模拟芯片也成为缺芯重灾区，国产模拟芯片能否“后发制人”？

2022-09-01 16:06:25  信息编号：K223398  浏览次数：199

世界半导体贸易统计组织(WSTS) 发布2022年8月最新半导体市场预测，由于消费性电子终端需求疲弱，导致记忆体价格下跌、产值缩水，加上记忆体市场成长动能趋缓，预估今年全球半导体市场成长率将由原来的16.3%下修至13.9%，市场规模达6,332.38亿美元，较原先预期的6,464.56亿美元调降2.0%。2023年市场成长率则自5.1%下修至4.6%，市场规模达6,623.6亿美元，较原先预期的6,796.5亿美元调降2.5%，虽然如此，今、明总体市场规模仍将续创新高。

随着动态随机存取记忆体(DRAM)及储存型快闪记忆体(NAND Flash)供给过剩，价格走跌，今年下半年价格恐将持续走跌，因此，WSTS原本预估今年全球记忆体市场产值年增率达18.7%，明年再成长3.4%，大幅下修今年全球记忆体市场产值年增率为8.2%，明年下修至0.6%。这波预测修正也包含微处理器（MPU）、微控制器（MCU）等微元件市场成长率，由原先预期的11.4%下修至5.9%，明年成长率由5.3%调降至3.6%。不过，WSTS却反向调升模拟元件2022年市场年增率，由19.2%上修至21.9%，明年成长率则由5.7%上修至6.4%。

WSTS表示，今年半导体市场仍有机会超过6,000亿美元（约合新台币17.8兆元）。主要类型芯片多出现双位数年成长，其中，逻辑IC产值可望成长约24.1%，模拟IC成长约21.9%，感测器成长约16.6%，光电子成长约0.2%。以地区来看，亚太地区预计成长10.5%、美洲23.5%、欧洲14%、日本14.2%。

IC Insights则预估，随着5G出货量增加，相关基础设施到位，2022年通讯产业将占模拟IC销售的最大部份，其中，无线通讯应用将占整体模拟通讯领域销售额的91%，有线通讯应用则占9%。由于、笔电及各类行动装置的电池供电系统都需要这类芯片调节电源，避免装置运作时温度过热，同时延长电池寿命，加上这些芯片还具有通讯介面、显示器背光等调节功能，市场整体需求仍相当大。

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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。

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模拟芯片市场的“4个最”

IC市场又可分为四大产品别：模拟、逻辑、记忆体和微型元件，近两年芯片短缺潮中最短缺的是模拟和电源管理芯片。工研院电子与光电系统研究所所长张世杰指出，如今已经没有纯粹的数位IC或模拟IC，多是混和模拟数位IC，但还是存在纯粹的记忆体IC，如Flash、Dram，只能区分数位导向设计IC，以制程微缩达到面积、速度、功耗优化等效益，也包含时脉、传输、电源调控等大量模拟电路；非数位导向设计IC(模拟IC)则特别要求高精度、低杂讯等品质，也会借重大量数位电路以达演算法校正。

张世杰进一步说明，目前工业应用上多为「少量多样高规」，是典型模拟芯片市场。「高规」指的是具备精确度、大电压范围、极高速(射频)、极低功耗、低杂讯等特性。随着智能制造每年以10%的年复合成长率发展，工业应用成为「最需要」模拟芯片的市场。由于各式机台具有独特的智能制造规格与特性，加上少量多样制程要求，势必带动芯片需求与成长性。

汽车产业中以半导体为主的先进驾驶辅助系统(ADAS)未来5年有20%的年复合成长率；电动车每年则以2%的渗透率持续成长；车用芯片年产值约600亿美元，具有10%年复合成长率的实力，所以电动车是「最具成长性」的市场。以成长快速的电动车为例，一台电动车保守估计需要500-1,500颗芯片，甚至福特Focus新款电动车需要高达3,000颗芯片。随着电动车需求量逐年攀升，势必带动电池、开关、控制电路、雷达、光达等感测需求，以及一系列芯片的成长性。

通讯领域每年有15亿支需求，市场规模稳定，约可造就300亿美元的模拟(射频前端、电源)芯片产值，也是「最稳定」的市场；PC/NB类市场每年约有3亿台出货量，随着新IO规格的推出，周边产品的模拟芯片需求上看100亿美元，称得上是「最小兵立大功」的市场。

此外，低轨卫星大量布署并持续快速增加，地面应用多元扩展，从现今的固定式地面站，逐步扩展到车载、个人装置到卫星IoT装置，随着地面接收站愈来愈多，不论是车载或个人装置都需要模拟芯片，潜力无限，值得关注。

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模拟芯片行业发展趋势及本土机遇

集成化趋势下分立产品也将长期存在

电源管理芯片的技术势必朝着面积更小、效率更高、更易使用、集成度更高、开发周期更短的趋势发展。而信号链芯片则更注重性能参数，模数转换器朝着高精度、高转换效率、低功耗、低电压等方向发展；数模转换器朝着高精度、高动态、低功耗、多信道、多功能集成方向发展；比较器朝着更快的响应速度、更高的灵敏度和适应高数模干扰环境的方向发展；放大器朝着低噪声、高压摆率等方向发展。

同时，由于下游差异化设计需求长期存在，分立的模拟芯片产品将长期存在。集成和分立并存是模拟行业的长期趋势。

物联网，“电子+”推动需求增长

物联网的兴起、快充以及如 TWS 等可穿戴和物联网产品都将带来模拟芯片需求的增长。根据GSMA的预测，全球物联网连接数将由2019年的120亿增加到2025年的246亿，中国物联网连接数将由2019年的36亿增加到2025年的80亿，约占全球连接数的32.5%。其中企业级连接数从2020年开始超过消费级，且之后每年新增数量也更多，“电子+”的实现过程必然会推动模拟芯片需求增加。

同时，随着5G浪潮的推进，带动了基站端及4G到5G的更换，单机价值量（ASP）将从4G的50美金左右实现翻倍增长。新能源的发展促进了汽车电动化和电子化的趋势，这也将使得ASP在未来持续提升，推动行业发展。

此外，人工智能的爆发也是未来模拟芯片行业的重要增长点，以处理数据用的服务器为例，单个服务器模拟芯片的价值量在 50 美金以上，云计算的发展势必会带动模拟芯片的需求增加。

模拟芯片产品逐渐转向12英寸产线

根据TI的测算，12英寸晶圆厂生产的模拟芯片将比8英寸晶圆厂节约40%的成本，2019年德州仪器47%的模拟产品收入来自12英寸产线，到2020年更是约一半的模拟器件是在12英寸晶圆上制造的。

在TI的引领下，各大代工厂逐步跟进，华虹于2021年成功在华虹无锡厂规模量产12英寸90nm BCD工艺；中芯国际作为中国最大的晶圆厂，与深圳政府以建议出资的方式，出资约153亿元人民币，在深圳建设12英寸晶圆厂，产品定位也是28nm及以上线宽的显示驱动芯片及电源管理芯片等。

转向12英寸产线以实现成本节约，是保障模拟芯片厂商高盈利及保持市场竞争力的有效方式之一。

中国自给率偏低，众多本土企业入局

我国是模拟芯片最大的市场，2020年占全球市场的36%，也是国际模拟芯片大厂收入的重要来源地，并且近年来收入占比逐年提升，例如，中国作为德州仪器的第一大收入来源地，收入占比由2010年的41%提高到了2020年的55%。但作为全球模拟芯片第一大市场，我国2020年自给率仅约12%，我国企业竞争力不足。以电源管理芯片为例，我国国内前十的企业合计市场份额占比不到10%。

随着国产化需求的增加，在政策、资本、客户的共同支持下，我国的模拟企业进入黄金发展期，得到了难得的验证和导入机会，如产品和下游都广覆盖的圣邦股份，聚焦泛通讯和泛工业领域的思瑞浦，以家电为立足点向其他领域进行拓展的芯朋微，以为立足点向其他领域进行拓展艾为电子、力芯微，以LED驱动为立足点向其他领域拓展的晶丰明源。

随着中美贸易摩擦加剧，美国对中国禁售部分芯片，比如高端ADC和DAC等，在此背景下，我国模拟芯片企业进入黄金发展期，国产化的强烈需求为其提供了难得的验证机会。同时，国际模拟芯片大厂的战略重心在向工业、汽车领域倾斜，逐步退出中低端消费电子市场，这为我国聚焦消费电子领域的模拟芯片企业提供了生存空间，有利于他们为以后的场景拓展积累经验和资本。同时，政策资本大力支持，许多国内企业借助资本市场的帮助，可以在人员招聘、技术研发等方面加大投入，从而加速产品开拓和客户导入。

尽管与国际大厂相比，我国模拟芯片企业由于起步较晚，在产品数量和人员等方面与国际大厂仍存在较大差距，经营业绩方面则表现为收入、利润体量偏小，毛利率偏低。但目前我国半导体行业进入天时地利人和的黄金发展期，随着我国企业持续高增长，芯片国产化加速，模拟芯片企业通过持续的人才培养、产品积累和客户开拓，与国际大厂的这些差距将逐渐缩小。