5G是开启工业数字化和物联网新时代的新一代基础生产力。随着全球电子技术水平的不断的提高，人工智能、大数据、物联网等新兴应用热潮持续升温，在全球消费升级和工业转型的双重利好带动下，全球的5G通信于2019年下半年进入实质性商用阶段，逐步渗透进各个行业，构成“万物互联”的泛在网。

  目前，全球主要国家的5G产业链布局也已进入冲刺阶段。5G通信是依靠半导体材料和器件，实现无线电磁波远距离传输、收发、处理的通信技术。与传统4G等通信技术相比，5G需满足全频谱接入、高频段乃至毫米波传输、高频谱效率三大基础性能要求，因此对器件和关键性半导体原材料的性能要求也相应提示。全球5G器件布局和建设主要围绕终端、基站和传输三个领域展开，5G关键性半导体原材料的布局主要围绕晶圆材料、硅基半导体材料、以及化合物半导体材料展开[1]。

  随着美国、中国、意大利等国家纷纷推出5G商用服务，全球5G产业链布局已进入冲刺阶段。中国在5G发展方面处于领头羊，尤其在基站建设方面优势巨大。

  首先，那自然是因为各种美国疯狂打压华为、中兴以及一系列中国科技公司的操作，印证了国内对5G体系的宣传，以及各种官方媒体、自媒体连篇累牍、饱含爱国情感的宣传，在国内的舆论环境中自然就形成了美国5G落后的认知，几乎所有中国人都认为，中国5G傲立世界之巅，美国远远落在后面乃至科技体系正在被中国追赶甚至反超。

  从数据上看，美国的5G无论是网络基站数量，还是5G用户数都远远落后于中国。从目前个别省市政府工作报告中明确提及5G建设情况的数据分析来看，8个省市2020年5G基站建设规模已超30万个。比如一直在5G建设方面全国领先的广东省，在2019年已建5G基站超3.6万个，2020年的目标是再建4.8万个；另外像浙江、山东、重庆等地，2019年的5G基站建设数均超1万个，2020年的目标是5万、4万和3万。其它更多省市的具体数据就不再多说。据IT时报制作的数据统计图，单就广东、浙江、山东、重庆、天津、广西、江西和安徽8省市，如按预期达成目标，2020年的5G基站总规模就超30万个[2] 。

  很多标题党的自媒体为了夺人眼球，把美国描述成在5G一无所成只会压迫华为的愚蠢形象，被许多情绪激动的观众买账，那这突如其来的技术优势是真的吗？我们真的遥遥领先被英美这个的国家“又爱又恨”的地步吗？到底美国5G真实水平是如何，他们又怎么看中国的5G水平呢？对这些问题，我们可以从对方，也就是美国的角度来看一下，他们自己是怎么描述这样的一个问题的。

  美国国防部在2019年4月发布过一个报告，叫《5GECO：对美国国防部的风险与机遇》，该报告重点分析了5G发展历史、目前全球竞争态势以及5G技术对国防部的影响与挑战，重点分析了中国在5G领域的发展状况以及未来对国防安全的影响，并在频谱政策、供应链和基础设施安全等方面提出了等方面建议[3，4]。

  在这个报告中，对美国之所以在5G发展上缓慢，并不是他们的技术做不到，而是他们现在处于一个“不好下手”的困境。用一些专家学者的说法，美国在5G的发展中，点错了科技树。那中国和美国在5G研究方向有什么不同呢？美国国防部的解释是这样的：5G是一种通信技术，它要发挥作用需要分配一个电磁频谱，所以5G也需要在电磁频谱上进行部署。

  全球目前采用两种方法部署5G，第一种方法是把5G网络部署在6GHz以下的电磁频谱上，具体来说，主要是在3GHz和4GHz频段，一般这个频段被叫做中低频段，或者也被叫做“Sub-6”。第二种方法主要是部署在24到300GHz之间的频段，这个频段被称为“高频频谱”或“毫米波”。

  目前美国、韩国和日本主要在高频的毫米波段上部署5G，而世界上其他几个国家采用的主要是第一种方法，在低频波段上部署5G。

  美国国防部的报告有比较客观的解释，报告说，频率比较高的毫米波的优点有这么几个。

  第一，毫米波传输数据的时候分辨率和安全性更好，而且速度快、数据量大，延时性小。

  第二，毫米波有更多带宽可以用，刚才我们说了，高频的毫米波段包含24到300GHz，可以再一次进行选择的空间非常大，而低频的波段必须是6GHz以下，这才几个数，选择空间很小，易引起频率上的拥堵。

  第三，毫米波组件比低频段的组件更小，这样做才能够很紧凑地部署在无线设备上，设备更小的话，就能适应更多的安装场景。

  高频率的毫米波也有几个致命缺陷，最大的缺陷是传播距离很短，那你想要信号全覆盖，恐怕需要密密麻麻的建设毫米波基站，这个成本可就太过于庞大。

  报告中提供的数据是，如果在电线GHz的毫米波基站的线Mbps这个速度的网络达到72%的覆盖率，得在电线万是个啥概念？中国是世界上基站最多、信号覆盖最广的国家，2G、3G、4G、5G的基站全加起来也不过600万个，那美国资本会支持建设1300万个5G基站吗，庞大的收益和明显无法盈利的商业模式，几乎是不可能的。

  还有一个问题是毫米波非常容易被墙壁、树叶和甚至是人体挡住信号，穿透力太差了。

  总的来说，毫米波的解决方案，就是个花瓶，中看不中用。它只能在不计较成本和非常开阔没有遮挡的情况下使用。这就从另一方面代表着，大概这个技术，可以在市中心的核心富人区小范围使用一下，或者是军用，其他的应用场景就基本上没有了。

  相比之下，中国选择在低频波段上部署5G，这就是个比较接地气的方案，因为这个波段传输距离很长，所以不用建太多基站，就能让网络信号连成片，还能够利用现有的4G基站，稍微改造一下就行了，不需要都建新基站，这个又省下了很大的成本。所以说，现在除了美国带着几个小弟，其他几个国家都用中低频段部署5G，而中国在这方面又是领先的。

  美国国防部说，自4G时代以来，无线通信的竞争格局发生了根本变化。中国电信设备巨头华为的全球营收从2009年的280亿美金，增至2018年的1070亿美金，同期爱立信的收入从279亿美金下降到239亿美金，而诺基亚的收入从576亿美金下降到266亿美金，捆起来都打不过华为了。

  FCC主席Ajit Pai（美国联邦通信委员会（FCC）2019年12月4日宣布，将设立一项5G基金，为运营商在美国农村地区部署先进的5G网络服务提供高达90亿美元的通用服务基金支持。）

  在全球范围内，中国的大型制造商（华为和中兴）正在通过销售5G设备和装置来推动5G部署，华为已经向海外安装了超过10,000个基站。另外，华为、中兴通讯、小米、VIVO和OPPO等中国手机生产厂商在全球市场占有率迅速增长，未来可能是最大的电信市场，比如印度，销售的手机中有60%是中国制造的。2009年，收入排名前十的网络公司都是美国公司。如今，在前十名中，中国企业占了四个席位。

  那么美国作为世界上科技最发达的国家，就算点错了科技树，难道纠正不过来吗？他们不能现在改为在中低频率的波段上部署5G吗？很难。

  核心的原因是，美国没有低频率波段了，这些波段都在美国政府和军方手里，没有开放给商用。这个还是得说美国的军事实力，世界第一的军事实力、遍布世界各地的军事基地、世界第一多的卫星，以及作为世界上最大的间谍国家，各种窃听，有太多特殊的通信需求了，所以美国在低频率的波段都用完了，没有频率还怎么部署5G？

  好比我在要修高速的路段铺设了火车轨道，结果现在火车搞成了货车专用道，我现在要修高速，跑汽车，客车货车私家车，现在拆了火车轨道，花钱不说，管火车和送货的都不愿意，让大家都去坐火车，又不舒服又不快，而且车道上还有慢吞吞的货车堵着。

  在这种两难的形式下，美国国防部在报告的最后的建议也很无奈，他们说，无论美国如何明智的选择在国内实施5G，国防部都必须要学会在中低频波段的基础设施上运营5G网络。因此，美国必须在中低频波段部署能力上加大投资，并采取一定的措施鼓励商界投资，同时也要探讨分享其频谱给商界，基本意思就是两个方法都试试。

  在5G这条赛道上，在中国“集中力量办大事、众志成城建5G”的举国模式下，美国想要追上我们，这应该有点难度，但我们一定要清醒地认识到，美国5G发展没有我们想象中那么落后，更重要的是，中美两国要抢夺未来科技体系的领导权，赛道何止5G一条？

  终端射频前端模块是5G终端的关键性器件，也是我国进口依赖度最大的器件，其中放大器和滤波器在射频前端中的占比达95%，是各国布局5G产业链的关键战略领域。根据MobileExperts预测，全球射频滤波器市场规模到2020年有望达到130亿美元，年复合增长率为21.06%。

  目前全球市场全部为日、美厂商所主导与垄断，技术壁垒很难打破。博通和Qorvo两家美国厂商所占的市场占有率高达90%以上。滤波器可以筛选出特定频率的频点或者滤除该频点以外的频率，其中毫米波MEMS滤波器和FBAR滤波器，能够匹配5G的高频谱传输性能，是各国的战略聚焦点 。

  5G终端的放大器能将更多频段（全频谱通信）的电磁波放大到更高的频段（中高频和毫米波技术），同时还能满足更小尺寸（高集成度）的要求。

  全球GaAs化合物半导体放大器的设计和制造厂被美国的skyworks、Qorvo和Avago三家厂商垄断，其中Avago是我国台湾的稳懋半导体公司，Skyworks的代工厂商是中国大陆的宏捷科技公司和台湾的稳懋半导体公司。据Yole报告预测，全球RFPA市场规模预计到2020年将达到25亿美元。GaAs射频功率放大器因其工作频率和工作电压高，并能解决CMOS产品击穿电压低、衬底绝缘性差、高频损耗大等先天缺陷，是全球5G射频模块布局的战略聚焦点[5]。

  基站5G基站包括大型基站、宏基站和小基站等。因全球5G频谱规划多为中段频和高段频，由小微基站和MassiveMIMO天线G基站布局的关键。目前，全球5G基站的部署主要在欧、美、日、韩和中国展开。

  光通信光通信产业大体能分为两条分支产业链：光模块产业链和光纤光缆产业链。其中光模块负责实现光电转换，光纤负责传送光信号。全球光纤预制棒主要被日本、美国和德国企业垄断 。

  美国是全球半导体产业链最完整的国家，共有90多家本土半导体上市公司，涵盖设备、材料、设计、制造、封测全产业链；在全球前20大半导体公司排行榜中，美国包揽8家；2018年，全球半导体全年销售额约为4500亿美元，美国占比约为46%。在硅晶圆领域，全球一半以上的半导体硅材料产能集中在日本。硅基半导体因其适度的禁带宽度和良好的电子迁移率可满足绝大部分功率和频率器件的要求，全球90%以上的半导体器件都是用硅基材料制造成的。

  在衬备、外延片方面，日本的住友电工、Freiberger、日立电缆、以及ATX四家企业占据6英寸衬底的90%以上的国际市场。在制造代工方面，美国晶体技术、日本住友电工、德国弗莱贝格化合物材料占据95%以上的市场。GaN材料的技术和市场被美国、日本和欧洲等国家垄断。日本的住友电工和三菱化学采用的氢化物气沉积法是目前最主流的方法，其中日本住友电工是全球最大的GaN晶圆生产商，占据了90%以上的市场占有率。据Yole报道，随着5G市场的到来，GaAs，GaN和SiC器件的市场需求增加，预计到2021年市场规模将分别达到130亿美元、6亿美元和5.5亿美元。化合物基半导体材料能轻松实现高频谱效率、大频率波处理、低延时响应等硅基材料不能非常容易满足的5G通信的要求，是“超越摩尔定律”的半导体新材料[7] 。

  3、中国5G的关键路线年才是线G大年，通信设施和手机产业链将成最受关注的两大方面——5G网络基本的建设加速铺开，特别是在2020年独立组网（SA）标准确定之后。5G通过高带宽、低时延等特点有望催生新的应用形式，万物互联网的时代或将到来。

  5G终端设备的无线通信模块大致上可以分为射频前端模块（RFFEM）、射频收发模块以及基带信号处理器三部分。5G终端设备通信系统结构示意图如下图所示 。

  射频前端模块主要是实现信号在不同频率下的收发。移动终端中的射频前端模块、射频器件最重要的包含功率放大器（PA，PowerAmplifier）、双工器（Duplexer）、射频开关（Switch）、滤波器（Filter）、低噪放大器（LNA，LowNoiseAmplifier）等。

  一部多模多频的手机需要20～30个射频元器件，5G手机所需要的射频元器件会更多。同时，5G通信所需要的射频元器件的复杂程度也在上升，滤波器和双工器等元器件必须升级，射频前端模块所需器件总体价值将有较大提升，将会带来射频元器件行业，从射频设计、射频制造、射频封装到射频测试，整条产业链新的发展与技术的挑战。2.关键元器件的测试5G通信系统元器件的主要参数类型包括：调制参数、功率与频谱参数、失真参数、射频包络参数等，各类参数涵盖的具体参数如表1所示[6] 。

  关键元器件的测试需求对测试仪器的量值提出了苛刻的要求，要求对测试仪器开展计量校准以保证量值的准确可靠。5G通信采用的新技术中，全频谱接入、新型多址、新型多载波、先进调制编码均与元器件的性能密不可分。这些新技术对元器件测试仪器也提出了新要求：第一，高频和低频同时存在，测试仪器需要具备很宽的频谱范围；第二，需要多个分析仪模块；第三，需要多套射频单元，满足多种的频谱需求。

  目前，各界提及5G，最关注的两大部分无疑是通信设施（基站）和手机产业链。就手机而言，贸易摩擦不但会影响华为在海外的市场占有率，也会拖慢全地球手机行业创新步伐。但国内市场仍聚焦在更为乐观的方面，例如，中国加速5G网络建设所带动的换机潮。

  但由于现在手机换机周期比较长，2020年的手机最重要的卖点有两个——5G通信能力及拍照光学功能。有一部分人确实因为创新以及5G的功能想尝鲜，进而略微缩短换机周期，但是，大部分的消费的人还是会在个人换机周期到了才会换机，而不会因为5G而提早换机，毕竟5G手机的杀手应用还没出现。就手机而言，除了半导体以外，5G为手机带来的主要变化包括：

  半导体领域自主可控为突围的主要方向。供应链角度，半导体领域存在短板，自主可控为解决方案。中国大陆供应商在天线环节实力较强，在PA/LNA、滤波器等射频前端拥有一定的市场地位、但仍有较大的进口替代空间，国产替代空间较大的环节主要处于半导体领域，包括PA、基带芯片、数字芯片、模拟芯片、电源芯片等。5G相比4G的性能提升，很大程度上依赖于芯片的设计和选用，机构觉得芯片领域的自主可控是我国5G基站建设突围的重点。

  各界在5G时代关注PCB的机会，也是因5G对通信PCB的主要变化在于，高频材料用量增加，PCB层数不断的提高。具体而言，5G阶段，传统的FR-4型材料已不足以满足高频传输需求，因此多采用PTFE和HydroCarbon类的新材料替代。其PCB版层数也有相应的提升，目前多为12层以上，多采用高频材料+复合板材+高速材料的混压方式，其单价较传统产品也明显提升。

  TMT的组成大致是四个子行业，通信是基本的建设，走在前面；接着是硬件半导体，做好应用的载体；然后是在载体上的软件；最后是传媒互联网等应用。5G引领的机会才只是刚开始，这些机会都是我们目前能观察到的，然而人的智慧能因为科学技术进步而带来我们没办法想象的新世界，所以5G带来的机会也可能是我们现在没有意识或者观察到的 。

  上游原材料“卡脖子”严重，我国5G产业链没形成从设计到制造再到封测的完整链条，产能大多分布在在技术水平低端、产业附加值低的中低端领域，中高端原材料的产业链条缺失环节多，“卡脖子”现象严重。

  在晶圆生产中，纯度为11个9的芯片用的电子级高纯硅，只有江苏的鑫华公司一家能实现量产，年产0.5万吨，但是国内一年的进口量约为15万吨。在芯片设计和制造中，只有华为海思一家设计公司实现手机芯片的化量产，其下游客户主要为国内手机生产厂商;中芯国际虽是国内最大的代工厂，但是其28nm和14nm工艺市场认可度不高，尚未实现盈利，产业链上下游企业没有实现合理的本地化和规模化。

  构建良性产业孕育环境首先，践行“材料先行”战略，完善创新平台的建设。依托现有生产应用示范平台，加强基础研究、应用环节研究和产业化的统筹衔接，集中优势资源推动衬底材料、硅基半导体材料、化合物半导体材料的研发和产业化进程，构建完整创新链，形成上中下游协同创新的发展环境。其次，科学做好产业布局，避免重复建设。鼓励地方政府、研究机构、相关企业，围绕华为、中兴等有突出贡献的公司，依托区域优势，合理配置产业链、创新链、资源联，合理规划晶圆生产、芯片设计、芯片制造、芯片封测等产业链环节的产能布局，充分挖掘有突出贡献的公司的带动性，避免各环节间的不匹配单线发展，搭建协调发展促进的产业链环境 。

  下游元器件进口依赖性强我国5G相关这类的产品中高端品种少、技术等级低端，难以适应信息技术梯度转移和快速地发展的要求，大部分下游元器件仍以进口为主。在数万集成电路材料中，我国能够自主规模化生产的产品占比不到1%，且多为技术上的含金量低的产品。8英寸和12英寸的大尺寸硅片是半导体产业的基础原材料，但我国的对外依存度分别达到86%和100%，绝大多数的集成电路材料仍然掌握在国外企业手里，前4大硅片厂商市场占有率为85%，前5大光刻胶厂商市占88%，其中来自国内供应商仅占27%，处于国外绝对垄断品种高达23%。

  加快自主化进程首先，建立专利导航5G半导体材料的工作机制，为研发创新提供方向支持。加强专利布局，开展知识产权风险评估预警，定期为相关政府、机构和公司可以提供预警研究成果，协助其化解产业高质量发展风险。

  产业化进程缓慢半导体材料的应用是一个系统工作，需要生产设备、制造工艺、相关材料生产企业、下游应用企业互相配合，为处于不同环节的企业相互提供具有针对性的直接的技术指导和产品顾问。我国上下游企业乃至研究机构都属于刚起步阶段，有关技术积累和产业积累很少，因此研究机构的研发成果，下游应用企业的市场需求，上游生产企业的产品性能等各关键参数不都有效的整合、联动、协同，导致我国半导体产业链中“技术孤岛”的现象严重。研发机构的创新链条与产业链条脱节，不能深入指导产业链各环节的生产企业，研发成果也不能够实现系统的应用和推广。而创新资源的多头部署和分散投入，导致生产要素的重复投资和不充分的利用，资源浪费严重。

  上游生产企业不能很好的掌握下游市场需求，生产布局不能适应快速迭代更新的市场产品需求，对整个产业链条中的上下游各方面资源的调动性不足，结果就是产品性能落后、产能浪费严重、服务化意识不足，对固定投资的规划不合理。下游应用企业因上游企业对其的高端原材料产品支持力度不足，因此没办法提供高质量的产品，导致客户因为对国产产品的信心不足，验证成本比较高等原因放弃购买国产产品。国产产品的滞销又会促进延缓我国产业链的更新迭代，进一步减缓创新性产品的产业化进程同时加剧中低端产能的重复浪费。

  首先，制定新材料产品、企业统计办法和进出口商品统计目录，组织并且开展统计监测和预警，及时发布统计信息，引导行业规范有序发展。加强对新材料产业高质量发展状况的预警监测，合理调整进出口政策，维护产业高质量发展利益。

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