物聯網時代不可或缺的要角-功率放大器(PA)

作者:C.Y   |   2015 / 12 / 22

文章來源:股感知識庫   |   圖片來源:Jayroz


高速網路時代的重要推手─功率放大器(Power Amplifier, 以下簡稱 PA),是行動裝置發射端上不可或缺的關鍵元件,從基地台設備到我們日常的平板電腦、智慧型手機都可見到其蹤影。PA最主要功能為將接收到的訊號放大後並推出,使訊號透過天線可傳送更遠的距離。簡單來說,它等同於一個訊號的傳令兵,先接收來自遠方的訊號並更有效地將訊號投遞給下一個傳令者,最終來到我們手上的行動裝置所使用。

功率放大器PA-宏捷科、穩懋-04

近年全球的網路通訊流量每年不斷暴增,每年都呈現超過60%以上的複合成長,為因應如此巨量的資料傳輸需求,3G、4G LTE、wifi 網路訊號的不斷升級,高速網路的發展可以說是近代的新工業革命。功率放大器便在這個趨勢下成為發展最為快速的產業之一。

產業展望

PA 產業目前仍處於成長階段,憑藉著主要二股力量出貨向上攀升中。

1. 4G LTE & wifi 高速網路時代的來臨

近年4G LTE 的成長率與滲透率皆呈現樂觀成長,根據 Gartner 市場調查研究機構的估計,4G 應用於手機裝置的滲透率在2014年約達到 21%以上的水平,並於 2017年可望達到超過50%的滲透率。

而另一方面,世界前三大PA IDM大廠Skyworks 則在報告中估計,Wifi 相關的終端應用在 2012到 2016年間的複合成長率為20%,其中較高規格的應用 802.11 ac 俗稱 5G Wifi ,在2013 至 2016年間之複合成長率更是達到了400%,造這樣的趨勢來看,在2020年全球搭載 Wifi 的終端應用產品數量將達到700億。

2. 物聯網時代

未來幾年巨量資料處理中心的出現,物聯網概念將更廣泛應用在金融、商業、交通、智慧醫療、能源控制等面向,如FinTech、智慧車市場、智慧電網(Smart Grid)等,這些新產品高度使用與依靠行動網路,促使行動網路流量於這兩年可以說是用爆量的方式成長中,帶動著 4G LTE 基地台、光纖網路設備的建設急迫需求。

根據網通設備大廠Cisco預估資料,2014年全球行動網路數據流量年增近100%,2015年預估年增近8成,2013-2018年年複合成長率(CAGR)高達61%。

就趨勢來看,未來PA的使用量將隨著4G的普及與行動裝置的盛行穩定的成長與增加,依穩懋法說會所公布的預測資料指出,2018年 CA-capable LTE PA 市場產值將直逼600億新台幣,,產業複合成長率高達50.7%。而在這塊PA所需晶圓代工市場中,台灣兩強共占了75%,穩懋占 60%、宏捷科 15%,剩餘25%由剩下的各家廠商瓜分。

市場上主要分成兩種規格:

  1. 砷化鎵功率放大器(GaAs PA)
  2. 互補式金屬氧化物半導體功率放大器(CMOS PA)

其中又以砷化鎵 GaAs (以下簡稱GaAs) PA為目前主流。

GaAs 砷化鎵:砷化鎵俱有高頻、高絕緣性,低耗電及更低的諧波與噪音接收。雖然較過往Si晶圓製程有著較高成本,更能因應傳輸量更高的4G訊號應用,與未來走向更高端的 5G 傳輸服務。技術逐步進入成熟階段,製程良率的提升,GaAs晶圓的製作成本不再是主要問題,在行動裝置趨勢走向高效與輕薄短小的局勢下,砷化鎵功率放大器(GaAs PA)佔穩市場上的主流,也是未來五年成長最大、最穩定的市場。

兩者差異比較:

  • CMOS PA因為主要原料為矽(Si)較易取得,故有著有成本上的優勢,因技術端較難向高端應用上突破,目前主要為2G的低階應用,但隨著技術進步與成熟有機會成長。
  • GaAs PA 主原料較難以取得,成本較高,但比CMOS PA有更高的效率和絕緣性以及更低的諧波和接收噪音, 3G和4G等高階應用中,所以未來GaAs PA仍為主流。

砷化鎵與矽比較

GaAs產品終端應用比重以手機最大佔75%,無線區域網路(WLAN)佔18%。智慧型手機為GaAs PA 最大的應用市場,就現在台灣最普及的 3G手機市場為例,平均每支 3G 智慧型手機約需使用 4顆 PA,而最新的 4G LTE 智慧型手機則平均每支手機使用 6顆 PA ,平均成長 33%,最新的iPhone 6s 甚至已使用到7顆 PA,且未來 PA的使用量藉著 4G 應用的滲透率以及資料傳需量需求大增的趨勢下,不斷的成長當中。

網路速度比較

產業發展隱憂─智慧型手機市場飽和,成長疲軟

隨著智慧型手機的成熟,持有用戶的累積,全球手機出貨量YoY有趨緩的趨勢,由工研院IEK所估計,未來三年平均每年成長率減少5~7個百分點。減緩的趨勢主要來自於3G手機出貨量的遽減,以及手機用戶換機頻率的減緩。

智慧型手機出貨量

如全球三大市場之一的中國,雖然4G手機出貨在營運商的努力帶動4G用戶下,有著顯著成長,不過卻依舊無法弭補中國市場3G手機出貨量的下滑,加上中國電信商對於換機的補貼下降,加長了使用者換機的週期,中國市場整體3G手機下滑之速度遠超過原本預期之降幅。

法人預估,未來三年手機搭載PA成長率將逐步減緩,主因也是3G手機成長大幅下滑,以及高端手機PA 搭載量並不都如同iPhone 6s大幅增加為7顆PA。

產業供需狀況

雖然後續成長力道受到考驗,但目前受惠於智慧手機市場紛紛投入4G LTE的行列,導致PA及Switcher行動前端元件的規格要求增高,推使GaAs產業的成長,市場仍舊呈現嚴重的供不應求情況。值得注意的是,Skyworks 目前在PA市場供貨率超過60%,遠遠拋開另外兩大供應商 RFMD及村田製作所(Murata),呈現獨佔市場龍頭地位。

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