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在今年的 CES 上國(guó)內(nèi)多家手機(jī)廠商發(fā)布了 5G 手機(jī)，從而將 5G 技術(shù)再次推向高潮，全球?qū)?5G 的呼聲越來(lái)越高，中國(guó)、英國(guó)、韓國(guó)、美國(guó)都已經(jīng)開(kāi)始部署 5G 基站，并展開(kāi)測(cè)試。在 5G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，功率是一個(gè)至關(guān)重要的因素。如果工程師想不增加面積持續(xù)提升功率，只能提高功率密度。
當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)出現(xiàn)桎梏時(shí)，人們很容易想到通過(guò)更先進(jìn)的材料實(shí)現(xiàn)更高的技術(shù)指標(biāo)，GaN 進(jìn)入人們的視線。GaN 是直接寬帶隙半導(dǎo)體材料，屬于第三代半導(dǎo)體，具備良好的導(dǎo)熱率、抗輻射能力、擊穿電場(chǎng)和電子飽和速率。與硅組件相比，GaN 可以在尺寸和能耗減半的條件下輸送同等的功率。由此便可以提高功率密度，幫助客戶在不增大設(shè)計(jì)空間的同時(shí)滿足更高的功率要求。
MACOM 中國(guó)銷(xiāo)售總監(jiān)孟愛(ài)國(guó)先生
基站大量建設(shè)，GaN 產(chǎn)品市場(chǎng)看漲
在 5G 應(yīng)用中，大范圍的 5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求運(yùn)營(yíng)商部署更高功率和運(yùn)行頻率的設(shè)備。目前通訊基站使用的砷化鎵器件已經(jīng)無(wú)法滿足在高頻下保持高集成度。但是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商不希望提高信號(hào)塔設(shè)備的尺寸，GaN 射頻功率放大器具有高功率、高增益和高效率，更能適配 5G 基站的技術(shù)需求，顯然會(huì)成為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的首選。在基站應(yīng)用中 GaN 器件的增量會(huì)有多大？筆者在今年的 EDICON 上采訪了 MACOM 中國(guó)銷(xiāo)售總監(jiān)孟愛(ài)國(guó)先生，他表示，“預(yù)計(jì) 2019 年中國(guó)將建設(shè) 20-30 萬(wàn)臺(tái) 5G 基站，按照一個(gè)基站 64T 192 路功放計(jì)算，大概需要 10 億顆，估計(jì)明年的量會(huì)更大，2021 年 -2022 年會(huì)呈指數(shù)級(jí)增加。”
據(jù)國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢委員會(huì)天津院表示，2016 年射頻功率半導(dǎo)體（＞3W）市場(chǎng)規(guī)模接近 15 億美元，預(yù)計(jì) 2020 年將達(dá)到 26 億美元，其中電信基礎(chǔ)設(shè)施（包含基站、無(wú)線回傳）射頻功率半導(dǎo)體將占據(jù)一半的市場(chǎng)份額。5G 基礎(chǔ)建設(shè)大范圍鋪開(kāi)后，GaN 器件數(shù)量將以 80％的年均復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。這也印證了 GaN 市場(chǎng)將迎來(lái)飛速發(fā)展。
中國(guó)的半導(dǎo)體市場(chǎng)對(duì)于全球的芯片供應(yīng)商來(lái)說(shuō)都舉足輕重。同樣孟愛(ài)國(guó)也表示，MACOM 中國(guó)的市場(chǎng)營(yíng)收占全球的三分之一，隨著 5G 的發(fā)展會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。國(guó)內(nèi)華為、中興等設(shè)備上已經(jīng)采用了 MACOM 的產(chǎn)品。
篤定 GaN-on-Si 產(chǎn)品研發(fā)，在該領(lǐng)域做成唯一
對(duì)于寬禁帶產(chǎn)品而言，物理屬性表現(xiàn)好，尤其是 SiC 和 GaN 材料的器件，其中 SiC 適合高功率應(yīng)用，GaN 適合高頻率應(yīng)用。這兩種產(chǎn)品 MACOM 原來(lái)都有，后來(lái)轉(zhuǎn)向?qū)Ｗ⒂?GaN-on-Si（硅基氮化鎵）器件研發(fā)，其產(chǎn)品效率更高，有助于開(kāi)發(fā)商設(shè)計(jì)和部署更小、更輕的基站硬件；網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商致力于提供盡可能多天線以達(dá)到目標(biāo)容量，而將 GaN-on-Si 器件技術(shù)與模塊驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)相結(jié)合，便能夠設(shè)計(jì)并部署更小、更輕的產(chǎn)品。就拿功放散熱來(lái)說(shuō)，MACOM 的 GaN 產(chǎn)品在 2.6GHz 時(shí)，功放效率可以做到 60%，而 LDMOS 產(chǎn)品的效率只有 40%-50%。
而且 MACOM 是唯一一家研究 GaN-on-Si 的公司，擁有多項(xiàng)專(zhuān)利，從工藝的復(fù)雜程度，產(chǎn)品良率，生產(chǎn)周期來(lái)看，不管產(chǎn)能還是成本，MACOM 都占有優(yōu)勢(shì)?？赡芎芏嗳藭?huì)想到，為什么其它公司沒(méi)有來(lái)做 GaN-on-Si？孟愛(ài)國(guó)解釋?zhuān)爸饕羌夹g(shù)壁壘問(wèn)題，MACON 是 GaN-on-Si 技術(shù)領(lǐng)域首家開(kāi)發(fā)公司及專(zhuān)利申請(qǐng)人，目前持有該知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專(zhuān)屬權(quán)?！?/p>
當(dāng)筆者問(wèn)只有一家公司來(lái)做 GaN-on-Si 產(chǎn)品是不是不利于生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)時(shí)，孟愛(ài)國(guó)表示，“我們對(duì)自己的技術(shù)很有信心，我們的功率晶體管、MMIC 和 PA 專(zhuān)為主流 5G 基站部署而量身定制，將實(shí)現(xiàn)可為數(shù)據(jù)速率、范圍和能效設(shè)定新標(biāo)準(zhǔn)的天線和無(wú)線電設(shè)計(jì)。”
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