GaAs过时了 CMOS工艺将主宰移动互联网和物联网时代

"硅是上帝送给人类的礼物，整个芯片业几乎都拿到了这份礼物，无线通信领域应该尽快得到它。"钱永喜日前在接受媒体采访时如是说。他认为传统采用GaAs(砷化镓)或SiGe(硅锗)BiCMOS工艺制造RF射频前端的时代"该结束"了，纯CMOS工艺RF前端 IC将在未来十年内主宰移动互联网和物联网时代。

业界对CMOS PA产品的热情一直没有减退。2014年6月，高通(Qualcomm)并购CMOS PA供应商Black Sand，借以强化其RF360方案竞争力；而在2013年，Avago、RFMD还分别完成了对Javelin和Amalfi的收购，再之前的就是 2009年Skyworks收购Axiom Microdevices。

钱永喜说，现有的RF前端模组(FEM)方案通常是把功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)和天线开关等多个分立电路拼接在一个介电基板或封装引线框架上，再采用GaAs/SiGe BiCMOS工艺将其结合在一个模块内。"但CMOS RFeIC产品采用了于众不同的做法"，它是将多项功能集成在一个纯CMOS单芯片、单硅片(Single-chip，Single-die)的架构之中，包括PA、LNA、收发开发电路、相关匹配网络、谐波滤波器等。

这种做法最直接的优势在于减少了外部电路的元器件数量，简化了厂商 的开发设计，缩短了产品上市的时间，进而也降低了成本。根据对比数据，在6英寸GaAs晶圆上制造2μm GaAs HBT的成本远大于1000美元，而在8英寸纯硅晶圆采用0.18μm Bulk CMOS工艺，在面积增大78%的前提下，成本却远小于1000美元，且能够充分保证产品良率和交付周期。

"运用于军事或是工业领域的PA产品采用GaN/GaAs制造还是有可能的，但消费类电子产品一定要基于‘标准’工艺才有市场。"钱永喜认为那种依靠稀有元素，采用特殊制造工艺，从 而导致产品价格居高不下、成品良率受限的做法是不合时宜的。就像现在由于GaN产能紧张导致4G PA缺货一样，若使用CMOS就不会出现这个问题。

他坦承以前在消费领域采用CMOS工艺的技术难度非常大。"击穿电压比较低、功耗高、线性度差、转换效率不高，这些都是传统CMOS工艺器件的弊端。"

产能是他看好CMOS PA的另一个优势。2013年，全球晶圆代工厂的总营收为430亿美金，而GaAs的代工总额仅为10亿，GaAs PA器件的销售总额也已停滞不前。考虑到只有追随主流工艺才有成本下降空间，因此，RF工艺从GaAs/SiGe转向CMOS是不可逆的，这将解决历史性的供应链瓶颈难题。

目前，根据研究机构 Strategy Analytics的分析报告，CMOS RF前端在2012年、2013年的市场容量为0，2014年预计将达到200万美金，而在2018年该市场市值有望达到1.8亿美金，四年时间几乎实现 100倍的增长。

而正经历爆炸性增长的物联网则是厂家重点关注的下一轮重大机遇。思科公司预测说2020年整个物联网市场会到500亿颗芯片，华为给出的预测数据则是到2025年，整个物联网的市场规模可以达到1千亿个连接点。有业内专家估算，物联网传感器节点的单价应该低于1美元才有可能获得大规模普及，这意味着传统GaAs或SiGe几乎难有任何利润空间，而纯CMOS裸片(Bare Die)解决方案则在封装规格、性能与成本等各方面都具备诱人的前景。

钱永喜介绍说，目前，越来越多设备制造商要求每个产品要有三个或三个以上的RF前端，以实现3×3或4×4 MIMO系统。为此，高通创锐讯在其QCA9880 3×3 MIMO 802.11ac无线解决方案中采用了RFaxis开发的5GHz射频前端集成电路(RFX8051)，为路由器、运营商网关、机顶盒和企业接入点等应用提供了支持千兆位功能的Wi-Fi技术。