电信和国防依然是推动GaN RF市场增长的动力源泉

电信和国防依然是推动GaN RF市场增长的动力源泉

据麦姆斯咨询介绍，过去几年里，GaN（氮化镓）技术对射频（RF）应用发展起到至关重要的推动作用。GaN RF市场的主要动力源泉仍然是电信和国防应用。2019年GaN RF市场规模为7.4亿美元，到2025年将超过20亿美元，期间的复合年增长率（CAGR）为12%。

就电信基础设施应用而言，自美国对华为采取制裁措施后，2019年基于GaN的射频拉远头（RRH）市场增长放缓，迫使OEM厂商在未来几年内对供应链进行重组。尽管如此，长期来看，采用GaN技术的趋势不会发生改变。在有源天线系统（AAS）中，增加带宽的需求将有利于GaN技术的渗透。同样，在未来几年里，GaN将大量用于小基站（small cell）和回程连接（backhaul connection）应用。

为改善国家安全，各国政府会持续投入资金取代基于行波管（TWT）的系统，国防应用仍将是GaN RF市场的主要推动力之一。雷达是采用GaN技术的主要军事应用，其采用新型GaN基有源电子扫描阵列（AESA）系统的收发模块数量增加，机载系统对器件重量的要求越发严格。到2025年，GaN RF的军事细分市场规模将超过11亿美元，复合年增长率为22%。

对于智能手机而言，GaN的高性能和小尺寸等优点吸引着OEM厂商。GaN功率放大器（PA）是否被采用，将取决于未来五年GaN技术成熟度、供应链、成本以及OEM发展策略。
 

2019~2025年完成封装后的GaN RF器件市场规模按应用细分（来源：Yole）

在5G电信市场里，GaN如何与LDMOS区分定位？

自从20年前第一批商用产品问世以来，在射频功率应用中，GaN技术以更低的成本展示了持续改善的性能和可靠性，已成为硅横向扩散金属氧化物半导体（LDMOS）和砷化镓（GaAs）技术的重要竞争对手。凭借其在4G LTE电信基础设施市场的渗透力，预计GaN-on-SiC（碳化硅上氮化镓）将在5G sub-6GHz RRH实施中保持强大的地位。在新兴的5G sub-6Hz AAS细分市场和大规模MIMO（多输入多输出）部署中，GaN与LDMOS的竞争之戏仍在继续上演。尽管具有成本效益的LDMOS技术在sub-6GHz的高频性能方面取得了显著进步，但GaN-on-SiC器件的带宽、功效（PAE）和功率输出等性能更加出色。事实上，随着中国联通和中国电信共建共享5G网络，需要大于150MHz的带宽，GaN已成为AAS选定的技术之一。5G电信基础设施市场是动态变化的，需要OEM厂商做出重大战略决策，这可能会为GaN技术平台创造新机遇。

在此背景下，硅上氮化镓（GaN-on-Si）技术有望提供经济高效的集成解决方案，成为潜在的挑战者。尽管截至2020年第一季度，GaN-on-Si市场规模仍然很小，但电信设备供应商仍密切关注并评估sub-6GHz和毫米波技术。
 

用于宏基站的GaN和LDMOS技术优劣势分析（图片来源：Yole）

GaN RF产业格局将如何演变？

基于SiC（碳化硅）、Si（硅）和金刚石衬底的GaN商业产品和原型，显示出不同的技术成熟度，因此价值链的成熟度也各不相同。在相对成熟的GaN-on-SiC技术的参与厂商中，采用的业务模式各不相同。不过，继美国于2019年第二季度对华为实施供应链禁令之后，在GaN电信基础设施市场里出现了供不应求的情况。2020~2021年期间各种战略合作伙伴关系和投资将如何发展，值得大家关注。在RF组件层面，市场领导厂商SEDI（住友电工）和贰陆（II-VI）计划量产其垂直整合的6英寸GaN-on-Si晶圆代工平台，可满足5G日益增长的需求。此外，领先的化合物半导体代工厂稳懋（Win Semiconductors）预计在2020~2021年期间实现GaN RF产能翻番。

每个国家和地区都在加强其军事GaN RF生态系统。在美国，诺斯洛普·格鲁门（Northrop Grumman）、洛克希德马丁（Lockheed Martin）和雷神（Raytheon）正在推动GaN的采用。在欧洲，UMS、萨博（SAAB）、空中客车（Airbus）、泰雷兹（Thales）和莱昂纳多（Leonardo）积极推动GaN业务。中国领先的垂直整合厂商中国电子科技集团公司（CETC）则在推动中国GaN国防市场的发展。关于GaN-on-Si业务，MACOM-ST联盟的6英寸生产线正处于研发阶段，而法国代工厂OMMIC正为毫米波市场提供GaN-on-Si MMIC（硅上氮化镓单片微波集成电路）技术。此外，2019年Soitec在收购EpiGaN之后，正努力通过其创新的GaN-on-Si技术打开5G基础设施和手机市场。

5G手机无疑是GaN-on-Si市场最令人兴奋的应用。截至2020年第一季度，我们已经看到一些厂商正投入于这项技术的开发。让我们一起期待GaN技术在手机应用的大显身手！

全球GaN-on-Si产业链及能力展示（图片来源：Yole）