第五代移动通信（5G）技术的快速发展对芯片产业提出了新的需求，也给我国5G芯片发展带来了新的机遇和挑战。我国在稳步推进5G标准制定和试验的同时，也急需加大对基带、射频等关键芯片技术产品的布局力度，摆脱进口依赖，切实保障我国2020年5G商用。

　　当前5G正加速向我们走来，根据3GPP标准工作计划，首个全球5G标准将在2018年初确立，商用设备将在2019年准备就绪，比预期提前一年。我国5G的发展与全球同步，5G技术研究和标准化进程不断加速，我国已于2016年1月正式启动5G技术研发试验，目前已经进入第二阶段，预计2017年底将完成整体测试工作。

　　5G产业涵盖通信运营、系统设备、芯片、测试仪器仪表以及互联网、汽车、工业等相关行业的各个环节，其中芯片是支撑5G发展的关键技术要素，5G应用场景的扩大和关键技术的升级正推动上游芯片技术产业加速变革。目前我国5G芯片基础薄弱，部分核心技术缺失，我国在稳步推进5G标准制定和试验的同时，急需加大对基带、射频等关键芯片技术产品的布局力度，摆脱进口依赖，切实保障我国2020年5G商用，为我国引领5G时代奠定坚实基础。

　　5G芯片产业面临新需求

　　应用场景愈加丰富，性能指标提升巨大

　　1G到4G主要解决人与人之间的沟通，5G将实现人与物、物与物之间的沟通，应用场景涉及连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠。5G将通过低频段来满足大覆盖、高移动性应用场景，同时利用高频段丰富的频谱资源，来满足热点高容量的用户体验速率和系统容量需求，因此5G频谱包含6GHz以下低频段和6GHz以上高频段。5G在用户体验速率、连接数密度、端到端时延、流量密度、移动性和用户峰值速率等关键性能指标上相比较于4G都会有巨大提升，如用户体验速率可达1Gbps以上，是4G的100倍；连接数密度达到每平方公里100万，是4G的10倍；端到端时延低至毫秒量级，约为4G的1/5；移动性要求可满足500km/h，约是4G的1.5倍；峰值速率可达20Gbps，是4G的20倍。5G应用场景的扩大和关键技术的升级推动芯片技术产业加速变革。

　　终端基站同步升级，基带射频技术革新

　　移动通信技术的出现基本是以每十年为一个周期，终端与基站中的基带和射频芯片也随着通信技术的演进而不断升级。其中，基带芯片主要用来进行数字信号处理、信道编解码、调制解调等运算工作，射频芯片及射频前端是处理无线信号所需的全部芯片和相关器件的总称，包括收发器、滤波器、功率放大器（PA）、低噪声放大器（LNA）、开关等。根据5G标准技术升级的需求，基带芯片依然是升级的重点所在，当前英特尔和高通等巨头正围绕5G基带展开军备竞赛，两家企业相继推出5G基带芯片，预计2018年商用。与此同时，5G高频段部署的需求也将推动射频芯片及前端器件的技术创新，Skyworks、Qorvo、博通、村田等射频前端巨头通过多年专利积累已形成射频前端技术壁垒，通过IDM模式把控产业上下游所有环节，垄断优势显著。

　　射频前端需求倍增，材料工艺集成创新

　　5G频段数量的急剧增加使射频芯片数量不断增长，也使射频芯片的复杂度不断提高。高通报告显示从4G到5G，频段将增加一倍以上，终端配备的天线及射频元器件的数量也将实现翻番，其中滤波器是射频元器件增长最快的细分方向。与此同时，5G芯片及器件的材料工艺集成技术也将发生重大变革，例如，5G高频段将更多采用基于氮化铝、氧化锌等压电薄膜材料的体声波（BAW）滤波器尤其是薄膜体声波谐振器（FBAR）；基站PA将从硅基LDMOS器件工艺转向承载功率和高频性能更有优势的氮化镓（GaN）材料工艺；传统的PCB封装基板由于高频段损耗增大将不适用于5G高频段通信场景，而基于陶瓷基板材料的封装可减少高频段的损耗问题。

　　芯片小型化和集成化演进

　　5G高频段毫米波的应用使基站天线尺寸降低至毫米量级，推动传统基站的小型化，进而加速天线和射频器件的集成化，推动5G毫米波芯片技术的发展。集成收发器、滤波器、PA、LNA等射频器件的单芯片技术和集成二维天线阵列的封装天线技术（Antenna in Package，AiP）因在成本、面积和功耗方面的优势，将成为5G基站芯片技术发展的主要方向。目前三星、IBM、Anokiwave等国外厂商纷纷加快5G毫米波芯片研发进度，如三星28GHz毫米波射频芯片已经研发完成，进入商用化阶段，搭载芯片的产品将于2018年初正式发布；IBM和爱立信合作推出28GHz毫米波相控阵集成电路；Anokiwave公司发布了全球首款39GHz频段5G有源天线芯片

　　机遇与挑战

　　当前我国正在大力开展5G技术与产业化的前沿布局，在5G芯片领域取得积极进展，技术产业化进程不断加快，面临良好的发展机遇。

　　市场需求空间大

　　在5G的推进之下，5G芯片市场前景广阔。终端方面，根据工信部、国家发改委等部委与机构共同组成的IMT-2020(5G)推进组发布的《5G愿景与需求》数据显示，2020年全球移动终端数量将超过100亿，其中中国将超过20亿。基站方面，中国信息通信研究院的数据显示截至2017年6月，我国4G基站累计达到299万个，5G时代基站数量还会大规模增加，各种基站部署的密度将是现有站点密度的10倍以上，直接拉动基带、射频等关键芯片和器件的需求。

　　重视5G芯片的技术研发和应用

　　中国制造2025、“十三五”国家信息化规划、信息通信行业发展规划、国家科技重大专项等均对5G芯片的发展提供了良好的政策支撑环境，并且我国已顺利完成5G技术研发试验第一阶段测试，目前进入第二阶段系统验证测试阶段，具备在芯片、标准、终端、运营等全面抢跑的条件。

　　围绕5G芯片积极布局

　　我国海思、展讯等企业正在加快5G基带芯片研发进程；我国汉天下、紫光展锐、唯捷创芯、麦捷科技、无锡好达等企业以及中电13/24/26/29/55所、中科院等科研院所也已开展PA、滤波器等5G高频器件的研发；三安光电、海特高新等企业在化合物半导体代工领域有所突破。

　　但另一方面，我国5G芯片技术产业发展也面临着诸多挑战，我国集成电路产业基础薄弱的问题在5G芯片领域更为凸显。

　　一是设计企业面临海外代工限制和专利封锁。目前我国基带、射频等关键芯片设计企业的产品仍主要在海外或外资企业加工，不仅面临频率和功率的禁运限制，也因产能制约影响规模量产；同时，器件及芯片设计也面临国外专利封锁的问题，如国外滤波器技术已经非常成熟，尤其是面向高频应用的BAW和FBAR滤波器，博通、Qorvo等企业已有多年技术专利积累。

　　二是我国5G芯片制造工艺水平依然落后。国内5G芯片缺乏成熟的商用工艺支撑，除Skyworks、Qorvo等IDM企业外，砷化镓、氮化镓等化合物半导体工艺技术主要被稳懋、宏捷科技和环宇等台湾地区大厂掌控，代工市场份额超过90%；格罗方德则在锗硅和绝缘硅材料工艺方面处于领先。

　　三是我国装备及材料配套方面仍然受制于人。5G芯片关键装备及材料配套主要由国外企业掌控，技术壁垒较高。设备方面，化合物半导体射频芯片制造的MOCVD设备仍主要被德国爱思强和美国Veeco所垄断。材料方面，日本住友和美国科锐在化合物半导体材料领域市场优势明显；法国Soitec和日本信越几乎垄断了整个SOI晶圆市场；封装用的高端陶瓷基板材料基本都是从日本和中国台湾地区进口。

　　措施与建议

　　推动芯片技术产业发展

　　一是围绕5G终端和基站核心需求制定5G芯片技术发展路线图，长期持续投入，出台鼓励扶持政策，大力推进我国5G芯片技术产业的发展。二是发挥我国5G市场优势，推动国内企业通过合作、并购、合资、参股等形式获取国外先进技术和优质资产。

　　加强基础核心技术突破

　　一是加强5G芯片设计、制造、封测以及装备材料配套等基础核心技术的发展，形成有效的专利布局，提升化合物半导体、锗硅、绝缘硅等特色工艺制造水平，带动封装测试、装备材料配套发展。二是支持国内企业加大对5G基带、射频等关键芯片技术和产品的研发布局力度，加速微波、毫米波等军用技术向5G民用的转化。

　　加速5G芯片落地

　　一是在稳步推进5G标准制定和试验的同时，建立包含芯片、软件、测试仪器仪表、系统设备、通信运营、行业应用等在内的5G产业生态体系，依托整机加速5G芯片的落地。二是重视软件配套，逐步完善包括设计环境、系统工具等在内的芯片生态链，推动5G芯片的研发进程。

　　加强芯片产业整合联动

　　一是推动5G芯片设计、制造、封测、装备材料配套等芯片产业链环节间的合作，鼓励5G芯片设计企业在国内流片和封测。二是注重产学研联动，积极储备技术资源，加大人才培育引进力度，实现人才、资本、技术、知识等创新要素的自由流动和优化配置，促进5G芯片的协同创新与成果转化。

　　作者单位：中国信息通信研究院