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5G手机市场预测以及相关受益产业链分析

2019-05-17 15:39:30 | 来源: 科技

来源:中国手机设计大赛研究组、《通信产业报》全媒体、赛迪智库无线电管理研究所、赛迪智库电子信息研究所 壹 总述 随着5G脚步愈来愈近,截至2019年4月底,已经有包括OPPO、华为、vivo、小米、中兴、联想、三星、一加等诸多终端厂商发布了5G原型机(见表1:5G手机进程一览)。中国联通5G测试手机全部到位并已公布首批5G手机价格。可以肯定的是两年后,5G手机将成为市场的主角。 5G手机,正一触即发。本报告将围绕5G手机面临的技术挑战和设计独特性,解构5G手机的发展路径和背后产业链。 贰 5G手机的芯片 5G手机设计具有一般手机设计的通用性,但由于5G是全新的通信技术,面临新的适配问题和技术特征,以下部分将从芯片、天线、材质、摄像头、电池和其他等多方面解析5G手机设计关键及背后的产业链。 标准未定,芯片先行,只有一颗5G的芯片,才能根本定性5G手机身份。因此5G芯片是5G手机设计关键一环。 1 5G芯片的进程 芯片和终端产品都需要一年到几年不等的开发周期,如果等5G频段确定后再进行产品的研发显然难以在5G市场获得竞争优势。因此我们看到即便需要面对标准未定带来的诸多挑战,产业链各方早已积极投入5G研发(见表2:5G芯片进程一览)。 在当前阶段,已经发布或已有消息即将发布的5G基带芯片共有7款,分属于高通、海思、联发科、紫光展锐、英特尔和三星这几大产业链上核心厂商。 2 破解“捆绑式”5G芯片势在必行 虽然各家基带芯片看似蓄势待发,但行至此刻,5G标准未定还是让整个产业面临亟需破局时刻,即如何破解“捆绑式”5G芯片(见图:5G芯片时间进展)。 有分析认为,之所以目前的5G基带芯片并未完全整合,并非厂商能力不足,而是厂商考虑到5G终的标准还未完全落地,频谱的分配方案和5G牌照的相关发放工作还在梳理,运营商的组网方式也在测试过程中,这时如果完全押宝一种方案,则存在的风险无法评估。 在这种情况下,手机厂商采用捆绑式5G芯片可以理解。采用捆绑式芯片,厂商能迅速实现5G网络通信,见效快、一针见血。同时一两年内还是以4G为主,所以5G外挂4G是当下合理的选择。此外,5G手机的特点是多天线,干扰情况复杂,折中方案就是选择外挂5G芯片,同时对于成本的降低也能做到。 叁 5G手机的天线 5G天线是5G手机收发装置,因为5G天线特征,使得5G手机的天线收发设计成为5G手机的另一个主要环节。 1 5G低频天线:累加而不是替代 在5G时代,由于频段的客观现状,天线的适配正朝sub 6GHz和毫米波天线两个方向发展,天线从2G/3G/4G到5G,是纯粹的增量。5G手机中,此前4G/3G的功能都会同时存在,以前的天线也都会存在,因此对于天线而言,通信技术的升级,对于不同制式的天线是累加而不是替代。 为了提高传输速率,机构做空阿里股票亏了50多亿美元 投行强烈建议买入阿里巴巴sub-6G将采用MIMO天线并且增大MIMO天线的数量,比如8x8MIMO、16x16MIMO等。 2 5G毫米波天线:摆放更复杂 而5G毫米波天线的分布则会复杂很多,业界将采用五一小长假阿里平台上消费力爆棚:福州改造新型墨绿色公交站台 深化建设文明城市淘宝吃货吃掉40万斤泰国榴莲阵列天线,在天线制作原理以及加工工艺上与传统天线都有很大的不同。 5G毫米波由于频率高,传输距离短,只能通过阵列天线以及波束成型来增加天线的增益,以克服在空气中传输距离短的问题,因此5G天线由原来4G的全向天线变为了定向天线。 波束成形模块只提高了毫米波的传输能力,但没有解决信号受到阻碍物衰减过快的问题,目前主要有两种解决方案:一是利用数字相移器与衰减器的算法,来控制波束追踪手机用户,以维持讯号的稳定度;二是增加波束成形模块的数量,以达到通信无死角的设计方案。 毫米波天线需要新的加工工艺,可分为线阵、方阵。天线尺寸跟工作频率成反比,毫米波的频率变高,天线尺寸变小,简单的加工形式精度不够,还得借助于其他的加工形式,如高通毫米波天线模块采用的LTCC工艺。 3 产业链上下受益 天线模组厂商也受益于5G时代。 高通于2018年发布的5G毫米波天线模组(QTM525),同时支持6 GHz以下5G和LTE的全新单芯早讯丨 亚马逊云计算推出区块链服务 ;苹果市值重回万亿,反超微软片14纳米射频收发器,以及6GHz以下射频前端模组,提供面向全部主要频谱频段的新一代从调制解调器到天线的完整解决方案。 经过多年的投入,天线隐形厂商硕贝德也在5G射频前端模组方面实现产品突破,已实现了从24GHz到43GHz全频段覆盖的技术突破。此外,国内外厂商立讯精密和Murata等厂商不断加入战局抢占份额,也将引起市场的多重变化。此外,在天线设备对应的射频芯片方面,巨头Qorvo、Skyworks将继续领跑。(见图:手机天线产业链市场占有率)。

不过需要注意的是,上述提及的天线供应商提供的并不是一体化的完整解决方案,手机厂商往往需要根据自身处理器类型等特点,进行手机构造设计和性能适配。而这项软硬件的设计研发工作比4G时代要复杂得多,对智能手机厂商的研设计和量产都提出了新挑战。 肆 5G手机的材料 散热和电磁屏蔽是手机设计的基础性环节,5G手机以其更高的运算动力和高频多模特性,导致散热和电磁屏蔽面临新的挑战。 1 散热技术、材料需升级 因为智能手机设计对轻薄的过度追求,内部空间其实非常狭小,本身散热难度已经较高。而5G手机使用时,高功耗芯片也必然会带来大的发热量,在不能从芯片层面解决问题的现状下,只能寄望于散热材料。 目前智能手机上采用的散热技术主要包括石墨稀热辐射贴片散热、金属背板散热、导热凝胶散热以及导热铜管散热。 从以上四种散热技术特点以及智能手机整体设计趋势来看,适用于5G手机的散热方案将向着超薄、高效的方向发展。如此来看,石墨烯热辐射材料以及陶瓷等新品类导热材料更符合5G手机的散热需求(见表3:5G手机新型材料一览),不过仍须有进一步的技术升级。 另外,全新的高性能导热材料也是发展方向之一。以小米等手机厂商为例,开始将陶瓷材料进行部分实验性应用。 供应链层面,有Laied、Choemerics、Bergquist、Graf Tech、碳元科技、中石科技、飞荣达等国内外企业。随着国内供应链厂商技术不断升级,5G手机时代有望长期绑定国内手机厂商。 2 电磁屏蔽,材料升级是重点 5G时代由于高频、高速的通信需求,对智能手机内部的电磁屏蔽也有了新的要求。 同时,由于5G增加多个新频段,并与3G、4G的频段相兼容,在电磁方面的串扰也会比较严重;毫米波级别的传播也对电磁屏蔽要求更高。因此,需要在电磁屏蔽材料方面进行大幅升级。 供应链层面,电磁屏蔽目前已经有着较为稳定的市场格局,材料主要由Laied、3M、Nolato等国外知名厂商垄断。不过,在巨大市场需求的推动下,我国长盈精、中石科技、飞荣达等不断自主研发,已经逐渐具备生产中高端电磁屏蔽材料和器件方面的能力。(见表4:电磁屏蔽材料、技术方向)。 分析指出,目前广泛应用的电磁屏蔽器件主要包括导电塑料器件、导电硅胶、金属屏蔽器件、导电布衬垫、吸波器件等,而屏蔽材料主要是金属类和填充类。随着5G手机的到来,电磁屏蔽材料将向屏蔽效能更高、屏蔽频率更宽、综合性能更优良的方向升级,新材料将在电磁屏蔽的创新应用中得到更多发展。诸如压合覆盖膜、电磁屏蔽膜,将成为解决电磁屏蔽问题的重要可选方案。 也有分析认为,可以将板级屏蔽罩与散热产品加以融合,或将结构金属屏蔽和各种吸波材料相结合,抑或组合不同种类的泡棉织物,利用一款集成解决方案,在设计和性能层面解决产业升级带来的电磁屏蔽难题。 伍 5G手机的电池 高功耗是目前5G手机设计中难以避免的困窘,如此一来,电池续航方面的问题就会更加凸显。 1 料突破瓶颈难除 锂电池早于1991年商用,之后成为电子设备的标配。从功能手机时代到智能手机时代,锂电池的地位一直稳固,而5G手机时代将近,锂电池或仍担重任。 不过,新材料、新技术仍然是手机电池产业的重要探索方向。 以石墨烯材料为例,有着高导多品种、小批量生产才是王道,究竟应该如何做?电性、高导热性、高比表面积、高强度和刚度等诸多优良特性,在储能、光电器件、化学催化等诸多领域已经获得了广泛的应用,也是目前高性能电池突破的关键性材料。 目前,中日韩美均有众多企业选择在石墨烯电池上进行技术攻关(见表7:石墨烯电池主要厂商一览),也印证了石墨烯电池将是未来电池产业上的制高点。无论是哪家成功将石墨烯材质电池投入量产并且封锁相关专利,这都会给产业链上下游造成相关的专利壁垒,同时会给企业营收和全球地位提升带来巨大的帮助。 但是,也有业内人士指出,石墨烯表面特性受化学状态影响巨大,批次稳定性、循环寿命等问题也比较突出。目前,因为量产和成本问题,石墨烯电池无法在短期内彻底取代锂电池,所以也只能从技术上对锂电池进行补充完善。 六 5G手机的发展 基于上述设计要点的分析,我们对于5G手机的变革创新、市场规模、价格走势、渠道和格局做出基本的判断。 1 5G手机设计在变革中创新 毫无疑问,5G手机正在带来手机的全新变革,改变手机设计的诸多模式。 在芯片方面,捆绑式5G芯片仅是权宜之计,未来基带芯片集成到SoC上还是大趋势;配套的天线环节,5G手机天线个数面临增加而不是替代,毫米波天线摆放则更复杂,需要考虑功耗和纤薄化问题;而5G手机主流散热技术则需升级,电磁屏蔽新材料需开发;此外,5G时代更多考虑摄像,而且是超高清视频;在5G手机电池这一环节,材料瓶颈难除,快充技术将补材料短板;需要指出的是,5G融合AI将成为今后重要的趋势。 随着5G手机设计的创新,也将催生新的产业链和配套格局。5G芯片、天线、摄像头、AI、电池等关键环节,正准备就绪,变局正来。 2 5G手机市场规模 根据预测,到2025年,5G相关的产品和服务的市场规模将达到15万亿美元。中国拥有5G基站数650万,用户数3亿个,用户覆盖率达58%。 而5G换机高峰期将出现在2020-2023年,届时手机出货量将恢复增长。预计国内5G用户渗透率将从10%提升到60%左右,5G换机潮将带动国内智能手机出货量恢复增长(见图:中国5G手机出货量预测)。 Gartner指出,到了2020年,5G手机的年销量将会达到6500万部,届时产业链渗透率将突破100%,5G将成为通信市场的主导技术环节(见表9:5G手机市场发展预测)。 据Counterpoint数据,国产手机四大品牌华为、小米、OPPO以及vivo皆位居世界前六,其在国内共占据约八成市场份额,而在世界范围内市占率为37%,目前国产手机成为国内乃至全球的重要主导力量。因此多维度综合看来,在4G到5G的升级迭代上,中国厂商将成5G手机主要玩家。 3 5G手机价格走势预测 首批5G手机将于2019年6月发布,价格将超过10000元,首批发布5G手机的品牌将有9家,分别是华为、OPPO、vivo、小米、一加、中兴、努比亚、联想和三星。 随着用户补贴等措施的推进,2020年初价格将回落至5000~6000元。到2020年9月,苹果将发布5G手机加入战局,国内5G手机价格继续回落至2000元上下(见图:5G手机价格走势预测)。 千元5G手机将是5G普及的重要标志,按照4G全球炭黑价格上调 未来价格中枢有望保持高位时代的手机价格节奏,预计2022年5G千元手机将在市场中出现,而2023-2024年,5G手机的红利周期基本殆尽,市场中1000元以下的5G手机将普遍存在。

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