A股指数午后震荡走高小幅收涨,截至收盘沪指涨0.39%,报2930点,深成指跌涨0.37%,报11180点,创业板指涨0.70%,报2166点。沪股通净流入37.1亿,深股通净流入19.9亿。,市场成交量继续萎缩,两市合计成交6300亿元左右。行业板块涨跌互现,黑石点金认为目前资金面宽松,外资持续流入,国内利好政策密集出台等基本面因素,指数回调空间有限,操作上短线紧跟热点,高抛低吸,严格止盈止损,板块方面如半导体、券商。价值投资朋友继续左侧逐步买进优质标的,耐心持有,黑石认为指数回调空间有限。从科技类ETF权益产品强势表现来看,下周科技股将迎来机会,板块如消费电子、半导体、5G等科技新基建。
今天黑石想跟大家聊一聊射频这一领域,随着5G的到来,射频器件的需求将大幅增加,国产替代下射频器件厂商借助5G和物联网的大趋势,不断地提升企业本身,国产射频器件产业链的崛起。
射频指的是高频交流变化电磁波的简称。可以辐射到空间的电磁频率,频率范围从300kHz~300GHz之间。射频芯片是能够将射频信号和数字信号进行转化的芯片,具体而言包括RF收发机、功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)、滤波器、射频开关(Switch)、天线调谐开关(Tuner)等。射频器件是无线连接的核心,是实现信号发送和接收的基础零件,有着广泛的应用。目前射频器件的主要市场分布,手机和通讯模块市场预估占80%,WIFI路由器市场预估占9%,通讯基站市场预估占9%,NB-IoT市场占2%。
射频前端器件均有由半导体工艺制备,用于手机端的功率放大器和低噪声放大器主要基于GaN、GaAs、SOI、SiGe、Si(用于基站端的大功率功率放大器主要采用GaAs和GaN)。滤波器主要品类有SAW和BAW两种,均采用压电材料做基底。RF开关主要基于CMOS、Si、GaAs和GaN材料。新一代化合物材料特性,用于光电/通信/功率器件的升级,半导体材料不同特性适用于不同领域。Si化合物衬底,集成电路、性能要求低功率、射频器件。GaAs光电子器件、传输距离远频率较高的射频器件。GaN光电子器件、毫米波通信器件、600V以下功率器件。SiC化合物衬底,600V以上大功率器件。第三代半导体材料:氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)为最成熟的第三代半导体材料又称宽禁带半导体材料(禁带宽度大于2.2ev),其余包括氧化锌、金刚石、氮化铝的研究还处于起步阶段。GaN、SiC能过够大幅提升电子器件的高压、高频、高功率的工作特性,在军事、新能源、电动汽车等领域具有非常大的应用前景。GaN目前主要用于功率器件领域,未来在高频通信领域也将有极大应用潜力。当5G标准频率超过40GHz,砷化镓将无法负荷,必须采用氮化镓。SiC目前主要用于高温、高频、高效能的大功率元件,具备耐高温、耐腐蚀、热稳定性好等优势。
射频前端器件均是由半导体工艺制备,用于手机端的功率放大器和低噪声放大器,滤波器主要品类有SAW和BAW两种,均采用压电材料做基底。RF开关主要基于CMOS、Si、GaAs和GaN材料。典型的4G手机需要支持约40个频段,如B1、B3、B5、B8、B38、B41等,每个频段都需要有1路发射和2路接收,发射通路上需要滤波器、功率放大器、开关等,接收通路需要开关、低噪放、滤波器等器件。在4GLTE频段划分中,有部分频率相近或重合的频段,可以形成射频前端器件共用,行业通常将4G频段划分为低频698~960Mhz、中频1710~2200MHz和高频2400~3800MHz,相应的对应射频前端器件可以形成低频模组、中频模组和高频模组。由于5G增加了新频段,支持新频段就需要增加配套的射频前端芯片,射频发射通路主要是PA和滤波器,接收通路主要是LNA和滤波器,其他如射频开关、RFIC、电阻、电容、电感均为核心芯片的配套。2018年全球移动终端射频前端市场规模为150亿美元,到2025年有望达到258亿美元,7年CAGR达到8%。
射频开关——射频开关的作用是将多路射频信号中的任一路或几路通过控制逻辑连通,以实现不同信号路径的切换,包括接收与发射的切换、不同频段间的切换等,以达到共用天线、节省终端产品成本的目的。射频开关的主要产品种类有移动通信传导开关、WiFi开关、天线调谐开关等,广泛应用于智能手机等移动智能终端。智能手机由于移动通信技术的变革,智能手机需要接收更多频段的射频信号,而随着4G通信技术的普及至2016年智能手机支持的频段数已经接近40个,5G应用支持的频段数量将新增50个以上,全球2G/3G/4G/5G网络合计支持的频段将超过91个。移动智能终端中需要不断增加射频开关的数量以满足对不同频段信号接收、发射的需求,分立射频开关开关的市场规模将从2018年的6亿美元增长至2025年的9亿美元,年均复合增长率为5%。天线调谐开关——主要给天线做配套,全面屏的普及,紧凑的机身设计,智能手机留给天线的空间尺寸不断受到限制,这导致天线系统的整体效率降低,需要天线调谐开关提高天线对不同频段信号的接收能力,天线调谐开关的重要性和需求也日益增长。相较普通开关天线调谐开关有着极高的耐压要求,同时导通电阻和关断电容对性能影响极大,由此对产品提出了极高的设计和工艺要求。4G手机一般需要4~6个天线,而5G手机至少需要6~10个天线,对应的天线调谐器需求适配性增长。天线调谐开关的市场规模将从2018年的5亿美元增长至2025年的12亿美元,年均复合增长率为13%。
滤波器——射频滤波器的作用是保留特定频段内的信号,将特定频段外的信号滤除,从而提高信号的抗干扰性及信噪比,以声表面波滤波器为例,原理是输入电信号被输入叉指换能器转换成同频率声波,经过输出叉指能换器转换成电信号,实现频率选择。滤波器的市场驱动主要源于新通信制式对额外滤波的需求。在4G以及5G频段的逐步实现,MIMO和载波聚合的应用支持,Wi-Fi、蓝牙、GPS等无线技术的普及等,导致射频滤波器的需求增长迅速。从2018年至2025年分立射频滤波器及双工器等市场规模将从约31亿美元增长至51亿美元,其中滤波器从约17亿美元增长至27亿美元,年均复合增长率为7%,双工器从约10亿美元增长至16亿美元,年均复合增长率为7%,多工器的市场增长最快将从约1亿美元增长至5亿美元,年均复合增长率为20%。
低噪声放大器——低噪声放大器的功能是把天线接收到的微弱射频信号放大,尽量减少噪声的引入,在移动智能终端上实现信号更好、通话质量和数据传输率更高的效果,根据适用频率的不同,分为全球卫星定位系统射频低噪声放大器、移动通信信号射频低噪声放大器、电视信号射频低噪声放大器、调频信号射频低噪声放大器。原理是输入的射频信号被输入匹配网络转化为电压,经过放大器对电压进行放大,同时在放大过程中最大程度降低自身噪声的引入,最后经过输出匹配网络转化为放大后功率信号输出。随着5G逐渐普及,智能手机中天线和射频通路的数量增多,对射频低噪声放大器的数量需求迅速增加,分立射频低噪声放大器市场规模将从2018年的约3亿美元增长至2025年的8亿美元,年均复合增长率将达到16%功率放大器——功率放大器是各种无线发射机的重要组成部分,将调制振荡电路所产生的射频信号功率放大,以输出到天线上辐射出去。PA的性能直接决定了无线终端的通讯距离、信号质量和待机时间,也是射频前端功耗最大的器件。2011-2018年全球射频功率放大器的市场规模从25.33亿美元增长至31.05亿美元,年均复合增长率2.95%,2023年市场规模将达35.71亿美元。PA市场整体增速较其他射频前端芯片增速低,主要是因为高端4G和5GPA市场将保持增长,但是2G/3GPA市场将会逐步衰退。
射频芯片:分立式和模组——射频前端模组是将射频开关、低噪声放大器、滤波器、双工器、功率放大器等两种或者两种以上的分立器件集成为一个模组,从而提高集成度与性能并使体积小型化。集成方式的不同可分为DiFEM(集成射频开关和滤波器)、LFEM(集成射频开关、低噪声放大器和滤波器)、FEMiD(集成射频开关、滤波器和双工器)、PAMiD(集成多模式多频带PA和FEMiD)等模组组合。持续增加的射频前端器件数量和PCB板可用面积趋紧之间的矛盾促进射频前端模组化发展,越来越多的分立式射频前端芯片通过SiP技术封装在同一颗大芯片里面。2007~2010年主要是分立的射频前端器件,2011~2013年是单颗PA模组,2014年以来持续升级已经实现多频段PA模组整合。Skyworks、Qorvo、村田、高通等射频前端芯片大厂均已推出多品类射频前端模组产品。射频芯片:分立式和模组——分立器件与射频模组共享整个射频前端市场,2018年射频模组市场规模达到105亿美元,约占射频前端市场总容量的70%。到2025年射频模组市场将达到177亿美元,年均复合增长率为8%,2018年分立器件市场规模达到45亿美元,约占射频前端市场总容量的30%。到2025年分立器件仍将保留81亿美元的市场规模。
接收模组——接收模组主要指承担下载功能的射频模组,不含PA。以手机举例,基站通信的过程中分为上行(上传)和下行(下载),手机上传数据需要手机PA将信号放大,基站处于接收状态,下载数据需要基站方面的PA将信号放大,手机处于接收状态。接收模组主要是射频开关、滤波器、LNA等芯片产品的排列组合。射频前端接收模组市场空间将从2018年的25亿美元增长到2025年的29亿美元,年均复合增长率为2%。
功率放大器模组——功率放大器模组主要指承担上传信号功能的射频模组,包含PA。以手机为例,基站通信的过程中分为上行(上传)和下行(下载),手机上传数据需要手机PA将信号放大,基站处于接收状态,下载数据需要基站方面的PA将信号放大,手机处于接收状态。功率放大器模组主要是射频开关、滤波器、PA等芯片产品的排列组合。预计功率放大器模组模组市场空间将从2018年的60亿美元增长到2025年的104亿美元,年均复合增长率为8%。AiP模组——由于毫米波频率高,传输损耗大,因此天线和射频前端集成化,典型设计上,将毫米波天线与毫米波芯片封装在一起,业内称之为AiP(antenna-in-package)。现阶段美国5G网络主推毫米波建设,三星美国版搭载AiP模组支持美国5G频段。2020年iPhone新品美国版本同样需要配置AiP模组。AiP模组于2019年开始产生销售,主要是美国市场,2025年市场空间将达到13亿美元,年均复合增长率为68%。WiFi模组——WiFi功能是智能手机的必备,最新一代标准为WiFi6,小米10、华为P40、iPhoneSE2代等2020年新上市手机全面支持。每一次标准升级都会带动相关芯片创新和价值量提升,随着WiFi6新标准的普及渗透,WiFi模组市场规模将从2018年的20亿美元增长到2025年的31亿美元,年均复合增长率为6%。
射频器件本质上是半导体器件,4G普及高峰过后,射频器件厂商成长性衰退,传统半导体芯片大厂持续整合,通过收购或者共同投资将各自优势产品结合,寻求产业链更有力地位,争取做到多品类器件供应。全球射频前端芯片市场主要被Murata、Skyworks、Broadcom、Qorvo、Qualcomm等国外领先企业长期占据。2018年前五大射频器件提供商占据了射频前端市场份额的八成,其中包括Murata26%,Skyworks21%,Broadcom14%,Qorvo13%,Qualcomm7%。国际领先企业起步较早,底蕴深厚,在技术、专利、工艺等方面具有较强的领先性,同时通过一系列产业整合拥有完善齐全的产品线,并在高端产品的研发实力雄厚。大部分企业以IDM模式经营,拥有设计、制造和封测的全产业链能力,综合实力强劲。
射频产品细分品类中天线调谐开关(AntennaTuner)数量占比最多达到33%,其他为发射模组(包含HBPAMiD、MBPAMiD、HB/MBPAMiD、PAM)、接收模组(包含FEM、开关低噪放模组)、射频开关和LNA。相比之下国内射频芯片公司由于起步较晚,基础薄弱,并且主要集中在无晶圆设计领域。较之国际领先企业在技术积累、产业环境、人才培养、创新能力等方面仍有明显滞后,与美国、日本、欧洲等厂商仍存在较大差距。
国内射频芯片厂商从相对成熟的分立射频芯片起步,在5G手机广泛普及前的窗口期,逐步实现中低端机型射频前端进口替代,同时积累模组能力,逐步走向全品类供应。以iPhoneX为例,用到了一颗Broadcom的发射模组芯片,内部包含多个分立的芯片,通过SiP封装为一颗大芯片。在这颗大芯片之中具体包含2颗PA,12颗BAW滤波器,2颗射频开关,一颗控制IC,除此之外还有10颗电感和30颗电容。目前国内射频厂商提供的产品主要集中于分立器件,抢占中低端市场份额,且所提供的产品趋于同质化,从而导致市场价格下降、行业利润缩减等状况,结合芯片设计行业的特点,唯有在新技术、新产品等方面持续投入,构建具有自主发展能力和核心竞争力的产业链,才能逐步缩减与国际领先企业的距离。2018年之前华为P系列和Mate系列的旗舰机型,射频芯片的主要供应商是Murata、Skyworks、Qorvo和Epcos。2018年制裁之后华为供应链逐步放弃美供应商,采用海思自研和加快引入国内供应商,在2019Q4的Mate3手机中射频芯片主要来自于Murata、海思和卓胜微。
我们认为科技强国,5G时代的新需求给国内射频产业链带来快速的发展机会,对传输速率、时延、流量密度、移动性等提出更高要求,国内射频厂商要在新产品、新工艺、新材料方面齐下手,紧跟国际大厂前进步伐,享受5G带来的高速增长红利。优质标的企业值得长期持有。
卓胜微公司射频前端模组实现从无到有的突破。公司以射频开关、LNA芯片起家,实现全球领先手机品牌如三星、小米、华为、vivo、OPPO等重点客户覆盖,并在2019年实现射频模组产品从无到有的突破。在细分产品中,比较优势明显,射频开关已通过高通的小批量试产验证,正式进入量产。公司在2019年顺利完成DiFEM产品的开发设计,在知名移动智能终端客户完成小批量试产,进入正式量产。DiFEM的成功研制是公司技术创新的又一里程倍,打破了海外寡头在射频模组领域的垄断局势。站在当前时点,公司营收体量小,所处赛道面向250亿美元市场,具备5G换机潮和射频芯片国产替代的双重弹性。
韦尔股份——除去被市场广泛认知的CIS图像传感器业务,韦尔股份也有射频芯片业务。近年来公司不断投资丰富自研产品类型,通过内部研发产品线的整合与协助,持续加大了在射频及微传感器领域的产品研发投入,在RFSwitch、Tuner、LNA等产品领域研发出了具有市场竞争优势的成果。公司射频产品采用CMOS工艺设计,依靠新设计、新工艺和新材料的结合,突破了传统的保守的设计思路。多款RFSwitch、LTELNA已实现量产销售,2020年进一步升级既有产品。Tuner高频调谐器目前研发进展顺利,适应智能穿戴产品的发展需求。公司针对5G应用需求进行研发立项,以确保在5G商用时代到来之际把握住机会,迅速推出应用于5G移动通讯的产品。
信维通信公司以终端天线业务起家,在收购莱尔德切入苹果供应链后,逐步实现手机天线份额提升,并延伸到PC天线、Macbook天线,稳定的供货能力和配套服务能力保障公司进一步的扩展供应金属小件、射频连接器、金属弹片等多种产品。新产品拓展方面公司继续围绕射频主业丰富新产品线,已研发量产滤波器等射频前端器件,积极开发射频前端模组、5G毫米波LCP射频传输线、多种型号的5G基站天线振子等。公司增资德清华莹扩产滤波器,控股瑞强通信拓展射频PA等设计、分销业务,公告拟定增30亿元投入射频芯片等项目,将有利于公司结合现有的全球大客户平台优势,加速完善射频前端产业布局,快速提高公司射频前端产品的市场占有率,迎接5G射频前端市场爆发。
三安光电公司是全球LED芯片龙头,重点投资Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体,子公司三安集成2019年实现销售收入2.41亿元,同比增长40.67%。砷化镓射频出货客户累计超过90家,客户地区涵盖国内外,氮化镓射频产品重要客户已实现批量生产,产能正逐步爬坡,电力电子产品推出的高功率密度碳化硅功率二极管及MOSFET及硅基氮化镓功率器件主要应用于新能源汽车、充电桩、光伏逆变器等电源市场,客户累计超过60家,27种产品已进入批量量产阶段,光通讯业务产品主要应用于光纤到户,5G通信基站传输及消费类终端的3D感知探测等应用市场,光通讯在保持及扩大现有中低速PD/MPD产品的市场领先份额外,在附加值高的高端产品如10GAPD/25GPD、以及发射端10G/25GVCSEL和10GDFB均已在行业重要客户处实现验证通过,进入实质性批量试产阶段,滤波器产品开发性能优越,生产线持续扩充及备货中,2020年会实现销售。
顺络电子公司电感产品广泛应用于电子设备,而以智能手机为主,重点客户包括华为、OPPO、vivo、小米等,智能手机电感行业升级的方向是小型化、精密化,0805、0603、0402、0201、01005,尺寸越来越小,精度越来越高,难度越来越大,全球有能力的厂商越来越少。公司已经形成叠层、绕线两大工艺平台,产品具备国际竞争力,高端01005已经开始量产,主要竞争对手日本村田,手机用电感正处于行业小型化升级叠加5G需求释放的红利初期。5G手机电感用量比4G手机提升50%以上,价值量提升比例高于数量提升比例,看好顺络电子的长期发展。