5G风口中的10倍股：华为光芯片采用化合物设计获重大进展 海特高新氮化镓芯

5G风口中的10倍股：华为光芯片采用化合物设计获重大进展 海特高新氮化镓芯片生产线即将量产


（一）华为自研光传输芯片获得重大进展

PAM4(4 Pulse Amplitude Modulation)是新一代信号传输技术，其采用4个不同的信号电平来进行信号传输，每个符号周期可以表示2个bit的逻辑信息（0、1、2、3），相较于传统信号传输方式，每个信号符号周期可以传输更多bit的逻辑信息。PAM4信号作为下一代数据中心中高速信号互联的热门信号传输技术，被广泛应用于200G/400G接口的电信号或光信号传输。而50GE则是50Gbps，即6.25GB/s。

华为路由器与电信以太产品线总裁高戟致辞表示："在产业链上下游厂家的共同努力下，50G PAM4技术已经成熟，华为基于50G PAM4技术的相关产品都已经正式发布，50GE在国内三大运营商5G承载网试点中进行了规模部署，海外运营商对50GE技术普遍认可，当前华为已经获得十余个商用合同，未来市场空间值得期待。"华为表示，论坛上产业链上下游伙伴一致表达了对50G PAM4产业前景充满信心，并表示50G PAM4产品化已经就绪，能够为5G承载规模商用奠定坚实的产业基础。

PAM4是PAM(Pulse Amplitude Modulation，脉冲幅度调制)调制技术的一种。PAM信号是继NRZ(NonReturn-to-Zero)后的热门信号传输技术，也是多阶调制技术的代表，当前已被广泛应用在高速信号互连领域。NRZ和PAM4信号典型波形如下图所示。其中，右侧为NRZ和PAM4的光眼图对比，NRZ为单眼波形，PAM4为三眼波形(y轴方向存在3个眼状图形)。从4G至即将到来的5G，流量增长非常迅猛，但与此形成鲜明对照的是，运营商的收入依然以低速增长，两者的剪刀差越来越大。如何缩小流量和收入的不平衡是运营商面临的一大痛点。如果可以解决此痛点，无疑会在5G解决方案竞争中获得优势。

最有效降低剪刀差的措施是降低成本。在移动承载网设备的成本构成中，光模块占比越来越大。如果可以有效降低光模块的成本，无疑会对降低整网设备成本起到至关重要的作用。性能诉求与前几代移动网络相比，5G网络的能力将有飞跃发展。例如，下行峰值数据速率可达20Gbps，而上行峰值数据速率可能超过10Gbps。在基础设施方面，运营商应该进行端到端的网络架构改造，构建从接入网、汇聚网到核心网的弹性架构，增强其基础设施的带宽扩展灵活性。基于单通道50G PAM4技术的400GE/200GE/50GE可以很好适配5G对网络成本以及性能的诉求，构筑从接入、汇聚到核心网的最优解决方案。


（二）采用III-V族元素化合物进行光芯片设计

光电子技术是半导体技术一个分支。为了更好的提升发光效率和性能，业界普遍采用III-V族元素化合物进行光芯片设计，与仅需要保证电气性能的CMOS工艺用纯硅有较大差异。当前光技术发展已成为接口发展技术瓶颈。CMOS工艺经过几十年发展已经非常成熟，由于有海量应用以及N次迭代后优化的工艺。

相比之下，III-V族发展速度已显著落后，受限产业规模，在工艺成熟度和标准化方面存在较大差距。当前，光技术发展速度已不能满足经典的摩尔定律要求，即每18个月性能翻倍。通信领域的光电子技术发展速度，当前需要24~36个月才能翻倍。为了使光电子技术发展更快，出现了硅光技术等新的工艺技术，以及高阶调制等算法技术等手段加速。PAM4属于高阶调制技术的一种，可认为是利用电领域技术加速光技术发展的一个有效方法。

微电子主要从事第二代/第三代化合物半导体集成电路芯片的研发与制造，定位于构建批 量、稳定、开放的6英吋砷化镓/氮化镓集成电路（GaAs/GaN MMIC）的纯晶圆代工（Foundry） 服务的制造企业。 微电子业务是以公司建设的6英吋砷化镓/氮化镓集成电路Foundry生产线为基础，以公司 掌握的核心技术和生产工艺为支撑，为客户提供完整的第二代/第三代化合物半导体集成电路 芯片的设计、Foundry和测试服务，在微波通讯领域海威华芯专注于GaAs p-HEMT/HBT和GaN HEMT集成电路制程技术。通过向客户提供稳定、高效的产品和服务，向客户收取费用。


（三）海威华芯氮化镓芯片生产线良率达预期，即将量产

海威华芯为公司控股子公司，主要从事6吋第二代/第三代化合物半导体集成电路芯片的研制，产品主要面向5G移动通信、汽车电子、雷达等市场，打造专业的Foundry能力。 报告期内，海威华芯秉承“科技改变世界、华芯创新生活”的理念，积极投入第二代、第 三代化合物半导体技术的研发和市场开拓等工作。主要从事砷化镓、氮化镓、HBT及光电产品的技术研发，多项技术能力获得 实现，成功研发多款具备自主知识产权的核心集成电路技术，其中部分研发产品处于试生产 阶段且良率达到基本预期水平；

砷化镓、氮化镓芯片是半导体领域的明珠，具有高频率、高功率、高效率的特点，广泛应用于手机、移动通信基站 、能源转换 、物联网 以及国防 ，是典型的军转民技术。“这一个小小的氮化镓晶圆，其价值在上百万元。一旦量产，产值就会有一个大跨越。”海威华芯打破海外半导体代工垄断，项目产业化值得期待。全球第二代/第三代半导体的市场空间近百亿美元，中国市场占据近半份额，制造环节95%依靠国外foundry 厂商。

海威华芯建立了国内第一条6 英寸砷化镓 /氮化镓半导体晶圆生产线，此外公司在2017年年报中表示，海威华芯技术研发团队的砷化镓制程研发方面IPD和PPA25产线试生产阶段良率达到预期水平，具备初步量产能力；HBT、光电已与国内多家客户达成合作并通过部分客户认证；氮化镓成功突破6英寸GaN晶圆键合技术；芯片产品开发方面，通用芯片、定制芯片、数字电路等开发设计超过120余款，包括滤波器、功分器、开关矩阵、耦合器等产品。



（四）化合物半导体是未来5G通信不可替代的核心技术

海威华芯主要从事第二代/第三代化合物半导体集成电路芯片的研制，产品主要面向5G移动通信、雷达、新能源 、物联网等市场，打造专业的Foundry服务能力。2016年4月，海威华芯第一条6英吋第二代化合物半导体集成电路生产线贯通，该生产线同时具有砷化镓、氮化镓以及相关高端光电产品的生产能力。2016年5月海威华芯首次开发出砷化镓产品成为国内首家掌握第二代半导体生产工艺的企业。

化合物半导体相比硅半导体具有高频率、大功率等优异性能，是未来5G通信不可替代的核心技术，将在5G通信中大量使用。5G智能手机将大量使用GaAs射频器件。GaAs射频功率放大器具有比Si器件更高的工作频率。随着移动通信频率不断提高，Si器件已不能满足性能要求，4G智能手机中的功率放大器已全部采用GaAs技术。未来5G通信将包括6 GHz以上频段，性能优越的GaAs器件将不可替代。5G通信支持的通信频段将大幅增加至50个以上，远大于4G通信的频段数(不超过20个)。赛迪智库预计2020年GaAs器件市场将达到130亿美元。

5G通信基站亟需更高性能的GaN射频器件，为了应对2.4 GHz以上频段Si器件工作效率快速下降的问题，4G通信基站开始使用GaN功率放大器。目前约10%的基站采用GaN技术，占GaN射频器件市场的50%以上。未来5G通信频率最高可达85 GHz，是GaN发挥优势的频段，使得GaN成为5G核心技术。全球每年新建约150万座基站，未来5G网络还将补充覆盖区域更小、分布更加密集的微基站，对GaN器件的需求量将大幅增加。

当前GaAs/GaN化合物半导体射频器件已在4G 通信、有源相控阵雷达 、卫星通信等领域得到应用。然而现有市场主要由日本、美国、欧洲的化合物半导体企业把控，并已建立市场和技术壁垒，形成产业链合作惯性。中国企业进入市场较晚，很难有足够的话语权。5G通信最快将在2020年实现商用，中国是全球最大的5G市场，并开始拥有全球5G通信发展的话语权。加之中国具有一定技术积累和产业基础，中国化合物半导体产业有望在5G通信市场实现突破。


（五）海威华芯打破海外半导体代工垄断产业化值得期待

砷化镓、氮化镓芯片是半导体领域的明珠，具有高频率、高功率、高效率的特点，广泛应用于手机、移动通信基站 、能源转换、物联网 以及国防 ，是典型的军转民技术。“这一个小小的氮化镓晶圆，其价值在上百万元。一旦量产，产值就会有一个大跨越。”海威华芯打破海外半导体代工垄断，项目产业化值得期待。

发达国家已完成化合物半导体的战略布局，由于化合物半导体具备优异的性能和广阔的应用前景，美国和欧洲早已布局，发布技术和产业扶持计划，并培育了一批龙头企业，已占领技术和市场的高地，为5G通信发展奠定了基础。美国国防部先进研究项目局(DARPA )从2002年起先后发布宽禁带化合物半导体技术创新计划(WBGSTI计划)和下一代GaN电子器件计划(NEXT计划)，帮助美国本土的Qorvo、Cree等化合物半导体企业迅速成长为行业龙头。

欧洲防务局(EDA)于2010年发布旨在保障欧洲区域内化合物半导体供应链 安全的MANGA计划，已完成预期目标。国际巨头占据化合物半导体射频器件市场主导地位。4G智能手机用的GaAs射频放大器市场中，美国Skyworks、Qorvo和Broadcom三家公司的市场占有率接近90%。GaN基站市场集中于日本住友电工、美国Cree和Qorvo三家企业手中。国际对中国实行核心技术封锁，产业链面临制裁禁运风险。一是化合物半导体的军事用途使得美国频繁阻挠国内产业崛起。化合物半导体是有源相控阵雷达、毫米波通信、军用卫星、激光武器等军事装备的核心组件，受到国际《瓦森纳安排》的出口管制。

2015年以来，金沙江公司收购美国Lumileds、三安光电 收购美国GCS、福建宏芯基金收购德国Aixtron均被美国以危害国家安全 为由予以否决。二是国内5G通信整机企业面临制裁风险。国内化合物半导体产品尚不成熟，使得整机企业大量进口国外器件，供应链安全存在很大隐患。2016年3月，美国商务部以违反美国出口管制法规为由制裁中兴通 讯，基于化合物半导体的功率放大器、光通信 芯片 等均在限制目录中。近期美国再度封杀中兴通信。

（六）化合物半导体市场空间巨大

中国开始拥有全球5G通信发展的话语权，为化合物半导体提供广阔市场。中国是全球移动通信的重要市场，华为 、中兴是全球第二大和第四大通信基站供应商，华为、OPPO、vivo是全球前五大智能手机企业。中国已建成全球最大的4G网络，基站数量超过200万，用户数量突破5亿。自主品牌智能手机每年出货量近5亿部。

2013年，中国成立IMT-2020(5G)推进组，力争成为全球5G标准制定的领导者。中国推动的极化码方案(Polar Code)被国际通信标准组织3G PP采纳为5G控制信道编码方案之一。国内具备一定的化合物半导体制造技术储备和产业基础。一是高校和研究机构正加速技术的产业化。中科院 、北京大学、中电科13所、29所、55所等在化合物半导体领域具备较强实力，依托军工 等市场积累了技术和人才，通过技术转化和合作成立了中科晶电、海威华芯等企业。

国内目前拥有各类手机功率放大器(PA)设计企业近20家，汉天下、紫光展锐、唯捷创芯等企业发展迅速，出货量位列前茅，紫光展锐的4G PA已于2016年12月通过高通 公司的平台认证。汉天下的4G PA已实现5-10家客户量产出货，可实现三模和五模覆盖，月出货量超过100万套。广州智慧微电子公司、深圳国民飞骧科技有限公司、唯捷创芯公司均已在GaAs基4G PA技术上实现突破。