无线的天下，无限的天下，射频PA因无线电而生，生活因无线通信而精彩。
行业文章和谈论纷纭，GaN（氮化镓）来了，SOI和SiGe射频前端芯片运用越来越多了， GaAs（砷化镓）还有未来吗？应约请，与法国Yole进行了磋商和互换，数据剖析和未来预测，写此文章，抛砖引玉，欢迎互换示正。
数字芯片是基于CMOS工艺选择制程，并非制程越前辈越好，取决于芯片的定位和运用。目前射频PA的主流工艺是GaAs，主流之外还有CMOS、SOI和SiGe工艺运用于射频PA。
海内射频PA公司选择什么工艺，面对的便是什么样的路。选择GaAs工艺，便是艰辛之路，你追我赶，很难拉开差距。选择其他工艺，便是风险之路，要么成功要么失落败。
因工艺选择失落败的射频PA公司
正如德鲁克所言，企业只有两项基本职能：创新和营销。国外芯片公司热衷创新，中国芯片公司热衷营销。常常听到一句话，没有卖不出去的产品，只有不会做发卖的人。
GaAs PA有了Avago、RFMD（Qorvo）、Skyworks之后，国外多家初创公司选择的都是致力于用CMOS PA替代GaAs PA这条路。只有创新，才有代价。
2009年Skyworks收购Axiom Microdevices，当时AXIOM已经在2G手机上实现了千万级的CMOS PA出货量。
2013年4月， Avago Technologies 完成对Javelin Semiconductor的收购。RFMD收购CMOS PA初创公司Amalfi。
2014年6月，美国高通（Qualcomm）宣告收购BlackSand。成立于2005年的BlackSand发布了环球首款3G CMOS PA，并将效率做到39%，使得CMOS替代GaAs成为现实。其BST34系列功率放大器被设计为现有3G GaAs射频功率放大器的替代产品，而且实现了完备的功能及管脚兼容。由GaAs转换到CMOS，能够从改进的供应链和更低的本钱中获益。
同年，高通RF360射频前端办理方案正式获复兴旗舰级手机Grand S II LTE采取，当时给市场一种觉得，未来CMOS PA将在LTE及LTE-A载波聚合(CA)技能的移动终端市场运用中大行其道，颠覆射频前端家当版图。
结果呢？2017年，美国高通（Qualcomm）推出一系列全面性的射频前端（RFFE）办理方案，包括首度推出砷化镓（GaAs）多模功率放大器（MMPA）模块。发布高通CMOS PA之路彻底失落败。
2016年5月，Skyworks宣告收购RFaxis。创办于2008年的RFaxis，立志成为新一代无线射频芯片的先锋。网上可以查到其高管的之前干系辞吐：“从2007年iPhone问世至今，大家都在谈论如何让RF大略化。传统的无线芯片一贯采取的是砷化镓（GaAs），这导致本钱高、产能低。硅是上帝送给人类的礼物，全体芯片业险些都拿到这份礼物，无线通信领域该当尽快得到这份礼物。就像物联网是‘自然进化’的一定结果一样，虽然砷化镓是美国政府花了几十亿美元（用于国防）研制出来的，但是随着人们节制更多如何运用硅的技能，‘GaAs之去世’是一定的。”
GaAs没去世，那些做CMOS PA的国外初创公司却都已消逝，但创新的精神不会消逝，芯片行业须要创新。国外CMOS PA初创公司失落败在哪里呢？由于无线通信技能的车轮是滚滚向前的，对射频PA技能指标哀求越来越高，设计要填补工艺的不敷是很难的，工艺要填补设计的不敷相对要随意马虎很多。
因工艺选择成功的射频PA公司
海内射频PA公司集中在两个赛道：手机射频PA和WIFI射频PA。这两个赛道上都有不少于10家射频PA设计公司。由于谁都没有成功，谁都有机会。因此，射频芯片投资，看起来更像一场赌局。
收购或者并购海内芯片创业公司，鲜有发生，等待的要么是成功要么是失落败，没有收购这个中间选项。为何？由于绝大多数海内芯片创业公司没有创新，没有差异化，走的是重复之路。
海内射频PA公司，有两家选择了工艺差异化路线。一家是汉天下，另一家是慧智微。汉天下走的是国外公司走过的路，慧智微走的是国外公司没有走过的无人区。
汉天下的成功在于2G PA，2G PA的成功在于选择CMOS工艺。只管手机已经从2G到3G，再到4G，现在进入5G时期。这几年2G PA的市场需求始终保持在80KKpcs/M旁边。汉天下通过CMOS 2G PA在性能上可以媲美GaAs PA，在本钱上可以辗压2G GaAs PA，一举取得60%以上的市场份额。2016年汉天下也因2G CMOS PA曾得到“第十届（2015年度）中国半导体创新产品和技能项目奖。
再谈海内射频PA技能，避不开慧智微，一位射频PA公司创始人曾跟我说，海内射频PA竞争过度，长远来看慧智微会有上风。他是砷化镓射频领域的资深专家，又是友商，此言一出，我颇为惊异。有言道，生手看热闹，行家看门道。市场的人看市场，技能的人看技能，我是产品人，喜好从产品的角度来看技能和工艺。
基于SOI的RF性能特性和本钱介于CMOS和GaAs之间，慧智微创新4G PA架构，一二级采取SOI，第三级放大采取GaAs，比较于三级放大都采取GaAs工艺的4G PA来说，本钱上会有上风。但搞新东西，一是冒风险，二是须要持续的高强度研发投入。走这条路线，比跟随Skyworks的其他海内射频PA厂商要付出更多，没有学习和模拟的工具，全靠自己摸爬滚打和坚持。一旦产品成功，就会建立技能壁垒。
创业之后才知创业的苦，创新之后才知创新的难。创业走别人同样的路是很难有机会的，要想成功，唯有创新。三伍微选择走pHEMT工艺路线，很多人不解，也不看好。ESD便是第一个拦路虎，SKY用pHEMT做的开关ESD只有120V，三伍微做到了1000V，以至于闳康测试完ESD，看到结果都疑惑是测试错了。由于不相信，外洋客户拿到三伍微开关样品又重新做ESD测试。在pHEMT上做LDO和掌握电路，难度不小，一遍一遍的研发测试，技能攻关，便是为了走出一条特色之路。每个工艺有每个工艺的上风，取其长处，避其短处，目的是为了探求市场机会，定义出高度契合工艺和技能的产品。
GaAs工艺还有没有未来
砷化镓（GaAs）分为三类：HBT、pHEMT、MESFET。频谱范围：1GHz到100GHz，知足低频到高频运用。射频前端芯片产品中，射频PA采取HBT工艺，RF switch和LNA采取pHEMT工艺。
RF switch和LNA已转向SOI工艺，这是大势所趋。据悉，SONY关闭了pHEMT工艺线。SiGe抢食了一部分GaAs HBT份额，而且有扩大趋势。CMOS已经抢走了低频GaAs HBT市场。随着5G的到来，Qorvo 预测，8GHz以下砷化镓仍是主流，8GHz以上氮化镓替代趋势明显。氮化镓（GaN）作为一种宽禁带半导体，因具有高功率密度、能耗低、适宜高频率、支持更宽带宽等特点，国际射频PA巨子已经在GaN上投入了巨额资金研究。
GaAs HBT工艺基于其稳定性与不错的性价比，未来将坚持一定比重。作为射频PA的主流工艺，其研发事情仍在不断的进行中，必将拓展GaAs HBT的运用空间。GaAs pHEMT也是很好的工艺，如果能持续加以开拓和利用，也会有不错的市场前景。
根据环球砷化镓6寸晶圆花费数量和预测，法国调研机构Yole做了一个初步的统计和分类，由于疫情影响，2020年环球手机出货量会下滑，下面的数据会进一步更新。
Yole预测，从2019年到2025年，GaAs wafer 6\"大众花费量将保持4%的复合年增长率，晶圆需求量从74.4万片/年增加到94.1万片/年。
个中，手机PA对砷化镓晶圆需求量是最大的，占57%，预测2020年晶圆花费量为45.9万片（会下修数据）。手机PA之外，手机WIFI PA和路由器WIFI PA花费砷化镓晶圆的数量占比为26.5%，预测2020年晶圆花费量为21.2万片（会下修数据）。
虽然随着物联网的到来，例如LTE Cat.1对GaAs PA的需求增加，但整体来看，集成CMOS PA的WIFI、蓝牙、NB-IoT、Lora等主芯片运用是趋势，GaAs晶圆花费是负增长，预测复合年增长率为-7%。
根据预测，基站对GaAs PA和GaAs射频前端芯片的需求也有7%的年增长率，从2019年的3.4万片增长到2025的5.2万片。
出乎意外的是，Yole预测汽车雷达险些将抛弃GaAs工艺，从2018年的6900片减少到2025年的800片。
来源：Yole
根据一家有代表性晶圆厂的数据统计，WIFI PA对砷化镓晶圆的需求并不小，数据改变我们以往的认知，WIFI PA市场实在不是小众市场。
2018年的时候，该晶圆厂的WIFI PA占比为25-30%，比手机PA只少10个百分比。手机上采取的是砷化镓WIFI PA，苹果、三星和华为等品牌都是。路由器上采取的更是砷化镓WIFI PA。
2019年，路由器主芯片开始集成5.8G PA，WIFI PA需求减少。手机上，除了苹果连续采取Murata的砷化镓WIFI PA，其他手机厂商已经转向SiGe工艺的WIFI FEM，因此2019年前两季度WIFI PA所需的砷化镓晶圆低落。随着WIFI6的到来，砷化镓WIFI PA的需求大幅增加，对应的砷化镓晶圆花费量在2019年Q3季度又占到20-25%，比手机PA少了15个百分比，手机PA占比为35-40%。
结语
选择决定命运，环境造就人生。在射频的天下里，工艺是我们要面对的选择。国外射频PA巨子可以有不同的团队做不同的工艺方向，并驾齐驱；海内射频PA创业公司，团队有限，资金有限，只能朝着一个工艺提高，工艺选择决定射频PA公司命运。
我看好每一个工艺，每一个工艺都有自己适宜的产品和市场。不要奢望每一个工艺都能快速成为未来市场的主流，未来在我们的未知天下里。大梦想引领小梦想，小梦想助就大梦想。晶圆厂是大梦想，射频芯片设计公司是小梦想，只要晶圆厂武断方向，就会有芯片设计公司跟随；只要有工艺的土壤，设计的种子就会成长。美好的天下，在彼此之间造诣。
作者：
钟林，晋江三伍微电子有限公司
zhonglin@gsrmicro.com
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