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射頻產業發展現況與趨勢探討 |
【作者: 王英裕】 2004年07月01日 星期四
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從兩年前Intel宣佈推出內建無線區域網路晶片的筆記型電腦用晶片迅馳(Centrino)帶動無線區域網路應用,再加上數位家庭網路成為資通訊廠商跨足家用消費性電子產品的重點產品後,使得無線通訊技術進一步延伸到生活各個領域之中。截至目前為止,已經在業界引起關注的無線通訊技術依涵蓋範圍由遠至近有:802.16a(WiMAX)、802.20(Mobile Broadband Wireless Access)、802.16e(Mobile WiMAX)、802.11n(Broadband WLAN)、802.15.4(ZigBee)、802.15.3a(UWB)、以及受到物流業界重視的RFID等涵蓋距離不同的新無線通訊技術。不過,在上述的新技術中,除了Intel力推的802.16a將於2004年底正式推出商用產品外,大部分的技術仍處於標準制定階段。
(表一) 802.x相關無線通訊新技術 |
技術名稱 |
802. 15.3a |
802.15.4 |
802.11n |
802.16e |
802.20 |
802.16a |
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UWB |
ZigBee |
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Mobile WiMAX |
Mobile Broadband Wireless Access |
WiMAX |
涵蓋範圍 |
15 公尺 |
30 公尺( 2.4GHz )/100 公尺( 0.915GHz ) |
100 公尺 |
3.2-4.8 公里 |
15 公里 |
50 公里 |
主要應用 |
高速家庭網路,可傳輸影像 |
家庭網路與設備監 / 控 |
家庭、辦公室、企業寬頻應用 |
16a 的延伸版,具備漫遊功能 |
高速交通工具無線傳輸應用 |
郊區或都會區寬頻無線接取 |
發展現況 |
標準制定中 |
標準制定中 |
標準制定中 |
標準制定中 |
標準制定中 |
標準制定完成,預計 2004 年底商用化 |
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<資料來源:工研院IEK,2004/06>
雖然上述各項新技術已開始為業界所關注,並陸續投入先期研發能量,但實際上主導無線通訊IC市場的產品還是已臻成熟階段的手機、基地台、WLAN以及其他高頻應用產品。根據半導體研究機構IC Insight的統計,依應用類別區分,手機用IC佔整體無線通訊IC產值的比重高達75%,其次為基地台設備用IC佔12.7%,WLAN用IC則佔2.5%,其他無線通訊用IC則合佔9.7%。預估2007年手機用IC雖然產值比重下降至73.4%,但仍遙遙領先其他無線通訊用IC。
![《圖一 2003與2007年全球無線通訊IC產值比例》](/art/2004/07/011029395917/p1.gif)
《圖一 2003與2007年全球無線通訊IC產值比例》 |
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<資料來源:IC Insight、工研院IEK整理,2004/06>
作為無線通訊技術的核心元件的射頻IC,雖然近一、兩年來受到手機多媒體化、無線區域網路晶片整合化等因素影響,其市場關注度與討論明顯不若前幾年熱烈的景況。不過,由於射頻IC攸關無線通訊產品能否順利進行最基本的收發功能,因此,即便市場熱度不再,但隨著主要應用產品手機市場持續成長所帶來的龐大需求,射頻IC市場仍維持穩定的成長態勢。
根據工研院IEK的研究,2003年受惠於多媒體機種刺激換機市場與新興市場需求浮現等利多,全球手機出貨量一舉突破5億支,2003年全球手機出貨量不僅較2002年成長20%,更達到5.11億支的歷史新高,預估2007年將可達到7.1億支的出貨量。由此可看出,手機不僅已是全球市場量最大的電子產品,更成為帶動無線通訊IC產業成長的重要產品之一。
![《圖二 2002~2007年全球手機出貨量與年成長率》](/art/2004/07/011029395917/p2.gif)
《圖二 2002~2007年全球手機出貨量與年成長率》 |
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<資料來源:工研院IEK,2004/06>
由於目前所有的無線通訊用射頻IC中,不論是產品規格的要求或設計與製造技術難度,都以手機所用的射頻IC最高,且市場競爭也最為激烈。有鑑於此,本文仍以手機用射頻IC為重點,探討射頻IC市場與產業的發展動態及趨勢。
射頻市場發展趨勢
射頻市場現況
根據IDC的統計,全球手機用射頻IC的市場產值(不含藍芽射頻晶片),將伴隨著手機市場規模的成長呈現穩定的成長趨勢,總產值由2002年的45.8億美元成長至2007年的70.6億美元。而從2002年起的年成長率來看,由於手機產量大幅增加,以及2.5G系統規格手機逐漸成為市場主流,帶動手機用射頻IC的年成長率由2003年的7.1%提高至2004年的11.7%;隨著2004年下半年起3G系統陸續興建,以及多頻系統手機對於高單價射頻IC的需求,將更進一步帶動射頻IC整體產值,預估2005年的年成長率將再攀升至20.7%。不過,在2005年技術成熟度與產品穩定度逐漸提高以後,射頻IC的價格競爭因素將使整體產值成長趨緩。
![《圖三 2002~2007年全球手機用射頻IC年產值與成長率》](/art/2004/07/011029395917/p3.gif)
《圖三 2002~2007年全球手機用射頻IC年產值與成長率》 |
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<資料來源:IDC、工研院IEK整理,2004/06>
另一方面,若從射頻IC在手機用IC市場所佔的比重來看卻可發現,射頻IC所佔的比重將由2002年的29.8%下滑至2007年的22.0%。雖然射頻IC的整體產值因手機市場的成長有所提昇,但是由於手機日趨朝向多媒體化發展,對於多媒體處理器、記憶體、影像感測器等半導體的需求殷切,將使射頻IC在手機用IC的產值比重逐步下降。
<資料來源:IDC、工研院IEK整理,2004/06>
各類射頻元件市場表現
若針對個別射頻元件來看,收發器(Tx/Rx)為產值最高的射頻IC,2002年便佔射頻IC產值的45.2%,預估到2007年將達66.4%;其次為功率放大器(PA),2002年佔有22.8%的比重,預估到2007年則下滑至18.1%。除了這兩項核心IC之外,其他如RF Frond End、Synthesizer、Switch等元件,皆受到射頻元件整合化發展的影響,產值與比重皆呈現下滑的趨勢。
![《圖五 2002~2007年全球手機用各類射頻IC產值比重》](/art/2004/07/011029395917/p5.gif)
《圖五 2002~2007年全球手機用各類射頻IC產值比重》 |
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<資料來源:IDC、工研院IEK整理,2004/06>
由(圖五)各類射頻IC的產值變化可以看出,為了減少元件使用量以降低成本,並縮小射頻次系統所佔空間,省略中頻降頻程序與整合VCOs、PLL、filters等元件的直接轉換架構(Direct conversion Rx/TxR)已逐漸取代超外插架構(Superhet Tx/Rx/TXR)成為射頻收發器的主流設計架構。而整合化需求同樣發生在功率放大器部分,截至目前為止,由於多數廠商所推出的功率放大器仍以Ⅲ-Ⅴ族半導體的GaAs HBT或InGaP HBT等製程為主,無法如收發器可用SiGe或Si BiCMOS等矽製程整合成射頻單晶片,但是整合化的需求亦已帶動功率放大器朝向整合控制器的功率放大器模組,例如功率放大器領導廠商RFMD或Skyworks等近來所推出的功率放大器產品,皆強調其具有整合度高的模組型態。
射頻產業現況
與基頻IC市場相較,射頻IC市場是集中程度較低的手機半導體市場,即便是前五大廠商(Motorola、Infineon、RF Micro Devices、Qualcomm與STMicroelectronics)的市佔率合計仍未超過50%。除了傳統半導體大廠外,近年來,在射頻IC市場中表現最為突出的當屬兩家射頻IC專業廠商:RF Micro Devices與Skyworks。這兩家公司皆以功率放大器與射頻收發器為主要營收來源,以2002年為例,光是在功率放大器的市場營收上,這兩家公司便佔了全球手機PA市場的62%;由於功率放大器因製程與電性的特殊性而得以獨立於其他射頻元件之外,因此也使得這兩家公司可以憑藉此項產品在無線通訊半導體市場中脫穎而出。
為了進一步拓展產品市場空間,這兩家公司近年來開始在手機用功率放大器領域之外,發展相關的產品市場。在RFMD方面,自2002年起便開始積極投入WLAN與GPS等新興無線通訊應用產品領域,在2004年4月,RFMD更進一步併購藍芽晶片廠商Silicon Wave,朝向開發整合多種無線通訊射頻解決方案的方向發展。另外在手機產品領域中,RFMD也從2003年起推出該公司第一個完整的射頻次系統解決方案,期望能將其手機製造客戶由原先的手機大廠,延伸至手機代工製造廠。
Skyworks雖然亦具有WLAN、GPS、DBS等不同無線通訊產品用射頻解決方案,但自成立以來手機射頻解決方案不僅是該公司主要營收來源,亦是該公司的主力產品。相較於RFMD多應用產品線的發展策略,Skyworks顯然較專注於手機射頻解決方案的開發,除了原有的功率放大器外,還推出射頻次系統與手機完整解決方案(total solution),以期能由手機射頻領域延伸至全系統領域。
除了上述兩家公司外,另一家射頻專業廠商Silicon Laboratories亦逐漸在射頻產業中佔有一席之地。在率先推出以CMOS製程製作的射頻收發器IC而引起市場重視後,該公司預計在2004年下半年可望正式量產第一顆用CMOS製程製作的GSM手機功率放大器產品「Si4300」。雖然Silicon Laboratories目前仍不像RFMD與Skyworks一樣擁有手機大廠客戶,但該公司的產品已逐漸為部分亞洲手機廠所採用,對於同樣企圖開發亞洲手機廠客戶的兩大射頻廠商而言,Silicon Laboratories將可能是一個不可忽視的競爭對手。
射頻產品趨勢
射頻整合元件的需求提高
隨著手機功能增加,但手機尺寸卻必須更輕薄短小的設計考量愈趨重要之際,手機內部的機板已成了「寸土寸金」之地。因此,為了提高射頻IC的整合度與產品競爭力,射頻IC整合與模組化技術的發展已成為目前射頻廠商的發展重點之一,特別是直接轉換架構(Direct Conversion Radio)的採用與功率放大器模組化的發展。前者將原本獨立分散的接收端與發送端的元件(如Mixers、Filters),乃至於鎖相迴路(PLL)整合為以矽製程為主的收發器IC;後者則將同樣採用砷化鎵製程的T/R Switches、Duplexers以及PA等元件整合為一個功率放大器模組,或是完整的射頻前端模組(RF Frond End)。
另一方面,為了促成手機射頻元件達到更高度的整合,製程技術的發展亦成為半導體廠商積極尋求技術突破的焦點,包括矽鍺(SiGe)與CMOS製程技術,都成為亟欲跨入射頻元件製造領域的重要製程技術。但截至目前為止,除了發射功率較低、且規格定義較寬鬆的無線區域網路與藍芽系統產品已出現採用上述兩種製程製造的單一射頻晶片,或是少數廠商以CMOS製程來製造低中頻架構(Low-IF)的射頻收發器外,絕大部分的射頻元件廠商所推出的產品仍以射頻收發器、功率放大器分離型態為主要的射頻解決方案。
多功能、多頻段、多系統發展趨勢
不論是採用之系統標準或是支援的功能,自2003年起手機產品的型態已較之前更趨多樣化,而內部結構與製造技術也更加複雜。從手機主要特性的發展趨勢來看,為了因應手機多媒體應用的需求,數據運算能力、高畫質彩色螢幕、以及內建數位相機將成為未來手機產品的主要功能。
至於在與射頻元件直接相關的系統標準採用方面。現階段仍以GSM/GPRS或cdma2000 1X EV-DO等系統為主;EDGE、W-CDMA以及cdma2000 1X EV-DV等系統則由於推出服務的系統業者侷限於部分地區,且可搭配手機仍極為有限,預估必須等到2005年以後才能逐漸打開市場。
另外,值得一提的是,雖然當初3G系統規劃的全球單一標準的理想仍無法實現,且下一代的Beyond 3G系統距離標準制定與落實更有將近10年的時間,但是在擴展市場或是普及行動通訊應用的目標導引下,發展跨系統的整合產品已成為許多業者或國家發展的重要方向,並將使手機的使用範圍得以超脫過去單一系統標準的時代,更進一步影響著相關射頻元件的設計與技術發展。
新技術新商機?
本文開始便提及,無線通訊新技術的發展已成為目前許多射頻廠商開拓新市場契機的焦點。不過,這些無線通訊新技術仍存有許多不確定因素:首先是標準未定的變數。由於多數新技術尚處於標準制定中的階段,在國際政經角力激烈的標準制定場域中仍存有許多難以掌握之處,中國大陸制定WAPI標準的反覆便是一個最好的例證。其次則是新技術彼此競爭的問題。現階段已宣布的新技術中已出現應用領域重複,或原有標準尚未制定完成便已被視為是過渡技術等情況,將影響市場接受與廠商投入的程度。最後,從產值來看,由於上述新技術的市場仍充滿不確定性,再加上應用範圍較為侷限在特定領域,因此,如何掌握市場需求,進而調整研發資源的投入將成為射頻廠商開發新技術的一大挑戰。
台灣射頻廠商現況
由於過去我國在通訊領域裡的技術研發不足,以及產業著重代工忽視研發等環境的限制,使得目前我國通訊產業的重心仍以系統產品的ODM或OEM業務為主,我國廠商在高技術門檻的關鍵零組件領域裡,不論是技術水準或是產業規模等各方面,皆落後國際大廠甚多。
不過,在我國手機製造產業逐漸成熟之後,由於技術自主性提高,且在產業競爭日趨激烈、生產利潤逐年降低等壓力下,對於上游關鍵元件的需求日益增加,也因此吸引了許多相關元件廠商的投入。目前國內已宣布投入RF Transceiver晶片開發的IC設計公司相當多,包括聯發、絡達、義隆、威盛、嘉矽等;PA方面則有源通、加達士、朗弗等。
在上述廠商中,已有部分廠商(如絡達的射頻收發器、源通與朗弗的功率放大器等)已開出樣本產品,並通過認證,正積極爭取下游手機客戶Design in的機會。不過,由於在面臨大廠的競爭、以及手機客戶對於新產品採用態度較為謹慎等限制,使得目前我國射頻廠商仍以WLAN或GPS用射頻產品為主,以部分射頻廠商的發展現況來看,預估到2004年下半年將可望達到量產規模。
結論
透過上述對於射頻元件廠商的產品與市場機會之分析,工研院IEK認為,在手機系統與產業結構的演變之下,我國射頻廠商可參考的發展方向如下:
首先,從過去資訊產業的發展經驗可以得知,當產品的成熟之時,伴隨而來的便是價格逐漸下滑,這也是過去台灣廠商的競爭利器。雖然成熟的產品多半意味著利潤的下降,但是我國射頻元件廠商可以藉此提供低價且穩定性佳的產品,以累積下游業者對其產品的信賴度。
其次,固然低價是市場競爭的一大利器,但我國廠商仍應積極開發符合手機發展趨勢的產品,例如適用多模/多頻段的射頻元件、提昇元件性能、降低功耗、以及朝向整合性元件產品發展,才能在價格之外,提供滿足手機廠商製造需求的產品,進而順利掌握我國與亞洲地區手機製造產業興起的契機。
第三,由於手機製造時程與產品生命週期的縮短,如何滿足手機製造廠降低生產成本與縮短製造時間等需求,已成為各元件廠發展的重要課題。而更大的挑戰則來自於半導體大廠推出系統解決方案的競爭壓力,因此,我國射頻元件廠商若要投入適用於低階手機的元件市場,還必須透過與不同廠商(例如主動+被動、射頻+基頻、硬體+軟體)的合作,以提出便於製造且價格具競爭力的產品,才有機會在低階產品市場與國際廠商抗衡。
最後,從市場策略的角度來看,對以小型專業設計公司型態為主的台灣射頻廠商而言,因市場地位仍屬弱勢多半屬於「追隨者」的角色,尚不致出現成為其他廠商追隨的對象,或是專利技術與設計外流的疑慮。因此現階段的重點,仍在開發主流的整合型產品,並掌握與手機製造廠共同開發設計的機會,以能獲得客戶的信賴,進而成為客戶「第二貨源」的首選。如此,才將有機會跨入門檻最高的手機市場之中。
(作者為工研院IEK產業分析師)
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