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我国化合物半导体产业迎来5G机遇

来源:赛迪智库  作者:朱邵歆  投稿时间:2017-12-20

  化合物半导体是5G通信不可替代的核心技术。美欧日等发达国家通过产业和技术扶持计划,培育了众多龙头企业,已占领化合物半导体技术和市场高地。同时美国以危害国家安全为由,对我国实行技术封锁,频频阻挠我国资本收购国外化合物半导体企业。5G最快将在2020年实现商用,我国作为全球最大的移动通信市场,化合物半导体的供给能力依然不足,应把握5G机遇,加速提升化合物半导体产业竞争力。
 

  5G通信的核心技术
 

  5G智能手机将大量使用砷化镓(GaAs)射频器件。GaAs射频功率放大器具有比硅(Si)器件更高的工作频率。随着移动通信频率不断提高,Si器件已不能满足性能要求,4G智能手机中的功率放大器已全部采用GaAs技术。未来5G通信将包括6GHz以上频段,性能优越的GaAs器件将不可替代。5G通信支持的频段将大幅增加至50个以上,远大于4G通信的频段数(不超过20个),而每多支持1个频段就需要增加1个放大器(或大幅提高器件复杂程度),使得单部手机中GaAs器件成本大幅增加。赛迪智库预计2020年GaAs器件市场将达到130亿美元。
 

  5G通信基站亟需更高性能的氮化镓(GaN)射频器件。GaN射频功率放大器兼具Si器件的大功率和GaAs器件的高频率特点。为了应对2.4GHz以上频段Si器件工作效率快速下降的问题,4G通信基站开始使用GaN基功率放大器。目前约10%的基站采用GaN技术,占GaN射频器件市场的50%以上。未来5G通信频率最高可达85GHz,正是GaN发挥优势的频段,GaN将成为5G核心技术。全球每年新建约150万座基站,未来5G网络还将补充覆盖区域更小的微基站,对GaN器件的需求量将大幅增加。赛迪智库预计2020年GaN射频器件市场将超过6亿美元。
 

  发达国家已完成化合物半导体的战略布局。美国和欧洲在21世纪初已开始布局化合物半导体,发布技术和产业扶持计划,并培育了一批龙头企业,已占领技术和市场的高地。美国国防部先进研究项目局(DARPA)从2002年起先后发布宽禁带化合物半导体技术创新计划(WBGSTI计划)和下一代GaN电子器件计划(NEXT计划),帮助美国本土的Qorvo、Cree等化合物半导体企业迅速成长为行业龙头。欧洲防务局(EDA)于2010年发布旨在保障欧洲区域内化合物半导体供应链安全的MANGA计划,已完成预期目标。
 

  机遇与挑战
 

  中国开始拥有全球5G通信发展的话语权,为化合物半导体提供了广阔市场。华为、中兴是全球第二大和第四大通信基站供应商,华为、OPPO、vivo是全球前五大智能手机企业。中国已建成全球最大的4G网络,基站数量超过200万。自主品牌智能手机每年出货量近5亿部。2013年,中国成立IMT-2020(5G)推进组,力争成为5G标准制定领导者。中国推动的极化码方案被国际通信标准组织3GPP采纳为5G控制信道编码方案之一。
 

  国内具备一定的化合物半导体技术和产业储备。一是中科院、中电科下属研究所依托军工等市场积累了技术和人才,通过技术转化成立了中科晶电、海威华芯等企业,并且在基站用GaN射频器件领域具有技术领先性。二是LED芯片产业可支撑化合物半导体产业发展。LED是基于化合物半导体的光电器件,在衬底、外延和器件环节具有技术互通性。中国LED芯片产业在全球占据重要地位,产业配套较成熟。国家集成电路产业投资基金已入股LED芯片龙头企业三安光电公司,投资新建化合物半导体生产线。
 

  中国化合物半导体制造生产线缺乏,供给能力依然不足。国内现有中电科13所、55所的军品生产线,中科院半导体所等研究机构的科研线,以及三安集成、海威华芯、能讯半导体等民品生产线。军品和科研线的设计产能很小,难以满足5G市场需求。民品生产线尚处于技术攻关阶段,未能实现量产,现阶段供给能力几乎为零。国内民品生产线规划2020年产能达到40万片,而国际龙头企业现有产能已超过100万片,在4G手机和基站市场的占有率均超过95%。
 

  国际对我国实行核心技术封锁,5G产业链面临制裁风险。一是化合物半导体的军事用途使得美国阻挠中国产业崛起。化合物半导体是有源相控阵雷达等军事装备的核心组件,受到《瓦森纳安排》的出口管制。美国政府频频阻碍中国资本收购国外化合物半导体企业。2015年以来,金沙江公司收购美国Lumileds、三安光电收购美国GCS、福建宏芯基金收购德国Aixtron均被美国以危害国家安全为由予以否决。二是国内5G通信整机企业面临制裁风险。国内化合物半导体供给能力不足使得整机企业大量进口国外器件,供应链安全存在很大隐患。2016年美国商务部以违反出口管制法规为由制裁中兴通讯公司,化合物半导体功率放大器和光通信芯片等均在限制目录中。后来,中兴通讯缴纳近12亿美元的罚款方才与美国政府达成和解。
 

  对策和建议
 

  以5G基站市场为产业发展切入点。利用国内移动通信市场优势,以5G基站应用为切入点,打破化合物半导体供应商和整机企业之间的合作惯性。设立重大专项,加大研发和产业化支持力度。将化合物半导体纳入强基工程、开展示范应用。鼓励华为、中兴两大基站企业培育国内供应商,大规模验证国产化合物半导体器件,提升国内化合物半导体企业竞争实力。
 

  合理布局建设化合物半导体制造生产线。发挥化合物半导体制造生产线对产业链上下游环节的带动作用。以国家集成电路产业投资基金为资本纽带,结合区位优势和已有产业基础,在中国北方、长三角、四川、福厦泉四大区域布局建设化合物半导体生产线,避免重复和盲目建设。
 

  成立贯穿产业链的产业联盟和国家级化合物半导体创新中心。成立吸纳“材料-设备-制造-封装-整机-应用”各环节企业和研究机构的产业联盟,加强整机应用企业与器件企业的沟通和联系,并针对国外技术封锁定期研讨应对策略。成立以企业为主体、产学研用结合的国家级化合物半导体创新中心。研判技术路线,突破共性关键技术,加速成果产业化,优化创新生态环境。

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