5G快速推進對手機行業創新與升級的影響分析

2019-07-25     未來智庫

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報告摘要:

5G 推進步伐逐漸加快,帶來新的換機潮。

5G網絡作為第五代移動通信網絡,其峰值理論傳輸速度可達每秒數十Gb,這比4G網絡的傳輸速度快了數百倍。Strategy Analytics 預測5G 智慧型手機出貨量將從2019 年的200萬增加到2025 年的15 億,年復合增長率為201%。目前,已有多家手機廠商跟進5G 步伐,發布了5G 手機時間計劃。7 月23 日OPPO官方宣布Reno 5G 版正式獲得中國5G 終端電信設備進網許可證,Reno 5G 版目前已三證在手,具備了5G手機商用的能力。此前,華為6 月26日官方宣布華為Mate 20 X 獲得中國首張5G終端電信設備進網許可證,這標誌著國產5G手機上市步伐加快,5G 商用將進一步提速。6 月份工信部向包括三大運營商和中國廣電在內的四家企業也都正式發放5G 牌照,上游運營商和下游手機廠商的5G進展情況均超預期。

5G 的到來將改變基帶晶片、射頻、存儲等領域的創新和升級。

晶片廠商發力,射頻前端創新不斷。華為海思、三星、聯發科等企業均已研發出較為成熟的5G基帶晶片。隨著5G 商業化的逐步臨近,現在已經形成的初步共識認為,5G 標準下現有的移動通信、物聯網通信標準將進行統一,因此未來在統一標準下射頻前端晶片產品的應用領域會被進一步放大。同時,5G 下單個智慧型手機的射頻前端晶片價值亦將繼續上升。5G 帶來新的換機潮,存儲晶片用量最大,百億美金採購級別。我們持續強調第四波矽含量提升周期的三大核心創新驅動是5G 支持下的AI、物聯網、智能駕駛,從人產生數據到接入設備自動產生數據,數據呈指數級別增長!智能駕駛智能安防對數據樣本進行訓練推斷、物聯網對感應數據進行處理等大幅催生內存性能與存儲需求,數據為王。

5G 時代SiP封裝工藝未來前景可期。

SiP封裝工藝,是以一定的工序,在封裝基板上,實現阻容感、晶片等器件的組裝互連,並把晶片包封保護起來的加工過程。SIP 將一些晶片中段流程技術帶入後段製程,將原本各自獨立的封裝元件改成以SiP技術整體整合,有效縮小封裝體積以節省空間,同時縮短元件間的連接線路而使電阻降低,提升電性效果,最終實現微小封裝體取代大片電路載板,有效地縮小了產品的體積,順應了產品輕薄化的趨勢。我們認為在5G時代,SIP 技術可以幫助整合不同系統上的晶片,伴隨著工藝向7nm、5nm 甚至3nm 推進而穩步攀升,先進的集成電路封裝技術將在降低晶片製造商成本方面發揮關鍵作用。

報告內容:

一、5G 推進步伐逐漸加快,帶來新的換機潮

5G網絡作為第五代移動通信網絡,其峰值理論傳輸速度可達每秒數十Gb,這比4G網絡的傳輸速度快了數百倍,這意味著一部完整的超高畫質電影可在1 秒之內下載完成。Strategy Analytics 預測5G 智慧型手機出貨量將從2019 年的200萬增加到2025 年的15 億,年復合增長率為201%。中國4G智慧型手機出貨量市場份額2014 年初為10%,僅僅用了兩年左右市場份額就就達到了90%,我們認為5G採用率也將和4G 類似,在中國會迅速提升。

IDC預計2019 年5G 手機出貨量僅占了手機出貨總量的0.5%,儘管在2019 年全球智慧型手機的整體銷量將會出現下降,但是在今年下半年中,隨著5G 設備開始逐漸走入消費者的身邊,智慧型手機的銷量將會開始獲得提升。

4G作為3G 的延伸,主要採用MIMO 技術,是利用各個天線之間空間信道的獨立性來區分用戶進行服務,主要包括TD-LTE 和FDD-LTE制式。我國主要採用TD-LTE 標準,2013年12 月4 日,工業和信息化部正式向三大運營商發放了4G 牌照,標誌著我國通信行業正式進入了4G時代。4G 能夠以100Mbps的速度下載,上傳的速度也能達到20Mbps,比3G更快的傳輸速率、更好的頻率利用率、通信更加靈活及更好的兼容性等優點,使得用戶體驗更加優異。

5G:隨著物聯網、AR 和VR 等技術的誕生和發展,對行動網路的要求更高,5G 將採用NR 技術,傳輸速率高達10 Gps,比4G 快達100 倍、而且具有低延時、低功耗的特點。我國5G 預計按照2019年預商用,2020 年規模商用的規劃逐步實施。

目前,已有多家手機廠商跟進5G 步伐,發布了5G 手機時間計劃。7 月23 日OPPO官方宣布Reno 5G 版正式獲得中國5G終端電信設備進網許可證,Reno 5G 版目前已三證在手,具備了5G 手機商用的能力。此前,華為6 月26日官方宣布華為Mate 20 X 獲得中國首張5G 終端電信設備進網許可證,這標誌著國產5G 手機上市步伐加快,5G 商用將進一步提速。6 月份工信部向包括三大運營商和中國廣電在內的四家企業也都正式發放5G 牌照,上游運營商和下游手機廠商的5G 進展情況均超預期。

二、5G 的到來將改變手機的創新和升級

5G的到來也將改變手機零組件的創新和升級。例如毫米波帶來的應用將有可能使得濾波器和終端系統側的天線結構數量變多,陶瓷和玻璃機殼在5G 通信以及無線充電上優勢明顯,被動元件的需求量提升等。

目前根據運營商計劃資本支出估算,在2019 年中國預計將會建設超10 萬台宏基站的準備,而5G 宏基站的總建設量根據我們國盛電子的預測將會在500 萬台左右,同時配備約為900 萬台的微基站,建設總量將會遠遠超過4G 時代的基站建設力度!

以下為我們整理的5G相關核心供應鏈情況:

2.1 5G 之基帶晶片

5G手機與4G 手機相比,在硬體上最大的區別之一在於5G 基帶晶片,目前高通、華為、三星、聯發科、紫光展銳等巨頭廠商紛紛加入5G 晶片陣營的角逐,英特爾則在與蘋果「分手」後,宣布退出手機5G基帶晶片市場,而蘋果仍積極自研5G 基帶晶片,擺脫受制於人的局面。從1G、2G、3G、4G 發展到今天的5G時代,基帶晶片市場也發生著巨大的變化。

最先公布5G基帶晶片的是美國高通,2016 年高通發布的驍龍X50 5G Modem 採用的是28 納米工藝製程,最快下行速率可達5gbps。2017 年10 月,高通用驍龍X50完成了有史以來第一個5G 數據連接。2018 年12 月,在第三屆高通驍龍技術峰會上。高通高級副總裁兼移動業務總經理Alex Katouzian 宣布,新一代旗艦處理器驍龍855 正式亮相。高通驍龍855 晶片基於7nm 工藝,內建5G基帶,同時是首個支持Multi-Gigabi 5G 連接的商用平台。

韓國三星電子也公布了其5g基帶晶片Exynos 5100,採用十納米工藝製程,三星宣稱是首款符合5g 標準R15規範的基帶產品,支持Sub 6GHz 中低頻,以及28GHz mmWave 高頻毫米波,向下兼容2g/3g/4g 網絡,低頻下行速率可達2gbps,高頻下行速率可達6gbps。

中國的廠商也緊跟5G的步伐,2018 年2月25 日,在巴塞羅納舉行的MWC 展會上,華為正式發布了旗下首款5G 商用晶片——Balong 5G01,符合5g 標準R15規範,支持Sub 6GHz 中低頻,以及28GHz 高頻毫米波,兼容2g/3g/4g網絡。聯發科也公布了其5g 基帶晶片產品Helio M70,符合5g 標準R15規範,最快下行速率可達5gbps,兼容2g/3g/4g網絡。

在今年的MWC 2019 大展上,紫光展銳重磅發布了5G 通信技術平台「馬卡魯」及其首款5G 基帶晶片「春藤510」,邁入全球5G第一梯隊。春藤510 基帶採用台積電12nm 製程工藝,支持多項5G關鍵技術,單晶片統一支持2G/3G/4G/5G 多種通訊模式,符合最新的3GPP R15 標準規範,支持Sub-6GHz 頻段、100MHz 帶寬,是一款高集成、高性能、低功耗的5G基帶晶片。並且,春藤510 可同時支持5G SA 獨立組網、NSA 非獨立組網兩種組網方式。

根據紫光展銳官方說法,春藤510 的高速傳輸速率可為各類AR/VR/4K/8K高清在線視頻、AR/VR 網絡遊戲等大流量應用提供支持,而且架構靈活,可支持智慧型手機、家用CPE、MiFi、物聯網終端等產品形態和應用場景。紫光展銳7 月18 日宣布,已與華為完成5G互通測試,達到1.38Gbps 的下載速率。

2.2 5G 之射頻前端

射頻前端晶片包括射頻開關、射頻低噪聲放大器、射頻功率放大器、雙工器、射頻濾波器等晶片。射頻開關用於實現射頻信號接收與發射的切換、不同頻段間的切換;射頻低噪聲放大器用於實現接收通道的射頻信號放大;射頻功率放大器用於實現發射通道的射頻信號放大;射頻濾波器用於保留特定頻段內的信號,而將特定頻段外的信號濾除;雙工器用於將發射和接收信號的隔離,保證接收和發射在共用同一天線的情況下能正常工作。

射頻前端晶片市場規模主要受移動終端需求的驅動。近年來,隨著移動終端功能的逐漸完善,手機、平板電腦等移動終端的出貨量保持穩定。根據Gartner 統計,包含手機、平板電腦、筆記本等在內的移動終端的出貨量從2012 年的22 億台增長至2017年的23 億台,預計未來出貨將保持穩定。

移動數據傳輸量和傳輸速度的不斷提高主要依賴於移動通訊技術的變革,及其配套的射頻前端晶片的性能的不斷提高。在過去的十年間,通信行業經歷了從2G 到3G 再到4G(FDD-LTE/TD-LTE)兩次重大產業升級。在4G普及的過程中,全網通等功能在高端智慧型手機中得到廣泛應用,體現了智慧型手機兼容不同通信制式的能力。

為了提高智慧型手機對不同通信制式兼容的能力,4G 方案的射頻前端晶片數量相比2G 方案和3G 方案有了明顯的增長,單個智慧型手機中射頻前端晶片的整體價值也不斷提高。根據Yole Development 的統計,2G 制式智慧型手機中射頻前端晶片的價值為0.9 美元,3G 制式智慧型手機中大幅上升到3.4 美元,支持區域性4G 制式的智慧型手機中射頻前端晶片的價值已經達到6.15 美元,高端LTE智慧型手機中為15.30 美元,是2G制式智慧型手機中射頻前端晶片的17 倍。因此,在4G制式智慧型手機不斷滲透的背景下,射頻前端晶片行業的市場規模將持續快速增長。

隨著5G商業化的逐步臨近,現在已經形成的初步共識認為,5G 標準下現有的移動通信、物聯網通信標準將進行統一,因此未來在統一標準下射頻前端晶片產品的應用領域會被進一步放大。同時,5G 下單個智慧型手機的射頻前端晶片價值亦將繼續上升。

根據QYR Electronics Research Center 的統計,從2011 年至2018年全球射頻前端市場規模以年復合增長率13.10%的速度增長,2018 年達149.10 億美元。受到5G網絡商業化建設的影響,自2020 年起,全球射頻前端市場將迎來快速增長。2018 年至2023 年全球射頻前端市場規模預計將以年復合增長率16.00%持續高速增長,2023 年接近313.10 億美元。

以智慧型手機為例,由於移動通訊技術的變革,智慧型手機需要接收更多頻段的射頻信號: 根據Yole Development 的數據,2011 年及之前智慧型手機支持的頻段數不超過10 個,而隨著4G通訊技術的普及,至2016 年智慧型手機支持的頻段數已經接近40 個;因此,移動智能終端中需要不斷增加射頻開關的數量以滿足對不同頻段信號接收、發射的需求。與此同時,智慧型手機外殼現多採用手感、外觀更好的金屬外殼,一定程度上會造成對射頻信號的屏蔽,需要天線調諧開關提高天線對不同頻段信號的接收能力。

根據QYR Electronics Research Center 的統計,2011 年以來全球射頻開關市場經歷了持續的快速增長,2018 年全球市場規模達到16.54億美元,根據QYR Electronics Research Center 的預測,2020 年射頻開關市場規模將達到22.90 億美元,並隨著5G的商業化建設迎來增速的高峰,此後增長速度將逐漸放緩。2018 年至2023年,全球市場規模的年復合增長率預計將達到16.55%。

移動智能終端隨著移動通訊技術的變革對信號接收質量提出更高要求,需要對天線接收的信號放大以進行後續處理。一般的放大器在放大信號的同時會引入噪聲,而射頻低噪聲放大器能最大限度地抑制噪聲,因此市場空間巨大。2018 年全球射頻低噪聲放大器收入為14.21億美元,智慧型手機中天線和射頻通路的數量隨著4G 逐漸普及逐漸增多,對射頻低噪聲放大器的數量需求迅速增加,而5G 的商業化建設將推動全球射頻低噪聲放大器市場在2020 年迎來增速的高峰,到2023 年市場規模達到17.94億美元。

2.3 5G 之存儲

我們持續強調第四波矽含量提升周期的三大核心創新驅動是5G 支持下的AI、物聯網、智能駕駛,從人產生數據到接入設備自動產生數據,數據呈指數級別增長!智能駕駛智能安防對數據樣本進行訓練推斷、物聯網對感應數據進行處理等大幅催生內存性能與存儲需求,數據為王!

所有數據都需要採集、存儲、計算、傳輸,存儲器比重有望持續提升。同時傳感器、微處理器(MCU/AP)、通信(RF、光通訊)環節也將直接受益。我們強調,第四次波矽含量提升周期,存儲器晶片是推動半導體集成電路晶片行業上行的主要抓手,密切關注大陸由特殊、利基型存儲器向先進存儲有效積累、快速發展進程。

存儲器占半導體市場規模增量70%以上。從全球集成電路市場結構來看,全球半導體貿易統計組織預計2018年全球集成電路市場規模達4015.81 億美元,相較於本輪景氣周期起點2016 年增長了1249 億美元。而存儲器18年市場規模達1651.10 億美元,相較2016年增長了883 億美元,占增量比重達71%,是本輪景氣周期的主要推手。

根據全球半導體矽含量趨勢圖,從第一款半導體集成電路晶片發明以來,直接推動著信息技術發展,我們一共經歷著3 個完整的發展周期,我們預計目前正在進入第4 個發展周期。

  • 1)第一個周期,上個世紀60年代到90 年代,全球半導體的矽含量從6%提高到23.1%,第一周期市場空間增長500億元,由PC 電腦、大型機等需求推動;
  • 2)第二個周期,2000 年到2008 年,全球半導體的矽含量從17.3%提高到22.4%,下游需求推動的力量是筆記本、無線2G/3G 通訊等,帶來1000億美元市場空間,隨後進入衰退期;
  • 3)第三個周期,2010 年到2014 年,全球半導體矽含量從21.1%提高到26.4%,

下游需求推動的力量是智慧型手機為代表的移動網際網路產品,市場空間再增750 億; 4)根據前面矽含量周期的推演以及半導體行業的周期性,我們預計2017-2020 年全球進入第四次半導體矽含量提升,下游需求的推動力量是汽車、工業、物聯網、5G 通訊等。

我們結合半導體矽含量提升趨勢圖與60 年全球半導體產值對過去的三輪提升周期進行回顧。我們可以清晰看到,從第一款半導體集成電路晶片發明以來,直接推動著信息技術發展,我們一共經歷著3個完整的發展周期,目前正在進入第4 個發展周期。

2.4 5G 之天線

基站端天線:

Massive MIMO 趨勢下,單個基站天線數目將大幅增長。考慮到輕量化、集成化需求,未來5G天線振子工藝上,塑料振子將成為主流。同時,以目前64 通道方案來看,單面需集成192 個振子,目前振子價格約為1 美元左右,2019 年國內5G 宏站振子市場規模約為3~4億元,考慮逐年調價的情況下,2022 年有望達20億元,CAGR 達70%以上。

天線有源化將大幅提升天線價值。傳統無源天線,天線與RRU 採用分離模式,而5G 時代,隨著頻率增加、波長減小,為減小饋線損耗,將採用射頻模塊與天線一體化的設計方案,即AAU。隨著射頻模塊的集成,AAU 天線整機價格相較無源天線將由大幅度的增長。

終端天線:

手機天線生產工藝經歷了從「彈片天線——FPC 天線——LDS 天線」的演變過程。2013 年以前,單機天線數量較少,包括通信主天線、無線、收音機、GPS、藍牙等,此後隨著智慧型手機功能的延展,單機的天線數量可以達到10 個以上,按用途分大致可分為通訊天線、WiFi 天線及NFC天線三種天線模組。

三、5G 時代SiP 封裝工藝未來前景可期

SiP封裝工藝,是以一定的工序,在封裝基板上,實現阻容感、晶片等器件的組裝互連,並把晶片包封保護起來的加工過程。封裝流程可以直接影響晶片的散熱、電性、機械性能等表現,決定了整個系統的性能、尺寸、穩定性和成本,在工藝上也需要從系統互聯、保護和散熱等角度進行整體設計,SIP 將一些晶片中段流程技術帶入後段製程,將原本各自獨立的封裝元件改成以SiP 技術整體整合,有效縮小封裝體積以節省空間,同時縮短元件間的連接線路而使電阻降低,提升電性效果,最終實現微小封裝體取代大片電路載板,有效地縮小了產品的體積,順應了產品輕薄化的趨勢。

封測廠商實際加工中,系統級封裝製造過程一般可以分為晶圓製片、模組貼合、晶片貼裝互聯、塑封印字、置球和檢查測試等主要工序流程分段。

蘋果推動了SiP模組的加速滲透並不斷提升整體性能。在iPhone 6s 手機中,蘋果就已低調在內部模組中採用了apple watch1 中S1採用的系統級封裝技術,為新加入的線性馬達營造空間。繼SiP封裝技術被引入觸控晶片模組、指紋識別IC、3D Touch 模組和多顆RFPA顆粒後,iPhone7 在wifi 模組也採用了SiP封裝。同時SiP 模組加速滲透也為iPhone 整體性能提升帶來切實幫助,由於SiP 封裝相較傳統封裝有空間利用率優勢,使得iPhone7在配備升級尺寸規格的Taptic Engine 後,還能將電池容量從2650mAh提升到2900mAh。

根據TechInsights的拆解分析,Apple Watch Series 3 和Apple Watch Series 4 都採用了SIP 的設計,Apple Watch中封裝了十幾款主要晶片和幾十款離散式組件,持續挑戰系統級封裝(SiP)設計的極限。TechInsights 在Apple Watch Series 3 中發現了高通MDM9635M——Snapdragon X7 LTE 數據機,高通PMD9645 電源管理晶片(PMIC) 和一個WTR3925 RF 收發器,Apple/Dialog PMIC、Avago AFEM-8069 前端模塊,以及Skyworks SKY 78198 功率放大器等重要的零組件。

5G快速推進對手機行業創新與升級的影響分析

我們認為在5G時代,SIP 技術可以幫助整合不同系統上的晶片,伴隨著工藝向7nm、5nm 甚至3nm推進而穩步攀升,先進的集成電路封裝技術將在降低晶片製造商成本方面發揮關鍵作用。SIP 可以幫助晶片製造商減少所需的矽IP 驗證的數量,並且可以在集成具有不同功能的異構晶片組方面提供更大的靈活性,順應下游電子設備微小化的趨勢,未來發展前景可期。

四、5G 供應鏈梳理

目前根據運營商計劃資本支出估算,在2019 年中國預計將會建設超10萬台宏基站的準備,我們預計5G 宏基站的總建設量將會遠遠超過4G 時代的基站建設力度! 以下為我們整理的5G相關核心供應鏈情況:

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(報告來源:國盛證券;分析師:鄭震湘)


文章來源: https://twgreatdaily.com/Ffn8KWwBmyVoG_1ZNpeL.html