摘自：半導(dǎo)體行業(yè)觀察
5G對于設(shè)備性能和功率效率提出了更高的要求，特別是在基站端，基站數(shù)量和單個基站成本雙雙上漲，這將會帶來市場空間的巨大增長。依據(jù)蜂窩通信理論計算，要達(dá)到相同的覆蓋率，估計中國5G宏基站數(shù)量要達(dá)到約500萬個。2021年全球5G宏基站PA和濾波器市場將達(dá)到243.1億元人民幣，年均復(fù)合增長率CAGR為162.31%，2021年全球4G和5G小基站射頻器件市場將達(dá)到21.54億元人民幣，CAGR為140.61%。
由于基站越來越多地用到了多天線MIMO技術(shù)，這對PA提出了更多需求。預(yù)計到2022年，4G/ 5G基礎(chǔ)用的射頻半導(dǎo)體市場規(guī)模將達(dá)到16億美元，其中，MIMO PA的年復(fù)合增長率將達(dá)到135%，射頻前端模塊的年復(fù)合增長率將達(dá)到 119%。
相對于4G，5G基站用到的PA數(shù)會加倍增長。4G基站采用4T4R方案，按照三個扇區(qū)，對應(yīng)的射頻PA需求量為12個，5G基站中，預(yù)計64T64R將成為主流方案，對應(yīng)的PA需求量高達(dá)192個。
功耗問題待解決
雖然，5G發(fā)展前景可期，但相關(guān)技術(shù)依然未達(dá)到成熟水平，特別是功耗問題，無論是基站，還是手機(jī)端，都存在這個問題，這也是蘋果依然沒有推出5G手機(jī)的一個重要原因。
特別是基站，目前來看功耗比4G高出不少，而在所有耗電的芯片元器件當(dāng)中，PA是大戶。因為射頻信號功率很小，只有經(jīng)過PA放大獲得足夠的射頻功率后，才能饋送到天線并發(fā)射出去，因此，PA是基站發(fā)射系統(tǒng)的重要器件。與此同時，PA也是最耗電、效率較低的器件，有統(tǒng)計顯示，約一半的基站功率消耗在了PA上。
然而，宏基站和小基站之間的功耗又有非常明顯的區(qū)別：與宏基站相比，小基站的覆蓋范圍小，發(fā)射功率低，PA非線性失真較小，PA功耗占比也較小，甚至可能不需要DPD等技術(shù)來進(jìn)行預(yù)失真處理。因此，對應(yīng)不同的基站，特別是5G基站的需求，PA有更多的產(chǎn)品路線可走，未來的商機(jī)也多了起來。
GaN替代LDMOS
基站用PA市場空間巨大，但其性能和功率效率問題亟待解決。在這樣的背景下，新工藝技術(shù)替代傳統(tǒng)工藝早已被提上了議事日程。
目前的PA市場，包括基站和手機(jī)端用的，制造工藝主要包括傳統(tǒng)的LDMOS、GaAs，以及新興的GaN。而在基站端，傳統(tǒng)LDMOS工藝用的更多，但是，LDMOS 技術(shù)適用于低頻段，在高頻應(yīng)用領(lǐng)域存在局限性。而為了適應(yīng)5G網(wǎng)絡(luò)對性能和功率效率的需求，越來越多地應(yīng)用到了GaN，它能較好地適用于大規(guī)模MIMO。
GaN具有優(yōu)異的高功率密度和高頻特性。GaAs擁有微波頻率和5V至7V的工作電壓，多年來一直廣泛應(yīng)用于PA。硅基LDMOS技術(shù)的工作電壓為28V，已經(jīng)在電信領(lǐng)域使用了許多年，但其主要在4GHz以下頻率發(fā)揮作用，在寬帶應(yīng)用中的使用并不廣泛。相比之下，GaN的工作電壓為28V至50V，具有更高的功率密度和截止頻率，在MIMO應(yīng)用中，可實現(xiàn)高整合性解決方案。
在宏基站PA應(yīng)用中，GaN憑借高頻、高輸出功率的優(yōu)勢，正在逐漸取代LDMOS；在小基站中，未來一段時間內(nèi)仍然以GaAs工藝為主，這是因為它具備可靠性和高性價比的優(yōu)勢，但隨著GaN器件成本的降低和技術(shù)的提高，GaN PA有望在小基站應(yīng)用中逐步拓展。
在手機(jī)端，射頻前端PA還是以GaAs工藝為主，短期內(nèi)還看不到GaN的機(jī)會，主要原因是成本和高電壓特性，這在手機(jī)內(nèi)難以接受。
總之，很可能大部分6GHz以下宏基站應(yīng)用都將采用基于GaN工藝的PA，5G網(wǎng)絡(luò)采用的頻段更高，穿透力與覆蓋范圍將比4G更差，因此，小基站將在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中扮演很重要的角色。不過，由于小基站不需要如此高的功率，GaAs等現(xiàn)有技術(shù)仍有其優(yōu)勢。而傳統(tǒng)的LDMOS工藝在基站用PA市場的份額將逐年減少，很可能在不久的將來退出歷史舞臺。
