本期被訪嘉賓來自求是緣半導體聯盟會員單位:左藍微(江蘇)電子技術有限公司創始人張樹民博士。?

張樹民博士本/碩畢業于西安交通大學,后赴美國喬治華盛頓大學深造,獲博士學位。張樹民博士曾在海外公司擔任高級管理職務十多年,具備多個關鍵技術和產品的量產經驗;張樹民博士于2016年回國創立左藍微(江蘇)電子技術有限公司(簡稱 左藍微電子)。左藍微電子團隊專注于開發高性能射頻濾波器、雙工器/多工器和射頻前端模組,為客戶提供專業、高效、完整的射頻前端解決方案,滿足4G/5G通信需求,產品應用涵蓋:手機等移動通信設備、物聯網設備、基礎設施等領域。
張樹民博士是資深的半導體、通信電子工程領域專家,熟悉東西方產業文化,擁有深厚的技術積淀、產品開發和創業經驗。歡迎您與我們一起聽張樹民博士分享射頻通信領域的洞見和左藍微電子團隊的創業故事。
求是緣:作為通信手段,射頻技術被譽為人類的“順風耳”和“千里眼”,讓我們可以“聽到看到”千里之外的信息。您能否為我們科普一下射頻技術的工作原理、射頻技術的主要演進歷程和未來演進趨勢?
張樹民:射頻英文名是Radio Frequency(簡稱RF), 是一種高頻交流變化電磁波,利用電磁波在空間傳播實現信息交換,頻率范圍從300kHz~300GHz之間。
射頻是一道橋梁,將信息從一個地方傳遞到另一個地方。射頻的傳播流程主要分為以下幾步:1.借助于產生電磁波射頻信號的手段→2.調制載波、將信息搭載在信號上→3.發射端借助天線輻射信號→4.信號通過空間傳播→5.接收端使用天線接收信號→6.信號解調、提取目標信號。簡而言之,發射端把信號搭載在無線電波上發射出去,接收端接收之后再解調拿到目標信息。
通信最早起步于無線廣播通信。二戰時期,因為保密訴求而催生微波通信技術,基于跳頻來避免被監聽。二戰后,微波通信技術逐漸從軍事領域轉移到民用領域。CDMA(碼分多址)技術就是在此基礎上發展起來的。
無線局域網(WIFI/BT/UWB等)和蜂窩通信技術(2G~5G等)也是平行發展。二者之間的技術實現方式貌似越來越接近,比如采用多天線、OFDM(正交頻分復用)調制技術,載波聚合等手段。兩種技術還在編碼、調制等方面有很多相似之處。5G、6G等新一代移動通信技術的發展,將進一步推動WLAN和蜂窩通信技術的融合,催生出更多創新的應用場景。
通信領域的主要通信標準:美國GSM標準,歐洲主推的第三代移動通信標準WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)。考慮到成熟度和成本,中國選擇GSM作為2G標準,中國在3G時代自主研發了TD-SCDMA標準,并與WCDMA(基于CDMA技術的3G標準)并行發展。中國在4G時代采用TD-LTE和FDD-LTE兩種標準。經過幾十年的發展,中國在通信領域也逐漸擁有了話語權,形成了自己的標準。比如中國移動首推的TDD,后來演進為TD-LTE.
通信的本質是滿足高效、便捷的交流,既然要實現更暢通無阻的交流,那么全球的通信標準就必須統一。然而,歷史原因、復雜的產業大環境、商業利益、國家安全考慮阻礙了通信產業統一發展。通信本來是制定好統一標準然后大家一起推動,現在則是“各玩各家”,于產業發展不利。
通信產業未來的演進趨勢體現幾個方面:
技術創新與融合:射頻技術將與人工智能、大數據等技術結合,推動無線通信技術的智能化發展;
頻譜資源高效利用:通過技術創新和頻譜管理政策的優化,實現頻譜資源的高效利用和共享;
安全性與隱私保護:加強無線通信中的安全性和隱私保護技術研究,確保通信過程的安全可靠。
推動射頻技術的綠色發展:降低通信過程中的能耗和碳排放量。
射頻業界的技術方案發展體現6個方向:
1.更高的頻率。通信是依靠頻譜物理資源。低頻信號(頻譜)基本上已被分配使用,只能選擇更高的頻譜范圍:KA-KU,甚至是太赫茲、100GHz的高頻率。更高頻率意味著更大帶寬,增加通信吞吐量,滿足AI技術對大數據量通信傳輸訴求。
2.更低的功耗。人類的發展史亦是能量密度提升的歷程。大型計算機→智能手機,既提升計算功能又實現小尺寸、低功耗。未來要實現萬物互聯的物聯網時代,則是要在手機的耗電量基礎上再下降一個數量級。我們把通信單元放在外面,不必考慮其充電問題。
3.更高的集成度。無論是手機、汽車還是航空航天,客戶不希望有很多零散的小部件,更偏愛更高集成度的模塊,功能更全、尺寸更小、性能更可靠。
4.更加智能化。6G之于5G最大的變化是其能夠實現自感知、自適應。6G能夠基于人在說話過程中的變化來感受環境的變化:如信號的干擾、衰減,自動調整通信信號的發射功率和發射路徑。
5.多天線技術。通信過程需要使用天線來實現。現在的通信帶寬需求是4*4MIMO、8*8MIMO,像是一層“平房”,而未來的帶寬需求128*128MIMO則更像是一棟高樓。蓋高樓的前提需要引入多天線技術,需要足夠多的天線單元。原來一臺手機搭載4根天線,未來可能就需要使用100根天線,那手機的空間和成本是否能承受?比如Starlink的衛星接收系統盒子,基于128*128MIMO天線相控陣技術來實現衛星定位的一個小盒子,售價高達幾十萬美金。RF器件廠商的使命是提供更小尺寸、更優惠、更低功耗的天線產品。
6.實現產品的Reconfigurable(可重構)。通信能夠讓很多產品應用場景變成多面手、可重構,提升利用效率。登月車的FPGA利用率為何能高達200%?因其是Reconfigurable,FPGA能夠在現場對硬件電路進行重新配置,以適應不同的任務需求。例如,白天進行科學探測時,可以配置FPGA進行高性能的圖像處理;晚上休眠時,可以配置FPGA進行低功耗的數據處理,自我監測。可重構天線可以通過調整天線陣列的配置,實現不同頻段、不同波束方向的通信,適應不同的通信場景。
求是緣:您能否為我們再展開講一下:完整的射頻系統的構成包含哪些部分?射頻前端作為射頻系統重要的構成部分,它的內部構成、功能分別是什么?
張樹民:射頻前端(Radio Frequency Front-end RFFE)的工作流程分為:發射和接收。
發射端:信息源(語音數據、視頻數據等)經過調制、加載過程載波上去,經過放大器放大信號,再經由天線轉換成電磁波傳播出去。
接收端:接收天線接收信號后再進一步放大,再通過混頻將調制后的信號取出來,去掉載波,然后再通過濾波器過濾掉雜波,得到目標信息源。

發射端/接收端幾個主要的器件的功能列舉如下:
1.功率放大器(PA),用于增大發射射頻信號功率,提高靈敏度,把噪音壓下去,放大信號。在接收端放大微弱的接收信號。
2.雙工器,同時實現信號收發,實現信息、信號同時傳輸互不干擾,基于同一個天線完成信號的發射接收。雙工器在時域上有先后切換次序,但在頻域上是疊加的。
3.濾波器(Filter),對特定頻率以外的頻率進行濾除。把帶外的干擾去掉,改善信號的質量。
4.混頻器(Mixer),將兩個不同頻率的信號組合產生一個新的頻率信號的器件。把高頻信號轉換成中頻、低頻信號之后方便處理信號。
5.功放,同步放大功率。
6.開關(Switch),實現射頻信號的切換與路徑選擇。把信號轉到處理的鏈路上,一個模塊中需要使用很多開關。
7.匹配網絡(阻抗匹配),不同的器件:放大器、濾波器在最佳工作狀態下需要不同的阻抗匹配,而不同的頻率需要的阻抗也不一樣。必須確保阻抗匹配和器件和頻率相合適,才能實現傳輸的功率最大。
就好比水管粗細不同,如果粗水管接入細水管,很多水就會流掉了;如果是細水管接到粗水管,因為容不下,很多水又返流回來。理想的狀態是兩個水管(阻抗頻率)能一樣粗,但現實中不可能做到。因此阻抗只需要確保在最佳工作時間點上匹配網絡。如果失配,則會出現能量反射等問題。
求是緣:再您從技術難度、性能、成本、功耗等多個維度,來我們介紹一下射頻方案兩種形式:分立、模組的優劣勢,以及未來射頻方案的演進趨勢。
張樹民:分立方案是常見的射頻方案之一。
分立方案具備多重優勢。分立方案的性能可定制且靈活。如搭積木一樣來靈活組合,滿足不同區域的客戶需求。分立方案的功耗較低。通過精細控制每個元件,可以在某些應用場景下實現較低的功耗。分立方案在技術上比較成熟,不同的功能模塊獨立調試。
分立方案也具備一定的不足之處。首先,在技術難度上,分立方案設計起來比較復雜,不同功能模塊之間易發生干擾,要考慮隔離、匹配等問題;其次,分立方案在生產和組裝過程中的一致性和可靠性較低。?
再者,分立方案的成本相對較高。特別是對于高復雜度的設計,成本比較高。包括各個功能模塊、中間的鏈接、匹配器件也比較多;
最后,分立方案的體積較大、集成度低。分立元件占用更多空間,不利于小型化和高度集成的設計需求;
模組化射頻方案的優勢包括:高度集成化的、更小尺寸,且已是已調通、效果最優化后的版本,相對可靠性問題會少些。
模組化射頻方案的劣勢也體現為三點:其一、定制化難度較高。一旦產品定型,短期內不易更改;模組化的性能受限,難以擴展or更改。其二、相對于低至中等復雜度的應用而言,模組的成本相對較高。因為各個功能器件的良品率最終疊加成為整個模組的良品率,其中一個器件壞了,導致整個模組報廢。
我們在射頻前端所積累的技術越來越成熟,可靠性提升促進調試成本降低,供應鏈精細化管理帶動產品良率的提升,模組化必然會成為主流的方案趨勢。
至于下游客戶選擇分立方案還是模組化方案,主要取決于客戶終端產品的定位。蘋果手機上所采用的RF射頻方案是模組化方案,但國內的千元機還是以分立方案為主。
國內RF產業的客觀情況:雖然我們在射頻前端的某些器件上已取得一定突破,如PA、Switch等;但國內能提供完整的射頻模組的企業不多,產品的性能、品質與歐美大廠相比尚有差距。不是客戶不想用集成化RF模組化方案,而是當下的分立方案成本更便宜。
求是緣:左藍微電子團隊專注于RFFE射頻前端器件的開發,您能否從滿足射頻信號高性能需求的視角,詳細地為我們介紹一下左藍微電子的前端射頻方案產品線方案和覆蓋的應用場景?
張樹民:左藍微電子的產品布局策略分為兩步:
第一步:左藍微電子的定位是成為優秀的濾波器廠商。濾波器是非標產品,無論是從技術難度、設計難度、代工生產等方面都具有個性化的要求。我們希望能先扎扎實實地做好功能器件,夯實產品根基。因此,圍繞濾波器,我們投入3000萬元圍繞左藍微電子的特殊射頻工藝搭建濾波器封測產線。截至目前,我們累計推出30多款濾波器產品。
第二步:我們也會基于客戶的需求,提供RF模組化產品方案。但我們暫時無開發PA和Switch開關這兩類標準化產品(設計標準、帶寬標準)的計劃,我們更愿意借助于產業生態伙伴的力量,提供標準化晶圓級封裝器件來形成模組化產品來滿足客戶的需求。?

左藍微電子的器件產品覆蓋場景比較多:智能手機、物聯網、智能穿戴、基站、無人機、網通類終端和汽車電子等領域。基本上覆蓋了不同頻段、不同性能指標要求的各類無線通信終端。
觀察芯片領域幾十年來發展規律,其實每個細分小賽道一般就是1~2家龍頭企業控制大部分的市場份額。對于RF模組內的器件的國產化創業,我們一定要考慮投入產出比,Me too, me three沒多大意思。
國產PA創業相對起步早,已具備一定的體量。但反觀中高端濾波器市場,雖然國內濾波器創業團隊有30-40家,但真正有技術、有能力不斷去捕捉新的技術路線開發新產品,有真正產品賣到客戶端,且有知識產權護身的濾波器團隊屈指可數。
求是緣:與西方頭部的射頻廠商相比,我們國內RF友商在產品定義、知識產權、產品性能、定價權、市場競爭、供應鏈管理等方面,有哪些優勢?以及亟須改善的地方?
張樹民:與海外大廠相比,我們的最大優勢是本地化。我們就在客戶身邊,我們愿意配合且也有能力快速響應客戶的訴求。我們的主要供應鏈、生產制造在國內,因此我們還是具有一定的成本優勢。此外,我們沒有“包袱壓力”和“規矩”,能快速推動決策流程、做成一件事情。
不同于西方的芯片產業基于商業邏輯推動向前,國內如此大規模支持芯片產業是比較罕見的,當然在一定程度上也為國內產業生態發展提供土壤(環境)。
國內創業多年,發現國內芯片產業也有諸多不足之處:
1.知識產權保護意識和執行力度薄弱。我們也看到不少國內公司出海時無法避開法律訴訟風險。
2.高端研發水平有待提高。我們在高端技術開發方法層面與先進的大廠們尚有差距。
3.供應鏈水平不穩定。供應鏈管理體系極具章法,不能想怎么干就怎么干,導致做出來的產品一致性、連續性較差。
4.品牌不具備競爭力。客觀來看,能在國際上具備品牌影響力的國內芯片品牌公司不多。品牌建設需要長期積累,方能使得品牌深入人心。立一個品牌極不容易,但是砸一個品牌卻特別容易。
5.中高端人才儲備不足。RF射頻行業是一個小眾行業,國內射頻行業發展時間短,因此高校針對射頻領域的人才培養有所欠缺。
從發展過程的角度來看,哪里薄弱補哪里。首先,注重基礎研究、加強產學研培養,把生態建立起來。其次,我們要加強知識產權保護,布局海內外知識專利,有專利護身才能順利出海。?

(圖為左藍微電子的專利墻)
我們要提升芯片品牌在國際化市場中的競爭力。我們要放眼長遠,我們不能僅是只做一個中國品牌,我們更要成為一個世界品牌。如果沒有事先布局海外專利儲備、沒有品牌競爭力,即便出海也打不過人家。
產品可以先從細分市場開始做,逐步做得好了之后才有一定的定價權,有了一定的競爭優勢才能把產品供應規模擴大。這是一個迭代的過程,需要大家的配合才能實現。當然這不是一家企業就能解決問題,是需要產業鏈通力合作。現在的問題是整個鏈條:材料、零部件、設備都在進步中,唯有鏈條上的大部分企業都變好方能真正實現我們的產業競爭力。
打造半導體產業鏈的競爭力是一個綜合能力提升的過程,涉及的面太多,難度甚于造原子彈。原子彈只需能成功點燃爆炸,響了就行。原子彈哪怕只是釋放了3%效力,也能產生足夠的震懾力。但是我們的RF產品不一樣,我們必須要保證良率達到98%~100%,不然早就被客戶踢出供應鏈了。
求是緣:隨著射頻技術的發展和市場變化,射頻芯片方案也在持續創新和優化,以適應新的需求和挑戰。您如何看待射頻器件廠商、平臺芯片廠商、終端廠商三者在射頻前端方案定義、話語權的變化?未來還會怎么變?射頻器件廠商如何才能在歸一化的競合生態中找到屬于自己的生態位?
張樹民:RF器件廠商、平臺芯片廠商、終端客戶三者是相輔相成的生態伙伴。RF器件廠商是提供解決方案(原材料),平臺芯片廠商根據RF器件廠商提供的原材料組合形成一個綜合的系統方案給終端客戶。
目前的產業鏈格局是平臺廠商越來越集中于1~2家,平臺廠商處于主導位置,其話語權越來越集中。
對于器件廠商而言,我們希望平臺方案能夠標準化。平臺廠商能多給產業生態伙伴們提供豐富的選擇、平替機會。
終端廠商希望產業百花齊放,有更多的平臺方案廠商可供選擇,有更多的議價權。但現實是可選擇范圍僅1~2家。
終端廠商也在增進和射頻器件廠商的互動頻次。針對各自的應用場景,解決隔離、信號、功耗、匹配等復雜問題,希望從技術、成本等維度來共同定義產品,打造差異化、提升產品性能且降低成本。
我一直認為:做好主平臺芯片的難度不僅是技術能否實現的問題,而是生態問題。關鍵在于做出來的平臺芯片能否有人用?做射頻器件也是一樣的道理。
無論是平臺、器件,大家各自的技術路徑不一樣,供應鏈也不一樣,每個技術都有各自內在的演進邏輯。如果某一家企業走大而全的“芯片全包在一塊”的路徑,就會導致公司越來越大,極易患上“大企業病”;反而會阻礙創新,逐漸失去競爭力;環視四周,如果沒有對手時反而更危險;有競爭對手存在,才能持續刺激團隊進步。
作為創業人,我們一定要想明白:究竟自己擅長做什么?不能老想著自己啥都想干,但是實際上啥都干不好。我們一定要清楚自己的定位、做好差異化。在大部分領域,做好一件事情都是需要長期積累,極少存在偶然性的成功。
求是緣:我們再來重點看左藍微電子團隊的拳頭產品,射頻前端四大金剛之一:Filter濾波器。目前濾波器的市場競爭格局怎樣?導致格局的原因有哪些?您認為國內創業團隊該如何破局并成功脫穎而出?
張樹民:中高端濾波器因為較高的技術壁壘,標準化、定制化的變化較多。海外一線巨頭們憑借自身的技術積累、品牌影響力占據約90%的中高端濾波器市場份額。濾波器市場的一線友商包括:村田、博通、Skyworth、Qorvo等。
國內也有不少團隊在做濾波器,我們左藍微電子也是其中的一份子。我們也看到在濾波器市場,國產替代正在發生,也在加快。低端濾波器市場已基本實現了國產化替代。?

為何我們的濾波器市場會形成上述的競爭格局呢?根本原因還是因為我們在材料、工藝、設計方面的積累不足。
一方面,是傳統的產業人的使用習慣。過去,大家已經習慣實用至上觀念,既然能買到更好用的外資濾波器就沒必要刻意去使用國產濾波器。另一方面,原來國內公司不太注重創新,沒有提前做好知識產權布局準備。我們以某大廠友商來舉例,其在濾波器領域已擁有上萬件專利。友商經過多年的積淀,規模化優勢很明顯,規模化效應降低的成本;同時,其可靠性和一致性的數據、供應鏈體系、質量體系都很完整。?

如何破局呢?我們可以從差異化的方向來切入。先從巨頭們不愿意做的產品入手,比如開發特殊、小眾、“沒有肉”(量小低利潤)的產品。同時,我們還要加大新的技術方向上的研發力度。新的技術方向于大家而言都是新挑戰,大家是同臺競技。尤其是我們看到同一個技術、同一個產品方向、新材料的突破進展是同步的,左藍微電子在中國申請了專利,村田在日本申請了專利。
破局的根本是差異化,我們一定要有獨立思考、自主的東西。只要是沿著正確的技術方向,我們堅持自主開發、即便做得慢、做得不好,但慢慢積累,將來還是有可能破局。但若只是一直模仿、拿別人的東西,形成路徑依賴,沒有形成自己的創新能力,從長期來看沒有價值亦很難破局。?
船大不好調頭,國外大廠決策越來越謹慎導致行動緩慢。我們國內創業團隊相對效率更高,說干就干,前期沒干好也不會氣餒,我們再繼續改、接著干。
求是緣:作為求是緣半導體聯盟會員單位,您如何看待會員單位與聯盟之間的關系?您認為聯盟應該在哪些方面繼續提升優化,更好地服務產業會員?
張樹民:作為求是緣半導體聯盟的會員單位,我認為會員單位與聯盟之間的關系應該是一種互利共贏、相輔相成的伙伴關系。求是緣半導體聯盟就像一個朋友圈,把產業人聚集起來成為一個生態圈的朋友,為我們會員單位提供了一個共享資源、技術合作以及信息交流的平臺,促進了產業協同合作。
但身處龐雜的朋友圈內,我們還需要保持獨立思考。產業內有個現象:產業內的論壇會議很多,但務實的討論越來越少,關注技術的人也越來越少。反而更多的是在談模式、談公司包裝等表面的事情。
但在我們芯片行業,沒有捷徑可走。我們應該讓高校科研機構、創業團隊內真正搞技術、做產品的人回歸其本該聚焦的主業。
求是緣半導體聯盟作為一個產業組織要堅持正確的價值觀和方向,通過持續發聲來鼓勵創新、呼吁大家做正確的事情,推動對產業有益的事情。聯盟能夠借助生態的力量和聲音,在產業內倡導健康良性的合作競爭氛圍,避免同業之間的惡性競爭。
作為會員單位,我希望聯盟能推動企業和學術科研機構之間的產學研合作,有真正的合作成果產出。高校科研機構針對前沿的技術方向做基礎方面的深度研究,我們企業則在基礎上再進行應用層面的開發,最終實現產品化量產。
期待聯盟能借助產業資源優勢,在細分領域組織更專業的活動。為會員提供國際前沿學術交流、技術熱點交流學習的機會,讓會員們能及時了解正在發生和發展的事情。
我也建議聯盟能在高端人才方面給予會員助力。產業內的人才流動是雙向奔赴,聯盟作為非營利的平臺方居中銜接比較合適。
采訪者后記
“合久必分、分久必合”這一鐵律在半導體產業史上也同樣適用,企業之間兼并分拆皆在上演。無論是起步階段的創業團隊,還是產業巨頭,皆要看清自身的優勢、找準自己的定位;并不是每家公司都適合走“大而全”的平臺化路線,最后反會淪為“大而不強”。
破局的根本是差異化。我們堅持正確的技術方向,堅持自主開發;即便做得慢、做得還不夠好,但我們只要堅持穩扎穩打,假以時日還是有破局之可能。但若只是一直模仿、拿別人的東西,形成路徑依賴,沒有形成自己的創新能力,從長期來看是沒有價值的,亦很難破局。
真正做好一件事情都是需要長期的積累,極少存在偶然性的成功,這是放之四海而皆準的道理,于半導體行業亦適用。
采訪人:劉紅
攝影:朱愛林
編輯:馬丹鳳
審閱:常亮、徐若松
感謝左藍微團隊對本次采訪的鼎力支持和協助。

歡迎加入聯盟
如果您還未有正式申請加入我們求是緣半導體聯盟,也歡迎在線申請。個人會員120元/人/年。單位會員 3000元/單位/年。
會員在線申請:
掃描以下太陽碼進入小程序界面“會員”申請↓↓↓

求是緣半導體聯盟是一個跨學科的全球化非營利性組織,以促進半導體產業合作和知識共享為愿景。聯盟成立于2015年11月,主要由浙江大學校友發起,同時有其他高校校友參與,總部位于上海。聯盟致力于為半導體和相關行業單位提供技術、資金、人才、運營管理、創新創業等方面的交流合作和咨詢服務平臺,從而助力全球、特別是中國的半導體及相關產業發展。
目前聯盟不定期舉辦線上、線下專題活動,有一周芯聞、名家專欄、招聘專欄、活動報道、人物訪談等多種資訊欄目,同時提供咨詢、資源對接、市場拓展等服務。


