5G 5G NR 基頻 射頻 行動服務

5G行動商轉開催 基頻/射頻元件市場板塊位移

2019-06-25
5G行動商用服務已啟動,5G低延遲性、高傳輸速率的技術願景,以及全新的毫米波頻段,都為智慧型手機的基頻與射頻晶片帶來全新的挑戰,也使得市場布局產生變化,有業者宣布退出5G終端的業務,也有業者擴大在5G基頻與射頻晶片的布局。

為爭奪全球第一家5G行動網路營運商的名號,美國與韓國電信業者搶在2019年4月宣布啟動5G行動網路商用服務。儘管以目前運行的狀況來說,實際體驗和5G預計帶給消費者的高傳輸速率及低延遲性有落差,但可看出電信商在布局5G業務的積極程度。為跟上這波5G行動服務商轉腳步,智慧型手機基頻與射頻(RF)前端晶片業者也持續投入5G產品開發;但在5G系統複雜度與技術門檻提升的情況下,基頻與天線/射頻市場生態也產生了變化。

延遲性、上傳/下載速率、訊號穩定度以及網路覆蓋率都是行動通訊服務重要的指標,而從目前5G行動網路服務的實測可觀察出,雖然各家電信業者所推出的網路服務下載速度有比LTE快,但上傳速度表現不佳;代表傳輸延遲性的Ping值約落在20~39ms,性能表現並不理想;此外,訊號穩定度也不佳,建築物內訊號弱,地鐵站甚至收不到訊號,導致網路服務經常切換至4G。整體而言,還須從網路設備技術、基地台布建密度與終端裝置設計來優化5G行動服務,才能提供符合預期的5G行動服務。

除了技術挑戰以外,資策會MIC資深產業分析師韓文堯表示,隨著5G行動服務商轉加速,智慧型手機產業鏈業者也同步面臨零組件成本大幅增加的難題,成本增加原因主要來自天線與射頻元件數量增加、設計複雜而走向模組化,以及高速與巨量資料的處理需求,需要更多更快的記憶體與散熱模組。

5G技術難度提升的情況下,導致部分開發計畫生變,包括基頻、射頻與天線等智慧型手機元件供應鏈局勢也產生了變化。

投報率恐不如預期 Intel退出5G晶片業務

日前高通(Qualcomm)與蘋果(Apple)宣布達成訴訟和解,就在此消息發布不久後,英特爾(Intel)隨即公布該公司將退出5G基頻晶片市場的消息,為通訊半導體市場投下震撼彈。不論是蘋果的下一步,抑或是高通、三星(Samsung)、華為(Huawei)與聯發科等基頻晶片廠的布局策略與動向,儼然成為各界關注的焦點。

Intel表示,該公司將持續投入現有的4G智慧型手機基頻晶片的產品線,維護對於客戶的承諾,然而,由於在5G智慧型手機基頻晶片業務,看不到明確的獲利機會以及符合期望的回報,儘管5G仍會是該公司未來發展的重點,但其主要會專注在5G基礎建設,將不會投入5G智慧型手機基頻晶片的生產,包括原先預計在2020年發表相關產品的計畫也將取消。

韓文堯表示,5G的三大應用場景使得整體技術的性能指標(KPI)門檻提高,另一方面,5G不但增加了新的頻段(其中包括高頻毫米波(mmWave)),其調變機制與波束成形(BeamForming)對於行動通訊領域也都是新的技術,使得終端裝置設計的難度提升許多。

5G技術藍圖對智慧型手機中的基頻與射頻前端的設計帶來重大的影響與挑戰,尤其是基頻晶片設計所需的資源投入本來就很大,更遑論5G設下更高的效能要求,而這可能即是Intel評估5G基頻晶片的投報恐不如該公司所預期的原因。

基頻晶片市場局勢漸明朗三大因素驅動5G手機市場

Intel宣布退出之後,5G基頻晶片市場的主要玩家也底定,目前已投入戰局的業者包括高通、三星、華為子公司海思、聯發科及紫光展銳(UNISOC)。手機市場也有望在各廠商布局就緒後,開始穩定成長(表1)。

表1 5G基頻晶片主要玩家
資料來源:各公司,MIC整理(5/2019)

至於Intel退出5G基頻晶片業務會對整個5G智慧型手機發展帶來什麼樣的影響?對此,韓文堯指出,Intel的退出影響最大的無非是蘋果,而若是從基頻晶片市場態勢來看,Intel退出之後,高通與三星將會成為蘋果5G手機供應鏈的潛在合作對象。目前蘋果也已與高通達成和解,重建合作關係。

而進一步觀察三星的動向,則可發現該公司近來十分積極對外擴展其半導體業務。在5G領域,除了積極投入自家晶片與終端產品的研發,也積極尋求對外的合作機會,希望能外銷旗下5G基頻晶片。因此,未來不排除會看到三星和蘋果或其他中國手機廠在5G業務上展開合作。

聯發科進入蘋果首波5G供應鏈可能性小

但是從晶片廠商的5G布局策略來看分析的話,儘管Intel宣布退出競爭,聯發科進入蘋果首波5G手機晶片供應鏈的機率仍非常小。因美國是蘋果手機的主要目標市場,而如表2所示,美國目前已完成頻譜拍賣的5G頻段為n71(600MHz)、n41(2.5~2.7GHz)以及毫米波頻段n257(26.5~29.5GHz)與n260(37~40GHz),其中並不包含sub-6GHz主流的n77(3.3~4.2GHz)頻段。而聯發科早前已宣布,首款5G基頻晶片Helio M70僅支援5G sub-6GHz的頻段,計畫下一代產品才會支援毫米波頻段。

表2 主要國家5G頻譜拍賣或分配現況
資料來源:資策會MIC(5/2019)

至於詳細的毫米波晶片推出時程,聯發科技通訊事業部處長梁正柏日前在台北5G高峰會上透露,該公司正積極克服毫米波行動通訊所面臨的挑戰,包括RF訊號衰減與訊號覆蓋率不佳等議題,最快2021年會推出支援毫米波的基頻晶片。

換句話說,依照聯發科的發展策略,該公司本來就不是蘋果可能合作對象,因此這波市場變動對其影響也不大。

韓文堯指出,以手機廠的角度而言,勢必會希望能與一家以上的晶片廠進行合作,以分散風險,而這也是蘋果在過去4G時代一貫的策略。綜合上述原因、各國的頻譜開放/拍賣狀況,以及各家晶片廠的5G產品規畫與布局動作,推測除了高通以外,三星也有可能成為蘋果5G基頻晶片供應商。

雖然Intel退出基頻市場不免帶來一些波動,但整體來說,5G智慧型手機的生態局勢也逐漸明朗,資策會MIC觀察預測,2020年5G SoC方案將會陸續出爐,產品線也會慢慢從旗艦機向中高階機種延伸;在各國商轉進度的部分,除了美國與韓國已正式啟動5G商轉,中國與日本也將在2020年加入商轉行列;而在智慧型手機方面,蘋果與高通達成和解之後,也使得該公司在2020年推出5G手機的可能性大增,三大因素驅動之下,有望帶動5G手機的出貨成長,預測2023年將突破4.3億台的出貨量。

5G功耗/尺寸問題加劇 SoC架構更具優勢

除了基頻晶片市場生態以外,5G智慧型手機應用處理器與基頻晶片的整合也是值得關注的議題。韓文堯表示,4G時代除了蘋果以外,前幾大智慧型手機廠商,都有將應用處理器(AP)與基頻晶片整合成SoC,主要目的在於節省印刷電路板(PCB)所占面積與成本,同時也多少有助於降低系統功耗。但是蘋果只有推出應用處理器,並沒有自行開發基頻晶片,也使之成為4G前幾大手機廠中,唯一沒有導入SoC架構者。

然而,SoC架構的優勢可能會在5G時代更加明顯。由於5G增加了許多新的頻段,在NSA的架構之下,須同時支援4G與5G頻段;另外5G還導入Massive MIMO等技術,因此天線與射頻前端所需的元件數量與價格都會大幅提升,系統功耗也隨之增加。5G智慧型手機設計如何兼顧系統的效能、尺寸、功耗與成本,就更顯得重要。從各家晶片廠所發表的5G行動平台解決方案也可觀察到,SoC將成為5G智慧型手機基頻與處理器的主流趨勢,包括高通、聯發科與華為都已表明會朝SoC架構開發產品,將基頻晶片與應用處理器加以整合,減輕尺寸與功耗上的負擔。

換句話說,5G所面臨的系統空間問題,讓基頻與處理器的整合的必要性提升,也使得蘋果的下一步備受關注。有部分產業人士即猜測,蘋果將會投入基頻技術開發,推出自家的5G基頻晶片來與旗下應用處理器做整合。然而,基頻開發所需的技術與知識門檻高,至少需要5年的時間才能完成產品開發,實際的布局動作與開發狀況還值得進一步觀察。

5G終端射頻/天線朝向模組化發展

而5G終端的射頻與天線模組市場生態也有些新的變化。在sub-6GHz部分,主要供應商仍是過去4G時代的玩家,天線供應商包括Murata、臻鼎、嘉聯益、台郡、信維通信等;而射頻元件(包括濾波器、功率放大器、射頻開關、天線調諧器、低雜訊放大器)則有Skyworks、Qorvo、Broadcom、Murata等廠商。由於5G初期將多會在NSA架構運行,終端須同時支援4G與5G頻段,因此廠商除了須針對4G射頻元件做升級,也必須投入5G天線/模組開發,才能滿足5G的需求。

5G sub-6GHz天線/射頻元件市場局勢大致與4G時代相同,但在射頻與天線設計上卻會有新的趨勢出現。韓文堯指出,由於5G所要支援的頻段更多,技術指標要求更高,天線與射頻的用量與複雜度都會提升,高整合度的模組化架構因而成了智慧型手機大勢所趨。過去,廠商可能會採用分離式架構,選用不同廠商所提供的射頻元件,來組成射頻系統;但在5G時代會看到更多模組化的設計,發展初期可能會以區域模組為主(模組僅支援特定區域所使用的頻段),而待5G發展較成熟後,也有望看到全球化(全頻)的天線與射頻模組。

基頻晶片廠成終端毫米波射頻/天線市場主要玩家

值得注意的是,5G終端裝置毫米波射頻/天線模組的廠商主要玩家,並不是上述這些4G時代既有的射頻與天線廠商,反倒是高通、三星電機(SEMCO)與聯發科等基頻業者有意投入終端裝置的毫米波射頻天線模組的開發,而目前高通也已經推出相關產品。

針對5G終端毫米波天線與射頻設計趨勢,韓文堯指出,由於毫米波天線易受到障礙物遮蔽導致訊號衰減,再加上毫米波本身的天線尺寸小,因此目前各家廠商都傾向朝整合式的模組發展,並以區域頻段模組化的設計架構為主。在封裝設計上,會利用CMOS製程把毫米波天線與射頻元件都整合在同一封裝內,例如高通的QTM052、QTM525就是利用這種製程,將天線與射頻元件整合成AiP(Antenna in Package)。

儘管4G時代的射頻與天線廠商暫未進入毫米波終端市場,但韓文堯表示,5G所帶來的設計趨勢對於既有的射頻與天線模組廠來說仍是利多,因為就算只看sub-6GHz的部分,射頻元件的用量也會比4G時代更大,模組化帶來的利潤也將比過去更好。

總結

總結來說,5G新技術的導入以及其效能要求的提升,為手機設計帶來諸多挑戰,也導致既有的4G手機整體生態系統產生變化。但在5G晶片與元件的主要玩家都就緒後,5G手機的供應鏈生態系統也將慢慢成形,促成5G商用市場穩步發展。

本站使用cookie及相關技術分析來改善使用者體驗。瞭解更多

我知道了!