國產模擬IC產業鏈如何打破自給率低且研發慢的“僵局”?

      2019-09-23 09:28:00 來源:EEFOCUS
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      根據WSTS統計,2018年全球半導體市場全年總銷售值約4688億美元。在如此龐大的IC市場中,模擬IC市場一直是一個神奇的存在,頭部廠商不僅隊形穩定,而且一直處于高增長態勢。從IC Insights數據來看,2018年全球模擬IC市場整體營收達到600億美元,占整體IC市場約13%。而全球前十大模擬芯片廠商總營收361億美元,占據整體市場的60%。

       

      再看中國的模擬市場,賽迪顧問統計數據顯示,2018年中國模擬芯片市場規模2273.4億元(約320億美元),同比增長6.23%,近五年復合增速為9.16%。中國的模擬芯片市場占全球比例超過50%,且市場增速高于全球平均水平,但是自給率僅有20%,技術水平和國際領先公司相差巨大。

       

      2018年全球模擬芯片廠商營收排名

       

      這個僵局之所以難破,就是因為模擬技術的研發很難,需要長時間的經驗積累,但是近幾年在國家政策的大力支持下,越來越多的本土公司開始加入自行研發的行列。

       

      模擬芯片研發難且周期長

      先來說一說模擬芯片設計為什么難?眾所周知,集成電路可分為數字電路和模擬電路。我們的一切感知,例如圖像、聲音、觸感、溫度、濕度等都可以歸結到模擬世界。因此,參與這些信息處理的芯片就是模擬芯片;另外,那些我們無法感知,但客觀存在的模擬信號處理芯片,比如微波,電信號處理芯片等,也屬于模擬范疇。和模擬芯片相對的就是數字芯片,包括微元件(CPU、GPU、MCU、DSP等),存儲器(DRAM、NANDFlash、NORFlash)和邏輯IC(手機基帶、以太網芯片等)。

       

      從應用來看,信號鏈路和電源管理是模擬IC的兩大主要應用,市場占比高達60%,其中信號鏈路主要包括比較器放大器、AD/DA、接口芯片等元器件;電源管理主要包括PMIC、AC/DC、DC/DC、PWM、LDO和驅動器IC等元器件。

       

      從技術層面來看,數字芯片主要采用CMOS工藝,沿著摩爾定律一直向前演進,強調的是算力提升和成本下降,現在已經7nm產線已經量產,5nm、3nm已經排上日程;模擬芯片不受制于摩爾定律和高端制程,部分采用CMOS工藝,還有很多采用BCD、CDMOS工藝,產品強調的是高信噪比、低失真、低耗電、高可靠性和穩定性,制程的縮小反而可能導致模擬電路性能的降低,主要在 4、6、8英寸晶圓產線上生產,目前僅有德州儀器、英飛凌等極少數模擬企業擁有 12 寸晶圓產線。

       

      在設計方面,模擬電路和數字電路差異巨大。數字電路的設計核心在于邏輯設計,輔助設計工具(EDA)豐富,可通過軟件進行調試;而模擬電路的設計核心在于電路設計,需要根據實際產品參數進行調整與妥協,輔助工具較少。因此,模擬電路設計更依賴于人工設計,對工程師的經驗要求也更高,優秀的模擬設計師需要 10 年甚至更長時間的經驗。此外,數字電路設計一般是大團隊作戰,追逐摩爾定律,研發周期較短,生命周期較短;而模擬電路設計一般是小團隊作戰,研發周期較長,生命周期也長,有不少模擬器件生命周期長達10年以上。

       

      相對數字芯片,模擬芯片產業主流模式仍然是IDM,且研發更重視經驗積累、研發周期長、產品種類多,因此模擬產品和技術很難被復制與替代,市場競爭格局較為集中,強者愈強、大者恒大的規律較為突出,從而造成TI、ADI、英飛凌、ST、NXP、美信、安森美等公司長期占據全球Top 10榜單。

       

      國內模擬芯片廠商盤點

      雖然模擬技術難點重重,突破緩慢,但是國內公司也在積極研發推進,國內模擬產業鏈已經取得了不錯的成績,下面我們就來看看國內主要的模擬芯片設計公司有哪些。

       

       

      矽力杰

      Silergy Corp.矽力杰(股份)公司及其子公司(以下簡稱:矽力杰)成立于2008年,專注于模擬IC設計,是全球領先的小封裝、高壓大電流IC設計公司之一。公司創始人擁有超過13年在電源管理芯片行業的工作經驗,先后任職于美國Linear和美國芯源系統有限公司(Monolithic Power System, 簡稱MPS)。

       

      公司擁有IC設計技術與系統設計技術之研發團隊,并擁有晶圓制程與封裝技術的設計能力,目前已擁有18項美國專利。公司以電源管理產品為主,終端應用超過2000個品項。目前,公司已經成功打入平板計算機、LED照明、固態硬盤、LED電視、筆記本電腦、安防監控設備及智慧手機之品牌商或ODM、OEM代工廠商之供應鏈。2018年,矽力杰整體營收達到19億元。

       

      圣邦微

      圣邦微電子(北京)股份有限公司專注于高性能、高品質模擬集成電路的研發和銷售,是目前A股上市唯一專注于模擬芯片設計且產品全面覆蓋信號鏈和電源管理兩大領域的半導體企業。

       

      公司擁有16大系列1000余款型號的高性能模擬IC產品,包括運算放大器、比較器、音/視頻放大器、模數/數模轉換器、模擬開關、電平轉換及接口芯片、小邏輯芯片、LDO、微處理器電源監控芯片、DC/DC轉換器、背光及閃光LED驅動、OVP及負載開關、馬達驅動、MOSFET驅動、電池保護及充放電管理芯片等。產品性能和品質對標世界一流模擬芯片廠商同類產品,部分關鍵性能指標有所超越,廣泛應用于通訊設備、消費類電子、工業控制、醫療儀器和汽車電子等領域,以及物聯網、新能源、人工智能、5G等新興市場。

       

      晶豐明源

      上海晶豐明源半導體股份有限公司成立于2008 年,是國內領先的模擬和混合信號集成電路設計企業之一。公司總部設在上海浦東新區,在深圳、廈門、中山、成都、東莞、杭州設有客戶支持中心,在香港設有國際業務支持中心。

       

      晶豐明源在通用LED照明、高性能燈具和智能照明驅動芯片技術和市場均處于領先水平,于2015年開始變頻電機控制芯片組的開發,包括電機控制芯片、電機驅動芯片、智能功率模塊、AC/DC和DC/DC電源芯片,電機控制芯片組進入國內外知名品牌客戶,在國產變頻電機控制芯片企業中嶄露頭角。晶豐明源在智能家居和物聯網市場提供整體芯片解決方案,為客戶提供一站式服務,也將拓展更多應用市場,為上下游合作伙伴創造更多機會。

       

      士蘭微

      杭州士蘭集成電路有限公司成立于2001年,位于杭州(下沙)經濟技術開發區。產品線包括MCU、電源管理電路、LED照明驅動電路、功率驅動模塊、音響系統電路、數字音頻電路、消費類專用電路、MEMS傳感器、計量類電路、半導體分立器件芯片、半導體分立器件成品。應用于LED照明、LED顯示、工業、家電、影音設備、消費電子、汽車電子、玩具等產品中。

       

      第一條芯片生產線于2001年4月動工興建,凈化面積約3600平方米,運行一條線寬2-5微米、圓片尺寸為5英寸的雙極型集成電路芯片生產線,目前實際月產量已超過7.7萬片。第二條芯片生產線于2003年3月動工興建,凈化面積達到7000平方米,加工線寬0.8微米或更高,圓片尺寸5英寸/6英寸兼容,2006年6月起,BiCMOS和BCD工藝的產品已導入量產,目前月產量達到2.5萬片。士蘭集成電路有限公司的芯片生產線將致力于特殊工藝和特殊器件結構的研發,期望在半導體芯片的特殊制造工藝上取得不斷的突破,以期獲得較高的產品附加值。

       

      昂寶電子

      昂寶電子(上海)有限公司位于上海張江,核心技術團隊的數位成員來自美國的著名半導體公司,在模擬及混合集成電路領域擁有多款成功產品的開發經驗,擁有超過40項美國專利。公司專注于設計、開發、測試和銷售基于先進的亞微米CMOS、BIPOLAR、BICMOS、BCD等工藝技術的模擬及數字模擬混合集成電路產品,主要產品涵蓋:電源管理芯片,高速、高精度數模/模數轉換器,無線射頻芯片,混合信號的系統級芯片(SOC),服務于通信、消費電子、計算機及計算機接口設備應用領域。

       

      福滿電子

      深圳市富滿電子集團股份有限公司創立于2001年,主要從事高性能模擬及數模混合集成電路設計研發、封裝、測試和銷售。目前擁有電源管理、LED驅動、MCU、音頻功放、MOSFET、紅外線遙控等涉及消費領域IC產品四百余種。

       

      賽微微電子

      東莞賽微電子有限公司2009年成立于松山湖,是國內最大的電池管理芯片企業,全球僅有的三家能夠量產高精度電池電量計專用集成電路企業之一。在上海浦東新區、深圳南山科技園、東莞市松山湖以及臺北均設有電池測試中心、銷售與技術支持。產品線包括電池電量計芯片、電池管理芯片、電池保護芯片、BMS前端采集芯片以及USB充電控制芯片。專注市場領域涵蓋移動通信、平板計算機、筆記本計算機、電動工具、電動交通工具、電池儲能設備等諸多領域,累計出貨芯片超過3億顆。

       

      華微電子

      華微電子緊隨市場發展,將積累多年的技術經驗厚積薄發,引領技術前沿,開拓新興領域。公司擁有4英寸、5英寸與6英寸等多條功率半導體分立器件及IC芯片生產線,芯片加工能力為每年400萬片,封裝資源為24億只/年,模塊360萬塊/年。公司在終端設計、工藝制造和產品設計方面擁有多項專利,各系列產品采用IGBT、MOS、雙極技術及集成電路等核心制造技術,其中IGBT薄片工藝、Trench工藝、壽命控制和終端設計技術等國內領先,達到國際同行業先進水平。公司主要生產功率半導體器件及IC,目前公司已形成IGBT、MOSFET、SCR、SBD、IPM、FRD、BJT等為營銷主線的系列產品,產品種類基本覆蓋功率半導體器件全部范圍,廣泛應用于汽車電子、電力電子、光伏逆變、工業控制與LED照明等領域,并不斷在新能源汽車、光伏、變頻等戰略性新興領域快速拓展。

       

      上海艾為電子技術股份有限公司

      上海艾為電子技術股份有限公司(以下簡稱“艾為”)創立于2008年,專注于高性能混合信號、模擬、射頻等IC設計,聚焦在手機、可穿戴、智能硬件、車載電子、IoT等消費電子領域。艾為的核心團隊擁有超過二十年專注于模擬IC設計和管理經驗,自成立之初就建立了嚴苛的品質保證體系,部分產品的性能和品質已趕超國際一線廠商同類產品。


      作為無晶圓廠的芯片設計公司,艾為采用委托加工方式,供應商主要為TSMC, CSMC, HHGrace, GF, JCET, JCAP, TFME, Unisem等知名廠商,以確保卓越的品質和穩定的供貨。 目前,艾為推出了聲、光、電、射、手五大產品線,兩百余款自主知識產權的芯片熱賣中。2017年營業收入5.22億元人民幣,較上年同期增長59%,凈利潤5111.35萬元人民幣,較上年同期增長153.6%,研發投入占營收比例保持在10% 以上。

       

      韋爾半導體

      上海韋爾半導體有限公司成立于2007年,總部坐落于上海張江高科技園區,在深圳、臺灣、香港等地設立辦事處。公司主營產品包括保護器件 (TVS、TSS)、功率器件 (MOSFET、Schottky Diode、Transistor)、電源管理器件 (Charger、LDO、Buck、Boost、Backlight LED Driver、Flash LED Driver)、模擬開關等四條產品線,700多個產品型號,產品在手機、電腦、電視、通訊、安防、車載、穿戴、醫療等領域得到廣泛應用,公司業績連續多年保持穩定增長。隨著公司發展,公司逐步引進大量人才,重點加強研發、品質等方面人才儲備,同時建立了先進的可靠性實驗室、EMC實驗室,在產品的研發、試產、量產過程中,對產品質量層層把關,并為合作伙伴提供大量的EMC測試。

       

      南芯半導體

      上海南芯半導體科技有限公司成立于2015年,總部位于上海浦東張江高科技園區。由一批來自歐美知名企業的工程師創建,憑借團隊在歐美企業豐富的技術及經驗積累,保持細分市場3-5年技術領先。同時堅持打造差異化產品,做到領先同領域其他產品10倍的性價比。

       

      上海南芯推出了中國首顆全系列升降壓電池電源解決方案,在該領域與Linear(已被ADI收購)、TI等老牌大廠同臺競技。產品以Buck-Boost為核心,為用戶提供靈活,多用途,高品質且價格適中的電源管理方案。目前南芯的芯片已經順利進入華為、小米、海翼和欣旺達等知名廠商。

       

      中國模擬廠商的突圍機會在哪里?

      隨著國內對模擬芯片需求的持續增加,國內模擬芯片廠商也面臨更大的發展機會。

       

      第一,模擬IC市場高度分散,一兩家公司無法實現全部壟斷,2018年模擬市場前三甲的TI、ADI和英飛凌也只分別占到18%、9%和6%,中國模擬芯片廠商有更多切入市場的機會。

       

      第二,中國是全球最大的消費電子生產基地,對中低端模擬芯片需求旺盛,國內模擬芯片公司更容易切入,而且隨著中低端市場利潤變薄,國外大公司迫于追求高利潤,也會讓出中低端市場。但是國內模擬廠商絕對不能止步于中低端市場,否則一直處于喝湯甚至挨餓的階段。

       

      第三,半導體產業鏈逐漸從 IDM 模式轉變成代工模式。雖然相對于數字芯片,模擬器件代工的標準化程度差,移植性低,但是已經有模擬公司開始走代工路線,這有助于國內模擬Fabless設計公司壓縮成本,實現規模量產。

       

      第四,中美貿易戰讓更多中國廠商明白完全依賴國外公司風險很高,開始逐步采用國產芯片,這將給國產芯片帶來量產和迭代的機會,產品性能會進一步提升,讓中國模擬芯片設計水平和國際領先公司的水平逐步縮小,而且越來越多加入模擬芯片設計市場。

       

      但是放眼整個模擬芯片市場,具有先進技術和資金實力的IDM公司國際大廠也在投入建設更先進的工藝產線,而且芯片集成度越來越高,芯片尺寸越來越小,尤其是數模混合更加流行,超越硅基的模擬芯片進入市場。國產模擬芯片廠商也需要加強技術研發,和代工企業更加緊密合作,實現技術更大的技術突破,才能在未來的市場中占有一席之地,否則會一直在中低端市場打轉,后面隨著更多創業公司加入,會陷入價格戰危機,造成惡性競爭,不利于國內模擬半導體產業的發展。

       

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      作者簡介
      郭云云
      郭云云

      與非網副主編,網名:咖啡不解困。在電子產業圈混跡8載,喜歡聽大咖講產業故事,喜歡聽牛人分析產業趨勢,也喜歡發表自己的“正理邪說”,時刻保持對所見所得的思考。

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