5G终端射频前端半导体行业：变化中的机会，结构性的增长.pdf

- 1 - 敬请参阅最后一页特别声明 市场数据 (人民币） 市场优化平均市盈率 18.90 国金半导体指数 3528.46 沪深 300 指数 3747.44 上证指数 2867.84 深证成指 9136.46 中小板综指 8647.97 相关报告 1.科创板半导体研究：扼住半导体咽喉的抛光液材料龙头安集微电子 -.， 2019.7.10 2.科创板半导体研究：华兴源创的新一轮增长高峰将至 -科创板半导体 .， 2019.7.2 3.科创板半导体研究：浪起于微澜之间 -科创板半导体研究：浪起于微 .， 2019.6.18 4.库存减损压力浮现，行业进入亏损时期 -存储芯片行业研究报告， 2019.6.10 5.智能手机 AMOLED 大势所趋，显示面板行业触底回升 -显示面板 .， 2019.4.22 张纯 联系人 zhang_chun gjzq 樊志远 分析师 SAC 执业编号： S1130518070003 (8621)61038318 fanzhiyuan gjzq 5G 终端 射频前端 半导体 行业 ： 变化中的机会，结构性的增长 投资建议 在本报告中，我们 深入探讨了三大问题 ： 5G 技术 将如何影响智能手机 射频前端？这些变化对不同器件的潜在价值变化如何？ 这些变化 会对竞争格局带来怎样的影响？ 为什么看好 2020 年 5G 加速渗透？ 需求端： 2019 年换机需求部分递延到明年。 供给端： 2019 年下半年的去库存和明年补库存。 价格端： 5G 手机售价往中低端渗透推动 5G 手机加速渗透。 在中性假设下 ： 假设 5G 手机渗透率与 4G 同步， 2020 年全球的 5G 手机销量 1.8-1.9 亿部，国内至少 8000 万以上。 乐观假设下： 参考目前国内各厂商的 forecast 和假设苹果三款 5G 手机，国产品牌 2020 年 5G 手 机加总超过 1.5 亿部，乐观情况下， 2020 年全球的 5G 手机销量将接近 2.5 亿部， 5G baseband/ap 和 射频前端半导体， 有可能准备 2.8-3.0 亿颗 。 5G 对射频前端的影响： Sub 6 器件数量增加，复杂度提升，更多的模块；毫米波颠覆性的变化。 Sub 6： 5G 核心技术三大核心技术 CA、 MIMO、更高阶的调制方案都会对射频前端器件数量，线性度等性能带来了新的挑战。射频前端模组化是趋势， 5G 新增的射频前端将大部分是模块形式 。毫米波带来工艺和材料升级 ，物理形态的变化 。 5G 射频前端：整体高增长， 不同器件增长具有结构性。 全球射频前端市场将由 2017 年的 151 亿美元，增加到 2023 年的 352 亿美元，年复合增速高达 14%。不同器件增加具有结构性：滤波器 LNA/开关 /调谐 PA；射频前端单机价值量测算： 4G 高端机 旗舰 机目前射频前端 ASP 是 12-20 美元。 5G 智能手机的射频成本最初很高，按目前价格， 5G sub 6 的 2T4R 旗舰机射频前端 ASP 将高达 37 美金，预计到 2020 年年中中高端手机有望降到 28 美金，到 2020 年底或 2021 年， 5G 渗透率持续下沉，射频前端 ASP有望降到 20 美元出头。 竞争格局 ：海外寡头垄断，国内厂商迎来发展机会 。射频前端当前竞争格局以美日企业寡头垄断，占据 90%份额。第一梯队：美系厂商为主Broadcom、 Qorvo、 Skyworks，村田 ， 中高端市场； 第二梯队：日系厂商TDK、 Taiyo Yuden； 第三梯队：韩台陆厂，低端市场。对于未来格局判断，我们认为模组优于分立式，毫米波带来新玩家，看好持续国产替代，看好在特定领域产品做到国内龙头，具有模组化能力，或者与模组化能力的厂商合作厂商。 投资建议 1、 全球来看： 由于 5G 带来的射频前端行业增长，看好 全球射频前端龙头公司以及新进入者，其中重点推荐：综合性 射频前端厂商 AVGO（ Broadcom） 和化合物半导代工龙头 稳懋 ，同时专注其实龙头厂商。 2、 国内来看： 看好国产化进程中各个细分领域龙头：开关 /LNA 龙头 卓胜微电子 ， PA 龙头 vanchip（联发科入股，未上市） ， SAW 滤波器龙头无锡好达（未上市） ，同时关注其他未上市的细分领域龙头。 。 风险提示 5G 发展进度不及预期 ； 厂商 5G 射频前端相关进展不及预期。 1574114617192291286434374009180803181103190203190503国金行业 沪深 300 2019年 08月 05日 创新技术与企业服务研究中心 半导体 行业研究 买入 （ 维持评级 ） ) 行业深度研究 证券研究报告 行业深度研究 - 2 - 敬请参阅最后一页特别声明 内容目录 一、终端射频前端： 5G 手机加速渗透，带动射频前端高增长 .5 1、射频前端：终端通信核心组成 .5 2、通信技术升级，射频前端价值量倍增 .5 3、 5G 网络分步演进，终端芯片走 向集成 .7 4、 2019 年是 5G 手机元年， 2020 年有望加速渗透 .8 二、 5G 射频前端：变化中的机会 .9 1、 5G 核心技术： CA、 MIMO、调 制方案 .9 2、 sub 6G：核心技术给射频前端带来的变化 .10 （ 1） MIMO：增加独立射频通道，增加天线调谐和天线开关 .10 （ 2）更多的 CA 和更高的频段：频段数不断增加 . 11 （ 3）更高阶 的 QAM调制：射频前端性能提升 .14 3、毫米波：革命性的 变化 .14 4、射频前端半导体：模块化是必然趋势 .16 三、 4G 到 5G 射频前端空间测算：结构性的增长 .20 1、整体高增长：元件数量 +复杂度大增，市场空间翻倍增长 .20 2、结构性：滤波器 LNA/开关 /调谐 PA .21 （ 1）滤波器：增速最 快，贡献了射频前端 70%的增量 .22 （ 2） PA：整体增长相对平缓 .24 （ 3）开关：快速增长， SOI是首选技术 .25 （ 4）天线调谐：随着天线数量和复杂度提升高速增长 .27 （ 5） LNA：随 着接收通路增加稳定增长 .28 3、 5G 手机射频前端半导体价值量拆分以及测算 .29 四、竞争格局：海外寡头垄断，国内厂商迎来发展机会 .31 1、并购不断：射频前端模块化趋势 +基带厂商向前端延伸 .31 2、当前竞争格局：美日企业寡头垄断，占据 90%份额 .32 3、未来格局判断 ：模组优于分立式，毫米波带来新玩家，国内厂商迎来机会.32 五、投资建议 .33 六、风险提示 .33 附录：国内外射频前端公司介绍 .34 1、博通（ Avago）：产品多元化， BAW 滤波器全球龙头 .34 2、 Skyworks：模组化厂商，苹果是第一大客户 .34 3、 Qorvo：实力雄厚的射频前端精品公司 .35 4、村田：积极布局射频前端 .36 5、高通：射频前端新玩家，从基带到射频全产业链布局 .37 6、国内射频前端厂商一览 .37 行业深度研究 - 3 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表目录 图表 1：手机通信基本原理 .5 图表 2：每一代蜂窝技术升级带来新技术和射频前端价值量提升 .6 图表 3：手机中射频前端单机用量和价值量 .6 图表 4： 5G 的 NSA 和 SA .7 图表 5： 5G 手机三个阶段的演进 .8 图表 6：手机销量预测 .8 图表 7： 5G 手机销量中性预测 .9 图表 8： 5G 核心技术 .10 图表 9： MIMO 原理 .10 图表 10： RF 器件增加智能手机中可用天线容量和天线数量会受限 . 11 图表 11：载波聚合的原理和分类 .12 图表 12：更多的载波聚合使得 5G 频段数激增 .12 图表 13：网络升级，频率不断升高 .13 图表 14：不同的调制 .14 图表 15：更高阶的 QAM调制可以提升传输速率 .14 图表 16： LCP 封装整合射频前端模组，高通 QTM052 天线模组 .15 图表 17：毫米波带来工艺和材料升级 .16 图表 18：射频前端模块化程度不断提升 .16 图表 19：不同的射频前端模块 .17 图表 20：手机射频前端的复杂度不断增加 .17 图表 21：模块化趋势下射频功能的 PCB 密度不断提升 .18 图表 22：射频前端模块化趋势 .18 图表 23：模块化趋势下射频功能的 PCB 密度不断提升 .18 图表 24：射频前 端模块化趋势 .18 图表 25：不同手机模块化程度 .19 图表 26：射频模块的 BOM占比越来越高 .19 图表 27：射频前端模块化趋势 .20 图表 28：不同手机模块化程度 .20 图表 29：射频模块的 BOM占比越来越 高 .20 图表 30：手机射频前端的复杂度不断增加 .21 图表 31：射频前端结构性增长 .21 图表 32：不同滤波器占比以及性能对比情况 .22 图表 33： BAW 滤波器市场份额 .22 图表 34： SAW 滤波器市场份额 .22 图表 35： 5G 射频滤波器发展路径 .23 图表 36：射频滤波器市场空间 .23 图表 37：滤波器出货量预测 .23 行业深度研究 - 4 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 38：毫米波时代的滤波器技术 .24 图表 39： PA 市场空间 .24 图表 40： PA 出货量预测 .24 图表 41：全球 PA 市场份额 .25 图表 42：不同 PA 技术的占比变化 .25 图表 43：射频前端中的开关 .26 图表 44：开关市场空间 .26 图表 45：开关出货量预测 .26 图表 46：射频前端中的开关材料的变化 .27 图表 47： 5G 天线设计面临的挑战 .27 图表 48：通过天线调谐和更小的天线解决天线设计难题 .27 图表 49：天线调 谐开关市场空间 .28 图表 50：天线调谐开关出货量预测 .28 图表 51：射频前端中的天线调谐开关技术的变化 .28 图表 52： LNA 市场空间 .29 图表 53： LNA 出货量预测 .29 图表 54：射频前端中的 LNA 材料的变化 .29 图表 55： 5G 对射频前端的变化 .30 图表 56：不同手机射频前端价值量测算 (3G/4G)， 2018.30 图表 57： 5G 射频前端价值量测算 .31 图表 58：射频前端厂商收并购不断 .32 图表 59：射频前端目前以 IDM为 主 .32 图表 60：射频前端厂商产品线分布 .33 图表 61：博通历史沿革 .34 图表 62：博通收入构成 .34 图表 63：博通营收和净利率 .34 图表 64：博通毛利率和净利率 .34 图表 65： skyworks 营收和净利率 .35 图表 66： skyworks 毛利率和净利率 .35 图表 67：苹果是 skyworks 第一大客户 .35 图表 68： skyworks 的 SAW 滤波器客户构成 .35 图表 69： Qorvo 营收和净利率 .36 图表 70： Qorvo 毛利率和净利率 .36 图表 71：村田营收和净利率 .36 图表 72：村田毛利率和净利率 .36 图表 73：村田产品结构 .37 图表 74：村田产品下游分布 .37 图表 75：高通的 5G 方案 .37 图表 76：国内射频前端公司一览 .38 行业深度研究 - 5 - 敬请参阅最后一页特别声明 一、终端 射频 前端： 5G 手机加速渗透，带动射频前端高增长 1、 射频前端： 终端通信核心组成 射频前端介于天线和 射频收发 之间，是终端通信的核心组成器件 。 手机通信模块主要 由 天线、射频前端 、 射频收发、基带 构成，其中射频前端 是指介于天线与 射频收发 之间的 通信 元件 ， 包括： 滤波器 、 LNA（ (低噪声放大器 ， Low Noise Amplifier)、 PA（功率放大器， PowerAmplifier） 、 开关、 天线 调谐 。 滤波器 ： 用 来 滤除 消除噪声，干扰和不需要的信号，从而只留下所需频率范围内的信号。双工器，三工器，四工器和多路复用器通常采用多个滤波器的组合，手机中使用的滤波器主要采用 SAW（表面声波）和 BAW（体声波）两种技术制造。 PA： 在发射信号时通过 PA 放大输入信号，使得输出信号的幅度足够大以便后续处理。 PA 质量和效率因此对手机的信号完整性和电池寿命至关重要。用于放大接收信号 的 称为低噪声放大器 （ LNA）。 开关 ： 开关在打开和关闭之间切换，允许信号通过或不通过。 可分为： 单刀单掷 、 单刀双掷 、多刀多掷开关 。 天线调谐器 ： 天线调谐器位于天线之后但在信号路径的末端之前，使得两侧的电特性彼此匹配以改善它们之间的功率传输。由于实现匹配的方式因信号频率而异，因此该设备必须是可调的。 从 具体 信号传输路径 来说 ： 信号接收路径 ：天线（接 收 信号） 开关 &滤波器 LNA（小信号放大） 射频收发 基带 。 信号发射路径 ： 基带 射频收发 PA（功率放大器） 开关 &滤波器天线（发射信号）。 图表 1：手机通信基本原理 来源： yole， 国金证券研究所 2、 通信技术升级 ， 射频前端价值量 倍增 每一代蜂窝技术 都会带来新技术和 新的射频前端价值量。 回顾从 2G 到 4G技术的发展，每一代蜂窝都带来了新的技术， 从 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了载波聚合，更高的频段和 wifi 的 2x2 MIMO（ Multi-input Multi-output） ， 4.5G 的进一步升级由增加了超高频， 4x4 MIMO， 更多的载波聚合。更多的频段，更多的技术带来了相应的射频前端元器件的价值量不断增加。 行业深度研究 - 6 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 2： 每一代蜂窝技术升级带来新技术和射频前端价值量提升 来源： yole，国金证券研究所 价值量来看： 2G 到 4G，射频前端单机价值量增长超 10 倍， 4G 到5G，射频前端单机价值量增长有望超三倍 。 2G： 平均成本 50 美金 ，频段更 提升 至 6GHz 及毫米波段， 带来 更多射频元件以及更多高价值量的射频元件。 图表 3： 手机中射频前端单机 用量和 价值量 行业深度研究 - 7 - 敬请参阅最后一页特别声明 来源： yole， 国金证券研究所 3、 5G 网络分 步 演进 ， 终端 芯片走向集成 网络端，从 NSA（ 非独立组网 ） 到 独立组网 （ SA） 。 5G 网络建设分两步，早期 5G 部署 将会使用非独立组网的方式，即利用 4G 的核心网络进行 5G 的覆盖， 同时兼容 4G，该架构将逐渐升级到 独立组网（ SA） 。 图表 4： 5G 的 NSA 和 SA 来源：高通，国金证券研究所 为了节省成本、空间和功耗， 5G SoC 和 5G 射频芯片的集成将会是趋势，而 5G 智能型手机设计有三个演进阶段 ： 第一阶段 ： 初期 5G 与 4G LTE 数据 的 传输将以各自独立的方式存在。5G 技术多来自 LTE-Advanced Pro 的演进发展，但 4G 和 5G 两者的编码方式不同，且使用的频段各异，因此，初期 5G 与 4G 数据 的 传输将以各自独立的方式存在。 智能型手机部分将是 1 个 7 纳米 (nm)制程的 AP 与 4G LTE(包含 2G/3G)基频芯片的 SoC，并配置一组射频芯片 (RFIC)。而支持 5G 数据 传输端则完全是另一个独立配置存在，包括一个 10nm 制程、能同时支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基频芯片，前端配置 2 个独立的射频元件，包括一个支持 5G Sub-6GHz 射频 IC，另一个支持毫米波射频前端天线模块。 第二阶段 ： 5G 智能型手机市场仍处于早期阶段，加上制程良率与成本等考量，主流配置仍会是 一颗独立 AP 与一个体积更小的 4G/5G 基带 芯片 。 第三阶段： 将会实现 AP 与 4G/5G 基频芯片 SoC 的解决方案， LTE与 Sub-6GHz 射频 IC 也可望进一步集成。 而 毫米波射频前端仍必须以独立模块存在。 行业深度研究 - 8 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 5： 5G 手机三个阶段的演进 来源： digitimes，国金证券研究所 4、 2019 年是 5G 手机元年， 2020 年 有望加速渗透 2019 年是 5G 手机元年， sub 6G 手机 2020 年 开始加速渗透 。 在营运商网络部署初期 ， 毫米波手机 使用效益相对较低 ， 同时由于 成本与体积问题 的 存在， 预计 2019-2022 年 将以 Sub 6G 为主 。 图表 6：手机销量预测 来源： yole，国金证券研究所 为什么看好 2020 年 5G 加速渗透？ 需求端： 2019年下半年的换机需求有一部分会递延到明年购买 5G 手机； 行业深度研究 - 9 - 敬请参阅最后一页特别声明 供给端： 2019 年下半年的去库存和明年补库存。 2019 年下半年手机厂商一定会大规模的去 4G 手机的库存，因为到明后年这部分机型很难卖出去了；同时，到明后年， 5G 手机相对成熟，又要开始一波补库存。 价格端： 5G 手机售价往中低端渗透推动 5G 手机加速渗透，华为 Mate 20 X 5G 手机售价六千多价格低于预期，我们认为这是一个很好的信号，预计国内5G 手机的渗透到 2020 年中有望到 3000 元以上的机型，到 2020 年底 2021 年将渗透到 2000 元以上的机型。 尽管 手机整体 市场增长放缓，但由于 射频元件随着网络升级是累加的，随着 LTE-A Pro 复杂度的提升 和 5G 射频元件的增加 ， 射频前端市场仍然会持续高增 长。 在中性假设下 ，假设 5G 手机渗透率与 4G 同步， 2020 年全球的 5G 手机销量 1.8-1.9 亿部，国内至少 8000 万以上。 乐观假设下： 参考目前国内各厂商的 forecast 和假设苹果三款 5G 手机， 国产品牌 2020 年 5G 手机加总超过 1.5亿部，乐观情况下， 2020 年全球的 5G 手机销量将接近 2.5 亿部， 5G baseband/ap 和 射频前端半导体， 有可能准备 2.8-3.0 亿颗。 图表 7： 5G 手机销量中性预测 来源： yole，国金证券研究所 二、 5G 射频前端 ：变化中的机会 1、 5G 核心技术 ： CA、 MIMO、调制方案 5G 技术变化比较多，我们会听到很多相关名词，比如载波聚合、 massive MIMO，高阶 QAM（ （ 正交振幅调制， rature Amplitude Modulation） 等等。事实上整个通信技术的升级都是围绕着香农定理，而相关的技术升级也是围绕是香农公式 提高 系数 信道容量 C， 具体来说： 增加系数的物理含义是：增加 MIMO 数和 增加基站密度（超密集组网）； 增加系数 的物理含义是：增加频谱宽度， 一种是使用新的频 段，比如 增加 sub6 G 和 毫米波段 的 新频谱，或者 是 CA（载波聚合） 的方式提升频谱使用效率。 增加系数 的物理含义是：提高信噪比，主要是通过 更高阶的 QAM调制 方式。 行业深度研究 - 10 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 8： 5G 核心技术 来源： yole， 国金证券研 究所 2、 sub 6G： 核心技术给射频前端带来的变化 （ 1） MIMO：增加独立射频通道，增加天线调谐和天线开关 MIMO：是一种使用多根天线发送信号和多根天线来接收信号的