国产仪器与进口仪器之间一直处于贸易逆差状态

2019-11-20 21:18栏目:技术
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原标题:中国射频前端产业现状分析

基础通信设施的建设无疑是未来几年拉动相关半导体行业成长的动能之一。射频前端是无线连接的核心,随着5G支持的频段数量的增多,单个移动终端射频前端的数量和价值量也会迎来显著增长,未来射频前端市场增长空间广阔,市场增收也得到显著提升。

中国环境科学研究院第十五批仪器设备采购及其它项目”项目(GXTC-1655003)评标工作已经结束,项目共采购51套仪器设备,包括环境气象自动监测仪、全自动固相萃取仪、土壤原位pH计、优控有机污染物质谱分析仪、碰撞池电感耦合等离子质谱仪器、气相-原子荧光光谱仪、气相色谱质谱联用仪、总有机碳/总氮分析仪、实验室用马弗炉等。据了解本次招标全部要求进口产品投标,仪器设备部分采购预算为2295万元。

射频是无线产品中一个关键部件,进入了5G时代,其背后牵动的价值尤为重要。但和很多的其他核心半导体元器件产品一样,我们国内企业的水平差距依然明显。

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对此次招标中全部要求进口产品投标,有业内人士表示这反应了我国仪器产业处于“夹缝中求生存”的现状。

射频前端芯片包括射频开关、射频低噪声放大器、射频功率放大器、双工器、射频滤波器等芯片。射频开关用于实现射频信号接收与发射的切换、不同频段间的切换;射频低噪声放大器用于实现接收通道的射频信号放大;射频功率放大器用于实现发射通道的射频信号放大;射频滤波器用于保留特定频段内的信号,而将特定频段外的信号滤除;双工器用于将发射和接收信号的隔离,保证接收和发射在共用同一天线的情况下能正常工作。智能手机通信系统结构示意图如下。

长期以来,进口检测仪器一直占据我国主要市场,分布在*、省级、地市级实验室,以及高校和相关企业中。中国仪器仪表行业协会副理事长李跃光介绍,近年来,国产仪器与进口仪器之间一直处于贸易逆差状态。2012年到2014年,逆差分别为170亿、166亿和177亿美元。国家统计局数据显示,2014年,我国仪器仪表全行业共有规模以上企业4116家,近1100家主要企业是仪器仪表协会会员单位。“行业规模小,专业分散,有95%的企业年营收在亿元以下,没有过10亿元的企业。绝大部分企业的产品集中在低端,还处于‘满足于自己过小日子’的阶段。”中国仪器仪表行业协会秘书长闫增序说。

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在检测仪器领域,赛默飞、岛津、安捷伦等外资企业长期占领我国市场。功能、参数几乎相同的实验室检测仪器,进口价格相较国产的高出近50%,但仍成为客户*。针对此,原清华大学化学系教授邓勃认为:“花钱是买实用,而不是买性能指标。目前在中档检测仪器上,国产设备和进口设备几乎没有区别,完全可以满足使用。”

射频前端结构示意图

然而事实是国产仪器的虽然发展较快,但目前,低档同质化竞争、招投标“遭排挤”、国外隐性技术壁垒制约等因素依然是当前国产检测仪器处境尴尬。

射频前端芯片是移动智能终端产品的核心组成部分,追求低功耗、高性能、低成本是其技术升级的主要驱动力,也是芯片设计研发的主要方向。射频前端芯片与处理器芯片不同,后者依靠不断缩小制程实现技术升级,而作为模拟电路中应用于高频领域的一个重要分支,射频电路的技术升级主要依靠新设计、新工艺和新材料的结合。

究竟国产仪器路在何方?据了解,近10年国产检测仪器和国外产品在价格、质量和性能上差距不断缩小。仪器新品在技术、设计、创新、性能等方面都接近国际*。

行业中普遍采用的器件材料和工艺平台包括 RF CMOS、SOI、砷化镓、锗硅以及压电材料等,逐渐出现的新材料工艺还有氮化镓、微机电系统等,行业中的各参与者需在不同应用背景下,寻求材料、器件和工艺的最佳组合,以提高射频前端芯片产品的性能。从技术更新换代的特点上来说,射频前端芯片设计行业技术更新速度快,行业中的各参与者均需要不断进行研发,以保证产品在行业中的竞争力。这个市场需求高,但竞争也很激烈。

据了解,如今约1/3髙端仪器仍依赖于进口;另有1/3仪器的国产品与进口品的水平已完全相当。提高行业整体竞争力,继续缩短我国仪器技术与国外先进技术水平的差距需要政府的统筹与扶持。

射频前端芯片市场规模主要受移动终端需求的驱动。近年来,随着移动终端功能的逐渐完善,手机、平板电脑等移动终端的出货量持续上升。根据 Gartner 统计,包含手机、平板电脑、超极本等在内的移动终端的出货量从 2013 年的 22 亿台增长至 2016 年的 24 亿台,预计未来保持稳定。

政府统筹规划。国产科学仪器由政府部门归口管理,统筹制订规划,支持以骨干企业为龙头,以产、学、研、用相结合,建立*技术中心,重点解决制造工艺、关键零部件、精密加工、软件开发、行业标准等主要问题,提升现有产品的技术水平和应用能力。

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相关政策扶持。根据实际需要鼓励应用国产仪器,建立首台示范项目。探索内外资企业联合投标,国产仪器与外资技术配套等方式达到“市场换技术”的效果。相关政府部门应给国产检测仪器足够的话语权,提供推介、展示的平台。

2013年以来全球移动终端出货量(含预测)

随着政策的东风,国产仪器的发展势必更加迅速、宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来,相信这种夹缝中发展的荆棘之路将成为国产仪器腾飞的动力。

终端消费者对移动智能终端需求大幅上升的原因,主要是移动智能终端已经成为集丰富功能于一体的便携设备,通过操作系统以及各种应用软件满足终端用户网络视频通信、微博社交、新闻资讯、生活服务、线上游戏、线上视频、线上购物等绝大多数需求。

同时,在基于移动智能终端实现这些需求的过程中,移动数据的数据传输量和传输速度大提升,并将持续快速增长。根据 Yole Development 的研究,2016 年全球每月流量为 960 亿 GB,其中智能手机流量占比为 13%;预计到 2021 年,全球每月流量将达到2,780 亿 GB,其中智能手机流量占比亦大幅提高到 33%。

移动数据传输量和传输速度的不断提高主要依赖于移动通讯技术的变革,及其配套的射频前端芯片的性能的不断提高。在过去的十年间通信行业经历了从 2G(GSM/CDMA/Edge)到 3G(WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA),再到 4G(FDD-LTE/TD-LTE)两次重大产业升级。在 4G 普及的过程中,全网通等功能在高端智能手机中得到广泛应用,体现了智能手机兼容不同通信制式的能力,也成为了检验智能手机通信性能竞争力的核心指标之一。

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移动通信技术的变革蓝图

为了提高智能手机对不同通信制式兼容的能力,4G 方案的射频前端芯片数量相比2G 方案和 3G 方案有了明显的增长,单个智能手机中射频前端芯片的整体价值也不断提高。

根据 Yole Development 的统计,2G 制式智能手机中射频前端芯片的价值为 0.9美元,3G 制式智能手机中大幅上升到 3.4 美元,支持区域性 4G 制式的智能手机中射频前端芯片的价值已经达到 6.15 美元,高端 LTE 智能手机中为 15.30 美元,是 2G 制式智能手机中射频前端芯片的 17 倍。因此,在 4G 制式智能手机不断渗透的背景下,射频前端芯片行业的市场规模将持续快速增长。

随着 5G 商业化的逐步临近,现在已经形成的初步共识认为,5G 标准下现有的移动通信、物联网通信标准将进行统一,因此未来在统一标准下射频前端芯片产品的应用领域会被进一步放大。同时,5G 下单个智能手机的射频前端芯片价值亦将继续上升。根据 QYR Electronics Research Center 的统计,从 2010 年至 2016 年全球射频前端市场规模以每年约 12%的速度增长,2016 年达 114.88 亿美元,未来将以 12%以上的增长率持续高速增长,2020 年接近 190 亿美元。

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全球射频前端市场规模

以射频开关和LNA为例说明一下:

由于移动通讯技术的变革,智能手机需要接收更多频段的射频信号:根据 Yole Development 的总结,2011 年及之前智能手机支持的频段数不超过 10 个,而随着 4G 通讯技术的普及,至 2016 年智能手机支持的频段数已经接近 40 个;因此,移动智能终端中需要不断增加射频开关的数量以满足对不同频段信号接收、发射的需求。与此同时,智能手机外壳现多采用手感、外观更好的金属外壳,一定程度上会造成对射频信号的屏蔽,需要天线调谐开关提高天线对不同频段信号的接收能力。

根据 QYR Electronics Research Center 的统计,2010 年以来全球射频开关市场经历了持续的快速增长,2016 年全球市场规模达到 12.57 亿美元,2017 年及之后增速放缓,但预计到 2020 年期间仍保有 10%的年化增长率,预计到 2020 年达到 18.79 亿美元。

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全球射频开关销售收入

而随着移动通讯技术的变革,移动智能终端对信号接收质量提出更高要求,需要对天线接收的信号放大以进行后续处理。一般的放大器在放大信号的同时会引入噪声,而射频低噪声放大器能最大限度地抑制噪声,因此得到广泛的应用。

2016 年全球射频低噪声放大器收入为 12.80 亿美元,而随着 4G 逐渐普及,智能手机中天线和射频通路的数量增多,对射频低噪声放大器的数量需求迅速增加,因此预计在未来几年将持续增长,到 2020 年达到 14.75 亿美元。

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但是我们看到,现阶段,全球射频前端芯片市场主要被欧美传统大厂占据。这是由行业特性所决定的。

集成电路设计属于技术密集型行业,尤其对于射频前端设计,由于需要适配多通信制式、多频段,未来还需要满足 5G 的技术要求,因此技术复杂度较高;另外,由于通讯技术更新换代迅速、消费类电子产品升级频率高,对于射频前端设计也提出了不断创新的要求。行业内的企业只有积累了深厚的研发经验、具有较强的持续创新能力并且制定了完善的技术发展路径,才能不断满足市场需求。同时,新进入者的产品在技术、功能、性能及工艺平台建设上需要与行业中现有产品相匹配,也提高了行业的技术壁垒。行业内的新进入者往往需要经历较长一段时间的技术摸索和积累时期,才能和业内已经占据技术优势的企业相抗衡,因此技术壁垒明显。

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国内外领先的射频供应商

国内移动智能终端厂商也多向其采购射频前端芯片产品。根据 2015 年 5 月国务院发布的《中国制造 2025》,“到 2020 年,40%的核心基础零部件、关键基础材料实现自主保障”,“到 2025 年,70%的核心基础零部件、关键基础材料实现自主保障”,提出中国的芯片自给率要不断提升。在这一过程中,射频前端芯片行业因产品广泛应用于移动智能终端,行业战略地位将逐步提升,国内的射频前端芯片设计厂商亦迎来巨大发展机会,在全球市场的占有率有望大幅提升。

希望国产射频厂商能在这波浪潮中真正崛起,加油加油加油!!!

来源:内容摘录自卓胜微的招股说明书,仅供参考,谢谢。

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