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    5G对射频芯片提出更高要求,MACOM硅基氮化镓凸显优势

    作者:王莹时间:2019-04-24来源:电子产品世界收藏

    在不久前的EDICON  China  2019上,MACOM无线产?#20998;?#24515;资深总监成钢先生向电子产品世界等媒体介绍了功率&基站方面的需求和MACOM的解决方案。

    本文引用地址:http://www.9113521.com/article/201904/399810.htm

    相关的氮化镓市场

    从使用量来看,MACOM的估计是:?#30475;?#30340;基站数,即对4G,差不多是1.5倍到2倍的差别,单个的基站又比原来的基站的RU部分贵约1.5到2倍。由于二者的倍乘关系,累积起来约是2.5倍到4倍的关系。再?#30001;?#21333;个基站里的内容,原来是4通道、8通道,现在变成64通道,这些数目又会有约16倍以上的扩展。所以从对单元的需求量来看,相比原有的规模,预计有50倍到60倍的需求。

    这对提供商来说是个很大的挑战,因为原来的规模很难去满足预计的新规模。这也是为什么MACOM在5G市场上是比较激进的,去布置产能,提前进行库存管理的原因,因为从数量上,这对相关芯片厂家的挑战是比较大的。

    MACOM对5G的准备

    2019年是5G无线通信的元年,对此MACOM非常重视,做了很多准备,前期包括对5G重点客户的跟踪,?#32422;?#34892;?#21040;?#20915;方案的准备。

    因为MACOM本身产品线比较宽泛,即从IF信号处理,到IF的电平,及至整个链路,一直到后期的功率放大器,甚至整个天线层面关键的Massive MIMO(大规模多入多出)阵列,?#21152;?#30456;应的解决方案。

    可以说,MACOM用了长时间的积累和比较宽泛的产品线,为5G做了前期、预商用化、原型期的解决方案。

    现在,MACOM要考虑的下一步是:如果5G能够达到大批量使用?#20445;?#24590;样能把这个市场的需求能够快速满足。

    怎样满足大批量的需求

    MACOM不仅有?#32422;?#30340;fab(芯片工厂),同时还准备了Fabless(无芯片工厂)的方案,即不受限于自有工厂的产能,?#20272;?#29992;第二家、第三家代工厂(Foundry)来备份产能。因此2018年MACOM和ST签署了联盟协议,ST可以提供6英寸的CMOS晶圆,用来做MACOM的氮化镓产品。在此基础上,2019年双方又把合作拓展了一步,即ST主流的8英寸晶圆?#37096;?#20197;支持MACOM。如果MACOM的产能需要,可以随时切换到ST 8英寸晶圆上进?#20889;?#25209;量的生产。

    因为6英寸和8英寸晶圆的主要区别是产能方面,基本上,8英寸的die(裸片)产出是6英寸的2倍。

    另外,ST的一个优势是在商用和民用市场已?#20889;?#25209;量制造的经验,因为ST擅长机顶盒、有线通讯等,最近ST还成为特?#20272;?#27773;车的碳化硅等功?#24066;?#29255;的主要供应商,说明ST能够满足汽车行业的产能需求。“从市场规模来看,汽车市场比基站要大很多,”成钢指出,“因此ST的产能能够满足基站行业的需求。”

    氮化镓:硅基 vs 碳化硅基

    2016年,MACOM宣布放弃了碳化硅(碳化硅)基氮化镓(GaN),转到硅基氮化镓。现在两三年过去了,业绩对硅基氮化镓的接受程度如何?

    成钢总监称,目前还处于切换的过?#35752;小ACOM的硅基设计能够比较平滑替代碳化硅基方案。现在硅基的性能、测试、验证等基本上已经完成,从客户的反馈来看,客户没有?#33455;?#21040;硅基比碳化硅基的性能上有多少恶化,同时还体会到硅基在一些特定指标上还有优势,诸如健壮性,价格也下降了,另外也不像原来受制于有限的碳化硅材料的产出比而产生供货波动。

    在基站方面,硅基很显著地得到了客户的认可,客户也完成了原型样机的测试,包括可靠?#32422;?#38271;期寿命的测试。硅基在市场上已经开始发货。

    从周期上看,国?#25163;?#27969;厂商一般要一年到一年半的时间才能完全走完设计周期,因此如果倒推回去,现在国内外客户能够开始接受硅基产品、开始发货,证明MACOM硅基氮化镓的推广还是比较顺利的。

    氮化镓 vs LDMOS

    氮化镓有一个重要的原生优势——高效率。高效率对5G可谓一个决定性的优势。因为现在很多厂家?#37096;?#20197;提升LDMOS这种很?#32479;?#26412;的方案,但是这种方案可能最后在市场上是很难接受的。因为对于整个MIMO基站,其里面有64个通道,每个通道的效率哪怕有些许的提高,对基站本身的散热都会有很大的改善。

    这是因为现在的基站的瓶颈是在效率上,效?#39318;?#19981;上去,功?#31034;?#19978;不去。功率不上去,那么整个覆盖范围就很窄……。这样就导致了本身基站的?#32422;?#27604;下降。简单地看,所谓性能稍微差一点,就比别人的覆盖少一点;反过来,基站建立起来后,长时间的运营成本十分可观——尽管电费很便宜,但时间长了,电费累积起来,比一个好器件的钱还要多。所以客户对效?#26159;?#35843;得非常多。

    氮化镓直接带来的?#20040;?#23601;是效率满足,所以氮化镓方案受到运营商和设备商很大的关注,这也意味着氮化镓?#23548;?#19978;是直接由运营商或用户来导向的方向。

    那么,是否LDMOS就没有什么市场了?

    ?#27604;?#20063;不能这么绝对。LDMOS在前期发货上的优势还是能体现出来的。

    氮化镓的瓶颈首先是产能的问题。因此MACOM要去与ST合作。目前预商用阶段对MACOM是很有利的,这时没有很快上量。

    第二,时间也很重要。MACOM一定要把时间节奏掌握好,把?#32422;?#30340;方案在客户甚至最终用户那里能够得到很好的验证。然后在真正成熟的阶段,能够把产能切换到ST上面,以扩大产能。

    毫米波与sub-6GHz的需求差异

    尽管中国目前还没?#20889;?#31639;采用毫米波,但是作为一家国?#24066;?#20844;司,MACOM也十分重视毫米波的解决方案,因为毫米波在北美和?#20998;?#26377;很多客户。

    二者最大的差别主要还是来自于massive MIMO阵列,即毫米波的要求多一些,原来的方案是用分立器件搭,?#20174;?#24456;多传统的波导、同轴结构来搭成高的性能,但这对5G毫米波的应用可能是很难接受的,毫米波需要把电路和天线尽量集成在一个单板上。

    因为毫米波带来的一个?#20040;?#26159;天线尺寸的显著下降,可以在一个天线Panel(平板)上集成1028个单元,。作为对比,现在sub-6GHz 5G大都是64个单元。所以可以利用毫米波的小尺寸、高集成度优势。

    MACOM在毫米波集成电路方面有很长时间的积累,在北美的研发中心可以提供整体的相控阵阵列方案。客户可以把毫米波电?#20998;?#25509;集成在天线的背部。这样,就可以把它作为一个完整的天线阵列提供给客户。

    值得一提的是,毫米波的设计有很多专业上的要求,普通厂家很难做到,如果能提供一个交钥匙的解决方案,是客户非常欢迎的。下一步,MACOM也在往高集成、高性能、?#32479;?#26412;的方案方向走。

    针对sub-6GHz,国内外的客户需求有何特点?

    ?#23548;?#19978;,国内外的方案还是有很大的差别。国外一些客户更倾向于一个更高集成度的方案,采用像手机前端的整体模块,里面包含了发射通道、接收通道,甚至是无源的隔离器也做在里面,开关全部在里面,甚至Power IC(电源管理芯片)?#25216;?#25104;在模块里,可以说是一个独立的射频单元,和天线直接对接后,就完成了所有射频前端功能。

    对于这?#20013;?#27714;,MACOM可以把它完全整合成一个Device(器件),目标是大批量发货以后能够有一个?#32479;?#26412;的模块。

    氮化镓在小基站的机会

    小基站市场也有机会。因为现在的小基站大量采用比?#31995;凸?#29575;的方案,诸如0.25W、0.5W方面的,传统用GaAs(砷化镓)来做。但是现在随着频率的提高,例如国内3.5GHz、4.9GHz等新频段提出来,使用small cell(小基站)可能会去做一些热点的覆盖,这会有很宽的带宽,造成了小基站的发射功率提高,现在已看到这样的需求,即1W以上的需求。

    1W的平均功率如果转换成对峰值功率的需求,大概是10W到15W,这对砷化镓材料的处理能力上达到了极限/瓶?#20445;?#22240;而难以在大功率上做可靠的产品。

    MACOM确实想在这方面去布局一些产品,因为MACOM最早针对massive MIMO的方案就是4通道的基站方案,最早的一个器件就是针对1W功率放大器,只不过因为之后中国移动把这个产品的规格不断提高,3W、5W、6W地提高。所以方案MACOM本身是有方案的。

    但是MACOM还要考虑的是整个Small cell的市场的规模跟基站相比是一个很大的放大关系。如果现在两个市场都要做,能不能很好地服务?

    所以MACOM目前先提供这种方案,让客户进一步地验证,验证完后,等到ST能够开始量产的时候,MACOM就开始1W的发货。

    另外,Small cell和传统基站有一个时间的先后顺序,原则是要先满足覆盖的问题,然后才考虑后面的提高质量和服务水平。因此Small cell的市场会比基站的市场延后一到三年。所以从时间节拍看,现在考虑Small cell是一个合适的时机。

    氮化镓的工艺、性能、成本进展及走向

    现在氮化镓整体的性能、尺寸等已经有很大的变化了。一是性能方面,从基站的主要供应商的评估看,已经很难再区分是碳化硅基还是硅基的GaN带来的效率,包括线性度等的差别。

    尺寸方面,前两年看到的是传统的陶瓷封装——是较大的封装,但现在更多的是QFN封装,即手机所采用的?#32479;?#26412;、小型封装,尺寸也缩短到4mm×4mm、5mm×7mm,已是与手机芯片非常接近的产品形态了。所以在成本和结构方面,已经向手机去看齐,甚至?#21040;?#20250;用跟手机同样的封测线来做氮化镓产品。“相信氮化镓的发展是一个递进的过程,”成钢总监预计,“只要把基站部分做起来以后,?#30001;蟂T的足够产能,就会把氮化镓带到跟手机相当的成本结构?#20984;?#27169;。这?#27604;?#30475;民用和商用市场,是可以想象的一个空间了。”

    那么,氮化镓未来的价格,手机能够承受吗?

    的确,现在还没?#20889;?#21040;手机能够承受的水平,因为氮化镓的发货量还没?#20889;?#21040;手机的发货量。对于氮化镓功?#21183;?#20214;,封装在里面占很大的部分,如果采用与手机相当的封装,剩下的就是看晶圆能不能达到和手机一样的晶圆尺寸。

    但是,砷化镓作为目前手机最主要的供应链之一,普遍用6英寸晶圆,而MACOM与ST合作的有8英寸晶圆,即从晶圆片的规模成本上,可能未来比砷化镓更有优势。这是此消彼涨的角力过程,氮化镓有望最终能在手机方面?#33455;?#20105;力。

    MACOM在5G的整体布局

    MACOM本身有两块主力产品:光的解决方案,射频的解决方案。这两方面是齐头并进的。

    现在网络结构也相对比较简单了,光纤可能是直接到塔上了,上来会跟基站有转换和连接。所以很多时候可以把它们当作一个整体方案去考虑。

    MACOM在美国有专门的部门提供Massive MIMO阵列的解决方案,它下面的转换已经把64路甚至更高的路数进行了集成,进行光电转换,到下面的光网络去接收,这些方案可能以后会越来越集成,未来MACOM甚至能够提供一个微系统给客户。

    MACOM官方资料

    MACOM 亮相 EDICON China 2019 展示为 5G 连接及基站打造的全新射频产品解决方案

    MACOM Technology Solutions Inc.(MACOM)于4月1-3日出席在中国?#26412;?#20030;办的电?#30001;?#35745;创新大会EDI CON China?2019。届?#20445;琈ACOM在515号展位展示丰富的高性能射频产品组合,包括行业领先的MMIC、二极管、AlGaAs开关、功率放大器、前端模块 (FEM) 和氮化镓器件。同?#20445;琈ACOM将重点展示适用于5G连接、无线基站、雷达、测试和测量,?#32422;?#24037;业、科学和医疗 (ISM) 射频应用的全新产品解决方案。

    诚邀您莅临515号展位,与MACOM专?#21307;?#34892;面对面交流,了解更多有关MACOM技术及解决方案的信息,包括但不限于:

    ·可靠的高性能射频组件:展示MACOM服务于不同市场的高性能产品组合,测试和测量、卫星、雷达、有线网络和无线网络、汽车、工业、医疗?#32422;?#31227;动设备等领域。

    ·5G连接:适用于 4G/5G的完整产品组合——提供可靠的高性能无线接入前端组件和模块。

    ·助力新一代无线基站:先进的硅基氮化镓Doherty功放模块,平均功率达60W。

    ·射?#30340;?#37327;:MACOM的硅基氮化镓产品可提供主流射频应用所需的性能、规模、电源安全性和浪涌能力支持。

    ·应用支持:MACOM凭借其60多年的丰富经验和专业的客户支?#22336;?#21153;,为客户解答及解决各种疑问和技术难题。

    ·相互对照工具:MACOM相互对照工具可协助客户查找所需的MACOM产品。



    关键?#21097;? 5G 射频

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