中国能跑出模拟芯片巨头吗?

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· 8月10日

最佳的时间窗口,最有利的产业背景,最大的三个挑战。

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中国能跑出模拟芯片巨头吗?

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图片来源@视觉中国

文 | 数智界,作者|祝彰,编辑 | 嘉辛

最近一段时间,半导体产业风波不断。

国内市场,一场行业反腐风暴正在进行。全球范围,7月以来,市场陆续传出半导体供应链大幅砍单的消息,涉及三星、LG、戴尔、台积电等头部企业。

Gartner的最新预测中,2022年全球半导体收入预计将增长7.4%,远不及上一季度预测的13.6%的增幅,也远低于2021年26.3%的增长速度。

这些消息背后,当前半导体产业正在面临着两大矛盾:

第一,是全球范围内,“砍单”和“缺芯”的现象同时存在,这是由消费级电子产品的市场疲软、与新能源汽车赛道的高景气所决定的,更多的是结构调整;

第二,是国内半导体产业在更宏大的“国产替代”背景下,碰到了一些短期内的成长阵痛。

对中国的半导体企业来说,在新能源汽车产业这波时代际遇下,成为芯片国产替代的参与者和推动者,这是不会改变的大方向,但问题在于,要实现芯片的国产替代并非易事,制程、摩尔定律、技术积淀等等,都是需要直面的挑战。

不过,还有一类芯片,对先进制程的要求并没那么高,也不受制于摩尔定律,同时还不受半导体产业周期性调整的影响,这就是模拟芯片。

目前中国模拟芯片的自给率只有12%,实现国产替代的空间较为广阔。

那么模拟芯片会不会成为中国率先实现国产替代的细分领域之一?技术壁垒到底高不高?中国相关企业与巨头相比差在了哪里?本文重点讨论这三个问题。

01 重要但不受限,模拟芯片为什么是底层基础?

提起芯片,大多数读者最先想到的,无外乎CPU(中央处理器)、GPU(图形处理器)、DRAM(动态随机存取存储器)、SoC(系统级芯片)等。

以上这些芯片,大多数对制程的要求较高、也往往决定着终端的性能优劣。比如安卓手机会去争着搭载高通最新的骁龙处理器,比如至今大家还是会把iPhone的A处理器与高通的骁龙拿出来比较。

在以上每一个细分领域,都有相应的半导体巨头存在。英特尔、英伟达、AMD长期占据着CPU、GPU的绝对统治权;三星、SK海力士和美光则在存储芯片领域占据着绝对地位;智能手机SoC芯片中,联发科、高通、苹果占据着超八成以上的市场份额。

虽然功能有所不同,但这些芯片都可以划分为同一类芯片:数字芯片。

模拟芯片是芯片的另一种,它与数字芯片同样重要。

简单来说,外界发出的信号,比如声音、光线、温度等等,经过传感器转化为电信号后,最先是以模拟信号的形式存在,模拟信号再经过模拟芯片的采集、放大、滤波等处理后,才会转换成数字信号或者继续以模拟信号的形式,输出到执行层。

也因此,对这两种芯片的关系,业界有种说法:模拟芯片是终端产品的下层基础,数字芯片是上层建筑。

与数字芯片相比,模拟芯片有以下两个特点:

第一,模拟芯片相对半导体行业的整体周期性较弱。

广发证券在一份研报中指出,全球半导体销售额的增长呈现出明显的周期波动性,其中可以拆解出三种最基础的周期——库存周期、产能/资本开支周期、产品周期。

从对周期波动性的影响大小来看,产品周期>库存周期>产能/资本开支周期,但是具体到不同的品类有所区别:

存储类的芯片,产品周期之外,资本开支周期处于主导地位;非存储类的芯片,产品周期之外,则是库存周期处于主导地位。

模拟芯片是另一种情况,由于其终端应用范围广,导致这类芯片不易受单一产业景气度的变动影响,价格波动远没有存储芯片和数字芯片变化大,市场波动幅度相对较小。因此外界对模拟芯片还有一种定位——电子产业的晴雨表。

第二,模拟芯片对先进制程的要求没那么高,也不受摩尔定律限制。

模拟芯片产品强调的是高信噪比、低失真、低耗电、高可靠性和稳定性,制程的缩小反而可能导致模拟电路性能的降低。目前业界仍在大量使用的,是0.18um和0.13um的工艺节点。

已经在业界奉行了近半个世纪的摩尔定律,到了模拟芯片这里也不再适用。

相比存储芯片和数字芯片,模拟芯片在终端应用时,对性能的提升要求没那么快,且模拟芯片的生命周期更长:数字芯片的生命周期一般只有1-2年,模拟芯片则可以到5年甚至10年,首创证券的一组数据显示,模拟芯片的龙头公司ADI,其约50%的收入是来自于10年及以上产品贡献的。

但是这两大特点之下,并不意味着模拟芯片就不存在“卡脖子”的问题了,也不是说这条赛道的“国产替代”就更容易实现了。

我国占据着全球36%的模拟芯片市场,是最大的消费国,但目前的自给率仍然只有12%,处于较低水平。

02 千亿美金大产业,没有巨头

我们在上文中曾提到,在数字芯片的众多细分领域,都有龙头型公司存在,头部的两家或三家企业,占据了实质性的产业垄断地位。

模拟芯片赛道是个例外。

全球范围内,只有两家企业的市占率超过了10%,德州仪器和ADI,市占率分别为19%和12.7%。

市场格局高度分散最主要的原因,在于模拟芯片是一个大产业,不仅产品种类极度丰富,应用领域也极为广泛。

模拟芯片一般分为两种:通用模拟芯片和专用模拟芯片。

通用模拟芯片属于通用型产品,适用于不同场景,设计、性能等参数不特定适配于某类应用,具体的产品主要是电源管理芯片和信号链芯片(放大器&比较器、接口芯片、转换器等)两大类;

专用模拟芯片更多依据专用的应用场景来设计,复杂度和集成程度更高,应用领域包括但不限于汽车、通信、计算机等终端产品。

市场研究机构IC Insights的预测中,2022年,通用模拟芯片和专用模拟芯片的市场规模分别为329.17亿美元和502.96亿美元,占比分别为39.56%和60.44%。

从应用场景来看,目前在专用模拟芯片领域,通讯市场依然占据着最大的市场份额,达到52.16%,其次是汽车市场,占据着27.35%的市场份额。

再来看产品种类的丰富度。这一点,我们可以从通用模拟芯片窥见一斑。

在通用型模拟芯片中,电源管理芯片是最大的市场,占比超过50%。

但在具体的产品设计中,其中每一个品类,根据终端产品性能需求的差异又有不同系列。比如德州仪器的产品料号(商品编号)就多达8万种,ADI也拥有超过4.5万种产品。

这就导致,全球范围内的模拟芯片龙头企业,实际上形成了错位竞争,从不同的细分领域切入,再寻求产业扩充。

如上图所示,德州仪器的专长在于电源管理及运算放大器芯片,而ADI则是精于模拟信号和数据转换器。

事实上,一个行业下游场景过于分散、产品种类、料号十分丰富的情况下,巨头可选的一条成长路径,便是通过持续的大规模产业并购做大做强,吃掉更大的市场份额。

德州仪器和ADI是这一路径的践行者。

根据国盛证券统计,90年代以来,德州仪器完成了30余次收并购,并通过剥离低毛利或需要更多资金独立发展的业务,先后剥离了计算机微处理器、存储、手机处理器等业务,才走上了专注模拟芯片的道路。

ADI同样是经过三次重要的收购之后,巩固了其现在的地位。这三次的收购标的分别是强于射频和微波技术的Hittite(2014年)、全球模拟厂商排名第八的凌特半导体(2016年)、在混合信号和电源管理芯片领域的巨头美信(2021年)。

即便如此,他们也依然没有强大到吃掉更多的市场份额,因为他们无法覆盖到全部的模拟芯片细分种类。

03 国产模拟芯片厂商的机会与挑战

这几年,大家都在谈“缺芯”,全行业都在加大布局,甚至车企为了缓解缺芯难题,还推出了“减配交付”的策略。

但事实上,除了车规级MCU以外,模拟芯片也是缺芯重灾区。

德勤在一份研报中指出,2021年二季度的时候,部分模拟芯片厂商的交货周期最长是20周,接近MCU芯片的交货周期,紧缺程度不容乐观。

不过从应对难度来看,模拟芯片要解决“芯片荒”,比MCU厂商要稍微“轻松”一些:

一方面,MCU芯片工艺复杂度最高且产能集中,生产高度依赖规模经济,头部IDM厂商逐步尝试加工外包,但产能70%来自台积电;而模拟芯片的相关工艺更成熟,各区域仍有中小型厂商有“长尾”量产能力。

另一方面,MCU芯片领域国产替代进程缓慢,目前仅少量中国厂商可以量产低端车轨级MCU,并仅能应用在非车身控制场景(座椅、空调等),而模拟芯片领域,中国厂商的技术水平与海外领先企业的差距在逐步缩窄,国产替代的比例在逐步上升。

当然,从更长远的视角来看,国产替代的目标不仅仅是缓解缺芯难题,更重要的,是实现在关键技术领域的实质性突破,实现自主可控。

目前,中国的模拟芯片企业的优势主要集中在以下几个层面:

第一,有最好的产业背景和新能源汽车赛道这一最大、最有前景的市场空间。

回溯全球半导体产业发展史,不难发现,半导体的产业中心是一个逐渐“东移”的过程。

70年代,日本承接了美国的半导体装配产业,并在家电产业的助力下实现了半导体产业的迅速扩张,在设备和材料领域达到了全球领先;

90年代日本遭遇经济泡沫后,韩国和中国台湾,又成了新的产业中心。韩国把握住了在存储器制造领域的机会,中国台湾则把握住了晶圆代工的制造机遇。

现在,中国是全球最大的半导体消费市场,庞大的市场驱动投资向中国转移,本土政策与资本驱动大陆向全球半导体制造中心转移,中国正在承接半导体产业第三次中心转移。

再者,中国有着全球最大的新能源汽车市场,这也为模拟芯片赛道提供了绝佳的历史窗口。

第二,模拟芯片赛道相对较低的技术门槛、分散的市场格局、庞大的产品种类,都是国产企业在这一领域实现弯道超车的机会。

这一点我们在上文中已有详细论述,此处不再过多提及。

但与此同时,我们也要理性地看到,中国模拟芯片企业要想更快、更有效地实现国产替代,还面临着以下几个难题:

第一,技术门槛较低是相对而言的,模拟芯片赛道依然有着较高的研发壁垒。

模拟芯片的高研发壁垒集中体现在,模拟电路的设计更多依赖工程师经验,因为需要在速度、功耗、增益、精度、电源电压等多种因素间进行折中,工程师需要根据自身经验和实际需求做出优化选择。

也就是说,设计人员的经验积累程度,对所设计产品的技术水平和整体性能起着至关重要的作用,而成熟的模拟芯片工程师的成长时间,通常需要5-10年。

第二,规模落后。

2021年全球前十大模拟公司收入体量均在10亿美元以上,同期我国模拟公司中,收入规模排名第一的艾为电子,营收仅为23.27亿元,在收入体量上,还存在着较大的差距。

这种差距,是过去多年我国起步晚、布局不深入等多重原因导致的,在不确定的未来,只会出现两种结果:差距被进一步拉大,或者国产企业实现追赶、赶超,而要实现后者,就不得不解决第三个问题。

第三,发展模式选择IDM还是Fabless?IDM化的推进会不会更加顺利?

IDM是集芯片设计、芯片制造、芯片封装和测试等多个产业链环节于一身,目前这是全球主流模拟芯片巨头采用的主流模式,德州仪器、ADI用的都是这种模式。

国内的相关企业目前大多数采用的是Fabless的轻资产模式在运营,只做设计,不负责制造。

当前,在某些细分品类比如射频器件,已经有国内的相关公司在推进IDM化。比如射频厂商卓胜微和生产电源产品AC-DC的士兰微。

但从长远来看,中国模拟芯片产业如何做到不仅停留在设计层面而是更深入到产业,是更难也更重要的一个挑战,这不仅是模拟芯片赛道的挑战,也是中国半导体产业面临的挑战。

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    中国正在承接半导体产业第三次中心转移

    2022-08-12 04:48 via android
  • 中国有着全球最大的新能源汽车市场,这也为模拟芯片赛道提供了绝佳的历史窗口

    2022-08-11 12:28 via h5

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