系列前兩篇文(wén)章我們了(le)解了(le)邏輯芯片與存儲芯片以及國内這(zhè)兩個領域的龍頭企業,邏輯芯片、存儲芯片以及我們即将介紹的微控制單元都屬于數字芯片的範疇,它們的共同點是以高(gāo)壓、低(dī)壓表示0和(hé)1,進行數字信号(二進制)的處理(lǐ)。
然而光、聲、溫度、電磁波等模拟信号廣泛存在于大(dà)自(zì)然中,大(dà)量電子設備也(yě)需對(duì)模拟信号進行處理(lǐ),這(zhè)就無法離開(kāi)模拟芯片。
本篇文(wén)章将帶大(dà)家詳細了(le)解信号鏈、電源管理(lǐ)兩種重要類型的模拟芯片與模拟芯片的龍頭企業聖邦股份與思瑞浦。
什(shén)麽是模拟芯片
世界半導體貿易統計(jì)組織(WSTS)将所有半導體按照結構功能(néng)劃分爲集成電路、分立器件、光電子器件與傳感器四大(dà)類。
集成電路簡稱IC(Integrated Circuit),是采用(yòng)一定的工(gōng)藝,把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容等元件集成在半導體晶圓上(shàng),成爲具有所需電路功能(néng)的微型結構,占全球半導體市場份額的83%。
集成電路可進一步細分爲承擔計(jì)算(suàn)功能(néng)的邏輯芯片、承擔存儲功能(néng)的存儲芯片,承擔傳輸與能(néng)源供給功能(néng)的模拟芯片以及将運算(suàn)、存儲等功能(néng)集成于一個芯片之上(shàng)的微控制單元(MCU),它們的市場份額分别占到(dào)半導體總體市場份額的28.22%、27.39%、13.28%、14.11%,邏輯芯片與存儲芯片占比較高(gāo)。
非集成電路半導體元件(分立器件、光電子器件、傳感器)的市場份額占半導體總體市場份額的17%,我們也(yě)會(huì)在在系列後續文(wén)章中詳細介紹。
數據來(lái)源:WSTS、大(dà)象研究院整理(lǐ)
上(shàng)圖爲一張簡化的模拟芯片工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)示意圖,模拟信号如聲、光、溫度通過傳感器進入後,放(fàng)大(dà)器将輸入的信号進行放(fàng)大(dà)減小(xiǎo)處理(lǐ),随後信号經過模數轉換器轉化爲數字信号後由數字芯片進行處理(lǐ),最終輸出的信号通過數模轉換器重新轉化爲模拟信号,某些(xiē)設備還會(huì)在其中添加接口器件,用(yòng)于提高(gāo)信号範圍與質量,這(zhè)個過程被稱爲信号鏈。在這(zhè)個過程中起到(dào)模拟信号處理(lǐ)功能(néng)的放(fàng)大(dà)器、數模轉換器與接口即爲信号鏈芯片。
而在信号處理(lǐ)的過程中需要進行電能(néng)的轉換、分配與檢測,這(zhè)個過程被稱爲電源鏈,在電源鏈中起到(dào)穩壓、直交流電轉換與電池管理(lǐ)的集成電路即爲電源管理(lǐ)芯片。
在我們大(dà)緻了(le)解了(le)模拟芯片的功能(néng)後,它與數字芯片的本質區(qū)别則是繞不開(kāi)的話(huà)題。
數字芯片追求更快(kuài)的處理(lǐ)速度與更高(gāo)的存儲量,需要不斷追求更先進的制程工(gōng)藝,模拟芯片則主要追求可靠性與安全性,因此對(duì)先進制程的追求相對(duì)不強烈,産品叠代速度較慢,且由于對(duì)可靠性的追求産品認證周期較長。
數字芯片以邏輯爲基礎,輔助設計(jì)軟件較多,上(shàng)手速度較快(kuài),3-5年時(shí)間可培養一名合格工(gōng)程師。模拟芯片則需要具備更多半導體物理(lǐ)與材料學知(zhī)識,對(duì)經驗依賴更大(dà),培養周期爲10-15年。
模拟芯片細分種類更多,然而每一種類産品的出貨量少,國内模拟芯片龍頭聖邦股份旗下(xià)便有25大(dà)類3500款産品,國際龍頭德州儀器則擁有12.5萬種産品,能(néng)夠提供豐富産品種類的廠(chǎng)商具備顯著的競争優勢。
| 模拟芯片 | 數字芯片 |
制程工(gōng)藝 | 微米級芯片廣泛存在,主要采用(yòng)0.18微米/0.13微米 | 主流爲納米級,最先進制程達到(dào)3納米 |
産品生命周期 | 長,可達10年以上(shàng) | 較短,2-3年 |
認證周期 | 長,1年以上(shàng) | 較短,2-3個月 |
人員培養 | 學習曲線10-15年時(shí)間 | 學習曲線3-5年 |
産品種類 | 種類較多,出貨量少 | 種類較少,出貨量大(dà)
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模拟芯片競争格局
模拟芯片領域呈現(xiàn)一超多強的格局,根據IC Insights統計(jì)數據,德州儀器市占率爲19%,亞德諾、思佳迅、英飛(fēi)淩與意法半導體市占率也(yě)排在前列,行業CR5接近50%。
2020年全球模拟芯片市場競争格局(%)
數據來(lái)源:IC Insights
模拟芯片的競争格局相對(duì)邏輯芯片較爲分散,原因在于産品的種類與下(xià)遊應用(yòng)衆多,廠(chǎng)商可切入某細分領域形成自(zì)身的競争壁壘,例如英飛(fēi)淩的産品主要集中于汽車的電源管理(lǐ)領域,思佳迅則發力于無線通信領域,爲蘋果的主要供應商,恩智浦的産品則是車輛網絡與5G的重要組成部分。德州儀器作(zuò)爲全能(néng)型選手常年穩坐(zuò)市占率第一的交椅。
模拟芯片領域爲歐美(měi)廠(chǎng)商把持,我國的自(zì)給率較低(dī),據半導體協會(huì)統計(jì)2020年我國模拟芯片自(zì)給率僅爲12%,随着地緣政治風(fēng)險的加劇(jù),模拟芯片領域的國産替代空(kōng)間較大(dà)。
我國模拟芯片龍頭企業爲聖邦股份與思瑞浦,聖邦股份主要發力電源管理(lǐ)芯片,思瑞浦則主要布局信号鏈模拟芯片,兩者均進入華爲産業鏈中。
相關領域龍頭企業
聖邦股份爲我國電源管理(lǐ)芯片龍頭企業,成立于2007年,目前擁有包括運算(suàn)放(fàng)大(dà)器、音(yīn)視(shì)頻放(fàng)大(dà)器、交直流電轉換器與電池管理(lǐ)IC在内的3500多種産品,并以每年200-300種産品的速度增加。
公司近年來(lái)加快(kuài)導入華爲、小(xiǎo)米、oppo、vivo等消費電子廠(chǎng)商,疊加TWS耳機放(fàng)量增加對(duì)于電源管理(lǐ)芯片的需求,公司的業務得到(dào)快(kuài)速發展。
電源管理(lǐ)芯片領域産品的技術附加值由高(gāo)到(dào)低(dī)的領域依次爲工(gōng)業級、汽車級、家電、消費電子。德州儀器與亞德諾等全球一流廠(chǎng)商産品集中于工(gōng)業與汽車領域。
聖邦股份的産品目前以家電與消費電子的應用(yòng)爲主。2019年公司收購钰泰半導體71.3%的股權,有助于完善公司的電源管理(lǐ)産品矩陣,在附加值更高(gāo)的工(gōng)業控制與汽車領域獲得更好(hǎo)的發展。
思瑞浦爲我國信号鏈模拟芯片龍頭,成立于2012年,目前擁有包括放(fàng)大(dà)器、數模轉換器與接口在内的1400多款産品,主要應用(yòng)于工(gōng)業控制與通訊領域。
公司目前已進入華爲、中興、海康與科大(dà)訊飛(fēi)等衆多知(zhī)名廠(chǎng)商的供應鏈體系,同時(shí)也(yě)在不斷切入電源管理(lǐ)芯片領域。
2017年-2021年Q1-Q3年聖邦股份與思瑞浦營收、淨利潤
兩家公司自(zì)2019年起收入與淨利潤均呈爆發式增長,營收增速達到(dào)年均30%-60%。背後的三大(dà)主要推動力在于(1)2018年後TWS耳機的放(fàng)量、(2)中美(měi)貿易戰後國内消費電子廠(chǎng)商出于規避地緣政治風(fēng)險的需求加速進行國産替代,使得聖邦股份與思瑞浦的産品加速導入國内廠(chǎng)商供應鏈與(3)疫情造成的全球範圍内缺芯給予了(le)國内廠(chǎng)商奪取更多市場份額的機會(huì)。2021年Q1-Q3,聖邦股份營收15.35億元,同比增長77.95,思瑞浦營收13.26億元,同比增長134.06%.
2017年-2021年公司産品毛利率(%)
數據來(lái)源:公司年報(bào)
信号鏈模拟芯片毛利率相對(duì)較高(gāo),因此思瑞浦的産品毛利率可達60%,高(gāo)于聖邦股份。随着兩者産品的完善與導入知(zhī)名産商産業鏈,毛利率呈現(xiàn)不斷增長的趨勢。
2017年-2020年公司與各數字芯片龍頭企業研發支出占營收比例(%)
數據來(lái)源:公司年報(bào)
兆易創新爲國内存儲芯片與微控制單元領域龍頭企業,景嘉微與龍芯中科則爲邏輯芯片領域GPU與CPU的龍頭企業,對(duì)比它們研發支出占占總營收的比例,龍芯中科、景嘉微與思瑞浦的研發支出占比較高(gāo),長時(shí)間維持在約20%,特定時(shí)期可達到(dào)30%以上(shàng)。兆易創新則常年維持在約10%的水(shuǐ)平。
我們認爲芯片各細分領域的産品屬性對(duì)行業内企業的研發投入力度具有較大(dà)影響,産品叠代速度較快(kuài),标準化程度較低(dī),國内企業與海外(wài)企業差距較大(dà)的細分領域國内企業的研發投入力度較大(dà),反之則較小(xiǎo)。