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手機主平臺發力周邊器件,周邊晶片供應商出貨在何方

最近高通發佈了最新的S600系列平臺, SDM630, SDM660。 除了性能上碾壓聯發科的Helio系列, 給聯發科重重一擊外, 推薦採用全套自家的射頻前端器件引起了不少人的關注。

其實, 高通之前也強烈推薦客戶採用自家的射頻PA, 而這一次有什麼不同呢?

1, 高通此次放棄了之前收購的BlackSand研發的CMOS PA, 而推出了GaAs工藝的新PA。 由於GaAs的PA主要是由穩懋和以色列的TowerJazz代工, 而主晶片都是採用Si工藝的高通, 更希望採用基於Si 的CMOS工藝去生產射頻PA。 但由於CMOS性能差, 只能做低端的性能要求不高的2G/3G PA, 在對品質有要求的4G PA上, CMOS難以勝任。 所以據傳高通從Broadcom(即Avago)挖了不少人研發GaAs工藝的PA。

2, 高通此次開始推薦客戶採用其與TDK的合資公司RF360生產的射頻濾波器等器件。

3, 高通之前就已經自研並推出了ET(包絡追蹤晶片)和Tuner晶片。 此次也是繼續在SDM630/SDM660/推薦採用。

通過這一系列的動作, 射頻前端器件高通可以全套推薦給客戶。

其實這兩年, 無論高通聯發科展訊, 還是Apple, Samsung都在不斷擴充自己的產品線。 一般手機平臺會包括以下器件:

這裡面Modem, ISP一般是集成在CPU內部, Transceiver基本也是自研的。 雖然Apple採用的是Apple自研 AP + 高通 Modem的形式, Samsung 會採用獨立的ISP, 但畢竟不是常態, 所以本文不多對Modem, ISP和Transceiver做解釋和評論預設這些晶片都是主晶片製作。 當然最近Apple與高通的專利官司, 可以推測Apple極有可能在自研自己的Modem晶片。

目前通用的手機平臺基本由4顆晶片組成:CPU + Transceiver + PMIC(集成了Audio Codec) + Connectivity(即Wifi, BT, GPS, FM 4in1 晶片)。

PMIC方面:

PMIC方面最難做的就是快充晶片。 目前Qualcomm採用的是2012年收購的Summit Microelectronics的技術;聯發科自研多年, 最後只能採用收購過來的Richtek研發出來的快充技術;展訊則在高端上採用與Apple的供應商Dialog合作定制的快充晶片。 想做好快充的難度非常大, 更何況目前快充尚未統一標準,

每家大客戶的快充方式也不一樣, 這使得各家推廣快充方案時會遇到一定的瓶頸。

Codec方面:

功能機時代Codec基本都集成在CPU內部, 在智慧機時代, 由於CPU的工藝一直在減少, 而類比電路如Codec/PMIC部分並不能隨著工藝升級而減少Die size, 所以一般都是將Codec與PMIC設計到一起。 由於Codec與電源晶片在一起, 很容易引入電源造成而無法實現更優質的音訊性能, 所以在需要高清音訊品質的高端平臺上, 會採用一顆獨立的Codec晶片如Cirrus Logic或者ESS的Codec晶片來提升音訊性能。

Connectivity方面:

高通通過收購Atheros, 聯發科通過收購Ralink 補充各自Connectivity性能問題, 但Apple / Samsung則是考慮綜合性能, 最終還是採用Broadcom的wifi晶片, 並請Murata或者USI做成Wifi模組。 當然若想擁有高性能, 以及能適應複雜的網路環境,

Broadcom 還是一個非常不錯的選擇。 只是除了高端手機, 一般手機都是會採用主平臺廠商高通, 聯發科, 展訊提供的Connectivity晶片以節省成本。

除了這四個晶片外, 三家主晶片公司一直想涉足射頻PA領域。

4G時代, 射頻變得越來越重要, 射頻前端晶片的成本越來越高, 中移動5模13頻的射頻前端晶片加起來5個美金左右, 三載波時代, 射頻前端晶片之和甚至要翻倍, 而到了5G時代, 由於頻段繁多, 價格更貴。 並且由於會用到MIMO天線, 射頻前端高度集成化變得尤為重要。 主晶片廠商需要搭配更強的射頻前端, 所以也積極在此佈局。

高通在CMOS PA方面翻了跟頭, 現在在GaAs上重新開始也是信心滿滿。 據傳GaAs代工廠穩懋也是接到了不少訂單。 而且提早佈局5G的高通更是看到了SAW的重要性,

積極與TDK成立合資公司RF360, 提前於聯發科和展訊佈局濾波器產品線。

不過高通也不是每步棋都走的漂亮。 高通之所以力推ET(Envelop Tracking), 主要是因為之前推的CMOS PA效率太低。 至於高通提出ET, 就是讓PA始終工作在飽和狀態, 通過調節PA的供電電壓來控制輸出功率。 而相對的APT(Average Power Tracking)的基本原理是通過演算法根據PA的輸出功率 功率調節功放的供電電壓。 PA的實際輸出功率仍然通過輸入信號的大小決定。

從上圖可以看出,當LTE的發射功率不停的變化的時候,ET的確可以獲得比APT更好的能效。但也不難看出,若用戶在一個固定環境下,LTE發射頻率一直不變,或者變化幅度緩慢的情況下,APT浪費的功耗並不多,ET則因為需要即時監控LTE的功率,而產生不必要的能耗,導致功耗增大。所以說ET比APT的效率高,這本身就是一個偽命題。

聯發科一直就對PA心有所屬,早在2005年前後就成立過不成功的源通PA公司,然後從BenQ處收購了做FM起家的Airoha,接著聯發科避免引起大的PA廠商的忌諱,通過Airoha這個殼子研發射頻PA。在2016年終於推出了4G PA,並在低端的MT6737平臺上推薦採用。

展訊之前通過與漢天下合作2G/3G PA,而後來與RDA一起被紫光收購後,則開始採用RDA的PA。

其他晶片裡,以下幾類晶片,主晶片公司也某種程度上進入該領域:

NFC方面:

NFC市場目前基本被NXP壟斷,高通為了進入車載市場收購了NXP,借此擁有了NXP的NFC晶片,使得高通在NFC晶片領域上占得了先機。相對來說NFC市場現在規模還是不夠大,而且NFC涉及到SE等晶片,生態鏈比較複雜,所以對主晶片廠商來講,很難介入。

LCD driver IC,Touch driver IC以及指紋晶片:

由於這兩個晶片是在LCM或CTP上貼片,沒辦法直接打包銷售,所以主晶片廠商進入此領域並不能帶來直接的收益。

聯發科方面收購了臺灣ilitek,擁有了低解析度LCD driver IC的設計能力;收購了Mstar,擁有了低端CTP driver IC的能力;控股Goodix,在觸控式螢幕驅動晶片和指紋晶片上進行了佈局。

高通方面則是通過自研觸控式螢幕晶片希望在壓力觸控上有所斬獲,自研超聲波指紋來挑戰電容式指紋和虹膜識別。不過這兩塊高通技術還不夠完善,目前還沒有太多市占。

小編認為,由於LCD driver IC,TP driver IC和指紋晶片與LCM強相關,所以其出貨量未來應該是LCM公司所控制。

當然主晶片公司不是想做什麼晶片都可以輕易進入該市場的。以下幾類晶片主晶片廠商基本輕易不會去觸碰:

Memory:

看看目前市占最高的Memory廠商,Samsung,Micron,SK–Hynix,Toshiba,SanDisk,Nanya就可以發現,這些公司都是擁有自己的Fab,基本都是IDM公司。國內的紫光想進入此領域,第一步動作就是收購同方國芯和武漢新芯,通過擁有Memory的設計能力和Fab能力,才能儘快介入此領域。

而主晶片廠商目前能介入的就是Nand controller這個領域。Apple之前用的就是類似eMMC的私有協議做Controller,目前則是使用基於PCI-e的私有協定做Controller,然後將這個Controller賣給Memory供應商,讓他們做成相應的BGA Nand,再買回來搭配使用。據傳聞,華為也已經開發好基於UFS的Controller,做類似Apple一樣的事情。後續華為高端的CPU搭配的都是特殊的UFS晶片。使用定制的Nand Controller可以實現更高效的讀寫性能,但需要對Nand非常的瞭解,是否能做好,還有待市場的檢驗。

Camera Sensor:

跟Memory一樣,最大的兩家Sensor公司,Sony和Samsung都是IDM。雖說國內的OV和格科微都做的不錯,但由於沒有自己的Fab,在高端的晶片上總是心有餘而力不足。

MEMS:

MEMS器件一般分兩部分,一部分是ASIC部分,一般都是由TSMC這類代工廠代工。而另外一部分是MEMS部分,則需要特殊的工藝。MEMS的主要供應商ST和Bosch都是擁有自己的MEMS fab。

而且MEMS相對來說需要長時間調試,工藝要求很高。聯發科之前投資的mCube急於進入市場而出現了品質問題,最終失去了客戶的信任。

總結:

從功能機主晶片的演進可以看出,在低端晶片上,各主晶片供應商逐漸將週邊器件集成進來,甚至將Memory SiP進來,使得電路更加簡單。而在高端平臺上,為了獲得更好的性能,主晶片不僅不會高度集成,還會將PMIC分成幾個,甚至將Audio Codec獨立出來,

從Samsung Galaxy S8的元器件成本拆解來看,

主晶片在套片(AP+Modem + Connectivity)上占了成本的24%,若能拿下RF,則可以占到31%的成本。而Memory,Display,Camera則都是需要有自己的工廠,對於一直走Fabless路線的主晶片廠商是不願意去涉及的,畢竟建工廠是非常昂貴的開銷。而除了這幾部分外,留給週邊元器件廠商只有10%的利潤空間。

未來除了主套片外,週邊元器件供應商簡單分為四類:

1. 提供Memory,Display,Camera Sensor這種對工廠要求高,需要大資金投入的供應商。這類供應商憑藉自身投入巨額資金,而在手機產業鏈上佔有了不可低估的地位。

2. 提供高端高品質,以及差異化產品的供應商。如Skyworks,Qorvo,Broadcom(Avago)這類供應商。儘管低端市場基本主套片廠商都會要求客戶使用自己的射頻器件。但由於在高端手機上,客戶更具有發言權。品牌客戶為了獲得更好的性能,還是更願意採用Skyworks,Qorvo,Broadcom這類公司的產品。主平臺提供的射頻器件,主要還是在低端市場上發力。

3. 被動元器件,電子結構鍵供應商。由於這類器件型號繁多,跟主晶片的設計思路完全不同,所以主晶片廠商也基本不會涉足此領域。

4. 電源相關晶片,音訊相關晶片,指紋晶片,MEMS晶片是目前週邊元器件廠商可以發力的重點。差異化的電源管理,差異化的音訊性能,以及差異化的感測器都會有一定的市場立足之地。

不過目前不僅僅是主晶片廠商將所有的周邊晶片都打包或自研,聯手機品牌廠商也開始玩自供。Apple,Samsung,華為,小米的主晶片都是自行研發的。Apple不僅自研主晶片,觸控式螢幕晶片都是Apple自行研發的。據傳言Apple還在自研的Modem和Wifi晶片。Samsung則是將主晶片,Display,Memory,Camera全部研發出來,按上圖的比列,Samsung Galaxy S8裡面,Samsung自家的產品,至少可以占成本的63%,非常的恐怖。而華為則在2017年自研的專案全部只是用自家的海思平臺。所以留給主平臺廠商的空間越來越小,而主平臺廠商為了獲得更多的利潤,勢必會擠壓小器件的供應商,甚至會去收購有不錯利潤的公司。週邊元器件公司則需要具備更好的嗅覺,發掘出新的市場,新的功能,才能有更多的發展空間。

從上圖可以看出,當LTE的發射功率不停的變化的時候,ET的確可以獲得比APT更好的能效。但也不難看出,若用戶在一個固定環境下,LTE發射頻率一直不變,或者變化幅度緩慢的情況下,APT浪費的功耗並不多,ET則因為需要即時監控LTE的功率,而產生不必要的能耗,導致功耗增大。所以說ET比APT的效率高,這本身就是一個偽命題。

聯發科一直就對PA心有所屬,早在2005年前後就成立過不成功的源通PA公司,然後從BenQ處收購了做FM起家的Airoha,接著聯發科避免引起大的PA廠商的忌諱,通過Airoha這個殼子研發射頻PA。在2016年終於推出了4G PA,並在低端的MT6737平臺上推薦採用。

展訊之前通過與漢天下合作2G/3G PA,而後來與RDA一起被紫光收購後,則開始採用RDA的PA。

其他晶片裡,以下幾類晶片,主晶片公司也某種程度上進入該領域:

NFC方面:

NFC市場目前基本被NXP壟斷,高通為了進入車載市場收購了NXP,借此擁有了NXP的NFC晶片,使得高通在NFC晶片領域上占得了先機。相對來說NFC市場現在規模還是不夠大,而且NFC涉及到SE等晶片,生態鏈比較複雜,所以對主晶片廠商來講,很難介入。

LCD driver IC,Touch driver IC以及指紋晶片:

由於這兩個晶片是在LCM或CTP上貼片,沒辦法直接打包銷售,所以主晶片廠商進入此領域並不能帶來直接的收益。

聯發科方面收購了臺灣ilitek,擁有了低解析度LCD driver IC的設計能力;收購了Mstar,擁有了低端CTP driver IC的能力;控股Goodix,在觸控式螢幕驅動晶片和指紋晶片上進行了佈局。

高通方面則是通過自研觸控式螢幕晶片希望在壓力觸控上有所斬獲,自研超聲波指紋來挑戰電容式指紋和虹膜識別。不過這兩塊高通技術還不夠完善,目前還沒有太多市占。

小編認為,由於LCD driver IC,TP driver IC和指紋晶片與LCM強相關,所以其出貨量未來應該是LCM公司所控制。

當然主晶片公司不是想做什麼晶片都可以輕易進入該市場的。以下幾類晶片主晶片廠商基本輕易不會去觸碰:

Memory:

看看目前市占最高的Memory廠商,Samsung,Micron,SK–Hynix,Toshiba,SanDisk,Nanya就可以發現,這些公司都是擁有自己的Fab,基本都是IDM公司。國內的紫光想進入此領域,第一步動作就是收購同方國芯和武漢新芯,通過擁有Memory的設計能力和Fab能力,才能儘快介入此領域。

而主晶片廠商目前能介入的就是Nand controller這個領域。Apple之前用的就是類似eMMC的私有協議做Controller,目前則是使用基於PCI-e的私有協定做Controller,然後將這個Controller賣給Memory供應商,讓他們做成相應的BGA Nand,再買回來搭配使用。據傳聞,華為也已經開發好基於UFS的Controller,做類似Apple一樣的事情。後續華為高端的CPU搭配的都是特殊的UFS晶片。使用定制的Nand Controller可以實現更高效的讀寫性能,但需要對Nand非常的瞭解,是否能做好,還有待市場的檢驗。

Camera Sensor:

跟Memory一樣,最大的兩家Sensor公司,Sony和Samsung都是IDM。雖說國內的OV和格科微都做的不錯,但由於沒有自己的Fab,在高端的晶片上總是心有餘而力不足。

MEMS:

MEMS器件一般分兩部分,一部分是ASIC部分,一般都是由TSMC這類代工廠代工。而另外一部分是MEMS部分,則需要特殊的工藝。MEMS的主要供應商ST和Bosch都是擁有自己的MEMS fab。

而且MEMS相對來說需要長時間調試,工藝要求很高。聯發科之前投資的mCube急於進入市場而出現了品質問題,最終失去了客戶的信任。

總結:

從功能機主晶片的演進可以看出,在低端晶片上,各主晶片供應商逐漸將週邊器件集成進來,甚至將Memory SiP進來,使得電路更加簡單。而在高端平臺上,為了獲得更好的性能,主晶片不僅不會高度集成,還會將PMIC分成幾個,甚至將Audio Codec獨立出來,

從Samsung Galaxy S8的元器件成本拆解來看,

主晶片在套片(AP+Modem + Connectivity)上占了成本的24%,若能拿下RF,則可以占到31%的成本。而Memory,Display,Camera則都是需要有自己的工廠,對於一直走Fabless路線的主晶片廠商是不願意去涉及的,畢竟建工廠是非常昂貴的開銷。而除了這幾部分外,留給週邊元器件廠商只有10%的利潤空間。

未來除了主套片外,週邊元器件供應商簡單分為四類:

1. 提供Memory,Display,Camera Sensor這種對工廠要求高,需要大資金投入的供應商。這類供應商憑藉自身投入巨額資金,而在手機產業鏈上佔有了不可低估的地位。

2. 提供高端高品質,以及差異化產品的供應商。如Skyworks,Qorvo,Broadcom(Avago)這類供應商。儘管低端市場基本主套片廠商都會要求客戶使用自己的射頻器件。但由於在高端手機上,客戶更具有發言權。品牌客戶為了獲得更好的性能,還是更願意採用Skyworks,Qorvo,Broadcom這類公司的產品。主平臺提供的射頻器件,主要還是在低端市場上發力。

3. 被動元器件,電子結構鍵供應商。由於這類器件型號繁多,跟主晶片的設計思路完全不同,所以主晶片廠商也基本不會涉足此領域。

4. 電源相關晶片,音訊相關晶片,指紋晶片,MEMS晶片是目前週邊元器件廠商可以發力的重點。差異化的電源管理,差異化的音訊性能,以及差異化的感測器都會有一定的市場立足之地。

不過目前不僅僅是主晶片廠商將所有的周邊晶片都打包或自研,聯手機品牌廠商也開始玩自供。Apple,Samsung,華為,小米的主晶片都是自行研發的。Apple不僅自研主晶片,觸控式螢幕晶片都是Apple自行研發的。據傳言Apple還在自研的Modem和Wifi晶片。Samsung則是將主晶片,Display,Memory,Camera全部研發出來,按上圖的比列,Samsung Galaxy S8裡面,Samsung自家的產品,至少可以占成本的63%,非常的恐怖。而華為則在2017年自研的專案全部只是用自家的海思平臺。所以留給主平臺廠商的空間越來越小,而主平臺廠商為了獲得更多的利潤,勢必會擠壓小器件的供應商,甚至會去收購有不錯利潤的公司。週邊元器件公司則需要具備更好的嗅覺,發掘出新的市場,新的功能,才能有更多的發展空間。

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