2016年对于半导体产业来说无疑是颇不平静的一年，行业不但延续了2015年火热的并购整合潮，甚至连曾经的业内标杆ARM和NXP都选择了被收购，让业内人士震撼又感慨。巨头豪掷百亿美金去合纵连横，目的无非是瞄准未来的技术趋势进行战略布局，而5G的部署无疑将是未来数年内科技领域最重要的事件。据有关市场机构预测，5G网络到2025年会产生2500亿美元的年营收，并强力拉动上游产业，这势必会给在近年来动荡不安的半导体行业带来全新的机遇和挑战。
什么是5G?
从上世纪80年代至今，每一代移动通信标准都有着其标志性的能力指标和核心关键技术。1G 只能提供模拟语音业务； 2G的GSM网络主要采用时分多址（ TDMA），可提供数字语音和低速数据业务；3G 以CDMA为技术特征，用户峰值速率达到 2Mbps 至数十Mbps， 可以支持多媒体数据业务； 4G LTE网络用户峰值速率可达 100Mbps以上，能够支持各种移动宽带数据业务。
相比前四代通讯技术，5G网络的变革将更加全面，关键能力也将更加丰富。与前几代移动通信网络主要依靠某单一技术驱动的演进不同，5G通讯技术更多地是由应用市场驱动，依赖的是一整套不同的技术，如新型多址技术，大规模天线阵列，超密集组网，全频谱介入等。在进一步提高通讯传输速度的同时，更加强调连续广域覆盖、热点高容量、低时延高可靠和低功耗大连接等场景下的技术需求，为进一步升级的移动互联网市场，和新兴的物联网、智能汽车、智能制造、虚拟现实等市场提供多元化的技术方案。目前国际主流的行业组织、运营商、设备厂商和芯片厂商都在积极投入5G标准的制定，预计到2020年前后，5G网络将实现商用。
5G推进时间表
通讯芯片换代或将颠覆现有秩序
目前包括美、日、韩及大陆运营商纷纷将5G技术商用化时间点押宝在2020年，甚至有部分激进的运营商喊出2018年便可以抢先试行5G相关应用。5G网络的商用必然将催生移动通信芯片升级换代的海量市场，同时也将带来通讯芯片市场版图的巨大变化。回顾历史，每一代通讯标准的升级都伴随着通讯芯片厂商的起起落落，如3G网络直接带来了高通的崛起，同时也伴随着摩托罗拉通讯芯片业务（后拆分为Freescale）的衰落；4G时代，高通、联发科、海思、展讯等茁壮成长，而曾经被视为强强联合的LTE芯片厂商意法-爱立信（由意法、恩智浦、爱立信合资成立）却黯然解散，此外日本NEC、瑞萨也相继关停或出售了其4G芯片业务。面对5G芯片的巨大市场，主流的通讯芯片厂商如高通、三星、华为、联发科等都在进行战略布局，在4G大战中铩羽而归的Intel也对5G市场虎视眈眈。按照半导体产业赢家通吃的惯常逻辑，一番激烈竞争之后5G时代还是会诞生一家领跑厂商；至于最终花落谁家，还是让我们拭目以待吧。
低功耗广覆盖促进IoT落地
除了原有通讯芯片市场之外，5G的到来无疑将帮助许多新市场取得突破。其中受益最大的无疑就是物联网市场。
万物互联的物联网毫无疑问是未来发展的必然趋势。然而，各种物联网应用的设想虽然看起来很美，实际落地时却总会遇上各种各样的困难。其中一个重要的原因在于没有合适的网络连接方式。与手机和PC通讯都不同，大量物联网设备更需要低成本、低功耗、广覆盖的网络连接，若采用现有的运营商蜂窝网络就会遇到种种问题，如信号覆盖不够、电池更换频繁、流量及维护成本过高等问题。5G标准专门覆盖了这一技术空白，如3GPP今年正式发布的NB-IoT标准，一经推出即得到产业界的积极响应。据GSMA预测显示，NB-IoT在2020年将达到30亿的连接;研究机构Machina亦预测，NB-IoT未来将覆盖25%的物联网连接。
物联网设备按所需传输速率的分布
物联网中低速率、低功耗的终端将占据联网终端设备的60%，涉及到智能表计、智慧城市、物流跟踪等众多市场，潜力巨大。随着网络连接这一瓶颈的解除，众多新兴的应用场景，如智能水、电、燃气等计量表、市政管网监测节点、智能路灯、垃圾站点监测、农业灌溉监测、气象/水文数据采集、物流跟踪等市场必将迎来爆发，从而带动相关MEMS传感器芯片、MCU芯片以及通讯芯片本身的出货增长。
汽车自动化真正拉开大幕
一个月前，高通宣布以470美元收购恩智浦，创下了半导体业界最大的并购记录，也让我们感受到了半导体巨头对汽车电子志在必得的决心。
从传统汽车到互联网汽车再到无人车的演变大致遵循着两条路径。其一可称为由内而外的自主式路线，即通过先进的车载传感和控制系统，实现汽车对环境的自主判断和对车身的自主控制；其二可称为协同式路线，通过车联网，实现车与车、车与环境的实时交互（V2X），如通过车联网获知红绿灯信息、路况信息等，进而做出控制决策。两条路径会相互融合，最终实现真正的自动驾驶。
无论哪种方式，都需要5G快速普及商用之后才能真正实现。百度方面的数据表明，在未来的无人驾驶过程之中，单车每小时所产生的数据高达100GB。更重要的是，目前4G网络端到端延时在60ms以上，这对于高速行驶的汽车而言是非常危险的。5G网络有望解决这个问题。首先5G网络的负载能力会远远强于4G，网络的拥堵状况也会大大减轻；更重要的是5G技术会为自动汽车这类高优先级用户特别考虑，保证汽车控制信号能够一直以足够快的响应速度来传输。只有在高速率（可达10G峰值速率）、低延时（1ms）、大容量（相当于目前的1000倍容量）的5G网络部署之后，自动驾驶才能真正走入现实。届时，汽车将真正成为半导体行业最大的增长引擎。
加速“虚拟现实”走向现实
尽管业界声称2016年是“VR元年”，但从现实情况看，虚拟现实在短时间内大规模进入消费电子市场仍困难重重，其中数据传输是绕不过的障碍。
据美国有线实验室预计，消费者可能需要高达每秒150-200兆的网速来适应虚拟现实（VR）内容的互联网通讯。而多人体验可能需要更高的要求，网络需要达到千兆速度。目前高质量的基于PC端的VR产品由多是依赖HDMI线缆传输数据，然而线缆的存在不可避免将影响产品使用体验，尤其对于沉浸在虚拟环境中的使用者来说，线缆还有可能带来拉扯设备、绊倒等危险，因此无线化是VR产品的必然趋势。虽说目前802.11ac Wi-Fi通信技术在良好无干扰的环境下传输速度约可达300Mbps，但此为理想状态速度，尚未考虑频段拥挤和信号干扰等问题，况且若VR内容分辨率和刷新率再提升一些，802.11ac的带宽便会不足。尽管业界也推出了新的视频串流技术、数据压缩传输技术等，但这些技术仅仅只是在现有技术基础上的修修补补，而并非能够从根本上解决VR数据无线传输这一关键问题的基石。因此5G相关技术（如60Ghz Wi-Fi）才是虚拟现实真正走向现实的重要基础。目前在这一领域已经有不少厂商投入，除传统巨头如高通、Intel外，还有SiBEAM、Nitero等中小厂商。
虚拟现实是图像处理芯片和传感器特别是运动传感器芯片厂商的一大契机。对硬件厂商而言，VR装置最重要的参数就是显示器分辨率和刷新率，分辨率决定影像画面的细节度，而刷新率则决定用户在使用VR装置时的舒适程度。目前大多数虚拟现实头盔芯片都是以移动设备或PC芯片为基础开发的，并非最佳的芯片解决方案。由于VR需要让用户拥有不同视角的仿真感受，在图像运算和处理上要求极高。对于使用者而言，从转动头部开始算起，直至图形计算完成，传回头戴式显示器的屏幕中，此时间延迟需低于20ms，才有可能避免VR最大的眩晕难题，这对于感知、计算和传输的速度都提出了很高要求，需要专门优化的VR芯片支持。未来随着虚拟现实设备出货量的增加，VR专用芯片将必然出现，并成为GPU、高速无线通讯芯片、和传感器厂商的新动力。
化合物半导体崛起良机
5G 提出要覆盖毫米波频段，将可用通信频率提升至 6GHz-300GHz 区间。这些技术场景对射频器件的性能，比如功率、线性度、 工作频率、效率、可靠性等提出了极高的要求。以功率放大器（PA）为例， PA 功率附加效率（PAE） 最低要求 60%，目前 skyworks 的 GaAs PA 可以做到 78%，而最好的硅基 CMOS 产品仅能做到 57%。虽然高通也推出了基于CMOS工艺的射频前端芯片，但由于击穿电压低、衬底绝缘性差、高频损耗大等先天缺陷，实际上在线性度、功率、效率、可靠性等多个方面都无法满足要求。由于 5G 通信全频带通信的特性，5G 手机中射频前端芯片数量将进一步增加，带动以GaAs为代表的化合物半导体产业链发展。
GaN未来市场预测（Yole）
而在基站端，由于对高功率的需求，GaN 因其在耐高温、优异的高频性能以及低导通损耗、高电流密度的物理特性，是目前最有希望的下一代通信基站PA芯片材料。5G采用高频频谱虽然能提供更高的数据传输速率，但这一频段的电磁波传输距离很短，且容易被障碍物阻挡。这意味着，移动运营商可能需要建设数百万个小型基站，将其部署至每根电线杆、每栋大楼，每户房屋，甚至每个房间，也就意味着基于GaN的 PA芯片需求将出现飞跃增长。根据市场调查机构 Yole 的估计，GaN 功率器件需求有望在今后5年内爆发，CARG 可达 90%以上。2015 年 9 月，英飞凌已经开发出了用于 5G 无线通信基站的 GaN 功率晶体管，其它半导体厂商也在积极跟进。除此之外，锗硅、碳化硅等器件也将在5G时代赢得一席之地。
封装技术愈加重要
5G时代的射频芯片将大量采用高频的毫米波段。相比现在的射频芯片，毫米波芯片的封装要复杂得多，封装过程中的连线、垫盘和通孔等结构必须小心设计，避免妨碍到芯片上的射频功能。
另外，从2G、3G到5G时代，智能手机芯片采用的工艺技术也越来越多样化。例如，对于手机PA来说目前最好的工艺是GaAs，而开关最好的技术是SOI，滤波器则采用压电材料。材料的不同使得这些器件很难通过片上系统（SOC）的方式实现集成化，而系统性封装（SiP）恰好能满足这么多要求。对于集成化的射频前端，先进封装将是必不可少的技术。SiP封装需要的凸块（Bump）、硅通孔（TSV）、晶圆键合（Wafer-Bonding）等工艺将带动上游设备、材料厂商的进一步发展，并使得封装厂和代工厂在半导体中端（Middle-End）这一新领域同时展开合作与竞争。
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