2024年唯捷创芯研究报告:国内射频PA模组龙头,接收端模组与Wi~Fi接力打造射频前端平台

  • 来源:中信建投证券
  • 发布时间:2024/03/12
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唯捷创芯研究报告:国内射频PA模组龙头,接收端模组与Wi~Fi接力打造射频前端平台。公司为国内的射频PA龙头企业,成立早期产品以2GPA为主,后不断扩展至3G、4G、5GNRPA,且产品集成度不断提高,公司于2020年和2022年分别推出高集成度模组化产品L-PAMiF、L-PAMiD,基本完成手机发射端产品的布局。此外,公司同步布局LNABank,L-FEM,DRx,DiFEM等接收端模组以及Wi-Fi6/6E/7射频前端模组,着力强化全套模组供应能力。根据公司2023年中报,2023H1实现营收,其中发射端模组占比89.5%,接收端模组占10.4%。根据公司公开投资者交流纪要,发射端模组中...

第一章 唯捷创芯:国内射频功率放大器模组龙头

1.1 历史沿革:产品不断迭代打造全套射频前端产品龙头供应商

唯捷创芯于 2010 年在天津创立,主营业务为射频前端芯片的研发、设计和销售。公司主要为客户提供射频 功率放大器模组产品,同时供应射频开关芯片、Wi-Fi 射频前端模组和接收端模组等集成电路产品,广泛应用于 智能手机、平板电脑、无线路由器、智能穿戴设备等具备无线通讯功能的各类终端产品。2012 年至 2018 年公 司精耕技术,2012 年公司推出符合 2G 要求的射频功率放大器模组,2013 年推出符合 3G TD-SCDMA、WCDMA 要求的射频功率放大器模组,2014 年推出满足 4G TDD-TLE 要求的射频功率放大器模组,2016-2017 年全面提 升射频放大器模组性能,对标国际领先厂商,2018 年推出满足全面屏要求的高功率模组。2018 年后公司国内 PA 模组市场份额不断提升,2019 年推出支持 5G NR 的多模多频射频功率放大器模组,2020 年推出支持 5G NR 的 L-PAMiF,2021 年接收端模组 LNA Bank,L-FEM 开始销售,量产面向 Wi-Fi 6 的射频前端模组,L-PAMiF 大规模出货,2022 年 L-PAMiD 开始小批量出货,2023Q3 L-PAMiD 已实现大批量出货。目前公司业务覆盖发 射端分立方案、发射端模组方案、接收端模组以及 Wi-Fi、车规等 PA 模组,能够满足客户对射频前端产品齐套 供应的需求。

1.2 产品布局:高集成度模组接力推出,Wi-Fi 与接收端模组打造营收新增长点

公司主要产品包括射频功率放大器模组、Wi-Fi 射频前端模组以及接收端模组,其中射频前端放大器模组 占据公司营收 89%。射频前端指位于射频收发器及天线之间的中间模块,其功能为无线电磁波信号的发送和接 收,是移动终端设备实现蜂窝网络连接、Wi-Fi、蓝牙、GPS 等无线通信功能所必需的核心模块。唯捷创芯 PA 模组产品结构中包括低中高集成度模组,经过通信技术的发展和多年的研发投入和产品迭代,公司 PA 模组的 集成度不断提高,目前以 4G/5G MMMB PA 和 TxM 中集成度的 PA 模组产品为主,2021 年上半年中集成度产 品销售收入占公司总收入的 93.3%,高集成度模组化产品 L-PAMiF、L-PAMiD 与 5G 产品收入贡献加速增长。除射频前端模组外,公司同步布局 LNA Bank,L-FEM,DRx,DiFEM 等接收端模组以及 Wi-Fi 6/6E/7 射频前端 模组,打造营收新增长点,着力强化齐套模组供应能力。

唯捷创芯下游客户主要包括小米、OPPO、Vivo 等主流手机品牌厂商以及华勤通讯、龙旗科技、闻泰科技 等业内知名的移动终端设备 ODM 厂商。2018 年及以前,公司并未向头部手机品牌厂商及 ODM 厂商供货,而 是向厦门感欣、联仲达、泰科源、华信科等再向下游供货。公司于 2019 年获得联发科投资,同时导入小米、 OPPO、Vivo 等主流手机品牌,成为国内射频功率放大器模组龙头供应商,2021 年导入荣耀,2023Q3 向头部大 客户大规模销售 5G L-PAMiD。公司获得多家品牌手机厂商入股,有效强化了供应链合作关系。目前公司产品 下游应用覆盖了智能手机、平板电脑、智能穿戴设备等移动终端,以及无线宽带路由器等通信设备。

1.3 股权分析:上下游龙头持股表明认可,管理层经验丰富

唯捷创芯受多家上下游龙头企业持股,其中联发科子公司 Gaintech 为第一大股东,持股 24.74%,公司共同实际控制人荣秀丽与孙亦君间接与直接合计控股 33.99%。2016-2017 年唯捷创芯全面提升射频放大器模组性 能,对标国际领先厂商,与联发科子公司络达竞争国内 PA 市场;通过一年多的价格战,唯捷创芯市场份额迅 速上升,联发科随后于 2019 年 4 月宣布通过全资子公司 Gaintech 对唯捷创芯进行战略投资,并解散旗下络达 PA 部门。2020-2021 华为全资子公司哈勃投资、OPPO 移动、维沃移动、小米以及稳懋对唯捷创芯进行投资, 头部手机厂商加大投入表明了对唯捷创芯的认可。目前前十大股东中,华为哈勃占比 3.14%,OPPO 移动占比 2.99%,维沃移动占比 2.29%。

公司管理层与技术团队经验丰富。董事长荣秀丽曾是中国手机风云人物,2002 年荣秀丽创立天宇朗通公司, 即天语手机,2003 年受芯片等核心部件供货问题陷入亏损,后与联发科合作推出单芯片解决方案,即单芯片集 成通信基带、蓝牙、摄像头等模块,2007 年出货量达到 1700 万部,在中国手机市场仅次于诺基亚。2010 年, 受手机市场的不确定性,再加上被芯片卡脖子的经历,荣秀丽成立唯捷创芯,进入射频芯片赛道。总经理孙亦 军具有丰富的从业经验,先后在上海微波设备研究所、电子部电子科学研究院担任助理工程师与工程师,先后 在德国 HARTING 公司北京代表处、泰科电子、北京罗森伯格电子、威讯联合半导体(北京)负责销售与担任 经理。2010 年 10 月至今,任唯捷创芯总经理。技术团队中,首席技术官 FENG WANG、研发总监白云芳、研 发总监林升均在业界拥有丰富的经验,并从 2010-2011 年公司成立之初开始便伴随公司成长。

员工持股计划与股权激励共同助力公司持续发展。公司拥有多个员工持股平台,包括天津语捷、天津语腾、 北京语越、天津语尚、天津语芯、天津语创等。2020 年 9 月 4 日,公司召开 2020 年第二次临时股东大会并做 出决议,同意公司实施员工股权激励,以非公开形式发行新股 7,161,918 股,公司新增股份由天津语捷、天津语 唯、天津语腾三个员工持股平台认购,认购价格为 1 元/股。2020 年 12 月,因实施资本公积转增股本,公司总 股本增加至 3.6 亿股,有效期权数量变更为 30,789,668 份,行权价格调整为 1.525 元/份。2021 年公司营收超预 期增长,2022 年营收受下游需求下滑影响同比有所回落,但在 2021 年超出行权条件的基础上加和后,第二个 行权期仍满足了行权条件,第一个与第二个行权期营业收入考核均满足 100%行权条件。股权激励计划与员工持 股平台凝聚高层管理人员以及核心技术人员,共同推进公司业务发展,公司业绩增长又通过股权激励计划进一 步激励员工,形成良性的正反馈。

1.4 财务分析:新产品推出维持增长,5G 产品优化公司毛利率

公司市场份额持续提升,5G 带来量价齐升,新产品推出维持增长,营收多年保持高速增长。2016-2017 年 唯捷创芯全面提升射频放大器模组性能,对标国际领先厂商,2019 年及之后唯捷创芯赢得与络达在国内 PA 市 场的价格战,市场份额迅速提升,2019 年导入小米、OPPO、Vivo 等主流手机厂商客户,2019 年营业收入同比 增长 105%。随着 2019 年推出支持 5G NR 的 MMMB PA,2020 年推出支持 5G NR 的 L-PAMiF,5G 带来射频 前端模组量价齐升,2021 年接收端模组 LNA Bank,L-FEM 开始销售,L-PAMiF 大规模出货,公司 2018-2021 年营收 CAGR 达到 131%,但受股份支付费用影响,2018-2021 归母净利润持续为负。2022 年下游需求下滑, 公司 2022 年营收同比增长 5 年来首次为负,但受产品结构不断优化及股份支付费用不断优化影响,2022 年首 次实现盈利。23Q1-Q3 实现营收 16.11 亿元,同比-9.39%,实现归母净利润-0.13 亿元,毛利率 26.27%。前三季 度经营活动现金流为 5.8 亿,较去年同期转负为正,主要系公司库存持续优化。单季度看,Q3 营收 7.20 亿元, 同比+54.47%,环比+25.62%,实现归母净利润 0.58 亿元,同比+85.30%,环比+365.44%,扣非后归母净利润为 0.49 亿元,环比+152.80%。23Q3 L-PAMiD 已实现大批量出货,新一代低压版本 L-PAMiF 产品小批量出货,同 时公司存货周转天数逐步改善,周期底部信号或现,23Q3 营收归母净利润同比环比均显著增加。

PA 模组为公司营业收入主要来源,接收端、Wi-Fi、车规产品补齐公司产品线。射频功率放大器模组为公 司营收主要来源,2022 年之前占比超过 98%,2022 年及之后,接收端模组收入逐渐提升,PA 模组占比低于 90%。 2021 年接收端模组 LNA Bank,L-FEM 开始销售,2022 年接收端模组销售收入 4700 万,占比 11%,其中 L-FEM 作为可与低压版 L-PAMiF 模组搭配使用的接收端产品,将在发射端产品的带动下,为营收贡献新的增长。Wi-Fi 6 射频前端模组于 2021H1 开始量产,随着我国下游 Wi-Fi 市场的快速发展以及 Wi-Fi 协议标准的不断升级迭代, Wi-Fi 通信领域射频前端芯片模组行业迎来新机遇,公司 Wi-Fi 6 与 Wi-Fi 6E 已经接近国际先进水平,是国内 Wi-Fi 通讯射频前端芯片的主要供应商之一,同时新一代 Wi-Fi 7 产品的研发进展顺利,目前正在平台厂商处进 行验证,预计将于 2023Q4 完成。车规产品方面,借助与战略合作方对于车载射频前端芯片系统应用的深刻理 解,公司持续提升和强化车载射频前端芯片的产品设计和调试能力,截至 2023 年 11 月,公司全套 5G 车规级 产品已通过验证,预计在 2024 年能够实现大规模量产。 5G 产品份额持续提升。公司 2019 年推出支持 5G NR 的 MMMB PA,2020 年放量并推出支持 5G NR 的 L-PAMiF,2020 年 5G PA 模组收入达到 1.91 亿元,占比 11%,随后两年占比迅速上升,2022 年 5G PA 模组收 入达到 10 亿元,占比达到 44%,首次超过 4G PA 模组收入,两年 CAGR 达到 129%;2023H1 5G PA 模组收入 占比持续保持在 40%以上,2023Q3 5G 产品占比继续提升,4G 产品占比有所下降,从长期看,5G 产品占比将 持续提升。

5G 产品量价高、产品竞争力强,将持续优化公司毛利率。2018 年及之前,公司为进一步拓展国内市场份 额,定价需结合美系厂商产品情况,导致公司定价空间相对有限,毛利率偏低。2019 年开始,公司虽然实现向 头部手机厂商批量出货,但 4G PA 模组市场定价受制于历史价格,导致价格调整空间有限;同时,虽然公司不 断推出新产品,但部分成熟产品单价有所下降,也一定程度影响了毛利率水平。2020 年随着部分性能提高的 4G 模组所需封测工艺要求较高,其采购单价偏高;同时,封测行业产能的紧张亦带来了封测费的上涨,毛利率继 续下降至 16.53%到近年来最低点。2020 年公司推出 5G MMMB PA 模组,5G 产品量价高、技术领先、产品竞 争力强,2021H1 5G PA 模组毛利率达到 40%,而同时 4G PA 模组产品毛利率仅有 21%,同时 2021 年 5G 产品 销售占比达到 26%,2021 年毛利率大幅提升至 27.76%。2022 年 5G 产品占比进一步提高,毛利率保持提升趋势。 2023Q1-Q3 毛利率有所承压,主要原因为 4G 成熟产品销售价格下滑,但 5G 产品毛利率相对稳定。未来低压 L-PAMiF 作为主推的新产品之一,公司将进一步向客户推广低压 L-PAMiF,以优化公司整体毛利率。期间费用 率方面,公司管理费用率于 2021 年达到最高,系股份支付费用于 2021 年最高导致;财务费用 2022 年为负系汇兑损益增加所致,2023 前三季度为负系本期大额存单利息收入增加所致。随着股份支付费用逐渐下降,公司费 用率也较高点持续下降。

公司持续加大研发力度,研发规模持续扩大,模组化产品持续迭代。公司研发费用由 2018 年的 0.61 亿元 增长至 2021 年的 4.67 亿元,2022 年略有下降,为 4.62 亿元,主要系股份支付费用有所下降。公司研发人员数 量由 2018 年的 65 人增长至 2022 年的 353 人,其中 2022 年研发人员数量相较 2021 年的 171 人翻了一倍。公司 高度重视研发人员的引进、培养和研发团队的建设,通过新老研发人员的合作,形成研发团队的梯队化,更好 地让研发人员将理论与实践快速结合并推出新的想法,从而保障公司技术的创新和储备。公司目前已完成 L-PAMiD、低压 L-PAMiF、Wi-Fi 7 射频前端模组等产品研发,目前正在推进新一代上述产品以及接收端模组 DRx、DiFEM 等产品研发与验证。

第二章 射频模组化大势所趋 国产化持续深入

2.1 5G 时代 PCB 空间与调试时间推动射频模组化,Phase8 确立全模组化方案

全球移动终端射频前端市场规模将破 200 亿美元。根据 Yole Development 的统计与预测,2022 年移动终端 射频前端市场为 192 亿美元,到 2028 年有望达到 269 亿美元,2022-2028 年年均复合增长率将达到 5.8%。其中 发射端模组市场规模预计 122 亿美元,接收端模组预计 45 亿美元,分立滤波器预计 30 亿美元,分立传导开关 预计 9 亿美元,天线开关预计 19 亿美元,分立低噪声放大器预计 12 亿美元。

射频前端与基带、射频收发器和天线共同实现无线通讯的两个本质功能,即将二进制信号转变为高频率无 线电磁波信号并发送,以及接收无线电磁波信号并将其转化为二进制信号。射频前端包含射频功率放大器、射 频开关、天线调谐开关、滤波器和双工器(多工器)、低噪声放大器等射频器件。射频前端的模组化方案与分 立方案相对应。模组化方案中,根据集成方式的不同,主集天线射频链路可分为: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)、L-PAMiD(LNA、集成多模式多频带 PA 和 FEMiD) 等;分集天线射频链路可分为:DiFEM(集成射频开关和滤波器)、L-FEM(集成射频开关、低噪声放大器和滤 波器)等。

4G 时代分立 MMMB PA 方案与模组化 PAMiD 方案并存。2014 年,MTK 定义第一代归一化 4G 射频前端 方案 Phase2 方案。Phase2 方案将 2G 射频功率放大器与天线开关模组整合,形成 TxM 发射模组,并将 4G 频段 的射频功率放大器整合,形成完整的 4G MMMB PA 多模多频射频放大器模组。2014-2016 年,PA 与滤波器厂 商开始合并,国际大厂逐步向模组化方案布局,MTK 于 2016 年推出 PAMiD 方案 Phase6/Phase6L 定义,集成 了 PA、滤波器、双工器与天线开关模组;同时 FEMiD 方案也由华为、三星等提出,其中滤波器与天线开关整 合为一个模组,MMMB PA 仍采用分立器件。

5G 时代 PCB 空间与调试时间促进 PA 方案模组化。4G 时代存在“模组鸿沟”,即旗舰机型用模组方案, 要求“高集成度和高性能”,因而价格也很高;入门机型用分立方案,要求“中低集成度和中等性能”,因而 价格相对就低。相比于 4G 入门级手机的 2~4 根天线,5G 入门级手机的天线数目增加到了 8~12 根;需要支持 的频段及频段组合也在 4G 的基础上显著增加。射频元器件的数目与天线数目及频段强相关,这就意味着射频 元器件的数目出现了急剧地增长。与此同时,由于结构设计的要求,5G 手机留给射频前端的 PCB 面积是无法 增加的,因此分立方案的面积大大超过了可用的 PCB 面积。调试时间也是一个挑战。4G 使用分立器件方案的 射频调试时间,一般在一周以内。随着 5G 射频复杂度的显著提升,假设使用分立方案,可能会带来 3~5 倍的 调试时间增加;从成本上来讲,还需要消耗更贵的 5G 测试设备、熟悉 5G 测试的工程师资源。如果使用模组, 大部分的调试已经在模组设计过程中在内部实现了,调试工作量将更多地移到软件端,因此调试效率大大提升。 开元通信 2021 年量产的 HML L-FEM EM5352 封装大小仅仅为 3.6mmx3.5mm,相比于市面上的上一代产品 (6.2mmx4.2mm),PCB 面积缩减了 58%,而相比于传统的分立方案,面积更是缩减了 80%。

5G 的快速部署,使得目前 5G 时代射频前端方案除了模组化的 Phase7,仍保留了分立器件的 Phase5N。为 了支持 5G 的快速部署,自 2018 年开始,MTK 联合器件与终端厂商,快速定义 Phase7 方案,应用于 2019 年发 布的 5G 终端中。Phase7 方案演进自 4G 时代的 Phase6 方案,对于 5G 的支持有成本高、冗余功能多等天生劣势。 Phase5N 为 4G 分立方案的 Phase2 演进至 5G 的分立方案。5G 的 Phase5N 方案继承了 4G Phase2 方案的所有特 点,虽然尺寸较大、射频性能较弱、调试难度更复杂,但成本更低,灵活度更高,在对成本有诉求的终端方案 中普及开来。两种方案在 Sub-6GHz UHB 新频段部分方案相同,均为 L-PAMiF 集成模组方案;在 Sub-3GHz 频段分别为 PAMiD 模组方案和 Phase5N 分立方案。在 Sub-6GHz UHB 频段,集成 LNA(射频低噪声放大器)、 PA、滤波器、收发开关及 SRS 开关的 L-PAMiF 成为主流选择。Sub-3GHz 频段虽然频率更低,功耗更低,不需 要复杂的 SRS 开关,但 Sub-3GHz 频段数较多,需要集成的滤波器及双工器更多,并且采用的是 SAW、BAW 及 FBAR 等声学滤波器,对滤波器资源的获取、多频段的系统设计能力提出了高的要求,所以在 Sub-3GHz 频 段,主要有集成 PA、双工器、射频开关与 LNA 的 L-PAMiD 方案与集成了 MMMB、TxM 的 Phase5N 加 LNA Bank 的方案。

2021 年发布的 Redmi note 10 pro 采用了 Phase7 方案,其中 Low-Band PAMiD 采用的是 Skyworks SKY58080-11,Medium/High Band PAMiD 采用的是 Qorvo QM77048E,Sub-6GHz UHM PAMiF 采用的是 Skyworks SKY58258-21,接收端 HML DiFEM 采用的是 Skyworks SKY53730-11,4G 发射端仍然采用的是唯捷 创芯 MMMB PA VC7643-62。2021 年发布的 Realme Q3 中采用了 Phase5N 方案,其中 5G MMMB PA 采用的是 唯捷创芯 VC7643-63,TxM 采用的是唯捷创芯 VC7916-65,Sub-6GHz UHM PAMiF 采用的是高通 QPM5577, 接收端 LNA Bank 采用的是高通 QLN5030,4G MMMB PA 采用的是唯捷创芯 VC7643-62。

Phase8专为 5G打造,将全模组化,预计2024年部署。Phase8 方案包括Phase8/8M/8L。其中Phase8与Phase8M 方案的目标市场是高端及旗舰手机,方案强调强大的射频能力,以及完整的 CA、EN-DC 支持,采用 Low band 及 Mid/High Band 两颗 L-PAMiD 构成完整方案,并且采用如 DS-BGA 等更先进的封装,来实现更小的器件尺寸。 与此相对应,成本并不是 Phase8 与 Phase8M 方案优化的主要目标。Phase8L 方案考虑的是处于 2000-4000 人民 币价位带手机的需求:支持合理的 5GCA 及 EN-DC 能力;采用 All-in-one 的方式进行设计,只需一颗就可以进 行 Sub-3GHz 全频段覆盖。由此可以实现性能与成本的完美平衡。Phase8L 的定义中,Low Band 与 Mid/High Band 通路进行了合并,一颗芯片覆盖 Sub-3GHz 全频段,减少了方案面积,也降低了方案实现成本;同时终端厂商 倾向于模组芯片全频支持 3.4V 低压电源,以降低成本,达到整体方案的最优设计;Phase8L 方案仅需一颗芯片 就可以完成分立方案 20 颗 BOM 所完成的功能,并且实现更好的射频性能,与更简化的调试过程,降低供应链 管理与商业议价难度。

5G 时代 PCB 空间与调试时间限制以及 Phase8 新方案全模组化将拉动射频前端中模组的收入占比提高。根 据 Yole 的数据,射频前端市场规模中,模组产品占比整体呈上升趋势,预计将从 2018 年的 61%提高至 2026 年 的 72%,分立器件占比将从 2018 年的 39%降至 28%。

2.2 Wi-Fi 换代带来 Wi-Fi FEM 量价双增,手机端 Wi-Fi 射频前端模组化

Wi-Fi 1-7 发展过程中,频率扩展到 2.4/5/6GHz,OFDM 与 MIMO 技术提升传输速率。1997 年 WLAN 最 初只有 2.4GHz 频段,最大速率为 2Mbps。2003 年,推出了 802.11g 协议和 OFDM 技术,802.11g 是第一个双频 Wi-Fi 协议,同时支持 2.4GHz 和 5GHz。2009 年,802.11n 新增了 MIMO 技术,同时支持了 40MHz 频宽,当使 用 40MHz 带宽和 4*4MIMO 时,速度最高可达 600Mbit/s。2013 年推出 802.11ac(WiFi5)协议和 MU-MIMO 技术。2019 年 Wi-Fi 联盟宣布采纳 Wi-Fi 6 标准,相比于前代标准,通过引入了上行 MU-MIMO、OFDMA 频分 复用、1024-QAM 高阶编码、WPA3 加密等技术,实现 Wi-Fi 更大容量、更低时延、更高频谱效率、更广覆盖 范围以及更高的用户隐私安全性,从而满足更多应用场景需求。Wi-Fi 6E 在 Wi-Fi 6 基础上又增加了 6GHz 频段, 新频段的增加能够增加提供更高的带宽并降低低频段设备对使用者设备的干扰,进一步提高传输速度与稳定性。 新一代 Wi-Fi 7 标准预计 2024 年采纳,将采用 16x16 MU-MIMO,空间流数量是 Wi-Fi 6 的两倍,最高信道宽度 达到 320MHz。

MIMO 与 OFDM 大幅提升传输能力。无线通信设备对高速度、大容量、低时延通信体验的追求推动 Wi-Fi 技术不断向提升传输速度、扩大数据传输量的方向演进迭代。Wi-Fi 传输速度的提升,一方面通过拓展使用更高 频段资源,获得更大带宽,如 Wi-Fi 6E 支持 6GHz 频段;另一方面通过 MU-MIMO 技术,即通过增加发射端和 接收端通道数量,来进一步提高数据传输量和传输速率。MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多输入多输出 技术)是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线,使信号通过发射端与接收端的多个天线传送 和接收,从而改善通信质量。MU-MIMO(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output,多用户多输入多输出)解 决了同一时间只能一台设备同路由器通信的低效率问题,允许同一时间多台设备同时与路由器通信。OFDM 为 一种多载波传输方案,不同的载波在频域上可以重合,同时又不影响接收端恢复每个载波的信息,提高了对频 带的利用率。OFDMA 技术能够支持多个终端同时并行传输,不必再排队等待、拥挤,能够有效提高效率,并 且降低延时。在传输方案的不断迭代下,Wi-Fi 1 到 Wi-Fi 7 理论最大速率由 54Mbps 提升至 46.1Gbps。

随着频率由 2.4GHz 扩展到 5/6GHz,外挂 Wi-Fi FEM 成为现阶段 Wi-Fi 路由器主流方案。早期在 WiFi4 时代中,仅有 2.4GHz 频段,功率放大器(PA)和低噪声放大器(LNA)主要采用 CMOS 工艺设计,直接集成 在 Wi-Fi 的收发芯片电路当中(核心网络芯片),加上 2.4GHz 频段本身的穿透力比较强,不大的信号功率就可 以拥有不错的信号穿透传播性,因此 2.4GHz 频段不需要外置的 PA、LNA 和 FEM 电路。而来到 Wi-Fi 5、Wi-Fi 6 时代,由于高频的 5GHz 信号衰减较高,因此往往外挂 FEM 电路来提高发射的信号增益,保证远距离通信的 效率和距离。因此在 Wi-Fi 5 时代开始的智能手机中,Wi-Fi FEM 逐渐成为智能手机中标配芯片,逐渐成为传统 射频前端芯片厂商的新增市场。而在双频路由器中,人们也发现,不仅 5GHz 信号靠主芯片的 PA\LNA 电路无 法做到大功率了,而且由于芯片尺寸限制,很难同时把 2.4GHz 和 5GHz 的不同放大电路都做进一个芯片里,这 将导致主网络芯片的体积巨大,发热和能耗也难以控制。因此专门外挂一组 FEM 芯片就成为各方案商的主流解 决方案了。

伴随着 Wi-Fi 6 对于发射功率以及线性度性能指标要求更高,路由器 Wi-Fi FEM 单价呈现翻倍式提升。从 Wi-Fi 1 到 W-Fi 6,无线通信都被部署在 5GHz 以下的频段。这个频段因为波长较长,穿透力和覆盖范围都很有 优势,同时也造成了低频段异常拥挤。新一代通信技术通过提高通信频段,获得更大的带宽,从而提升传输速 率和传输容量,但这同时加快了信号的衰减。因此需要在射频链路的发射端提高 PA 性能,获得更高的发射功 率,从而实现更广的传输距离。大容量、高速率的信号传输意味着单位时间内所需处理的信号量大幅增加,必 须使用更高阶的信号调制方式,这对射频前端芯片在对功率放大过程中模拟信号的线性度提出更高的要求。 伴随着多天线 MIMO 的应用(MU-MIMO),单路 MIMO 实际上就需要一组 FEM 来处理这一路无线数 据流的信号,所以单路由器使用的 Wi-Fi FEM 用量也提升显著。单频 2x2 MIMO 很可能采用 2 颗 FEM,而单 频 4x4 MIMO 则一般要 4 颗 FEM 芯片。如九联 UNR030H 符合 Wi-Fi 6 标准,但仅有 2.4GHz 2x2+5GHz 2x2, 拥有立积电子 RTC7676 5G FEM 两颗,RTC7646 2.4G FEM 两颗;但 TP-LINK XTR10890 采用了 2.4G 4x4+5G2 8x8+5G1 或 6G 4x4,则一共采用了 16 颗 FEM。在相同标准下,不同的 MU-MIMO 数以及不同的设计也会导致 FEM 数有所不同。Wi-Fi 7 采用 16x16 MU-MIMO,相较 Wi-Fi 6 一般的 8x8,Wi-Fi 7 的空间流传输能力是 Wi-Fi 6 的 2 倍,所需要的 Wi-Fi FEM 数量也翻了一倍。

Wi-Fi 6/7 渗透将持续提升智能手机 Wi-Fi FEM 市场空间。智能手机中的 Wi-Fi 6 需要同时覆盖 2.4GHz 和 5GHz 频段,且以 2×2MIMO 方式为主,即 2.4GHz 有两路发射和接收,5GHz 有两路发射和接收,且为单链路 连接。5GHz 频段信号衰减快,5GHz FEM 产品基本成为标配,2.4GHz 出于提高发射功率或者线性度需求,2.4GHz FEM 渗透率逐渐提升, 如小米 10、IQOO 9 pro 等均采用了两个 2.4GHz Wi-Fi FEM,分别为 Qorvo QM42391 与 QM45391。未来 Wi-Fi 7 渗透将持续提升智能手机 Wi-Fi FEM 市场空间。

手机端 Wi-Fi PA 从 iPA 集成逐渐转向分立,可提高高频信号增益。智能手机中,Wi-Fi 射频前端发展趋势 与路由器中相同。早期在 Wi-Fi 4 时代中(仅 2.4GHz 频段),功率放大器(PA)和低噪声放大器(LNA)主要 采用 CMOS 工艺设计,直接集成在 Wi-Fi 的收发机芯片电路当中,因此 2.4GHz 频段不需要外置的 PA、LNA 和 FEM 电路。来到 Wi-Fi 5 时代,由于高频的 5GHz 信号衰减较高,因此往往外挂 FEM 电路来提高发射的信号 增益,保证远距离通信的效率。因此在 Wi-Fi 5 时代的智能手机中,Wi-Fi FEM 逐渐成为智能手机中的增量芯片,逐渐成为传统射频前端芯片厂商的新增市场,如苹果从 iphone11 开始便采用 USI 环旭电子 339S00761 Wi-Fi 蓝 牙模块,直到 iphone15 升级为 339S01232。

由于智能手机出货量更大,智能手机的 Wi-Fi FEM 相比于路由器市场空间更大,同时随着手机蜂窝 PA 和 Wi-Fi PA 的设计逐步趋同,基于原有的客户群,传统的移动终端射频前端厂商更容易实现快速渗透。手机蜂窝 PA 和 Wi-Fi PA 在过去的发展中较为独立,但随着技术的演进、协议的相互借鉴、系统的相互融合、产业链的 逐步发展,手机蜂窝 PA 和 Wi-Fi PA 的设计也在逐步趋同。Wi-Fi 系统是典型的 TDD 架构,收发通路在不同时 间维度上切换,完成信号的收与发。手机蜂窝早期是 FDD 架构,即收发通路在同一时刻都工作,但在频率维度 上区分。在 4G 时代到来后,为了更有效地解决手机上下行能力需求不对称的问题,蜂窝网络引入 TDD-LTE 结 构,与 FDD-LTE 共同构成 4G 手机蜂窝系统。到了 5G 之后,TDD 结构在手机蜂窝继续发扬光大,5G 的新频 段,如 n77/78/79 等,均直接采用 TDD 结构。由于均为 TDD 系统,Wi-Fi 与 5G 前端模组架构也逐渐趋同。另 外,Wi-Fi 通信能力的提升也要求 Wi-Fi PA 有更高的输出功率。虽然 Wi-Fi 并不需要向蜂窝网络一样传输数公 里的距离,但高功率的 PA 有助于采用更高调制的信号,从而提升传输速率。在目前外置 Wi-Fi PA 模组中,PA 的功率能力与手机蜂窝 PA 能力基本相当。对 PA 的性能、功率、线性度需求的相同,也使得二者的供应链逐渐 趋同,因而 PA 模组供应商也纷纷加入到 Wi-Fi PA 模组的设计中。

2.3 美系日系仍居龙头地位,国产厂商在高端产品持续突破

射频前端设计高度依赖设计工程师经验,全球市场仍为美系日系厂商主导。射频前端芯片属于模拟芯片, 与数字芯片相比,模拟芯片设计具有学习曲线长、辅助工具有限、高度依赖设计人员经验与能力等特点。数字 芯片的设计过程中,侧重于逻辑性,在软件工具的辅助下,能够较为准确地仿真出芯片的性能与计算能力,而 模拟芯片则相对较复杂,一方面是温度、噪声、干扰等外部参数变化对其性能指标的影响难以纯粹通过计算机 辅助工具来实现完整的、精确的仿真;另一方面,芯片制造及封装是由一系列的物理、化学、热处理等复杂工 艺结合而成,每道工序的误差都可能导致单个晶体管实际物理参数与理论模型之间产生误差,难以精确衡量、 预测及控制。因此,射频前端芯片的设计高度依赖设计工程师的知识、经验与能力,培养一名优秀的射频前端 芯片设计工程师,往往需要 8-10 年甚至更长的时间。美国、日本等国家或地区在集成电路领域起步较早,在人 才、技术、资本等各个方面积累丰富。深厚的企业沉淀促使美系和日系射频前端企业在市场中占据了主导地位。 2019 年 5G 正式商用,Qorvo、Skyworks、Broadcom 等领先企业在 5G 首先商用的中高端机型中共同占据先发优 势,其凭借深厚的技术积累、前沿技术的定义、对通信技术迭代的系统性把握,以及与头部客户之间的紧密合 作关系,引领全球射频前端市场 5G 领域的发展,并延续着一贯的市场主导地位。根据 Yole 数据,2020 年全球 射频前端市场 CR5 高达 84%,其中 Skyworks 占比 21%,村田占比 17%,高通占比 16%,Qorvo 占比 16%,博 通占比 15%。手机端射频前端模组也呈现出相同的趋势。

IDM 大厂优势明显,国内公司产业链参与度正进一步提升。射频前端行业目前主要包括 IDM 和 Fabless 两 种商业模式。采用 IDM 模式的企业独立完成芯片设计、晶圆制造、封测的所有环节,建立了完整的生态链和森 严的技术壁垒,在资源内部整合、全产业链品质管控等方面具备优势,主要包括 Broadcom、Skyworks、Qorvo、 Murata 等传统大厂,均在不同板块拥有 IDM 能力,长期垄断市场并主导技术的发展。随着晶圆制造厂商、封装 厂商的生产工艺日益成熟,各家 IC 设计企业在晶圆制造、封装外包环节的差异较小;但在测试环节,产品设计 差异导致各测试方案有不同侧重,差异较为明显。国内厂商主要以 Fabless 为主,上游晶圆制造厂商包括稳懋、 格罗方德、宏捷、台积电等,封装测试厂商包括长电科技、甬矽电子、苏州日月新等。Fabless 模式合作的测试 厂商一般采用通用性的测试设备和测试技术,根据提供的测试方案和要求进行产品测试。然而,随着射频前端 产品集成度不断提高、复杂度不断提升,导致测试难度和测试工作量都迅速增大,原有基于通用的测试方式越 来越难以满足需求。因此,与 IDM 模式的国际厂商相比,国内公司的产业链参与度需进一步提升。目前国内公 司中,唯捷创芯、卓胜微等正逐步推进自建产线。唯捷创芯上市募集资金的投向之一为集成电路生产测试项目, 项目实施主体为唯捷精测,截止 2022 年末,唯捷精测现有产能能够满足目前对产品自主测试需求,但测试工序 既有自主测试也有委外测试。卓胜微 2022 年顺利实施芯卓半导体产业化项目建设,完成向 Fab-Lite 模式的转变, 目前自建的滤波器产线稳定有序规模量产自有品牌 MAX-SAW,是本土率先量产高端 SAW 滤波器的厂家。

国内厂商研发投入占比总体高于国际厂商,高端产品持续突破,市场份额持续提升。近年国内厂商不断追 赶,研发费用率保持在高位,多年总体高于国际厂商,2022 年慧智微、艾为电子、唯捷创芯研发费用率均高于 Skyworks、Qorvo、立积电子等国际大厂。高研发投入下国内厂商在高端化、模组化方面不断进展,卓胜微集成 自产滤波器的 DiFEM、L-DiFEM 已于 2023Q2 在客户端逐步放量,L-FEMiD 已向客户送样,其 MAX-SAW 滤 波器在 Sub-3GHz 以下应用性能可达到 BAW 和 FBAR 的水平;昂瑞微电子从 2G CMOS PA 扩展至 Phase5N MMMB PA、Sub-6G L-PAMiF 模组以及难度最大的 L-PAMiD 模组;慧智微凭借 Sub-6G 双频 L-PAMiF 实现了 对 OPPO 5G 手机的出货,同时 5G 低中高频 L-PAMiD 已小批量出货,处于客户推广阶段;康希通信正在研发 高端手机 Wi-Fi 6/7 FEM,预计 2023 年年底有小批量出货;南京升新高科技已推出世界首颗 Phase8 方案的 L-PAMiD。随着高端产品的持续突破,高端产品不断导入客户,国内厂商市场份额将持续提升。

第三章 射频前端模组产品接力出货,接收端与 Wi-Fi 产品助力公司 成为平台化厂商,Phase8 公司节奏同步国际厂商

3.1 唯捷创芯高集成度模组化产品接力推出,性能比肩国际水平

唯捷创芯 PA 模组产品结构中包括低中高集成度模组,经过通信技术的发展和多年的研发投入和产品迭代, 公司 PA 模组的集成度不断提高,目前以 4G/5G MMMB PA 和 TxM 中集成度的 PA 模组产品为主,高集成度 模组化产品 L-PAMiF、L-PAMiD 等产品收入贡献加速增长。 唯捷创芯高集成度模组化产品接力推出。高集成度模组化产品中,L-PAMiF 分为单频与双频,单频支持 5G NR n77 频段,双频支持 5G NR n77 与 n79 频段,双频在和 5G Wi-Fi 共存上有优势,单双频均支持高通和 MTK 手机平台;单双频均采用 SIP 封装,其中 PA、LNA、射频开关等芯片均为自主研发,单频 L-PAMiF 已于 2021H1 实现销售,双频已于 2021H1 进入量产,截止 2023H1 单频第一、二、三代与双频第一、二代产品均已实现量产, 其中单双频 L-PAMiF 均已有低压产品出货,将简化客户电源管理方案,在相同的目标线性功率下,实现了业内 更低的电流需求,降低了智能手机运行功耗,提升公司 L-PAMiF 产品竞争力。L-PAMiD 分为低频与中、高频, 低频支持 2G 以及 3-5G 多个低频频段,主要应用于国内手机市场;中高频支持 3-5G 中高频频段,同时在 n41 频段支持 PC2 功率等级。低中高频 4G L-PAMiD 于 2022H1 小批量出货,截至 2023Q3 已实现大批量出货,第 二代产品正在工程送样阶段,成为国内率先实现向头部品牌客户批量销售该产品的企业。

唯捷创芯 PA 性能比肩国际水平。衡量 PA 模组性能的关键指标包括功率、线性度、效率等。其中功率越高, 说明信号强度越大,信号传输距离越远。线性度反应信号输出的失真程度;信号中的幅度与相位均带有信息, 对信号进行放大时必须进行线性放大才能使幅度信息不失真的进行传递;线性度数值越小,说明信号失真成都 越低。PA 的本质是把直流能量转化为大功率的射频信号,PA 的效率反应了转换能力的大小,功率转换效率的 定义为输出功率与消耗直流之比,因而效率数值越高,性能越优异。PA 效率与线性度是一对折中,在设计中会不断的对这两个指标进行优化或者取舍。唯捷创芯 4G MMMB PA 中频 1880MHz VC7643-62 产品在线性度与效 率上均优于来自 Skyworks 的同类产品 SKY77643-81,同时最大输出功率相同;低频与高频产品相较 Skyworks 同类产品互有优势。

3.2 接收端与 Wi-Fi 产品加速推出,助力公司成为射频前端平台化厂商

低压版 L-PAMiF 带动接收端模组产品 L-FEM 出货,新产品补齐接收端产品线。接收端产品主要有 LNA Bank,L-FEM,DiFEM,DRx,公司销售的接收端模组产品包括 LNA Bank、L-FEM 及开关等产品,其中 LNA Bank 通过设计优化完成了迭代更新,第三代产品已正式量产出货,第四代产品也在研发设计中。L-FEM 的成熟 产品处于大规模量产阶段,新一代产品已在研发验证中;作为可与低压版 L-PAMiF 模组搭配使用的接收端产品, 其将在发射端产品的带动下,开发新营收增长点,提升市场份额。公司接收端模组的新产品 DRx 与 DiFEM 模 组的研发、验证和推广,正按计划进行,预计将在年末正式推出。公司目前能够满足客户对射频前端产品齐套 供应的需求,随着新产品 DRx 与 DiFEM 模组对接收端产品线的补充,公司将能够进一步为中低端机型和高端 机型提供多样化的全套产品解决方案。

唯捷创芯 Wi-Fi 产品性能达到业界较高水平,助力公司成为射频前端平台化厂商。公司 Wi-Fi 射频前端模 组集成了射频功率放大器、LNA、开关以及控制芯片,以导线键合方式集成为模组,可以同时实现电压和功率 检测功能。公司 Wi-Fi 6 产品工作频率在 2.4GHz 和 5GHz,Wi-Fi 6E 产品工作频率在 6GHz 以上,其中第三代 Wi-Fi 6 产品已于 2022Q4 量产,Wi-Fi-6E 产品同样也于 2022Q4 量产。Wi-Fi-7 产品工作频率在 2.4GHz、5GHz 与 6GHz,支持 Wi-Fi 7 标准的第一代产品线性功率达到业界较高水准,已实现量产;第二代产品性能进一步提 升,已经完成内部验证,正在给客户送样和平台认证,预计 2023 年 Q4 量产;第三代非线性大功率 Wi-Fi 7 射 频前端模组会进一步丰富产品类型,做非线性高效率 FEM,并结合 DPD 满足 Wi-Fi 7 线性度的要求,目前正在 工程验证阶段,预计 2024 年 Q1 量产。根据 acwifi 拆机数据,目前唯捷创芯 Wi-Fi 产品 VC5333 为 2.4G FEM, 应用在 TP XDR6088、华为 AX6 等路由器上;VC5755 为 5G FEM,主要应用在华为 AX6、AX3 Pro 上。

3.3 Phase8 国内厂商深入参与,公司研发节奏同步国际厂商

Phase8 国内厂商参与逐渐深入,唯捷创芯 Phase8 研发进度与国际厂商基本同步。Phase 系列射频前端方案 经历 10 多年,这 10 多年里国产厂商所处的位置分为三个阶段:2019 年之前为跟随替代阶段;2019 年 5G 商用 后为并行开发阶段,国产厂商与国际厂商同步推出高集成度模组;目前在 5G 最新的 Phase8L 方案定义中,国内 厂商开始参与到方案的定义讨论中来,并且参与逐渐深入。目前国内已有公司推出世界首颗 Phase8 方案的 L-PAMiD,但 Phase8 方案还处于产品定义和架构设计阶段,预计 2025 年才能迎来真正的商用化。相较于现有 的 Phase7LE 产品,预计新方案除了将在产品面积、性能等方面进行优化和提升,还将支持更多新的频段和功能, 例如卫星通信等。基于公司已经大规模量产销售 Phase7LE 的模组产品,积累了相关技术,模组化能力得到广泛 认可,公司正与平台厂商和终端品牌客户展开合作,参与到 Phase8 方案的产品定义中,目前公司与国际厂商在 这代产品上的研发进展基本同步。


(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。)

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