧密配合,快速解决设计公司的问题。北纬公司最短48小时、平均一周、最长两周更新一版工艺,而国内某大厂一版工艺的更新时间一般是两个月。
绑定优秀的设计公司、选择面向模组的高产品定位、扎扎实实做好代工服务,北纬公司完成了三步走,下线的SAW滤波器产品在带宽、差损等性能指标上优于同业。
工艺难度更高的TC-SAW滤波器,则是已完成工艺研发,其样片品质因数(即Q值,衡量滤波器信号频率识别准确性的一个核心指标)更是数倍于国内同业竞争对手。
SAW和TC-SAW组合销售,有望成为北纬公司的独特竞争优势,也将使北纬公司在高难度射频芯片领域有一个特别长的长板,为之后扩展商业布局打下坚实的基础。
一个难以想象的事实是,本文所叙述的第三代射频芯片产业的代表——北纬公司,生长于山西省忻州市。
忻州是山西的一个特例——煤炭资源相对贫乏,主打农业。几年前,地方政府决心转型,为半导体产业园“量身定制”了一套特殊政策:为外籍人才提供人才公寓,解决职工子女就学问题,补贴高耗能的半导体原材料厂,电费低至不到两毛一度。
北纬公司生长于一个大环境悄然改善的山西,也的确为这片土地做出了自己的贡献:
首先是一个初具雏形的上下游芯片产业链。本地丰富的铝矾土资源,经过园区企业的处理,成为射频芯片所需的砷化镓晶圆。忻州半导体产业园不只是一个芯片工厂,而是一个芯片生态。
然后是一个极为整洁的冷暖水工程,除了服务于芯片制造,冬天还能给周围的居民区供暖,节省了数以亿计的能源成本。
最后是转型的勇气和方法。山西经济素来倚重煤炭,向科技产业转型,不可能凭空诞生一个天才的想法。正是北纬公司数十名驻扎在忻州的异国他乡的科学家和工程师,带动了更多富有才智的山西人回乡建设,最终将科技产业的梦想和方法灌输进几百万人心。
全文完,感谢您的耐心阅读。
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