近期市場開始討論5G議題，我們也在去年底舉辦的「2018年5G&IOT產業趨勢講座」中，提到5G時代來臨的三大關鍵技術：毫米波(mmWave)、大規模陣列天線技術(Massive MIMO)、小型基地台(Small Cell)。 關於5G三大關鍵技術，我們已經在講座上詳細介紹，並透過電子報持續為讀者們追蹤5G市場的最新發展，這邊將過去討論過的內容整理成文章，免費提供給各位讀者參考。 本文為「定錨產業週報(基本版) 2018/3/3、2018/3/10、2018/4/14、2018/5/20號」的內容節錄及補充資料，若對相關供應鏈的營運概況有興趣，歡迎以每日3元的價格訂閱「定錨產業週報(基本版)」，或以每日10元的價格訂閱「定錨產業週報(加值版)」，獲得更詳細的資訊。 首先，各位讀者必須瞭解，無線通訊傳輸的媒介為電磁波，且通訊兩端必須使用相同頻率的電磁波才能傳遞訊息，否則會相互干擾；而所謂「頻寬」，就是無線通訊傳輸的胃納量，將決定有多少裝置可以同時連線。 因為通訊兩端要使用相同頻率的電磁波才能傳遞訊息，就像是在寬闊的平地上放置火車軌道，平地的寬度就是「頻寬」，火車軌道為「頻譜」，火車就是訊息。一般我們在新聞上看到電信三雄搶標頻譜，指的就是NCC在平地上開放幾條軌道，電信三雄必須去搶標軌道，才能協助客戶傳輸訊息。 在過去4G時代，我們使用的頻譜大致落在700MHz~2.6GHz之間，但隨著連網裝置數量快速成長，頻寬漸漸不敷使用。為了提高頻譜使用率，也就是讓同一條軌道通行更多火車，產業界也研發出各種多工技術，包括分時多工接取(TDMA)、分頻多工接取(FDMA)、分碼多工接取(CDMA)......等，解決網路塞車的問題。 但在5G時代，因採用毫米波技術，將具有「大頻寬」、「低延遲」、「高傳輸速率」三大特性(詳見【圖一】)。「大頻寬」，亦即能同時容納更多連網裝置，有助推動物聯網及智慧城市等未來趨勢；「低延遲」，亦即資訊傳輸的反應時間極短，有助實現自駕車，減少道路行車風險；「高傳輸速率」，則有助推動大數據及AI雲端運算，以及雲端影音產業發展。 【圖一】5G三大特性及終端應用場景 以目前3GPP對於5G頻譜的規劃，未來5G可分為低頻(<1GHz)、中頻(1~6GHz)、高頻(28~39GHz)三個頻段，可想而知，未來5G手機Modem晶片，必須整合4G、5G Sub-6GHz、毫米波頻段，並容許手機在4G、5G模式之間切換，確保最佳通訊品質。 以Qualcomm跨時代的新晶片Snapdragon 855為例，定錨研究團隊認為，該晶片應會整合Snapdragon X24、Snapdragon X50兩款Modem晶片，其中Snapdragon X24屬4G LTE Cat.20，支援7CA(載波聚合)，以及在最多5CA上支援4x4 MIMO，傳輸速率高達2Gbps，主要使用頻段為2.5~4.9GHz；而Snapdragon X50為真正意義上的5G Modem，支援28~36GHz毫米波頻段，傳輸速率高達2.3Gbps。 從以上資訊也可得知，外傳5G傳輸速率是4G的5~10倍，這個說法並不完全正確，因為在可預見的未來，4G並沒有被淘汰，而且傳輸速率也持續在進步。 至於5G手機何時會開始普及？根據Strategy Analystic預估，2019年5G手機出貨量達200萬支，並在未來幾年快速成長，2025年將達15億支，在智慧型手機市場滲透率達83%(詳見【圖二】)。 【圖二】5G手機出貨量預估 但毫米波的問題是，受限物理特性，波長短、傳輸損耗高、穿透性差，因此覆蓋率較低，因此產業界開發出大規模陣列天線技術與小型基地台，強化毫米波的能量與指向性，並提高5G網路的覆蓋率。 大規模陣列天線技術，亦即使用更多天線來提高訊號強度，所以未來基地台或終端裝置無線通訊模組，都會搭載更多天線，連帶提高RF元件的使用量，包括PA、LNA、交換器、天線、濾波器/雙工器......等。以4x4 MIMO無線通訊模組為例，使用的RF元件數量是單一模組的16倍，且體積不能增加太多，故單顆元件必須做得更小，墊高了廠商的進入門檻。 根據Yole Developpement預估，2016年5G射頻元件市場規模約101.2億美元，在2022年將成長至227.8億美元，CAGR=14.5%，其中以交換器、濾波器、天線成長動能較強(詳見【圖三】)。 【圖三】5G射頻元件市場規模預估 而PA元件，則因廠商開始導入MMPA(Multi-mode Multi-band Power Amplifiers)技術，將多顆PA的功能整合在一顆 PA 上，大幅減少PA的使用量。以iPhone 8為例，分為Qualcomm、Intel兩個版本，其中Qualcomm版本搭載2顆PAMiD(中高頻段1顆、低頻段1顆)，1顆GSM PA。預期未來5G手機，將搭載5顆PAMiD，以及1顆GSM PAMiD。此外，因應5G基地台對於功率的要求大幅提高，PA材料將從砷化鎵轉為氮化鎵，帶動單顆PA價值提升，而非出貨量的成長。 要注意的是，大規模陣列天線技術不僅止用於5G，近期產業界也積極導入Wi-Fi領域，故IEEE下一世代標準802.11ax，與5G之間的競合，其實也非常值得期待。 而小型基地台的應用，則是因為目前毫米波基地台的傳輸距離只有約100公尺，與其說是基地台，反而比較像是Wi-Fi熱點，因此未來電信業者將大量鋪設小型基地台，提高5G網路覆蓋率。 對於微波/毫米波元件廠商來說，小型基地台的應用將是非常龐大的商機。過去微波元件只會用在基地台回傳核心網路系統(Back-haul)，但在5G時代，基地台與小型基地台之間的聯繫，甚至小型基地台與終端裝置之間的聯繫(Front-haul)，也須透過微波/毫米波，因此市場對於微波/毫米波元件需求將爆發性成長。 因此，定錨研究團隊認為，電信業者大量鋪設小型基地台，最大受惠者並不是網通模組系統廠商，而是微波、毫米波元件廠商。 總結以上，定錨研究團隊維持先前在講座上與各位分享的內容，認為昇達科、啟碁、立積，將是網通產業5G及802.11ax時代來臨的趨勢下，最有可能受惠的三家射頻元件公司，同時我們也看好PA族群，包括全新、穩懋......等公司，受惠5G時代及VCSEL消費端應用帶來的成長性。 但根據3GPP技術規劃及各國政府電信釋照的進度，電信營運商最快要在2020年才會開始進行大規模商用化，然目前市場上5G概念股評價普遍偏高，已提前反映未來利多，投資人務必留意評價風險。

昨日三星(Samsung)發表2020年度新款旗艦機Galaxy S20系列，定錨為大家整理三款旗艦機的規格(詳見【表一】)。 【表一】Galaxy S20系列規格整理 螢幕規格，全面導入OLED面板，並採用120Hz高刷新率，雖然Galaxy S20系列沒有採用台系業者的顯示驅動IC，但也驗證我們在「TDDI跌價壓力重？高刷新率產品為關鍵」的觀點，2020年手機螢幕規格提升的重點在於高刷新率，聯詠推出的120Hz TDDI，勢必會較敦泰推出的90Hz TDDI，在中高階手機擁有更好的機會。 處理器規格，不意外，再度採用高通(Qualcomm) Snapdragon 865、Samsung Exynos 990雙軌並行的策略。值得留意的是，這兩款晶片都是AP、Modom獨立的設計型態，而非整合AP、Modem的SoC型態。有別於聯發科天璣1000採用AP、Modom整合的SoC型態，這兩款晶片都需要外掛一顆獨立的Modom晶片，分別是Snapdragon X55、Exynox Modem 5123。 定錨推測，採用獨立晶片型態的主因，可能是在手機支援Sub-6GHz或毫米波的選擇上，有更彈性的空間。而聯發科天璣1000，是一款僅支援Sub-6GHz的晶片，沒有支援毫米波的問題，所以設計成SoC型態，可以縮小晶片尺寸，並達到更好的效能表現。 記憶體規格，RAM容量從Galaxy S10系列配置的6~8GB，在Galaxy S20 5G版本全面升級至12~16GB，但ROM容量維持相同規格，符合我們在「Micron看旺2020年記憶體產業」提出的觀點 ── 5G手機配置的記憶體容量提升，將帶動Mobile DRAM需求強勁成長。目前我們仍看好記憶體在2020上半年持續漲價，但相關族群近期股價漲幅較大，要再找低基期個股切入的難度可能比較高。 後鏡頭規格，不僅畫素持續升級，在高階版本也開始支援ToF感測，每套模組成本約25美元，台系供應鏈包括砷化鎵磊晶片供應商全新，以及晶圓代工廠穩懋、宏捷科，都有機會接到訂單。 指紋辨識，出乎意料地，全面採用超聲波指紋辨識(Ultrasonic FoD)，而非最低配版改採神盾超薄型光學指紋辨識(Ultar-slim Optical FoD)，原因有可能是因為超聲波指紋辨識的成本結構與超薄型光學指紋辨識價差不大，或是神盾的方案讓Samsung不夠滿意，這將使我們原本預估的指紋辨識產業結構發生重大改變。 首先，我們對於2020年超薄型光學指紋辨識的滲透率預測，將大幅下修(詳見【圖一】)，出貨量從8,000~9,000萬顆，下修至6,000~7,000萬顆，主要以匯頂的方案搭載於陸系旗艦機上。 其次，我們認為2020年基本型光學指紋辨識晶片的價格，將面臨更大的壓力，因聯詠已宣布將在2020Q2量產；而神盾在超薄型光學指紋辨識訂單受挫，2020年產品結構仍以基本型光學指紋辨識為主，但平均銷售單價將大幅下滑(詳見【圖二】)，衝擊營收、毛利率表現，尤其在基期較高的下半年會更明顯。 【圖一】2020年指紋辨識市場結構 【圖二】一般型光學指紋辨識晶片平均銷售單價 機殼及機構件，原先市場認為5G手機在支援毫米波的情況下，機殼及機構件設計趨於複雜，將帶動單價提升，但比對Galaxy S10+及Galaxy S20系列，機殼單價僅小幅提升5~10%，顯示這項觀點可能有誤。 毫米波AiP天線模組，每支手機包含三組，單價約10美元，應是採用Qualcomm的解決方案，交由日月光/環旭代工，除韓系PCB業者外，景碩也可望切入高層數BT載板供應鏈。 【表二】Galaxy S20系列BOM Cost

報載Qualcomm雖有意將7nm轉單台積電，但7nm光罩遲未定案，腳步有放緩跡象，意味著7nm訂單有可能出現了變數 (新聞連結)。 Qualcomm近年幾代高階晶片，包括Snapdragon 820、835、845，分別採用Samsung 14nm FinFET LPP (Low-Power Plus)、10nm FinFET LPE (Low-Power Early)、10nm FinFET LPP製程，但先前傳出，因台積電7nm製程大幅領先Samsung，Qualcomm有意將下一代新產品Snapdragon 855轉向台積電投片。 但去年底，Qualcomm表示台積電與Samsung都是非常好的合作夥伴，但2018年會採用哪家的製程，必須考慮技術節點、效能、產能和成本……等因素，目前言之過早。這段話給外界留下了不少想像空間。 而台積電在上週舉行2017Q4法說會，指出2018年行動運算晶片出貨量將下滑，但因半導體價值提升，故營收相較去年持平。法人認為，Apple早已確定將2018年A12晶片下單台積電，若台積電有爭取到Qualcomm訂單，則行動運算晶片營收不可能只有持平，推測Qualcomm 7nm可能出現變數。 定錨研究團隊認為，投資人可以從三個面向，去思考這件事情： 1. Smart Phone旗艦機晶片訂單版圖 Samsung能爭取到Qualcomm訂單，除了提供非常優惠的報價以外，或許也拿Galaxy S、Note系列旗艦機AP訂單作為交換籌碼。若Qualcomm 7nm轉單台積電，則Samsung Galaxy S、Note系列旗艦機，有可能捨棄Qualcomm晶片，改用自家Exynos晶片。 而放眼全球Smart Phone品牌，Apple向來採用自製AP晶片，且近期與Qualcomm關係緊張，有意將BP晶片轉單Intel；華為旗艦機也是採用旗下子公司海思設計的Kirin系列晶片；Samsung在Galaxy S、Note系列旗艦機，則是一半採用自家Exynos晶片、一半採用Qualcomm晶片；真正穩固且訂單量大的客戶，只有Oppo、Vivo、小米，這也是Qualcomm要和Oppo、Vivo、小米簽訂採購合作意向書的主要原因。 因此，Qualcomm 7nm花落誰家，恐怕也要考量Smart Phone旗艦機的訂單版圖，以及與Samsung之間的利益交換。 2. Samsung量產時程與良率 目前預期Samsung將在2018Q3量產7nm FinFET，落後台積電約一季，且Samsung會在量產初期就直接導入EUV機台，與台積電先以多重曝光製程，2019年再導入EUV的技術藍圖不同。 然而，有別於過去曝光製程採用透鏡折射的方式，EUV因波長較短，必須採用面鏡反射來進行設計，難度大幅提升。台積電不在量產初期導入EUV，必然考量過採用多重曝光與EUV之間良率的差異性，且台積電在2017Q4法說會指出，7nm量產將對毛利率造成2~3%負面影響，意味著7nm初期良率並不理想。 因此，Samsung 7nm FinFET是否能如期量產？量產良率如何？都存在很大的疑慮，也必然會是Qualcomm的考量重點。 3. 其他客戶的訂單？ 目前在台積電投片的手機晶片客戶，除了Qualcomm之外，還有Apple、華為、聯發科。然近期iPhone X銷售續航力不如預期，中國手機市場需求也持續低迷，華為、Oppo、Vivo、小米陸續下修出貨量展望，勢必影響到手機晶片客戶的投片量。 儘管Snapdragon 855轉向台積電投片，但如果其他客戶因終端需求疲軟，減少下單，整體投片量還是會有所下滑。 定錨觀點 定錨研究團隊認為，儘管Samsung掌握旗艦機晶片採購權作為籌碼，但中國品牌崛起，Samsung的影響力逐漸降低，且Qualcomm已和Oppo、Vivo、小米簽訂採購合作意向書，穩固訂單來源，Samsung的籌碼越來越不值錢。 而台積電在7nm量產時程、良率、產能規模上，應較Samsung更有優勢，且後續導入EUV後，功耗、效能及尺寸都還會再提升，對於5nm、3nm的技術藍圖也比同業更清晰，應能在7nm取得非常高的市佔率，包括Qualcomm訂單。 但如果後續訂單分配生變，則目前市場預期台積電在2018年營收YoY +10~15% (以美元計價)，有可能會面臨下修，投資人應持續追蹤這項議題。

近年台積電持續推動供應鏈在地化，在烏俄戰爭後，全球半導體產業一度面臨氖氣短缺的問題，導致氖氣價格大幅飆升，更加突顯供應鏈在地化的重要性。綜觀晶圓製造成本結構，矽晶圓佔比約30~35%、光罩佔比約10~15%，化學藥劑、特殊氣體......等佔比約5~10%。儘管化學藥劑、特殊氣體成本佔比不高，卻是攸關製程良率的重要一環，2019年4月台積電南科14B廠就爆發出光阻劑材料汙染事件，導致10萬片晶圓報廢，損失高達5.5億美元。 半導體特殊氣體主要分為四個等級，難度由高到低分別為第一級「合成」、第二級「純化」、第三級「混氣與轉充填」，以及第四級「微量分析、特殊部件設計組裝」，越前段的製程享有越高的毛利率。 而在半導體製程的不同階段，會分別需要使用不同的化學藥劑或特殊氣體(詳見【圖一】)，目前台積電所使用的化學藥劑、特殊氣體，主要是由海外廠商供應，例如特殊氣體供應商普萊克斯(Praxair)、林德(Linde)、大陽日酸(Taiyo Nippon Sanso)、液空(Air Liquide)，光阻劑供應商JSR、信越(Shin Etsu)、杜邦(DuPont)，研磨液供應商Fujimi。 【圖一】半導體製程特殊氣體及化學藥劑 1. 爐管鍍膜、化學氣象沉積(CVD)製程： 主要目的是要讓矽晶圓上附著二氧化矽(SiO2)、(氮化矽)Si3N4薄膜，需要使用一氧化二氮(N2O)、矽甲烷(SiH4)；如果是先進製程，對薄膜的緻密度、平滑性、摻雜兼容性......等要求更高，會需要使用矽乙烷((Si2H6)，產品單價是矽甲烷的100倍；而未來更尖端的製程，有可能會需要使用矽丙烷(Si3H8)，產品單價是矽乙烷的5倍。 在薄膜沉積製程完工後，仍會有一些氣體殘留在設備中，此時需要F2、N2進行清潔，確保設備潔淨度符合標準。 2. 深紫外光(DUV)微影製程： 先在鍍上薄膜的矽晶圓表面，塗佈一層光阻劑，再用準分子雷射將光罩畫好的電路圖轉印到矽晶圓表面，最後用顯影劑將不必要的光阻層去除。由於不同製程節點，將使用不同波長的深紫外光，也會連帶影響到準分子雷射氣體的材質，主要分為氟化氬(ArF)、氟化氪(KrF)兩種。 在製程持續期間內，氟化氬、氟化氪氣體將持續耗損，而氖氣也因暴露在大量離子中而摻入雜質，導致純度降低，每隔一段時間就需要更換。氖氣依照純度區分，可分為粗氖、純氖、電子級氖、電子級氖混氣(Ne Mix)，在烏俄戰爭前，烏克蘭佔全球電子級氖氣供給約70%。 在烏俄戰爭後，全球電子級氖混氣價格大漲數十倍，主因氖氣佔半導體製造的成本比例很低，比起停產的損失，廠商更願意高價收購，以維持產線運作。儘管部份設備業者曾提出減少氖氣用量30%的解決方案，但將會導致設備腔體加速耗損，考量設備折舊成本昂貴，這個方案只能作為暫時性替代，無法成為主流。 然而，近期受到成熟製程晶圓代工產能利用率下滑、記憶體減產、廠商囤貨告一段落......等因素影響，電子級氖混氣價格已大幅回落，短期內恐難以回到年初高點。 3. 蝕刻製程： 根據微影製程所繪製的電路圖，用六氟丁二烯(C4F6)、四氟化矽(SiF4)......等氣體，將先前附著在矽晶圓表面二氧化矽、氮化矽薄膜去除。 雖然上述製程所使用到的化學藥劑、特殊氣體，多數是由海外廠商供應，但商業模式通常是由海外母公司負責第一級、第二級前段製程，再由在台獨資或合資子公司負責第三級、第四級後段製程，或是透過代理商銷售，故相關合資廠商、代理商皆受惠於台積電對半導體級化學藥劑、特殊氣體的需求；此外，許多本土供應鏈，也積極發展半導體級化學藥劑、特殊氣體，受惠於台積電推動供應鏈本土化，供貨比重逐漸提升，也持續朝高技術門檻、高附加價值的產品發展，更值得持續追蹤。