射頻IC行業為什麼這麼慘

其興也勃焉

最近，一個高通的資深技術經理在和我聊天的時候感嘆射頻集成電路在這十幾年裡的起起落落。他說，她在美國念博士期間（上世紀九十年代末）甚至還沒有一本完整的RFIC教科書，那時候怎麼做射頻電路全靠自己摸索。他畢業後就來了高通，見證了RFIC行業在十年前的盛景，然後轉眼間RFIC就成了明日黃花，願意做這行的新人越來越少，老人則都在擔憂會不會被裁員。「太快了，也就是十幾年的事情」，他感嘆道。

使用分立器件無線電的大哥大電話曾是時尚的象徵

RFIC行業在這十幾年裡的變化確實是滄海桑田。時間回到上世紀九十年代，那時候大哥大在中國還要一萬多塊錢一個，當時的消費者根本不會想到今天我們能用上價廉物美的小米手機。當時手機里的射頻電路還是用昂貴的分立器件搭的，很少有人能料到不久以後我們就可以用便宜的CMOS工藝實現RFIC從而把所有的器件都集成在一片晶元上。甚至當時在制定2G的GSM標準時都沒有考慮到會有CMOS RFIC這個東西，以至於在GSM標準中相位雜訊指標對CMOS電路來說特別苛刻。（到了二十年後的今天，雖然CMOS IC的特徵尺寸已經按照摩爾定律從當年的500nm縮小到了今天的16nm，但是GSM收發機的相位雜訊指標仍然需要仔細優化才能滿足！）事實上，CMOS RFIC在當時確實面臨重重困難，例如：如何實現高性能的片上電感？如何用雜訊性能很差的CMOS器件實現低雜訊放大器？如何用載流子遷移率比較差的CMOS器件實現高頻振蕩器？然而，正所謂時勢造英雄，一批CMOS RFIC的先驅者做了大量漂亮的工作，解決了CMOS RFIC絕大多數的問題。例如，Stanford的Patrick Yue（後來聯合創立了Atheros，目前在港科大做教授）和UC Berkeley的Ali Niknejad（目前仍在UC Berkeley當教授）實現了硅基底晶元的高質量片上電感，UCLA的Ahmad Mirzaei（目前在博通,也是筆者的Mentor）和Asad Abidi實現了寬頻CMOS片上振蕩器，Stanford的Derek Schaeffer（目前在蘋果）和Thomas Lee告訴大家如何用CMOS實現低雜訊放大器，並且宣布隨著CMOS特徵尺寸縮小放大器的雜訊係數會變好！CMOS RFIC掀起了一場革命，價廉物美的手機從此進入了千家萬戶，並推動了半導體和通信業界的繁榮。

Thomas Lee在2003年出版的經典教科書也見證了RFIC的黃金時代

時至今日，RFIC業界的前輩仍然會津津樂道當時的盛景。在美國，二十一世紀初正值互聯網泡沫破滅，那時候無數碼農一邊上班一邊自學電路想要轉行做模擬/射頻電路（「模擬/射頻電路越老越吃香，coding則是吃青春飯」的說法正是那時候出現的），這和現在無數IC工程師一邊上班一邊刷leetcode想要轉行做計算機的情況多麼相似！在通訊行業最火的時候，一個做machine learning畢業的博士想要找工作還需要自學Viterbi algorithm等通訊演算法以期能夠進入高通。那時候電路設計公司野蠻成長，極度缺人，以至於有些工程師毫無電路背景的妻子在培訓過一段時間後也能進入設計公司做版圖設計！在中國，電路設計的外企剛剛登陸一線城市，正在大規模以高薪招聘有電路相關背景的人才，而且那時候中國房價還沒有起來。在那個射頻電路的黃金時期，一個碩士畢業在研究生期間做過LNA電路模擬的人就可以輕鬆進入外企拿每個月1萬+的月薪，而那時候上海內環內的平均新房房價甚至不到每平方米到1萬！（現在做RFIC的碩士去外企工資還是每個月1萬左右，但上海內環新房房價已經超過6萬了）

在那個時候，大家對於未來的預期是樂觀的。通訊標準的定期更新（2G->3G->4G…）會推動對滿足新標準RFIC的需求，而隨著CMOS特徵尺寸縮小RFIC的性能會越來越好，從而開拓新的應用市場。因此，RFIC行業完全可以和CPU一樣按照摩爾定律發展，市場會越來越大，RF工程師則會隨著年齡增大經驗越來越豐富從而越來越吃香。

然而，現實並沒有像 預想的那樣美好。RFIC的性能雖然一直在進展，但是利潤率卻越來越低。高通，博通，美滿等業界巨頭為了節約成本紛紛合併裁員。RFIC工程師的日子是越來越難過了，許多人更是一邊上班一邊刷題想轉行做程序員。

業界巨頭聯發科毛利率趨勢，毛利率50%+的時代是回不去了

RFIC的尷尬現實

那麼，為什麼RFIC的理想與現實差那麼多？為了回答這個問題，我們首先需要分析消費者的需求。如果直接問消費者對於RFIC的需求恐怕太過抽象，所以我們不妨先考慮消費者對於無線通訊的需求。就拿WiFi為例，十多年間WiFi的連接速度從802.11b的2Mb/s增長到了如今802.11ac的1000Mb/s。然而，各位讀者老爺們不妨捫心自問，如果今天把你家裡的WiFi從100Mb/s換成2Mb/s，真的會感覺大巨大的區別嗎？不妨看一下自己家裡的路由器，是不是已經用了很多年都沒有換了？對於基本的工作和娛樂（上網聊天，看視頻），2Mb/s的無線連接速度已經足夠。網路遊戲對於上網速度是有要求，但是其要求主要是低延遲（即由遠端伺服器到本地的路由通暢）而非高帶寬，在網路足夠順暢的條件下2Mb/s的帶寬足夠跑大多數網路遊戲。這也是為什麼玩遊戲網路卡的時候玩家往往會罵電信罵聯通抱怨網路垃圾，但從來不會有人去罵博通出品的無線網卡太爛。對於帶寬唯一有要求的是下載，可是目前下載速度對於整體用戶體驗來說只是非常非常小的一部分，畢竟不下載不舒服的人數不多。歸根到底，消費者對於無線通訊速度的需求在十年間並沒有指數型的增長，在這種情況下又怎麼能指望無線通訊硬體（包括RFIC）市場有指數型的增長呢？

802.11ac標準WiFi早已支持100Mb/s，可是8Mb/s的中國電信寬頻在2016年仍然需要1580元/年，在上層帶寬只有8Mb/s的情況下使用100Mb/s的WiFi有什麼意義呢？

上下游企業無法形成合力挖掘需求

那麼，為什麼消費者對無線通訊速度的需求增長如此疲軟？其根本原因還是行業的上下游企業並沒有形成合力去挖掘消費者的需求。消費者的需求很多時候是藏在地下需要挖掘的。一個很好的例子是觸摸屏手機 ，在蘋果推出iPhone之前沒有人會想到消費者對觸摸屏有如此大的需求，而在蘋果推出iPhone以後，整個行業都發生了一場革命，從上游的軟體行業到下游的觸摸屏硬體（包括屏幕和驅動IC）都飛快地擁抱了這種嶄新的人機交互模式並且獲利頗豐，可謂挖掘消費者需求有錢大家賺的典範。另一個上下游企業合力驅動消費者需求的例子是PC，消費者對PC更新換代的動力不僅來自於硬體增強改善用戶體驗（處理器晶元更強內存更大），而且來源於軟體需求（操作系統更新，軟體版本更新還有新遊戲都需要更強的硬體）。十年前我曾買了一台PC，主要目的就是跑WinXP開Office聊QQ上網看看新聞。當時我面對順暢無比的電腦想著「我用這台電腦一不玩遊戲二不跑大型軟體，應該用上十年沒問題吧」。事實證明我太Naive了，Windows更新我可以忽略，新出的五光十色的遊戲我可以不玩，可是互聯網相關應用逼著我換電腦我卻無法抵抗。QQ每升級一次電腦都會卡一點，但是長時間不升級QQ就會因為版本太舊無法登陸。上網也是一樣，隨著Flash和html5技術持續升級網頁特效是越來越好看，但是內存和CPU也是越占越多（現在開一個gmail郵箱竟然要佔幾百兆內存，這在十多年前主流內存配置只有512MB的時候是沒法想像的）。最後，我也不得不買了台新電腦。這就是上下游企業如何合力驅動消費者進行消費的例子。

然而，在無線通訊相關領域，上下游企業並沒有形成合力，上下游企業各存小心思有時甚至會互相掣肘。比如，在4G剛剛推出的時候，新聞報道說4G可以實現50Mb/s的高速連接，可是新聞下面最熱門的評論既不是在讚歎科技的發展，也不是在盼望早日能用上4G，而是在擔心一旦用上了4G會不會一個月的流量瞬間就用完了！換句話說，消費者對於高速無線通訊的需求被運營商高額的流量收費給扼殺了！處於產業鏈上游的RFIC工程師就這樣被下游的老大哥-電信運營商給坑了。另一個例子是WiFi，只要你用的還是中國電信2Mb/s帶寬的小水管，那100Mb/s的802.11ac網卡和路由器對我而言就沒有太大意義。自然而然地，app開發者會在設計app的時候避免需要高網路帶寬的內容，而用戶因為app不需要很大的網路流量所以也意識不到一款支持高速無線上網的手機有什麼意義。這樣導致的結果就是，RFIC對應的無線通訊模塊在手機裡面先得不那麼重要，只要你能實現打電話，能上4G-LTE就行，至於你可以支持LTE是category 1（10Mb/s）還是category 3（100Mb/s）都不在乎，有時候你把支持的連接速度弄得太高消費者反而擔心流量走太快！所以目前市場上主流的手機跑分沒有跑無線連接速度的，也極少有手機廠商會以上網速度快為賣點，RFIC就這樣被邊緣化。相形之下，同樣是晶元，Application Processor(AP)就要幸運地多。手機的操作系統，app等等都圍繞著AP打轉，消費者對手機最關注的指標「快不快」也由AP決定，因此AP也就成了各種跑分競賽中的關鍵模塊，也是手機最大的賣點。就在各個手機廠商大肆搞跑分競賽，炒作「核戰爭」，曬情懷的時候，RFIC被無情地遺忘在角落，甚至手機邊角是否圓潤在廠商和消費者看來都比RFIC要重要！

國內4G資費偏高，如果用100Mb/s的速度全速下載只需1分鐘不到即可將138元套餐的流量用完。這種時候，RFIC做得好網路連接速度快不但得不到消費者的肯定反而會引起「會不會一下就把流量用完了」的擔憂

工程師的血與淚染紅了RFIC的紅海

在消費者由於種種原因不怎麼在乎無線通訊性能的情況下，廠商對RFIC的性能要求就是夠用就好，「60分萬歲多一分浪費」。你千辛萬苦把接收機的靈敏度改善了3dB，結果人家消費者並不在意，用你晶元的手機廠商也不會以「手機信號好」來吸引消費者。這時候晶元設計者唯一能做的就是cost down。這年頭各種三教九流毫無技術背景的人（做殺毒軟體的，做視頻網站的，教英語的）都可以做手機，而這些半路出家的老闆雖然不懂什麼晶元指標，但是人民幣畢竟還是認的。

可是，cost down之路是異常殘酷而且很難回頭的。為了佔據市場份額不惜降價降低利潤率的做法歸根到底就是傷敵一千自傷八百，希望在自己流血致死之前能把競爭對手趕出目標市場。更可怕的是，在這場戰爭中，下游手機廠商已經習慣了低價的晶元，想要指望在把對手都趕走之後再提價提升利潤率幾乎是不可能的（面板廠商WinTek就是一個陷入紅海後無法自拔的極好例子）。目前，聯發科，展訊等廠商已經在這場割喉戰里打得不可開交，現在連高通都意圖加入低端市場的競爭，手機RFIC的紅海只會越來越殘酷。

一旦走了cost down的道路，RF工程師的待遇就不可能好了。畢竟人力開銷在IC設計這行是非常重要的成本，因此晶元要cost down工程師的待遇一定也會跟著下降。或者說，工程師表面上工資不降，但是工作時長被無限拉長。對於工程師而言，感覺到到的就是工作時間在變長，收入卻沒怎麼增長。大多數我們這一代RF工程師從小就憑著自己的努力在所有學生中脫穎而出，一路披荊斬棘考入最好的高中，大學和研究生。在報考大學和研究生的時候正是RFIC最火的時候，於是義無反顧地報考了相關專業，然而在十年寒窗後進入一線城市的一流Design House想要憑自己的努力過上幸福而有尊嚴的生活的時候，卻發現一天十二個小時的工作換來的收入在扣掉房貸以後已經所剩無幾。

RFIC工程師一天十二個小時的工作換來的收入在扣掉房貸以後已經所剩無幾

這樣的日子，希望到底在哪裡？其實希望還是有的，晶元業下一個增長點就是新的希望。

那麼增長點在哪裡？請聽下回分解。

===

我們同時也開通了微信平台(微信號:silicon_talks)，將會發布更多半導體行業深度解讀和福利，歡迎關注！