在上篇文章《 聊一聊Wi-Fi：高速連接下的射頻“芯”機遇與挑戰(zhàn)（上）》中，我們對Wi-Fi技術(shù)與5G移動通信的關(guān)系以及Wi-Fi射頻前端芯片的發(fā)展進行了深入探討，而在接下來的內(nèi)容中，我們將從不同領(lǐng)域的應(yīng)用角度出發(fā)，進一步剖析Wi-Fi射頻前端芯片的挑戰(zhàn)、難點以及未來發(fā)展機遇，以期對Wi-Fi技術(shù)有更全面、深入的理解。
具體來說，本文將從以下幾個方面展開論述：
1. Wi-Fi射頻前端芯片的挑戰(zhàn)
2.不同領(lǐng)域（手機蜂窩、手機Wi-Fi、物聯(lián)網(wǎng)）Wi-Fi射頻芯片的主要難點及差別
3. Wi-Fi SoC芯片廠商是否容易自研設(shè)計并集成Wi-Fi射頻芯片
4. 當(dāng)前國產(chǎn)FEM廠商面臨的機遇與挑戰(zhàn)
Part.03
Wi-Fi射頻前端芯片的挑戰(zhàn)
射頻前端芯片主要包含PA、LNA、switch三個部分，其中射頻LNA和PA可以將接收和發(fā)射通道的無線電磁波信號進行放大，其性能的優(yōu)劣直接決定信號的強弱和質(zhì)量，也間接影響終端用戶的上網(wǎng)沖浪體驗。
工藝挑戰(zhàn)
當(dāng)今射頻集成電路采用的工藝主要有GaAs、SiGe BiCMOS、RF CMOS和SOI。在LNA噪聲性能上GaAs表現(xiàn)最為優(yōu)異，SiGe BiCMOS緊追其后，在某些頻段幾乎可以媲美GaAs。SOI和CMOS則相對性能落后，這種缺陷非設(shè)計可以彌補，而是工藝極限上的先天不足。PA方面，雖然第三代半導(dǎo)體材料GaN可以獲得更高的功率，但多用于射頻基站大功率放大，且價格昂貴，終端設(shè)備的功率等級使用GaAs工藝已游刃有余。GaAs的優(yōu)點是RF性能好、擊穿電壓高，但缺點是成本較SiGe BiCMOS、RF CMOS和SOI高、且無法集成數(shù)字電路。雖然CMOS PA發(fā)展成熟且成本優(yōu)勢相對較大，但由于其線性度、輸出功率、效率等性能較差，無法滿足除2G PA以外的終端應(yīng)用需求。工藝上SiGe BiCMOS海外廠商已經(jīng)實現(xiàn)了手機Wi-Fi 5/6 FEM的量產(chǎn)，但由于擊穿電壓的限制，始終無法進一步突破到路由器PA的功率等級。
Wi-Fi FEM是除手機蜂窩PA外射頻前端芯片的第二大增長點。隨著IEEE協(xié)議從802.11ax演進到802.11be，三頻路由器（2.4GHz+5GHz+6GHz）將被普及，4x4+4x4+4x4將成為高端路由器的主流配置，12路天線每條天線均需要對應(yīng)一顆PA芯片，更是對Wi-Fi FEM的性能和效率要求提出更高的標(biāo)準(zhǔn)。頻率越高、帶寬越寬、速率越快，芯片研發(fā)的難度越大，GaAs工藝相對其他三種工藝還是有先天優(yōu)勢的。
性能挑戰(zhàn)
盡管Wi-Fi SoC廠商也會有iPA(internal PA)方案，持續(xù)地挑戰(zhàn)CMOS集成射頻前端，但事實是Wi-Fi FEM的市場需求規(guī)模不是越來越小，反而是越來越大。對路由器市場來講，性能妥協(xié)的集成前端不會是主流，隨著Wi-Fi技術(shù)不斷向前發(fā)展，市場應(yīng)用越來越廣，對射頻前端的要求越來越高，射頻前端FEM的機會只會越來越多。
這其中，由于高帶寬、高線性度PA／FEM工作頻率提升，仿真與測量吻合難度也勢必增加。為解決這一難題，射頻FEM芯片設(shè)計需要從晶體管、電容電感到封裝基座、鍵合線連接等所有環(huán)境都在立體結(jié)構(gòu)上進行仿真，做到S參數(shù)小信號和EVM大信號的高精準(zhǔn)度仿真。希望射頻能夠做到科學(xué)，而不僅是經(jīng)驗的積累。將動態(tài)特性、帶寬特性、線性度、發(fā)射功率及效率等每個問題細節(jié)化，再將每個細節(jié)科學(xué)化，在不同功能合并后，實現(xiàn)更高的性能，這是射頻芯片性能實現(xiàn)極致化的最大前提。
Part.04
不同領(lǐng)域（手機蜂窩、手機Wi-Fi、物聯(lián)網(wǎng)）Wi-Fi射頻芯片的主要難點及差別？
手機蜂窩射頻前端
3G/4G 時代手機蜂窩射頻前端以分立式和模塊這兩種方式并存在于市場，到4/5G時代，使用的頻段逐漸增多（4G旗艦手機最高可達37頻、5G旗艦可達到50頻），這也意味著需要增加更多的射頻前端元件，但手機PCB是不能擴大的。故此在2016 年以后，市場中主要的射頻前端都開始向模塊化方向發(fā)展，其中，又以集成了多模多頻PA、RF開關(guān)、濾波器等元件的L-PAMiD (LNA-Power Amplifier Module with integrated Duplexer) 模組化程度最高。但產(chǎn)品功能的高度集成并不是簡單的整合，還涉及到性能的改善，兼容性、互擾等問題的優(yōu)化解決。
所以就芯片的設(shè)計難度而言：手機蜂窩射頻前端主要難點在于高集成度，2/3/4/5G的不同頻段多模PA，天線開關(guān)、濾波器、雙工器的集成，這些頻段的 EMI共存設(shè)計以及相關(guān)頻段PA的高效率。在這個領(lǐng)域，國內(nèi)外廠商的差距依然存在，國內(nèi)大部分公司的產(chǎn)品集中于中低端的分立器件，而5G射頻前端中的高性能濾波器仍舊需要海外廠商提供。另一方面Wi-Fi 6 FEM已經(jīng)支持1024QAM調(diào)制方式，Wi-Fi 7更要滿足4096QAM，而5G蜂窩PA最高只支持256QAM，其線性度要求相比Wi-Fi FEM要低不少。
資料來源：3GPP TS38.104
手機Wi-Fi FEM
它的輸出功率和線性度指標(biāo)低于路由器FEM，但工作效率和待機漏電流指標(biāo)要求很高，同時主要受限于手機PCB面積，對芯片尺寸小型化要求也高，造成產(chǎn)品設(shè)計難度增加；路由器Wi-Fi FEM的集成度和尺寸要求都低很多，關(guān)鍵在于線性度和輸出功率技術(shù)指標(biāo)的實現(xiàn)難度；
物聯(lián)網(wǎng)
物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)指標(biāo)并不高，由于其應(yīng)用場景中很多網(wǎng)絡(luò)節(jié)點是無法獲得持續(xù)性電能的，如智能醫(yī)療中的可穿戴設(shè)備、智能抄表中的傳感器、共享單車定位和狀態(tài)上報模塊，都只能由電池供電，其設(shè)計難點就轉(zhuǎn)變成如何在保證覆蓋范圍的條件下實現(xiàn)超低功耗，避免頻繁更換電池。
Part.05
Wi-Fi SoC芯片廠商是否容易自研設(shè)計并集成Wi-Fi射頻芯片？
由于Wi-Fi市場的充分競爭，SoC市場也逐漸趨于飽和。主流的Wi-Fi SoC廠商為了提高產(chǎn)品競爭力，在中低端產(chǎn)品中集成射頻前端到主控芯片，一是考慮到提高平臺方案毛利，二是集成了內(nèi)部PA就不需外置FEM，從而降低方案整體BoM的成本來吸引客戶。
射頻前端FEM的英文全稱是Front End Module，從技術(shù)原理上來講，射頻前端應(yīng)該盡可能靠近地天線，才能體現(xiàn)出這個“前”字的意義。首先，外置FEM具有明顯的射頻TX/RX性能優(yōu)勢及功耗優(yōu)勢。其次，采用分離的FEM 方案可以大大減少天線與芯片端口之間的線路長度及損耗，降低系統(tǒng)的接收噪聲，并且提高射頻功放的發(fā)射效率PAE。再者，把大功率功放電路遠離主芯片SoC分開放置，利于系統(tǒng)級的散熱設(shè)計，避免整機過熱造成當(dāng)機或重啟的情況發(fā)生。
圖片
從工藝上來講FEM屬于純模擬器件，適合使用GaAs、SiGe、SOI等工藝；Wi-Fi主控芯片商一般來說都是擅長CMOS工藝下的數(shù)字模擬混合芯片，有些SoC廠商在SoC內(nèi)部集成iPA方面做得比較成熟，在中低端Wi-Fi 5的平臺上應(yīng)用較多，甚至應(yīng)用于低端Wi-Fi 6平臺。Wi-Fi發(fā)展到現(xiàn)在的Wi-Fi 6標(biāo)準(zhǔn)要求的160MHz帶寬、1024QAM、多路MIMO；甚至于未來的Wi-Fi 7 的320M帶寬、4096QAM及16流MIMO， 對射頻前端提出了“三高”的要求：高功率、高線性、高效率，使得Wi-Fi SoC集成射頻前端FEM越來越力不從心。另外，由于CMOS工藝受限于襯底損耗，會導(dǎo)致CMOS的集成射頻前端在發(fā)射功率、噪聲系數(shù)上都受到限制；同時PA和SoC做在同一個封裝內(nèi)，PA的發(fā)熱也會影響到Wi-Fi SoC本身性能表現(xiàn)，所以在Wi-Fi 6、Wi-Fi 7 上很多追求性能的客戶仍然會以外置FEM方案為主。
隨著FEM設(shè)計方法的演進，采用更低成本的工藝，以及供應(yīng)鏈國產(chǎn)化，將使外置FEM的成本大幅下降。未來FEM在保持明顯性能優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，成本有望達到和iPA進一步接近。
正所謂聞道分先后，術(shù)業(yè)有專攻。讓專業(yè)的人做專業(yè)的事，讓射頻前端芯片真正緊鄰天線，實現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計，這樣才能充分體現(xiàn)Wi-Fi新技術(shù)的優(yōu)勢。
Part.06
當(dāng)前國產(chǎn)FEM 廠商面臨的機遇與挑戰(zhàn)？
部分國產(chǎn)廠商采用低成本的CMOS工藝，更適合于中低端產(chǎn)品線，并具有明顯的成本優(yōu)勢和更穩(wěn)定的良率；
制程人員回流，制程逐漸進步。國產(chǎn)廠商有機會采用國內(nèi)晶圓廠的制程工藝，保證性能同時實現(xiàn)更好的成本 ；
國產(chǎn)廠商廣泛采用國內(nèi)封測廠，封裝測試方面具有一定成本優(yōu)勢；
下游應(yīng)用終端領(lǐng)域國內(nèi)廠商市占率較高，國產(chǎn)射頻廠商切入供應(yīng)鏈機會放大；
國產(chǎn)廠商可以用到國內(nèi)的高素質(zhì)工程師紅利還有相對較低的人力成本 ；
國產(chǎn)廠商與國內(nèi)終端客戶的溝通交流更加便捷，做到更好的技術(shù)支持及全面服務(wù)。
以上都是海外廠商無法具備的一些優(yōu)勢，此外在當(dāng)前的環(huán)境下，國內(nèi)客戶的國產(chǎn)替化需求對國產(chǎn)射頻廠商也有極大的助力。中美貿(mào)易爭端之后，國內(nèi)終端企業(yè)都慢慢認識到，國產(chǎn)化對于企業(yè)的重要性，而芯片作為未來科技的核心部件，已經(jīng)被放到了舉足輕重的地位。國產(chǎn)替代是中國科技發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急，不會放緩反而會持續(xù)加速，未來肯定會出現(xiàn)越來越多的國產(chǎn)芯片企業(yè)。
一味追求低價的瘋狂內(nèi)卷，低端市場同質(zhì)化競爭也是國產(chǎn)廠商面臨的一大挑戰(zhàn)?！捌茐氖絼?chuàng)新”、走極致性價比的模式是后來者的固有思維，往往導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)走向重復(fù)性競爭的惡性局面。國產(chǎn)FEM芯片廠商要想突破，還是要避免在低端紅海市場的低效內(nèi)卷，堅持技術(shù)創(chuàng)新、性能取勝，滿足細分市場的差異化需求。
無論怎樣，具有高性能、高可靠性、相對好價格的產(chǎn)品是消費類產(chǎn)品客戶的共同需求，具有雄厚研發(fā)實力及技術(shù)創(chuàng)新能力的國產(chǎn)射頻FEM 芯片廠商，結(jié)合以上相對于海外廠商的綜合優(yōu)勢；必將有機會在Wi-Fi的技術(shù)革新與當(dāng)前環(huán)境下快速成長。
康希通信科技（上海）有限公司經(jīng)過多年的技術(shù)沉淀，在 Wi-Fi 射頻前端芯片領(lǐng)域展現(xiàn)出卓越實力，在路由器和網(wǎng)關(guān)類產(chǎn)品方面成績斐然。公司自 2017 年成功研制出 Wi-Fi 5 FEM 產(chǎn)品后，不斷推陳出新，2020 年又率先研發(fā)出 Wi-Fi 6 FEM 產(chǎn)品，關(guān)鍵性能指標(biāo)可與國外廠商同類中高端產(chǎn)品媲美。2021年4月，康希Wi-Fi 6高功率射頻前端芯片正式完成Qualcomm Wi-Fi 6 QCN90xx平臺認證，成為迄今為止唯一被國際知名SoC廠商高通納入AVL認證的國產(chǎn)射頻器件供應(yīng)商。
2022年，百尺竿頭更進一步，康希通信憑借創(chuàng)新的非線性射頻前端芯片設(shè)計，公司的 Wi-Fi 7 產(chǎn)品獲得高通IPQ95xx、QCN92xx/62xx主芯片參考設(shè)計認證，成為第一家被高通認可為Reference Design搭配射頻前端的中國企業(yè)。2023年，康希通信Wi-Fi 7 產(chǎn)品被另一無線通信芯片企業(yè)聯(lián)發(fā)科 (MediaTek) 納入其Wi-Fi 7 多個平臺的DRL (Drive Ready List) 認證；2024年康希通信Wi-Fi 7產(chǎn)品被美國無線通信巨頭博通 (Broadcom) Wi-Fi 7平臺BCM6766 納入Reference Design搭配射頻前端芯片……迄今為止，康希通信多項產(chǎn)品先后獲得了高通、聯(lián)發(fā)科、博通、瑞昱、展銳紫光、安森美（寬騰達）等多家國際知名 Wi-Fi 主芯片 (SoC) 廠商的技術(shù)認證。截至 2023 年末，公司已累計規(guī)?；慨a(chǎn)出貨超 6 億片，實現(xiàn)了國內(nèi)射頻前端芯片的持續(xù)升級，填補了國內(nèi)網(wǎng)通 Wi-Fi 6 / Wi-Fi 7 射頻前端芯片的空白，彰顯了本土射頻前端芯片設(shè)計企業(yè)的強大研發(fā)實力。
康希通信在 Wi-Fi 領(lǐng)域的深耕細作已為其奠定了堅實的基礎(chǔ)，于2023年11月成功登陸科創(chuàng)板上市。未來，隨著技術(shù)的不斷演進和市場需求的持續(xù)增長，康希通信有望厚積而薄發(fā)，憑借深厚的技術(shù)積累和創(chuàng)新能力，在 Wi-Fi 射頻前端芯片領(lǐng)域繼續(xù)引領(lǐng)風(fēng)騷。
在 Wi-Fi 7 及后續(xù)技術(shù)的研發(fā)上，康希通信將推出更多技術(shù)超前、性能卓越、具備競爭優(yōu)勢的射頻前端芯片產(chǎn)品，同步向更多無線通信連接領(lǐng)域多元化擴展，提升國際市場競爭力，走出國門、邁向世界。
康希通信將專注于射頻前端芯片設(shè)計領(lǐng)域，通過持續(xù)的技術(shù)積累、經(jīng)驗沉淀和人才培養(yǎng)，在產(chǎn)品端追求極致性能，在客戶端聚焦客戶需求，在市場端不斷拓展，做一流的產(chǎn)品的同時，致力成為世界級的射頻前端集成電路企業(yè)。
