射頻，大家聽著可能很熟悉，但是什么是射頻，射頻集成電路難在哪里？發(fā)展的方向是什么？我將會對下面幾個方面進行介紹：現(xiàn)在射頻芯片全球的市場規(guī)模、國內(nèi)國外一些射頻廠的市場占有率如何、我們的機會在哪里。

一、什么是射頻？

射頻芯片是一個比較專業(yè)的方向，相對于整個半導體設(shè)計是一個很小的技術(shù)方向。要總結(jié)一下中國企業(yè)在什么樣的路上，尤其是射頻的方向非常難。這條道路雖然崎嶇、艱難，但我相信一定是一條越走越寬的光明之路。

大家知道互聯(lián)網(wǎng)萬物互聯(lián)的概念，這個概念已經(jīng)比較老了，現(xiàn)在大家提的是IOE。這是2014年11月《哈佛商業(yè)評論》給的一張表格，它預(yù)計2020年的時候全球每個人介入的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是6.58臺。手機、IPLED、筆記本電腦、智能汽車、智能電器，稍微一算六七臺設(shè)備很容易達到。未來五年、十年，會有更多的設(shè)備接入進來。那么這些設(shè)備是怎么連接呢？就是無線通信，無線通信把各個小的終端連在一個網(wǎng)絡(luò)里面，怎么實現(xiàn)呢？就是射頻技術(shù)。

第一代的手機，是大哥大，當時的售價在1萬左右，像一個磚頭，可以拿來防身。iphone，蘋果10在1萬左右，當年的1萬和現(xiàn)在的1萬是沒有辦法比較的。我們更不用說在性能上、功能上發(fā)生的改變。集成電路促進了這樣的發(fā)展，射頻的發(fā)展又在其中占了重要的角色。

這是傳統(tǒng)的機械衛(wèi)星，它非常笨重和昂貴，這樣的衛(wèi)星用在現(xiàn)在智能互聯(lián)網(wǎng)很難。但是如果用相控陣天線做集成，無論是尺寸、成本、功耗都會有幾個數(shù)量級的降低，讓它的普及變成一種可能，這就是射頻集成電路的優(yōu)勢。講了這么多，那到底什么是射頻？射頻顧名思義就是能夠發(fā)射的頻率。電磁波其實就是一種交變的電磁場，這種交變的電磁場能夠在自由空間進行傳輸，所以射頻就是具有遠距離傳輸能力的一種高頻電磁波。這里面有幾個概念，一個叫做頻率，什么叫頻率？剛才講它是交變，交替變化。單位時間一秒能有多少個周期變化呢？這個周期的個數(shù)我們把它叫做頻率。大家經(jīng)常聽到它的工作頻率是多少，就是它一秒鐘能夠變化的次數(shù)。它每變化一個次數(shù)需要多少時間，這就叫周期，所以頻率和周期成反比。它在中間傳輸?shù)臅r候，波長定義成一個周期的時間能傳播的距離，所以用自由空間電磁波傳輸?shù)乃俣热コ艘灾芷诘臅r間，就變成了波長。射頻的頻段就像時間的橫坐標軸一樣，像昨天、今天和明天。射頻也是一樣，低射頻到高射頻，3Hz到300G的頻段叫做射頻，在300G以上叫做太赫茲。射頻的頻段再細分，3Hz到300M就是無線電，可以用在廣播上。在300M到300G叫做微波，再細化，從300M到3G，波長是1米到10厘米，這種叫做分米波。3G到30G，波長10厘米到1厘米，我們叫做厘米波。30G到300G，波長對應(yīng)10個毫米到1個毫米，這種叫毫米波，這是概念上的區(qū)別。

頻譜是非常重要的資源，任何通信協(xié)議使用到的頻譜，一定要符合頻譜規(guī)范。中國的頻譜是這樣劃分的，超長波、長波、中波、短波、厘米波、毫米波。西方國家是用波段來劃分的，比如L、S、C波段等等。

那日常生活中有哪些通信技術(shù)呢？大家稍微理一理，射頻技術(shù)已經(jīng)遍及生活的各個角落。第一個，無線局域網(wǎng)。相信每家都有一個無線局域網(wǎng)。60G通信的特點是數(shù)據(jù)率非常高，通信距離近，TP-LINK前兩年發(fā)布了全球第一款支持802.11ad協(xié)議的路由器，也就是一個4K的高清電影，要想傳輸?shù)脑挘恍枰獛追昼?。傳輸幾千張高清照片，只需要幾秒鐘。較遠距離通訊（如隔墻）時，需要用802.11a/b/g協(xié)議。

全球定位系統(tǒng)GPS，是大家出門旅游不可或缺的。迪卡儂的每一件衣服都有一個標簽，這是900M的頻段范圍的RFID。移動通信網(wǎng)絡(luò)，從第一代的大哥大到現(xiàn)在的4G，到幾年以后的5G，可能未來的6G。2012年前大家的手機采用2G網(wǎng)絡(luò)，刷個網(wǎng)頁都需要很久?，F(xiàn)在大家的4G網(wǎng)絡(luò)，可以很順利地看電影、電視，它的通訊數(shù)據(jù)率有了急劇的提升。包括近距離的無線網(wǎng)，像藍牙、NFC、雷達、衛(wèi)星通信，射頻技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域。

通信系統(tǒng)。我把通信系統(tǒng)畫成框圖，這里面會經(jīng)過兩種變換。首先一個非電到電的變換，例如有一個聲音信號，要通過手機傳輸出去，必須先采集聲音信號。把聲音信號傳換成電信號，這是非電到電的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成之后，會把采集過來的電信號從低頻搬到射頻頻段，射頻是比較高的頻段。為什么要搬呢？是因為頻譜是非常珍貴的資源，大家不能夠都用在低頻，一來這會造成干擾，無法通信，二來搬移到更高頻率后可以更好的利用頻譜資源。另外，射頻的尺寸和波長是相比擬的，工作頻率越高，波長越短，所需要的天線尺寸越小。這是一個通信系統(tǒng)最基本的組成，我們講到的射頻芯片部分在這里。我們把它從低頻搬到高頻，在射頻頻段進行處理，這是射頻前端在收發(fā)機當中的位置。

這里面有哪些模塊和元器件呢？最基本的元器件有電感、電容、電壓器。然后是模塊，功率器放大器、混頻器、振蕩器、射頻開關(guān)。其次是收發(fā)模塊。再后來是雙工器、天線。這是射頻前端應(yīng)用到的器件和模塊，模塊有些是分離器件，也可以做進一步集成。射頻集成電路在什么樣的工藝上實現(xiàn)呢？隨著射頻電路工藝的發(fā)展，特征尺寸逐漸減小。65納米工藝特征頻率可達到將近200G。大家普遍傾向于采用CMOS工藝來實現(xiàn)，最重要的原因是它很便宜，可以把射頻、數(shù)據(jù)處理部分等都集成在一起，這樣手機可以高度集成，體積減小，而且非常便宜。但CMOS特征尺寸越小，射頻電路的設(shè)計難度也越高。

這是RFIC的部分照片，這是最早的一顆藍牙收發(fā)機照片，這邊是60GHz，這是ADI公司今年2月份在舊金山發(fā)布的多模射頻芯片，它集成了2G、3G、4G、5G，是能夠向下兼容的收發(fā)機芯片。

二、RFIC為什么難，難在哪里？

很多學校的學生不愿意學射頻，覺得上手慢，學了三年才剛剛?cè)腴T，學了五年可以做一些電路設(shè)計，做一個合格的工程師，至少需要五到十年的時間。所以大家提到它的的時候，就覺得難。為什么它難呢？首先無線通信，它的傳輸是自由空間，這個自由空間環(huán)境非常復雜。比如信號在空氣當中傳輸，信號傳輸?shù)臅r候強度會逐漸衰減，傳輸距離越長，信號衰減越厲害，達到了足夠距離的時候，接收到的信號只有幾個微伏，非常小。這個時候旁邊還有很多噪聲，什么叫噪聲？除了所需要的信號，其他的聲音對它來講都是噪聲。那怎么從這么多噪聲里面挑出我所需要的信號，這是很難的事情。

另外是環(huán)境，我的信號要傳到某一位同志的手機，可能不是直接傳過去，有可能這個信號傳到墻壁，再反射過來。信號的傳輸是不受我們控制的，它會走多個路徑。多個路徑就會導致信號到達接收手機的時間是不一樣的。接收的時間不一樣，延時不一樣，信息也會不一樣，這時候怎么來處理，這樣技術(shù)問題會導致射頻信號、射頻前端的設(shè)計非常重要。

另外一個難點在于射頻電路不單單是電路設(shè)計，它和工藝、封裝、測試是密切相關(guān)的。做射頻電路，必須要了解工藝和它的工藝參數(shù)才能去做模型。封裝又希望它對電路影響越小越好，所以也要了解封裝模型。測試是一個更大的問題，幾年前我們要做毫米波電路，要做60G毫米波電路，是沒有測試設(shè)備的，因為測試設(shè)備是禁運的，想從美國買但是買不到，最近幾年才剛剛開放。這對當時做毫米波電路來說提出了很大的難題。

再一個難點是更新?lián)Q代太快，手機可能兩年就有一代。這么高的頻率下，如果沒有足夠深厚的技術(shù)積累，很難跟上這個技術(shù)發(fā)展的腳步。射頻技術(shù)和工藝相關(guān)，還跟信號、無線電都相關(guān)，甚至跟設(shè)計軟件都相關(guān)，這是一個涉及多學科領(lǐng)域的方向。

三、未來射頻的發(fā)展方向

從移動通信來講，第一，多模多帶。就是未來的5G手機要向下兼容4G、3G、2G。如果只支持5G，不兼容4G，這個手機的銷量會很差。多帶，就是有多個頻帶，作為一個手機，不可能只支持一個頻帶，這樣有可能到了美國就不能用了。

第一，高性能。高靈敏度，高輸出功率、增加通信帶寬、提高數(shù)據(jù)率。

第二，低功耗、低成本。

第三，高度集成?，F(xiàn)在講的射頻IC不僅僅是集成射頻模塊，還能夠把模擬電路等統(tǒng)統(tǒng)集成起來，這個時候才能把它的成本降下來。

第四，提高頻譜效率。

第五，更高的載波頻率、充分利用頻譜資源。

第六，新的技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域。

射頻技術(shù)是推動無線產(chǎn)品的強大動力。

這里有幾個數(shù)字，2015年到2019年用于移動通信終端的市場規(guī)模從119.4億美元增長到212.1億美元，復合年增長率15.4%，其中射頻芯片規(guī)模為40%，市場規(guī)模為65億美元。這是QYR的預(yù)測，2020年市場規(guī)模接近190億美元。在這樣的市場規(guī)模下，再看國際的一些射頻芯片供應(yīng)商和國內(nèi)射頻芯片供應(yīng)商的市場占有率情況。這邊給出了一些國際巨頭，Skyworksqorvo、NXP、Infineon、MTK，三大巨頭，Qrovo、Skyworks和BroLEDcom的營業(yè)收入大概是96億美元，功率放大器市場占有率接近90%。

國內(nèi)的射頻芯片，大家耳熟能詳?shù)腞DA、lansus、Vanchip，海思，這些公司加起來2016年總收入低于20億人民幣，和海外巨頭差距明顯，也就是只能在國內(nèi)占據(jù)一定的市場。我們的市場占有率只有20億人民幣，這樣的情況下，RFIC的機會在哪里呢？我們要不要做呢？可以分幾個方面來看。

從民族自豪感來講，中興事件對我們來說既是壓力，也是動力。在現(xiàn)有的國際形勢下，國家有相應(yīng)的政策“中國制造2025”，包括前天上海推出的“上海制造”，講到要大力發(fā)展集成電路設(shè)計，這是從國家政策來講的。

從市場講我們的機會在哪？我們絕對不是去硬拼，我們很難在短時間拿出高性能、低成本的芯片去替代國外產(chǎn)品，因為這本身是一個高投入、低產(chǎn)出的行業(yè)。所以我們要有一些新的產(chǎn)業(yè)出來，比如5G。5G還沒有蓬勃發(fā)展，市場還沒有起來，這個時候中國和國外大廠商的差距還比較小，我們很容易迎頭趕上。第二，新的應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的一些智能器件是我們能夠快速占領(lǐng)市場的一些途徑。從市場角度落到技術(shù)上，可以有兩大突破，一個是應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的射頻前端，再一個是毫米波的射頻前端。按照剛才講的，僅僅做射頻前端占有市場，這是第一步，最終是要做SOC，全集成。

剛才講到了5G和毫米波，回到毫米波。毫米波是3G到300G的頻段，毫米波的應(yīng)用有三個方向。一個是毫米波通信，毫米波通信里面包括5G、60G等。再有一個是智能的毫米波雷達，包括汽車雷達。最后是毫米波成像，主要用在醫(yī)療、安防。智能毫米波雷達應(yīng)用在哪呢？這里面列出了幾個應(yīng)用。第一，智能交通，交通的流量控制。第二，安防，結(jié)合視頻，可以監(jiān)控是不是陌生人。第三，智能照明，可以監(jiān)測有一個人走過來了，什么時候開燈，什么時候關(guān)燈。第四，感應(yīng)。未來更多的是機器人，機器人的服務(wù)、定位，汽車的智能駕駛、手勢控制，汽車內(nèi)部的音響、空調(diào)，都可以用手勢控制。再一個是老人生命體征的監(jiān)測，監(jiān)測心跳、呼吸，監(jiān)測睡眠情況。

以前毫米波雷達主要在軍用方面，最近毫米波雷達在民用上的發(fā)展特別快。雷達傳感器市場預(yù)期從2016年的59.5億美元增長2023年到206.4億美元，包括雷達視覺、超聲波和激光。下面把雷達年復合增長率列出來了，從2008年到2018年是快速發(fā)展的階段，之后會保持一個平衡。雷達有很多技術(shù)，有視覺，紅外、超聲、毫米波雷達。為什么用毫米波雷達呢？

下面看一下各種雷達的優(yōu)缺點。

激光雷達有很多優(yōu)點，就是價格比較貴，這對于普及很不適用。超聲波雷達不能夠測速。紅外雷達對測速、測距比較差，視覺受到環(huán)境應(yīng)用的影響，比如說天黑。以前毫米波的雷達價格比較高。如果用集成電路實現(xiàn)毫米波雷達芯片，用CMOS工藝做毫米波雷達，那么它的價格就會降低，這時候它的缺點就可以得到彌補，精度高、穿透性好、可靠性高、全天候這樣的優(yōu)點就會顯現(xiàn)出來。從毫米波雷達到現(xiàn)在，無論是從它的成本、尺寸、功耗都有了成倍的提升。