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功率放大器（Power Amplifier, 簡稱PA）是射頻前端信號發(fā)射的核心器件，其性能的高低直接影響終端設(shè)備的通信質(zhì)量和實際體驗，在射頻前端芯片中處于較為核心的地位。
在對性能不十分苛求的市場領(lǐng)域，CMOS PA正成為GaAs PA的替代產(chǎn)品
近年來，在終端設(shè)備設(shè)計持續(xù)小型化的趨勢下，射頻前端模組化的趨勢日益明顯。與此同時，隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，在無線通信、雷達、導(dǎo)航、衛(wèi)星通信、電子對抗設(shè)備等系統(tǒng)中具備無線通信功能的終端設(shè)備種類愈加豐富，這帶動了射頻PA市場的高速發(fā)展。
根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，2019年射頻功率放大器模組的市場規(guī)模為53.76 億美元，為射頻前端市場規(guī)模最大的細分領(lǐng)域。據(jù)其預(yù)測，未來6年P(guān)A市場將保持11%的增長率，到2025年市場規(guī)模有望達到89.31 億美元。
作為最重要的射頻前端芯片，PA與射頻前端行業(yè)的整體市場格局相似。根據(jù)Yole 的數(shù)據(jù)，思佳訊、科沃、博通三家廠商占據(jù)全球80%以上的PA市場份額。國內(nèi)市場方面，以唯捷創(chuàng)芯、慧智微、昂瑞微為代表PA企業(yè)已具備成熟的射頻功率放大器模組產(chǎn)品，其中唯捷創(chuàng)芯4G PA模組累計出貨超12億顆，實現(xiàn)了對小米、OPPO、vivo 等終端品牌廠商的大批量供應(yīng)。
地芯科技副總裁張頂平表示：射頻前端雖然整體市場不大，但競爭也非常激烈，目前大概擠入了二十多家公司。這些公司不僅擁有相同的晶圓、架構(gòu)設(shè)計和客戶，而且產(chǎn)品還PIN TO PIN 兼容。因此在這種背景下，如果想要脫穎而出，就要做出差異化創(chuàng)新的產(chǎn)品及服務(wù)，并且還要有一個比較大的應(yīng)用場景去供公司成長，這樣才有可能在同質(zhì)化的競爭中走出來。
業(yè)內(nèi)周知，數(shù)字芯片主要依靠不斷縮小線寬的制程實現(xiàn)技術(shù)升級，而射頻前端芯片與數(shù)字芯片不同，它的技術(shù)升級主要依靠新工藝和新材料的結(jié)合。
發(fā)展至今，射頻領(lǐng)域已經(jīng)經(jīng)歷了多代材料及工藝的迭代。
具體來看，第一代射頻材料以硅（Si）為主要原料，工藝以RF CMOS為代表，包括Bulk-Si和SOI工藝，主要滿足智能手機、物聯(lián)網(wǎng)等中低頻段射頻前端芯片的性能要求；第二代射頻材料以砷化鎵（GaAs）為代表，在高頻領(lǐng)域有著較好的性能，是目前智能手機、路由器等射頻芯片主流應(yīng)用材料；第三代射頻材料工藝以氮化鎵（GaN）為代表，其禁帶寬度更寬、擊穿電壓更高、飽和電子速率更快，能承受更高的工作溫度（熱導(dǎo)率高），主要應(yīng)用在5G 基站及小基站領(lǐng)域。
因為符合摩爾定律，并且具有低成本、低功耗和高集成度等優(yōu)勢，CMOS工藝是集成電路中最為廣泛使用的工藝技術(shù)，在過去的數(shù)十年飛速發(fā)展。尤其在對性能不十分苛求的市場領(lǐng)域，CMOS PA的低成本優(yōu)勢讓其在各大應(yīng)用上極具競爭力，正成為 GaAs PA的替代產(chǎn)品。
從國外來看，思佳訊、科沃、博通、高通、村田等射頻前端大廠針對手機、基站、物聯(lián)網(wǎng)等場景此前都發(fā)布了一系列基于CMOS工藝的PA產(chǎn)品；國內(nèi)市場方面，漢天下（現(xiàn)更名昂瑞微）、飛驤科技、紫光展銳（銳迪科）緊隨其后，也陸續(xù)研發(fā)出一系列CMOS PA產(chǎn)品，并順利推向市場。
值得強調(diào)的是，按照架構(gòu)的不同，CMOS PA可分為飽和和線性兩大類別。其中在2G GSM、BLE、Zigbee等通信制式的恒包絡(luò)信號飽和CMOS PA領(lǐng)域，CMOS工藝已經(jīng)成為主流；而在CDMA、3G WCDMA、4G LTE、5G、WiFi4/5/6等為幅度調(diào)制的寬帶信號線性PA領(lǐng)域，CMOS工藝鮮有建樹，各類公司目前都無法取得突破與成功，技術(shù)依然停留在飽和PA的水平。
張頂平指出：CMOS PA相較于GaAs PA，具有高集成度、低成本、漏電流低和導(dǎo)熱性好、設(shè)計靈活性高等優(yōu)勢，但由于材料特性限制，CMOS PA的電流密度低、Vknee電壓高和效率低、擊穿電壓低和線性度差等劣勢也比較明顯。針對擊穿電壓低、線性度差兩大主要問題，我們做了大量的技術(shù)創(chuàng)新和突破，用架構(gòu)的創(chuàng)新去彌補器件本身的一些弱點，然后應(yīng)用在一些低功率的場景，這是我們看到的一個巨大的機會。
通過架構(gòu)創(chuàng)新成功解決世界級難題！讓CMOS PA進入主流射頻前端市場成為可能
地芯科技成立于2018年，是一家新興的5G無線通信、物聯(lián)網(wǎng)以及工業(yè)電子的高端模擬射頻芯片供應(yīng)商。在射頻前端芯片方面，地芯科技基于低功耗硅基CMOS技術(shù)，研發(fā)了多款低功耗、高性能的產(chǎn)品，并且在成本上和友商相比有明顯的競爭優(yōu)勢，很快在射頻前端領(lǐng)域站穩(wěn)了腳跟。
站穩(wěn)腳跟后，地芯科技在過往的經(jīng)驗基礎(chǔ)上開拓創(chuàng)新，發(fā)明了一系列線性CMOS PA技術(shù)，使得CMOS 工藝的PA進入主流射頻前端市場成為可能。
張頂平表示：通過對擊穿電壓和線性度的綜合考量，地芯科技以創(chuàng)新的設(shè)計架構(gòu)，攻克了CMOS PA可靠性和線性度的主要矛盾，成功解決了世界級難題。以最新推出的GC0643 CMOS PA產(chǎn)品為例，在3.4V的電源電壓CMOS工藝難以企及的2.5G高頻段，該CMOS PA可輸出32dBm的飽和功率，效率接近50%；在LTE10M 12RB的調(diào)制方式下，-38dBc UTRA ACLR的線性功率可達27.5dBbm（MPR0），F(xiàn)OM值接近70，比肩GaAs工藝的線性PA；在4.5V的電源電壓下，Psat更是逼近34dBm，并在Psat下通過了VSWR 1:10的SOA可靠性測試。
地芯科技全新CMOS PA技術(shù)平臺-地芯云騰
除了架構(gòu)創(chuàng)新之外，GC0643 CMOS PA還有具有差異的線性化電路設(shè)計，擁有低功耗、低成本、高集成度的特點，支持FDD LTE Bands 1,3/4,5,8、TDD LTE Bands 34,39,40,41、WCDMA Bands 1,2,3/4,5,8等多頻段多制式，可廣泛應(yīng)用3G/4G手機、低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)（LP-WAN）設(shè)備、以及無線IoT模塊等領(lǐng)域。
目前，在國內(nèi)射頻前端市場，唯捷創(chuàng)芯、惠智微、飛驤科技等已經(jīng)擁有先發(fā)優(yōu)勢，如何找到自己的生存空間并快速發(fā)展壯大成為了地芯科技自成立以來一直就在思考的問題。而物聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，為作為初創(chuàng)公司的地芯科技實現(xiàn)銷售額的快速增長打開了突破口。
物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進一步的拓展應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)延伸，目前已在智能家居、智能儀表、 遠程控制、智能音箱等領(lǐng)域已獲得較快的發(fā)展，深刻影響著家居、辦公、工業(yè)、 醫(yī)療、交通等眾多領(lǐng)域及行業(yè)。根據(jù)IDC的數(shù)據(jù)，2021年全球物聯(lián)網(wǎng)（企業(yè)級）支出規(guī)模達6,902.6億美元，未來5年將保持10.7%的符合增長率到2026年支出規(guī)模將達到1.1萬億美元。中國方面，2022年中國物聯(lián)網(wǎng)連接規(guī)模達56億個，市場規(guī)模在全球占比約為25.7%。據(jù)其預(yù)測未來5年CAGR為13.2%，將在2026年達到2,940億美元，繼續(xù)保持全球最大物聯(lián)網(wǎng)市場體量。
半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的歷史就是CMOS工藝進步的歷史。因此，歷史一再證明，一旦在滿足某項應(yīng)用所需的性能之后，CMOS工藝在和其它工藝的競爭中，總能成為主流。
張頂平說道，隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，CMOS PA的曙光再現(xiàn)，利用其低成本的CMOS工藝，在低功耗、低速率的物聯(lián)網(wǎng)場景中有非常明顯的競爭優(yōu)勢，去年我們在物聯(lián)網(wǎng)射頻前端年出貨量已達千萬片量級，未來這塊仍然將是地芯科技主要的營收來源。
除了剛發(fā)布的GC0643 CMOS PA新品外，地芯科技在射頻前端已經(jīng)擁有GC0672、GC0609、GC0669、GC0631、GC1101、GC1103等飽和系列和GC0658、GCO60X等線性系列兩大完善的產(chǎn)品線，覆蓋藍牙、Zigbee、WiFi、NB-IOT、WiSUN、LoRa、Cat.1等各類應(yīng)用，并且已經(jīng)落地綠米、中國電信、紫光物聯(lián)等數(shù)家行業(yè)知名客戶，在2022年銷售額已達數(shù)千萬元。
經(jīng)過三年的艱苦研發(fā)，我們在飽和和線性兩大CMOS PA領(lǐng)域都有了一定的技術(shù)積累和突破，并且產(chǎn)品也都已經(jīng)實現(xiàn)全國產(chǎn)供應(yīng)鏈導(dǎo)入。未來，我們還會繼續(xù)在更高功率場景下進行架構(gòu)和設(shè)計的創(chuàng)新，利用CMOS工藝做一系列差異化的產(chǎn)品，以實現(xiàn)公司的高速發(fā)展。張頂平最后補充道。
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