從1950年代末期德州儀器（TI,，Texas Instruments）的基爾比和Intel的諾伊斯分別獨(dú)立發(fā)明了集成電路開始，到1980年代中期,，集成電路的制造模式以IDM（IntegratedDevice Manufacture）為主要形態(tài),，芯片公司負(fù)責(zé)芯片從設(shè)計(jì)、制造,、封裝到測(cè)試的全部階段,。1987年，張忠謀離開TI創(chuàng)立臺(tái)積電,，臺(tái)積電成為全球第一家專業(yè)集成電路制造服務(wù)公司,，不設(shè)計(jì)或生產(chǎn)自有品牌產(chǎn)品，將所有產(chǎn)能提供給客戶,。這種專業(yè)代工模式為集成電路產(chǎn)業(yè)開辟了一條新道路,，臺(tái)積電進(jìn)而占領(lǐng)了全球IC代工市場(chǎng)的大半份額,，成為全球最大的晶圓代工業(yè)公司。如今IDM和代工模式的并行仍然是集成電路制造的典型特征,。

說到集成電路產(chǎn)業(yè)鏈不得不提的就是其生產(chǎn)工藝及用料上的差異,，而PA生產(chǎn)工藝的演化正是這一差異的典型代表。在2G時(shí)代,，通信集中在低頻頻段進(jìn)行,，所傳輸?shù)乃俾视邢蓿瑢?duì)于PA的輸出功率要求不高,，因此PA可與基帶芯片做集成,，采用CMOS工藝制造，其特點(diǎn)是低成本,、低功耗,、體積小。而到了4G/LTE時(shí)代,，通信所使用的頻段數(shù)量增多，傳輸速率大大提升,，對(duì)于PA的輸出功率和線性度的要求大大提高,。由于CMOS工藝中硅元素特性的差異導(dǎo)致其無法滿足PA對(duì)于性能的要求，因此砷化鎵（GaAs）工藝的優(yōu)勢(shì)得以體現(xiàn),。

同樣,，在砷化鎵工藝領(lǐng)域也有著IDM和代工并行的格局。但與硅晶圓不同的是,，砷化鎵器件的產(chǎn)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于硅晶圓集成電路,，其下游應(yīng)用也遠(yuǎn)少于后者，細(xì)化分工的產(chǎn)生源自于規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng),，因此砷化鎵方面對(duì)于代工的需求和發(fā)展并不如硅晶圓方面進(jìn)展巨大,，在砷化鎵器件生產(chǎn)領(lǐng)域仍然以IDM的產(chǎn)能占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

CMOS 工藝VS. GaAs 工藝

CMOS和GaAs工藝之間的差異主要體現(xiàn)在以下方面：

首先,，LTE手機(jī)對(duì)PA的性能要求相較2G/3G手機(jī)更高,，包括增益功率、效率和線性度,，其中線性度尤為重要,，所以耐壓高的GaAs工藝更受青睞；GaAs襯底損耗小,，可以集成高質(zhì)量的無源元件,。

其二，Breakdown Voltage（擊穿電壓）和Heat（散熱）必須考慮,。在射頻信號(hào)下,，管子的瞬態(tài)電壓可能達(dá)到幾十伏,，CMOS工藝大概在10多伏，而砷化鎵方面,，穩(wěn)懋（全球第一大砷化鎵代工廠）的很多工藝都可做到40伏以上,。CMOS有SOI工藝，可以顯著減小寄生電容,，但因?yàn)槎嗔艘粚咏^緣層,，所以散熱更差，一般拿來做SW,。

其三,，GSM的操作頻率不到1GHz，LTE是GSM的數(shù)倍,，因此要求器件在高頻率下有更好的工作性能,。砷化鎵材料的電子遷移率是硅材料的數(shù)倍，另外作為襯底材料,，電阻率低寄生電容也更小,，噪聲小、擊穿閾值高,，這些特性導(dǎo)致砷化鎵材料有更好的高頻特性,。CMOS則需要解決高功率擊穿和轉(zhuǎn)換速度問題。GaAs HBT輸出電流與輸入電壓呈指數(shù)關(guān)系,，并且它的電子遷移率比硅大5～6倍,，電流密度較高，跨導(dǎo)比CMOS高很多,，所以在高頻和高速應(yīng)用上,，GaAs都完勝CMOS。

CMOS工藝比GaAs有優(yōu)勢(shì)的地方主要是集成度和成本,， 但凡是要求效率,、噪聲,、線性度等指標(biāo)的放大器都不會(huì)選擇CMOS工藝,。如果還要追求更大的功率和效率，會(huì)選擇GaN,。綜上所述,，由于在材料特性上的差距,，決定了CMOS工藝暫時(shí)做不了高頻的PA，未來工藝將如何演進(jìn),，還需要時(shí)刻關(guān)注晶圓廠的腳步,。

PA產(chǎn)業(yè)鏈

由于存在上述工藝之間的差異，因此PA的制造有著自己專屬的產(chǎn)業(yè)鏈條,。

值得注意的是,，砷化鎵工藝產(chǎn)業(yè)鏈中,，代工廠的產(chǎn)能占比遠(yuǎn)小于IDM廠商，見下圖,。

IDM把控著產(chǎn)能和工藝優(yōu)勢(shì),，對(duì)下游代理和品牌商均有著不錯(cuò)的控制力，其銷售費(fèi)用占收入之比也普遍小于大部分CMOS工藝的廠商,。誠然如Skyworks作為蘋果公司的供應(yīng)商,，其銷售規(guī)模的激增受益于過去十年里iPhone的成功，并且蘋果對(duì)其收入的貢獻(xiàn)度頗高,，但由于其顯著的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)和砷化鎵產(chǎn)能的稀缺性,，導(dǎo)致蘋果對(duì)其依賴度反而較高。

PA設(shè)計(jì)方面,，主要取決于設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的技術(shù)能力,、經(jīng)驗(yàn)積累和專利支撐，PA作為模擬芯片的特點(diǎn)之一就是更依賴工程師的經(jīng)驗(yàn)和Know-How,。并且由于PA需要滿足的性能參數(shù)眾多,，因此不可避免需要研發(fā)時(shí)間的積累，對(duì)于后來入局者具有一定障礙,。

PA生產(chǎn)方面,，IDM廠商占據(jù)著絕對(duì)份額優(yōu)勢(shì)，不論從設(shè)計(jì)能力,、產(chǎn)品性能還是產(chǎn)能掌控方面均有著巨大優(yōu)勢(shì),，這其中的典型代表為Skyworks,、Qorvo以及Avago（Broadcom）,，三家對(duì)于砷化鎵器件的市場(chǎng)份額占比合計(jì)超過60%。在終端PA模組市場(chǎng)銷售合計(jì)占比更是高達(dá)80%以上,。

市場(chǎng)格局方面,，在高端LTE手機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，三家IDM廠商處于寡頭壟斷的地位,，尤其以Skyworks和Qorvo雄踞PA制造第一集團(tuán),。國內(nèi)PA廠商曾經(jīng)在2G/3G時(shí)代取得過不錯(cuò)的成績(jī)，但在4G時(shí)代未能實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破,，并且屢屢陷入知識(shí)產(chǎn)權(quán)的糾紛之中,。此外，國內(nèi)廠商產(chǎn)能方面受制于代工廠,，而砷化鎵晶圓第一大代工廠穩(wěn)懋（WIN Semi）雖然在砷化鎵代工領(lǐng)域占據(jù)了絕對(duì)優(yōu)勢(shì),，但其產(chǎn)能只占全部市場(chǎng)產(chǎn)能的6%，遠(yuǎn)不及Skyworks和Qorvo,。值得注意的是,，Broadcom既是穩(wěn)懋的大客戶同時(shí)又是其第三大單一股東,，其對(duì)于產(chǎn)能的掌控力由此也可見一斑。未來代工行業(yè)的份額能否進(jìn)一步提升,，還要看下游對(duì)于化合物半導(dǎo)體的需求程度,。

同諸多半導(dǎo)體細(xì)分領(lǐng)域一樣，射頻前端領(lǐng)域的發(fā)展同樣經(jīng)歷著收購與合并,，其中以RFMD和TriQuint在2014年的合并最為重量級(jí),，在二者合并之后成立的Qorvo成為了能夠與Skyworks技術(shù)比肩的行業(yè)領(lǐng)軍之一。

高通曾在2016年與TDK成立合資公司RF360,。在此之前,，高通還曾收購過CMOS PA供應(yīng)商Black Sand，希望發(fā)展其彼時(shí)的射頻方案RF360TM,，采用CMOS工藝進(jìn)行PA設(shè)計(jì),，但兩年之后宣布放棄，最終轉(zhuǎn)向砷化鎵工藝,，由此亦可見砷化鎵方案短期內(nèi)還難以取代,。

在國內(nèi)手機(jī)廠商已經(jīng)成功躋身世界頂級(jí)手機(jī)制造商身份的情況下，國內(nèi)PA廠商目前仍然未能在LTE手機(jī)上取得重大突破,，以“價(jià)格屠夫”小米為例,，其所使用的PA產(chǎn)品來自Skyworks和Avago。在LTE手機(jī)領(lǐng)域,，國內(nèi)使用的PA產(chǎn)品95%依賴進(jìn)口,，而在更高頻的WiFi路由領(lǐng)域，國內(nèi)廠商更是鮮有作為,。

對(duì)于芯片設(shè)計(jì)公司來說,，其制造成本主要來自于物料成本及加工費(fèi)，也就是代工廠和封測(cè)廠的收費(fèi),，通常至少會(huì)吃掉接近一半的收入,，銷售費(fèi)用、管理費(fèi)用和研發(fā)投入則是必要的費(fèi)用開支,，因此其產(chǎn)品定價(jià)需要確保一定毛利,，否則凈利無從談起。但由于在產(chǎn)品性能上同國外廠商相比難以匹敵,，國內(nèi)PA廠商不具備定價(jià)權(quán),，導(dǎo)致其毛利空間過低，進(jìn)而影響企業(yè)的持續(xù)運(yùn)營,。這也是在集成電路領(lǐng)域容易出現(xiàn)強(qiáng)者恒強(qiáng)的格局的重要原因之一,。

本次我們對(duì)射頻前端中的核心器件PA做了重點(diǎn)介紹。處在一個(gè)近十年內(nèi)才崛起的細(xì)分行業(yè)里,，Skyworks,、Qorvo們究竟是如何一步步隨著行業(yè)的成長逐步成長為年收入超過30億美元的行業(yè)領(lǐng)頭羊的呢,，我們將在此系列后續(xù)文章中進(jìn)一步探討。