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打破国际垄断!这家国产射频芯片厂叫板国际顶尖大厂

2022年11月24日

地芯科技成立于2018年,是一家新兴的高端模拟射频芯片供应商,其产品已经广泛应用于5G无线通信、物联网以及工业电子等多个领域,并且得到了海康、大华、利尔达等知名客户的高度认可。短期内公司已推出射频前端芯片、射频收发芯片、模拟信号链芯片为主的三大产品线,其中模拟信号链产品性能可匹配TI/ADI等全球顶尖大厂水平。


射频芯片由于需要处理高频射频信号,属于模拟芯片中的高门槛、高技术难度环节,因此一直以来就被誉为“模拟芯片皇冠上的明珠”。


最近,芯八哥“走进产业链”栏目记者采访了国内大陆射频前端新锐企业—地芯科技的销售总监王伟刚,探讨在射频芯片加速国产替代的背景下,当前地芯科技企业的发展情况以及对行业未来发展的展望。


01、短期内已推出三大产品线,其中模拟信号链产品性能可匹配TI/ADI等全球顶尖大厂水平


据了解,地芯科技成立于2018年,是一家新兴的高端模拟射频芯片供应商。近年来,公司的发展势头愈发亮眼,其产品已经广泛应用于5G无线通信、物联网以及工业电子等多个领域,并且得到了海康、大华、利尔达、佰才邦等知名客户的高度认可。


地芯科技虽然成立时间很短,但发展速度很快。截至目前,我们已经形成了以射频前端芯片、射频收发芯片、模拟信号链芯片为主的三大产品系列,其中射频前端主要是应用在物联网上面,模拟信号链以工业电子的应用为主,而射频收发芯片则是我们在通信基站领域的重要布局。

王伟刚介绍道。


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地芯科技芯片主要应用场景

资料来源:地芯科技


模拟信号链方面,地芯科技目前拥有高速Pipeline ADC、高精度SAR ADC、高精度电压基准源等三大系列产品,其中高速Pipeline ADC能够覆盖10到14位采样精度,10M到1G采样率;高精度SAR ADC则支持10到16位采样精度,100K到1M采样率;而高精度电压基准源产品全系列采用基准源封装,具有低噪声、低温漂、高初始精度等技术特征。


以高速Pipeline ADC系列GAD2245产品为例,该芯片支持14 位采样精度和10M采样率以及极低功耗特性,可以很好地支持光电转换信号的高灵敏度采集。同时,得益于其高线性度,GAD2245 可在工业温度范围内提供超群的低电平输入信号性能。目前,该产品可在红外热成像、超声波频谱分析、便携式仪器、光电信号采集、无线和有线宽带通信等高频、宽动态范围信号领域广泛使用。


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地芯科技GAD2245在红外成像的应用

资料来源:地芯科技


我们的Pipeline系列创新型250M以上采样率的产品打破了国际垄断,产品性能业界领先,14位/125M采样率Pipeline产品技术也领跑国内友商,性能能够匹配全球顶尖大厂水平;而SAR ADC系列产品具有兼容性好,超低功耗的特点,其中16Bit/ 100Ksps产品系列功耗可低至1.8 mW/ch,而成熟产品系列可兼容TI、ADI的竞品, 并且在此基础上简化了设计流程,替代设计无需更改硬件设计及PCB layout。


王伟刚表示,

该项目从去年开始启动,到今年已经实现了多个系列芯片的小批量出货,目前客户反馈都比较好,预计明年会在此基础上进一步放量,将会为我们带来比较可观的收入。


02、物联网射频前端年出货量已达千万片量级,射频收发芯片更是填补了国内市场的空白


无线通信的发展离不开射频前端的进化,而射频前端的变革始终追随无线通信的演进。蜂窝移动通信技术从2G发展到现在的5G 时代,移动网络速度越来越快,因此对射频前端芯片的要求也越来越高。


在射频前端芯片方面,地芯科技基于低功耗硅基CMOS技术,研发了FEM、PA两大系列多款低功耗、高性能的产品,能够广泛应用于蓝牙、Zigbee、WiFi、NB-IOT、WiSUN、LoRa等各类各种物联网应用场景中,目前在绿米、安居宝、顺舟科技、飞比、快住科技、立达信等下游客户每年的发货量已经达到千万片量级,位于市场同类产品销量前列。


以GC1101为例,该芯片是采用CMOS工艺实现的单芯片器件,其内部集成了射频功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)以及芯片收发开关控制电路,是一款面向IEEE 802.15.4/Zigbee、蓝牙无线传感网络以及其他2.4 GHz ISM频段无线系统全集成的射频前端单芯片。 


王伟刚指出:

GC1101饱和功率可达到22.5dBm,输出功率20dBm时电流仅有97mA,噪声系数NF只有2.9dB,特别的架构设计使得ESD性能高达8KV,远高于市场同类产品。除了具有上述高性能、低功耗、低噪声的优点外,该芯片还采用QFN-16(3 x 3 x 0.75 mm)封装,可兼容市场上Skyworks的RFX2401C产品,并且具有明显的成本优势。目前该产品已经在工业控制自动化、智能家居和符合RF4CE 协议的射频系统中大规模应用,成为公司当前阶段的主打产品和主要收入来源。


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地芯科技射频前端芯片GC1101

资料来源:地芯科技


随着5G时代的到来,运营商加速5G基站建设,而射频收发芯片是基站系统的关键芯片,成本约占整个基站系统的20%左右。按照5年的建设周期计算,5G基站射频收发芯片每年市场空间将超过100亿人民币,市场潜力巨大,然而国内基站侧的射频收发器芯片自给率非常低,市场几乎被国外公司垄断。


经过持续投入与潜心研发,地芯科技连续攻克5G小基站部署中RRU模块的收发芯片在热耗、低效、频段冲突等方向的技术难题,实现高效射频收发、高效功率放大、低耗射频发射等技术效果,并通过一系列严苛的测试与规格审定,成功量产风行系列GC080X产品,可广泛应用于用软件无线电系统、5G/4G LTE及专网无线通信基站、多功能智能终端、点对点通信系统等几乎所有现代化数字无线通信系统中。


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地芯科技GC080X系列产品

资料来源:地芯科技


王伟刚指出:

GC080X系列是依靠我们完全自主的创新技术率先研发并量产的国产5G收发机,可广泛应用在基站系统、专用电台、无线图传、车联网、卫星雷达等多个领域。该系列芯片通过设计优化和工艺升级,不仅在可以做到Die面积比国际领先竞品缩小50%、功耗上低40%,而且也是现阶段国内唯一一家能够支持5G NR 100MHz带宽的收发机,填补了国内市场在该领域的空白。最关键的一点是该芯片基本上全部采用国内供应链,在产业链上真正做到了自主可控,避免了被卡脖子的情况出现。从产品布局来说,收发机产品的成功上市,意味着我们的产品已经完成了从射频前端、信号链到射频收发芯片整个模拟射频产业链的全覆盖。


03、射频前端国产替代加速,地芯科技以物联网作为切入点有望实现变道超车式发展


业内周知,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。若没有射频前端芯片,手机等移动终端设备将无法拨打电话和连接网络,失去无线通信功能。因此,射频前端在无线通信中有不可或缺、至关重要的作用。


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射频前端的简化架构图

资料来源:臻镭科技


近年来,随着物联网和5G通信的快速发展带动对射频前端芯片的需求不断提高。根据QY Research的数据显示,2021年全球射频前端市场规模约为204.59亿美元,预计未来6年将保持10.39%的年复合增长率,至2027年其市场规模有望达到370.27亿美元。


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资料来源:QY Research


虽然市场空间巨大,但由于射频前端芯片的设计壁垒高、难度大,需要研发人员具备长时间的设计经验和工艺经验积累才能有所突破。因此,长期以来射频前端芯片市场基本上被美国、日本拥有人才、技术、资本等各个方面优势的国际头部厂所垄断。


根据Yole的数据,全球射频前端市场集中度较高,2020年射频前端市场全球前五大厂商合计市场份额高达84%。具体来看,思佳讯(Skyworks)市场份额排名第一,占比21%;村田(Murata)市场份额排名第二,占比17%;博通(Broadcom)市场份额排名第三,占比16%;科沃(Qorvo)与高通(Qualcomm)市场份额相当,均为15%;其他厂商合计占16%。


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资料来源:Yole


自2018年以来,在国际贸易摩擦不断加剧的背景下,国内主要智能终端厂商基于供应链安全及成本可控角度考虑,逐渐向国内大陆射频前端企业开放其供应链体系,国产射频芯片企业迎来难得的发展窗口期。


从国产替代的路径来看,国产射频器件首先从中低端机型以及2G、3G及4G产品展开,再逐步向中高端机型以及5G产品渗透。在此背景下,国内大陆射频前端产业链涌现出一批快速发展的企业,其中射频功率放大器领域有唯捷创芯、慧智微、昂瑞微等,在射频开关及LNA领域有卓胜微、艾为电子等,在滤波器领域有好达电子、德清华莹等。


目前在全球射频器件供应市场上,大部分市场份额被美国Qorvo和Skyworks所占有,原因主要有以下三个方面:首先,Qorvo、Skyworks主要以IDM模式运营为主,拥有自己的工厂,因此在成本上会有一定的优势;其次,它们拥有先发的积累优势,技术研发实力较强,产品性能以及对市场的引领都是比较领先的;最后它们深耕射频领域多年,产品覆盖非常全面,可以为客户提供更多的产品型号选择。


针对当下射频前端市场发展的现状,王伟刚分析道,

不过,移动通信技术更新迭代较快,在4G 到5G 的演进过程中,射频器件的复杂度逐渐提升,产品在设计、工艺和材料等方面都将发生递进式的变化。因此,地芯科技也是抓住这个机会,适时推出硅基CMOS技术的射频解决方案,目前该系列芯片在性能上不仅能够匹配国外大厂,而且很多技术指标已经是远高于同类对标产品,并且基于国内供应链还能够实现一定的成本优势。


作为一家成立仅4年的公司,是如何能够做到在短期内便研发出了卡脖子的射频收发芯片并且在市场上直接与Qorvo、Skyworks等国际大厂竞争的?


或许从地芯科技的人员构成中不难找到答案。目前公司的核心研发团队成员80%以上为硕士与博士学历,具有10至20年的芯片研发与量产经验,曾工作于高通、联发科、三星、TI等国际知名半导体大厂,并且毕业于清华大学、浙江大学、加州大学洛杉矶分校、新加坡国立大学等海内外名校,涵盖系统、射频、模拟、数字、算法、软件、测试、应用、版图等技术人才,具有完备的芯片研发与量产能力。


王伟刚表示:

公司以研发为驱动,第一代射频收发产品落地的同时,我们也已经开始了200MHz带宽的第二代收发机产品的研发,目前大部分研发费用基本上都花在了这上面。虽然说公司现在已经实现了自我造血能力,但是如果想要加速发展并且在行业树立绝对领先地位的话,仍然需要外部资本尤其是产业资本的支持,因此,我们现在正在推动B轮融资,应该不久后就会完成正式交割。


目前,在国内大陆射频前端市场,卓胜微、唯捷创芯、惠智微、飞骧科技等已经拥有先发优势,如何找到自己的生存空间和快速发展壮大的突破口成为了地芯科技自成立以来一直就在思考的问题。


整体来看,目前国内大陆射频市场主要玩家并不多,整体自给率不到10%,在国产替代的大趋势下,未来这一块仍然有很大的市场发展空间。


王伟刚说道,

不过,目前其他公司已经做得很成熟并且优势很大的领域,我们短期内肯定是不会再去竞争了。我们的思路还是选择以竞争更少但是空间很大的物联网市场作为切入点,并且持续强化在这方面的优势,致力于在未来成为全球领先的5G物联网以及工业电子的高端模拟射频芯片设计公司。


结语


中国是全球射频芯片领域最大的市场之一,但目前中国市场基本被国外厂商垄断。地芯科技团队凭借多年的行业积累、持续的技术创新经验,研发出了具有很高的技术壁垒和市场竞争优势的产品,并且有能力与世界一线的射频收发芯片厂商竞争,相信在未来有潜力成长为国内大陆射频收发芯片领域的领军企业。

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