2019年6月6日上午,工信部正式向中國電信、中國移動、中國聯通、中國廣電發放了5G商用牌照。這也意味著中國5G正式進入商用元年。那么這將對上游通信設備及手機產業鏈帶來哪些挑戰和機遇?對于國內乃至全球最大的電信設備廠商華為來說,這又意味著什么?身處“禁運”之中的華為,5G建設是否會受到阻礙?
一、中國5G布局領跑全球
目前全球主要國家和地區都積極的在推動5G商用進程,C 頻帶是6GHz以下普遍采納的工作頻帶,中移動正在主導推動 2.6GHz產業鏈。圍繞 3.5GHz 周邊的 C 頻帶因為兼顧容量與覆蓋,且較少被占用,已成為各國 5G 第一階段建設的主力頻帶,產業鏈已經成熟。去年 10 月前后,意大利完成了 5G 頻譜的拍賣并開始部署 5G 設備;另外包括愛爾蘭、拉脫維亞、西班牙、英國和沙特等國完成了頻譜拍賣,其他數十個國家也表明將在 2019 到 2020 年之間拍賣或者指配 5G 頻譜。
韓國和美國率先分配毫米波頻譜并快速實現5G商用,主要面向FWA 場景,對全球 5G 格局整體影響不大,會為毫米波產業鏈成熟先行鋪墊。韓國三運營商圍繞 28GHz 頻帶最早完成了頻譜拍賣,并在去年12 月率先推出 5G 商用服務;今年 5 月底美國 FCC 結束了 24GHz 牌照拍賣,籌集 20.2 億美元,加上今年 1 月的 28GHz 的拍賣,總金額已達27 億美元,今年底美國還將啟動 37、39 和 47GHz 頻譜拍賣,是推動毫米波發展最為積極的國家。
需要明確,韓美的毫米波商用主要面向 FWA 場景,不包含移動性功能,在地廣人稀和有線接入成本較高的地區才會體現出比較優勢,總體上不會對全球 5G 格局產生大的影響。我們認為,5G 在第一階段建設的關鍵,在于盡可能快的形成統一的網絡平臺,推動與 B 端新場景的融合,執著于先行推動毫米波技術可能導致美國在 5G 的競爭中喪失先機。相比之下,中國目前5G部署則集中在6GHz以下工作頻帶。
此外,5G布局主要包含三個層面——標準層、硬件層和應用層,標準層為 5G 標準和核心專利,硬件層為 5G 網絡解決方案及設備提供和應用運營,應用層為終端(比如智能手機、車聯網等)及應用服務(APP)。中國國在硬件層和應用層的研發和部署上均領先全球,在標準層與世界巨頭平分秋色。再加上我國政府對于5G發展的重視和積極支持,推動了我國在5G領域的布局處于全球領先的地位。
1、硬件層:中國5G基礎設施投入巨大,將建成全球最大5G網絡
5G 建設第一階段,網絡投資規模從 2019 年啟動向上,帶動質和量雙重提升,將是未來三年對通信板塊拉動最為直接明確的邏輯。
5G 建設的前三年將復現 LTE 投入規模快速拉升的情形,后續增速逐步回歸,但總規模將保持高位。綜合三家運營商的開支預期, 2019年在 5G 商用提振下總資本開支將出現回升,規模超過 3000 億元。從2019 到 2021 三年內,總開支增速有望復現與 2013 到 2015 年類似的快速向上情形,2021 年增速可能超過 15%,規模接近 4000 億元,隨著網絡深化部署和 5G 產業鏈成熟,2022 和 2023 年增速雖然逐步回落,但總規模依然有望保持高位,投資總規模有望達到 4500 億。
5G 投資向上周期的跨度將超出 4G,后期投資支撐主要源自毫米波產業鏈的成熟和傳輸網與 IP 承載網的配套升級。2022 年后 5G 啟動第二階段建設,毫米波產業鏈經過三年多的鋪墊應當具備商用基礎,將出現基于 R16 協議的網絡新建或升級;此外移動接入網放大的帶寬需求將倒逼光傳輸網擴容升級,IP 承載網的軟件化改造也將貫穿周期,共同支撐整體開支保持高位,預計 2022 年和 2023 年的開支水平為 4250 和4500 億元,增速出現放緩,逐步回落到 5%的增長水平,投資周期能否維持更長跨度取決于 5G 網絡與場景的融合產生能否產生有效需求。
無線接入網建設是拉動總開支規模的主要動力,5G 產業鏈漸進成熟,使得無線在總開支中的占比穩步提升。2019 年無線開支水平企穩回升,根據運營商預計,將接近 1500 億水平,依照慣例實際實施很可能超出規劃。預計 2020 到 2023 年,無線開支水平將有望快速提升,從1500 億上升到 2500 億元,年復合增速達到 13.67%;由于 5G 從全新產業起步,初始成本較高,將漸進走向成熟,無線在總開支占比有望從50%逐步上升到 55%的水平,5G 無線接入網投資將成為驅動總開支的主要力量。
非接入網投資雖然占比下降,但總量持續上升,在后期對總投資的支撐效應尤為明顯。根據運營商預測,2019 年非無線接入網開支在 1540億元,我們認為到 2023 年整體將超過 2000 億元,年復合增速超過 7%,主要依據是網絡投資將從接入端后向傳導到固網。經過 5G 基站前期充分覆蓋后,傳輸網升級有望自 2021 年起迎來新一輪起點,帶動整體規模快速向上;IP 承載網的軟件化改造以及與數通網的架構融合將貫穿整個建設周期,隨著技術和方案成熟,SDN/NFV 滲透率有望在 2021 年后達到新水平。鑒于存量網絡規模基數已十分龐大,這樣的投入增速在大基數上將相當可觀。
保守估計,中國 5G 基站建設數全球占比將和 4G 類似,為全球最大 5G 網絡。中國 LTE 網絡在 5 年內完成了追趕和超越,根據運營商公布數字,截止 2018 年底,全國 4G 基站數目為 478 萬臺;根據對海外各大區域的 4G 基站數匯總,預計海外 LTE 基站總數略超過 200 萬站,國內基站數約占全球總數的 68%。5G 全球同步啟動,對其戰略價值一致認同,我們預計 5G 基站數占比在全球將在 6 到 7 成。綜合考慮建設成本和推進節奏,中性預期下 5G 前五年總建站數為 280 萬臺左右,全球總基站數約為 400萬臺左右。
國內市場將為本土廠商提供強力支撐,華為與中興的領先地位將得到鞏固和加強。我們預計,到 2023 年全球 RAN 市場依然為五家頭部廠商分割,因受到美方壓制,華為海外市場面臨一定收縮,份額占比預計在 25%左右;Ericsson 和 Nokia 份額將由此獲得提升,預計都在 23%左右水平,三大廠商形成第一梯隊;三星借助韓國 5G 的快速發力和美國毫米波市場,將呈現顯著增長,其份額有望沖擊 13%;而中興依托國內市場支持,全球份額有望沖擊 15%,較 4G 階段更上層樓。本土廠商的產業地位將持續強化。
綜上,5G 資本開支向上,給全球 ICT 產業帶來直接機遇,產業鏈迎來全面提振和升級,尤其本土設備商和上游供應商將空前受益。
2、應用層:中國手機廠商成5G手機主要推力
全球手機市場正在向頭部品牌集中,中國手機品牌廠商表現優異,逆勢增長。從品牌地區上看,僅中國品牌手機出貨量出現增長,據 Canalys 統計,2018年Q4全球智能手機出貨量為 3.62 億部,其中,僅華為、OPPO 手機出貨量同比增長,其他品牌手機出貨量同比均下滑,華為手機出貨量同比增加 1940 萬部,OPPO 手機出貨量同比增加 550 萬部。從市場格局上看,手機出貨量向頭部手機品牌商集中,2018 Q4 Top 5 手機廠商市場份額達到 72%,相比 2017 Q4,同比提升了 8.4%,值得注意的是,中國手機品牌商市場份額均出現了大幅增長,華為手機市場份額由 2017 Q4 的 10.6%提升至 2018 Q4 的 16.7%,OPPO 手機市場份額提升了 2個百分點,小米手機市場份額提升了 0.3 個百分點。
5G網絡商用開啟,帶領全球手機用戶進入換機潮。2010 年海外主流運營商開始規模性建設 4G 基站,從 4G 元年到網絡成熟,大概花費了 4 年左右時間。如今,國內 4G 用戶規模達七成,未來十年,5G 也將重復 4G 的發展路徑成為主流網絡。目前全球智能手機市場仍在持續下降,中國手機行業已進入成熟期,據 IDC 預測,2019 年全球 5G 手機出貨量 670 萬部,僅占總出貨量的 0.5%,不過到2023 年,5G 手機出貨量將達總出貨量的 26%。5G 手機有望帶領全球手機用戶走入換機潮,隨著 5G 手機逐漸普及,智能手機銷量有望逐漸攀升。
各家手機廠商搶跑 5G,主力軍來自中國。據 GSA 5G 終端生態報告,截止至 2019 年 4 月底,全球共公開宣布過的 5G 手機共 16 款,其中,明確售價的 5G 手機共 6 款,其余均為原型機發布或 PPT 發布,這 6 款手機分別是摩托羅拉、三星、OPPO、華為、小米、LG,有 4 家廠商來自中國。今年 5 月 8 日 OPPO 在國內首先開啟了 5G 友好用戶招募計劃,在北京、上海、深圳試點城市,國產手機品牌的 5G 手機第一次從展示柜中到了普通用戶手中。
3、標準:中國擁有更多話語權
3G/4G的標準主要都是由國外廠商所主導,國內運營商及通訊設備商也只是配角。而在5G標準的制定過程中,中國的運營商及通訊設備商是深度參與,并且獲得了更多的話語權。特別是華為在5G領域拿下了非常多的標準必要專利。
根據中國信息通信研究院發布的《通信企業5G標準必要專利聲明量最新排名》顯示,截止2018年12月28日,華為的5G標準必要專利聲明量達到了1970件,在所有通信廠商當中排名第一。中興也以1029件排名第七。
▲5G 標準必要專利排行榜
此外,中國的很多手機品牌廠商,比如OPPO、vivo、努比亞、酷派、小米等,也首次參與了5G通信標準的制定,開始與運營商、元器件供應商等一起參與了5G標準的制定。盡管5G核心專利技術依舊在上游核心元器件供應商手中,但手機廠商與他們的合作方式已經不是單純地單向購買,而是產生了更多專利交叉許可的可能。
二、5G對上游產業鏈帶來的挑戰與機遇
1、基站端
Massive MIMO和天饋一體化
傳統基站是由天線、饋線和射頻系統(RRU,包含功率放大器、濾波器等射頻元器件)和基帶系統(BBU)組成,5G 時期為了減少信號的內部傳輸損耗,節約站點資源,省略了饋線部分,呈現出 Massive MIMO 和天饋一體化的發展趨勢。天饋一體化趨勢是將傳統無源天線與射頻單元 RRU 集成在一起,使天線變成一體化有源天線(AAU)。
Massive MIMO 是一種利用大規模天線陣列(增加天線振子數量,即 Massive)、分集增益(多發射多接受技術,即 MIMO)、空分復用技術(波束賦形)提高信號增益的有效辦法。與傳統基站一般 4-8 根、最多十余根天線相比,5G Massive MIMO 可以多達 128、256 根甚至更多,借助大量可獨立收發數據的天線單元,配合 3D 波束成形將信號對準期望用戶并盡可能減少干擾,從而大幅提升頻譜效率。
天線技術的變革推動 5G 采購模式的變化。原 4G 時期天線直接由運營商統一集采再交由設備商進行安裝,而在 5G 時期天線射頻一體化集成后,天線廠商需要提前和設備商進行有源天線的一體化研發測試,即傳統天線廠商完成天線的設計、加工和組裝等環節,設備商完成射頻部分的設計,再由天線廠商或者設備商組裝完成,設備商進行一體化測試后,天線隨基站設備進入運營商產品序列,天線廠商的下游由運營商變成了設備商,主設備商將掌握天線環節的主動權。
同時 5G 時代由于采用大規模天線技術,通道數更多,集成化程度更高,帶來了更高的技術難度,在深度合作開發模式下,設備商出于各種因素考慮,不會頻繁的更換合作伙伴,具有技術優勢且能與主設備商合作的公司才能持續受益。同時,由于華為內部具有全套天線及上游構件生產能力,目前為全球第一大天線廠商,因此作為設備巨頭的華為將以天線自供為主(特定領域天線與合作伙伴配合研發),并形成相對獨立的供需產業鏈體系,而中興、諾基亞、愛立信等其他設備廠商將與具有技術優勢的通信天線企業開展持續深入的合作,未來天線行業的集中度有望進一步提升,呈現向頭部集中的趨勢。
陶瓷濾波器
濾波器的作用是當電磁波通過時,過濾或者留下特定頻率的信號。該特定信號與濾波器的固有頻率有關,進一步與濾波器的基本屬性相關,例如材質的介電常數、體積、溫度系數等等。
在4G基站里面,主要使用的是同軸腔體濾波器。但是,5G因為需要集成大量的電子元器,所以,濾波器需要更加的小型和集成。因此,體積小,重量小,傳輸損耗低,頻率穩定,可承受高功率特點的陶瓷介質濾波器應運而生,有望成為5G基站中的主流,更為關鍵的是其價格也較低。不過,小型金屬濾波器部分性能上仍存在優勢,因此需綜合考量,兩者會共存一段時間。
根據預測,到2021年5G基站里面濾波器的市場規模將達到130億。
4G時期華為的核心基站射頻器件供應商包括大富科技、武漢凡谷和春興精工等。而目前國內的陶瓷濾波器供應商主要有東山精密、風華高科等。
覆銅板數量及高頻基材
5G 時期數據量更大、發射頻率更大、工作的頻段也更高,需要基站用PCB 板有更好的傳輸性能,這意味著 5G 基站對 PCB 板有著高頻、高速、高數據量的技術要求。5G 基站原理與 3/4G 相同,但設計層面存在差異,且隨著通信頻率的提升,高頻材料用量更多。5G 時代與此前 2/3/4G 不同的是,為盡可能解決減少饋線損耗,簡化站點部署并節約天面資源,射頻模塊 RRU 將與天線進行整體協同設計,因而 5G 天線系統將同時具備濾波、放大及抑制干擾等功能。而在基站設備組件中,天饋系統與 RRU 均需用到高頻通信材料,預計高頻 PCB 或將在5G 基站中實現對普通 PCB 板的全面替代,進而帶動高頻通信材料需求成倍增長。
高頻通信材料是基站天線功能實現的關鍵基礎材料。天線內部主要有輻射單元、饋電網絡、反射板、封裝平臺、電調天線控制器 RCU 五個核心部件組成。①輻射單元的核心部件為天線振子,PCB 振子方案的電性能指標受 PCB 基材介電常數穩定性影響較高,因而原材料須選用介電常數穩定、介質損耗低的高頻覆銅板;②饋電網絡有微帶線和同軸電纜饋兩種類型,目前基站天線多選用PCB 微帶線饋電網絡或 PCB 與同軸電纜混合型饋電網絡,由于通信頻率高且變化范圍大,其中PCB 基材仍然以高頻覆銅板為主。
5G 射頻拉遠 RRU 對基材要求更為嚴苛,高導熱性的 PTFE 高頻覆銅板或將逐漸成為趨勢。目前 4G 基站 RRU 中功放模塊的主要元器件都印刷在使用高頻覆銅板基材的 PCB 電路中,且以碳氫化合物樹脂高頻覆銅板為主。而未來到 5G 時代,為提高單個基站的覆蓋面積,功放輸出功率不斷上升,對 PCB 基材散熱性要求更加嚴苛,高導熱性 PTFE 高頻覆銅板或將逐漸成為趨勢。
同時,5G 基站建設數量增加,并伴隨天線數量大幅增加,將進一步提升高頻覆銅板用量。預計2022年5G時期基站天線用高頻CCL市場規模達76億美元,2018-2022年 CAGR 達 116%。
目前 PCB 產業界廣泛應用的基板材料是 FR-4(環氧樹脂玻纖布覆銅板),難以滿足高頻應用的需求。許多 PCB 基板材料的廠商對特殊樹脂進行了不同的改進。在目前高頻化的趨勢下,較為主流的 PCB 材料包括聚四氟乙烯 PTFE(毫米波雷達和極高頻通信)、碳氫化合物( 6GHz 以下基站射頻)等。對于基站 PCB 而言,高頻高速性能通過介電常數(Dk)和介電損耗因子(Df)來體現,參數越小性能越優,PTFE 和碳氫化合物樹脂的介電損耗因子均小于 FR-4,是 5G 基站高頻 PCB 板的絕佳樹脂材料。
銅箔以及玻纖布的處理對于高頻覆銅板性能也至關重要,例如玻纖布要經過高水平的扁平化處理與開纖處理,銅箔應使用超低輪廓度電解銅箔、平滑銅箔,有助于實現電路信號的低傳輸損耗、高精度阻抗控制性以及微細電路高水平工藝性等要求。甚至在越高的工作頻率下,超低輪廓度電解銅箔在抑制信號傳輸損失所起的作用可能還要大于基材的樹脂作用。
此外,毫米波高頻基板在工藝層面還需要提高多層板加工可靠性、降低制造成本、改善混合介質及混合電路(射頻/數字)多層板成形加工性。綜合而言,高頻覆銅板的實現對上游材料的選擇以及工藝要求都更為嚴格,這也是超高端覆銅板產品幾乎為日美廠商壟斷的主要原因,國內廠商的追趕替代之路任重而道遠。
從產業鏈的角度來看,下游 PCB 產業將在各類電子終端應用場景的需求推動下向高精度、高密度和高可靠性靠攏,不斷縮小體積、降低成本、提高性能、提高生產率并減少環境影響,HDI、FPC、剛撓結合板及 IC 載板等將成為行業未來重點發展方向。傳導至中游覆銅板,高頻高速產品將成為各方競相爭奪的主戰場。
從全球產能分布來看,向中國大陸轉移趨勢顯著,但超高端覆銅板產品依然幾乎被發達國家壟斷,大陸廠商更多集中在中低端產品,高端產品逐漸有所突破,國產替代的空間巨大。當前主流高頻覆銅板產品主要通過聚四氟乙烯(PTFE)及碳氫化合物樹脂材料工藝實現,其中羅杰斯(Rogers)占據PTFE 類覆銅板 50%以上的市場份額,其余同樣主要被美日廠商占據。
隨著國內覆銅板廠商在高頻基材產品開發上取得突破,同時包括華為、中興等在內的主設備商加速推進國產化,預計頭部廠商將在資金、技術和規模優勢基礎上取得更好的發展前景。目前A股覆銅板上市公司中除金安國際尚未推出高頻覆銅板之外,生益科技、華正新材都已推出相關產品,中英科技也已提交招股書,且各方都在積極擴產。
5G天線振子
振子是基站天線中直接發射信號的關鍵部分,當前振子設計制造方案包括三種——PCB 振子、金屬壓鑄振子和塑料振子。由于傳統天線振子主要采用金屬振子方案,若 5G 基站 Massive MIMO 天線陣列繼續采用金屬振子方案將成倍地提升天線重量,從而提高安裝難度和信號發射效果。塑料振子方案具有輕量化、高頻高效、集成化特點,有望成為未來 5G 天線振子的主要發展趨勢。
3D 塑料振子的制造一般包括注塑+激光工藝,激光工藝又分為選擇性電鍍和 LDS 兩種工藝。選擇性電鍍激光工藝適用于較大型的設備,包括宏基站天線,在性能、減重、精度和加工效率方面有競爭優勢。而 LDS 激光工藝利用激光鐳射技術直接在成型的塑料支架上化鍍形成金屬天線的圖案,設計靈活,節省空間同時還可以避免內部元器件的干擾,目前廣泛應用于小型設備手機天線和各類智能終端等,未來有望在 5G 基站天線塑料振子制造中被采用。我們認為,5G 基站天線振子將根據不同應用場景和環境選擇最適合的工藝和材料,將形成多種工藝并存的局面。
5G 時期基站天線 Massive MiMO 技術采用 64T64R 方案,每面天線的振子數量達到 192 個,5G時代天線振子市場規模將會顯著增加,預計我國 19 年開啟 5G 宏基站建設,并在 3-5 年后迎來建設高峰,假設單個振子價值量為 3-5 元,每座宏基站有三面天線,則我國 5G 宏基站天線振子的市場規模將由 2019 年的 3 億元增長至 2023 年近 40 億元,年復合增速達 90%。
飛榮達背靠華為,開發出全新一代塑料選擇性電鍍工藝天線振子。為了應對 5G 天線振子的性能要求,飛榮達提前多年研發布局,配合華為創新開發出了“改性塑料+選擇性電鍍”工藝的全新一代非金屬天線振子解決方案,目前飛榮達為 5G 準備的天線振子已基本完成前期的各項驗證工作,并且具備量產條件。同時公司收購廣東博緯(場館場景下的基站天線設計研發)、珠海潤星泰(半固態壓鑄件)、昆山品岱(散熱模組)等三家公司,進一步延伸 5G 基站設備上游組件。
此外,信維通信憑借在手機天線領域的技術積累,積極拓展基站天線業務,已為國內 5G 設備廠商提供基于 LDS 工藝的天線振子產品,并同時配合客戶進行耐高溫、嚴寒等多種場景下的 5G 天線應用研發測試,布局 5G 重要元器件。
電磁屏蔽和導熱器件
電磁屏蔽和導熱器件在 5G 通信基站中應用廣泛,由于室外基站為密封型,內外部沒有風扇,只能通過傳導、自然對流和輻射進行散熱,同時 5G 時期對信號抗干擾能力要求更高,因此 5G 基站需要大量的電磁屏蔽和導熱器件。電磁屏蔽和導熱材料及器件在 5G 通信基站主要應用于通信機柜、交換機插箱、變頻器或變壓器和電信信號處理設備。目前用于通信機柜中的電磁屏蔽和導熱器件主要有導電硅膠、金屬屏蔽器件、導電布襯墊、導熱界面材料等。
5G 基站核心技術的升級和基站數量的提升帶動電磁屏蔽和導熱器件需求顯著提升。
5G 時代電磁屏蔽和導熱產業規模持續增長,根據 BCC Research 的預測,全球 EMI/RFI 屏蔽材料市場規模將從 2016 年的 60 億美元提高到 2021 年的 78 億美元,復合增長率近 6%,而全球界面導熱材料的市場規模將從 2015 年的 7.6 億美元提高到 2020 年的 11 億美元,復合增長率超 7%。
由于 5G 時代將于 2020 年以后全面到來,因此上述短期內市場規模的預測主要基于現有設備的升級需求,均未考慮 5G 大規模商用后的增量因素。可以預見的是,隨著 5G 時代下游市場的快速發展,將帶來電磁屏蔽和導熱材料和器件的巨大增量需求,因此我們認為 2021 年以后,電磁屏蔽與導熱材料市場增速有望在此基礎上進一步顯著提升。
5G 基站升級推動電磁屏蔽與導熱材料工藝持續創新。電磁屏蔽材料將向屏蔽效能更高、屏蔽頻率更寬、綜合性能更優良的方向發展,各種新材料在電磁屏蔽的創新應用將會得到更多發展。導熱材料向導熱性更好和長時間工作導熱穩定度更高發展。電磁屏蔽產品包括雙色導電橡膠、精密導電橡膠組件、FIP 流體導電橡膠,微波吸波材料等;導熱材料產品包括導熱凝膠,高 K 值的導熱襯墊、低熱阻的導熱脂等相關產品。
行業格局國產化,國內供應商具備優勢。國際市場上,電磁屏蔽及導熱領域已經形成了相對比較穩定的市場競爭格局,屏蔽和導熱材料行業主要由國外的幾家知名廠家壟斷。但伴隨國內企業成長,目前少數企業逐漸具備了自主研發和生產中高端產品的能力,可以提供電磁屏蔽及導熱應用解決方案。整體來說,國內企業在屏蔽和導熱器件的加工上已形成一定產業和規模優勢,而在材料領域近年來也逐步有國內領先企業逐步切入。
目前國內電磁屏蔽與導熱領域部分廠商已經形成自主品牌并完成設備商認證,幾大主要上市公司近年來通過資本市場融資不斷擴充自身產能并在特定領域注重制造工藝升級和應用領域創新,相比于海外大廠的普適性產品來說,國內供應商產品具備差異化優勢,為高端客戶提供定制化的先進產品,并基于下游應用領域和需求不斷創新材料和產品形式,具備高毛利、高效率的電磁屏蔽和導熱解決方案,在發展成長過程中已逐漸形成穩定的客戶群體和供應格局。
總體來看,國內領先的電磁屏蔽與導熱材料及器件供應商積極開展新產品新工藝布局,為高端客戶提供定制化產品,伴隨終端國產化趨勢,依托于下游設備商的崛起,憑借快速的服務響應能力迅速搶占增量的市場份額。
通訊連接器升級顯著
連接器在通訊領域應用廣泛,主要應用于基站天線、BBU 等設備,是不可或缺的重要配件之一,包括射頻連接器、電源連接器、背板連接器、輸入/輸出連接器和印制電路板連接器等。
3/4G 時期,天線與 RRU 之間、天線內部天線振子與射頻器件相連都是通過饋線連接,而 5G 時代采用大規模陣列技術,天線陣列與射頻均設計在 PCB 板上,由于通道數變多使得傳統饋線連接方式已不能滿足需求,天線陣列與射頻收發器將通過板對板方式相連,這意味著連接器的使用數量將大幅增加。板對板連接方式為三個連接器與兩塊 PCB 板組成一個連接器電路板組件,將 snap 座焊接在一個 PCB 板上,將 slide 座焊接在另一個 PCB 板上,中間由轉接器 bullet 連接。
連接器行業發展趨勢受下游終端應用行業發展影響,下游每一次技術進步和變遷都會給整個產業帶來巨大變革,從而推動連接器技術不斷升級。5G 時期產品的高速率(10Gbps)、集成化、高可靠性已經提前得到了業界的廣泛認可,這些新需求使得與之相匹配的連接器也向著小體積、高性能的方向發展。
根據《中國通訊連接器市場發展研究及投資前景報告》,全球通迅領域連接器的市場規模增長最快,2017 年約 280 億美元,預計 2018-2023 年 CAGR 達 15.4%,其中全球射頻連接器市場規模預計2022 年增長至 78 億美元,2017-2022 年 CAGR 達 6.5%。2017 年中國連接器細分領域中數據與通信領域僅次于汽車,占連接器市場份額的 20.7%。
國內廠商方面,立訊精密領先布局高速連接器、高速電纜組件等 5G 基站互聯產品,在全球范圍內已具備良好的客戶基礎。意華股份積極研發高速通訊連接器產品,與華為、中興、鴻海等建立了長期合作關系,并配合華為建立 5G 專案工廠。電連技術在射頻連接器領域具備領先的技術基礎,自主研發第 5 代微型射頻同軸連接器及射頻微同軸線纜組件產品具有顯著技術優勢,同時密切關注 5G 基站連接器新標準,加強與上游芯片設計廠商的研發合作。
5G上游零部件升級趨勢呈現消費電子級特性
5G 未來主要使用 2.6GHZ、3.5GHZ 及毫米波頻段,相對于 4G 具備更高的頻段,核心零部件體積與波長成正比,同時5G采用的大規模Massive MIMO技術會需要更多的通道數,零部件數量更多,集成化程度更高。
總體來說,5G 時代基站上游的電子零部件將向著精細化、微小化、集成化等方向發展,越來越呈現出消費電子級別的零部件特性,而提前配合設備廠商布局研發的電子企業有望率先受益。
2、手機端
5G對手機硬件提出三大挑戰。5G時代到來,手機承載的功能將會更多,變成一個超級入口,對手機硬件提出了三大挑戰:首先,海量信息交換和計算,對手機處理能力要求更高;其次,計算更多帶來高功耗,對續航和散熱要求更高;最后,手機元器件、天線面積增加對手機布板設計、工業設計提出更高要求。
芯片端:5G 手機的核心難點。基帶芯片是手機連接移動通信網絡的調制解調器,與 3G、4G 不同的是,5G 網速更快、拓展性更強,手機廠商要將一塊獨立的 5G 芯片植入手機內。在技術端,5G 的終端復雜性比4G 更高。5G 的運算復雜度上比 4G 提高了近 10 倍,存儲量提高了 5倍,而 5G 產品的芯片處理能力必須提升至現行的 5 倍。5G 芯片需要同時保證 TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、WCDMA、GSM 多種通信模式的兼容支持,同時還需要滿足運營商 SA 組網(獨立組網)和 NSA 組網(非獨立組網)的需求,這對于天線方案以及前端架構的設計挑戰非常大。
目前,全球市場上,5G手機芯片玩家只有高通、華為海思、三星、聯發科、紫光展銳五家,其中三家均為中國廠商。特別是華為海思在5G手機芯片水平上已經達到了與高通相近的水平。2018 年 12 月華為發布 5G 終端芯片“巴龍 5000”,并于今年MWC上推出了首款5G折疊屏手機Mate X。
射頻端:射頻數量大幅增加,手機成本進一步提升。手機射頻前端主要包括天線、濾波器、功率放大器(PA)等器件,它是智能手機的射頻收發器和天線之間的功能區域,射頻器件設計難度大,材料要求特殊。在5G 手機中,射頻端的設計尤為關鍵,其成本有可能超過手機處理器平臺,主要原因是 5G 時代,射頻數量將大幅度增加,Qorvo 公司高管曾指出,以 5G 手機為例,單部手機的射頻半導體用量將達到 25 美金,相比 4G 手機近乎翻倍增長,其中濾波器從 40 個增加至 70 個,頻帶從 15個增加至 30 個,接收機發射機濾波器從 30 個增加至 75 個,射頻開關從 10 個增加至 30 個,載波聚合從 5 個增加至 200 個。據中國產業信息網統計及預測,全球射頻前端市場規模以每年約 12%的速度增長,2016 年達 114.88 億美元,未來將以 12%以上的增長率持續高速增長,2020 年接近 190 億美元。
根據申萬宏源的統計數據顯示,現在全球93%的PA供應集中在 Skyworks、Qorvo 和 Avago(Broadcomm)等幾家廠商手中。濾波器也被Murata、TDK、TAIYO YUDEN、Avago和Qorvo等廠商瓜分,其中Murata、TDK和TAIYO YUDEN瓜分了80%的SAW濾波器供應,而Qorvo和Broadcomm則占據了95%的BAW市場。
相對來說,國內SAW濾波器廠商主要有55所、26所、好達,BAW濾波器國內廠商有天津諾思。在4G PA這塊,國內也有唯捷創芯、絡達(已被聯發科收購)、展銳、漢天下、飛驤科技等。在射頻開關方面,國內有卓勝微(三星和小米是最大客戶)、展銳、立積電子等。總的來說,在射頻器件領域,國內供應商的器件性能相比國外大廠來說仍有較大的差距。特別是在5G的射頻器件領域,由于要求更高,國內的供應商目前還難以滿足要求。另外在高端射頻器件所需的GaN、SiC、GaAs等半導體工藝方面,目前國內供應商非常少。
功耗與散熱:散熱模組市場有望提前爆發。散熱是手機正常運行必須克服的難題,5G 時代,手機散熱面臨的挑戰更為嚴峻。一方面,功耗方面,由于 5G 傳輸速率更快,海量數據吞吐量大大增加其功耗, 5G 芯片部分成為繼 CPU、GPU 后新的手機發熱源頭,華為輪值 CEO 徐直軍在接受采訪時指出,5G 芯片的耗電量是 4G 的 2.5 倍;另一方面,手機結構變化對散熱性能也提出了更高的要求,隨著 5G 天線數量增加和電磁波穿透能力變弱,機身材質向非金屬化演進,需要額外增加散熱設計,同時,5G 手機內部結構設計變得更為緊湊,也增加了散熱解決方案的設計難度。
智能手機的散熱方式可分為石墨散熱、金屬背板/邊框散熱、導熱凝膠散熱、液態金屬散熱、熱管散熱等方式,目前多數智能手機的散熱方案是采用石墨片,主要是因為石墨片的散熱技術成熟,且價格較便宜。三星從 Galaxy 7 開始導入散熱管設計,華為手機明確采用銅板散熱。我們認為,在智能手機身非金屬化時代下,很大程度提升了導熱材料市場的需求,同時具有熱解決方案與研發設計能力的導熱材料企業將會在 5G 手機時代扮演更重要的角色。
5G 助力手機創新技術加速發展。5G 開啟了手機產業新一輪換機潮,有望加速帶動手機創新技術的發展。在屏幕方面,近兩年,手機屏幕尺寸雖仍然在增長,但增長的速度已經明顯放緩,受制于當前科技水平,大屏幕產品的增速放緩,全面屏技術、折疊屏技術逐漸應用于手機屏幕,通過折疊技術既能大幅提升智能手機的屏幕尺寸,也能大幅縮小平板電腦的尺寸,增加便攜性;在電池方面,5G 的數據處理能力將增大電池的能耗,對手機性能提出了新要求,快充與無線充電技術迅速崛起;在安全方面,生物識別技術逐漸成熟,未來智能手機將具備面部識別,虹膜識別和指紋識別等多種傳感器技術;在應用方面,AR、VR 和語音技術的快速發展,拓展了手機的應用場景,是創新的重要渠道。
三、上游產業鏈的自主可控
工信部頒發5G商用牌照,5G商用正式啟動。不過,市場關注重點在外部壓力加大條件下,國內5G產業推進所受到的阻力。在 5 月中美國以國家安全緊急狀態為由,對包括華為在內的數十個企業和科研院校納入實體清單,要求美國企業或采納美方技術超過一定比例的外國企業不得向列舉的實體提供技術、零部件和服務,掀起打擊范圍和力度空前的技術封鎖。美方對華的遏制成為了產業最大不確定因素,因其影響范圍大、跨度遠,其反應將在未來一到兩年逐步體現,成為市場關注的重點。
ICT 領域的遏制是國家間競爭發力點和延續,我們認為,嚴酷的外部技術封鎖和市場壓制將長期存在,較難出現系統性緩解。需要重視美方從 2016 年開始逐步加碼的在技術和市場兩方面的動作,一方面除非接受美國單方面的處罰和嚴格監管,否則可能出現基于任何借口的,超常規的制裁;另方面對其自身的產業鏈相關公司也造成了不可忽視的商業利益沖擊,將損害其長期發展。以聲譽和利益為代價,足見其實踐單邊和遏制戰略之決心,短期難以緩解,只能寄望于國內上游自主可控完善。
我國半導體產業起步較晚,雖然有了較完整的布局和長足發展,但因為后發,整體規模和產品層次仍處于較低水平。國內半導體實際起步在新千年之后,當時產業基石性工作已經完成,包括材料、工藝、設計、軟硬件生態已經完整,本土企業只能從點到面,在部分專門領域從低端向上游延伸。2016 年中興事件之后,國內對于自主可控的戰略意義認同空前一致,近三年在長期投入和短期應對上準備充分。尤其通信行業,龍頭廠商在關鍵領域已有全球領先性,有能力面對先發廠商在技術和市場上的壓制。
華為作為全球領先的 ICT基礎設施和智能終端提供商,2009 年華為就啟動了 5G 的研究,2012 年推出關鍵技術驗證樣機,2013 年投資 6 億美元用于 5G 研發,2015 年推出系統測試原型機,2015 年-2017 年參與 3GPP R15 標準的制定,而 2018 年用于 5G 研究和創新的投入超過 50 億元,伴隨 5G 的商用大幕拉開,有著完善和深入布局的華為也在新的時代占據獨特的領先地位,將充分享受到行業紅利。
基站天線是 5G 建設中極其重要的一部分,在天線領域 1995 年華為成立天線事業部,2003 年華為收購灝訊天線事業部實力大幅度增強,2013 年接手凱瑟琳蘇州總部研發團隊,從 2015 年開始保持全球市場份額第一,2017 年全球市占率達 32%。
在處理器方面,華為有自己的海思處理器,基帶有巴龍5000,另外還有新推出的針對基站的天罡。
但是在基站所需的高性能FPGA這塊,目前主要還是依賴于賽靈思、Altera等國外大廠。雖然國內也有安路科技、京微雅格、高云半導體、同創國芯等FPGA廠商,但是總體來看,中國FPGA廠商的規模還比較小,能量產出貨的國產FPGA多以低端CPLD和小規模FPGA器件為主。
根據華為無線負責人說法,華為的基站里采用FPGA主要是擔心5G未來的標準會變化,擔心技術升級。雖然目前華為被美方禁運,但是華為還是有著大量的備貨,已經出貨的基站設備可以通過FPGA的可編程邏輯單元升級。不過,相對于競爭對手的5G基站方案來說,華為更多用是ASIC來替代FPGA,有消息稱,華為5G BBU里面的FPGA:ASIC的比例是5:95。并且,第一版ASIC已經把這個可調節范圍考慮進去了,即便標準出現大的參數變化,可以多加一塊ASIC板子插進去,而且用2-3塊AISC的板子也比用FPGA要便宜。
作為全球領先的通信設備商和智能手機廠商,華為在很多關鍵的核心領域都有自己的布局,同時也與眾多的上游電子元器件公司保持長期合作,包括基站天線、PCB、光模塊、射頻模塊等部件的核心零組件,隨著頻譜分配落地,5G 建設周期將大規模啟動,華為產業鏈相關的供應商將直接受益。
國內上游供應商也主要以華為需求為導向,快速反應、貼身服務進行相關業務的研發以及上下游資源的整合,最終為其提供設計、測試及制造一站式綜合服務方案,提供定制化產品。上游電子廠商不僅得到設備大廠華為的支持,同時也獲得高規模效應。(在前面產業鏈介紹部分已有一些介紹)
華為供應商遍布全球,2018 年核心供應商一共有 92 家,美國企業數量最多共 33 家,大陸排名第二有 22 家,可見華為對美國廠商依賴度較高,近期國際關系的變化使國產化替代需求更加迫切,華為通過扶持大陸上游材料廠商,加速推動國產化進程,華為已成為國內電子元器件行業發展的強力助推器。
2018 年以前華為對供應商的研發水平、生產規模等綜合實力要求較高并且所需產品需歷經研發、設計、驗證及調試等多次循環方可完成,但華為為了應對可能出現的供應鏈管控危機,加速推動國產化,從 2018 年下半年開始在繼續保持對供應商認證資格嚴格要求的基礎上,進一步縮短認證周期,并積極尋找國內潛在供應商。另外華為還通過提升核心供應商價格和毛利率幫扶上游材料廠商,把更多利益讓給供應商。
5G 網絡側上游準備較為充分,整體建設進度不會受到影響。在 5G網絡方面,因為屬于設備商的戰略領域,華為在上游替代方案上有了十余年的儲備,核心部分已基本完成自主可控,且在很多技術上處于領先,尤其在實現基帶、主控和傳輸的嵌入式實時系統上,有深厚的積累。網絡側中射頻軟硬件和算法華為也領先業界,且上游供應商在很大程度上做到了本土化。對于少數非核心部分,廠商也儲備了去美國化方案。我們認為,第一階段 5G 建設不會因外部封鎖此受到阻礙,反而可能在壓力下加快推進。
另外值得一提的是,除了華為之外,中興也有自己的5G端到端的解決方案,而且其中一些核心器件也是中興自主的。比如中興有自己的迅龍基帶芯片。在今年的MWC上,中興展示了兩款自研芯片:一款是MCS多模軟基帶芯片,實現了2G/3G/4G/Pre5G和5G多模融合,靈活的"軟基帶"達到多制式共享硬件平臺,是業界少有的基站單芯片解決方案。另一款是一顆中頻芯片,實現了2G/3G/4G/Pre5G/5G/NB-IoT多模融合,單芯片多模一體化,可靈活適用于各種無線場景。
5G手機端方面,短板在射頻前端,這塊主要依賴于Skyworks、Qorvo和Broadcomm等國外廠商,短期難以實現追趕,只能尋找其他方案替代。安卓GMS對華為的封鎖會影響華為海外手機市場,但這也進一步迫使華為加速移動端操作系統實現自主,風險與機遇并存。對于即將在明年起量的 5G 手機,目前國內的射頻前端技術仍全面落后,中短期難以突破到商用水平,預計將以非美國替代性方案為主。禁止華為使用安卓GMS,或將失去依賴 GMS 服務的海外用戶,但同時促使國產移動操作系統快速自立,我們預計今年底華為的跨平臺操作系統有望上線,在 5G 手機滲透窗口期取得商業突破。
光網絡方面,目前國內能夠生產光通信芯片的企業并不多,其中大多數能夠大批量生產低端芯片。僅有光迅科技、海信、華為、烽火等少數廠商可以生產中高端芯片,但是市占率非常有限。高端光芯片仍依賴于博通、三菱等美日公司。
雖然,光器件方面,國內與國外存在一定差距,但總體可控,短期有望實現突破。光網絡擴容升級焦點在器件與設備,國內設備水平全球領先,但在上游器件方面存在一定差距,但產品布局完整,技術差距總體可控,芯片研制和封測技術水平堅持長期推進,在強化自主的背景下,短期有望實現重大突破,并有望伴隨國內應用規模打開而持續升級。
值得一提的是,華為在光通信芯片方面也早有布局。早在2013年,華為就通過收購比利時硅光子公司Caliopa加入光通信芯片戰場,后來又收購了英國光子集成公司CIP。目前,華為對光通信芯片的投入已有六年之久,并已掌握了100G光通信芯片技術。在今年4月,華為還在英國劍橋買了500英畝土地,準備在當地興建光芯片工廠。
IP 承載網方面,華為在高端路由器和交換器方面已經全球領先,中興也在國內市場取得重大突破,相關上游芯片已有一定積累。主要短板在于交換芯片、網卡芯片與系統平臺,國內已有專業廠商進行了長期鋪墊,在具體指標上比領先水平稍遜,但可替代性強,且相比而言技術上更易突破。
云服務器方面,國內已經在多個指令集方向進行了長期探索,基于ARM 體系架構自主已取得關鍵突破,國內龐大的市場和自主需求,將促使底層架構自主走向全面完善。華為已經獲得了 ARMv8 的內核級永久授權并完成了對微架構的自主實現,從指令體系自主來說不存在風險,但需要注意 ARM 對其封鎖了后續更新版本的指令集,長期發展依然受到制約。我們認為在愈演愈烈的技術封鎖環境下,國內很有可能掀起從指令集、內核微架構、操作系統,直至上層 IT 生態全面重建。基于新體系架構的 CPU、跨平臺操作系統、中間件和數據庫,B 端通用應用軟件都存在重大的開拓性機遇,國內也有足夠市場規模和內外部因素來加快體系化自主可控的完善。
綜上,ICT 領域發生的遏制和對立,是中美博弈的具體體現,長期看還可能繼續擴大。我過在完善技術自立方面已經做好了相當程度的應對準備,風險總體可控,并將進一步推動上下游加快自主,5G 建設與新業態變革將為核心領域持續突破和新體系的建立帶來難得契機。
-
華為
+關注
關注
216文章
35115瀏覽量
255344 -
5G
+關注
關注
1360文章
48781瀏覽量
571230
原文標題:動態 | 5G商用開啟:哪些產業鏈環節能自主可控?
文章出處:【微信號:wc_ysj,微信公眾號:旺材芯片】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
發布評論請先 登錄
愛立信攜手Telstra、高通刷新5G上行鏈路速度紀錄
5G-A與AI融合對移動產業帶來的機遇與挑戰
5G-A與AI融合加速移動AI時代,華為發布十大解決方案應對新挑戰
我國5G發展成就顯著,面臨挑戰與對策
我國5G發展成就顯著,面臨挑戰與對策并存
全球RedCap網絡漸趨完善,廣和通5G RedCap解決方案商用進程提速

全球RedCap網絡漸趨完善,廣和通5G RedCap解決方案商用進程提速
國產FPGA的發展前景是什么?
嵌入式設備中的4G/5G模塊管理
商用全面提速,5G新通話進入普及階段!

新的機遇與挑戰:5G與物聯網的融合

評論