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愛立信、華為、諾基亞、中興及三星等設備大廠，大多數5G基站皆已採用GaN的PA器件(功率放大器)。GaN射頻器件的前期投入成本大，但是功效高、好用。
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GaN器件確實有機會應用於手機中，三星等手機廠商以及skyworks等射頻企業大致已將GaN應用於5G手機中。但困難在於氮化鎵材料及器件性能是否能持續穩定以及能大批量生產供應。
2019是5G元年，2020會是GaN（氮化鎵）元年嗎？很多人對此頗為看好。
“GaN作為新一代半導體材料必然會逐漸體現出優越性。”
在中國電科11所工程師尚林濤看來，GaN能夠在高頻高溫環境下工作，耐高壓、性能穩定、壽命長、省電、輕型緊湊，這些都是它的優點，“很多應用領域都會使用GaN，如5G射頻等。”
目前，隨著疫情防控形勢不斷向好，國內掀起了新基建熱潮，尤其是加快5G建設，被提升至新的高度，運營商和地方政府正在全力推進。
在分析人士看來，5G建設熱潮將會進一步帶熱GaN市場，尤其是在5G基站中，GaN的市場前景廣闊。
01
功率放大器成重點領域
集邦諮詢分析師王尊民表示，目前來看，包括愛立信、華為、諾基亞、中興及三星等設備大廠，大多數5G基站皆已採用GaN的PA器件(功率放大器)。
5G基站中基於GaN的PA（功率放大器）芯片，圖/大公報 方俊明攝
據瞭解，基站射頻前端芯片包括射頻開關、射頻低噪聲放大器、射頻功率放大器、雙工器、射頻濾波器等，PA通常用於實現發射通道的射頻信號放大。
射頻前端芯片包括PA（功率放大器）部分，圖/西南證券研究發展中心
基站射頻處理部分中的PA（功率放大器），圖/安信證券研究中心，
注：本圖為簡化示意，實際5G基站架構中BBU和RF有調整，射頻和天線為一體化
電子創新網CEO張國斌對《IT時報》記者表示，GaN在5G基站的主要應用就是PA。5G建設熱潮的到來，將驅動移動基站內GaN PA佔比的提升。
據技術人員介紹，4G時代基站的發射模式主要是4T4R（T為Transmit縮寫，R為Receive縮寫，即4發4收），也就是4根發射天線和4根接收天線，按照一個基站三個扇區計算，對應的射頻PA需求量為12個。
1副天線（收發）需要1個射頻PA，3個扇區每個扇區4副天線即12副天線需要12個PA，圖/無線深海
5G基站是以64T64R大規模天線陣列為主，對應的PA需求量高達192個，PA數量將大幅增長。
4G基站和5G基站的天線對比，圖/又拍雲
來自市場調研機構Yole數據顯示，2017年GaN射頻市場規模為3.8億美元，預計2023年將增長至13億美元，複合增速為22.9%。
Yole預測，在5G的推動下，2023年GaN射頻市場規模將增長至13億美元，圖/Yole
據天風證券報告，我國5G宏基站使用的功率放大器數量在2019年達到1843.2萬個，今年有望達到7372.8萬個，其中基於GaN（氮化鎵）工藝的比例將達到6成。
今年我國5G宏基站中將有6成是GaN 5G基站，圖/天風證券
亞光科技旗下子公司技術負責人陳先生告訴《IT時報》記者，與其他材料相比，5G基站使用的GaN射頻器件有功效高、好用兩大突出優勢，“好用的意思就是不容易壞，能節約成本。”
不過，他也指出GaN射頻器件的前期投入成本大，價格要比GaAs（砷化鎵）至少高出一個數量級。
王尊民也認為，GaN器件成本較高，以6英寸晶圓為例，GaAs需600美元、硅基GaN需500美元、碳化硅基GaN需1200美元。
02
搶灘GaN射頻市場
基於硅的橫向擴散金屬氧化物半導體（LDMOS）、砷化鎵（GaAs）以及氮化鎵（GaN），是基站中大功率射頻器件所使用的三種主要材料 。
Yole報告預測，2020年~2021年為5G基礎設施建設的關鍵期，也將是GaN器件替換傳統LDMOS材料的關鍵期。
三種不同材料射頻器件的市場預測，圖/Yole
面對5G網絡部署良機，國內外廠商在GaN射頻器件市場競爭激烈，住友電工、恩智浦、英飛凌、Qorvo等國外巨頭，加上蘇州能訊、英諾賽科、海威華芯、耐威科技、三安光電等國內廠商誰都不想錯過市場。
GaN 射頻全球市場，圖/Yole
目前來看，住友電工、Qorvo等處於行業第一梯隊。其中，住友電工已成為華為核心供應商，為華為GaN射頻器件最大供應商。
就在本月3日，Qorvo推出了全球性能最高的寬帶功率放大器—— TGA2962，這是一款基於GaN工藝而構建的功率放大器。
Qorvo推出的基於GaN的全球性能最高的寬帶功率放大器—— TGA2962，圖/Qorvo
這款功率放大器專為通信應用而設計，擁有多項性能突破，同時減少了元件數量、佔用空間和成本。
陳先生介紹，看到GaN在5G基站中的前景，其所在公司從軍用轉向民用，在四五年前就著手研發GaN射頻產品，目前已向多家通信設備商供應GaN射頻產品。不過，陳先生沒有透露客戶信息。
三安集成公司一位人士也告訴記者，公司生產的GaN產品已向華為、諾基亞、愛立信供貨，主要為5G基站的射頻功率放大器。
03
把GaN放進手機仍有難度
王尊民表示，雖然GaN前景廣闊，但根據目前發展情勢，LDMOS（基於硅的橫向擴散金屬氧化物半導體）、GaAs（砷化鎵）及GaN（氮化鎵）器件仍將三者並存。
“由於考慮成本問題，高功率、高頻率的5G宏站會以GaN為主流；至於功率及頻率稍小的小基站，則會以GaAs組件為主；其他基站的設備，考慮到成本，仍會主要選擇LDMOS。”他說。
不同材料射頻器件的功率頻率特性，圖/Analog Devices
GaN射頻器件除了在基站端市場廣闊外，在手機端同樣值得期待。
GaN（氮化鎵）的工藝技術，圖/意法半導體
王尊民認為GaN器件確實有機會應用於手機中，三星等手機廠商以及skyworks等射頻企業大致已將GaN應用於5G手機中，成效還不錯。
尚林濤認為，GaN射頻器件在手機端的應用前景光明，能有效解決當下5G手機發熱、續航差、天線佈局難等問題，但困難在於氮化鎵材料及器件性能是否能持續穩定以及能大批量生產供應。
王尊民也表示目前阻礙GaN用在手機上還是基於成本考量，硅基GaN的良率還有待提升。
目前來看，手機廠商使用GaN的興趣點在於充電器，OPPO、小米相繼推出了GaN充電器，提升了GaN在普通用戶群體中的知名度，現在魅族也準備發佈GaN充電器。
手機廠商相繼推出GaN充電器，圖/小米官網 、GSMArena、充電頭網
但是，將GaN材料普遍應用於手機自身內部，也許還要一段時間。
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