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[导读]5G时代,电子元器件面临着哪些机遇与挑战?

2019年,5G商用大幕拉开,我们正在迎来一个全新的时代。无论是硬件,还是软件,随着5G的到来,都会发生翻天覆地的改变。这对于急需变革的电子元器件来说,无疑是个大风口。

那么,作为新一代信息通信技术,5G将给电子元器件带来怎样的变革?未来又该如何把握商机?10月31日,在2019中国5G新型电子元器件创新发展论坛上,六位演讲嘉宾围绕“5G技术与产业融合面临的机遇和挑战”进行了精彩发言,并分享了电子元器件产业的最新动向。

论坛

【1】

古群(中国电子元件行业协会秘书长)

5G时代,电子元器件产业面临的机遇和挑战

嘉宾1

国内电子元器件产业运行情况如何?今年上半年市场低迷,部分外资企业产线转移,中小企业经营困难、开工不足;而下半年形势明显好于上半年,骨干企业发展平稳,产线转移步伐减缓,行业集中度提高,进一步倒逼了企业转型升级。这主要得益于三大红利:一是电子元器件产业受到政府高度重视;二是下游用户单位与元器件产业的互动性增强;三是下游5G发展可以预期。

而在国际市场中,我国被美国加征关税的电子元件产品的出口额,占电子元件出口总额的比重仅为10%。这意味着,中美贸易战对我们的影响是非常有限的,只要我们的产品质量过硬了,就不惧中美贸易战!

今后,我们应该更快地从工业4.0上升到工业5.0。然而,也只有5G才能让这一目标成为可能、成为现实。对此,提出三点建议:第一,建议加快研发与产品创新,弥补行业短板,把5G发展视作当前的一项重要任务,应用到核心电子元件中去。

第二,加速质量提升,进军高端市场。我们过去是不太重视专利的,尤其是中小企业,而只有像华为、中兴这些大企业才重视专利。所以,这才让我国的高速连接器受制于人。

第三,强化品牌建设,打造优质企业。国家层面曾经指出,中国制造要向中国创造转变、中国速度要向中国质量转变、中国产品要向中国品牌转变。而中美贸易战促使中国人民更加团结、更加爱国;促使传统产业、促使中国加速向又大又强迈进。

【2】

樊永辉(广东省未来通信高端器件创新中心首席架构师)

5G商用,射频前端和中高频器件的国产化之路在何方

嘉宾2

中高频核心器件是实现5G通信与网络的核心与关键之一,尽管目前我国5G产业发展已经走在了世界前列,但在整体产业链布局方面,我国企业仍然处于产业链的中下游。在产业链上游,尤其是中高频芯片和器件等核心环节,技术和产业发展水平远远落后于发达国家。

一方面是关键核心技术缺失。这主要表现为三个方面:一是在化合物半导体材料等基础领域技术落后、产能不足,同时缺乏先进成熟的半导体制造工艺,整体落后世界先进水平两代以上;二是高端芯片设计方面差距较大;三是面临国外在相关领域中严密的专利布局和技术封锁。

另一方面是产业上下游协同不足。具体而言,一是缺乏长期有效的协同合作机制,器件企业与整机设备企业之间尚未形成密切合作、互利共赢的生态体系;二是芯片和器件研发生产投入较大,没有整机设备企业的支持,难以实现市场化。

未来,5G的发展将进一步推动中高频器件的技术进步与市场规模;而器件的小型化、模块化、更高的频率与集成化,将是研发与产业化的关键技术方向。

【3】

潘凯恩(福禄克网络技术专家)

测试测量如何助力5G技术从实验室走向规模商用

嘉宾3

根据思科发布的移动可视化网络指数(VNI)显示,全球宽带速度将从2015年的24.7Mbps增长至2020年的47.7Mbps。而5G具有高性能、低延迟和高容量的特性,5G带给带宽的升级是实实在在的。

5G带给我们的三个特点:一是高带宽,我们的带宽可以达到几百兆,甚至几个G,比如运用到变压器上;二是低延迟,上下行速度更快,响应时间将大幅缩短,5G对于时延的最低要求是1毫秒,甚至更低,未来这一技术必将运用于自动驾驶、工业自动化、远程医疗等领域;三是广连接,5G将彻底实现万物互联,比如在智慧交通方面,离不开5G技术的支持,5G无线网络是构建智慧交通体系应用基层的核心前沿技术。不难看出,5G将彻底实现万物互联,它也必将引爆某些领域。

在去年的“5G和未来网络战略研讨会”上,中国工程院院士、FuTURE推进委员会主席邬贺铨曾表示,5G将让网络引入一层半的以太网中继,当二层、三层延时较大时,用以太网帧作为一层半的传输载体,实现大带宽低时延的转发。而速率从10M到800G/1.6T,都可以通过以太网来实现。

另外,在第43届美国光纤通讯展览会及研讨会(OFC 2018)上,华为与以太网联盟携手产业链伙伴完成了基于50GE技术的系统性互联互通测试。测试结果显示,该端口具备50Gbit/s的线速转发能力,传输距离达到40km,能够满足5G承载网接入层应用需求。本次测试成功,实现了多个厂家互联互通,表明50GE产业链已经快速走向完善,具备商用能力。

5G基站峰值带宽将提升至10Gbit/s,承载网接入环带宽将达到26G,当前10GE/25GE带宽不足,100GE成本太高,无法支持接入层海量应用需求,50GE有效匹配5G接入环带宽诉求;同时,50GE采用高阶编码技术,性价比更高。基于50GE端口技术在5G承载领域的高性价比优势,吸引了产业上下游的广泛关注,并积极跟进,而50GE上下游产业也将快速走向成熟。根据Light Counting调查的数据显示,50GE的需求在未来5年的年复合增长率高达218%,市场空间巨大。

【4】

张华(青岛海信宽带多媒体技术有限公司技术合作总监)

5G时代,光模块发展面临的机遇与挑战

嘉宾4

2019年是5G元年,实现规模商用应该是在2020年,从需求的角度来看,预计5G建设高峰期应该是在2021-2023年期间。5G是一个庞大的产业链,根据前瞻产业研究院发布的数据显示,在中国5G产业细分领域中,投资占比最大的是通信网络设备,达到39.6%;而光模块仅占4.6%。

对于5G基站来讲,光模块主要放置于墙上、屋顶上、信号塔上、电线杆子上。其实,光模块在整个5G产业链里的体量较小,但增速却是不容小觑的。2019-2023年,前传无线25G光模块销售总额预计为30-40亿美元。可见,5G商用将大幅拉动光模块需求增长。

然而,在5G给光模块带来机遇的同时,也伴随着一些挑战,这主要体现在四个方面:成本、性能、质量、交付。对此,提出三点策略:第一,通过技术创新来降低成本,满足高性能的要求。在满足需求的前期下,减少光模块型号,以提高单款型号的总需求量,这将有利于降低材料成本,进而降低光模块价格。

第二是规模效应。目前,国际已经准备量产50G,而国内仍在攻关25G,我们需要尽力追赶这一个“代际”的差距。对此,我们制定了中国光电子器件产业技术发展路线图,提出以下两个阶段的发展目标:

发展目标

第三是从“人工制造”向“智能制造”升级。因为自动化水平的大幅提高,能够降低制造费用,实现大批量交付,以及提高产品质量。

另外,从产业的角度来讲,光模块发展在5G时代主要面临着三大挑战:首先,同质化和可能的产能过剩是挑战之一;其次,光通信模块是产业链中盈利能力最差的环节;三是,我国光通信器件企业面临的知识产权挑战,比如我国企业知识产权实力与市场规模不匹配;我国光通信企业“出海”的第一门槛就是专利;核心光器件专利多数被美日企业掌握;经过2018年的两次大合并,光通信器件行业隐现“双寡头”趋势,关键技术的垄断趋势值得关注;技术标准特别是数据通信光模块标准,需要加大话语权。

与此同时,光模块发展在5G时代也面临着三大机遇:一是,资本市场将对光通信器件产业起到积极推动作用,比如2018年4月中际旭创募资不超过15亿元,投资于400G光通信模块研发生产项目、安徽铜陵光模块产业园建设项目并补充流动资金;2018年5月光迅科技募集不超过10.2亿元,用于投资数据通信用高速光收发模块产能扩充项目;2019年6月剑桥科技拟募资7.5亿元,用于高速光模块和5G无线光模块项目;2019年6月13日科创板正式开板,年营收1亿元门槛。

二是,中美经济和科技的角力,必将对光器件产业产生影响。短期内,可能会影响光通信器件出货量和营收;长期内,将加速中高端国产化器件的普及应用。

三是,国外光模块公司向上游收敛,对我国企业也许是机遇,比如2019年6月19日,不再投资数据中心应用的光模块和子系统的设计和开发。未来,MACOM将成为半导体集成电路(IC)和光子器件的商业供应商,为光模块制造商提供半导体元件级的支持。

总之,相比于4G时代,5G无线光模块在整个光模块市场中将占据更重要的地位。5G对光模块的巨大需求量,对光模块企业既是机遇也是挑战。而技术创新、国产化、智能制造是迎接挑战、抓住机遇的有效措施。

【5】

林树超(北京航天微电科技有限公司南京分公司副总经理)

5G时代,国产滤波器面临的机遇和挑战

嘉宾5

根据Yole Development发布的数据显示,预计2023年,手机射频前端市场规模将达352亿美元,年复合增速达到14%。其中,滤波器市场规模最大,预计2023年将达225亿美元,年复合增速达到19%。

从应用的角度来看,在物联网方面,预计到2022年,全球将有1000亿(中国将有200亿)个无线物联网节点,每个节点至少拥有滤波器10颗,将达10000亿颗的市场规模;在国防领域,军用通信器材、卫星导航、电子对抗系统、雷达系统等领域,对滤波器的需求最为旺盛。当前,领先国家限制了我国进口半导体核心器件,国内自主知识产权生产厂家面临着我国军用装备市场的广阔机遇。而在滤波器主要厂商中,美日企业占据主导地位,国内微声滤波器总占比还不足1%。

事实上,滤波器是基于声学的,即把“电”转为“声”,与普通的半导体工艺还是有区别的。滤波器是“半导体工艺制作+压电材料”,具有高科技技术密集型特点,涉及到压电晶体波动理论、多物理场耦合理论、格林函数理论、微纳米精密加工等核心技术。

当前,国产滤波器面临着三大机遇:一是5G技术的发展,目前该市场规模很大,但国内占比较小,5G将为其带来巨大商机;二是消费产品的需求很大;三是供应链危机,在中美贸易战中,国家层面加大了政策支持力度,这对整个产业来说,无疑是一个机遇。

但同时,国产滤波器也面临着一系列挑战:一是交叉学科,这其中涉及到微声学、微电子、MEMS、纳米材料、微波射频等,对技术要求比较高;二是专利壁垒,这方面的专利技术基本都在国外,因此会受到牵制;三是重资产投资,声学滤波器与传统的半导体工艺不同,批产线设备投入巨大,回报周期长;四是人才稀缺,比如微声学、 MEMS、纳米材料等基础学科的人才稀缺;五是技术快速迭代,即从元器件向模组方向发展,亟需通过不断地改革创新,从而才能适应这一发展变化。

【6】

唐耀(重庆方正高密电子有限公司技术开发及应用部技术专家)

5G时代,高速PCB面临的机遇和挑战

嘉宾6

5G为第五代移动电话行动通信标准,也称为第五代移动通信技术,是4G的延伸,其峰值理论传输速度可达每秒数十Gb,比4G网络传输速度快数百倍。5G的应用场景主要包含增强型移动宽带、大规模机器通信,以及高可靠低延时通信。与4G相比,宽带需求提升100倍,时延要求降低10倍。

5G给高速PCB带来了哪些机遇?一是,5G产业链的中游为设备网络,包括主设备商、基站/天线、网络、配套。在设备网络中,传输网络是5G大动脉,基站显得尤为重要。目前,5G关键技术的具体方案已经基本确定,MassiveMIMO技术成为5G的标准技术之一。未来,随着5G技术的推广与应用,天线数量将大幅增加。5G技术需要新的网络构架和网络拓扑,以SDN(软件定义网络)/NFV(网络功能虚拟化)实现网络架构,并大量使用SmallCell(微基站)构建网络。

二是,在5G建网的初期阶段,基站建设主要以宏基站为主,再用微基站作为补充,加大加深覆盖区。随着网络深入部署,小基站需求会进一步扩大。通讯基站的大批量建设与升级换代,对高频高速PCB形成了海量需求,PCB正在迎来新一轮升级换代的需求。

然而,5G在给PCB产业带来机遇的同时,也对技术提出了更高、更严苛的要求,其在速度、集成度、散热、频率、多层化方面的指标均比4G提升了很多。具体来说,5G时代下,高速PCB面临的挑战主要有以下几个方面:一是粗糙度的影响,不同粗糙度铜箔,对信号存在较为显著影响;

二是高精度阻抗控制,随着技术的发展,阻抗成为高频高速板设计与加工的重要考虑因素之一,而在新的市场形势下,需要精准的设计和准确的加工去快速地赢得市场,但这又该如何实现呢?首先要提高设计模型精度,可以通过反推Dk建立数据库,测试PP压合厚度建库,修正特殊设计模型补偿,引入更精准的模拟软件;其次要提升过程能力,比如优化流程提升能力,或者通过改造或购买设备等。

三是损耗控制,目前几乎所有的高速服务存储产品、交换路由产品,以及很多消费电子产品都具有高传输速率的特性,当PCB在运行时,信号容易扭曲失真,即都需要考虑信号完整性问题,特别是损耗。针对PCB产品,信号受到材料、传输线、过孔、铜箔、环境等各个方面的影响,需要对影响信号的重要指标进行控制。

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