卓胜微研究报告:国内射频前端龙头,看明年新品放量+需求回暖 (报告出品方: 中信证券 )公司概览:国内射频龙头,由分立器件到射频模组打 开成长空间历史沿革:发展战略清晰,“农村包围... 

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卓胜微研究报告:国内射频前端龙头,看明年新品放量+需求回暖 (报告出品方: 中信证券 )公司概览:国内射频龙头,由分立器件到射频模组打 开成长空间历史沿革:发展战略清晰,“农村包围... 

2024-07-12 11:00| 来源: 网络整理| 查看: 265

来源:雪球App,作者: 未来智库,(https://xueqiu.com/9508834377/237446835)

(报告出品方:中信证券)

公司概览:国内射频龙头,由分立器件到射频模组打 开成长空间

历史沿革:发展战略清晰,“农村包围城市”成就国内射频龙头

公司以射频开关与低噪声放大器(LNA)打入国际主流安卓移动终端厂商供应链,近 年来产品线由分立器件-接收端模组-发射端模组持续扩展,射频前端全应用平台已初步搭 建。公司主要发展历程可以分为四个阶段:

——(1)2006-2011 年:公司前身卓胜开曼创立,聚焦手机电视芯片设计。2006 年, 公司前身卓胜开曼由三位海归创始人才创立,同年子公司卓胜上海成立,专注于手机终端 接收国内制式电视信号的数字芯片设计。随 2G 往 3G 升级,手机射频芯片需求旺盛而手 机电视芯片市场逐步萎缩,公司经历了发展中的阵痛期,并逐步酝酿转型。

——(2)2012-2017 年:暂避拥挤的 PA 及滤波器赛道,聚焦开关和 LNA 产品并成 功导入三星,营收体量快速增长。2012-2013 年,以 iPhone5 为代表的智能手机出货量快 速增长,苹果积极预定 Skyworks、英飞凌、Qorvo 等射频芯片大厂的产能,三星等厂商 面临部分射频芯片产能不足的“困境”,而上游射频芯片 IDM 大厂由于采用锗硅、SOI 工 艺的产能扩张受限,为新兴入局厂商带来发展机遇。公司敏锐察觉入局契机,战略性规避 市场大但切入壁垒较高的 PA 和滤波器市场,将切入点锁定在 LNA 和射频开关产品。2013 年,公司与台积电合作,研发出基于 RF CMOS 工艺的 GPS LNA,并借助此前在手机电 视芯片业务上的合作关系顺利切入三星供应链,当年出货超千万颗。2015 年,公司新 LNA 产品再次成功导入三星,并随国产手机厂商崛起顺势进入小米供应链,营收首次突破 1 亿 元,净利润转正。随着对三星、小米供货产品的放量,公司营收持续高速增长,2016-2017 年分别 3.9/5.9 亿元,净利润达 0.8/1.7 亿元。

——(3)2018 年:受大客户三星严控新品导入影响,短期营收及利润有所下滑。2018 年,公司成功进入 OV 供应链,但受大客户三星严控新品导入影响,公司 2018 年营收和 净利润出现小幅下滑。

——(4)2019 年至今:公司初步实现射频前端产品全覆盖,转型 Fab-Lite 提升市 场竞争力。2019 年,公司成功于 A 股创业板上市。上市以来,公司通过募资逐步战略布 局技术难度更高的滤波器、PA 和模组化产品,搭建射频前端全应用平台,向全球射频芯 片一线厂商进军。2019 年,公司推出 LFEM、DiFEM 及 LNA Bank;2020 年,公司用于 sub-6GHz 的 LFEM 开始贡献业绩,支持 WiFi 5 的 WiFi FEM 产品在客户端实现量产;2021 年,公司用于 sub-3GHz 的 L-DiFEM 开始贡献业绩,同年顺利推出用于 sub-6GHz 的 L-PAMiF;截至 2021 年,公司满足 WiFi 6 连接标准的 WiFi FEM 已经量产出货,SAW 滤 波器和高性能滤波器于 2022Q3 具备量产能力。同时,公司战略转型 Fab-Lite 经营模式, 强化产业链协同优化能力。2020-2021 年公司实现营收分别 27.9/46.3 亿元,其中模组营 收达 2.8/12.0 亿元。

凭借优秀的研发能力,乘着手机通讯制式升级与国产替代的东风,公司近年营收实现高速增长,2021 年实现营收 46.34 亿元(我们估算其中 9 成来自手机业务),同比+65.95%, 归母净利润 21.35 亿元,同比+99.00%,2014-2021 年营收 CAGR 达 94.69%。2022 年 上半年公司实现营收 22.35 亿元,同比-5.27%;归母净利润 7.52 亿元,同比-25.86%。

主营业务:射频开关和 LNA 为基本盘,模组产品持续放量后劲足

业务结构:2021 年实现营收 46.34 亿元,其中射频分立器件、射频模组贡献分别为 72%/26%;2022H1 模组产品营收占比已提升至 31%。公司过去主要聚焦技术难度相对较 低的分立器件产品(射频开关和 LNA),目前正发力高端分立器件(滤波器、PA)以及发 射端、接收端和无线连接模组,丰富产品品类。

——分立器件端:基本完成大类全覆盖,2021 年实现营收 33.52 亿元,同比+36.13%, 贡献超 7 成营收。射频开关和 LNA 产品为公司基本盘,2019 年前营收贡献合计超 90%, 其中射频开关为传统主力产品,占分立器件总营收超 80%。凭借对主要安卓终端厂商的全 导入,公司成功跻身射频开关全球市场前五,2018 年占据全球约 10%的份额(华经情报 网转引 Yole 数据),我们测算 2022 年份额已超 30%。功率放大器和滤波器为公司近年来的重点发展产品,公司自建 SAW 滤波器、高性能滤波器、双工器和四工器等产线,SAW 滤波器和高性能滤波器已于 3Q22 具备量产能力,双工器和四工器已通过产品级验证,并 开始向客户送样推广。公司分立滤波器和集成自产滤波器的 DiFEM、L-DiFEM、GPS 模 组等产品已积极向市场推广,并已有部分产品在品牌客户端验证通过,即将实现量产出货。 我们看好公司在滤波器业务上的持续推进。此外,公司 PA 产品早期应用于 WiFi FEM, 后续看在 PAMiF/PAMiD 等发射端模组的规模化应用。

——模组端:2021 年实现营收 12.01 亿元,同比+332.68%,营收占比超 25%;2022H1 模组产品营收占比已提升至 31%。公司自 2019 年以来陆续推出多款接收端模组和 WiFi 连接模组;2021 年,公司推出首款发射端模组 L-PAMiF,截至 2022 年一季度已出货约 600 万颗,目前公司 PAMiF 产品正逐步导入更多品牌客户及 ODM 厂商;PAMiD 产品方面, 公司仍处于研发阶段,由于射频 PAMiD 需要集成多模多频 PA 和高端滤波器等器件,我们 看好公司后续基于高端滤波器产品储备持续拓展。

客户结构:覆盖国内外主流安卓终端厂商,紧跟客户需求进行产品迭代,巩固竞争优 势。公司通过直销和经销等渠道覆盖了国内外众多知名移动智能终端厂商,客户结构整体 稳定,前五大客户销售收入合计近 80%。目前公司射频前端芯片产品应用于三星、小米、 华为、vivo、OPPO、联想、魅族、TCL 等主流终端厂商。其中,射频开关和 LNA 产品由 于发展较早,目前已完成主流安卓终端厂商的全覆盖,并于 2019 年开始供货高通。射频 模组产品则于 2019 年推出,2020 年开始贡献营收,目前模组产品正逐步导入更多品牌 +ODM 客户。我们认为,公司与下游客户的深度合作有利于紧跟客户需求进行产品更新迭 代,进一步形成更具粘性的战略合作关系,巩固现有的竞争优势。

展望未来:分立器件-接收端模组-发射端模组三步走,射频前端全品类布局打造核心 竞争力。近年来,受益 5G 渗透率持续提升和中美贸易摩擦带来的国产替代机遇,公司基 本完成安卓终端厂商全导入,产品销量高速增长。目前,公司正持续发力滤波器、PA 和 模组等更高难度的射频前端产品,积极转型 Fab-Lite 强化供应链把控能力,向国际射频厂 商第一梯队迈进。

——射频分立器件方面:考虑到公司的客户结构优势和出货体量,我们认为射频开关 (特别是天线开关)、LNA 产品基本盘仍将稳固。与此同时,公司自建 SAW 滤波器、高性 能滤波器、双工器和四工器等产线,公司 SAW 滤波器产品的工艺研发平台建设已于 3Q22 全部完成,后续将持续优化演进。未来随下游客户验证通过,公司 SAW 滤波器及高端滤 波器有望成为分立器件业务营收增长新动力。PA 方面,公司初期应用于 WiFi FEM,我们 认为后续有望在主集模组实现大规模应用。

——射频模组方面,公司目前可提供 DiFEM、L-DiFEM、LFEM、LNA BANK 等接收 端模组,以及 L-PAMiF 主集模组。其中,DiFEM 和 L-DiFEM 适用于 sub-3GHz 频段,LFEM 和 L-PAMiF 适用于 sub-6GHz 频段,LNA BANK 在 sub-3GHz 与 sub-6GHz 频段皆有相适 应产品。我们认为,公司在射频模组上的核心看点在于随高端滤波器持续突破,公司有望 借助在高端滤波器、多工器上的工艺积累以及 WLP 封装技术拓展至 PAMiD 模组,突破国 产厂商卡脖子环节。2021 年公司模组业务营收占比约 26%,我们乐观看待公司模组业务 突破,预计 2024 年模组业务营收占比有望增长至 40%+。

股权结构:初创团队合计持股 35%+,股权激励彰显信心

公司管理层具备深厚技术背景,在射频领域深耕多年。公司三位创始人许志翰先生(现 任公司董事长、总经理)、冯晨晖先生(现任公司董事、副总经理)、唐壮先生(现任公司 董事、副总经理)皆于国内本科毕业后赴美深造,随后在美工作数年,担任工程师从事电 子设计等工作。在创办卓胜微前,许志翰先生曾在东芝和 AtogaSystem 任工程师,于 2002 年回国加入中天微任副总经理,后任赛安(杭州)微系统副总经理;唐壮先生曾任 WJ Communications, Inc.主任科学家,主持进行了 WiMax 功放设计、基站功放模块设计、线 性功放设计等多种工艺下射频器件的开发;冯晨晖先生曾先后任 StreamMachine 系统软 件及验证部门经理和博通(Broadcom)主任工程师以及 MagnumSemiconductorCo 视频 技术总监。

截至 3Q22,实控人团队合计持股约 31.02%,股权结构相对集中。许志翰、冯晨晖、 唐壮先生为一致行动人,亦为公司实际控制人。截至 3Q22,公司董事长兼总经理许志翰 先生直接持有公司 6.80%的股份,并作为汇智联合的唯一普通合伙人及执行事务合伙人持 有汇智联合 73.57%的股份,通过汇智联合控制上市公司 11.83%的股份,合计持有公司 15.50%的股份。公司董事兼副总经理冯晨晖先生和唐壮先生分别持股 7.85%/7.67%。三 人合计持股约 31.02%,管理层持股相对集中且稳定。

股权激励:推行员工持股绑定公司和员工利益,助力公司发展。

——2020 年,公司首次推出限制性股票激励计划,激励计划首次授予部分考核年度 为 2020-2023 年四个会计年度,每个会计年度考核一次。该激励计划以 2019 年的营业收 入值(15.1 亿元)为业绩基数,考核各年度的营业收入累计值的均值定比业绩基数的增长 率(X)。该计划首次授予 7.2 万股,首次授予价格为 270.4 元/股,激励对象含 44 人,包 括中层管理人员及核心技术(业务)骨干人员。2020-2021 年营收均已满足第一个归属期 公司层面归属比例 100%的条件。

——2022 年,公司再次推出股票激励计划,拟授予的限制性股票数量为 26.97 万股, 其中首次授予 21.49 万股(占总股本 0.0644%),首次授予价格为 173.57 元/股,首次授 予的激励对象 59 人,包括中层管理人员及核心技术(业务)骨干人员。首次授予部分考 核年度为 2022-2025 年,四个归属期公司层面归属比例为 100%的条件依次为:“2022 年 营业收入值不低于 58 亿元”、“2022-2023 年两年的营业收入累计值不低于 127 亿元”、 “2022-2024 年三年的营业收入累计值不低于 211 亿元”、“2022-2025 年四年的营业收入 累计值不低于 311 亿元”。我们认为,公司积极推行股票激励,绑定公司利益与员工利益, 有助于公司长期稳定发展。

财务分析:通信制式升级+客户导入+产品拓展为核心驱动力

收入及利润端:受益于手机通信制式升级和国产替代进程加速,2015-2021 年间公司 营收和归母净利润 CAGR 达 86%/140%。2021 年公司实现营业收入 46.34 亿元,同比 +65.95%,归母净利润 21.35 亿元,同比+99.00%。2015-2021 年公司营收和归母净利润CAGR 达 86%/140%。公司近年来业绩发展可大致分为四个阶段:(1)2006-2011 年, 公司聚焦手机电视芯片设计,业务体量较小;(2)2012-2017 年,公司开启第一成长曲线, 受益于 LNA 产品导入三星后持续放量,2015 年营收首次突破 1 亿元,2017 年营收近 6 亿元,期间 CAGR 达 130.9%;(3)2018 年,公司经历了发展瓶颈期,主要因三星对新 品导入的严格控制,且导入国产手机终端厂商的产品仍未放量,导致营收出现小幅下滑; (4)2019-2021 年,公司业绩增速大幅回升,主要受益于 4G-5G 通信制式升级带来的市 场增量和中美贸易摩擦带来的国产替代机遇,2019-2021 年营收分别为 15.12/27.92/46.34 亿元,期间 CAGR 高达 75.1%。其中,分立器件方面,受益全球 5G 手机出货量拉升和公 司下游客户顺利拓展,公司射频开关、LNA 产品营收持续增长,2019-2021 年分立器件营 收分别为 14.63/24.62/33.52 亿元,期间 CAGR 达 51.4%。射频模组方面,公司已实现射 频接收端模组、发射端模组以及无线连接模组大类全覆盖,进一步拓宽了产品布局, 2020-2021 年射频模组实现营收 2.78/12.01 亿元,2021 年同比+332.7%,营收占比分别 为 9.93%/25.91%,2022H1 进一步提升至 31%。

毛利率:盈利能力行业领先,后续有望受益模组产品端的技术成熟+良率提高及营收 贡献提升。2021 年,公司射频分立器件毛利率为 55.52%,毛利占比 69.58%;射频模组 毛利率为 64.45%,毛利占比 28.93%。

——纵向来看,公司盈利水平维持高位,毛利率保持在 50%+。公司历史营收结构中 射频开关和 LNA 产品占比大,而产品单价仅 0.2 元/颗左右。低单价弱化了下游客户对价 格的敏感度,叠加公司成本和供应链优势与服务客户能力突出,高毛利率得以长期维持。 2017-2018 年,公司毛利率连续下滑,主要系市场竞争加剧,产品价格下降所致。2020 年起,毛利率逐步回升,2021 年同比大幅回升 4.88 pcts,主要系高毛利率的射频模组营 收占比大幅提升所致。2022 年上半年,公司分立器件/模组毛利率分别为 53.5%/51.2%, 分别同比-1.4/-13.9pcts,我们认为主要系行业需求趋弱,叠加毛利率相对较低的 DiFEM/L-DiFEM 产品营收占比逐步提升所致。后续随自有滤波器逐步导入叠加产品良率 提升,我们看好公司模组产品毛利率逐步回升。

——横向来看,公司毛利率比肩国际一线厂商。国际一线射频大厂普遍采用 IDM 模式并已实现射频前端产品线全覆盖,凭借高价值量的产品和领先的生产技术,盈利能力较强。 博通、Skyworks 和 Qorvo 毛利率皆长期维持在 40%-60%水平,其中博通 2019-2021 年 毛利率分别为 55.24%/56.58%/61.36%,处于行业领先地位。公司近年毛利率水平与博通 相当,略高于 Skyworks、Qorvo 和国内射频厂商。我们认为,公司在射频器件上的高毛 利率一方面依赖于持续的技术迭代,另一方面也与近年持续导入客户后通过大规模出货从 而在封测端获得较高议价权有关。封测成本在射频器件生产中的成本占比近 40%-50%, 公司与封装厂合建了生产专线、自购关键设备且开发部分测试技术,可大幅降低封测成本。

费用端:期间费用率趋降,研发投入逐年提升,净利润率行业领先。公司期间费用率 逐年下降主要系营收规模快速增长,2019-2021 年费用率分别 13.29%/9.57%/8.94%。受 益规模优势和成本优势,2019-2021 年公司净利率分别为 32.69%/38.34%/42.96%,处于 行业领先水平。三项费用来看,销售费用率分别为 2.83%/1.23%/0.97%,与其他射频芯片 厂商相比,公司稳定供货下游大客户费用结构持续优化,因此相对较低。研发费用来看, 公司研发投入逐年增加,2019-2021 年研发费用分别为 1.38/1.82/3.04 亿元,CAGR 达 48.4%。2021 年研发费用率为 6.56%,主要用于滤波器、PA 及相关模组研发及产业化, 未来随着芯卓半导体产业化项目的逐步推进,研发投入或将进一步增长。研发人员方面, 公司近年研发人员数量快速增长,2018-2021 分别 70/146/202/457 人,占全部员工比例 从 53.85% 提升至 68.52%,2021 年人均创收超 1000 万元。对比 2021 年国内友商如麦 捷科技(314 人,占比 8%)、唯捷创芯(171 人,占比 53%)、好达电子(74 人,占比 13%), 公司研发人员人数和占比皆处于领先水平;而对比国际一线厂商如 Qorvo(约 4900 人, 占比 58%)、Skyworks(约 3400 人,占比 31%)、博通(约 1.2 万人,占比 63%),则仍 在人数上存在巨大差距。未来随经营规模扩张,产品性能和出货规模逐渐对标国际一线厂 商,我们认为公司将持续加强研发团队的建设,搭建射频前端研发平台,缩小与国际一线 厂商的研发技术差距。

射频前端行业:千亿大市场,看技术升级+国产替代

行业概览:通信制式持续升级,射频前端由分立方案朝模组化发展

射频前端的作用是对射频信号进行放大、过滤、降噪等,主要包含射频前端分立器件 和射频前端模组两类产品。射频前端(RF Front-end,RFFE)是位于天线之后、射频收 发模块之前的模块,其主要功能是对射频信号进行放大、过滤、降噪等。因为位于通信系 统的最前端,所以通常被称为“射频前端”。从功能上看,射频前端的信号传输路径分为 发射通路和接收通路。在发射链路(TX)中,数字信号通过调制解调器(Modem)转换 成易于传输的连续模拟信号,随后收发器(Transceiver)将模拟信号调制为不易受干扰 的射频信号,进入射频前端进行射频信号的功率放大、滤波、开关切换等信号处理,最后 通过天线将信号对外发射;在接收链路(RX)中,由天线接收到空间中传输的射频信号, 通过射频前端对用户需要的频率和信道进行选择,对接收到的射频信号进行滤波和放大, 最后输入收发器和调制解调器得到数字信号。同时具有发射+接收通路(如 xTxR)的通路 叫做主集通路,只有接收通路的叫分集通路(如 xR)。按照组成器件,射频前端可分为功率放大器(PA)、滤波器(Filter)、低噪声放大器(LNA)、射频开关(Switch)以及由不 同分立器件组合而成的模组。其中:功率放大器负责发射通道的射频信号放大;滤波器负 责发射及接收信号的滤波,去除非信号频率的杂波信号;低噪声放大器负责接收通道中的 小信号放大;射频开关负责收发以及不同频率通道之间的切换。根据公司年报中转引的 Yole 数据,2019 年移动终端射频前端市场中 PA 模组/分立滤波器/FEM 模组/天线开关/分 立 传 导 开 关 / 射 频 IC/ 分 立 LNA/AiP 模 组 市 场 规 模 占 比 分 别 为 45%/26%/14%/5%/4%/3%/3%/0% , Yole 预 计 2026 年 这 一 比 重 将 分 别 达 44%/14%/15%/5%/4%/3%/2%/13%。

分立器件:主要包含四大类,滤波器和 PA 具备较高技术难度,开关(Switch/ Tuner)、 LNA 技术相对成熟。

——滤波器(Filter):主要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。在发射链路中,滤波器位于功率放大器的后侧;在接 收链路中,滤波器位于低噪声放大器的前侧。总体来看,滤波器和 5G PA 是射频前端中 技术难度最高的器件,也是布局射频模组的核心壁垒之一。5G 移动终端中常用的滤波器 有 LC 滤波器(LTCC、IPD)和压电滤波器(SAW、BAW)。从技术特性上看,LC 滤波 器是基于电感/电容的频率响应特性来进行滤波器设计,覆盖频率较宽,但带外抑制能力弱 于压电滤波器。其中,LTCC 滤波器利用陶瓷和导体材料共同烧结形成物理器件,可以一 次性的集成更多的电感、电容器件;IPD 滤波器的优势在于可以承接半导体工艺中的优势, 即数量越大,平均单颗成本越低,但在小批量时不易获得成本优势。压电滤波器则利用材 料的压电特性进行设计,可实现窄带高抑制、低插损,但是必须要用到压电材料,与集成 电路中的半导体工艺不兼容,且对设计和制造工艺提出较高要求。其中,SAW 滤波器成 本低、技术成熟且产品一致性高,但由于高频段下的电子迁移和发热等问题,SAW 滤波 器通常只适用于 2GHz 以下的中低频段;BAW 滤波器在高频段可实现低插入损耗和高 Q 值,成为高性能射频系统的首选,但较高的成本成为限制 BAW 普及的重要因素。从应用 场景看,由于 Sub 3 GHz 频段涉及 2G/3G/4G 信号,同时还包含 GPS、Wi-Fi 2.4G、蓝 牙等重要的非蜂窝通信频段,导致该频段范围内各通信频段的分布较为密集,因此主要依 赖 SAW 和 BAW 滤波器,且在主集通路需要用到双工器。其中,0-2GHz 频段一般使用 SAW 滤波器,相对更为拥挤的 2-3GHz 频段则需要用 BAW 滤波器。随着 5G 通信向 3GHz 以上通信频率拓展,该频段范围内频谱资源丰富,干扰频段较少,对滤波器性能的要求相 对下降,因此 IPD 和 LTCC 滤波器(而非必须双工器)即可实现滤波需求。整体来看, IPD 和 LTCC 滤波器难度低于 SAW/BAW 滤波器,因此部分厂商通过 IPD/LTCC 路径弥补 BAW 滤波器技术的缺失(如卓胜微采取 IPD 滤波器进行模组化产品生产)。Yole 预计(转引自 卓胜微年报)2026 年全球 SAW/FBAR/TC-SAW/BAW/MLC/TF-SAW/IPD 滤波器市场规模 有望达 28.40/26.41/10.46/10.33/3.65/1.77/1.21 亿美元,对应 2021-2026 年 CAGR -3%/9%/12%/12%/5%/20%/17%。

——双工器(Duplexer)/多工器(Multiplexer):通常由两个或两个以上的带通滤波 器并联而成,其作用是将发射和接收讯号相隔离,保证接收和发射都能同时正常工作,互 不干扰。根据滤波器数量不同,可分为双工器、三工器、四工器和五工器等,统称为多工 器。双工器/多工器除了需要考虑中心频率、带宽、带内插损、带内波纹、带外抑制、收敛 性等滤波器的性能指标外,还要考虑隔离度指标,因此技术难度相较于滤波器更高。

——功率放大器(PA):位于发射链路,主要功能是将基带发出的小功率信号放大至 传输要求以上并通过天线进行发射。在智能手机等终端设备中,PA 芯片通常与其他射频 前端芯片集成为模组产品进行应用(如唯捷创芯销售的 PA 产品均为 PA 模组,不存在单 独对外销售 PA 芯片裸片,也不存在将 PA 芯片裸片单独封装并销售的情形)。以传统技术 路线的 4GMMMB 功率放大器模组为例,该类模组通常包含砷化镓 HBT 工艺的功率放大 器芯片、体硅 CMOS 工艺的主控芯片以及绝缘硅 CMOS 工艺的射频开关芯片组成,共三 路通道,可支持低、中、高三个频段范围。传统的功率放大器芯片主要由放大电路(对输 入信号进行近似等比例放大并进行信号输出)、直流偏置电路(为晶体管放大提供所需功 率)和输入输出匹配网络电路(实现射频通路中的阻抗匹配,以保证输出功率及减少损耗, 并且滤除输出信号中的杂散信号)构成。PA 模组在接收到信号后,主控芯片根据信号频 率高低选择进入特定的放大通路,由驱动级放大器(GaAs DA)进行前级放大,然后进入 功率级放大器(GaAs PA)进一步进行末级放大,使得功率信号达到标准要求,最终通过 射频开关分配到指定的频段予以输出。通常而言,PA 设计难度提升主要在于工作频率的提高以及带宽要求的增加以及集成度的提高。(1)频率:在相同天线增益和传输距离的情 况下,信号的衰减与信号的频率成正比,因此更高的频率意味着更大的损耗。为保证信号 覆盖,5G 终端的发射功率等级也需要提高,带动 PA 设计难度提升。此外,在相同的制 造工艺下,PA 的效率通常会随着频率的升高而下降,因此散热问题也更为严峻。(2)带 宽:5G NR 频段的通信带宽大幅超过 4G 通信的信号带宽,PA 芯片在支持大带宽信号时 会带来增益下降,进一步提高 PA 难度。(3)集成度:高集成度模组需要用到 Flipchip 技 术,但掌握 Flipchip 技术的射频公司很少,使得难度增加。近年来 PA 主要在半导体材料 和晶体管制造工艺上进行迭代。根据材料和工艺的不同,常见的射频功率放大器包括 Si LDMOS 射频功率放大器(第一代半导体材料)、GaAs MESFET 功率放大器(第二代半导 体材料)及 GaN HEMT 射频功率放大器(第三代半导体材料)等。其中,Si 材料储量丰 富,稳定性高,成本较低,但击穿电压弱,电子迁移率低,饱和电子速率低,因此 Si LDMOS PA 主要应用于 3.5GHz 以下频率范围;GaAs 电子迁移率比硅高数倍,且有较高的击穿电 压,可以用于超高速、超高频器件应用,成为 3G/4G/5G 时代手机端 PA 最主流材料(市 场规模口径下,Yole 测算(转引自卓胜微年报)2021 年 GaAs 工艺 PA 占比近 100%); GaN 具备更高的禁带宽度和击穿电压,支持更大的信息携带量和更高的功率,适合高频率、 大功耗的应用场景(如基站、雷达、电子战等场景),但其缺点在于价格相对更贵,且制造 难度更高,产能较为有限。展望未来,考虑到 GaAs 功率放大器能满足一定高频通信需求, 且工艺相对成熟,因此在对输出功率要求相对较低的终端及微基站等场景仍将占据主导。 在宏基站场景下,GaN 功率放大器能较好的适用于大规模 MIMO 技术,且输出功率数倍 于 GaAs 功率放大器,有望持续渗透。Yole 预计(转引自卓胜微年报)2022 年开始 GaN 工艺的 PA 将加速渗透,市场规模口径下,2026 年 GaN 工艺的 PA 占比有望达 3%,相较 于 2021 年提升 3pcts。

——射频开关(Switch/ Tuner):射频开关分为传导开关(Switch)和天线开关(Tuner) 两种,传导开关(Switch)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;天线开关 (Tuner)与天线直接连接,用以实现信号的接收、滤波、放大、增益控制等功能,使得 天线在所有应用频率上辐射功率最大,包括天线调谐开关、天线调谐器、天线交换开关等。 射频开关整体技术壁垒低于滤波器及 PA,由于天线调谐开关有着较高的耐压要求,同时导通电阻和关断电容对性能影响极大,因此难度高于传导开关。从工艺角度看,RF SOI 是 射频开关的主流工艺,能够在提供射频开关优良性能的同时保证低成本,满足 5G 射频前 端绝大部分的技术要求。Yole 预计(转引自卓胜微年报),2021-2026 年 RF SOI 工艺将 占据射频开关(传导开关及天线开关)90%+的市场份额,RF CMOS 工艺也占有 5%左右 的市场份额。

——低噪声放大器(LNA):位于接收链路,主要功能是把天线接收到的微弱射频信 号放大,以便于后级的电子设备处理,实现更好的信号、更高的通话质量和更高的数据传 输率。LNA 通常作为模组化器件与射频开关一起集成使用,技术壁垒相对较低。从工艺角 度看,RF SOI、SiGe、RF CMOS 是 LNA 的主流工艺,其中 RF SOI 不仅能够提高 LNA 的高频性能,还可以集成 LNA 和开关功能,故在各项技术中保持最快的增长速度,且市场 规模占比持续提升,Yole 预计到 2026 年其占比有望提升至 6 成以上;SiGe 工艺可以使 LNA 在高频段实现更好的增益和噪声系数,拥有较小的尺寸和有较低的功耗;RF CMOS 是目前市场上非常成熟的一种工艺,具有非常好的成本优势,但性能优势不明显,只适合 于低频段应用;基于 PHEMT 的 LNA 则将逐步被淘汰。

射频模组:通信制式升级倒逼射频器件模组化发展,工艺难度相较分立器件大幅提升。

——5G 手机射频器件数量成倍增长,倒逼射频器件模组化发展。射频模组方案的优 势在于集成度更高、性能更优。在 3G 及 4G 的早期时代,手机需要覆盖的频段不多,射 频前端一般采用分立方案。4G LTE 通信时代,射频模组主要用于高端手机,分立方案主 要用于中低端手机。5G 时代,为满足高速数据传输需求,通信技术围绕频段拓展、MIMO、 CA 等技术升级,且 5G 通信技术除需要支持 5G 新频段、5G 重耕频段外,还需要向下兼 容 4G、3G 和 2G 通信需求,使得射频通路数量不断上升。据汉天下(引自半导体行业观 察微信公众号),2G 手机支持频段不超过 5 个;3G 最多可达 9 个;4G 增加至最多 40 多 个;5G 则进一步增加至 50 个以上。我们在 FrequencyCheck 统计了历代 iPhone 支持的 频段数,iPhone4(3G)支持的频段数仅 8 个,而 iPhone13 Pro Max(5G)的频段数已 达 67 个。随频段数提高,手机射频前端器件搭载量亦随之增加,这一关系可大致简单抽 象为:单机射频元器件搭载量=单机频段数*各频段通道数*各通道器件搭载量(其中发射 通道至少包含 1 个 PA+1 个滤波器;接收通道通常至少包括 1 个滤波器+1 个 LNA+1 个 Tuner)。如果进一步考虑 MIMO 等技术,搭载的射频元器件将更多。据集微咨询,平均 来看,4G 手机多搭载 5~8 个 PA+20~40 个滤波器+10 个开关+4~6 个 LNA,而 5G 则进一 步提升至 7~12 个 PA+70 个滤波器+30 个开关+10~18 个 LNA。在单机射频器件数量提升 的同时,手机内部用于放置射频元器件的空间受全面屏、手机轻薄化等趋势影响不增反减, 且采用分立方案将带来较长的终端调试周期和调试成本,双重因素倒逼手机射频终端朝模 组化发展。据集微咨询测算数据,4G 手机约搭载 3-5 个射频前端模组,而 5G 手机搭载约 5-9 个射频前端模组,4G 智能手机平均单机射频价值量的 7-16 美元,5G 智能手机提升至 32-38 美元。

——根据功能的不同,射频模组可分为主集模组和分集模组。同时具有发射+接收 通路(如 xTxR)的通路叫做主集通路,只有接收通路的叫分集通路(如 xR)。其中, 主集链路中的模组化是指将 PA 与 Switch 及滤波器(或双工器)做集成,构成 PAMiF、 PAMiD 等方案;分集链路的模组化是指将接收 LNA 和开关,与接收滤波器集成,构 成 L-FEM、DiFEM 等方案。由于发射模组需集成 PA,且对滤波器的性能要求较高,因 此难度整体大于接收模组,其中又以集成度最高的 PAMiD(集成双工器的功率放大器模组)、 L-PAMiD(集成双工器和低噪声放大器的功率放大器模组)难度最高。此前,为满足一部 4G 手机对 PA 模组的应用需求,智能手机 4G PA 模组解决方案通常包含 1 颗 MMMBPA (多模多频线性功率放大器)和 1 颗 TxM(发射端模组)的组合。5G 通信技术下,市场 中存在两种主流方案,其中中、高集成度方案在4G方案的基础上新增1颗5G高频L-PAMiF 模组,高集成度方案则是多颗高频 L-PAMiD 模组和高频 L-PAMiF 模组的组合。并且为满 足 4G-5G 双连接要求,两种 5G 主流方案都需要搭载 1 颗 4G MMBA PA 模组。

——技术角度看,射频模组需要厂商具备较高的分立器件设计能力,综合统筹 PA、 滤波器、射频开关、LNA 等器件的特性以及不同类型芯片的结合方式、干扰和共存等问题, 设计难度相较于分立器件指数化提升。射频模组要求厂商具备全模块子电路的设计和量产 能力(如各频段的 PA、LNA 及开关等),从而提升模组的一致性和可靠性。同时,由于射 频模组涉及到发射与接收之间隔离、各频段之间的抑制及载波聚合的通路设计等问题,要 求厂商具备强大的系统分析与设计能力和小型化可集成的滤波器资源。从频段覆盖范围上 看,2G-4G 手机主要使用 600MHz-3GHz频段,5G 将频谱资源拓宽至 Sub 6GHz频段(FR1, 频段范围 450MHz-6000MHz)和毫米波频段(FR2,频段范围 24250MHz-52600MHz)。 考虑到经济性和兼容性,5G FR1 是目前全球主流的 5G 部署频段,主要包含了与 4G LTE 协议复用频段的 5G 重耕频段(该类频段的通信频率一般低于 3GHz)以及 5G 新频段(该 类频段的通信频率一般介于 3GHz 到 6GHz 之间)。由于 Sub 3 GHz 频段包含了大量 FDDLTE、TDD LTE 及 TD-SCDMA 等无线通信频段并最早支持载波聚合,同时还包含 GPS、 Wi-Fi 2.4G、蓝牙等重要的非蜂窝通信频段,导致该频段范围内各通信频段的分布较为密 集,处理密集频段间的干扰主要依赖滤波器及双工器(并且是 SAW、BAW 及 FBAR 等声 学滤波器,而非 LTCC、IPD 等 LC 型滤波器)。因此,多频段、高性能的滤波器和双工器 在 Sub 3GHz 频段的重要性极高。而随着 5G 通信向 3GHz 以上通信频率拓展,该频段范 围内频谱资源丰富,干扰频段较少,对滤波器性能的要求相对下降,PA 芯片的设计难度 大幅提升。因此,在 3GHz 以上通信频段中高性能 PA 的重要性逐渐凸显,同样成为 5G 新频段发射端模组的关键瓶颈。

——应用角度看,5G 射频前端已形成 Phase7 系列/Phase5N 两种主要解决方案,分 别用于旗舰机型与中低端机型,我们预计后续二者将并行发展。目前智能手机 5G 射频前 端设计主要有两个发展方向:其一是国际头部 IDM 厂商主导的 Phase 7/Phase 7L/Phase 7LE 高端方案,分集和主集都以模块化产品为主,分立式的器件较少;其二是被业界称之 为 Phase 5N 的分立方案,接收端以分集模组为主,发射端以分立的滤波器和双工器为主, 在中低端 5G 机型中较为常见。展望未来,我们认为 Phase7 系列/Phase5N 有望分别在中 高端及低端机型上并行发展。其中,国际厂商的技术研发方向以及中高端 5G 手机的主流 趋势依然是从 PAMiD 方案向 L-PAMiD 方案演进;而国产厂商受限于 PAMiD 生产能力, 短期仍然以提高 Phase 5N 射频方案竞争力、通过 Phase 5N 分立方案抢占中低端 5G 手 机市场为主,少数国内厂商正积极布局 PAMiD/L-PAMiD 模组,加速国产替代进程。Yole 预测(转引自卓胜微年报),2026 年射频前端模组市场规模将达到 156 亿美元,约占射频 前端市场总容量的 72%:其中分集接收模组市场规模将达到 33 亿美元,含 PA 的主集射 频模组规模将达到 95 亿美元。

市场空间:千亿大市场,主要面向移动通信/通信基站/无线连接三大领域

从市场空间来看,射频前端面向千亿大市场,主要应用于移动通信(手机为主)、通 信基站、无线连接(蓝牙、WiFi 等)三大领域。按产品类型看,根据卓胜微 2021 年年报 中援引的 Yole 数据,2021 年全球射频模组、射频分立器件的市场空间分别为 116.3/56.8 亿美元,合计 173.1 亿美元;Yole 预计 2026 年全球射频模组、射频分立器件的市场空间 有望分别达 156.3/60.4 亿美元,合计 216.7 亿美元,对应 CAGR 分别为 6.1%/1.2%。从 应用领域来看,射频前端芯片主要应用于移动通信(手机为主)、通信基站和无线连接(蓝 牙、WiFi)三大领域。我们结合 Yole 数据,以市场规模口径估算 2021 年射频前端主要下 游中,移动终端、通信基站、无线连接及其他市场分别占比为 72%/15%/13%。

——移动终端:射频前端位于天线和基带之间,是智能手机无线通信模块核心组件。 在接收链路中,射频前端器件直接与天线连接,完成天线开关调谐、滤波以及低噪声信号放大的工作,并把完成初步放大处理的信号交给射频 SoC,以进行进一步变频和数字化处 理;在发射链路中,调制解调器对信号进行调制解调,把数字信号变成模拟信号,射频前 端器件负责实现信号的滤波和功率放大。我们认为目前移动终端射频前端市场规模增长的 核心驱动力为 5G 手机出货量提升带来的射频元器件需求增长,以及中长期维度下由 5G 向 6G 等通信制式进一步升级带来的单机搭载量提升。量方面,5G 智能手机自 2019 年以 来快速渗透。据 Wind,2021 年我国 5G 手机出货 2.66 亿台,占国内全年智能手机出货比 重约 78%(同比+23pcts),DIGITIMES Research 预计 2022 年中国市场 5G 手机的渗透 率将达到 86.7%。全球来看,DIGITIMES 估计 2021 年 5G 手机出货量约 5.3 亿部,占全 球智能手机出货比重的 40%。Yole 预计,随 5G 基站覆盖量进一步增加,叠加各家厂商 5G 手机价格进一步下沉,2023 年全球 5G 手机出货量占比有望超 50%,2024 年全球 5G 智能手机出货有望突破 8 亿台,占全球智能手机出货比重近 60%。平均单机价值量上看, 据集微咨询测算,4G 智能手机平均单机射频价值量的 7-16 美元(其中,入门级/中端/高 端 LTE 机型价值量分别为 0.9/7.9/18.25 美金),5G 智能手机提升至 32-38 美元(其中, 中端5G机型/旗舰5G Sub-6GHz机型/旗舰5G毫米波机型单机价值量约20/26/46美金)。 根据 Yole Development 的统计与预测,2019 年移动终端射频前端市场为 124 亿美元, 到 2026 年有望达到 217 亿美元,期间年均复合增长率将达到 8.3%,其中预计发射端模 组市场规模达 94.82 亿美元,接收端模组达 33.39 亿美元,分立滤波器达 30.03 亿美元, 分立传导开关达 9.06 亿美元,天线开关达 10.59 亿美元,分立低噪声放大器达 4.99 亿美 元。

——通信基站:是提供无线覆盖和信号收发的核心环节,能够实现有线通信网络与无 线终端之间的无线信号传输。根据 Yole Development 的统计与预测,2021 年通信基站射 频前端市场为 30 亿美元,到 2027 年有望达到 43 亿美元,对应 6 年 CAGR 达 6%。

——无线连接:主要包括 WiFi、蓝牙、UWB(超宽带)等应用场景,在万物互联、万物智联的时代,自动驾驶、远程医疗、智慧交通、智慧零售等多维场景和服务正提升无 线连接需求。未来随 4×4 MIMO、Wi-Fi 6E 和 Wi-Fi 7 进一步渗透,射频无线连接价值量 有望进一步增加。根据 Yole 的统计与预测(Yole 官网),2021 年无线连接射频前端市场 规模为 27 亿美元,到 2026 年有望达到 43 亿美元,对应 5 年 CAGR 达 10%;其中,Yole 预测 WiFi、蓝牙、UWB 对应的无线连接射频前端市场规模将由 2021 年的 20 亿美元提升 至 2026 年的 30 亿美元,对应 CAGR 达 8.4%。

竞争格局:美日大厂领跑,国产替代空间充足

市场竞争格局:美日大厂领跑射频前端市场,CR4 市场份额占比约 85%。据智研咨 询援引 Yole 数据,全球射频行业由 Skyworks、Qorvo、Broadcom、Murata 等海外厂商 占据主导,2020 年市场份额分别为 24%/21%/20%/20%,CR4 合计份额 85%。国内射频 前端公司普遍以射频开关、LNA、SAW 滤波器等分立器件为主,在 BAW 滤波器、5G PA 等产品上技术积累相较于美日厂商仍有差距,模组化能力不强,份额相对较低。据慧智微 电子市场总监彭洋洋博士在 2020 集成电路产业研讨会芯片设计分论坛上的数据,国内射 频前端企业合计只占射频前端市场容量的 5%,国产替代空间巨大。分产品来看:

——滤波器市场:日、美大厂分别垄断 SAW 和 BAW 市场,国产厂商起步较晚,目 前主要集中在 SAW 滤波器领域。滤波器是射频前端中最重要的器件,市场占比最大、技 术壁垒最高,Murata、TDK、Taiyo Yuden(太阳诱电)、Skyworks 等日系、美系厂商起 步较早,近年来通过并购和技术专利分别在 SAW、BAW 滤波器市场实现垄断。1)SAW 滤波器方面,根据 Yole 数据(引自半导体行业观察),全球市场基本被日系厂商垄断,2018 年,日本厂商 Murata/TDK/Taiyo Yuden 分别 占据 47%/21%/14%的市场份额,美国厂商 Skyworks/Qorvo 分别占据 9%/4%的市场份额;2)BAW 滤波器方面,美系厂商深度卡 位,根据 Yole 数据(引自华经产业研究院),2019 年,Broadcom 占据 87%的市场份额(主 打 FBAR),Qorvo 占据 8%的市场份额(主打 BAW-SMR),CR2 市场份额达到 95%, 日系厂商 TDK 和 Taiyo Yuden 分别占比约 2%和 3%,以上四厂几乎垄断了全球 BAW 滤 波器市场。整体来看,由于国内滤波器产业起步较晚,目前主要集中于技术难度相对较低 的 SAW 滤波器领域(且产能相对不足),BAW 滤波器尚待突破,未来国产替代空间巨大。 据头豹研究院数据,中国 SAW 滤波器产量只占全球的 1%-3%,BAW 滤波器产量占比则 近乎为零。SAW 滤波器方面,目前卓胜微、德清华莹、好达电子、麦捷科技等厂商已实 现突破,其中麦捷科技与中电 26 所生产的 SAW 滤波器已进入华为、TCL、闻泰等手机供 应链,好达电子的 SAW 滤波器已进入中兴、魅族等手机供应链;BAW 滤波器方面,仅少 数本土企业研制出了具有自主知识产权的滤波器产品。其中,天津诺思是中国首家 BAW 滤波器 IDM 厂商,拥有亚洲首座具有完全知识产权的 FBAR 晶圆厂。Fablite 企业开元通 信已发布 BAW 滤波器系列产品,其应用于 4G+/5G 的全频段的 BAW 滤波器已通过行业 内全面验证并量产出货。汉天下是中国本土率先全面掌握 BAW 滤波器量产技术的公司, 拥有关于 BAW 滤波器、谐振器的多项核心技术。

——PA 市场:由美国三大厂(Skyworks、Qorvo、Broadcom)垄断,CR3 达 93%, 国产厂商在 5G PA 上已有突破。PA 是射频前端中难度仅次于滤波器的核心器件,也是发 射端模组中的重要组成部分。目前全球市场基本被美国射频行业三大巨头垄断,2019 年 Skyworks/Qorvo/Broadcom 分别占 43%/25%/25%份额(Yole, 转引自 ittbank),CR3 市 场份额达 93%。近年来国内射频厂商在 PA 市场的表现整体可归纳为:2G/3G PA 及中功 率 4G PA 性能不输海外龙头且成本更低;高功率 4G PA 开始,性能逐步落后于海外龙头, 5G PA 差距进一步扩大,但少数国内厂商已有所突破。其中,慧智微、唯捷创芯、飞镶、 昂瑞微、锐石创芯等厂商已在 2020-2021 年实现 5G PA 模组量产出货,分别来看:慧智 微是国内第一家量产 5G PA 的公司,2020 年推出集成度较高的 S55255 5G 频段射频前端 集成收发模组 L-PAMiF,已应用于 OPPO K7x、Galaxy A22 等手机;唯捷创芯是 4G PA 出货量最大的国产厂商,于 2020 年推出 5G Sub-3GHz Phase5N 产品并实现量产;锐石 创芯推出了国产首颗支持 5G N41 频段全频段及 Power Class2 的 PAMiF 产品,并已在国 内手机客户端量产;昂瑞微在 5G PA 方面推出了 OM9902-11、OM9901-11 等产品(已应 用于荣耀 50 手机),在 5G PAMiD 方面则推出了 OM9085-11 等产品。展望未来,在 5G 浪潮以及国产替代机遇下,我们看好国内头部企业凭借 5GPA 上的研发优势持续抢占市 场。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

详见报告原文。   

精选报告来源:【未来智库】



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