《電子技術(shù)應(yīng)用》
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國產(chǎn)模擬IC產(chǎn)業(yè)鏈如何打破自給率低且研發(fā)慢的“僵局”

2019-09-27

根據(jù)WSTS統(tǒng)計(jì),2018年全球半導(dǎo)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(gè)神奇的存在,,頭部廠商不僅隊(duì)形穩(wěn)定,而且一直處于高增長態(tài)勢。從IC Insights數(shù)據(jù)來看,2018年全球模擬IC市場整體營收達(dá)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(jù)整體市場的60%,。

再看中國的模擬市場,賽迪顧問統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,,2018年中國模擬芯片市場規(guī)模2273.4億元(約320億美元),同比增長6.23%,近五年復(fù)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(shù)水平和國際領(lǐng)先公司相差巨大,。

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2018年全球模擬芯片廠商營收排名

這個(gè)僵局之所以難破,就是因?yàn)槟M技術(shù)的研發(fā)很難,,需要長時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)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(fā)的行列,。

模擬芯片研發(fā)難且周期長

先來說一說模擬芯片設(shè)計(jì)為什么難,?眾所周知,集成電路可分為數(shù)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(jié)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(shù)字芯片,,包括微元件(CPU,、GPU、MCU,、DSP等),,存儲(chǔ)器(DRAM、NANDFlash,、NORFlash)和邏輯IC(手機(jī)基帶,、以太網(wǎng)芯片等)。

從應(yīng)用來看,,信號鏈路和電源管理是模擬IC的兩大主要應(yīng)用,,市場占比高達(dá)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(qū)動(dòng)器IC等元器件,。

從技術(shù)層面來看,,數(shù)字芯片主要采用CMOS工藝,沿著摩爾定律一直向前演進(jìn),,強(qiáng)調(diào)的是算力提升和成本下降,,現(xiàn)在已經(jīng)7nm產(chǎn)線已經(jīng)量產(chǎn),5nm,、3nm已經(jīng)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(chǎn)品強(qiáng)調(diào)的是高信噪比,、低失真,、低耗電、高可靠性和穩(wěn)定性,,制程的縮小反而可能導(dǎo)致模擬電路性能的降低,,主要在 4、6,、8英寸晶圓產(chǎn)線上生產(chǎn),,目前僅有德州儀器、英飛凌等極少數(shù)模擬企業(yè)擁有 12 寸晶圓產(chǎn)線,。

在設(shè)計(jì)方面,,模擬電路和數(shù)字電路差異巨大。數(shù)字電路的設(shè)計(jì)核心在于邏輯設(shè)計(jì),,輔助設(shè)計(jì)工具(EDA)豐富,,可通過軟件進(jìn)行調(diào)試;而模擬電路的設(shè)計(jì)核心在于電路設(shè)計(jì),,需要根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品參數(shù)進(jìn)行調(diào)整與妥協(xié),,輔助工具較少。因此,,模擬電路設(shè)計(jì)更依賴于人工設(shè)計(jì),,對工程師的經(jīng)驗(yàn)要求也更高,,優(yōu)秀的模擬設(shè)計(jì)師需要 10 年甚至更長時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)。此外,,數(shù)字電路設(shè)計(jì)一般是大團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn),,追逐摩爾定律,,研發(fā)周期較短,,生命周期較短;而模擬電路設(shè)計(jì)一般是小團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn),,研發(fā)周期較長,,生命周期也長,有不少模擬器件生命周期長達(dá)10年以上,。

相對數(shù)字芯片,,模擬芯片產(chǎn)業(yè)主流模式仍然是IDM,且研發(fā)更重視經(jīng)驗(yàn)積累,、研發(fā)周期長,、產(chǎn)品種類多,因此模擬產(chǎn)品和技術(shù)很難被復(fù)制與替代,,市場競爭格局較為集中,,強(qiáng)者愈強(qiáng)、大者恒大的規(guī)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(jù)全球Top 10榜單,。

國內(nèi)模擬芯片廠商盤點(diǎn)

雖然模擬技術(shù)難點(diǎn)重重,突破緩慢,,但是國內(nèi)公司也在積極研發(fā)推進(jìn),,國內(nèi)模擬產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成績,下面我們就來看看國內(nèi)主要的模擬芯片設(shè)計(jì)公司有哪些,。

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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(shè)計(jì),是全球領(lǐng)先的小封裝,、高壓大電流IC設(shè)計(jì)公司之一,。公司創(chuàng)始人擁有超過13年在電源管理芯片行業(yè)的工作經(jīng)驗(yàn),先后任職于美國Linear和美國芯源系統(tǒng)有限公司(Monolithic Power System,, 簡稱MPS),。

公司擁有IC設(shè)計(jì)技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)之研發(fā)團(tuán)隊(duì),,并擁有晶圓制程與封裝技術(shù)的設(shè)計(jì)能力,目前已擁有18項(xiàng)美國專利,。公司以電源管理產(chǎn)品為主,,終端應(yīng)用超過2000個(gè)品項(xiàng)。目前,,公司已經(jīng)成功打入平板計(jì)算機(jī),、LED照明、固態(tài)硬盤,、LED電視,、筆記本電腦、安防監(jiān)控設(shè)備及智慧手機(jī)之品牌商或ODM,、OEM代工廠商之供應(yīng)鏈,。2018年,矽力杰整體營收達(dá)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(zhì)模擬集成電路的研發(fā)和銷售,是目前A股上市唯一專注于模擬芯片設(shè)計(jì)且產(chǎn)品全面覆蓋信號鏈和電源管理兩大領(lǐng)域的半導(dǎo)體企業(yè),。

公司擁有16大系列1000余款型號的高性能模擬IC產(chǎn)品,,包括運(yùn)算放大器、比較器,、音/視頻放大器,、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模擬開關(guān),、電平轉(zhuǎn)換及接口芯片,、小邏輯芯片、LDO,、微處理器電源監(jiān)控芯片,、DC/DC轉(zhuǎn)換器、背光及閃光LED驅(qū)動(dòng),、OVP及負(fù)載開關(guān),、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、MOSFET驅(qū)動(dòng),、電池保護(hù)及充放電管理芯片等,。產(chǎn)品性能和品質(zhì)對標(biāo)世界一流模擬芯片廠商同類產(chǎn)品,部分關(guān)鍵性能指標(biāo)有所超越,,廣泛應(yīng)用于通訊設(shè)備,、消費(fèi)類電子、工業(yè)控制,、醫(yī)療儀器和汽車電子等領(lǐng)域,,以及物聯(lián)網(wǎng),、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(dǎo)體股份有限公司成立于2008 年,是國內(nèi)領(lǐng)先的模擬和混合信號集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)之一,。公司總部設(shè)在上海浦東新區(qū),,在深圳、廈門,、中山,、成都,、東莞,、杭州設(shè)有客戶支持中心,在香港設(shè)有國際業(yè)務(wù)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(qū)動(dòng)芯片技術(shù)和市場均處于領(lǐng)先水平,于2015年開始變頻電機(jī)控制芯片組的開發(fā),,包括電機(jī)控制芯片,、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、智能功率模塊,、AC/DC和DC/DC電源芯片,,電機(jī)控制芯片組進(jìn)入國內(nèi)外知名品牌客戶,在國產(chǎn)變頻電機(jī)控制芯片企業(yè)中嶄露頭角,。晶豐明源在智能家居和物聯(lián)網(wǎng)市場提供整體芯片解決方案,,為客戶提供一站式服務(wù),也將拓展更多應(yīng)用市場,,為上下游合作伙伴創(chuàng)造更多機(jī)會(huì),。

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(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū),。產(chǎn)品線包括MCU,、電源管理電路、LED照明驅(qū)動(dòng)電路,、功率驅(qū)動(dòng)模塊,、音響系統(tǒng)電路、數(shù)字音頻電路,、消費(fèi)類專用電路,、MEMS傳感器、計(jì)量類電路,、半導(dǎo)體分立器件芯片,、半導(dǎo)體分立器件成品,。應(yīng)用于LED照明、LED顯示,、工業(yè),、家電、影音設(shè)備,、消費(fèi)電子,、汽車電子、玩具等產(chǎn)品中,。

第一條芯片生產(chǎn)線于2001年4月動(dòng)工興建,,凈化面積約3600平方米,運(yùn)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(chǎn)線,,目前實(shí)際月產(chǎn)量已超過7.7萬片。第二條芯片生產(chǎn)線于2003年3月動(dòng)工興建,,凈化面積達(dá)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(chǎn)品已導(dǎo)入量產(chǎn),目前月產(chǎn)量達(dá)到2.5萬片,。士蘭集成電路有限公司的芯片生產(chǎn)線將致力于特殊工藝和特殊器件結(jié)構(gòu)的研發(fā),,期望在半導(dǎo)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(chǎn)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(shù)團(tuán)隊(duì)的數(shù)位成員來自美國的著名半導(dǎo)體公司,在模擬及混合集成電路領(lǐng)域擁有多款成功產(chǎn)品的開發(fā)經(jīng)驗(yàn),,擁有超過40項(xiàng)美國專利,。公司專注于設(shè)計(jì)、開發(fā),、測試和銷售基于先進(jìn)的亞微米CMOS,、BIPOLAR、BICMOS,、BCD等工藝技術(shù)的模擬及數(shù)字模擬混合集成電路產(chǎn)品,,主要產(chǎn)品涵蓋:電源管理芯片,高速,、高精度數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換器,,無線射頻芯片,混合信號的系統(tǒng)級芯片(SOC),,服務(wù)于通信,、消費(fèi)電子,、計(jì)算機(jī)及計(jì)算機(jī)接口設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域。

福滿電子

深圳市富滿電子集團(tuán)股份有限公司創(chuàng)立于2001年,,主要從事高性能模擬及數(shù)?;旌霞呻娐吩O(shè)計(jì)研發(fā)、封裝,、測試和銷售,。目前擁有電源管理、LED驅(qū)動(dòng),、MCU,、音頻功放、MOSFET,、紅外線遙控等涉及消費(fèi)領(lǐng)域IC產(chǎn)品四百余種,。

賽微微電子

東莞賽微微電子有限公司2009年成立于松山湖,是國內(nèi)最大的電池管理芯片企業(yè),,全球僅有的三家能夠量產(chǎn)高精度電池電量計(jì)專用集成電路企業(yè)之一,。在上海浦東新區(qū)、深圳南山科技園,、東莞市松山湖以及臺北均設(shè)有電池測試中心、銷售與技術(shù)支持,。產(chǎn)品線包括電池電量計(jì)芯片,、電池管理芯片、電池保護(hù)芯片,、BMS前端采集芯片以及USB充電控制芯片,。專注市場領(lǐng)域涵蓋移動(dòng)通信、平板計(jì)算機(jī),、筆記本計(jì)算機(jī),、電動(dòng)工具、電動(dòng)交通工具,、電池儲(chǔ)能設(shè)備等諸多領(lǐng)域,,累計(jì)出貨芯片超過3億顆。

華微電子

華微電子緊隨市場發(fā)展,,將積累多年的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)厚積薄發(fā),,引領(lǐng)技術(shù)前沿,開拓新興領(lǐng)域,。公司擁有4英寸,、5英寸與6英寸等多條功率半導(dǎo)體分立器件及IC芯片生產(chǎn)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(shè)計(jì)、工藝制造和產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面擁有多項(xiàng)專利,,各系列產(chǎn)品采用IGBT,、MOS、雙極技術(shù)及集成電路等核心制造技術(shù),,其中IGBT薄片工藝,、Trench工藝、壽命控制和終端設(shè)計(jì)技術(shù)等國內(nèi)領(lǐng)先,,達(dá)到國際同行業(yè)先進(jìn)水平,。公司主要生產(chǎn)功率半導(dǎo)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(chǎn)品,,產(chǎn)品種類基本覆蓋功率半導(dǎo)體器件全部范圍,,廣泛應(yīng)用于汽車電子、電力電子,、光伏逆變,、工業(yè)控制與LED照明等領(lǐng)域,并不斷在新能源汽車,、光伏,、變頻等戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域快速拓展。

上海艾為電子技術(shù)股份有限公司

上海艾為電子技術(shù)股份有限公司(以下簡稱“艾為”)創(chuàng)立于2008年,,專注于高性能混合信號,、模擬、射頻等IC設(shè)計(jì),,聚焦在手機(jī),、可穿戴、智能硬件,、車載電子,、IoT等消費(fèi)電子領(lǐng)域。艾為的核心團(tuán)隊(duì)擁有超過二十年專注于模擬IC設(shè)計(jì)和管理經(jīng)驗(yàn),,自成立之初就建立了嚴(yán)苛的品質(zhì)保證體系,,部分產(chǎn)品的性能和品質(zhì)已趕超國際一線廠商同類產(chǎn)品。

作為無晶圓廠的芯片設(shè)計(jì)公司,艾為采用委托加工方式,,供應(yīng)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(zhì)和穩(wěn)定的供貨,。 目前,,艾為推出了聲、光,、電,、射、手五大產(chǎn)品線,,兩百余款自主知識產(chǎn)權(quán)的芯片熱賣中,。2017年?duì)I業(yè)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(fā)投入占營收比例保持在10% 以上,。

韋爾半導(dǎo)體

上海韋爾半導(dǎo)體有限公司成立于2007年,,總部坐落于上海張江高科技園區(qū),在深圳,、臺灣、香港等地設(shè)立辦事處,。公司主營產(chǎn)品包括保護(hù)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(guān)等四條產(chǎn)品線,700多個(gè)產(chǎn)品型號,,產(chǎn)品在手機(jī),、電腦、電視,、通訊,、安防、車載,、穿戴,、醫(yī)療等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,公司業(yè)績連續(xù)多年保持穩(wěn)定增長,。隨著公司發(fā)展,,公司逐步引進(jìn)大量人才,重點(diǎn)加強(qiáng)研發(fā),、品質(zhì)等方面人才儲(chǔ)備,,同時(shí)建立了先進(jìn)的可靠性實(shí)驗(yàn)室、EMC實(shí)驗(yàn)室,,在產(chǎn)品的研發(fā),、試產(chǎn)、量產(chǎn)過程中,,對產(chǎn)品質(zhì)量層層把關(guān),,并為合作伙伴提供大量的EMC測試。

南芯半導(dǎo)體

上海南芯半導(dǎo)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(qū),。由一批來自歐美知名企業(yè)的工程師創(chuàng)建,憑借團(tuán)隊(duì)在歐美企業(yè)豐富的技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)積累,,保持細(xì)分市場3-5年技術(shù)領(lǐng)先,。同時(shí)堅(jiān)持打造差異化產(chǎn)品,做到領(lǐng)先同領(lǐng)域其他產(chǎn)品10倍的性價(jià)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(lǐng)域與Linear(已被ADI收購)、TI等老牌大廠同臺競技,。產(chǎn)品以Buck-Boost為核心,,為用戶提供靈活,多用途,,高品質(zhì)且價(jià)格適中的電源管理方案,。目前南芯的芯片已經(jīng)順利進(jìn)入華為、小米,、海翼和欣旺達(dá)等知名廠商,。

中國模擬廠商的突圍機(jī)會(huì)在哪里,?

隨著國內(nèi)對模擬芯片需求的持續(xù)增加,國內(nèi)模擬芯片廠商也面臨更大的發(fā)展機(jī)會(huì),。

第一,,模擬IC市場高度分散,一兩家公司無法實(shí)現(xiàn)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(jī)會(huì),。

第二,中國是全球最大的消費(fèi)電子生產(chǎn)基地,,對中低端模擬芯片需求旺盛,,國內(nèi)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(huì)讓出中低端市場。但是國內(nèi)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈逐漸從 IDM 模式轉(zhuǎn)變成代工模式,。雖然相對于數(shù)字芯片,,模擬器件代工的標(biāo)準(zhǔn)化程度差,移植性低,,但是已經(jīng)有模擬公司開始走代工路線,,這有助于國內(nèi)模擬Fabless設(shè)計(jì)公司壓縮成本,實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn),。

第四,,中美貿(mào)易戰(zhàn)讓更多中國廠商明白完全依賴國外公司風(fēng)險(xiǎn)很高,開始逐步采用國產(chǎn)芯片,,這將給國產(chǎn)芯片帶來量產(chǎn)和迭代的機(jī)會(huì),,產(chǎn)品性能會(huì)進(jìn)一步提升,讓中國模擬芯片設(shè)計(jì)水平和國際領(lǐng)先公司的水平逐步縮小,,而且越來越多加入模擬芯片設(shè)計(jì)市場。

但是放眼整個(gè)模擬芯片市場,,具有先進(jìn)技術(shù)和資金實(shí)力的IDM公司國際大廠也在投入建設(shè)更先進(jìn)的工藝產(chǎn)線,,而且芯片集成度越來越高,芯片尺寸越來越小,,尤其是數(shù)?;旌细恿餍校焦杌哪M芯片進(jìn)入市場。國產(chǎn)模擬芯片廠商也需要加強(qiáng)技術(shù)研發(fā),,和代工企業(yè)更加緊密合作,,實(shí)現(xiàn)技術(shù)更大的技術(shù)突破,才能在未來的市場中占有一席之地,,否則會(huì)一直在中低端市場打轉(zhuǎn),,后面隨著更多創(chuàng)業(yè)公司加入,會(huì)陷入價(jià)格戰(zhàn)危機(jī),,造成惡性競爭,,不利于國內(nèi)模擬半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。


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