如何破局？写在中微科创板IPO前夕（下）射频前端即无线电系统的接收机和发射机，可实现信号的传输、转换和处理功能，是移动终端通信的基础。射频前端芯片包括射频开关、射频低噪声射频低噪声放大器、射频功率放大器、双工器、射频滤波器等芯片，其中，射频开关用于实现射频信号接收与发射的切换、不同频段间的切换，射频低噪声放大器用于实现接收通道的射频信号放大，射频功率放大器用于实现发射通道的射频信号放大，射频滤波器用于保留特定频段内的信号并将特定频段外的信号滤除，双工器用于将发射和接收信号的隔离以保证接收和发射在共用同一天线的情况下能正常工作。智能手机通信系统结构示意图如下：

　　随着手机、平板电脑市场的日益成熟，全球移动终端的出货量基本稳定，从而，对射频前端芯片的需求也保持相对稳定。随着移动终端越来越渗透日常生活的方方面面，根据Yole Development 的研究，2016 年全球每月流量为960亿GB，其中智能手机流量占比为13%；预计到2021年，全球每月流量将达到2780亿GB，其中智能手机流量占比亦大幅提高到33%。

　　通讯技术的发展的同时也推动了射频芯片市场的发展。在过去的十年间，通信行业经历了从2G到3G再到4G的跨越式发展，智能手机中射频前端芯片的价值也从0.9美元（2G）到3.4美元（3G）再到6.15美元（4G），这促使着在出货量稳定的情况下射频前端芯片的市场规模水涨船高。随着5G、物联网时代的来临，射频前端芯片的市场规模将进一步上升。

　　在射频芯片领域，国外巨头垄断严重。目前，手机射频前端市场由博通、Skyworks、Qrovo和Murata四大供应商垄断了超过90%的市场份额。该四家国外厂商均为IDM厂商，该经营模式不仅使得它们拥有较低制造成本，还使得它们自身的制造端能为设计端量身打造、性能匹配度较高，这也进一步提高了国内厂商的进入壁垒。在SAW滤波器方面，市场份额主要被Mutara、TDK、Taiyo Yuden等公司所垄断，合计占有85%。国内企业由于产业发展较晚、制造相对不成熟，所以目前仍多采用Fabless+Foundry的经营模式，并且多依赖国外厂商进行射频芯片的代工。

　　目前国产射频PA设计厂商主要有紫光展锐、唯捷创芯、慧智微、中科汉天下等，制造厂商主要有三安光电。射频开关及LNA设计厂商主要有卓胜微电子。

　　紫光展锐实现了GaAs（砷化镓）和CMOS（硅基）两种不同工艺在2G、3G、4G射频前端产品的全面覆盖，并批量量产射频开关、低噪声放大器以及2.4G/5G 双频Wi-Fi射频前端产品，且在射频滤波器方面已经完成初步布局。目前，紫光展锐是中国唯一一家实现产品线全覆盖的本土射频芯片公司。

　　唯捷创芯拥有完全独立知识产权的 PA、开关等终端芯片已经大规模量产及商用，已累计销售超过13亿颗芯片。同时，在5G领域也在加速布局，唯捷创芯计划发布其首款在3.3GHz-3.6GHz频段支持HPUE(高功率用户设备)的5G射频前端模组。

　　慧智微于2015年推出全球首颗量产可重构射频芯片AgiPAM®，也是业界唯一规模量产的可重构射频前端产品。与世界上采用非可重构技术的类似产品相比，性能、成本结构和尺寸都具有明显优势，为中国“自主创芯”走出一条“弯道超车”之路。

　　中科汉天下的GSM PA产品市场占有率达60%，居全球第一；3G PA市场占有率超过45%，居国内第一；4G PA现在月出货量500万套，产品已经被三星、中兴通讯、TCL 等知名品牌手机厂商采用，并销往欧洲、美洲、非洲、东南亚等160 多个国家和地区。

　　卓胜微电子在行业内推出第一款基于RFCMOS工艺的GPSGPS射频低噪声放大器LNA芯片，并实现量产，2017年出货18亿颗射频芯片，销售额达到5.9亿元，客户覆盖三星、华为、小米、OPPO等手机品牌，在射频前端芯片领域跃升为国内领先企业。

　　三安光电的子公司三安集成的砷化镓射频销售持续成长，出货客户累计至73家，达270种产品。随着工艺及客户端产品认证的不断成熟，三安集成的砷化镓HBT产品主流工艺已开发完成，产品全方面涵盖2G-4G PA、WiFi、IoT等主要市场应用，并且在5G领域已实现了小批量供货。

　　目前，三安集成砷化镓射频销售持续成长，销售数量环比增长，出货客户累计至73家，达270种产品。随着工艺及客户端产品认证的不断成熟，三安集成的砷化镓HBT产品主流工艺已开发完成，产品全方面涵盖2G-4G PA、WiFi、IoT等主要市场应用，并且在5G领域已实现了小批量供货；氮化镓射频已给几家客户送样，反复进行了技术交流，产品已阶段性通过电应力可靠性测试，实现小批量供货；滤波器产品的研发和可靠性验证已取得了实质性进展，进入客户送样验证阶段，客户反馈初步测试产品性能已优于业界同类产品，预计在2019年第二季度形成产品销售。

　　芯片设计在产业链中占据重要位置，技术壁垒高，需要大量的人力、物力投入，需要较长时间的技术积累和经验沉淀。目前在全球集成电路设计市场中美国企业占据了半壁江山，中国设计产业在核心架构与EDA工具方面仍然依赖国外授权。但近年来我国设计产业发展迅猛，行业增速远超国际平均水平，华为海思已经达到7nm先进制程，在5G芯片技术上也走在世界前列。比特、寒武纪科技等在ASIC芯片领域独树一帜，让中国在芯片设计领域弯道超车成为可能。

　　芯片的设计过程主要分为四个步骤：一、根据所需功能选择相应的芯片架构与IP模块；二、编写出对应的HDL代码，并放到EDA tool中反复运行测试，直到功能正确为止；三、将测试成功的代码放入另一套EDA tool中进行电路布局与绕线并检测电路运行情况；四、自底层开始，逐层为设计好的电路图制作光罩，最终形成期望的芯片。

　　上世纪60年代，早期企业都是IDM运营模式（垂直整合），这种模式涵盖设计、制造、封测等整个芯片生产流程，这类企业一般具有规模庞大、技术全面、积累深厚的特点，如Intel、三星等。随着技术升级的成本越来越高以及对IC产业生产效率的要求提升，促使整个产业逐渐向设计、制造、封装、测试分离的垂直分工模式发展。这种垂直分工的模式首先大大提升了整个产业的运作效率；其次，将相对轻资产的设计和重资产的制造及封测分离有利于各个环节集中研发投入，加速技术发展，给新玩家一个进入行业的切入点，例如技术水平较低的封装检测、设计突出的Fabless等。

　　自代工模式出现之后，全球集成电路设计行业一直呈现持续增长的势头。从营收增速角度来看，IC设计市场出现过两次大规模增长。第一次是在2003-2004之间，主要由于Windows XP发布后带来的个人PC换机潮。其次是2010年智能手机渗透率的加速提升带来IC设计市场规模的大幅提升。虽然当下智能手机、笔记本电脑等终端产品进入成熟期，增量放缓，但是物联网、人工智能等新兴领域仍处于技术积累阶段，市场规模较为有限，因此在2015年左右全球IC设计行业市场规模出现小幅萎缩，2016年全球IC设计行业市场规模再次实现增长，2018年全球IC设计行业销售额为1139亿美元。

　　从IC设计市场区域份额来看，美国集成电路设计行业处于全球领先地位，2017年行业销售额占全球集成电路设计业的 53%；中国地区占16%，位居第二；中国地区IC设计销售额占比较低，原因之一在于类似海思半导体、中兴微电子和大唐微电子等国内IC设计巨头多数IC产品仅供自用，因此转移它们自用的IC产品之外，中国直接向市场供应的IC产品销售额仅占11%。

　　从IC设计企业实力来看，我国缺乏全球性的IC设计企业。根据拓墣产业研究院数据，2018年全球前十大IC设计企业中，美国拥有6个，中国拥有3个，德国有1个。而且前两名博通和高通2018年营收分别为189和164亿美元，两者营收之和占据了全球前十大IC设计企业营收的50%。中国目前还缺乏从营收体量上进入全球前十的IC设计巨头。

　　从研发支出角度来看，国内IC设计企业与国际大厂有很大差距。根据IC Insights数据，2017年全球投入研发资金最多的前10大半导体厂主要为英特尔、高通、博通、三星等全球半导体巨头。除了高通和东芝的研发开支相比2016年出现了负增长，其他厂商均呈现同比提升态势。国内IC设计厂商目前还没有研发开支超过10亿美元的，因此IC设计产业的投资力度与其他大厂相比还存在一定差距。

　　在核心架构方面，高度依赖海外公司的IP授权。当前国内主流IC设计商采用购买国外CPU的IP授权，并借助现有的生态系统开拓市场。例如华为海思从2009年的K3到2018年的麒麟980，在国产SoC芯片领域取得较大突破，但是，华为手机SoC的麒麟芯片和服务器的鲲鹏芯片的架构与指令集依然依赖ARM公司的授权，不仅许可费高昂，而且每次授权期限仅仅4-5年，还被限定使用范围。

　　ARM的授权模式分为三个等级：授权等级最低的是使用层级授权，拥有使用授权的用户只能购买已经封装好的ARM处理器核心，而如果想要实现更多功能和特性，则只能通过增加封装之外的DSP核心的形式来实现。大多数缺乏研发设计能力的初创企业都选择购买这种授权；授权等级较高的是内核层级授权，指可以一个内核为基础然后在加上自己的外设形成MCU，例如三星、德州仪器(TI)、博通、飞思卡尔、富士通等等；授权等级最高的是架构/指令集层级授权，指可以对ARM架构进行大幅度改造，甚至可以对ARM指令集进行扩展或缩减，例如苹果的A系列、高通的骁龙系列、华为的麒麟系列。

　　如今，我国80%的信息产业都是建立在他人的芯片平台基础上的。目前，国内仅有中科院的龙芯和总参谋部的申威拥有自主架构，前者用于北斗导航，后者用于神威超级计算机，民用领域基本是空白。从的角度看，申威比龙芯更具性，龙芯为了生态兼容了MIPS指令集，并在MIPS的基础上扩展形成了LoongISA，而申威则独立开发了SW64指令。申威432大约与龙芯3A4000同一时期完成，在主频和工艺上比龙芯3A4000更强，但在微结构可能是龙芯的更好，两者的性能可能会在伯仲之间。与申威432采用同一款内核的服务器CPU，申威3232，这款芯片可以达到英特尔主流服务器的60%—70%。

　　在芯片设计的EDA工具方面，我国芯片设计公司也离不开Cadence、Synopsys等海外EDA软件公司的授权。

　　EDA工具是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的简称，利用EDA工具，工程师将芯片的电路设计、性能分析、设计出IC版图的整个过程交由计算机自动处理完成。在集成电路动辄需要上亿晶体管的今天，手工布线已然不可为，因此EDA已经成为IC电子行业必备的设计工具软件。到目前为止，全球EDA行业基本形成了三家鼎立的格局。这三家公司分别是，美国的新思科技（Synopsys）、同样是来自美国的楷登电子科技（Cadence）、2016年被德国西门子收购的明导国际（Mentor Graphics）。仅2017年里，全球EDA行业的总收入中有70%被这三家公司瓜分。国内的EDA企业主要有华大九天、概伦电子、广立微、芯禾科技等。虽然近年来发展迅速，但与国外巨头的技术与投入差距仍然较大。

　　从产业结构来看，我国集成电路产业链结构正在不断优化。2011年，我国主要以技术含量较低的封测业为主，封测占比高达50.46%，超过设计和制造占比之和。2018年，我国的设计业成为集成电路产业链中占比最大的分支，占比高达38.57%，超过封测业的33.59%。我国的半导体产业结构开始不断优化，以设计和制造为主的技术密集型企业占比正不断提升。

　　从市场份额来看，我国半导体设计市场份额增速领先行业平均水平。自2010年以来，最大的无晶圆集成电路市场份额增长来自中国供应商，10家中国无晶圆厂公司被列入2017年的无晶圆IC供应商前50名名单，而2009年仅有一家。自2010年以来，最大的无晶圆集成电路市场份额增长来自中国供应商，2010年占据5%的份额，但占2017年无晶圆IC总销售量的11%。Unigroup（紫光）是2017年中国最大的无晶圆IC供应商（也是全球第九大无晶圆供应商），销售额达21亿美元。

　　从公司数量来看，我国IC设计企业数量增长迅速。自2012年以来，中国IC设计企业逐年增加，2015年底IC设计企业为736家，2016年实现脉冲式跳跃至1362家，增长率高达85%。2018年再次实现大幅增长，增加至1698家，增长率高达23%。

　　在ASIC芯片领域，国内厂商已经取得了一定成绩。以比特、嘉楠耘智为代表的矿机厂商采用的ASIC芯片已经达到了7nm制程，在国际中处于较先进地位。寒武纪科技推出的寒武纪1A处理器（Cambricon-1A）是世界首款商用深度学习专用处理器，面向智能手机、安防监控、可穿戴设备、无人机和智能驾驶等各类终端设备，在运行主流智能算法时性能功耗比全面超越CPU和GPU。同时，国内各大科技互联网巨头都在投资布局ASIC芯片。2018年9月阿里巴巴成立平头哥半导体芯片公司，其开发的自主嵌入式CPU在语音识别、机器视觉、无线连接、工业控制和汽车电子等领域已得到规模化的应用，终端产品累计应用已超10亿颗。2019年4月，小米公司将旗下子公司重组，成立大鱼半导体，专注于AI和IoT芯片与解决方案的技术研发。随着未来人工智能与物联网的潜能释放， ASIC芯片将打开更大的市场空间。

　　在5G技术方面，我国已经走在了世界前列。2019年1月华为发布了全球首款5G基站核心芯片“华为天罡”及5G多模终端芯片“Balong5000”。华为天罡可支持200M运营商频谱带宽leyu乐鱼官网，可实现基站尺寸缩小超50%、重量减轻23%、功耗节省达21%，安装时间比标准的4G基站7.5小时的安装时间节省一半，有效解决站点获取难、成本高等挑战。Balong5000则是全面开启5G时代的钥匙，可以支持多种丰富的产品形态，除了智能手机外，还包括家庭宽带终端、车载终端和5G模组等，将在更多使用场景下为广大消费者带来不同以往的5G连接体验。

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　　其实互联网都是从硅里长出来的，基于“硅”的半导体科技才是整个美国科技生态的基础，也是整个人类数字文明的根基。