集成電路設(shè)計(jì)行業(yè)專業(yè)性強(qiáng)、復(fù)雜程度高、迭代速度快,具有較高的技術(shù)門檻。而模擬芯片的性能指標(biāo)更為復(fù)雜,設(shè)計(jì)過程具有學(xué)習(xí)曲線長、輔助工具有限、高度依賴設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)與能力等特點(diǎn)。模擬芯片的設(shè)計(jì)過程中,溫度、噪聲、干擾等外部參數(shù)變化對性能指標(biāo)的影響難以通過EDA工具實(shí)現(xiàn)精確仿真,同時(shí)芯片制造及封裝的繁雜工序中,各道工序的誤差都可能導(dǎo)致單個(gè)晶體管實(shí)際物理參數(shù)與理論模型之間產(chǎn)生誤差,難以精確衡量及控制。
因此,模擬芯片的設(shè)計(jì)除考慮邏輯層面的設(shè)計(jì)外,需要重點(diǎn)考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和元器件參數(shù)之間的匹配及相互影響,熟悉大部分元器件的特性和不同的生產(chǎn)制造封裝工藝,并通過持續(xù)試錯(cuò)在電路設(shè)計(jì)和制造工藝之間進(jìn)行精心匹配,最終保證產(chǎn)品的性能參數(shù)符合預(yù)先設(shè)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)入本行業(yè)的技術(shù)壁壘較強(qiáng)。
芯片可以分為數(shù)字芯片和模擬芯片兩個(gè)大類,數(shù)字芯片主要進(jìn)行邏輯運(yùn)算,包括CPU、內(nèi)存芯片、和各種DSP芯片等;模擬芯片主要處理模擬信號,種類細(xì)且繁。包括模數(shù)轉(zhuǎn)換芯(ADC)、放大器芯片、電源管理芯片、PLL等等。
模擬芯片是處理外界信號的第一關(guān),所有數(shù)據(jù)的源頭是模擬信號,模擬芯片是集成的模擬電路,用于處理模擬信號。模擬信號是在時(shí)間和幅值上都連續(xù)的信號,數(shù)字信號則是時(shí)間和幅值上都不連續(xù)的信號。外界信號經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)化為電信號后,是模擬信號,在模擬芯片構(gòu)成的系統(tǒng)里進(jìn)行進(jìn)一步的放大、濾波等處理。處理后的模擬信號既可以通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器輸出到數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行處理,也可以直接輸出到執(zhí)行器。
一、模擬芯片的兩大主要用途
1、信號鏈-連接真實(shí)世界與數(shù)字世界的橋梁。
現(xiàn)實(shí)世界的信號鏈續(xù)的線性信號方式出現(xiàn),比如輻射(光和顏色)、運(yùn)動(dòng)(位臵、速度和加速度)、聲音、壓力等,而在數(shù)字世界中信號是瞬時(shí)變化的,比如數(shù)字芯片僅能識別0伏狀態(tài)或五伏狀態(tài),而不識別介于兩者之間的信號,因此需要由傳感器收集信號,然后模擬芯片將這類可量化的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(0和1),再交由數(shù)字芯片處理。主要包括三大類,即線性產(chǎn)品放大器等)、轉(zhuǎn)換器(ADC等)、接口。
2、電源鏈-管理和分配電源。
電源鏈產(chǎn)品可以提供電路保護(hù),并為內(nèi)部的各種組件提供穩(wěn)定、適當(dāng)?shù)碾妷汉?a href="http://srfitnesspt.com/tags/電流/" target="_blank">電流,其包括四大類,一是以市電AC為電源的AC/DC芯片、二是以電池DC為電源的電池管理芯片、三是通用負(fù)載解決方案(DC/DC轉(zhuǎn)換)、四是特殊負(fù)載解決方案(LED驅(qū)動(dòng)為代表)。
模擬下游應(yīng)用市場占比基本穩(wěn)定,2020年通信(36%)>汽車(24%)>工業(yè)(21%)>消費(fèi)(18%),市場規(guī)模分別為通信201億美元、汽車135億美元、工業(yè)114億美元、消費(fèi)99億美元。其中汽車近年略有提升,從2014年的20%提升到2020年的24%;消費(fèi)略有下滑,從2014年的23%下降至18%。
行業(yè)格局穩(wěn)定,TI、ADI為雙龍頭。TI(強(qiáng)于電源鏈和ADI(強(qiáng)于信號鏈)為模擬市場雙龍頭,2020年分別占模擬市場的19%、9%,2020年CR6=52%。模擬市場具備產(chǎn)品具備“常青樹”特性,加之下游應(yīng)用分散,因此客戶粘性極強(qiáng),行業(yè)格局穩(wěn)定,行業(yè)內(nèi)部的格局變化多來自于兼并收購。
二、模擬芯片特點(diǎn)
1、應(yīng)用領(lǐng)域繁雜:模擬集成電路按細(xì)分功能可進(jìn)一步分為線性器件(如放大器、模擬開關(guān)、比較器等)、信號接口、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、電源管理器件等諸多品類,每一品類根據(jù)終端產(chǎn)品性能需求的差異又有不同的系列,在現(xiàn)今電子產(chǎn)品中幾乎無處不在。
2、生命周期長:數(shù)字集成電路強(qiáng)調(diào)運(yùn)算速度與成本比,必須不斷采用新設(shè)計(jì)或新工藝,而模擬集成電路強(qiáng)調(diào)可靠性和穩(wěn)定性。一經(jīng)量產(chǎn)往往具備長久生命力。
3、人才培養(yǎng)時(shí)間長:模擬集成電路的設(shè)計(jì)需要額外考慮噪聲、匹配、干擾等諸多因素,要求其設(shè)計(jì)者既要熟悉集成電路設(shè)計(jì)和晶圓制造的工藝流程,又需要熟悉大部分元器件的電特性和物理特性。加上模擬集成電路的輔助設(shè)計(jì)工具少、測試周期長等原因,培養(yǎng)一名優(yōu)秀的模擬集成電路設(shè)計(jì)師往往需要10年甚至更長的時(shí)間。
4、低價(jià)但穩(wěn)定:模擬集成電路的設(shè)計(jì)更依賴于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)5與數(shù)字集成電路相比,在新工藝的開發(fā)或新設(shè)備的購置上資金投入更少,加之擁有更長的生命周期,單款模擬集成電路的平均價(jià)格往往低于同世代的數(shù)字集成電路,但由于功能細(xì)分多,模擬集成電路市場不易受單一產(chǎn)業(yè)景氣變動(dòng)影響,因此價(jià)格波動(dòng)幅度相對較小。
三、一年數(shù)字,十年模擬
與數(shù)字芯片依賴工具、軍團(tuán)作戰(zhàn)不同,模擬芯片設(shè)計(jì)極度依賴工程師個(gè)人經(jīng)驗(yàn)。
從晶體管規(guī)模看,數(shù)字芯片遠(yuǎn)大于模擬芯片,但這并不意味著模擬芯片設(shè)計(jì)難度更低。恰恰相反,數(shù)字芯片能夠通過“軍團(tuán)式”作戰(zhàn)較快的堆疊出芯片,而模擬芯片則更依賴于工程師個(gè)人,通常一名工程師3-5年才能找到感覺,10年以上才能在某一領(lǐng)域擁有足夠的經(jīng)驗(yàn),因此模擬工程師常被戲稱為“老中醫(yī)”。
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四、模擬芯片極度吃經(jīng)驗(yàn)的主要原因
?1、與數(shù)字追求運(yùn)算速度與成本的平衡不同,模擬芯片需要平衡的因素很多,比如信號鏈需要考慮信噪比/失真/濾波能力/漂移/能耗/可靠性/穩(wěn)定性,電源鏈需要考慮效率/精度和漂移/紋波/電磁干擾/動(dòng)態(tài)響應(yīng)/安全性/可靠性/穩(wěn)定性。
?2、數(shù)字芯片的設(shè)計(jì)過程高度流程化,能夠使用到很多規(guī)范化的EDA設(shè)計(jì)工具、IP等。而模擬芯片實(shí)現(xiàn)同一功能能夠有多種路徑實(shí)現(xiàn),沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。
?3、模擬芯片寄生效應(yīng)較多+同一功能的實(shí)現(xiàn)路徑較多A因此仿真無法覆蓋所有場景,只有通過流片后看到真是表現(xiàn)再做調(diào)整。
?因此模擬芯片的設(shè)計(jì)過程,是一個(gè)反復(fù)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、迭代的過程,工程師在經(jīng)驗(yàn)積累過程中形成的“感性直覺”往往是不能用公式、甚至語言描述的。而這些經(jīng)驗(yàn),需要實(shí)打?qū)嵶鲞^多個(gè)項(xiàng)目,經(jīng)歷流片、封測和量產(chǎn),從眾多坑中爬出來才能積累。
模擬與數(shù)?;旌闲酒艣r
數(shù)字芯片和模擬芯片的區(qū)別
數(shù)字芯片與模擬芯片對比
數(shù)字芯片是由多個(gè)相同的單元電路組成,模擬芯片是由各個(gè)不同的單元組成。
數(shù)字芯片基本上是CMOS結(jié)構(gòu),模擬芯片由一個(gè)或多個(gè)PN結(jié)構(gòu)組成。
數(shù)字芯片只能處理數(shù)字信號,而模擬芯片只能處理模擬信號,兩者不能互換。
數(shù)字芯片利用的是晶體的開關(guān)作用,模擬芯片利用的是晶體管的放大作用。
集成電路產(chǎn)品根據(jù)處理信號類型的不同,分為模擬芯片和數(shù)字芯片。模擬芯片主要用于處理信息參數(shù)在給定時(shí)間范圍內(nèi)表現(xiàn)為連續(xù)的信號,即模擬信號,其特點(diǎn)為信號幅度隨時(shí)間連續(xù)變化,能真實(shí)、逼真地反映物理世界,模擬信號易衰減且不易存儲(chǔ)。
數(shù)字芯片主要用于處理模擬信號經(jīng)采樣量化后得到的離散信號,即數(shù)字信號,以二進(jìn)制(0/1)表示,其特點(diǎn)為信息參數(shù)在時(shí)間和幅度上均為離散,數(shù)字信號易存儲(chǔ)、不衰減,適合被高速處理。數(shù)?;旌闲酒屑扔心M電路又有數(shù)字電路,其中模擬電路通常是核心部分,數(shù)字電路用于控制模擬電路實(shí)現(xiàn)特定算法。因此,數(shù)模混合芯片通常被認(rèn)為屬于模擬芯片范疇。
根據(jù)功能的不同,模擬芯片大致分為電源鏈和信號鏈兩大類。電源鏈主要用于管理電池與電能,信號鏈主要用于處理信號。電源鏈主要包括DC-DC、線性穩(wěn)壓器、PMIC、LED驅(qū)動(dòng)芯片等;信號鏈主要包括比較器、運(yùn)算放大器、ADC、DAC、接口芯片等。
根據(jù)下游產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域的不同,模擬芯片可以分為通用芯片和專用芯片(ASIC芯片)。通用芯片的設(shè)計(jì)性能參數(shù)不會(huì)特定適配于某類應(yīng)用,可以適用于各種各樣的電子系統(tǒng),一般包括信號鏈路的放大器Amp、信號轉(zhuǎn)換器ADC/DAC、通用接口芯片、比較器和電源鏈路中的穩(wěn)壓器等。
通用芯片產(chǎn)品細(xì)分品類多,生命周期長,市場穩(wěn)定。ASIC芯片是指應(yīng)特定用戶要求或特定電子系統(tǒng)的需要而設(shè)計(jì)、制造的集成電路,通常應(yīng)用于專門領(lǐng)域的電子產(chǎn)品,如通信、汽車、消費(fèi)電子、工業(yè)等。ASIC芯片作為集成電路技術(shù)與特定用戶的整機(jī)或系統(tǒng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物,與通用集成電路相比具有體積更小、重量更輕、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增強(qiáng)、成本降低等優(yōu)點(diǎn)。
由于專用性導(dǎo)致不同廠商的產(chǎn)品難以直接互相替代,ASIC芯片產(chǎn)品擁有更強(qiáng)的客戶黏度。
1什么是模擬芯片
模擬電路的構(gòu)成包括電阻、電容、晶體管等,而模擬集成電路是集成模擬電路來來處理連續(xù)函數(shù)形式模擬信號(如聲音、光線、溫度等)。任何數(shù)據(jù)的源頭都是模擬信號,通過模擬信號向外界傳遞信息,用來處理模擬信號的集成電路就是模擬芯片,模擬芯片是處理外界數(shù)據(jù)的第一關(guān)。
2模擬芯片的種類
模擬芯片種類眾多,應(yīng)用范圍極廣,除常見的信號鏈與電源管理類模擬芯片之外,通信領(lǐng)域的射頻器件、服務(wù)器領(lǐng)域的內(nèi)存接口芯片等專用產(chǎn)品也屬于模擬芯片
(1)按照傳輸弱電信號和強(qiáng)電能量的角度分,分為信號鏈模擬芯片與電源管理模擬芯片。
信號鏈類可以劃分為線性產(chǎn)品、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口、其它模擬芯片等
電源管理根據(jù)實(shí)現(xiàn)的功能可分為交直流轉(zhuǎn)換器、LED驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、開關(guān)穩(wěn)壓器、LDO線性穩(wěn)壓器等,將眾多功能集成在一起電源管理模塊則為PMIC。
(2)按功能角度,模擬芯片可分為通用模擬和專用模擬
通用模擬芯片又被稱為標(biāo)準(zhǔn)型模擬芯片,它實(shí)現(xiàn)的功能具有可遷移性,而非面向特定的功能需求,所以適用于各種各樣的電子信息系統(tǒng)中。其通用性也意味著不同廠商的同一種產(chǎn)品具有相互替代性,包括線性產(chǎn)品、電源管理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、接口芯片等產(chǎn)品。
專用模擬芯片是指應(yīng)特定用戶要求和特定電子系統(tǒng)的需要而設(shè)計(jì)、制造的集成電路,專門應(yīng)用于特定領(lǐng)域的芯片,如通信應(yīng)用、汽車應(yīng)用、消費(fèi)電子、工業(yè)應(yīng)用。
(3)模擬芯片產(chǎn)品分為通用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品SLIC和專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品ASSP。
3模擬芯片全球前十大廠商
(1)TI德州儀器:(美國)成立于1930年,是世界第一大數(shù)字信號處理器和模擬半導(dǎo)體組件制造商。主營運(yùn)算放大器,電源管理芯片等
(2)ADI亞德諾:亞德諾(美國)擁有業(yè)界領(lǐng)先的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC產(chǎn)品組合,能夠覆蓋所有主要應(yīng)用領(lǐng)域和行業(yè),是全球數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器龍頭。主營數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、放大器和線性產(chǎn)品、射頻(RF)IC、電源管理產(chǎn)品等
(3)Infineon英飛凌:英飛凌(德國)是全球十大半導(dǎo)體制造商之一,是電源管理行業(yè)的領(lǐng)先供應(yīng)商,提供各種半導(dǎo)體解決方案。主營汽車系統(tǒng)芯片、靜電放電(ESD)與浪涌保護(hù)等
(4)ST意法半導(dǎo)體:意法半導(dǎo)體集團(tuán)于1987年由意大利的SGS微電子公司和法國Thomson半導(dǎo)體公司合并而成,大部分模擬IC銷售目標(biāo)是運(yùn)動(dòng)控制、自動(dòng)化和能源管理應(yīng)用。主營電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、高壓驅(qū)動(dòng)芯片、智能電源開關(guān)、電力線通信IC等
(5)Skyworks思佳訊:思佳訊解決方案(美國)是一家無線半導(dǎo)體公司,是手機(jī)射頻領(lǐng)域領(lǐng)軍企業(yè),設(shè)計(jì)并生產(chǎn)應(yīng)用于移動(dòng)通信領(lǐng)域的射頻及完整半導(dǎo)體系統(tǒng)解決方案。主營射頻及無線半導(dǎo)體解決方案、放大器、衰減器等
(6)NXP恩智浦:恩智浦(荷蘭)創(chuàng)立于2006年,其前身為飛利浦公司于1953年成立的半導(dǎo)體事業(yè)部。公司是全球功率放大器的主要供應(yīng)商之一。主營音頻放大器、能源管理、射頻等
(7)Maxim美信:美信(美國)致力于為客戶設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)和銷售一系列的線性和混合信號集成電路,面向四大終端市場:工業(yè),通信,消費(fèi)者和處理器。主營電源管理、模擬信號、接口等
(8)ONSemi安森美:安森美半導(dǎo)體(美國)是一家寬頻和電力管理集成電路和標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體的供應(yīng)商,是全球高性能電源解決方案供應(yīng)商。主營高能效電源管理、模擬、傳感器等
(9)Microchip微芯科技:微芯科技(美國)是全球領(lǐng)先的單片機(jī)和模擬半導(dǎo)體供應(yīng)商,為全球數(shù)以千計(jì)的消費(fèi)類產(chǎn)品提供低風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)品開發(fā)、更低的系統(tǒng)總成本和更快的產(chǎn)品上市時(shí)間。主營單片機(jī)、存儲(chǔ)器、電源管理芯片等
(10)Renesas瑞薩:瑞薩(日本)是全球領(lǐng)先的微控制器供應(yīng)商、模擬功率器件和SoC產(chǎn)品的領(lǐng)導(dǎo)者,為汽車、工業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施及物聯(lián)網(wǎng)等各種應(yīng)用提供綜合解決方案。主營微控制器、功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管、混合信號集成電路(IC)等
模擬芯片產(chǎn)業(yè)概況
模擬芯片行業(yè)是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要分支。根據(jù)WSTS的統(tǒng)計(jì),全球模擬芯片市場規(guī)模從2003年的268億美元增長到2021年的741.05億美元,2021年全球模擬芯片市場規(guī)模占全球半導(dǎo)體整體市場的13.33%,占全球集成電路市場的16.01%。
根據(jù)Frost&Sullivan的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2021年中國模擬集成電路市場規(guī)模達(dá)到3,056.3億元。近年來,雖然本土模擬芯片廠商陸續(xù)崛起,部分高端產(chǎn)品領(lǐng)域甚至超過世界先進(jìn)水平,但目前中國模擬芯片自給率僅為12%,未來仍存在較大國產(chǎn)替代空間。
模擬芯片行業(yè)的特點(diǎn)
(1)產(chǎn)品生命周期長,豐富的產(chǎn)品線是重要競爭要素之一
與數(shù)字芯片追求運(yùn)算效率與成本不同,模擬芯片評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)在于電路速度、分辨率、功耗、信噪比、穩(wěn)定性等指標(biāo),終端客戶對產(chǎn)品認(rèn)證的過程更復(fù)雜、周期更長,最終達(dá)標(biāo)產(chǎn)品的生命周期也更長。數(shù)字芯片通常在1-2年后即會(huì)被更高工藝產(chǎn)品替代,而模擬芯片一般生命周期在5年以上,部分模擬芯片的生命周期可以超過10年。
同時(shí),模擬芯片種類繁雜,根據(jù)功能可以劃分為信號鏈和電源鏈兩大類,根據(jù)下游用途又可以分為通用模擬芯片與專用模擬芯片,不同產(chǎn)品有不同的性能指標(biāo),適用于不同的應(yīng)用需求。因此,對于模擬芯片廠商來說,豐富的產(chǎn)品線種類能夠滿足下游客戶不同需求場景,為關(guān)鍵的競爭要素。以全球模擬芯片龍頭德州儀器為例,其目前擁有超過8萬種產(chǎn)品。
國內(nèi)模擬芯片廠商的產(chǎn)品目錄近年來增速相對可觀,但總量與全球龍頭相比仍處于劣勢。
(2)下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛且分散,聚焦細(xì)分領(lǐng)域是普遍策略
模擬芯片產(chǎn)品種類繁多,功能齊全,廣泛應(yīng)用于通信、工業(yè)、汽車電子、消費(fèi)電子以及政企系統(tǒng)等領(lǐng)域中,在不同的領(lǐng)域中又有許多細(xì)分的下游賽道。
例如,通信領(lǐng)域中的無線基礎(chǔ)設(shè)施及有線網(wǎng)絡(luò),汽車領(lǐng)域中的駕駛輔助和動(dòng)力系統(tǒng),工業(yè)領(lǐng)域中的航空航天、醫(yī)療設(shè)備和工業(yè)自動(dòng)化,消費(fèi)領(lǐng)域中的計(jì)算機(jī)、手機(jī)和平板電腦,政企系統(tǒng)中的各類服務(wù)器等。另外,不同終端客戶對于芯片的精度、速度、功率、線性度和信號幅度能力方面的需求千差萬別,許多產(chǎn)品往往僅針對特定客戶和應(yīng)用進(jìn)行高度定制,因此下游客戶非常分散。
由于下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛且分散,單一廠商難以覆蓋所有細(xì)分市場,模擬芯片行業(yè)競爭格局較為分散。因此,聚焦細(xì)分領(lǐng)域是模擬芯片企業(yè)普遍采用的商業(yè)策略,即便是全球龍頭廠商也呈現(xiàn)出顯著的專業(yè)特色:德州儀器是電源管理和運(yùn)算放大器領(lǐng)域的龍頭企業(yè);亞德諾在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域領(lǐng)先多年;英飛凌、恩智浦是著名的汽車電子廠商;思佳訊則專注于射頻領(lǐng)域。中國模擬芯片行業(yè)起步較晚,大部分上市公司成立于2000年-2010年。與全球頭部廠商相比,國內(nèi)廠商尚處于發(fā)展初期,產(chǎn)品布局更加聚焦于細(xì)分賽道。在細(xì)分賽道取得優(yōu)勢后通過內(nèi)生或外延方式逐步擴(kuò)充產(chǎn)品線是我國模擬芯片企業(yè)發(fā)展的典型方式。發(fā)行人在成立初期聚焦于以電子霧化終端為代表的個(gè)人消費(fèi)電子領(lǐng)域,并逐漸擴(kuò)展至以電視、機(jī)頂盒、智能掃地機(jī)器人等為代表的智能家居領(lǐng)域,以路由器為代表的網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域,以安防監(jiān)控?cái)z像頭為代表的工業(yè)控制領(lǐng)域等。
(3)產(chǎn)品設(shè)計(jì)門檻高,人才是重要競爭要素
模擬芯片性能指標(biāo)復(fù)雜,設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)具有輔助工具少、經(jīng)驗(yàn)要求高、操作非標(biāo)準(zhǔn)、多學(xué)科復(fù)合、測試周期長等特點(diǎn)。模擬芯片在設(shè)計(jì)過程中需要重點(diǎn)考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和元器件參數(shù)之間的匹配及相互影響,以保證實(shí)現(xiàn)低噪聲、低失真和良好的電流放大及頻率功率特性等;同時(shí),由于模擬芯片生產(chǎn)工藝的多樣化,設(shè)計(jì)人員需要熟悉大部分元器件的特性和不同的生產(chǎn)制造封裝工藝,且在設(shè)計(jì)過程中需要實(shí)時(shí)關(guān)注功耗、增益及電阻等參數(shù)變化,通過持續(xù)試錯(cuò)在電路設(shè)計(jì)和制造工藝之間進(jìn)行精心匹配。此外,模擬芯片的設(shè)計(jì)過程中可以借助的EDA工具遠(yuǎn)少于數(shù)字芯片設(shè)計(jì),因此對設(shè)計(jì)人員自身的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)要求較高。
優(yōu)秀的模擬設(shè)計(jì)工程師一般需要10年以上的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。目前全球的模擬設(shè)計(jì)工程師相對短缺,因此擁有一定數(shù)量優(yōu)秀模擬設(shè)計(jì)工程師的企業(yè)將構(gòu)建強(qiáng)大的技術(shù)壁壘。
(4)外延并購是模擬芯片廠商發(fā)展的重要途徑
由于模擬芯片產(chǎn)品相對較高的設(shè)計(jì)難度及相對較長的研發(fā)與驗(yàn)證周期,外延并購為模擬芯片廠商快速積累核心技術(shù)、拓展客戶的重要途徑。
全球龍頭廠商德州儀器、亞德諾等均通過持續(xù)的并購與整合快速提升競爭力并擴(kuò)大市場份額。以2020年亞德諾209億美元收購美信為例,亞德諾原先的下游客戶主要分布在通信、工業(yè)和數(shù)字醫(yī)療領(lǐng)域,而美信的客戶主要分布在汽車和企業(yè)數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域,亞德諾通過本次并購,迅速獲得了美信在相關(guān)領(lǐng)域的核心技術(shù)與市場。近年來模擬芯片行業(yè)并購事件頻發(fā),模擬芯片企業(yè)紛紛通過并購實(shí)現(xiàn)規(guī)模擴(kuò)張或產(chǎn)品線擴(kuò)充。
模擬芯片行業(yè)的發(fā)展趨勢
(1)行業(yè)整體規(guī)模持續(xù)增長
模擬芯片產(chǎn)品品類繁多,生命周期較長,下游應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛。因此,與數(shù)字芯片相比模擬芯片行業(yè)周期性較弱。近年來受益于PC、通信、可穿戴產(chǎn)品、AIoT設(shè)備等電子設(shè)備的品類和市場容量的擴(kuò)張,模擬芯片的市場規(guī)??傮w呈擴(kuò)張趨勢。根據(jù)WSTS統(tǒng)計(jì),全球模擬芯片市場規(guī)模從2003年的268億美元增長到2021年的741.05億美元。根據(jù)WSTS預(yù)測,2022年全球模擬芯片市場規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)845.39億美元,同比增長14.08%。
未來隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、新能源汽車、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、無人駕駛、車聯(lián)網(wǎng)、5G通訊、智能安防等新興應(yīng)用領(lǐng)域需求的爆發(fā),全球集成電路產(chǎn)業(yè)有望在中長期持續(xù)維持高景氣度。特別是汽車電動(dòng)化、智能化的趨勢,以及工業(yè)能源類節(jié)能降耗需求將引發(fā)模擬芯片的升級迭代。根據(jù)ICInsights預(yù)測,2021年至2026年模擬芯片市場規(guī)模將保持11.8%的復(fù)合增長率。
(2)自給率將持續(xù)提升
作為全球模擬芯片第一大市場,我國模擬芯片自給率雖在近年有所提升但仍然偏低。根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì),2020年中國模擬芯片自給率僅為12%,相比2017年提高6個(gè)百分點(diǎn)。從競爭格局來看,國內(nèi)模擬芯片市場第一梯隊(duì)仍然是以德州儀器、亞德諾等為代表的歐美企業(yè),部分國內(nèi)企業(yè)近年來通過競爭力提升進(jìn)入第二梯隊(duì),但整體競爭力相比第一梯隊(duì)仍有差距。
在政策支持、高額投資、工程師紅利、國內(nèi)需求快速增長等一系列有利因素的促進(jìn)下,中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有望保持快速發(fā)展勢頭,自給率持續(xù)提升。需求方面,由于2018年以來中美貿(mào)易摩擦加劇,終端廠商考慮供應(yīng)鏈安全問題,紛紛尋求國產(chǎn)替代芯片產(chǎn)品。中國模擬芯片企業(yè)背靠最大的電子設(shè)備生產(chǎn)及需求市場,有望持續(xù)受益于產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)替代趨勢。
供給方面,國內(nèi)模擬芯片廠商研發(fā)與創(chuàng)新更多側(cè)重于針對應(yīng)用場景進(jìn)行優(yōu)化,符合模擬芯片場景專用化的發(fā)展趨勢。隨著近年來具有綜合能力的海外優(yōu)秀工程師不斷回流,國內(nèi)模擬工程師整體技術(shù)能力迅速提升,具備了集成化、定制化設(shè)計(jì)的先決條件,國內(nèi)廠商逐漸從國外系統(tǒng)產(chǎn)品的簡單模仿轉(zhuǎn)為自主研發(fā)創(chuàng)新的階段,未來出貨量有望持續(xù)放大。
(3)技術(shù)將向高集成、低功耗、高可靠、行業(yè)定制等方向發(fā)展
個(gè)人消費(fèi)電子和智能家居等領(lǐng)域產(chǎn)品功能的不斷豐富、工業(yè)控制及汽車領(lǐng)域?qū)?jié)能環(huán)保需求的不斷提升,對應(yīng)用終端的外形、體積、續(xù)航時(shí)間、功能性、復(fù)雜程度、能耗等方面提出了更高的要求,從而要求模擬及數(shù)?;旌闲酒哂懈叩募啥?、更小的面積、更高的可靠性、更高的效率。
同時(shí),隨著通用型芯片競爭的加劇,面向特定的行業(yè)應(yīng)用進(jìn)行定制研發(fā),提升芯片與電子系統(tǒng)的適配度成為模擬及數(shù)模混合芯片企業(yè)實(shí)現(xiàn)差異化競爭的重要途徑。本土具備較強(qiáng)實(shí)力的公司在面向行業(yè)應(yīng)用進(jìn)行定制化研發(fā)的道路上已取得一定的成果。
(4)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與工藝環(huán)節(jié)的耦合度將持續(xù)提升
模擬及數(shù)?;旌闲酒掠螒?yīng)用廣泛且多樣化,代工的標(biāo)準(zhǔn)化程度較數(shù)字芯片低,因此需要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與工藝環(huán)節(jié)的深度結(jié)合。一方面,工藝平臺(tái)中工藝器件的多樣化與特色化將影響芯片產(chǎn)品的功耗、成本和良率等重要指標(biāo);另一方面,模擬芯片的設(shè)計(jì)受工藝制約,高標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)需要工藝匹配實(shí)現(xiàn)。
為強(qiáng)化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與工藝環(huán)節(jié)的配合,全球模擬及數(shù)?;旌闲酒堫^廠商多采用IDM模式,如德州儀器、亞德諾等。IDM模式有利于從設(shè)計(jì)到制造到封測的全流程技術(shù)改進(jìn),實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與工藝協(xié)同優(yōu)化;同時(shí)可快速響應(yīng)設(shè)計(jì)需求、驗(yàn)證特色工藝,提高產(chǎn)品的研發(fā)效率。
但I(xiàn)DM模式對前期資本投入要求較高,目前大部分模擬芯片廠商采用Fabless模式,將晶圓制造、封裝測試等工藝環(huán)節(jié)委托給第三方晶圓廠和封測廠。為提升設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與工藝環(huán)節(jié)的耦合,部分優(yōu)秀Fabless廠商在工藝技術(shù)、封測技術(shù)等方面具有較強(qiáng)積累,通過與晶圓廠及封測廠合作定制開發(fā)特定工藝平臺(tái)、合作投資建設(shè)產(chǎn)線等方式,積極打造虛擬IDM模式,代表廠商為MPS和矽力杰。
行業(yè)機(jī)遇與挑戰(zhàn)
行業(yè)發(fā)展機(jī)遇下游市場需求旺盛
模擬及數(shù)?;旌闲酒嫦虻南掠螒?yīng)用領(lǐng)域廣泛,包括智能手機(jī)、平板電腦、TWS耳機(jī)、智能音箱、數(shù)碼相機(jī)等個(gè)人消費(fèi)電子產(chǎn)品;電視、機(jī)頂盒、智能掃地機(jī)器人、智能門鎖、智能家電等智能家居產(chǎn)品;路由器、交換機(jī)、基站等網(wǎng)絡(luò)通信類產(chǎn)品;汽車、軌道交通、智能電網(wǎng)、數(shù)控機(jī)床、無人機(jī)、攝像頭、儀器儀表、電動(dòng)工具、儲(chǔ)能等工業(yè)控制產(chǎn)品,涵蓋國民經(jīng)濟(jì)的各主要領(lǐng)域,市場空間巨大,且受單一產(chǎn)業(yè)波動(dòng)的影響較小。
隨著消費(fèi)領(lǐng)域產(chǎn)品的持續(xù)普及與技術(shù)迭代、工業(yè)領(lǐng)域自動(dòng)化與智能化程度的不斷提升、以及5G通訊、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術(shù)的不斷成熟,下游應(yīng)用領(lǐng)域?qū)㈤L期維持高景氣度,從而保持對模擬及數(shù)?;旌闲酒膹?qiáng)勁需求,模擬及數(shù)?;旌闲酒瑥S商面臨廣闊的市場空間與長期向好的市場前景。
國產(chǎn)替代趨勢明顯
中國為全球最大的半導(dǎo)體消費(fèi)國家,但自給率仍然處于較低水平,依賴進(jìn)口的現(xiàn)象較為嚴(yán)重。根據(jù)海關(guān)總署的數(shù)據(jù),集成電路產(chǎn)品的進(jìn)口額從2015年起已連續(xù)八年位列所有進(jìn)口商品中的第一位,2022年集成電路產(chǎn)品的進(jìn)出口逆差達(dá)到2,616.6億美元,進(jìn)口替代空間巨大且需求急迫。
同時(shí),在全球集成電路行業(yè)第三次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中,中國大陸在全球產(chǎn)業(yè)格局中所占比重逐步提高,國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)鏈不斷完善。制造端,中國已建和在建的6至12英寸晶圓產(chǎn)線投資上百億美元,全球巨頭臺(tái)積電、聯(lián)電、海力士等紛紛在中國大陸投資建廠,中芯國際、華虹NEC、華潤上華等本土晶圓制造廠商也在積極擴(kuò)大產(chǎn)能;封測端,國內(nèi)的長電科技、通富微電、華天科技等廠商技術(shù)已達(dá)到國際先進(jìn)水平。產(chǎn)業(yè)鏈的逐步成熟為中國集成電路行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)新打造了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
巨大的國產(chǎn)替代空間和良性的產(chǎn)業(yè)環(huán)境下,國產(chǎn)替代趨勢明顯加速,擁有自主創(chuàng)新技術(shù)和核心競爭力的本土集成電路廠商將面臨良好的發(fā)展前景。
審核編輯:劉清
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