模拟集成电路行业现状

模拟集成电路行业现状

集成电路设计行业概况（一）全球集成电路设计行业发展概况从集成电路产业链整体看，集成电路设计领域处于产业上游，具有轻资产的特征，毛利率较高，且具有较高的技术壁垒，需要投入大量高端专业人才，以及长时间的技术积累和经验沉淀。集成电路设计行业的发展情况受下游市场需求的驱动较为明显，近年来，随着全球集成电路产业的快速发展，全球集成电路设计行业总体呈现增长态势。根据ICInsights数据显示，全球集成电路设计产业销售额从2013年的792亿美元增长至2021年的1，777亿美元，年均复合增长率约为10．63%。目前，全球集成电路设计市场较为集中。据ICInsight统计，2021年全球Fabless模式芯片设计企业的总销售额占全球半导体市场总销售额的34．8%。其中，从地区分布来看，销售额排名前三的依次为美国、中国台湾及中国大陆，销售额占比分别为68%、21%及9%，而IDM模式芯片企业销售额排名前三的依次为美国、韩国和欧洲，销售额占比分别为47%、33%和9%。总体看来，美国在全球芯片设计行业仍处于主导地位。（二）中国集成电路设计行业发展概况我国的集成电路设计产业虽起步较晚，但在宏观经济稳步增长、下游市场持续拉动以及政策扶持不断加码等有利因素的驱动下，已成为全球集成电路设计行业市场增长的主要驱动力。从产业规模来看，我国集成电路设计行业始终保持着持续快速发展的态势，销售额从2013年的808．8亿元增长至2021年的4，519亿元，年均复合增长率约为23．99%。随着集成电路设计行业的发展，我国IC设计企业的数量逐年增加，根据中国半导体行业协会集成电路设计分会的公开数据，截至2021年12月，我国IC设计企业数量为2，810家，较2020年增长26．69%，同时国内大陆也涌现出一批技术水平较高、本土化程度高、专注于细分市场领域的优质IC设计企业，圣邦股份、紫光展锐等设计企业已具备国际竞争力。未来，随着产业政策、下游市场的持续向好，我国集成电路设计行业的市场规模有望进一步扩大。从产业结构来看，随着我国集成电路产业的发展，IC设计、IC制造和封装测试三个子行业的格局正在不断变化，我国集成电路产业链的结构也在不断优化。根据中国半导体行业协会数据，2013年-2016年，我国集成电路设计行业的市场规模在行业中的占比从32．24%增长至37．93%，于2016年首次超过封装测试行业，成为市场规模占比最高的细分领域。2021年，我国集成电路设计行业的市场规模为4，519亿元，占集成电路产业整体市场规模的比例提高至43．21%，产业链结构进一步优化。行业发展态势及面临的机遇与挑战（一）面临的机遇集成电路是国民经济的战略产业、支柱产业，为推动集成电路产业发展，我国地方政府推出了一系列鼓励和支持集成电路产业发展的政策，为产业的发展营造了良好的政策环境。比如2018年政府工作报告，将集成电路排在实体经济第一位置，足见政府对集成电路支持力度之大，北京、上海、深圳、青岛等各地方对集成电路产业较为重视，在政策、资金、人才方面都给予大力支持。除了政策支持，国家推动成立了集成电路产业投资基金，该基金由国开金融、中国烟草、亦庄国投、中国移动、上海国盛、中国电科、紫光通信、华芯投资等企业于发起，重点投资集成电路芯片制造业，兼顾芯片设计、封装测试、设备和材料等产业，实施市场化运作和专业化管理。根据公开资料，国家集成电路产业投资基金一期已经投资完毕，总投资额为1，387亿元，累计有效投资项目达到70个左右，投资范围涵盖集成电路产业上下游各个环节。国家集成电路产业投资基金二期已经于2019年10月22日正式设立，注册资本为2，041．5亿元，投资覆盖设计、制造、封测、材料、设备等环节的同时，更侧重投入到更薄弱的设备和材料两大环节。除了国家集成电路产业投资基金，各路产业资金也纷纷投向集成电路领域，进一步推动了行业发展。随着以大数据、人工智能、云计算、物联网等为代表的新一代信息技术飞速发展，智能化成为社会生产生活中的主流趋势，新兴领域的兴起与发展加速了智能化进程。集成电路作为产业智能化进程中必不可少的关键电子部件，是新产品智能化功能实现的基础平台，也是物联网等新技术应用的核心载体。集成电路技术改变着人类的生产与生活方式，成为社会信息化的引擎。模拟集成电路作为集成电路的子行业，贯穿于生产生活的各个领域，并在不断发展和革新，模拟芯片产品广泛应用于通信、汽车、智能家居、消费类电子等领域。根据ICInsights相关数据，受益于信息网络基础建设和新能源汽车行业快速渗透，未来通信和汽车电子占比有望进一步提升，成为拉动模拟芯片需求的重要动力。同时，随着物联网、人工智能、云技术、5G等新兴技术的兴起，新兴应用领域的需求将不断带动下游终端市场的快速增长，为上游集成电路设计行业创造了巨大的市场空间和发展前景。当前我国集成电路设计以中低端芯片为主，在中高端芯片市场，国内自主研发的产品相对较少，国际贸易摩擦已经突显了自主可控的重要性。近年来，随着市场需求的拉动和政策支持，我国集成电路设计行业快速发展，整体技术水平显著提升，涌现出一大批具有优秀研发实力的企业。未来随着集成电路自给率提升，我国集成电路设计产业将迎来新的发展机遇。（二）面临的挑战我国集成电路企业尚处于快速成长的阶段，个别领域在量（销售规模）方面也进入了世界前列，但是在质（技术水平）方面却与国外先进水平仍有着显著的差距。比如在模拟芯片领域，国内主要还集中在低端产品，在高电压、高频率、高性能和高可靠性上与国外企业差距较大。国内集成电路企业在整体研发实力、创新能力等方面仍有待不断提升。人才是集成电路产业的第一资源，也是制约集成电路产业发展的关键瓶颈。随着中国半导体行业的迅速发展，行业内的企业对专业人才的需求不断扩大，但由于国内半导体行业起步较晚，具有完备知识储备、丰富技术和市场经验、能胜任相应工作岗位的人才较为稀缺，行业内高端人才需求缺口日益扩大，一定程度上抑制了行业内企业的进一步发展。模拟芯片：集成电路的重要部分模拟芯片负责处理连续的模拟信号。半导体市场主要包括集成电路（即芯片）、分立器件、光电子器件、传感器等四大类产品，其中集成电路市场占比最大。集成电路按其功能通常可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。模拟集成电路主要是指在现实世界与物理世界之间，由电容、电阻、晶体管等组成的模拟电路集成在一起，用来产生、放大和处理连续函数形式的模拟信号（如声音、光线、温度等）；数字集成电路是对离散的数字信号（如用0和1两个逻辑电平来表示的二进制码）进行算术和逻辑运算的集成电路。模拟芯片是电子系统中不可或缺的部分。与数字集成电路相比，模拟集成电路应用领域繁杂、生命周期长、人才培养时间长、价低但稳定。模拟芯片可广泛应用于消费类电子、通讯设备、工业控制、医疗仪器、汽车电子等领域，以及物联网、新能源、智能穿戴、人工智能、智能家居、智能制造、5G通讯等各类新兴电子产品领域。模拟芯片人才培养周期长，经验依赖提升技术壁垒。模拟集成电路设计主要是通过有经验的设计人员进行晶体管级的电路设计和相应的版图设计与仿真，需要额外考虑噪声、匹配、干扰等诸多因素，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。而数字集成电路设计大部分是通过使用硬件描述语言以基本逻辑门电路为单位在EDA软件的协助下自动综合产生，布图布线也是借助EDA软件自动生成。与数字集成电路相比，模拟芯片设计自动化程度低，加上辅助设计工具少、测试周期长等原因，模拟电路设计更依赖于人工设计，对工程师的经验要求也更高，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。按定制化程度，模拟芯片可分为通用模拟芯片和专用模拟芯片。通用型模拟芯片，也叫标准型模拟芯片，属于标准化产品，适用于多类电子系统，其设计性能参数不会特定适配于某类应用，可用于不同产品中。专用型模拟芯片根据专用的应用场景进行设计，一般集成了数字和模拟IC，复杂度和集成程度更高，有的时候也叫混合信号IC。根据ICInsights，2022年全球通用模拟芯片和专用模拟芯片占比分别为40%和60%。电源管理和信号链芯片是模拟芯片的重要组成部分。广义模拟芯片市场包含信号链、电源管理和射频三大类。其中，电源管理芯片主要是指管理电池与电能的电路，包括充电管理芯片、转换器产品、充电保护芯片、无线充电芯片、驱动芯片等；信号链芯片主要是指用于处理信号的电路，包括线性产品、转换器产品、接口产品等。集成电路行业基本情况集成电路是采用特定的制造工艺，将晶体管、电容、电阻和电感等元件以及布线互连，制作在若干块半导体晶片或者介质基片上，进而封装在一个管壳内，成为具有某种电路功能的微型电子器件。相对于传统的分立电路，集成电路具有体积小、重量轻、引出线和焊接点少、寿命长、可靠性强、性能好、成本低、能耗较小、故障率低、便于大规模生产等优点，并在各领域得到广泛的应用。集成电路产业作为信息技术产业群的基础和核心，已成为关系国民经济和社会发展的的战略性、基础性和先导性产业，是转变经济发展方式、调整产业结构、保障国家安全的重要支撑，也是培育和发展战略性新兴产业、推动信息化与工业在集成电路技术进步基础上的全球信息化、网络化和知识经济浪潮，进一步提高了集成电路产业的地位。（一）集成电路的分类模拟集成电路是主要用来产生、放大和处理连续性的声、光、电、电磁波、速度、温度和湿度等自然模拟信号的集成电路；数字集成电路主要用来运算、存储、传输、转换和处理离散的数字信号（指在时间上和幅度上离散取值的信号，如电学1和0信号）的集成电路。与数字集成电路相比，模拟集成电路具有设计门槛高、产品种类复杂、工艺制程要求低和生命周期长等特点。（二）集成电路产业链集成电路产业链包括集成电路设计、制造、封装测试等环节，各环节均具有独特的技术体系及特点，现已分别发展成独立、成熟的子行业。集成电路设计处于集成电路产业链的前端，是根据终端产品市场的需求设计开发各类芯片产品，通过架构设计、电路设计和物理设计，将系统、逻辑与性能的设计要求转化为具体的设计版图，集成电路设计是后续集成电路制造环节的基础，其设计水平的高低直接决定了芯片的功能、性能及成本。集成电路制造是通过版图文件生产掩膜，并通过氧化、光刻、掺杂、溅射、刻蚀等制造工艺过程，将掩膜上的电路图形复制到晶圆基片上，从而在晶圆基片上形成具备特定功能的集成电路，其技术含量高、工艺复杂，在芯片生产过程中处于至关重要的地位。集成电路封装是将加工完成后的晶圆切割、焊线、封装，保护芯片免受物理、化学等环境因素造成的损伤，增强芯片的散热性能，实现电气连接，确保电路正常工作；集成电路测试主要是对封装完毕的芯片产品的功能、电参数和性能进行测试，以筛选出不合格的产品，并通过测试结果来发现芯片设计、制造及封装过程中的质量缺陷，测试合格后，芯片成品即可使用。模拟集成电路市场格局2020年，我国模拟集成电路行业市场规模约为2，504亿元，2016年至2020年年均复合增长率约为5．85%。随着新技术和产业政策的双轮驱动，未来我国模拟集成电路市场将迎来发展机遇，预计到2025年，我国模拟集成电路市场规模将增长至3，340亿元。随着计算机与微电子技术的发展，国外厂商经历了分立元件、混合集成电路、模拟单片集成电路以及数字单片集成电路四代产品，国内企业目前已完成了传统轴角转换模块向混合集成轴角转换器的全面替代，部分企业在模拟单片集成电路以及数字片集成电路达到了国际先进水平。但由于我国起步较晚，仍与国外厂商有一定的差距。角转换器作为运动控制的核心测量元件，技术发展路线主要包括高灵敏度、高转换精度高可靠性、高集成度等，产品逐渐从模块化的轴角转换模块向单片集成的轴角转换器转变。新能源汽车快速渗透，模拟芯片价值量提升汽车电动化，网联化和智能化提速，车用IC需求快速增加。随着汽车电动化进程加快、汽车互联性增加、自动驾驶逐步落地，汽车半导体从MCU、功率半导体器件（IGBT、MOSFET）、各种传感器等，拓展到包括ADAS先进驾驶辅助系统、COMS图像传感器、激光雷达、MEMS等更多方面。汽车对芯片可靠性、安全性、一致性要求高，需要通过AEC－Q100、ISO26262和IATF16949等认证。汽车电动化，网联化和智能化催生模拟芯片新需求。模拟芯片应用于几乎所有汽车电子部件，除了涉及传统汽车电子如车载娱乐、仪表盘、车身电子及LED电源管理等领域，还广泛应用于新能源汽车的动力系统、智能汽车的智能座舱系统和自动驾驶系统。动力总成部分主要包括了电机控制器、OBC、DC/DC、BMS等。根据iHS和Melexis，在A到E的各个级别汽车中，电动化都大幅增加单车模拟芯片需求量，比如：A级燃油车模拟芯片用量约100颗，而A级纯电动车需求量高达350颗以上；在B级车中，模拟芯片单车用量从燃油车的160颗提升至纯电动车的近400颗，而纯电动E级车用量超过650颗。新能源汽车高增长助推车用模拟芯片高价值产品。全球新能源汽车市场渗透率从2018年2%上升至2021年8%，销量从199万辆上升至644万辆，年复合增长率48%。根据ICInsights统计，2022年全球汽车专用模拟芯片市场规模将增长17%至138亿美元，是增速最快的模拟芯片下游市场。汽车三化赋能模拟IC电源管理市场。得益于汽车电动化、智能化、网联化，越来越多的传感器、功率半导体、电机等电子零部件装载在汽车内部，需要更多的电源管理IC进行电流电压的转换，从而推动电源管理芯片增长。特别地，随着新能源汽车的高增长，车用BMIC需求迎来高增长。根据Frost&Sullivan统计，全球新能源汽车BMS市场规模从2016年的5亿美元增长到2020年的14亿美元，复合年均增长率为33%。根据半导体产业纵横预测，全球锂电池BMIC市场规模将从2021年的43亿美元增加至2026年的80亿美元，CAGR为14%，其中汽车类CAGR超过40%。汽车电池由数百、甚至多达数千节电芯串联和并联构成，电芯、模块间会出现电量不平衡，大量的电芯串联要求电芯之间的电量一致，因此需要采用电池监测芯片对每个电芯进行电压、电流检测。同时，电动汽车的充放电过程也需要保护芯片来防止部分电芯的过充或过放。车规级BMIC完整解决方案的供应商主要有ADI（AFE主要来自于收购的Maxim和Linear产品线）、TI、英飞凌、NXP、瑞萨（AFE主要来自于收购的Intersil产品线）、ST和安森美等。其中汽车BMS的AFE芯片的技术难度在于采样通道数、内部ADC数量等。此外，由于AFE芯片的需求与电芯数量成正比，电芯数量与电压成正比，800V电压平台对AFE的需求相比400V平台翻倍增长。400V系统电动汽车大约需要8个AFE芯片和1个隔离通讯芯片，而800V系统约需要16个AFE芯片和1个隔离通讯芯片。车用信号链芯片为车联万物、信息交互提供支持。车用信号链芯片发挥多种用途。一类是射频IC，为汽车提供无线通信。汽车四大无线通讯方案：蜂窝网络系统、WLAN、全球导航卫星系统GNSS和V2X车联网，都需要多个射频IC和射频模块实现，大多数此类元件都包含在TCU中。另一类是为传感器和处理器之架起桥梁的特定模拟ASSP/ASIC。外界真实信号被传感器感知，得到的模拟信号经过放大器、模数转换器最终传递给MCU处理。汽车的电动化，智能化拉动了视频传输等接口技术的升级、芯片数量和芯片价值量的提升。随着汽车新车型配置，智能座舱、高级辅助驾驶的需求越来越强烈，单车对高清屏以及高清摄像头的使用越来越多。根据电子工程专辑显示，高清视频传输芯片的市场规模将以35%-40%以上的年增长率快速扩容。车载摄像头预计2025年在全球的市场需求量会超过3亿台以上，视频传输芯片的市场规模也将达到人民币90亿元，这将进一步扩大车载模拟接口芯片的使用量。此外，视频数据传输HDMI接口不断迭代升级，分辨率不断提高，最新的2．1接口可以支持到8K-60帧分辨率，这进一步拉动了相关模拟接口芯片的价值量。5G广泛应用推动通信领域模拟芯片迭代升级。无论是智能手机还是基站等基础设施，一套完整的5G通信系统包含了从信号链到电源链的多种模拟芯片的迭代升级。模拟芯片在通讯领域应用于宽带固定线路接入、数据通讯模块、有线网络和无线基础设施等，其中无线通信估计占2022年通信模拟芯片领域销售额的91%。无线通信模块通常包括天线、射频前端、射频收发、基带。其中，射频前端模块是移动终端通信的核心组件。智能手机由模拟IC、数字IC、OSD器件、非半导体器件组成。其中模拟IC主要可分为射频器件和电源管理装置。射频器件是处理无线电信号的核心装置，包括射频前端、射频收发、射频开关、射频PA等。电源管理装置包括快充芯片、无线充电芯片等。手机功能升级主要从多个层面驱动手机模拟IC市场需求。智能手机中按照功能划分，模拟芯片主要用于DC/DC电源、输入电源保护、音频/震动、I/O连接等功能区域。首先，5G等通信技术升级直接导致移动终端需要增加可覆盖智能手机新增频段的射频器件；第二，智能手机功能复杂度不断提升，导致手机各功能模块对移动终端电源管理芯片的性能（噪音水平和功耗等）和数量提出了要求；第三，手机光学升级、快充创新等进一步带动驱动、快充等芯片的价值量；第四，智能手机行业需求的复苏以及5G手机渗透率的提升有望拉动模拟IC整体需求量的抬升。5G技术直接促进手机模拟IC和射频器件价值量提升。5G技术升级，为了覆盖5G新增频段，移动智能终端需要配套的射频前端器件。5G通过拓宽带宽、增加通路数量提高数据传输速度，与4G的低频电路不同，高频电路需要从材料到器件，从基带芯片到整个射频电路进行重新设计，复杂度提升的同时，也需要增加射频开关、滤波器、放大器的数量以满足对不同频段信号接收、滤除、放大、发射的需求。5G核心技术为基站射频芯片带来机会，电源管理IC用量随之增加。5G基站的三个功能实体分别为CU、DU、AAU。DU和AU是原基带单元BBU按处理实时和非实时任务进行拆分。AAU（有源天线单元）是射频单元及无源天线的合并。5G基站采用大规模天线阵列、载波聚合和新频谱，对PA性能、独立射频通道数量、天线开关数、滤波器数量和PA开关数量等需求增加。例如，4G基站对应的射频PA需求量为12个，而5G基站对应的PA需求量高达192个。由于5G基站有更多的天线、射频组件和更高频率的毫米波，基站功率约为4G基站的3-4倍，电源管理IC的用量随之增加，宏基站需要约120颗电源管理IC、小基站需要约20颗。万物互联趋势下，消费级和工业级物联网终端的广泛应用推升模拟芯片需求。大规模物联网业务mMTC是5G三大应用场景之一，以低功耗和海量接入为特点，对应无线供电芯片、低功耗供电芯片和5G通讯芯片等，同时物联网终端还涉及到车联网各类传感器和智能家居微控制器、传感器等模拟芯片应用。根据GSMA数据，2021年全球物联网设备联网数量为148亿个，同比增长16%，其中工业级设备占比为47%，预计2025年全球物联网设备联网数量上升至252亿个，工业级设备占比55%。众多物联网终端应用推升模拟芯片用量。由于物联网主要是物理世界的终端设备互联，压力、亮度、距离等物理参数是信息互联的重要手段，智能家居、智慧城市、无人机等物联网下游的快速发展，成为了模拟芯片的重要推动力。如：扫地机器人的模拟芯片包括运算放大器、数据转换器（ADC）、线性稳压器（LDO）、模拟开关等，以实现扫地机器人的红外障碍感应、TOF探测、LDS激光测距、超声传感等功能。国内模拟IC厂商正处于快速成长阶段，模拟IC国产化率进一步提升的内部和外部条件均趋于成熟。首先，国内代工厂制程和工艺满足要求，技术日臻成熟，可以与模拟IC厂商进行协同；第二，国际模拟大厂向工业和车载领域倾斜，减少对消费等领域的资源支持，给国产厂商差异化竞争创造了机遇；第三，国内模拟IC厂商逐步突破产品种类和质量，并持续发力产品导入和客户验证。国内模拟IC厂商迎来了内部和外部的双重历史机遇，在产品、技术、客户、市场份额等方面有望加速突破，推动模拟芯片国产化进程。中国是全球最大的半导体和模拟芯片市场。IDC数据显示，2020年中国大陆占全球模拟芯片市场的比例达到36%，超过欧美及其他地区。国际模拟芯片大厂如德州仪器、亚德诺等收入来源市场中，中国收入占比有明显提升的趋势。以亚德诺为例，2015年至202