电源芯片行业发展概况

电源芯片行业发展概况

电源管理芯片未来发展趋势电子产品性能不断提升，设备的体积反而变得愈发轻薄短小，为其供电的电源管理方案也需要不断提升性能并缩小体积。电源管理方案以电源芯片为核心，通过外围的电感、电容等多种元器件的连接可实现复杂的电源管理功能，其中，电源芯片的管脚数量、封装外形、外围元器件的数量及外形、PCB板的面积以及布局布线形式等决定了电源管理方案的体积，将多种功能集成到电源芯片内以减少外围元器件数量，可有效提高芯片性能并缩小电源管理方案的体积。提高供电电源的电压不仅可以提供更大的输出功率，也可以降低传输过程中的功率损耗。因此，终端设备的供电电压不断提高。例如，汽车在1918年引入蓄电池，当时的供电电压只有6V，到了1950年升级为12V；2011年宝马、奥迪等几家知名车企联合推出了48V系统，以满足汽车电子日益增长的负载需求。根据高工产业研究院（GGII）发布的《中国HEV&48V节能乘用车月度销量数据库》，2020年中国48V节能乘用车销量合计约为33．1万辆，同比增长39%。提高单颗电源管理芯片的输出功率，可以提高电源模块的功率密度，同等条件下可以缩小电源模块体积、降低使用成本并实现更多的系统功能。电子设备的功能日趋复杂，其内部配备了越来越多的功能模块。随着移动电子设备的功能复杂及功耗增加，其需要配备更大容量的电池，及更大输出功率的电源适配器以提高充电效率，电源管理芯片需要提高输出功率以顺应这一发展趋势。车规级和工业级应用领域的客户对电源芯片的核心诉求是安全、稳定、抗干扰、高可靠性等，即提高电源芯片的鲁棒特性，意指电源芯片产品能够在各类极端恶劣环境和条件下可靠、稳定地工作且使用寿命长。随着电子产品功能多样化和应用复杂化，电源芯片正不断向高可靠性方向发展。全球电源管理芯片行业发展情况根据Frost&Sullivan数据，2020年全球电源管理芯片市场规模约329亿美元，2016年至2020年年均复合增速为13．5%。随着5G通信、新能源汽车、物联网等下游市场的发展，电子设备数量及种类持续增长，从而带动全球电源管理芯片需求增长。根据Frost&Sullivan数据，预计2025年全球电源管理芯片市场规模将达526亿美元，2020年至2025年年均复合增速达9．8%。目前，全球电源管理芯片市场主要被欧美厂商占据。根据国金证券研报统计，2019年全球以TI为首的全球五大品牌占据全球电源管理芯片市场份额合计达71%。由于电源管理方案在各类细分应用场景中差异较大，国内厂商与欧美大厂之间产品类别、高端技术及规模上存在较大差距。集成电路行业产业链情况集成电路产业链的上游环节包括EDA、IP、材料和设备等供应商；产业链中游环节包括芯片设计、晶圆制造和封装测试等企业；下游环节包括终端系统、设备等厂商。行业业务为电源管理类模拟集成电路的研发、设计与销售，属于集成电路产业链中游环节的芯片设计企业。芯片设计通常是指用特定晶圆制程工艺提供的元器件，设计成电路图以实现特定功能，然后将电路图转换为用于制造晶圆的物理版图（版图设计），最后将版图数据提供给制板厂制成掩模（亦称光刻板）。晶圆制造通常指的是在单晶硅片上制作完整的半导体电路芯片的过程，包含光刻、刻蚀清洗、离子注入、氧化扩散、金属化和晶圆测试等多项工艺或流程。晶圆制造厂使用芯片设计企业提供的掩模按照加工流程来生产对应的晶圆。封装指的是把晶圆上的晶粒（单颗封装前的芯片）加工成可使用的成品芯片的过程，起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，包含晶圆切割、黏片、键合、模压、切筋整形等多项工艺；测试指的是对封装后的芯片进行检测，通过测试的合格芯片即为产成品。中国电源管理芯片行业竞争概况电源管理芯片属于模拟芯片，是电子设备的电能供应心脏，负责电子设备所需的电能变换、分配、检测等管控功能;是电子设备中的关键器件，其性能优劣对电子产品的性能和可靠性有着直接影响，广泛运用于各类电子产品和设备中，是模拟芯片最大的细分市场之一。目前国内电源管理芯片被欧美国家优势企业所垄断，以德州仪器、高通、ADI、英飞凌等企业居国内企业第一梯队。近年来国内企业竞争力不断提升，形成了以圣邦股份、韦尔股份、芯朋微为代表的第二梯队竞争企业，随着国内企业竞争力的不断提升，以圣邦股份为代表的企业有望跻身国内市场的第一梯队。电源芯片的技术发展情况及未来发展趋势近年来，由于物联网、自动驾驶、5G、人工智能等新技术的应用日益普及，相关电子产品的性能不断提升、应用不断创新，电源芯片作为电子产品的核心元器件之一，终端客户对其效率、功率、体积、可靠性等方面提出了更高的创新和创造要求，电源芯片市场呈现出需求多样化、应用细分化的特点。高集成、高电压、大功率、高可靠性等逐渐成为电源芯片行业主要的技术发展趋势。（一）电源芯片行业高集成发展趋势电子产品性能不断提升，设备的体积反而变得愈发轻薄短小，为其供电的电源管理方案也需要不断提升性能并缩小体积。电源管理方案以电源芯片为核心，通过外围的电感、电容等多种元器件的连接可实现复杂的电源管理功能，其中，电源芯片的管脚数量、封装外形、外围元器件的数量及外形、PCB板的面积以及布局布线形式等决定了电源管理方案的体积，将多种功能集成到电源芯片内以减少外围元器件数量，可有效提高芯片性能并缩小电源管理方案的体积。同时，外围元器件数量减少意味着连接时无需考虑太多的元器件之间的干扰，降低了电源管理方案整体的加工难度及失效率，提高了系统的可靠性，便于终端客户使用并降低其研发周期及成本。（二）电源芯片行业高电压发展趋势提高供电电源的电压不仅可以提供更大的输出功率，也可以降低传输过程中的功率损耗。因此，终端设备的供电电压不断提高。例如，汽车在1918年引入蓄电池，当时的供电电压只有6V，到了1950年升级为12V；2011年宝马、奥迪等几家知名车企联合推出了48V系统，以满足汽车电子日益增长的负载需求。根据高工产业研究院（GGII）发布的《中国HEV&48V节能乘用车月度销量数据库》，2020年中国48V节能乘用车销量合计约为33．1万辆，同比增长39%。目前，车载电子装置用电源芯片的供电电压一般为12V、24V、36V、48V等，但车辆在启动或急刹车时，供电电压产生的瞬态毛刺电压可达正常值的二倍左右，因此电源芯片需留有足够的耐压裕量，例如供电电压为48V时推荐使用耐压80V～100V的电源芯片，终端设备供电电压的提高不断促进电源芯片向高电压方向发展。（三）电源芯片行业大功率发展趋势提高单颗电源管理芯片的输出功率，可以提高电源模块的功率密度，同等条件下可以缩小电源模块体积、降低使用成本并实现更多的系统功能。电子设备的功能日趋复杂，其内部配备了越来越多的功能模块。例如，汽车中控设备早期主要用于影音娱乐，目前则集成了导航、行车记录、影音娱乐、辅助驾驶等多种功能，其功耗也在增加，需要输出功率更大、驱动能力更强的电源管理模块为之供电。随着移动电子设备的功能复杂及功耗增加，其需要配备更大容量的电池，及更大输出功率的电源适配器以提高充电效率，电源管理芯片需要提高输出功率以顺应这一发展趋势。（四）电源芯片行业高可靠性发展趋势车规级和工业级应用领域的客户对电源芯片的核心诉求是安全、稳定、抗干扰、高可靠性等，即提高电源芯片的鲁棒特性（Robustness），意指电源芯片产品能够在各类极端恶劣环境和条件下可靠、稳定地工作且使用寿命长。例如，用于汽车电子的电源芯片的温度等级指标为-40～125℃，但实际应用时，恶劣环境下的极端低温会低于-40℃；极端高温环境下车内环境温度达到70℃时，位于车载电子设备内的电源芯片在满负荷工作时，芯片内部的极端高温可能超过125℃。因此，为满足以上应用领域的特殊需求，电源芯片设计企业需要在-40～125℃的温度范围以外增加裕量，使得产品能够承受更广的极端温度范围。电源芯片作为电子产品的心脏，其可靠性直接关系到电子产品的使用寿命及工作性能。随着电子产品功能多样化和应用复杂化，电源芯片正不断向高可靠性方向发展。中国电源管理芯片行业市场集中度在国内电源管理芯片市场，欧美企业甚至占据了约80%的市场份额，以德州仪器、高通、ADI、美信、英飞凌五家企业为代表，目前全球电源管理芯片的企业集中度高，CR5为71%。目前，国内电源管理芯片行业整体的市场集中度较高，但是以国外优势企业占据国内较大市场，国内企业的市场集中度不高，2020年，CR5不到10%。高端产品市场，主要集中在全球优势企业德州仪器、ADI、英飞凌等国外企业，国内企业也有所布局;目前国内电源管理芯片的市场集中度较高，欧美优势企业集中度高，国内企业的市场份额及集中度较低，企业的市场竞争力有待提升，空间广阔。国内外电源芯片行业的市场规模国际市场方面，2018年全球电源芯片的产值为250亿美元。近年来，得益于新能源汽车、5G通信等市场的持续成长，全球电源芯片市场发展较快，预计2026年市场规模将达到565亿美元，年均复合增长率10．69%。国内市场方面，2015-2019年，中国电源芯片市场规模从520亿元增加至720亿元，预计在2020年突破780亿元，年均复合增长率为8．5%左右。在消费升级、新技术发展等因素的刺激下，中国各类电子产品的功能呈多样化趋势，更新换代不断加快，对电源芯片的需求持续增加。此外，半导体进口替代趋势也给国内的诸多芯片公司带来了更多的发展机遇。同时，电源芯片终端用户广泛分布于汽车电子、工业控制、通讯设备、消费电子、家用电器等发展较快的行业领域。由于下游产品即电子设备内部不同模块对于电源的需求不同，单个电子产品内部往往需要多种驱动电源，即需要配置多个电源芯片或电源管理模块，因此，电源芯片的需求非常之广。模拟集成电路行业介绍（一）模拟集成电路行业简介按照工作的信号属性，集成电路可分为数字集成电路和模拟集成电路。数字集成电路是基于数字逻辑设计的，用于处理数字信号的集成电路；模拟集成电路是用于处理模拟信号的集成电路。简言之，与数字集成电路相比，模拟集成电路拥有以下特点：①应用领域繁杂：模拟集成电路按功能可进一步细分为电源管理芯片、信号链芯片、传感器芯片等，每一品类根据终端产品性能需求的差异又有不同的系列，在现今电子产品中几乎无处不在；②生命周期长：数字集成电路强调运算速度与成本比，必须不断采用新设计或新工艺，而模拟集成电路强调可靠性和稳定性，一经量产往往具备长久生命力；③人才培养时间长：模拟集成电路的设计，需要额外考虑产业化的可行性、噪声、匹配、干扰、可靠性等诸多因素，要求其设计者既要熟悉集成电路设计和晶圆制造的工艺流程，又需要熟悉大部分元器件的电特性和物理特性。加上模拟集成电路的辅助设计工具少、测试周期长等原因，培养一名优秀的模拟集成电路设计师往往需要10年甚至更长的时间。（二）模拟集成电路行业市场规模及竞争格局世界半导体贸易统计协会（WSTS）统计数据显示，2016年至2020年，全球模拟集成电路的销售额从478．48亿美元增长至556．58亿美元，年均复合增长率为3．85%。根据IDC数据，中国模拟芯片市场约占全球的36%，据此估算2020年中国模拟芯片市场规模约为200亿美元。模拟芯片市场主要被德州仪器、亚德诺等国际知名厂商占据，中国半导体协会数据显示，2020年中国模拟芯片的自给率仅为12%左右；ICInsights数据显示，2020年全球前十大模拟集成电路设计企业合计市场占有率高达62%。中国电源管理芯片行业企业布局从产品数量看，圣邦股份、韦尔股份、力芯微企业电源管理芯片的产品种类多，超过500款，其中圣邦股份产品数最多达到了1600款，表明优势企业产品品类丰富，市场竞争力有待进一步提升。从企业电源管理芯片的竞争力来看，目前圣邦股份、韦尔股份等电源管理芯片业务为公司的核心业务，国内市场份额占比相对较高，国内市场竞争力凸显，国内大力推动芯片行业发展的基础上，具备较强的优势。由于电源管理芯片属于技术密集型产品，对装备制造、科学研究等领域的发展十分重要，其替代品威胁较小;在高端产品领域，现有竞争者数量不多，但市场集中度较高，国内企业主要集中在非高端产品领域，企业数量大，较为分散;上游供应商一般为原材料、核心零部件/系统等企业，核心零部件厂商的议价能力较强;下