毫米波芯片将是未来6G市场发展的突破口

传统的毫米波单片集成电路主要采用化合物半导体工艺，如砷化镓（Gaas）、磷化镓（INP）等。以Gaas为代表的化合物半导体设备在高频、高速、高带宽和微波毫米波集成电路方面具有明显的优势。第二代半导体Gaas和INP生产的毫米波5GPA优于硅基CMOS生产的产品，可集成到移动设备和5G小电池的射频模块中。

近日，华为首款毫米波人工智能超感器正式亮相。据说苹果自主研发的毫米波射频RF芯片已经完成设计，代号为Turaco。7日，联发科与电信龙头中国电信宣布合作，携手联发科新竹研发总部，打造5G毫米波芯片测试环境。

毫米波具有传输速率高、工作带宽大、待用空间广的三大优点，能更好地满足AR、VR、智能物联网系统等新兴领域的性能需求。主要制造商开始专注于AZ75232GSTR-E1毫米波芯片的研究。

毫米波芯片是什么

毫米波是指频率在30GHz-300GHz之间的电磁波，因其波长在毫米级而得名。与6GHz以下频段相比，毫米波频段具有丰富的频谱资源，在载波带宽方面具有巨大的优势。通过不同运营商之间的共建共享，可实现400MHz和800MHz的大带宽传输，实现超高速数据传输。同时，毫米波波长小，所需部件尺寸小，便于设备产品的集成和小型化，满足当前终端市场的主流需求。

毫米波芯片是一种IC设备，可以在毫米波频段实现信号接收和发送。由于毫米波相控阵芯片集成了毫米波技术和相控阵原理，过去主要应用于军事领域。由于5G和6G通信的快速迭代，毫米波可以打开民用市场，成为全球通信行业的主要发展方向。Yole预计，到2026年，AiP和毫米波前端模块的市场价值将达到27亿美元。

传统的毫米波单片集成电路主要采用化合物半导体工艺，如砷化镓（Gaas）、磷化镓（INP）等。它在毫米波频具有良好的性能，是该频段的主流集成电路技术。另一方面，硅基（CMOS、Sige等）毫米波亚毫米波集成电路在过去十年中也取得了巨大的进展。

Gaas和InP毫米波芯片

INP材料具有电子迁移率高、漂移率高的特点，是实现毫米波电路和太赫兹电子设备稳定运行的主要选择。INP基设备具有高频、低噪声、高效、抗辐照等特点，已成为W波段和更高频毫米波电路的首选材料。

以Gaas为代表的化合物半导体设备在高频、高速、高带宽和微波毫米波集成电路方面具有明显的优势。目前，以砷化镓（Gaas）为代表的化合物半导体高频设备和电路技术已进入成熟期，广泛应用于高频通信领域，特别是移动通信和光纤通信领域。

第二代半导体Gaas和INP生产的毫米波5GPA优于硅基CMOS生产的产品，可集成到移动设备和5G小电池的射频模块中。

Gan毫米波芯片

氮化镓（Gan）作为第三代宽带半导体的代表，具有带宽大、电子迁移率高、介电强度高的优点，可广泛应用于微波毫米波段的尖端军事设备和民用通信基站。

到2026年，在5gm波RFIC市场，RF收发器和RFFE可分别达到104亿美元和235亿美元。

日本Eudyna公司报道了0.15nm栅长的Gan功率器件，30GHz功率输出密度为13.7W/mm。美国HRL报道了许多E波段、W波段和G波段的Gan基器件，W波段功率密度超过2W/mm，在180GHz上功率密度达到296mW/mm。

硅基毫米波芯片

由于硅技术在成本和集成方面的巨大优势，硅基毫米波集成电路的研究已成为当前的研究热点之一。

在国家973计划、863计划和自然科学基金的支持下，研究迅速，取得了进展。东南大学毫米波国家重点实验室成功设计了Q、V、W频段放大器、混频器、VCO等设备和W波段接收器、Q波段多通道接收发信机、200GHzCMOS倍频器和520GHzSige振荡器。

毫米波芯片与6G的关系

虽然目前的Sub-6GHz频段经过一段时间的发展，可用空间相对饱和，但毫米波段可用空间相对较多，干扰较少。

5gmm波芯片组包括基带处理器/调制解调器和RFIC组件（如RF收发器和RF前端）。随着支持5gmm波的智能手机等消费设备可用性的不断提高，移动设备已成为毫米波5g芯片组市场的主要贡献者。到2026年，5gmm波基带处理器的安装量将达到38亿。

三星完成了前端mmwave射频电路(RFIC)和数字/类比前端(DAFE)ASIC的开发，将支持28GHz和39GHz频段的应用；2020年，高通公司发布了第三代5G调制解调器到天线的解决方案——骁龙X60。骁龙X60采用5nm工艺的5G基带，也支持毫米波和Sub-6GHz聚合的解决方案。

任正非曾经说过：华为在5g技术上的成功，是因为押中了厘米波；而6g毫米波是大方向。

6G网络将支持更高的峰值速率和业务容量，以及低于10厘米的高精度定位精度和微米级传感分辨率。毫米波提供了大带宽，可以有效地提高空间和距离的分辨率。毫米波将在未来的互联网感知和整合中发挥重要作用。

毫米波芯片的瓶颈

由于毫米波频率高，具有分布式参数，其本质是从道路向现场演变，其设计过程和测试更为复杂。

第一，毫米波频率使设计和测试比6GHz以下的射频测试更加困难。

信号路径损耗和阻抗失配在较高频率下被放大，可能极大地影响信号保真度。6GHz接口板在电缆、PCB和接触器接口之间的总损耗将小于3到5dB，而在40GHz下工作的接口板在同一信号链上的损耗将增加2到4倍。

这使得精确校准更加困难，校准漂移更快，影响测试结果。

大容量硅芯片首次将毫米波测试带入ATE世界。之前的测试是用台式设备完成的，无法应对未来的需求。这促进了高频射频功能的重大发展，可以提供经济生产所需的成本和吞吐量。

对于生产测试，目标是高速进行足够好的测量，以保持高吞吐量。这意味着它与传统权衡非常不同。

虽然雷达芯片可能有1到3或4条线路，但5g芯片将有30条线路。业内人士表示：以5g手机可能的容量，他们希望一次测试四八个，所以现在我们谈论的是200多毫米的波线，而在此之前，他们没有进行任何测试。

第二，高频毫米波芯片的设计成本更高。

毫米波雷达芯片频段越高，晶体管的截止频率越高，需要更先进的工艺节点，成本越高。例如，65nmCMOS工艺截止频率Fmax可达到300GHz，足以设计在60GHz或77GHz工作的雷达前端电路。如果将工作频率提高到140GHz，则使用65nm工艺的设计难度将急剧增加。频率越高，信号完整性要求越高，包装成本越高。这些因素需要考虑毫米波雷达芯片的最终频段选择。

随着5G的逐渐普及，6G和卫星通信也开始逐渐进入公众的视线。毫米波作为主要角色永远不会缺席。但毫米波仍然面临着许多挑战。中国移动研究院无线终端技术研究所所长丁海宇认为，一是5G毫米波面临的挑战是网络性能不够成熟；二是成本不够低；三是网络协作不够深；四是端到端标准化不够快。只有做好5G，才能做好6G。毫米波的发展还需要加强产学研合作，共同推动毫米波产业成熟。