化合物半导体行业市场分析报告Word文档下载推荐.docx
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资料来源：
北京欧立信信息咨询中心
5G网络功能升级将使“万物互联”成为现实。
5G将采用包括大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入和新型网络架构在内的一组关键技术，以满足各种场景的差异化需求。
根据IMT-2020（5G）推进组发布《5G网络架构设计》白皮书，5G关键性能指标主要包括用户体验速率、连接数密度、端到端时延、流量密度、移动性和用户峰值速率，其中，用户体验速率、连接数密度和时延为5G最基本的三个性能指标。
从移动互联网和物联网主要应用场景、业务需求及挑战出发，可归纳出连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠四个5G主要技术场景。
连续广域覆盖和热点高容量场景主要满足2020年及未来的移动互联网业务需求，也是传统的4G主要技术场景。
低功耗大连接和低时延高可靠场景主要面向物联网业务，是5G新拓展的场景，重点解决传统移动通信无法很好支持地物联网及垂直行业应用。
1）连续广域覆盖：
为移动通信最基本的覆盖方式，以保证用户的移动性和业务连续性为目标，为用户提供无缝的高速业务体验。
该场景的主要挑战在于随时随地（包括小区边缘、高速移动等恶劣环境）为用户提供100Mbps以上的用户体验速率。
2）热点高容量：
场景主要面向局部热点区域，为用户提供极高的数据传输速率，满足网络极高的流量密度需求。
1Gbps用户体验速率、数十Gbps峰值速率和数十Tbps/km2的流量密度需求是该场景面临的主要挑战。
3）低功耗大连接：
场景主要面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景，具有小数据包、低功耗、海量连接等特点。
这类终端分布范围广、数量众多，不仅要求网络具备超千亿连接的支持能力，满足100万/km2连接数密度指标要求，而且还要保证终端的超低功耗和超低成本。
4）低延时高可靠：
场景主要面向车联网、工业控制等垂直行业的特殊应用需求，这类应用对时延和可靠性具有极高的指标要求，需要为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。
图表2：
5G全面网络挑战
表格1：
5G应用场景及关键技术指标
表格2：
5G愿景、现网挑战与架构演进方向映射
二、物联网前景广阔，5G将有望2020年进入商业化
移动互联网和物联网是未来移动通信发展的两大主要驱动力，将为5G提供广阔的前景。
移动互联网颠覆传统移动通信业务模式，为用户提供前所未有的使用体验，深刻影响着人们工作生活的方方面面。
面向2020年及未来，移动互联网将推动人类社会信息交互方式的进一步升级，为用户提供增强现实、虚拟现实、超高清（3D）视频、移动云等更加身临其境的极致业务体验。
移动互联网的进一步发展将带来未来移动流量超千倍增长，推动移动通信技术和产业的新一轮变革。
物联网扩展了移动通信的服务范围，从人与人通信延伸到物与物、人与物智能互联，使移动通信技术渗透至更加广阔的行业和领域。
面向2020年及未来，移动医疗、车联网、智能家居、工业控制、环境监测等将会推动物联网应用爆发式增长，数以千亿的设备将接入网络，实现真正的“万物互联”，并缔造出规模空前的新兴产业，为移动通信带来无限生机。
同时，海量的设备连接和多样化的物联网业务也会给移动通信带来新的技术挑战。
图表3：
5G应用场景愿景
面向2020年及未来，移动数据流量将出现爆炸式增长。
预计2010年到2020年全球移动数据流量增长将超过200倍，2010年到2030年将增长近2万倍；
中国的移动数据流量增速高于全球平均水平，预计2010年到2020年将增长300倍以上，2010年到2030年将增长超4万倍。
发达城市及热点地区的移动数据流量增速更快，2010年到2020年上海的增长率可达600倍，北京热点区域的增长率可达1000倍。
未来全球移动通信网络连接的设备总量将达到千亿规模。
预计到2020年，全球移动终端（不含物联网设备）数量将超过100亿，其中中国将超过20亿。
全球物联网设备连接数也将快速增长，2020年将接近全球人口规模达到70亿，其中中国将接近15亿。
到2030年，全球物联网设备连接数将接近1千亿，其中中国超过200亿。
在各类终端中，智能手机对流量贡献最大，物联网终端数量虽大但流量占比较低。
图表4：
2010-2030年全球和中国移动数据流量增长趋势
图表5：
2010-2030年全球和中国移动终端及物联网连接数增长
5G标准加速推进，2020年有望进入商业化。
目前包括ITU、IEEE、3GPP国际组织积极推进5G标准落地，预计最快在2018年我们可以看到5G标准雏形，2020年5G标准将落地。
1）ITU于2015年启动5G国际标准制定的准备工作，首先开展5G技术性能需求和评估方法研究，明确候选技术的具体性能需求和评估指标，形成提交模板；
2017年ITU-R发出征集IMT-2020技术方案的正式通知及邀请函，并启动5G候选技术征集；
2018年底启动SG技术评估及标准化；
计划在2020年底形成商用能力。
2）作为IEEE3G/4G准的制定机构，IEEE802标准委员会结合自身优势，积极推进下一代无线局域网标准（IEEE802.11ax）研制，并希望将其整合至5G技术体系。
3）从2015年初开始，3GPP已启动5G相关议题讨论，初步确定了5G工作时间表。
3GPP5G研究预计将包含3个版本：
R14、R15、R16。
R14主要开展5G系统框架和关键技术研究；
R15作为第一个版本的5G标准，满足部分5G需求，例如5G增强移动宽带业务的标准；
R16完成全部标准化工作，于2020年初向ITU提交候选方案。
图表6：
5G标准推进情况
CAICT、互联网、北京欧立信信息咨询中心
5G标准引爆全球群英战，美国率先完成5G频谱分配。
韩国、欧盟、日本和美国都开始启动5G商用机会，在5G标准制定中谁掌握话语权，将会在新一代移动通信技术革命中占据先机。
其中，韩国将于2018年年初开展5G预商用试验支持平昌冬奥会，计划到2020年年底实现5G商用；
欧盟5GPPP预计在2018年启动5G技术试验；
日本计划在2020年东京奥运会之前实现5G商用，当前NTTDoCoMo正在组织10多家主流企业验证5G关键技术，进行关键技术及频段的筛选；
美国运营商Verizon成立5G技术论坛，并计划于2016年启动5G外场试验。
其中，美国联邦通信委员会（FCC）针对24GHz以上频谱用于无线宽带业务宣布了新的规则和法令，美国成为全球首个宣布将这些频谱用于5G无线技术的国家：
2016年7月15日，美国联邦通信委员会（FCC）将为5G网络分配频率资源。
FCC最新的法令开放了近11GHz可灵活用于移动和固定无线宽带服务的高频段频谱，其中包括3.85GHz授权频谱和7GHz未授权频谱。
这些被其定义为可用于UpperMicrowaveFlexibleUse服务的频谱具体分布在28GHz（27.5-28.35GHz）、37GHz（37-38.6GHz）、39GHz（38.6-40GHz）和一个新的64-71GHz未授权频段。
此外，FCC还将继续寻求关于95GHz以上频段的使用意见。
我国5G试验分两步实施，建立中国在5G产业主导权。
我国5G试验分为两步实施：
从2015年到2018年进行技术研发试验，由中国信息通信研究院牵头组织，运营企业、设备企业及科研机构共同参与；
从2018年到2020年进行产品研发试验，由国内运营企业牵头组织，设备企业及科研机构共同参与。
中国这次在5G时代的话语权有望超越以往，在2G跟随、3G突破、4G引领发展之后，中国移动通信技术在5G时代将成为引领者。
按计划，中国将力争在2020年实现5G网络商用。
目前正在工信部统一领导下，依托IMT—2020（5G）推进组，开展5G技术研发试验。
华为和中兴两家公司都是中国IMT—2020（5G）推进组的核心成员。
华为积极参与欧盟主导的5G项目，也是英国5GIC创始成员和日本5GMF的重要成员。
在推动全球5G产业进程上，华为与运营商进行了广泛对话，并与中国移动、日本NTTDoCoMo、欧洲沃达丰、德电、西班牙电信公司等全球领先运营商就5G展开联合创新和技术验证。
中兴通讯担任了IMT—2020IEEE工作组主席、IMT—2020网络技术工作组的副主席等重要席位，并牵头了多个子工作组的研究工作，投身于5G无线关键技术及下一代网络架构的研究工作。
去年，中兴通讯加入欧盟H2020计划，致力5G创新研究。
除了被德国电信列入首批5G创新实验室合作伙伴名单，目前中兴通讯已经与中国移动、日本软银、韩国KT、马来西亚UMobile等多家高端运营商展开5G的研发与合作。
表格3：
5G重大事件和政策梳理
第二节国防信息化推进加速，带动雷达、军工通信与军工电子等万亿市场需求
国防信息化是现代战争的发展方向。
所谓国防信息化，是为了适应现代战争特别是信息化战争发展的需要而建设的国防信息体系。
最终目标为实现军队的全面信息化，提高军队的核心战斗力。
军队通过信息化的整合实现一体化的作战能力：
将目标探测跟踪、指挥控制、火力打击、战场防护和毁伤评估等功能实现一体化，将联合指挥中心和各军种之间的作战组织实现一体化。
国防信息化产业链主要包括雷达、卫星导航、信息安全、军工通信与军工电子五大领域。
图表7：
国防信息化一体化作战
中国产业信息网、北京欧立信信息咨询中心
中国国防信息化建设持续加速，未来10年市场总规模有望达到1.66万亿元。
2014年中国国防装备领域投入约2586亿元，其中国防信息化开支约750亿元，；
2015年国防装备总支出约2927亿元，其中国防信息化开支约878亿元，同比增长17%，占比为30%。
据预测，2025年中国国防信息化开支将增长至2513亿元，年复合增长率11.6%，占2025年国防装备费用（6284亿元）比例达到40%。
未来10年国防信息化总规模有望达到1.66万亿元。
图表8：
2016-2025年中国国防装备费用及国防信息化占比预测
图表9：
2016-2025年中国国防信息化开支预测
表格4：
我国今年部分国防信息化代表性政策梳理
中国政府网站、北京欧立信信息咨询中心
军民两大体系助推国防信息化产业发展。
中国军工体系分为国防科工体系和社会经济体系，两大体系相互融合助推国防信息化产业发展。
国防科工体系主要由十大军工集团组成，负责重点军工型号的总体研发和整机制造，构成产业链的下游；
社会经济体系由装备制造企业、原材料供应商、基础件制造商、高校/科研院所、信息化硬件厂商、信息化软件厂商组成，构成产业链的上游。
两大体系共同实现了对雷达、卫星导航、军工通信、军工电子及信息安全五大细分领域的全面覆盖，助推国防信息化产业加速发展。
图表10：
中国军用雷达市场高速增长，2025年市场总规模有望达到3776亿元。
我国军用雷达市场已迈入高速增长阶段，预计2014年国内军用雷达市场空间达173亿元，2015年增长到200亿元，同比增长15.7%。
据预测，2025年军用雷达市场规模有望达到573亿元，年复合增长率高达11.5%，未来十年军用雷达市场总规模将达到3776亿元。
图表11：
2013-2025年中国军用雷达市场预测
中国正大幅加速国防信息安全建设，2025年市场总规模达到7320亿元。
面对国防信息安全的严峻局势，本世纪伊始中国决策层已对信息安全问题有所察觉，并开始从需求和供给两方面出台系列政策以加强信息安全建设。
2014年2月27日，中央网络安全和信息化领导小组宣告成立，标志着信息安全已经上升至国家战略高度，国防信息安全建设有望大幅提速。
我们预测，中国信息安全市场规模将由2015年的2367亿元增长至2025年的7320亿元，十年增长两倍，复合增长率达11%。
图表12：
中国信息安全市场规模预测
中国军工通信差距较大，系统建设步入快车道，2025年市场总规模达308亿元。
中国军工通信系统与发达国家存在较大差距。
以卫星通信为例，美国及北约军事卫星承担军用通信近85%的通信量，我军则不足5%。
相较于发达国家对军工通信系统建设高达国防开支5%的投入，我国军工通信系统建设开支仅占国防经费2%以下。
受益于国防信息化战略的推进，军工通信系统必将步入快速建设阶段。
据预测，中国军工通信市场将由2015年的100亿元增至2025年的308亿元，复合增长率达到11.9%，10年增长2倍。
图表13：
中国军工通信市场规模预测
我们根据中国军工研究院所主营业务，重点梳理了雷达、军工通信、军工电子三大领域涉及到的军工研究所院所。
其中，雷达无线电类涉及集团和院所为中国电子科技集团（14所、20所、22所、27所、29所、38所、39所、51所、41所），中国行业工业集团（607所、612所），中国航天科技集团（802所），中国船舶重工集团（707所、724所），中国电子信息产业集团（206所）；
军工通信涉及集团和院所为中国电子科技集团（7所、8所、16所、23所、28所、30所、34所、36所、50所、54所），中国航天科技集团（13所），中国航天科工集团（23所、203所、35所），中国船舶重工集团（715所、722所），中国电子信息产业集团（205集团）；
军工电子涉及集团和院所为中国电子科技集团（2所、9所、10所、13所、15所、24所、26所、32所、43所、44所、45所、46所、47所、48所、55所、58所），中国航天科技集团（503所、513所、771所、772所），中国电子信息产业集团（214所），中国兵器装备集团（208所）。
表格5：
雷达无线电类研究所主要的业务
集团官网、北京欧立信信息咨询中心
表格6：
通信类研究所主要的业务
表格7：
军工电子类研究所主要的业务
第三节5G、军工两轮驱动，带动上游化合物半导体国产化及需求
半导体材料是制作半导体器件和集成电路的电子材料，是半导体工业的基础。
随着新的半导体材料出现、电力电子技术进步与制作工艺的提高，半导体在过去经历了三代变化。
第一代半导体为硅（Si），第二代为砷化镓（GaAs），第三代半导体为碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）。
由于硅基功率器件的性能已逼近甚至达到了其材料的本征极限，宽禁带功率半导体器件与传统Si基功率半导体器件相比较，其材料特性主要表现在：
宽能带、高饱和速度、高导热性和高击穿电场等，使得其在未来5G、军工等相关领域应用广泛。
同时随着5G、军工双轮驱动，将带动上游化合物半导体国产化及需求。
表格8：
Si/GaAs/SiC/GaN所对应的物理性质和应用性质
CNKI、北京欧立信信息咨询中心
图表14：
化合物半导体应用
一、GaAs：
受益5G通讯/军工发展及国产替代必要性，国内机会应运而生
砷化镓（GaAs）是由元素周期表中III族元素镓与V族元素砷人工合成的半导体化合物，与半导体材料硅相比，它具有高禁带宽度、高电子迁移率、能带结构为直接跃迁型、耐高温以及抗辐射性强等优势，具有十分广泛的应用。
目前较为成熟的砷化镓晶体生长方法有水平布里支曼法（HB）、砷泡控制砷压注入合成法及直接高温高压合成法等。
制备得到的砷化镓单晶经过切割、打磨及抛光等工序就可进一步通过微纳加工方法制造各种发光器件、光探测器、集成电路。
砷化镓主要用于微波功率器件，即工作在微波波段（频率300-300000MHz之间）的半导体器件。
由于Si在物理特性上的先天限制，仅能应用在1GHz以下的频率。
然而近年来由于无线高频通讯产品迅速发展，使得具备高工作频率、电子迁移速率、抗天然辐射及耗电量小等特性的砷化镓脱颖而出，在微波通讯领域大规模应用。
图表15：
反馈激光器
图表16：
红外探测器
图表17：
砷化镓器件及单件用在微波毫米波领域
中国电子科技集团第十三所官网、北京欧立信信息咨询中心
1、砷化镓半导体为射频通讯核心，无线通讯推动砷化镓半导体市场快速发展
由于砷化镓高频传输的特性，可以应用在移动设备、网络基础设备、国防与航空航天。
其中移动设备占比为71%，智能手机增长迅速。
除了在手机应用中飞速成长外，平板电脑、笔记本电脑中搭载的WiFi模组、固定网络无线传输，以及光纤通讯、卫星通讯、点对点微波通讯、有线电视、汽车导航系统、汽车防撞系统等，也分别采用1-4颗数量不等的功率放大器，这都是推动砷化镓成长的强大动力。
根据StrategyAnalytics调查数据，2014年全球GaAs元器件市场总产值为74.3亿美元，较2013年64.7亿美元成长14.8%。
随着通讯4G/5G推动，我们按照每年10%的增长，预计2020年砷化镓微波功率半导体实现规模将达到132亿美元。
图表18：
砷化镓微波功率半导体各应用领域占比
Triquint、北京欧立信信息咨询中心
智能手机内部的芯片主要由基带、AP、射频芯片、连接芯片和存储芯片构成，其中，基带和射频是实现2/3/4G等蜂窝通讯功能核心的两大芯片。
手机前端由功率放大器、滤波器、双工器及天线开关组成。
在手机无线网络中，系统中的无线射频模组必定含有两个关键的砷化镓半导体零组件：
以HBT设计的射频功率放大器（RFPA）和以PHEMT设计的射频开关器传统的2G手机中，一般需要2个功率放大器（PA），另外2G手机只有一个频段，噪声要求低，使用1个射频开关器。
到了3G时代，一部手机平均使用4颗PA。
3.5G手机平均使用6颗PA，使用2个射频开关器。
4G/5G通讯成砷化镓微波芯片重要成长动能。
2014年，智能手机正式进入4G时代，平均使用7颗PA，4个射频开关器。
4G的射频通信需要用到5模13频，多模多频的砷化镓前端放大器模块及在“频”和“模”之间切换的射频开关器不可或缺。
目前，单部4G智能手机仅达到标准的通信效果，就至少需要5颗以上的砷化镓功率放大器，此外智能手机中的卫星定位功能也需要用到1颗功率放大器，4G智能手机支持的无线局域网通信（WLAN）也需要至少1颗功率放大器。
下一代5G技术，其传输速度将是现行4GLTE的100倍，目前只有砷化镓功率放大器可以实现如此快速的资料传输。
频段数量增加，推动前端射频数量增长。
射频前端与移动设备支持的频段数量成正比关系：
伴随手机支持的频段越来越多，射频前端数量也随手机支持频段数量的增加线性增加。
2015年，平均每台手机应用到的频段数量为9.15个，相对2011年的4.18个翻了一倍多。
我们预计到2020年，平均每台手机应用到频段数将达到16.44个。
同时，对应智能手机射频前端总价格在9美元左右，到2020年射频前端价值将增至16美元。
2G-3G-4G手机单机PA价值量增长迅速。
一个2G手机单机PA价值量为0.3美元；
3G手机单价价值量为1.25美元，普通4G手机单机PA价值量为2美元，而全频4G手机单价价值量高达3.25美元，手机更新换代带动PA价值量迅速增长。
图表19：
预计2020年手机频段数达到16.44个
工信部、北京欧立信信息咨询中心
在PA领域，一直存在硅基CMOSPA与砷化镓PA之争。
2013年上半年高通推出CMOS功率放大器解决方案开始打入低端智能手机供应链，但是由于硅材料物理性能限制，无法应用于高频领域。
因此，虽然硅材料较砷化镓有成本优势，但是，高端市场并不会受到影响，砷化镓材料在功率放大器市场仍有85%的市占率。
根据调查，2015年全球智能手机出货量为12.93亿部，年增长10.3%，其中来自中国地区的手机品牌合计出货量高达5.39亿部，占全球比重超过四成；
对应的2015年全球射频前端市场为116亿美元，我们按照2020年全球手机出货量20亿台计算，对应的全球射频前端市场为320亿美元。
2015年度全球手机砷化镓元件需求接近135亿颗，国内手机砷化镓元件市场需求量超过49亿颗。
未来随着4G手机渗透率不断提升，手机用砷化镓元件还将不断增长；
而随着2020年之后5G的普及，手机用砷化镓元件市场需求还将继续提升。
表格9：
全球手机GaAs元件需求测算
图表20：
全球手机GaAs元件稳定增长
表格10：
图表21：
2、国外IDM厂商抢占砷化镓半导体市场先机
砷化镓半导体的制造流程与硅相似，从上游材料、IC设计、晶圆代工到封装测试，完成砷化镓
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