“編者按:隨著5G、智能物聯(lián)、云計算、大數(shù)據(jù)等的快速發(fā)展，對半導體底層技術(shù)提出了越來越多新需求、新挑戰(zhàn)。射頻器件如何適應5G時代頻率提升、帶寬增加的發(fā)展趨勢，射頻前端芯片如何兼融從2G到5G的持續(xù)升級。《中國電子報》特邀請創(chuàng)新型企業(yè)高層，探討半導體產(chǎn)業(yè)如何抓住這輪難得的技術(shù)革新機會。”

北京昂瑞微電子技術(shù)股份有限公司董事長兼總經(jīng)理錢永學：

國產(chǎn)射頻芯片發(fā)展進入快車道

每一次通信制式的升級，都是射頻芯片價值提升的機遇。目前的5G手機必然要兼顧2G/3G/4G，因此在保留2G/3G/4G射頻芯片市場的同時，支持5G新頻段的射頻芯片成為了全新增量。據(jù)Skyworks數(shù)據(jù)，2G手機射頻前端芯片價值約為3美元，3G手機增加到8美元，高端4G手機18美元，而5G手機達到25至30美元。

近年來，國內(nèi)射頻芯片廠商從相對成熟的分立射頻芯片起步，在5G手機廣泛普及前的窗口期，逐步實現(xiàn)了中低端機型射頻前端的本土化，同時積累了模組開發(fā)能力，逐步走向全品類供應。一些射頻芯片的明星企業(yè)開始覆蓋三星、小米、榮耀、VIVO、OPPO等全球領(lǐng)先手機品牌客戶，實現(xiàn)了射頻模組產(chǎn)品從無到有、從有到質(zhì)的突破。

北京昂瑞微電子技術(shù)股份有限公司董事長兼總經(jīng)理錢永學認為，5G是下一輪科技革命的制高點，對中國實現(xiàn)全球創(chuàng)新引領(lǐng)至關(guān)重要。射頻前端的技術(shù)創(chuàng)新是推動5G發(fā)展的核心引擎。在聯(lián)網(wǎng)設備大規(guī)模增長趨勢下，射頻前端是成長最快、最確定的方向之一。高度集成和模組化的射頻前端必將成為未來趨勢。

他指出：“射頻前端產(chǎn)業(yè)鏈呈現(xiàn)美日寡頭壟斷的格局，中國5G通信中，射頻前端已成為最大掣肘，必須加快本土化進程，保障供應鏈安全。”

對國內(nèi)芯片設計公司來說，這樣的歷史時期，既是千載難逢的歷史機遇，也存在不少嚴峻挑戰(zhàn)。

昂瑞微一直堅持多產(chǎn)品線發(fā)展戰(zhàn)略，將手機射頻前端芯片和物聯(lián)網(wǎng)射頻SoC芯片作為重要產(chǎn)品類別。其2G/3G/4G/5G全系列手機射頻前端芯片包括射頻前端模組PAMiD/PAMiF、L-FEM、MMMB、TxM、PAM等，還有射頻開關(guān)、低噪聲放大器、天線調(diào)諧器等。其中5G系列射頻前端模組已經(jīng)導入國內(nèi)多家手機品牌企業(yè)。

正如錢永學所說：“只要堅守初心，勇于探索創(chuàng)新，就一定能夠撥云見日，創(chuàng)造出美好的未來。”

南京星火技術(shù)有限公司總經(jīng)理陳熙：

射頻和人工智能協(xié)同創(chuàng)新助推5G通信

根據(jù)Yole預計，到2023年，全球射頻元件市場將增至2450億元，其中在5G產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮重要作用的濾波器市場將提升至1575億元，5G射頻前端模塊市場規(guī)模將達350億美元，年復合增長率14%。由此可見，濾波器是未來幾年射頻前端元件中成長最快的元件。為助力5G產(chǎn)業(yè)，南京星火技術(shù)有限公司推出了全球首款基于人工智能的5G濾波器智能調(diào)諧機器人，利用全新升級的人工智能集成電路云平臺，填補了自動化調(diào)試濾波器的技術(shù)空白。

陶瓷介質(zhì)濾波器的介電常數(shù)較高，Q值也高，損耗小且溫度漂移小，相比傳統(tǒng)金屬腔諧振器，它具有高抑制、插入損耗小、溫度漂移特性好等特點，是目前5G通信領(lǐng)域的主流濾波方案。

陶瓷濾波器結(jié)構(gòu)非常復雜，生產(chǎn)過程中一直都是依靠人工進行調(diào)試，通常需要40多個高難度的調(diào)試動作，工人要手持磨頭對濾波器的表面銀層進行去除，再通過網(wǎng)絡分析儀進行實時監(jiān)測，根據(jù)圖形的不斷變化進行調(diào)試，稍有差池，銀層一旦打磨過度即不可恢復，就會導致產(chǎn)品報廢。

在介質(zhì)濾波器量產(chǎn)過程中，受不同批次材料一致性較差、生產(chǎn)裝配誤差等因素影響，每只產(chǎn)品必須由熟練工人反復調(diào)試，才能實現(xiàn)介質(zhì)濾波器性能的一致和穩(wěn)定。因此，對工人熟練度及實際操作經(jīng)驗有很高要求，而培養(yǎng)調(diào)試人員需要一定周期，難度也大；由于調(diào)試效果因人而異，產(chǎn)品質(zhì)量得不到有效保障。人工調(diào)試的生產(chǎn)成本和產(chǎn)能瓶頸大大阻礙了產(chǎn)品規(guī)模化生產(chǎn)。

星火技術(shù)總經(jīng)理陳熙說：“最熟練的工人調(diào)試一個濾波器需要3分鐘，一天可調(diào)試100到150個，而機器人只需要60秒，24小時工作。一個機器人每天工作量相當于5名工人的總和。”

自動化調(diào)試是將介質(zhì)濾波器固定于調(diào)試平臺上，通過網(wǎng)絡分析儀讀取實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸至計算機，與目標性能進行比對，通過調(diào)試算法軟件分析數(shù)據(jù)，產(chǎn)生控制信號，驅(qū)動去除裝置根據(jù)控制信號設定的銀層去除量去除定量諧振孔表面銀層，直至實時監(jiān)測性能與目標性能相匹配。

星火技術(shù)集成電路云平臺利用最先進的耦合矩陣（couple matrix）技術(shù)提取濾波器參數(shù)，運用深度強化學習技術(shù)從零開始訓練Agent控制機器人動作。針對機器人建立了一整套虛擬仿真環(huán)境，用智能云平臺實現(xiàn)數(shù)百顆GPU協(xié)同訓練，算法迭代了1.2億次才實現(xiàn)了良好的收斂。

通過光學系統(tǒng)獲得環(huán)境信息的智能體可控制機器人對濾波器上任意位置進行調(diào)試。當智能體處理光學圖像時，將圖像編碼為潛在表示，然后將其用作狀態(tài)輸入來代替圖像本身。其中的關(guān)鍵在于圖像編碼過程中，模型學習緊湊的潛在狀態(tài)表示，實現(xiàn)對目標的精確捕捉。

陳熙表示：“近幾年人工智能、算法與其他學科交叉研究飛速發(fā)展，以前一個人一生可能恰好經(jīng)歷一次或零次技術(shù)革新，而我們可能不止是一次。AI和設計手段的極致結(jié)合將對集成電路設計和測試產(chǎn)生巨大影響，也讓射頻產(chǎn)業(yè)鏈的智能化水平不斷提升。”

深圳飛驤科技有限公司創(chuàng)始人、首席運營官郭嘉帥：

國產(chǎn)射頻芯片趕超國外還需努力

從市場規(guī)模看，全球5G網(wǎng)絡新增30余個頻段，帶來了增量射頻需求，也使單個終端中射頻前端芯片的數(shù)量不斷增加，射頻價值量大幅增長。Yole的統(tǒng)計表明，入門及中檔智能手機年出貨量13億部，單個終端射頻前端用量約為10美元；4G高端手機射頻價值不到30美元，而5G機型可達40美元。基站方面，5G基站采用Massive MIMO及小基站，基站數(shù)量和單個基站射頻價值都有增加。總體上看，射頻前端市場每年的規(guī)模將超過百億美元，到2025年全球射頻前端的市場規(guī)模將達258億美元，年復合成長率高達8%。

深圳飛驤科技有限公司創(chuàng)始人、首席運營官郭嘉帥認為：“從技術(shù)趨勢看，集成化、模塊化是射頻前端的發(fā)展趨勢，不過，射頻前端分立器件制造相對比較容易，要集成在一個芯片中，就要具備強大的射頻設計能力了。高集成模塊化有助于5G射頻前端更好地處理干擾，大幅度減少射頻模塊的PCB面積，縮短終端射頻設計周期。”他也承認：“5G移動終端需要支持大帶寬新頻段以及MIMO技術(shù)來實現(xiàn)超高數(shù)據(jù)率，這使射頻實現(xiàn)的復雜度大大增加。”

作為一家專注射頻前端、功率放大器設計和解決方案的芯片設計公司，飛驤技術(shù)洞察到行業(yè)趨勢和市場需求，經(jīng)過兩年全力研發(fā)，在2020年6月正式發(fā)布一套完整的5G射頻前端方案，實現(xiàn)了兩個第一：第一套全面支持所有5G頻段的國產(chǎn)射頻前端解決方案；第一套采用國產(chǎn)工藝實現(xiàn)5G性能的射頻前端模塊。

回顧創(chuàng)業(yè)經(jīng)歷與研發(fā)歷程，郭嘉帥表示，2017年前，射頻芯片產(chǎn)業(yè)的霸主一直是SKY和Qorvo等美系廠商，其手機射頻芯片市場份額在90%以上。市場的發(fā)展為國產(chǎn)射頻芯片帶來了應用機會，特別是在當前的國際環(huán)境中。

他說：“經(jīng)過了6年的發(fā)展，飛驤的射頻前端芯片取得了很大進展，但我們也看到了差距，這種差距會在中短期內(nèi)存在。”他告訴記者，在2G/3G/4G等中低端手機市場，SKY和Qorvo基本是放棄狀態(tài)，因為國產(chǎn)射頻芯片的進步，性能與成熟度基本與美系廠商持平，甚至在部分2G/3G產(chǎn)品上已經(jīng)成功趕超。但在5G產(chǎn)品等前沿高集成度產(chǎn)品方面，飛驤還需要一定的時間趕超。

談到核心技術(shù)能力，郭嘉帥表示，砷化鎵（GaAs）工藝是5G射頻和WiFi射頻的核心技術(shù)，飛驤已有10年研發(fā)歷史。飛驤和三安是深度戰(zhàn)略合作關(guān)系，砷化鎵工藝2017年開始穩(wěn)定量產(chǎn)，已出貨4年，目前是三安最大客戶。飛驤的特殊技術(shù)能力在于，它是唯一能夠使用國產(chǎn)三安工藝做出5G產(chǎn)品的廠商，其他競爭者都必須依賴更高級也更昂貴的中國臺灣穩(wěn)懋工藝才能達到同等級性能。砷化鎵技術(shù)可保證飛驤對抗美系及國內(nèi)一眾PA廠商。

另外，飛驤從2013年開始發(fā)展SOI開關(guān)技術(shù)（SOI是CMOS的一個分支），2016年開始發(fā)展CMOS PA技術(shù)，2020年在CMOS PA方面與昂瑞微在市場上分庭抗禮。CMOS技術(shù)給飛驤帶來開關(guān)、LNA、CMOS PA三條產(chǎn)品線。

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