一朝入射頻，從此工藝定命運。
無線的世界，無限的世界，射頻PA因無線電而生，生活因無線通信而精彩。
行業文章和討論紛紛，GaN（氮化鎵）來了，SOI和SiGe射頻前端芯片應用越來越多了， GaAs（砷化鎵）還有未來嗎？應邀請，與法國Yole進行了探討和交流，數據分析和未來預測，寫此文章，拋磚引玉，歡迎交流指正。
數字芯片是基於CMOS工藝選擇製程，並非製程越先進越好，取決於芯片的定位和應用。目前射頻PA的主流工藝是GaAs，主流之外還有CMOS、SOI和SiGe工藝應用於射頻PA。
國內射頻PA公司選擇什麼工藝，面對的就是什麼樣的路。選擇GaAs工藝，就是艱辛之路，你追我趕，很難拉開差距。選擇其他工藝，就是風險之路，要麼成功要麼失敗。
因工藝選擇失敗的射頻PA公司
正如德魯克所言，企業只有兩項基本職能：創新和營銷 。國外芯片公司熱衷創新，中國芯片公司熱衷營銷。常常聽到一句話，沒有賣不出去的產品，只有不會做銷售的人。
GaAs PA有了Avago、RFMD（Qorvo）、Skyworks之後，國外多家初創公司選擇的都是致力於用CMOS PA替代GaAs PA這條路。只有創新，才有價值。
2009年Skyworks收購Axiom Microdevices，當時AXIOM已經在2G手機上實現了千萬級的CMOS PA出貨量。
2013年4月， Avago Technologies 完成對Javelin Semiconductor的收購。RFMD收購CMOS PA初創公司Amalfi。
2014年6月，美國高通（Qualcomm）宣佈收購BlackSand。成立於2005年的BlackSand發佈了全球首款3G CMOS PA，並將效率做到39%，使得CMOS替代GaAs成為現實。其BST34系列功率放大器被設計為現有3G GaAs射頻功率放大器的替代產品，而且實現了完全的功能及管腳兼容。由GaAs轉換到CMOS，能夠從改善的供應鏈和更低的成本中獲益。
同年，高通RF360射頻前端解決方案正式獲中興旗艦級手機Grand S II LTE採用，當時給市場一種感覺，未來CMOS PA將在LTE及LTE-A載波聚合(CA)技術的移動終端市場應用中大行其道，顛覆射頻前端產業版圖。
結果呢？2017年，美國高通（Qualcomm）推出一系列全面性的射頻前端（RFFE）解決方案，包括首度推出砷化鎵（GaAs）多模功率放大器（MMPA）模塊。宣告高通CMOS PA之路徹底失敗。
2016年5月，Skyworks宣佈收購RFaxis。創辦於2008年的RFaxis，立志成為新一代無線射頻芯片的先鋒。網上可以查到其高管的之前相關言論：“從2007年iPhone問世至今，大家都在討論如何讓RF簡單化。傳統的無線芯片一直採用的是砷化鎵（GaAs），這導致成本高、產能低。硅是上帝送給人類的禮物，整個芯片業幾乎都拿到這份禮物，無線通信領域應該儘快得到這份禮物。就像物聯網是‘自然進化’的必然結果一樣，雖然砷化鎵是美國政府花了幾十億美元（用於國防）研製出來的，但是隨著人們掌握更多如何應用硅的技術，‘GaAs之死’是必然的。”
GaAs沒死，那些做CMOS PA的國外初創公司卻都已消失，但創新的精神不會消失，芯片行業需要創新。國外CMOS PA初創公司失敗在哪裡呢？因為無線通信技術的車輪是滾滾向前的，對射頻PA技術指標要求越來越高，設計要彌補工藝的不足是很難的，工藝要彌補設計的不足相對要容易很多。
因工藝選擇成功的射頻PA公司
國內射頻PA公司集中在兩個賽道：手機射頻PA和WIFI射頻PA。這兩個賽道上都有不少於10家射頻PA設計公司。因為誰都沒有成功，誰都有機會。因此，射頻芯片投資，看起來更像一場賭局。
收購或者併購國內芯片創業公司，鮮有發生，等待的要麼是成功要麼是失敗，沒有收購這個中間選項。為何？因為絕大多數國內芯片創業公司沒有創新，沒有差異化，走的是重複之路。
國內射頻PA公司，有兩家選擇了工藝差異化路線。一家是漢天下，另一家是慧智微。漢天下走的是國外公司走過的路，慧智微走的是國外公司沒有走過的無人區。
漢天下的成功在於2G PA，2G PA的成功在於選擇CMOS工藝。儘管手機已經從2G到3G，再到4G，現在進入5G時代。這幾年2G PA的市場需求始終保持在80KKpcs/M左右。漢天下通過CMOS 2G PA在性能上可以媲美GaAs PA，在成本上可以輾壓2G GaAs PA，一舉取得60%以上的市場份額。2016年漢天下也因2G CMOS PA曾獲得“第十屆（2015年度）中國半導體創新產品和技術項目獎。
再談國內射頻PA技術，避不開慧智微，一位射頻PA公司創始人曾跟我說，國內射頻PA競爭過度，長遠來看慧智微會有優勢。他是砷化鎵射頻領域的資深專家，又是友商，此言一出，我頗為驚訝。有言道，外行看熱鬧，內行看門道。市場的人看市場，技術的人看技術，我是產品人，喜歡從產品的角度來看技術和工藝。
基於SOI的RF性能特性和成本介於CMOS和GaAs之間，慧智微創新4G PA架構，一二級採用SOI，第三級放大采用GaAs，相比於三級放大都採用GaAs工藝的4G PA來說，成本上會有優勢。但搞新東西，一是冒風險，二是需要持續的高強度研發投入。走這條路線，比跟隨Skyworks的其他國內射頻PA廠商要付出更多，沒有學習和模仿的對象，全靠自己摸爬滾打和堅持。一旦產品成功，就會建立技術壁壘。
創業之後才知創業的苦，創新之後才知創新的難。創業走別人同樣的路是很難有機會的，要想成功，唯有創新。三伍微選擇走pHEMT工藝路線，很多人不解，也不看好。ESD就是第一個攔路虎，SKY用pHEMT做的開關ESD只有120V，三伍微做到了1000V，以至於閎康測試完ESD，看到結果都懷疑是測試錯了。因為不相信，海外客戶拿到三伍微開關樣品又重新做ESD測試。在pHEMT上做LDO和控制電路，難度不小，一遍一遍的研發測試，技術攻關，就是為了走出一條特色之路。每個工藝有每個工藝的優勢，取其長處，避其短處，目的是為了尋找市場機會，定義出高度契合工藝和技術的產品。
GaAs工藝還有沒有未來
砷化鎵（GaAs）分為三類：HBT、pHEMT、MESFET。頻譜範圍：1GHz到100GHz，滿足低頻到高頻應用。射頻前端芯片產品中，射頻PA採用HBT工藝，RF switch和LNA採用pHEMT工藝。
RF switch和LNA已轉向SOI工藝，這是大勢所趨。據悉，SONY關閉了pHEMT工藝線。SiGe搶食了一部分GaAs HBT份額，而且有擴大趨勢。CMOS已經搶走了低頻GaAs HBT市場。隨著5G的到來，Qorvo 預測，8GHz以下砷化鎵仍是主流，8GHz以上氮化鎵替代趨勢明顯。氮化鎵（GaN）作為一種寬禁帶半導體，因具有高功率密度、能耗低、適合高頻率、支持更寬帶寬等特點，國際射頻PA巨頭已經在GaN上投入了鉅額資金研究。
GaAs HBT工藝基於其穩定性與不錯的性價比，未來將維持一定比重。作為射頻PA的主流工藝，其研發工作仍在不斷的進行中，必將拓展GaAs HBT的應用空間。GaAs pHEMT也是很好的工藝，如果能持續加以開發和利用，也會有不錯的市場前景。
根據全球砷化鎵6寸晶圓消耗數量和預測，法國調研機構Yole做了一個初步的統計和分類，由於疫情影響，2020年全球手機出貨量會下滑，下面的數據會進一步更新。
Yole預測，從2019 年到2025年，GaAs wafer 6"消耗量將保持4%的複合年增長率，晶圓需求量從74.4萬片/年增加到94.1萬片/年。
其中，手機PA對砷化鎵晶圓需求量是最大的，佔57%，預測2020年晶圓消耗量為45.9萬片（會下修數據）。手機PA之外，手機WIFI PA和路由器WIFI PA消耗砷化鎵晶圓的數量佔比為26.5%，預測2020年晶圓消耗量為21.2萬片（會下修數據）。
雖然隨著物聯網的到來，例如LTE Cat.1對GaAs PA的需求增加，但整體來看，集成CMOS PA的WIFI、藍牙、NB-IoT、Lora等主芯片應用是趨勢，GaAs晶圓消耗是負增長，預測複合年增長率為-7%。
根據預測，基站對GaAs PA和GaAs射頻前端芯片的需求也有7%的年增長率，從2019年的3.4萬片增長到2025的5.2萬片。
出乎意外的是，Yole預測汽車雷達幾乎將拋棄GaAs工藝，從2018年的6900片減少到2025年的800片。
根據一家有代表性晶圓廠的數據統計，WIFI PA對砷化鎵晶圓的需求並不小，數據改變我們以往的認知，WIFI PA市場其實不是小眾市場。
2018年的時候，該晶圓廠的WIFI PA佔比為25-30%，比手機PA只少10個百分比。手機上採用的是砷化鎵WIFI PA，蘋果、三星和華為等品牌都是。路由器上採用的更是砷化鎵WIFI PA。
2019年，路由器主芯片開始集成5.8G PA，WIFI PA需求減少。手機上，除了蘋果繼續採用Murata的砷化鎵WIFI PA，其他手機廠商已經轉向SiGe工藝的WIFI FEM，因此2019年前兩季度WIFI PA所需的砷化鎵晶圓下降。隨著WIFI6的到來，砷化鎵WIFI PA的需求大幅增加，對應的砷化鎵晶圓消耗量在2019年Q3季度又佔到20-25%，比手機PA少了15個百分比，手機PA佔比為35-40%。
結語
選擇決定命運，環境造就人生。在射頻的世界裡，工藝是我們要面對的選擇。國外射頻PA巨頭可以有不同的團隊做不同的工藝方向，並駕齊驅；國內射頻PA創業公司，團隊有限，資金有限，只能朝著一個工藝前進，工藝選擇決定射頻PA公司命運。
我看好每一個工藝，每一個工藝都有自己適合的產品和市場。不要奢望每一個工藝都能快速成為未來市場的主流，未來在我們的未知世界裡。大夢想引領小夢想，小夢想助就大夢想。晶圓廠是大夢想，射頻芯片設計公司是小夢想，只要晶圓廠堅定方向，就會有芯片設計公司跟隨；只要有工藝的土壤，設計的種子就會生長。美好的世界，在彼此之間成就。
鍾林，晉江三伍微電子有限公司
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