行動(dòng)通訊的世界進(jìn)步到現(xiàn)在的5G，從2G讓我們可以上網(wǎng)瀏覽文本、3G看圖片、聽音樂，到4G創(chuàng)造了全新體驗(yàn)，使我們能流暢看影片、滑社群媒體、玩遊戲等等。那麼5G會(huì)帶來什麼全新的體驗(yàn)？又會(huì)給我們帶來哪些投資機(jī)會(huì)？看完這篇文章，你將會(huì)了解以下幾件事：

1. 5G是什麼？Sub 6 vs 毫米波

2. 高頻寬、低延遲、廣連結(jié)：5G時(shí)代的全新體驗(yàn)

3. 射頻元件（RF）為何需求會(huì)大增？濾波器和放大器未來的改變趨勢？

4. 射頻模組集成化：SiP AiP高度整合

5. 哪些臺(tái)灣相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈公司能受惠？

什麼是5G？

在無線通訊的世界中，都是以電磁波作為傳送資訊的媒介，而且發(fā)送、接收端彼此的頻率要相同，才能互相傳遞訊息。可以想像一下，當(dāng)你在用手機(jī)的同時(shí)，其實(shí)周遭布滿了無數(shù)條密密麻麻、不同頻率，且肉眼看不見的電磁波。

那麼要怎麼決定資訊傳遞的速度快慢呢？主要就在兩個(gè)關(guān)鍵上：電磁波的頻率和頻寬。

我們可以將頻率想像成火車的速度、頻寬想成鐵軌的寬度、傳送的資訊則想像為乘客，頻率越高火車就開越快，頻寬越大鐵路就越寬，一次就能同時(shí)行駛好幾班車，且除了速度更快外，載客量也更大（傳送的資訊量）。因此一般來說，頻率和頻寬越高，傳遞資訊的量就越多，速度也越快。

然而物理特性告訴我們光速=波長X頻率，因此電磁波的頻率越高，波長就會(huì)越短，繞射能力也越差（因?yàn)闀?huì)想直接穿過障礙物，而非繞過去），在傳送過程就很容易受環(huán)境影響阻擋，導(dǎo)致無法傳送得太遠(yuǎn)。

因此過往直到4G為止的行動(dòng)通訊技術(shù)、及包括WiFi、藍(lán)牙在內(nèi)的各項(xiàng)技術(shù)，大多都是使用3.5GHz以下中低頻的頻段。

但到了5G時(shí)代，由於3.5 GHz以下的頻段幾乎都已被使用，已找不到乾淨(jìng)且足夠的頻段，為了增加速度及使用者體驗(yàn)， 5G就只能往3.5GHz以上的高頻段發(fā)展。

Sub-6 VS 毫米波

有了這個(gè)認(rèn)識後，再來接著看看5G的技術(shù)發(fā)展，其實(shí)5G可以分為兩種頻段，分別是頻段在6GHz以下的Sub-6，以及24GHz以上的毫米波（mmWave)。

Sub-6的頻段與現(xiàn)有的4G LTE相近，主要差別就是將頻寬增加以提升速度。（可以想像成將鐵道變多條，如頻寬加大，但火車速度並沒有變快太多，也就是頻率不變），因此又被稱為5G的Phase1。

而毫米波的頻段則是大幅提升至24 GHz以上，其傳送速度、穿透力都很強(qiáng)，又被稱為5G phase2。但缺點(diǎn)就是繞射能力低、傳不遠(yuǎn)，因此就必須蓋更多的小型基地臺(tái)（Small Cell） 來增加整體訊號的覆蓋率。

由於Sub-6頻段與4G LTE相近，很多設(shè)備、技術(shù)都可以沿用現(xiàn)有的4G LTE，發(fā)展難度、建置成本都較毫米波低，目前大部分國家都是先以Sub-6為主要發(fā)展策略。

因此我們目前所用的5G其實(shí)大都是Sub-6，而毫米波因?yàn)榛A(chǔ)建設(shè)的建置成本高、且尚有許多技術(shù)問題需解決（例如輻射問題），至少要到2021年後才會(huì)開始明顯發(fā)展。

高頻寬、低延遲、廣連結(jié)：5G時(shí)代的全新體驗(yàn)

5G除了速度快之外，更重要的在於他的三個(gè)全新特色：高頻寬、低延遲、廣連結(jié)。以下就簡單介紹這三個(gè)特色，及會(huì)為我們生活帶來什麼新的改變。

高頻寬（eMBB，Enhanced Mobile Broadband）

高頻寬是透過增加頻寬來增加速度。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，5G毫米波的頻寬最高可達(dá)800 MHz，比4G LTE的20 MHz增加40倍，而5G毫米波的傳遞速度最高可達(dá)每秒500 Mb，比4G LTE高了近10倍，速度將有明顯的提升。因此，就可以實(shí)現(xiàn)像AR/VR、4K、8K影音等需要大流量、高網(wǎng)速的應(yīng)用場景。

低延遲（uRLLC：Ultra-Reliability and Low Latency Communications）

主要就是透過降低資訊傳送的時(shí)間來降低延遲。而達(dá)成低延遲的關(guān)鍵技術(shù)就是最近常聽到的邊緣運(yùn)算（Edge Computing）。

邊緣運(yùn)算的概念簡單來說就是在使用者的就近處（例如基地臺(tái)旁邊）設(shè)立邊緣計(jì)算臺(tái)，這麼一來，就可以直接在Edge端處理一些較簡單的資訊，不需將所有資訊都傳回中央雲(yún)端（Cloud）處理，大大減少資訊傳輸?shù)臅r(shí)間，以降低延遲。

而低延遲的實(shí)現(xiàn)，也讓一些全新應(yīng)用場景像是自駕車、自動(dòng)工廠、遠(yuǎn)距醫(yī)療、智慧零售等得以真正實(shí)現(xiàn)在我們的生活中。

廣連結(jié)（mMTC：Massive Machine Type Communications）

廣連結(jié)顧名思義就是在同樣的範(fàn)圍內(nèi)能連接更多的裝置，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，5G網(wǎng)路每平方公里約可連接100萬個(gè)裝置（Node），是4G LTE的10倍。因此近幾年非常熱門的IoT物聯(lián)網(wǎng)，其背後能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵就是建立在5G的技術(shù)發(fā)展上。

在5G時(shí)代想要同時(shí)實(shí)現(xiàn)以上三個(gè)特性，就必須要Sub-6及毫米波同時(shí)互補(bǔ)，在需要高速上網(wǎng)、低延遲時(shí)使用速度較快的毫米波，需要萬物互聯(lián)、低功耗、高可靠度場景時(shí)則用傳遞距離較遠(yuǎn)、繞射能力較強(qiáng)的Sub-6。

因此，完整的5G其實(shí)是種異質(zhì)結(jié)合網(wǎng)路（HetNet），他不但向下整合了4G LTE，還包含了Sub-6及毫米波的服務(wù)。

只不過目前我們所看到、體驗(yàn)到的5G幾乎都是Sub-6為主。真正完整的5G體驗(yàn)其實(shí)要等毫米波成熟才能實(shí)現(xiàn)。

但根據(jù)市場研究、及相關(guān)產(chǎn)業(yè)公司經(jīng)營層釋出的展望來看， 5G毫米波也將在2021年進(jìn)入快速發(fā)展期，這其中帶來的龐大投資機(jī)會(huì)除了我們上面提到的Small Cell、邊緣運(yùn)算、IoT之外，還包括一個(gè)在5G時(shí)代非常重要的產(chǎn)業(yè)：射頻元件（RF：Radio Frequency）。

射頻元件（RF）：5G趨勢帶來的風(fēng)口

智慧型手機(jī)的重要零件除了處理器（AP：Application Processor）、記憶體（Dram、Flash）之外，還包括負(fù)責(zé)處理、接收、傳遞資訊的通信元件，如果沒有了通訊元件，我們的手機(jī)就無法打電話、使用網(wǎng)路、傳遞訊息。

而通訊元件主要由基頻晶片（Digital Baseband)、射頻收發(fā)器（RF Tranceiver/Receiver）、射頻前端（RF Front-End）、及天線四大部分組成。

由於邏輯晶片（Logic IC）只會(huì)處理包含0和1的數(shù)位訊號，但傳遞資訊時(shí)卻必須使用連續(xù)的類比訊號，因此智慧型手機(jī)傳送資訊的原理就是先由基頻晶片將這些不連續(xù)的0和1訊號轉(zhuǎn)換成連續(xù)的電磁波後，再傳給濾波器濾出正確的頻率、再由功率放大器（PA，Power Amplifier）將電磁波放大到能傳送的功率，再經(jīng)由雙工器、開關(guān)等將電磁波傳送到天線，最後經(jīng)由天線將電磁波精準(zhǔn)發(fā)送到基地臺(tái)。

其中，基頻晶片又稱為Modem數(shù)據(jù)晶片，由於Modem是專門處理智慧型手機(jī)的訊號轉(zhuǎn)換，通常會(huì)和手機(jī)的處理器高度整合，甚至整合在同一個(gè)SoC，因此目前主要的Modem供應(yīng)商就是高通、聯(lián)發(fā)科（市：2454）、三星等手機(jī)AP晶片大廠，例如高通剛推出的x60、聯(lián)發(fā)科推出的T700晶片等都是智慧型手機(jī)專用的Modem。

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而上面提到的濾波器（Filter）、放大器（包含功率放大器（PA）、低雜訊放大器（LNA））、雙工器（Duplexer）及射頻開關(guān)（Switch）等元件則統(tǒng)稱為射頻前端元件（RFFE：RF Front End，以下簡稱RF元件）。RF元件的種類繁多，但每一項(xiàng)卻都非常關(guān)鍵，缺一不可，其品質(zhì)好壞直接決定了電磁波能否準(zhǔn)確傳送及傳送的品質(zhì)，是智慧型手機(jī)非常關(guān)鍵的組成。

從4G LTE演變到5G，基本上Modem的結(jié)構(gòu)、需求量並未發(fā)生太大的改變，但由於5G要支援更多的頻段，根據(jù)Skyworks報(bào)告顯示，5G智慧型手機(jī)除了要支援Sub-6及毫米波之外，還要向下兼容4G LTE、3G、2G等頻段 ，支援的頻段從4G智慧型手機(jī)的15個(gè)倍增到30個(gè)，因此就需要更多的RF元件來處理更趨複雜的頻段。

RF元件除了用量的提升，初期的ASP也將較4G的18元美金成長至約25元美金（預(yù)計(jì)未來ASP會(huì)因競爭加劇而下滑，但仍會(huì)較4G高），價(jià)量齊升的趨勢也將推動(dòng)RF元件市場在未來幾年快速成長。根據(jù)研調(diào)機(jī)構(gòu)指出，全球RF元件的市場規(guī)模將由2019年的170億美元成長至2023年的310億美元，4年的CAGR高達(dá)13%。

其中又以濾波器及功率放大器的市場最大，根據(jù)拓墣產(chǎn)業(yè)研究院調(diào)查指出，濾波器及功率放大器兩者的市場規(guī)模就佔(zhàn)整體RF元件的85%以上，將是未來RF元件成長的主要推手。

而隨著RF元件的用量大增，但智慧型手機(jī)卻要求輕薄的趨勢下，RF元件的模組化也是未來的一大趨勢。

因此，以下就花一些篇幅來分析功率放大器、濾波器，以及RF模組的未來展望、及相關(guān)供應(yīng)鏈的投資機(jī)會(huì)。

功率放大器：GaN PA將可望成未來趨勢

功率放大器（以下簡稱PA）顧名思義，其功能就是將電磁波的功率放大，讓訊號能穩(wěn)定從裝置發(fā)送出去，是RF元件中功耗最大的元件。

5G毫米波由於傳送能力變差，因此需要更多的PA將電磁波放大。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，一隻5G智慧型手機(jī)至少需使用10-14顆PA，比4G智慧型手機(jī)用的5-7顆增加約1倍。

由於PA是高功率元件，從3G智慧型手機(jī)從以來就一直都用能承受高功率的第二代半導(dǎo)體砷化鎵（GaAs）作為製造的基板材料。

而到了5G時(shí)代，我們認(rèn)為未來Sub-6頻段仍會(huì)以GaAs PA為主流，但在毫米波方面，能承受更高功率、減少更多耗損、且尺寸更小的第三代半導(dǎo)體，氮化鎵（GaN）將成為未來PA材料的主流。

然目前GaN因製造成本高，僅被用在軍事設(shè)備及大型基地臺(tái)，但預(yù)期隨著未來成本降低，GaN將成為毫米波PA的主流。而GaN除了將被應(yīng)用在5G智慧型手機(jī)PA外，還可用在包括Small Cell、快充等新市場。根據(jù)研調(diào)機(jī)構(gòu)Yole預(yù)估，採用GaN的功率元件市場將從2020年的0.5億美元成長至2025年的7億美元，以69.5%的CAGR快速成長。

然而目前GaN材料、磊晶主要都集中在美國Cree、IQE等大廠手中，而PA則為寡占市場，主要技術(shù)也都集中在歐美Skyworks、Qorvo、Broadcom、日本Murata等外國IDM大廠。

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臺(tái)灣廠商扮演的角色主要?jiǎng)t以上游的材料及中下游的晶圓代工為主，包括做化合物半導(dǎo)體的磊晶廠全新（市：2455）、GaAs代工廠 穩(wěn)懋（櫃：3105）及宏捷科（櫃：8086），目前也都在發(fā)展GaN代工相關(guān)技術(shù)，有興趣的投資人也可以深入研究。

濾波器：從SAW往BAW、LTCC發(fā)展

濾波器的功能則類似篩子，將不需要的頻段過濾掉，以傳輸特定頻率的電磁波。

由於5G智慧型手機(jī)所支援的頻段將從4G的15個(gè)增加到30個(gè)，因此也需使用更多的濾波器。根據(jù)Skyworks研究，一隻5G智慧型手機(jī)需要使用的濾波器將從4G的40個(gè)增加到70個(gè)。

目前市場約70-80%的濾波器技術(shù)都是以表面聲波濾波器（SAW）為主，已是非常成熟的技術(shù)，但SAW的缺點(diǎn)就是僅能適用在中低頻段，因此隨著5G毫米波的發(fā)展，能適用在高頻段的體聲波濾波器（BAW）及陶瓷濾波器（LTCC）將成為未來的主流。

而目前SAW濾波器為寡占市場，主要由Murata、TDK、太陽誘電、Skyworks等國外IDM大廠瓜分，BAW則較為獨(dú)佔(zhàn)，掌握在Broadcom手中。因此我們認(rèn)為隨著未來BAW、LTCC逐漸普及，Broadcom將會(huì)是此趨勢下的實(shí)質(zhì)受惠者。

RF模組未來趨勢：高度整合SiP AiP

從以上分析可知，未來RF元件的需求量將會(huì)隨5G毫米波的商用而大增，但在智慧型手機(jī)要求輕薄的趨勢下，RF元件的模組化將是未來不可避免的趨勢。

然而RF元件中每個(gè)元件都有其獨(dú)特的技術(shù)和製程，需要有強(qiáng)大的晶片設(shè)計(jì)能力才能將不同元件整合在一起，因此在過去幾年RF產(chǎn)業(yè)也吹起了一陣整併風(fēng)潮，例如Skyworks收購Panasonic射頻部門、Murata併購Peregrine、Avago併購Broadcom（併購後仍叫Broadcom），整個(gè)產(chǎn)業(yè)越趨寡占集中。

目前Qorvo、Skyworks、Broadcom、Murata等公司都已推出各自的RF SiP模組，但即便如此， 目前仍沒有一家供應(yīng)商有能力提供且整合每一種RF元件。 例如下面iPhone 12拆解圖，就分別使用了Skyworks的RF SiP模組、Avago的PA模組及Murata的毫米波RFFE模組 。

而5G毫米波則需使用更多的天線幫助資訊傳送（就是大家常聽到的Massive MIMO），但因毫米波天線的功率耗損很高，需要盡量靠近RF元件以減少耗損，因此AiP封裝（Antenna-in Packaging）技術(shù)也就此興起。AiP封裝其實(shí)就是將天線整合到RF SiP中變成一個(gè)晶片，這麼一來就可以有效降低功率的耗損。

目前最積極的跨入AiP領(lǐng)域的就是美國的高通（Qualcomm），由於高通本身就是智慧型手機(jī)處理器、Modem的供應(yīng)廠，所以能較單純提供RF元件的廠商更有效率的整合RF、天線及Modem，並提供AP、Modem、AiP一條龍的服務(wù)，例如下圖就是高通推出從AiP模組QTM525、到X55 Modem晶片的完整服務(wù)。

展望未來，5G智慧型手機(jī)的RF模組預(yù)估在Sub-6頻段將繼續(xù)以SiP為主流，毫米波頻段則會(huì)大幅採用AiP封裝，形成SiP AiP共用的高度整合模組。

我們預(yù)估在Sub6的SiP將繼續(xù)由Qorvo、Skyworks、Broadcom、Murata等既有IDM巨頭瓜分，而在毫米波AiP方面，高通藉由其雄厚的技術(shù)及整合能力，將有望稱霸市場。

至於臺(tái)灣的供應(yīng)商主要是下游的封測廠，例如RF測試大廠矽格（市：6257），以及目前AiP技術(shù)最成熟的日月光（市：3711），及近期極力在發(fā)展WLP（Wafer Level Packaging，晶圓級封裝）的臺(tái)積電（市：2330）等，都是可望搭上此波趨勢的受惠者。

結(jié)論

5G是個(gè)全新的趨勢，5G智慧型手機(jī)、IoT、AR、VR、自駕車、智慧醫(yī)療及更多全新的應(yīng)用將會(huì)在未來幾年融入我們的生活。

而支撐這些應(yīng)用基礎(chǔ)的RF元件也將有巨大的成長潛力。除了需求量將快速增加外，其中GaN PA的普及、BAW、LTCC濾波器的成長、及RF模組SiP AiP的高度集成化將是未來RF產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三大趨勢。

投資人若有興趣，可研究關(guān)注直接受惠的廠商包括國外的高通、Qorvo、Skyworks、Broadcom、Murata 等晶片大廠，Cree、IQE等第三代半導(dǎo)體材料廠，臺(tái)灣的話則可關(guān)注臺(tái)積電（市：2330）、全新（市：2455）、穩(wěn)懋（櫃：3105）、宏捷科（櫃：8086）、矽格（市：6257）、日月光（市：3711）等相關(guān)公司。

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責(zé)任編輯：郭昱彣、蕭閔云