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从高通射频崛起想到的

2020-07-30
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提到高通,大家都熟悉的是他们在手机SoC上面的实力。诚然,凭借他们在通信方面多年的积累,这家美国芯片公司已经成为了行业当之无愧的巨头。但其实在我们熟知的高通于AP和BP方面的积累之外,他们在芯片的多个领域已经建立了夯实的地位。

最近,他们甚至表示,将在今年年底成为行业的龙头。

高通高级副总裁兼总经理Christian Block表示,到今年年底,高通预计将在RFFE市场占据头把交椅,并且明年还将有更多的增长机会,高通的目标是到2022年底占领射频前端(RFFE)市场超过20%的份额。对于美国巨头来说,能做到这点也许并不会太难。

据Counterpoint统计的2019年全球手机芯片市占率报告显示,高通在2019年以33.4%的市占率勇夺第一。换而言之,如果他们能够说服使用他们SoC的手机厂商试用其RFFE,这样带来的市场份额是绝对可观的。而实际上,这也是高通一直在推动的过程。

而其实回顾高通过去的发展,这是他们一直在践行的方式。

开拓射频的新市场


高通在射频领域并不是一个新兵,资料显示,高通做射频最早可以追溯到2011年前后,当时他们从业内挖了一些专家,开始研究CMOS PA,在此之后他们也走了不少弯路。而在进入最近几年增长后劲不足,收购NXP又被否之后,高通迫不及待地把射频业务的新“故事”讲给了他们的投资者并推销给其客户。

而从数据上看,高通这几年在射频领域的发展属实不错,今年第二季度,高通公司的RFFE(射频前端)业务连续和逐年增长,收入增长了50%以上。

在射频前端领域,目前市场格局相对稳定,主要由博通、Skyworks、Qorvo和Murata等少数巨头主导。而依赖于高通本身在手机SoC方面的领导力,高通有可能在5G时代挑战这一竞争格局。高通方面也认为,与博通、Skyworks和Qorvo等同行相比,他们的这些产品具有差异化的竞争力。而在当下5G时代大爆发的今天,高通的这个计划更加有戏。

因为频宽和速度的增加等原因,5G为设备OEM带来了更高的复杂性。相关统计显示与4G相比,5G设备内所需的RF频段配置总数预计将增长大约10倍,尤其是考虑载波聚合时。该数字从今天的约1,000种组合猛增到全球早期部署的5G的10,000多种。下图可以看出射频的占板面积。


一份来自ABI Research基于最近对5G智能手机的拆解分析,与高通的观点一致。该公司发现,频段组合以及其他5G考虑因素,使智能手机OEM面临着越来越高的复杂性,尤其是与RFFE相关的组件。ABI表示,RFFE的内容正在转向全级别的集成调制解调器-RF设计,随着5G的采用变得越来越广泛,该公司将RFFE视为成功的关键。

“向5G过渡需要从调制解调器到天线,将整个5G蜂窝系统设计集成到OEM设备中,以解决端到端性能的各个方面。这种复杂性水平包括新5G调制解调器和RFFE组件,功能和特性的集成和部署,从而导致移动设备设计的重大变化。” ABI Research写道。

Block也认为,复杂的性质是高通公司认为推动RFFE市场增长的部分原因,其端到端功能使其“在RF前端领域处于领先地位”。高通拥有PAMiD,MMPA,滤波器,功率跟踪器,毫米波天线以及调制解调器和收发器模块全方位的产品。乘着5G的雄风,高通射频正在扶摇直上。能达成这个成就,除了本身的研发和迅速纠错外,收购也在当中扮演了重要角色。

在决定切入射频之后,高通后来收购了一家名为Black Sand的公司,因为他们认为其提供的CMOS PA是时代的发展趋势。但随后几年的发展证明,在LTE时代,CMOS PA似乎并不能满足其需求。一方面是LTE的频率相对较高,另一方面是LTE对PA线性度要求较高,尤其是后者,这就使得产业最后还是回归到了砷化镓PA,高通也不例外。

他们从2015年左右开始转向砷化镓PA。在此期间,为了打造更好的射频前端模组,高通除了继续拓展自身射频产品线外,也开始和TDK旗下的EPCOS合作。

2016年1月高通和TDK宣布了一项协议,组建了一家合资企业RF360 Holdings Singapore PTE,计划使交付射频前端(RFFE)模块和射频滤波器完全集成系统为移动设备和快速增长的业务部门,比如物联网(物联网)、无人机、机器人、汽车应用。该合资企业将利用TDK在微声射频滤波、封装和模块集成技术方面的能力,以及高通在先进无线技术方面的专长,为客户提供全面集成系统的前沿射频解决方案。

据统计,到2020 年,RFFE的商机价值为180亿美元,而滤波器是这一商机的关键驱动力。当前将存放在RF360 Holdings中的滤波器资产在该行业中名列前三名。

2019年9月,高通公司通过完成对RF360 Holdings Singapore Pte的剩余权益的收购,宣布了其5G战略和领导地位的重要里程碑。此次收购是高通正式引入超过20年RFFE过滤专业知识的最后一步。通过此次收购,高通技术公司能够为客户提供从调制解调器到天线的完整端到端解决方案,包括全球首个商用5G NR sub-6和mmWave解决方案,集成功率放大器、滤波器、多路复用器、天线调谐、LNAs、交换和包络跟踪产品。

但我们必须要说一下的是,高通虽然已经完成了射频的基本面构建,但滤波器依然是他们的短板。尤其是跨入5G时代,让BAW和FBAR滤波器成为需求,但突破艰难的高通又推出了一项全新的面向5G/4G移动终端的ultraSAW射频滤波器技术与竞争对手竞争。

按照高通的目标,到2022年做到射频前端行业老大的地位,作为一个占有近五成左右手机SoC份额的供应商,高通正在推动手机制造厂商购买其射频芯片与基带芯片(或SoC芯片)组成的全套解决方案,而不是从其他供应商那里单独选择射频前端芯片进行集成。

如果此举大行其道,那么对独立的射频供应商来说,其冲击可谓是显而易见的!而其实在射频之前,高通还通过这种方式巩固了GPU、蓝牙和WiFi的地位!

高通集成的辉煌战绩


通常而言,一个手机芯片(SoC,System on Chip)主要由两个核心部分组成,分别是应用处理器芯片AP(Application Processor)和基带芯片BP(Baseband Processor)。AP是基于ARM的CPU,它通常负责执行和运作OS和一些特定的设置和载入开机预设;BP(基带)主要作用是发送和接受各种数据,即和通信息息相关。

高通最初从AP开始做起,诚然,凭借多年在通信技术的积累,在手机AP领域,高通是当之无愧的霸主。据Statista的研究,高通占据近一半手机AP的市场份额,如下图所示。

2014年至2019年全球领先的智能手机应用处理器(AP)供应商的全球市场收入份额

而回顾基带芯片的发展史,高通也一直在基带芯片领域保持领先优势。据Strategy Analytics4月16日最新发布的基带市场研究报告显示,高通、海思、英特尔、联发科和三星LSI在2019年占据了全球蜂窝基带处理器市场前五名的收益份额。高通以41%的收益份额领先,其次是海思 16%,英特尔占14%。

图源:Strategy Analytics

然而,高通在手机SoC领域的实力离不开其对GPU的布局,移动GPU是SoC芯片的一部分,与ARM架构的通用处理器CPU)一起构成SoC芯片体现应用性能的两个重要部分。

高通的GPU业务可以追溯到2004年,2004年,高通与加拿大图形芯片设计公司ATI Technologies达成合作计划,决定把该公司的3D图形技术集成到高通的下一代芯片中去。之后,高通引进ATI的Imageon图形平台,并将Imageon技术集成到Qualcomm的7000系列移动站点调制解调器手机芯片中。

就这样,高通与ATI展开了数年的手机芯片合作,直到2006年,ATI被AMD收购。后来,到2009年,高通以6500万美元现金收购了AMD的移动设备资产,取得了AMD的矢量绘图与3D绘图技术、相关知识产权,不用再向AMD缴纳技术授权费用。

高通收购了AMD一部分图形技术之后,独立发展出了一种全新的GPU品牌体系——Adreno。高通的Adreno产品大部分集成在高通自家的芯片组中,其他公司的产品中应用并不广泛。在当时,高通还另外提供CPU和3G通讯解决方案,因此它的SoC芯片整合度非常高,可以为手机和平板电脑等移动设备提供出色的处理及显示性能。

Adreno GPU此后不断开花结果,至今已经发布数十款产品,在移动设备中应用比较广泛。它作为骁龙异构计算的关键组件,帮助支持处理密集型GPGPU计算任务,助力高通成为手机GPU中的巨头。

今年7月份,高通就发布了带有GPU的Snapdragon 865 Plus,Snapdragon 865 Plus为下一代5G智能手机提供了更高的性能。其CPU Prime核心的速度提高了10%,而Adreno 650 GPU上的图形渲染也比上一代快了10%。此外,Snapdragon 865 Plus还具有高通公司新的FastConnect 6900移动连接系统,系统可用于Wi-Fi和蓝牙,速度最高可达到3.6 Gbps

但其实除了手机SoC以外,高通在WiFi和蓝牙这些无线芯片上也有很强的影响力。高通公司几年来在Wi-Fi领域取得了飞跃发展,自2015年起,高通已经出货超过40亿颗Wi-Fi芯片,这也是2018年初博通试图收购该公司的主要原因之一。网络跟踪公司ABI Research表示,自2015年第一季度到2017年底,博通在Wi-Fi中的市场份额已从37%降至27%。在同一时期,高通从24%增长到28%,取代了第一名。

而高通在wifi上的实力离不开这些年的买买买。

高通是从2004年开始布局WiFi,时隔一年,高通便推出了其首款MIMO芯片,也是2005年,高通收购了位于硅谷的芯片设计公司Berkana Wireless。资料显示,Berkana是无线行业的互补金属氧化物半导体(CMOS)射频集成电路(RFIC)的提供商,此举增强了高通在无线射频方面的实力。

2006年,高通收购了WLAN技术提供商Airgo Networks。资料显示,这家成立于2001年的公司专门从事多输入多输出(MIMO)无线技术的开发,他们在2003年更是交付了全球首个MIMO-OFDM芯片组。通过这单交易,让高通拥有了能把无线WAN和无线LAN功能集成到一个产品的能力,为用户提供无缝连接体验。

另外,需要一并提及的是,2006年,高通还收购了一家RFMD的蓝牙资产,加强蓝牙方面的布局。

2011年,高通又花费31亿美元的价格收购了由斯坦福大学工程学院院长约翰·轩尼诗和孟怀萦教授在1998年创立的WiFi芯片公司Atheros(创锐迅)。他们是最早开发出 802.11a 芯片的三家公司之一(其他两家是思科Intersil)。通过这次收购和互补的产品,高通将处于实现成功移动战略的优势地位。当时的高通已经在其基带处理器中搭载创锐讯的芯片,并已开发允许在蜂窝网和Wi-Fi热点间切换通话的平台。

2012年,高通又收购了一家名为Ubicom的美国公司。这家成立于1996年的企业面向数字家庭中的实时交互应用和多媒体开发通信和媒体处理器(CMP)和软件平台,而Wi-Fi的相关产品是Ubicom的关键应用市场,这就让公司与Atheros建立了共生关系。相信这也是促进高通收购这个企业的原因之一。高通在这年也推出了首批WiFi 5产品。

2014年,高通收购了专注于无线通讯技术与芯片制造的以色列初创公司 Wilocity。资料显示,该公司的主营业务是开发60GHz的无线通讯芯片。其技术和产品可以让移动设备、消费类电子产品以及计算机周边设备的无线通讯速度得到大幅度提升。按照高通的观点,之所以他们会发起这单收购,是因为看到了虽然802.11ac可实现Gigabit Wi-Fi 网路卸载行动流量,但60GHz技术带来了Gigabit (Gb)级的速度,能显著提高了容量和功效,以因应下一代多媒体应用所带来的挑战。同年,高通推出了首个四路MU-MIMO网络解决方案。

2015年,高通再度出击,斥资24亿美元收购了专注于无线电、蓝牙、音频处理与定位产品的英国芯片公司CSR。时任高通首席执行官的史蒂夫·莫伦科夫表示:“CSR 在连接、音频技术和SoC方面的互补性优势将有助于加强高通在万物互联和汽车行业的地位,同时为广泛且极其先进的产品组合提供补充”。高通的首个2*2MU-MIMO平台也是在这一年首次亮相。

收购之后的高通,羽翼颇丰,再配以自家的自研功底,早在2010年的时候,高通的WiFi芯片出货量已经超过了五亿颗。2011年,高通更上一层楼,首次将其自研的WiF芯片搭配骁龙平台出货,打造了“高通手机处理器+高通WiFi”这对绝配。自2015年起,高通达到了出货50亿颗的高度。

如今Wifi 6时代的来临,高通也秀出了多款肌肉,如首个面向移动终端的Wi-Fi 6解决方案、首个8x8 Wi-Fi 6网络解决方案和首款面向汽车的Wi-Fi 6 SoC等产品。

结语


从高通的技术演进我们可以看到,一个芯片厂商如果能拥有一个强大且市占率高的平台,开拓一些系列的周边芯片产品,并将其集成到其平台中,为公司带来更多的收入,是轻而易举的事情。这也是一件无可厚非的事情。MTK和紫光展锐也都在走这样的一条路。但我们也看到,这需要过硬的技术作为支撑。

对于那些周边芯片供应商来说,如何发展巩固自己的实力,避免被抛弃,也是一个需要重视的问题。例如高通在过去多年曾大力发展超声波屏下指纹技术,想赢者通吃,但因为他们的技术在与汇顶的屏下光学指纹相比差距明显,这就使得他们在这方面吃了败仗。

但如果想成为汇顶,就需要过硬的技术。


*免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。


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