RF-SOI:5G時代下的挑戰與機遇

5G的開發已經邁入加速期。未來，自動駕駛、VR/AR等等很多應用都將以它為依託，我們也將看到很多以前無法實現的新應用。在這樣的背景下，RF-SOI市場也即將迎來爆發之勢。JT9ednc

日前，繼第六屆FD-SOI論壇舉辦的第二天，由SOI產業聯盟、上海新傲科技、芯原微電子、SIMIT和矽產業集團組織的「2018國際RF-SOI研討會」也在同一地點——上海浦東香格裡拉大酒店成功舉辦，會上，以中國移動（運營商）、諾基亞（系統商）和Qorvo（器件商）等為代表的價值鏈領導廠商匯聚一堂，從產業的各個層面探討了5G勢頭下RF-SOI的新的技術發展趨勢以及面臨的挑戰。JT9ednc

中國移動：行動裝置和行業應用兩手抓，RF-SOI能幫助解決功耗/成本問題嗎？

中國移動研究院項目經理宋丹表示，從北美、中國以及全球市場來看，2017年智慧型手機出貨量都開始出現下滑。這為運營商帶來收入壓力。然而，全球的蜂窩M2M模塊市場（尤其是3G和4G）卻呈現持續上升趨勢。JT9ednc

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為了實現營收增長，在5G方面，中國移動也是消費類設備和行業設備兩手抓。今年6月，中國移動等運營商聯合全球22家行業終端產業鏈合作夥伴，共同啟動了「GTI 5G通用模塊計劃（GTI 5G S-Module Initiative）」，希望藉此統一尺寸、接口等，而使5G的垂直整合更加便利。JT9ednc

5G的第一版核心規範現已完成，現已進入到新的衝刺階段。對於5G設備，從3GPP到商業化，業界僅剩2年時間來進行研發和產業推廣了。然而，其中還面臨著諸多挑戰。JT9ednc

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那麼對於5G新空口設備來說，RF-SOI能幫助解決功耗/成本的問題嗎？請看後面演講嘉賓的解說。JT9ednc

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諾基亞：5G採用大規模MIMO，使器件數激增10~100倍

諾基亞行動網路RFIC研發負責人Michael Reiha指出，RF基站未能從矽技術中（充分）獲益。半導體物理（如CMOS）限制了功率處理和基站覆蓋（存在距離問題）。傳統的無線電架構是窄帶且嚴格線性的，因此存在網絡幹擾問題。JT9ednc

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5G由於採用了大規模MIMO技術，器件數激增（10~100倍），並具有低功耗要求，因此需要採用RF-SOI CMOS技術。JT9ednc

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今年初，諾基亞基於RF-SOI CMOS推出了ReefShark晶片組，大幅提升了5G網絡性能。「ReefShark晶片組適用於天線中的無線電等無線射頻單元，能夠大幅提升性能，並使massive MIMO天線尺寸減半。」基於ReefShark的大規模MIMO具有寬帶寬、小尺寸和低重量優點，尤其在密集城市環境易於部署。JT9ednc

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Qorvo：RF-SOI存在GaAs和SiGe技術競爭，並存在嚴重產能不足問題

Qorvo公司技術開發總監Julio Costa介紹了RFSOI實現RF移動前端的歷史、未來以及挑戰。JT9ednc

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RF複雜度的增加源於多方面的推動。市場提出4x4 MIMO、超高頻段、256QAM、高/中CA（載波聚合）等新的技術需求。智慧型手機的尺寸發展使RF的可用空間越來越小。另外在設備性能方面則要求RF的輸出功率能夠擴展。JT9ednc

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手機RF前端模塊的主要使能技術有BAW&TC-SAW濾波器、SOI、GaAs、包絡跟蹤以及先進封裝。性能較集成度來說更為重要。JT9ednc

RFSOI在手機射頻前端模塊中的趨勢：JT9ednc

到2020年後，1.2V邏輯和控制將變成標準。在手機前端模塊的功率放大器當中，GaAs可能仍將勝出。在手機的5G毫米波PAM方面，GaAs、SOI、SiGe的採用取決於有效全向輻射功率（EIRP）。在開關領域，RFSOI會受到MEMS（FOM ~30fs）、III-V（GaN、PHEMT）、體矽CMOS-on HR（性能較低但成本也較低且供應鏈穩定）和相變材料（FOM~10fs）等多方面的競爭。JT9ednc

此外，RFSOI目前存在嚴重的產能不足問題。JT9ednc

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新傲科技&SOI產業聯盟專訪：探討RF-SOI的產能以及各種價值鏈問題

會後，上海新傲科技股份有限公司總經理王慶宇博士、SOI產業聯盟董事會主席兼執行董事Carlos Mazure和執行總裁Giorgio Cesana也接受了EDN等幾家媒體的簡要專訪。JT9ednc

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王慶宇博士在專訪中介紹說，新傲科技主要是做SOI襯底的，目前主要是在8英寸上。他指出，目前全球材料非常緊缺，就像Qorvo在演講中所說，客戶反映「如果你們再沒有供應的話，那我們要想其他辦法了。」因此，新傲科技在擴產。新傲計劃明年一年擴產到40萬片的量——現在一年大概在20萬片的樣子。另外也有做12英寸的計劃。JT9ednc

「我們希望通過產能的擴展，不僅支持中國的整個產業鏈的發展，而且支持全球產業鏈的發展。」王慶宇博士補充說，「Qorvo這家公司，全球的RF-SOI格局中，它大概佔了1/4的量，規模很大。」JT9ednc

Carlos Mazure對SOI產業聯盟做了簡要介紹。他指出，SOI產業聯盟是個非盈利性組織，從大型公司到初創型公司都有。該聯盟的任務是建立一個生態系統去推動SOI技術在RF、功率、MEMS、矽光等領域的應用。另外是在推廣的過程中找到在哪些地方還有不足和短板而去補足。比如像FD-SOI，其在設計IP方面還不足夠，聯盟就在致力於推動IP設計，從而加速該技術的採用。JT9ednc

另一個任務是如何保證聯盟能夠長期有效地發展下去。尤其是在目前5G快速發展的過程當中，怎麼去支持整個供應鏈的發展。JT9ednc

那麼，在5G的趨勢下，未來幾年RF-SOI的增長會是什麼情況？JT9ednc

Mazure談道，起初的預測是在15%，但從這兩年來看，其增長率都在20%左右。未來5G商用後會進一步加速。JT9ednc

另外，在FD-SOI論壇上，大家投票普遍認為FD-SOI應用的高峰期會在三年後到來。那麼未來新傲在產能方面會是怎樣的定位？5G在實現商用後，SOI材料會是怎樣的需求？JT9ednc

王慶宇回答道：「我們要看兩個問題。第一，供應商產能不夠，不能支持整個產業鏈，那麼客戶就會去想其他辦法。第二，市場的前景很好，但它的量不大，供應商建了工廠就會虧本，因此切入的時機非常重要。對於新傲來說，我們現在只做8寸，不做12寸；今天沒有FD-SOI（需要12寸），只有RF-SOI、功率SOI等其他SOI。但是，新傲目前在前期已經開始做了很多研發工作，12寸也在和產業連結觸。JT9ednc

「高峰期如果在三年後確實到來，新傲的工廠已經建好，就在嘉定。如果計劃確定，12個月之後就可以供wafer，三年的時間對新傲來說綽綽有餘。JT9ednc

「因此，新傲還有一段時間可以跟產業鏈互相探討，肯定會走在產業鏈前面，否則產業沒有wafer也啟動不起來，但也不會走在太前面（規避風險）。」JT9ednc

另外，他指出，FD-SOI目前有兩個節點，一個是28nm，一個是22nm。如果要做FD-SOI的話，最起碼要從28nm做起——再往上不需要全耗盡，而是半耗盡（PD）。在FD-SOI論壇上，GF提出22nm FD-SOI，三星提出18nm，所以應該從28nm開始往下走。JT9ednc

SOI供應商主要有哪些？Mazure介紹說，目前RF-SOI襯底供應商主要有4家，最大的是法國的Soitec，然後是日本信越半導體（SHE）、臺灣環球金源（Global Wafer，收購了美國SunEdison）以及新傲科技。FD-SOI則主要有兩家：Soitec和信越。RF-SOI目前有很大的量，FD-SOI則剛開始。JT9ednc

RF-SOI Foundry廠在中國大陸有中興國際和華虹宏力，在臺灣有TSMC和UMC。世界上最大的兩家則是格羅方德和以色列TowerJazz。FD-SOI Foundry廠則是三星和格羅方德兩家。另外，格羅方德和成都政府也合作成立了格芯。JT9ednc

矽片緊缺是如今RF-SOI發展的一大阻礙。中國如今在矽材料上大力投資，新的公司也逐漸加入這個行業。在整個中國集成電路產業中，矽材料實力還比較薄弱，以前中國能提供6英寸及以下尺寸的矽片，8英寸少有涉及，且產線不夠成熟，12英寸矽片則還是空白。JT9ednc

王慶宇表示：「目前來看，全球8英寸矽片的需求是500~600萬片/月，而對中國來說，一個月的產能至少得擴大20%及以上。如今，新傲的上級公司——上海矽產業投資集團——正通過上海新昇半導體公司繼續推動12英寸矽片的研發，並已成為國內領先做12英寸的公司。希望通過幾年努力，能夠支持中國乃至全球產業的矽片需求。RF-SOI雖存在材料緊張的問題，但並不會影響5G業界的發展，同時也督促行業對於SOI材料的研發與生產，推動RF-SOI產業發展。」JT9ednc

目前，國內從材料、晶片代工、射頻器件到系統設計和整機，已經形成完整的SOI產業鏈。但產業鏈發展不平衡，有的環節發展很快，有的環節還有待提高，需要各界共同努力，儘快形成可以支持5G射頻前端完整的產業鏈能力，王慶宇總結說。JT9ednc