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        國產替代疊加強勁下游通信、汽車領域需求 模擬芯片行業上升空間廣闊

        一、模擬芯片行業概述

        模擬芯片是集成電路重要的組成部分,具有生命周期長、品類多且復雜、更看重制造工藝等特點。不同于數字芯片強調運算性能,追求運算速度,需通過追逐先進制程來保持競爭優勢,模擬芯片注重在高信噪比、低失真、高可靠性和穩定性等其他各種參數中取得平衡,大多數模擬芯片產品一旦達到設計目標后就具備較長的生命力,大部分產品生命周期可長達10年以上。由于自然界中的模擬信號種類多樣,同時模擬產品需要做到與對應的模擬信號種類匹配,因此偏定制開發和產品種類、客戶多樣化是模擬芯片的另一特點。在設計端,模擬芯片對人才的要求也很高,具有較高經驗依賴度,設計者不僅需要熟悉電路設計和晶圓制造工藝流程,還要熟知大部分元器件的電特性和物理特性。

        模擬集成電路與數字集成電路特征對比

        項目 模擬集成電路 離散的數字信號
        處理信號 連續函數形式的模擬信號 離散的數字信號
        產品 放大器、信號接口、數據轉換、比較器、電源管理等 CPU、微處理器、微控制器、數字信號處理單元、存儲器等
        技術難度 設計門檻高,平均學習曲線10-15年 電腦輔助設計,平均學習曲線3-5年
        設計難點 非理想效應較多,需要扎實的多學科基礎知識和豐富的經驗,輔助設計工具少 芯片規模大,工具運行時間長,工藝要求復雜,需要多團隊共同協作
        工藝制程 大量0.18um/0.13um,部分28nm 按照摩爾定律的發展,使用最先進的工藝,目前已達到3-5nm
        產品特點 種類多 種類少
        生命周期 一般5年以上 1-2年
        平均零售價 價格低,穩定 初期高,快速降價

        資料來源:觀研天下數據中心整理

        模擬芯片可廣泛應用于消費類電子、通訊設備、工業控制、醫療儀器、汽車電子等領域,以及物聯網、新能源、智能穿戴、人工智能、智能家居、智能制造、5G通訊等各類新興電子產品領域。

        二、模擬芯片行業兩大主要細分市場分析

        根據觀研報告網發布的《中國模擬芯片行業發展深度分析與投資前景研究報告(2023-2030年)》顯示,按應用功能劃分,模擬芯片可分為電源管理芯片、信號鏈芯片、射頻芯片和其他器件等。其中,電源管理和信號鏈芯片是兩個關鍵的組成部分,它們在不同領域中扮演著重要的角色,合計占近七成的市場份額。

        模擬芯片主要產品種類及功能介紹

        產品大類

        產品種類

        產品細分

        功能

        電源管理芯片

        充電管理芯片

        線性充電、開關式充電、電荷泵

        負責電池的充放電管理,包括線性充電芯片、快充芯片等

        轉換器產品

        DC/DC轉換器(電感式DC/DC轉換器、線性穩壓器(LDO))、AC/DC轉換器

        管理電能形態及電壓/電流之前的轉換,包括AC/DC轉換,DC/DC 轉換等形態

        其他

        充電保護芯片( Power Mosfet、OVP、OCP)、無線充電芯片( Transmitter、Receiver)、驅動芯片( LED驅動、LCD驅動、揚聲器/射頻模組/光電模塊動力電機伺服電機等驅動)

        電壓/電流/功率保護芯片、顯示器/揚聲器/射頻模組/光電模塊/動力電機伺服電機等模塊的驅動芯片

        信號鏈芯片

        線性產品

        運算放大器、高邊電流檢測放大器、比較器、視頻濾波器、模擬開關等

        主要完成模擬信號在傳輸過程中放大、濾波、選擇、比較等功能,具體產品包含放大器、比較器、模擬開關等

        轉換器產品

        高速模數轉換器、高速數模轉換器、高精度數模轉換器和高精度模數轉換器以及特定應用產品

        混合信號系統中必備,廣泛應用于工業、通訊、醫療行業,包括模數轉換器(ADC,把模擬信號轉換成數字信號)和數模轉換器( DAC,數字信號轉換為模擬信號)

        接口產品

        滿足RS232、RS485、LVDS等收發協議標準的接口產品

        用于電子系統之間的數字信號傳輸

        資料來源:希獲微招股說明書、思瑞浦招股說明書、觀研天下數據中心整理

        1、電源管理芯片是模擬芯片最大的細分市場

        電源管理芯片是模擬芯片最大的細分市場。它是一類專門設計用于監測、調節和管理電能供應的微型集成電路,具有高度集成、低功耗、高效率和多功能等特點,是所有電子設備的供電中心和紐帶,又稱電子設備的“心臟”。

        電源管理芯片下游應用場景豐富,覆蓋消費電子、工業、汽車、醫療、照明等多個領域。近年來,受益于新能源汽車、智能家居、儲能市場的需求迅猛增長,下游終端產品國產替代速度加快,我國電源管理芯片仍然保持強勁增長,增速明顯高于全球平均增速。根據Gartner的數據,2022年中國電源芯片市場規模約為130億美元,預計2025年將達到200億美元,復合增長率約為15.4%。全球電源管理芯片市場預計將在2026年擴大至約565億美元。

        隨著物聯網等新技術的快速發展,移動終端、汽車電子、智能家居、工業自動化等多領域均對電子設備的續航能力以及運行效率提出了更高的要求。同時終端產品的輕薄化以及應用場景與功能的復雜化要求電源管理芯片產品需要更高的集成度與更小的尺寸,并且需要電源管理芯片具備一定的數字信息處理能力。在下游演進以及技術發展趨勢的推動下,未來電源管理芯片將朝著低噪聲、高效率、集成化以及數?;旌匣较虬l展。

        2、信號鏈模擬芯片市場發展態勢良好

        信號鏈芯片,是連接物理世界和數字世界的橋梁,負責對模擬信號進行收發、轉換、放大、過濾等,相較于電源管理芯片,信號鏈芯片更注重性能參數,產品主要包括線性產品、轉換器產品、接口產品三大類,此外還包括RF與微波、時鐘與計時等。

        受益于5G和物聯網、自動駕駛、虛擬現實、增強現實等新興產業發展,醫療設備和健康監測等領域對高性能、高穩定性、低功耗的信號鏈模擬芯片需求增加,市場發展態勢良好,行業規模穩步增長。IC Insights的報告顯示,全球信號鏈模擬芯片的市場規模將從 2016 年的84億美金增長至2023年的118億美金,2016-2023年復合增長率約5%。在信號鏈芯片分散且多元的下游應用當中,工業與新能源汽車市場需求形成了最強勁的兩股推動力。隨著人工智能(AI)、深度學習和邊緣計算技術的迅速發展,信號鏈模擬芯片將朝著高精度、高集成、低功耗、長壽命以及智能化方向發展。

        觀研天下分析師觀點:受到半導體集成電路行業不景氣影響,加上內部競爭激烈,行業內價格戰頻發,從當前的市場情況來看,價格下行是大趨勢,若下半年需求未見明顯反彈,本輪價格戰將持續至年底。

        三、模擬芯片下游需求趨勢長期向好,國產替代空間廣闊

        1、通信領域是模擬芯片最重要的下游市場

        通信領域是模擬芯片市場增長的主要動力,目前市場占比已達38.5%,通訊電子市場對模擬芯片的應用主要為通訊基站、交換機、路由器等。隨著信息化時代來臨,5G通信行業景氣度不斷提升。從信號鏈模擬芯片市場來看,其中轉換器產品 ADC 和 DAC 芯片在 5G 通信中尤為重要,主要用于對大帶寬和高動態范圍的模擬信號和數字信號進行相互轉換,同時為 5G 基站的能耗監控與調節提供實時數據,因此 5G 建設將為信號鏈模擬芯片帶來機會;從電源管理芯片市場來看,5G 基站需要更多的天線、更多的射頻組件、更高頻率的無線電等,將對電源管理芯片提出更高的要求。未來,隨著5G商用發展駛入快車道,5G基站覆蓋廣度深度持續拓展,將帶動模擬芯片需求增加。據最新統計數據顯示,我國已累計建成5G基站超過293萬個,2024 年我國 5G 基站建設量預計將達到 309 萬個,將為 ADC 帶來至少 8.8 億美元的增量市場。

        通信領域是模擬芯片市場增長的主要動力,目前市場占比已達38.5%,通訊電子市場對模擬芯片的應用主要為通訊基站、交換機、路由器等。隨著信息化時代來臨,5G通信行業景氣度不斷提升。從信號鏈模擬芯片市場來看,其中轉換器產品 ADC 和 DAC 芯片在 5G 通信中尤為重要,主要用于對大帶寬和高動態范圍的模擬信號和數字信號進行相互轉換,同時為 5G 基站的能耗監控與調節提供實時數據,因此 5G 建設將為信號鏈模擬芯片帶來機會;從電源管理芯片市場來看,5G 基站需要更多的天線、更多的射頻組件、更高頻率的無線電等,將對電源管理芯片提出更高的要求。未來,隨著5G商用發展駛入快車道,5G基站覆蓋廣度深度持續拓展,將帶動模擬芯片需求增加。據最新統計數據顯示,我國已累計建成5G基站超過293萬個,2024 年我國 5G 基站建設量預計將達到 309 萬個,將為 ADC 帶來至少 8.8 億美元的增量市場。

        資料來源:觀研天下整理

        與此同時,5G 廣泛應用也將推動通信領域模擬芯片迭代升級,包括:1)更高的帶寬需求:5G網絡將帶來更高的數據傳輸速率和帶寬需求,這將要求通信領域的模擬芯片能夠更快速地處理和傳輸大量的數據;2)更復雜的射頻設計: 5G通信需要更多的頻段和更復雜的射頻設計,這將促使模擬芯片在頻率范圍、干擾抑制、信號調制等方面進行升級和優化;3)低功耗設計:盡管5G提供了更高的速率,但通信設備仍需要保持低功耗以延長電池壽命。模擬芯片需要在保持性能的同時,優化功耗,以適應新的能源需求;4)更復雜的信號處理: 5G通信需要更復雜的信號處理算法和技術,模擬芯片需要具備更強的信號處理能力,以滿足更高的信號處理要求;5)天線技術創新:5G通信對天線技術有更高的要求,通信模擬芯片需要支持多天線技術、波束賦形等創新功能,以提高通信效率;6)網絡架構變化:5G引入了虛擬化和網絡切片等新的網絡架構,這將對通信領域的模擬芯片提出新的要求,以支持更靈活的網絡配置和管理。

        2、汽車領域是模擬芯片下游景氣度最好的領域

        在汽車電動化、智能化加速的新形勢下,以及海外龍頭最新的業績和景氣度指引,汽車領域是目前模擬芯片下游應用領域中最為景氣的賽道,目前市場占比為24%。另外,從下游產品的平均單機價值量來看,也數汽車最高。根據IC Insights數據,預計2022年全球車載模擬芯片市場規模將達到137.75億美元,同比增長17%,將成為模擬芯片所有下游應用領域中增速最快的方向。

        在汽車電動化、智能化加速的新形勢下,以及海外龍頭最新的業績和景氣度指引,汽車領域是目前模擬芯片下游應用領域中最為景氣的賽道,目前市場占比為24%。另外,從下游產品的平均單機價值量來看,也數汽車最高。根據IC Insights數據,預計2022年全球車載模擬芯片市場規模將達到137.75億美元,同比增長17%,將成為模擬芯片所有下游應用領域中增速最快的方向。

        資料來源:觀研天下整理

        在傳統燃油車的時代,模擬芯片主要應用在動力總成、底盤和安全、車載娛樂、儀表盤、車身電子及電源管理等領域,隨著電動化、智能化的滲透,大小三電系統、熱管理、智能座艙、自動駕駛等系統成為了模擬芯片進一步快速增長的應用領域。在A到E的各個級別汽車中,A級燃油車模擬芯片用量約100顆,而A級純電動車需求量高達350顆以上;在B級車中,模擬芯片單車用量從燃油車的160顆提升至純電動車的近400顆而純電動E級車用量超過650顆。

        汽車模擬芯片市場進入門檻較高,因涉及到駕乘安全,車規級芯片要求高可靠、高安全與零失效率等,且具有較長的產品生命周期,一旦進入供應鏈都是超十年的供貨。當前國內公司與海外龍頭在車規模擬芯片領域的市場份額和技術差距較大。2020-2022年國內新能源車快速增長的市場紅利國內廠商受限于車規產品認證進度并未享受到。國內各模擬芯片公司開始在車規模擬芯片發力,尤其是隔離驅動、電源鏈(LDO、LED驅動、馬達驅動)、磁傳感器等領域,大部分產品23年將通過車規認證,看好后續國產替代機遇。

        重點汽車模擬公司(部分) 在研車規產品及客戶

        公司

        產品類型

        具體產品

        應用領域

        進度

        客戶(Tier1

        客戶(整車廠)

        納芯微

        隔離類芯片

        隔離驅動

        OBC、PTC加熱器、電驅

        已量產,部分在研

        聯合汽車電子、森薩塔等

        國內:比亞迪、東風汽車、五菱汽車、長城汽車、上汽大通、一汽集團、寧德時代、云內動力

        海外或合資:上汽大眾

        磁傳感器芯片

        磁開關

        安全帶卡扣、車窗升降等

        在研

        輪速

        -

        在研

        燦瑞科技

        磁傳感器芯片

        磁電流

        三電系統電流監測

        在研

        聯合、安道托、勝華波、博世等

        -

        磁角度

        方向盤、電動踏板、油門

        在研

        雅創電子

        電源鏈

        DC-DC

        汽車照明、BCM、汽車娛樂、TBOX、域控制器

        預計23年車規認證

        法萊奧、富迪動力(比亞迪)、三立車燈、華域海拉、興宇、廣州佳麗等

        比亞迪、吉利、長安、長城、奇瑞

        帝奧微

        電源鏈

        LDO

        汽車照明、汽車娛樂、電動尾門、電子門鎖、ICU、EPB、 胎壓監測儀、電子換擋器、汽車空調、座椅控制、電子轉向柱

        在研,預計23年量產投片

        -

        比亞迪、零跑等

        馬達驅動

        電動座椅、車窗、雨刷、汽車折疊后視鏡

        在研,預計23年量產投片

        LED驅動

        汽車照明

        在研,預計23年量產投片

        信號鏈

        運算放大器

        雨刷、車窗、座椅

        在研,預計23年量產投片

        資料來源:各公司公告、觀研天下數據中心整理

        天下分析師觀點:寬禁帶半導體已經進入產業化快速發展階段,應用領域不斷擴大,產能大幅度提升。在模擬芯片廠商中,意法半導體、英飛凌、安森美都對寬禁帶半導體進入了深度介入,其中尤以安森美最為激進。值得關注的是,目前恩智浦也在積極開發寬禁帶半導體市場,預計未來5年內寬禁帶半導體行業新趨勢。

        3、國外龍頭占據行業壟斷地位,國內廠商積極布局

        雖然我國是模擬芯片需求大國,但目前我國模擬芯片市場國產化程度仍比較低,根據IC Insights數據,全球模擬芯片前十名供應商均為海外企業,市場份額高達 60%以上。其中,德州儀器憑借141億美元的模擬銷售額和19%的市場份額保持模擬IC供應龍頭地位,排名第二的是ADI,第三Skyworks,英飛凌、意法半導體、恩智浦等躋身前十。我國模擬芯片國產替代進程目前仍然處于初步階段,2021年中國大陸Top10模擬芯片廠商收入合計約為22.86億美元,占中國模擬芯片市場份額比例為7.78%,國產化率仍處于較低水平。

        雖然我國是模擬芯片需求大國,但目前我國模擬芯片市場國產化程度仍比較低,根據IC Insights數據,全球模擬芯片前十名供應商均為海外企業,市場份額高達 60%以上。其中,德州儀器憑借141億美元的模擬銷售額和19%的市場份額保持模擬IC供應龍頭地位,排名第二的是ADI,第三Skyworks,英飛凌、意法半導體、恩智浦等躋身前十。我國模擬芯片國產替代進程目前仍然處于初步階段,2021年中國大陸Top10模擬芯片廠商收入合計約為22.86億美元,占中國模擬芯片市場份額比例為7.78%,國產化率仍處于較低水平。

        資料來源:IC、觀研天下整理

        根據中國半導體行業協會的數據顯示,我國模擬芯片自給率近年來不斷提升, 2017年至2021年從6%提升至12%,總體仍處于較低水平,當前還有較廣闊的國產替代空間。近年來,杰華特、晶豐明源、長工微、芯朋微等本土模擬芯片廠商積極布局多相控制器及DrMOS領域,本土廠商有望憑借持續加大的研發投入和輕資產的Fabless模式提升空間,來縮小與國際水平的差距。隨著產業鏈廠商產品組合逐漸豐富,國產模擬龍頭有望快速成長。

        天下分析師觀點:由于模擬芯片應用領域廣闊,產品多樣,全球范圍內的模擬芯片龍頭企業,實際上形成了錯位競爭,從不同的細分領域切入,再尋求產業擴充,如德州儀器的專長在于電源管理及運算放大器芯片,而ADI則是精于模擬信號和數據轉換器。未來本土廠商聚焦細分領域形成優勢,有望成長為平臺級廠商。

        全球頭部模擬公司成立時間及專長領域

        公司名稱 成立年份 專長領域
        TI (德州儀器) 1930年 電源管理、運算放大器等
        ADI (亞德諾) 1965年 模擬信號、數據轉換器等
        Skyworks Solutions (思佳訊) 1962年 射頻開關、射頻濾波器、射頻功放等
        Infineon (英飛凌) 1999年 電源管理、功率半導體等
        ST Microelectronics (意法半導體) 1987年 電源管理、傳感器等
        NXP (恩智浦) 2006年 安全認證、電源管理、微控制器等
        On Semi (安森美) 1999年 電源管理、功率半導體等
        DIODES (達爾科技) 1959年 分立器件、模擬信號、電源管理等
        Richtek (立銪科技) 1998年 電源管理等
        Maxim (美信) 1983年 電源管理、微控制器等

        資料來源:力芯微招股書、觀研天下數據中心整理(LZC)

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