電信和國防依然是推動GaN RF市場增長的動力源泉

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，過去幾年里，GaN（氮化鎵）技術對射頻（RF）應用發(fā)展起到至關重要的推動作用。GaN RF市場的主要動力源泉仍然是電信和國防應用。2019年GaN RF市場規(guī)模為7.4億美元，到2025年將超過20億美元，期間的復合年增長率（CAGR）為12%。

就電信基礎設施應用而言，自美國對華為采取制裁措施后，2019年基于GaN的射頻拉遠頭（RRH）市場增長放緩，迫使OEM廠商在未來幾年內(nèi)對供應鏈進行重組。盡管如此，長期來看，采用GaN技術的趨勢不會發(fā)生改變。在有源天線系統(tǒng)（AAS）中，增加帶寬的需求將有利于GaN技術的滲透。同樣，在未來幾年里，GaN將大量用于小基站（small cell）和回程連接（backhaul connection）應用。

為改善國家安全，各國政府會持續(xù)投入資金取代基于行波管（TWT）的系統(tǒng)，國防應用仍將是GaN RF市場的主要推動力之一。雷達是采用GaN技術的主要軍事應用，其采用新型GaN基有源電子掃描陣列（AESA）系統(tǒng)的收發(fā)模塊數(shù)量增加，機載系統(tǒng)對器件重量的要求越發(fā)嚴格。到2025年，GaN RF的軍事細分市場規(guī)模將超過11億美元，復合年增長率為22%。

對于智能手機而言，GaN的高性能和小尺寸等優(yōu)點吸引著OEM廠商。GaN功率放大器（PA）是否被采用，將取決于未來五年GaN技術成熟度、供應鏈、成本以及OEM發(fā)展策略。

2019~2025年完成封裝后的GaN RF器件市場規(guī)模按應用細分（來源：Yole）

在5G電信市場里，GaN如何與LDMOS區(qū)分定位？

自從20年前第一批商用產(chǎn)品問世以來，在射頻功率應用中，GaN技術以更低的成本展示了持續(xù)改善的性能和可靠性，已成為硅橫向擴散金屬氧化物半導體（LDMOS）和砷化鎵（GaAs）技術的重要競爭對手。憑借其在4G LTE電信基礎設施市場的滲透力，預計GaN-on-SiC（碳化硅上氮化鎵）將在5G sub-6GHz RRH實施中保持強大的地位。在新興的5G sub-6Hz AAS細分市場和大規(guī)模MIMO（多輸入多輸出）部署中，GaN與LDMOS的競爭之戲仍在繼續(xù)上演。盡管具有成本效益的LDMOS技術在sub-6GHz的高頻性能方面取得了顯著進步，但GaN-on-SiC器件的帶寬、功效（PAE）和功率輸出等性能更加出色。事實上，隨著中國聯(lián)通和中國電信共建共享5G網(wǎng)絡，需要大于150MHz的帶寬，GaN已成為AAS選定的技術之一。5G電信基礎設施市場是動態(tài)變化的，需要OEM廠商做出重大戰(zhàn)略決策，這可能會為GaN技術平臺創(chuàng)造新機遇。

在此背景下，硅上氮化鎵（GaN-on-Si）技術有望提供經(jīng)濟高效的集成解決方案，成為潛在的挑戰(zhàn)者。盡管截至2020年第一季度，GaN-on-Si市場規(guī)模仍然很小，但電信設備供應商仍密切關注并評估sub-6GHz和毫米波技術。

用于宏基站的GaN和LDMOS技術優(yōu)劣勢分析（圖片來源：Yole）

GaN RF產(chǎn)業(yè)格局將如何演變？

基于SiC（碳化硅）、Si（硅）和金剛石襯底的GaN商業(yè)產(chǎn)品和原型，顯示出不同的技術成熟度，因此價值鏈的成熟度也各不相同。在相對成熟的GaN-on-SiC技術的參與廠商中，采用的業(yè)務模式各不相同。不過，繼美國于2019年第二季度對華為實施供應鏈禁令之后，在GaN電信基礎設施市場里出現(xiàn)了供不應求的情況。2020~2021年期間各種戰(zhàn)略合作伙伴關系和投資將如何發(fā)展，值得大家關注。在RF組件層面，市場領導廠商SEDI（住友電工）和貳陸（II-VI）計劃量產(chǎn)其垂直整合的6英寸GaN-on-Si晶圓代工平臺，可滿足5G日益增長的需求。此外，領先的化合物半導體代工廠穩(wěn)懋（Win Semiconductors）預計在2020~2021年期間實現(xiàn)GaN RF產(chǎn)能翻番。

每個國家和地區(qū)都在加強其軍事GaN RF生態(tài)系統(tǒng)。在美國，諾斯洛普·格魯門（Northrop Grumman）、洛克希德馬丁（Lockheed Martin）和雷神（Raytheon）正在推動GaN的采用。在歐洲，UMS、薩博（SAAB）、空中客車（Airbus）、泰雷茲（Thales）和萊昂納多（Leonardo）積極推動GaN業(yè)務。中國領先的垂直整合廠商中國電子科技集團公司（CETC）則在推動中國GaN國防市場的發(fā)展。關于GaN-on-Si業(yè)務，MACOM-ST聯(lián)盟的6英寸生產(chǎn)線正處于研發(fā)階段，而法國代工廠OMMIC正為毫米波市場提供GaN-on-Si MMIC（硅上氮化鎵單片微波集成電路）技術。此外，2019年Soitec在收購EpiGaN之后，正努力通過其創(chuàng)新的GaN-on-Si技術打開5G基礎設施和手機市場。

5G手機無疑是GaN-on-Si市場最令人興奮的應用。截至2020年第一季度，我們已經(jīng)看到一些廠商正投入于這項技術的開發(fā)。讓我們一起期待GaN技術在手機應用的大顯身手！

全球GaN-on-Si產(chǎn)業(yè)鏈及能力展示（圖片來源：Yole）