5G將至 眾半導體商誰(shuí)將成大贏(yíng)家？

　　從現在來(lái)看，5G無(wú)疑是半導體廠(chǎng)商緊盯的一個(gè)市場(chǎng)，回顧移動(dòng)通信的發(fā)展歷程，每一代移動(dòng)通信系統都可以通過(guò)標志性能力指標和核心關(guān)鍵技術(shù)來(lái)定義：

　　1G采用頻分多址(FDMA)，只能提供模擬語(yǔ)音業(yè)務(wù);

　　2G主要采用時(shí)分多址(TDMA)，可提供數字語(yǔ)音和低速數據業(yè)務(wù);

　　3G以碼分多址(CDMA)為技術(shù)特征，用戶(hù)峰值速率達到2Mbps至數十Mbps，可以支持多媒體數據業(yè)務(wù);

　　4G以正交頻分多址(OFDMA)技術(shù)為核心，用戶(hù)峰值速率可達100Mbps至1Gbps，能夠支持各種移動(dòng)寬帶數據業(yè)務(wù)。

　　來(lái)到了5G，其關(guān)鍵能力比以前幾代移動(dòng)通信更加豐富，用戶(hù)體驗速率、連接數密度、端到端時(shí)延、峰值速率和移動(dòng)性等都將成為5G的關(guān)鍵性能指標。

　　再加上新興的物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等應用對5G有了更高的需求，于5G設備來(lái)說(shuō)也有了進(jìn)一步的要求。按高通高級工程主管John Smee所說(shuō)，5G對電池壽命，可靠性等方面都有了更高的需求。

　　而根據市場(chǎng)調研機構ReportsnReports的報告顯示，5G網(wǎng)絡(luò )到2025年會(huì )產(chǎn)生2500億美元的年營(yíng)收，這也勢必會(huì )給目前正在給近來(lái)“苦苦掙扎”的半導體產(chǎn)生帶來(lái)一線(xiàn)新的曙光。

　　挑戰和機遇

　　雖然業(yè)界對5G 抱有很大的期望，但是對于布置5G網(wǎng)絡(luò )，目前還面臨很多的挑戰。例如雖然OEM和芯片廠(chǎng)商都在開(kāi)發(fā)相關(guān)的5G產(chǎn)品，但5G標準尚未確定，這是帶來(lái)的第一個(gè)挑戰。

　　其次，行業(yè)內的人都知道，現在的LTE網(wǎng)絡(luò )的運行頻率區間是700MHZ到3.5GHZ，但在5G的時(shí)代，除了LTE會(huì )持續存在外，未授權的毫米波頻段(30GHZ到300GHZ之間)也會(huì )同時(shí)共存，以提高無(wú)線(xiàn)數據容量。這樣的就會(huì )給移動(dòng)系統和基站系統的處理器、基帶和RF設備帶來(lái)了更多的新需求。于RF芯片供應商來(lái)說(shuō)，5G會(huì )給他們帶來(lái)一種前所未有的新需求，當中就包括了一種叫做毫米波相控陣天線(xiàn)的技術(shù)。

　　這種已經(jīng)應用在太空和軍事的毫米波設備逐漸遷移到了汽車(chē)雷達、60GHZ WIFI和將要到來(lái)的5G身上。但這并不是簡(jiǎn)單的遷移，設計和設計的運行方式甚至毫米波會(huì )給廠(chǎng)商帶來(lái)新的挑戰。

　　不但這種芯片的設計會(huì )變得很困難，甚至在測試方面也給廠(chǎng)商帶來(lái)了新的挑戰。

　　在NI的一篇文章中有提到，由于這些毫米波的波長(cháng)都是介乎1到10毫米之間，而廠(chǎng)商為了提高頻譜的利用率，從物理層上探索MIMO、干擾協(xié)調等技術(shù)方法，這就會(huì )帶來(lái)很高的路徑損耗，有些頻段甚至在水蒸氣中也會(huì )面臨傳輸損耗的挑戰。另外在密集的城市環(huán)境信道測量中會(huì )發(fā)現，那些融合了方向可控制天線(xiàn)波束和網(wǎng)絡(luò )拓撲蜂窩系統需要更高的鏈路預算。以上種種都會(huì )給測試廠(chǎng)商帶來(lái)強大的挑戰。

　　Skyworks的首席技術(shù)官 Peter Gammel，也表示，由于5G的高速率和低延遲，這就對化合物半導體提出了新的需求。

　　具體到手機、基站、測試和封裝方面，我們可以這樣分析：

　　(1)基站

　　5G實(shí)際應用中，帶相控陣天線(xiàn)的手機將發(fā)射信號給基站和微蜂窩基站，基站和微蜂窩基站將與相控陣天線(xiàn)對接以實(shí)現信號連接。

　　要實(shí)現上述功能，還有一些問(wèn)題要解決。例如，天氣狀況會(huì )影響信號路徑?！霸诤撩撞l段，由于氧氣和吸收造成的路徑損失會(huì )更大，”AnokiwaveCEO Robert Donahue說(shuō)道，“解決方法是采用波束成型技術(shù)?！?/p>

　　Anokiwave有一款被稱(chēng)為“5G四核”的IC，工作頻率為28GHz，具備相控陣功能。這款I(lǐng)C使用硅鍺工藝，可用于微蜂窩基站等系統。

　　理論上，這種芯片可與基站通信。與4G不同，4.5G和5G設備必須支持大規模MIMO技術(shù)?；臼褂玫纳漕l功率管一般采用LDMOS工藝，但現在LDMOS工藝正在被氮化鎵(GaN)工藝取代。這是給半導體產(chǎn)業(yè)帶來(lái)的第一個(gè)挑戰，也是機遇。

　　“和LTE-A一樣，5G基礎設施也會(huì )移到更高的頻率以拓寬數據帶寬，”穩懋半導體高級副總裁DavidDanzilio說(shuō)道，穩懋半導體提供GaAs和GaN工藝代工服務(wù)?！半S著(zhù)LTE邁向更高頻率，GaN技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始擴大市場(chǎng)份額?！?/p>

　　“GaN是一種寬禁帶材料，”StrategyAnalytics的Higham說(shuō)，“這意味著(zhù)GaN能夠耐受更高的電壓，也意味著(zhù)GaN器件的功率密度和可工作溫度更高。所以，與GaAs和磷化銦(InP)等其他高頻工藝相比，GaN器件輸出的功率更大;與LDMOS和SiC(碳化硅)等其他功率工藝相比，GaN的頻率特性更好?！?/p>

　　將來(lái)，5G手機中的PA甚至也可以用GaN來(lái)制造?！癎aN也會(huì )被采用，特別是在高頻率應用?！盦orvo無(wú)線(xiàn)基礎設施與產(chǎn)品事業(yè)部總經(jīng)理 SumitTomar說(shuō)。

　　軍用手機中已經(jīng)開(kāi)始使用GaN器件，但普通智能手機用上GaN器件還要等上一段時(shí)間，因為只有在低功率GaN工藝上取得突破，GaN器件才能放入智能手機。