來更新一下RF IC 射頻晶片設計公司,立積。現在,Wi-Fi 7正在起步中。
立積,是無線網通WiFi市場上的主要射頻前端元件供應商,立積的射頻產品如PA、LNA、SW及FEM涵蓋各種不同的製程技術,包含GaAs, SiGe, SOI, CMOS與IPD等。公司目前主要產品包括:
A. WiFi 無線網路使用之 RF IC 射頻前端晶片研發及銷售,包含功率放大器、低雜訊放大器、天線開關與前端整合射頻晶片。
(1)功率放大器(PA,Power Amplifier) – PA 主要功能是將經過基頻處理過的訊號加以放大,使得該訊號能夠被傳送出去。 `
(2)低雜訊放大器(LNA,Low Noise Amplifier) – LNA 的主要功能是將所收到的訊號加以放大,同時將訊號內的雜訊加以降低,以利後端系統的使用。 `
(3)天線開關(SW,Switch) – SW 的主要功能是藉由電壓驅動而使得電子通道產生電荷累積或排擠的現象進而控制信號傳輸路徑之通過或斷開。 `
(4)前端整合射頻晶片(FEM,frond end module) – FEM 為 PA、LNA、 SW 三者之任意整合。 `
(5)被動濾波器 (Passive Filter)- Passive Filter包含BAW、SAW、LTCC 等濾波器,主要功能是在射頻路徑抑制帶外干擾,提升系統性能及可靠度。
B. 2.4GHz 無線影音傳輸之 RF IC 與系統單晶片 (SOC, system on chip)研發及銷售,包含 2.4GHz 跳頻無線收發射頻晶片(RF transceiver) 與影音壓縮/解壓縮系統單晶片。
立積之2.4GHz跳頻射頻收發單晶片系列,主要應用於物聯網之智慧家庭無線安防監控、家庭自動化及家庭燈控,與影音多媒體無線傳輸應用等市場。其中無線安防監控之應用涵蓋,1對1或4對1安防監控、無線可視門鈴、無線倒車後視、Video phone雙向對講與家庭幼兒、長者照護等。影音多媒體無線傳輸之應用涵蓋,DVD之無線延伸、數位機上盒之無線延伸、PC to PC或PC to Home之家庭餘樂與遊戲等。
C. 3G/4G LTE femtocell 使用之 RF IC 射頻前端晶片研發及銷售,包含功率放大器與天線開關。
D. 5.8GHz/10GHz/UWB(超寬頻)微波雷達感應器 RF 前端晶片與系統單晶片(SOC, system on chip) 研發及銷售,包含偵測及辨認應用之 DSP 演算法韌軟體 IP 提供。
立積推出數款無線感測前端晶片、系統晶片(SOC)及天線模組於市場上。無線感測器主要使用於偵測環境及人員的位置(距離及角度方位)、肢體手勢及細微動作(包括呼吸心跳)等。提供更多元並精確的空間感測資料(包括距離、方向、速度、大小、微都卜勒 Micro Doppler、生理訊號)給後端的智慧整合資訊系統,以實現人工智慧及大數據的不同應用。
立積除了致力於無線感測器晶片開發,同時間並與全球知名品牌客戶合作持續開發新的應用場景及對應之訊號辨識演算法之開發,例如、人員存在偵測、一維與二維位置偵測,非接觸式呼吸及心跳偵測等,此外,於遠端長者居家照護方面,將進一步研發非接觸式手勢及肢體感測辨識(hand/body gesture recognition)及機器學習(machine learning)技術,並運用多發射多接收天線來增加辨識的正確率。
產業概況
近年來無線產品、光學和其他高頻應用需求不斷增長,是推動全球射頻積體電路(RF IC)市場增長的主要因素之一,全球對物聯網使用增加也推升對 RF IC 的需求。根據工研院產科國際所統計,因 COVID-19 疫情帶動起宅經濟市場,以及美中貿易戰的國際轉單助益,使得全球 IC 市場呈現供不應求的狀態,IC 設計業營收屢創新高,2022 年台灣 IC 產值達 4 兆 8370 億元,年增 18.5%,表現優於全球半導體產業的年成長 3.2%,預計在 Wi-Fi、手機、無線需求增長下,也將持續推動全球 RF IC 市場增長。
RF IC 射頻晶片廣泛應用於無線相關的通訊領域,為處理高頻電磁波所有晶片的總稱,主要功能是提供各種波長載體(電波、聲波、電磁波等) 進行資料傳送與資料接收,因此,RF IC 射頻晶片應用十分廣泛,由低頻段的 AM、FM、SW(短波)廣播、DVB 電視數位廣播,較高頻的無線通訊應用如 GPS、行動電話、無線網路(WLAN)與藍芽等系統,到衛星接收 10GHz 以上超高頻接收系統等市場。RF IC 射頻晶片依功能性主要可區分為前端射頻晶片(包含功率放大器、低雜訊放大器、天線開關與前端整合射頻晶片)與射頻收發器(RF Transceiver)。但由於射頻技術門檻極高,前端射頻晶片目前主要供應商為:Skyworks、Qorvo、及 Richwave(立積)等公司所掌握。
射頻設計技術為網路通訊應用的關鍵技術,主要應用領域包含 Wi-Fi、 智慧型手機及物聯網市場。隨著智慧家庭、物流、製造等終端場景之遠端、 無人需求倍增,使網通技術迭代更新,根據 TrendForce 研究顯示,目前市場規格以 Wi-Fi 5(802.11ac)及 Wi-Fi 6(802.11ax)為主流;若要滿足元宇宙等產業願景的通訊需求,不少大廠將目標鎖定更快、更穩的 Wi-Fi 7 (802.11be)。
就 Wi-Fi 市場觀之,隨著 Wi-Fi 功能實現無線上網的便利與無線家居生活的好體驗,配備 Wi-Fi 功能的消費性電子裝置性滲透率與日俱增,未來整合式 Wi-Fi 市場主要成長領域包括智慧型手持裝置、汽車應用、家庭娛樂、遊戲應用、智慧家庭等。
依據市場研究調查機構(IDC)報告指出, 2022 年 WiFi 產品出貨量將比 2022 年成長 0.8%至約 38.3 億台,推動增長的主要來源為手機、WLAN AP、智慧家電及穿戴裝置等應用。 根據 IDC 研究報告,2022 年全球 Wi-Fi 支援設備出貨量主要市場以 Wi-Fi 5 和 Wi-Fi 6 為主,分別為 12.4 億台和 16.4 億台,兩者合計為 28.8 億台,占整個 Wi-Fi 市場 76%。預估 2023 年 Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 6E 出貨量成長速度最為顯顯著,Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 6E 出貨量將達 31.4 億台,大幅取代 Wi-Fi 4 和 Wi-Fi 5,成為主流規格。
Wi-Fi 7 則為最新的 WiFi 標準,也稱為 IEEE 802.11be 超高吞吐量 (EHT),最大頻道寬度為 320MHz,約為 WiFi 6 的 1 倍,理論上最高傳輸速率高達 46 Gbit/秒,約為 WiFi 6/6E 的 5 倍,並且大幅超過 5G 傳輸速率,因此可達更低的延遲,更好的功率效益,以及可降低干擾、更高的容量密度,以因應不斷增加的連結需求,同時確保更有效地利用頻譜。預期市場將可以在 2023 年見到 Wi-Fi 7 產品的出貨,IDC 預測 2023 年至 2027 年 Wi-Fi 7 產品出貨量年複合成長率為 190.6%,而隨著 WiFi 規格不斷的迭代出新,WiFi 設備所搭載的射頻元件數量亦隨之增加,以提高訊號傳輸速率及覆蓋更廣的頻寬。
就智慧型手機觀之,依據市場研究調查機構(IDC)報告指出,2023 年全球智慧型手機出貨量約為 11.6 億隻,推動增長的來源,主要是全球市場持續朝 5G 推移。隨著行動通訊市場從 4G 過渡到 5G,5G 智慧型手機多頻多模的特性,使得 RF IC 成為必要的關鍵零組件,根據 Mobile Experts LLC 暨 TriQuint 統計的數據,RF IC 前端射頻晶片價值將可大增 2~3 倍, 射頻元件大廠 Skyworks 提供的數據也支持此一觀點。各國營運商 5G 網路佈建的通信覆蓋日趨完,加上高速數據漫遊的基本需求,皆帶動 5 G 裝置市場的蓬勃發展,也將進一步擴展 RF IC 前端射頻晶片的成長趨勢。
射頻 IC (RF IC) 供應鏈產業上、中、下游之關聯性
射頻 IC (RF IC) 的供應鏈主要自上游的半導體廠、IC 設計,到中游的 IC 製造,再到下游 IC 的封裝與測試。相較於歐美半導體廠多採取整合的 IDM 模式,台灣的半導體多採取分工的模式。射頻大廠如:Skyworks、 RFMD(Qorvo)與 Anadigics (II-VI)等皆自行擁有 IC 製造能力,而近年來製程提昇的成本持續上升,加上歐美半導體大廠持續放棄新的產能投資,因此也逐漸將製造與封測訂單釋出給台灣廠商,因此對於台灣的專業 IC 製造商之間產生微妙的競和關係。
在射頻前端晶片設計部份主要廠商包含:Skyworks、 RFMD(Qorvo)、立積、NXP、Anadigics 與 RDA(銳迪科技)等。在射頻晶片製造部份主要廠商分兩大類,矽晶圓晶片製造廠商包含:台積電、聯電與 Renesas 等,化合物(砷化鎵)晶片製造廠商包含:穩懋、宏捷、RFMD(Qorvo)、 Skyworks、Anadigics 等。射頻晶片封裝廠包含:菱生、日月光、長電、 Carsem、南岩與 Amkor 等。射頻晶片測試包含:日月光、京元電、聯測、 全智與矽格等。
立積,是一家RF IC 射頻晶片設計公司,近5年ROE為2%,20%,49%,15%,16%。毛利率為31%,29%,36%,36%,33%。資產負債率為31%,27%,40%,43%,38%。以產品分類為例,FEM佔64%,SW佔29%,PA佔2%。銷售區域以台灣佔49%,中國佔39%,南韓佔7%,其它佔5%。以應用來說。Wi-Fi 應用佔96%,其它佔4%。立積應用於 Wi-Fi 的 RF IC 前端射頻晶片產品系列,於 2022 年出貨 9.38 億顆(月平均出貨量約為 0.78 億顆)。
競爭
立積射頻晶片產品開發,以射頻前端元件與射頻收發器雙軸並進, 在射頻前端元件方面,設計與製造以矽鍺、砷化鎵基板及CMOS/SOI為主各種通訊系統(WiFi/手機/手持式裝置/小型基地台)之射頻前端使用的關鍵零組件,與國內外通訊系統基頻與射頻收發器主晶片製造廠商策略聯 盟,提供完整的解決方案,並與下游系統廠商緊密合作,貼近市場即時產出符合市場需求之產品。
在射頻收發器方面,立積設計與製造以 0.18um/0.13um RFCMOS元件為主之跳頻無線通訊系統晶片,自力開發射頻收發器所需之基本構成組件(building block),立積射頻收發器之技術範圍涵蓋射頻、基頻、MAC 與單晶片整合,對非標準利基市場之客製化系統設計,可即時有效提供 客戶由射頻、基頻、MAC到系統系統整合,最符合市場需求的完整解決方案。
A.功率放大器(PA)
功率放大器是無線網通WiFi、手機通訊與相關無線應用的重要射頻前端元件,由早期砷化鎵電晶體分離元件模組形式演化至現今的MMIC功率放大器單一晶片。在技術趨勢上,因應手持式以電池供電終端產品的需求日增,功率放大器需具備數位控制、精準功率檢測、低功耗且有價格競爭優勢等特性,因此有高整合度能力矽基材的功率放大器逐漸被重視。砷化鎵雖然具備高頻特性,但是因為材料成本及量產良率都比不上矽,因此立積在成立之初功率放大器產品即以矽鍺技術為開發方向。雖然矽鍺技術在RF應用上技術難度的門檻較高,但立積的矽鍺技術能力,已成為國際上少數幾家同時具備矽鍺及傳統砷化鎵功率放大器開發能力的射頻前端公司。
未來除了搭配這兩種材料的特質繼續保持技術上的優勢外,立積也會依照市場的趨勢開發更具價格競爭力及更具有整合度的製程(如 CMOS 功率放大器)。
B.低雜訊放大器(LNA)
低雜訊放大器是WiFi接收端之射頻前端的重要元件之一,立積以矽鍺技術開發之低雜訊放大器,除了具有成本的競爭優勢外,產品的開發更整合外部匹配零件,以MMIC單晶片為客戶提供最有市場競爭力的方案。因應多頻多模多樣產品精巧化的持續需求,立積之低雜訊放大器產品除目前量產於WiFi市場中,並推出以CMOS技術的GPS低雜訊放大器,提供客戶更多更優質的選擇。
C.天線開關(SW)
天線開關是天線端之射頻前端的重要元件,立積應用於WiFi的 天線開關產品其特點是具有低損耗與高線性度等電氣特性。目前天線開關產品是採用pHEMT製程技術,但隨著矽技術的進步及系統整合的趨勢,SOI 天線開關也是立積天線開關產品的發展方向。
D.手機天線開關(LTE SW)
立積於2014年Q4推出3G/4G手機使用之LTE SW 系列產品,包括 SP4T、SP8T與SP10T等,將進一步成為提供3G/4G手機射頻前端天線開關模組之供應商。
E.射頻前端模組(FEM)
通常以基板(Substrate)為載具之射頻前端模組,整合許多不同功能的元件在單一晶片中,雖然技術門檻低進入市場快,但也因成本高且生產良率難掌握,在價格競爭的市場中往往不利於長遠之市佔率。立積射頻前端模組產品之RF晶片設計,做到零匹配、零載板、 零RBOM之技術,即放即用無需調測,因此大幅降低成本,增加競爭優勢。
立積是無線網通WiFi市場上的主要射頻前端元件供應商,2.4GHz 與5.8GHz 的SPDT與SP3T天線開關市場佔有率已經超過 30%,同時立積仍致力開發高靜電防護能力的SOI開關,目前SOI開關也將帶動風潮成為WiFi市場的主流元件。
立積的射頻產品如PA、LNA、SW及FEM涵蓋各種不同的製程技術,包含GaAs, SiGe, SOI, CMOS與IPD等,可以因應市場的快速變化採用不同的製程技術,即時提供性價比最為市場接受的產品。
F. BAW濾波器
BAW filter是high Q 的元件,也是WiFi 5GHz與WiFi 6GHz 三 頻應用共存必要的元件,立積建立自有設計及量產技術也是目前提 供BAW filter的唯一台灣供應廠商。
立積也不斷的提供市場主要用料的匹配型號,適時提供替待料為創造客戶最佳的市場競爭力。同時也積極與主晶片商密切合作, 研發下一代的參考設計用料,並提供及時到位的技術服務,為客戶贏得市場創造利潤。以下為立積射頻前端元件主要競爭廠商強/弱勢分析。
全球主要 RF IC 供應商一般可分為主晶片提供整體解決方案與 RF 前端射頻晶片等兩類,前者主要提供射頻、基頻 IC 與軟體的整體解決方案,如 Qualcomm、聯發科、Broadcom、Infineon、Marvel、瑞昱、 展訊及海思等。後者是提供 RF IC 射頻前端晶片,如 Skyworks 、RFMD(Qorvo)、Avago。RF IC 射頻前端晶片市場中主導的 RF IC 廠商如 Skyworks、 RFMD(Qorvo)與 Avago,僅以功率放大器便可在手機產業擁有一席之地,在功率放大器的市場營收上,便佔了全球手機 PA 市場的 60% 以上。
立積與其他國際公司在WiFi射頻前端元件之競爭比較及 SWOT如下:
市場佔有率
過去國內半導體產業發展較缺乏射頻 IC 設計人才,尤其在功率放大器領域上更是付之闕如。國內 IC 設計業者在射頻 IC 產品領域處於相對弱勢,市場為少數美、日廠商所壟斷。立積應用於 WiFi 的 RF IC 前端射頻晶片產品系列,於 2022 年平均單月出貨已達 0.78 億顆以上,全年 9.38 億顆以上。根據 TRI 報告中統計,全球 WiFi 市場將會有 20%之複合成長率,其中包含一定比率低功率需求的 WiFi 產品,其中功率放大器或天線開關等射頻前端元件已經內建於主晶片中,
另有外接射頻前端元件之裝置,又因其系統設計、所選配之主晶片平台、裝置成本…..等多重考量, 而普遍有 4~6 顆元件數之需求,由於 WiFi 已應用於各消費性產品,系統設計規格變化迅速,目前尚無任何市場研究報告出具,故市場佔有率之 計算係依據立積內部市場行銷部門由系統廠所收集的資料統計,預估立積在 2022 年 WiFi 產品出貨額佔全球之市場佔有率約為 14%。近年來隨著台灣射頻 IC 產業技術逐漸成熟,且立積運用技術團隊與客戶及協力廠商間緊密的技術交流,以開發設計符合國內系統廠商所需產品整合度高且具有價格競爭力之射頻 IC 產品,勢可逐年提高在 WiFi 市場之全球佔有率。
以市場規模來看,全球射頻元件市場在2022年為192億美元。全球射頻元件市佔率來看,不分產品類別,市佔率前5大為Broadcom佔19%,Qualcomm佔17%,Qorvo佔15%,Skyworks佔15%,Murata佔14%。其它則佔20%。
射頻製程
在射頻的製程上,目前在全球市場中射頻的製程技術主流,仍以成本較高的砷化鎵(GaAs)為主流約佔有 80%,但為降低成本,製程流逐漸轉移到矽化鍺(SiGe)上約佔有 20%,未來仍將朝向成本更低的 CMOS/SOI 製程上。
未來公司發展策略
2022 年立積電子已順利量產 WiFi 6E 產品,展望 2023 年,行動通訊及無線通訊產業仍將蓬勃發展,立積電子除持續精進及完善 WiFi 6E 產品外,也將量產 WiFi 7 產品,預期在 Wifi 6、6E 產品線日趨完整及 WiFi 7 產品上市的加持下,可期待立積電子在全球 WiFi RF IC (射頻元件)之市場營收上持續成長。
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