1、信号链-连接真实世界与数字世界的桥梁。
二、模拟芯片特点
4、低价但稳定:模拟集成电路的设计更依赖于设计师的经验5与数字集成电路相比,在新工艺的开发或新设备的购置上资金投入更少,加之拥有更长的生命周期,单款模拟集成电路的平均价格往往低于同世代的数字集成电路,但由于功能细分多,模拟集成电路市场不易受单一产业景气变动影响,因此价格波动幅度相对较小。
三、一年数字,十年模拟
从晶体管规模看,数字芯片远大于模拟芯片,但这并不意味着模拟芯片设计难度更低。恰恰相反,数字芯片能够通过“军团式”作战较快的堆叠出芯片,而模拟芯片则更依赖于工程师个人,通常一名工程师3-5年才能找到感觉,10年以上才能在某一领域拥有足够的经验,因此模拟工程师常被戏称为“老中医”。
四、模拟芯片极度吃经验的主要原因
1、与数字追求运算速度与成本的平衡不同,模拟芯片需要平衡的因素很多,比如信号链需要考虑信噪比/失真/滤波能力/漂移/能耗/可靠性/稳定性,电源链需要考虑效率/精度和漂移/纹波/电磁干扰/动态响应/安全性/可靠性/稳定性。
3、模拟芯片寄生效应较多+同一功能的实现路径较多A因此仿真无法覆盖所有场景,只有通过流片后看到真是表现再做调整。
因此模拟芯片的设计过程,是一个反复设计、验证、迭代的过程,工程师在经验积累过程中形成的“感性直觉”往往是不能用公式、甚至语言描述的。而这些经验,需要实打实做过多个项目,经历流片、封测和量产,从众多坑中爬出来才能积累。
模拟与数模混合芯片概况
数字芯片和模拟芯片的区别
数字芯片与模拟芯片对比
数字芯片是由多个相同的单元电路组成,模拟芯片是由各个不同的单元组成。
数字芯片基本上是CMOS结构,模拟芯片由一个或多个PN结构组成。
数字芯片只能处理数字信号,而模拟芯片只能处理模拟信号,两者不能互换。
数字芯片利用的是晶体的开关作用,模拟芯片利用的是晶体管的放大作用。
1什么是模拟芯片
2模拟芯片的种类
(1)按照传输弱电信号和强电能量的角度分,分为信号链模拟芯片与电源管理模拟芯片。
信号链类可以划分为线性产品、数据转换器、接口、其它模拟芯片等
(2)按功能角度,模拟芯片可分为通用模拟和专用模拟
通用模拟芯片又被称为标准型模拟芯片,它实现的功能具有可迁移性,而非面向特定的功能需求,所以适用于各种各样的电子信息系统中。其通用性也意味着不同厂商的同一种产品具有相互替代性,包括线性产品、电源管理、数据转换、接口芯片等产品。
专用模拟芯片是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路,专门应用于特定领域的芯片,如通信应用、汽车应用、消费电子、工业应用。
(3)模拟芯片产品分为通用标准产品SLIC和专用标准产品ASSP。
3模拟芯片全球前十大厂商
模拟芯片产业概况
模拟芯片行业是半导体产业的重要分支。根据WSTS的统计,全球模拟芯片市场规模从2003年的268亿美元增长到2021年的741.05亿美元,2021年全球模拟芯片市场规模占全球半导体整体市场的13.33%,占全球集成电路市场的16.01%。
根据Frost&Sullivan的统计数据,2021年中国模拟集成电路市场规模达到3,056.3亿元。近年来,虽然本土模拟芯片厂商陆续崛起,部分高端产品领域甚至超过世界先进水平,但目前中国模拟芯片自给率仅为12%,未来仍存在较大国产替代空间。
模拟芯片行业的特点
(1)产品生命周期长,丰富的产品线是重要竞争要素之一
同时,模拟芯片种类繁杂,根据功能可以划分为信号链和电源链两大类,根据下游用途又可以分为通用模拟芯片与专用模拟芯片,不同产品有不同的性能指标,适用于不同的应用需求。因此,对于模拟芯片厂商来说,丰富的产品线种类能够满足下游客户不同需求场景,为关键的竞争要素。以全球模拟芯片龙头德州仪器为例,其目前拥有超过8万种产品。
国内模拟芯片厂商的产品目录近年来增速相对可观,但总量与全球龙头相比仍处于劣势。
(2)下游应用领域广泛且分散,聚焦细分领域是普遍策略
(3)产品设计门槛高,人才是重要竞争要素
优秀的模拟设计工程师一般需要10年以上的设计经验。目前全球的模拟设计工程师相对短缺,因此拥有一定数量优秀模拟设计工程师的企业将构建强大的技术壁垒。
(4)外延并购是模拟芯片厂商发展的重要途径
由于模拟芯片产品相对较高的设计难度及相对较长的研发与验证周期,外延并购为模拟芯片厂商快速积累核心技术、拓展客户的重要途径。
模拟芯片行业的发展趋势
(1)行业整体规模持续增长
(2)自给率将持续提升
作为全球模拟芯片第一大市场,我国模拟芯片自给率虽在近年有所提升但仍然偏低。根据中国半导体行业协会统计,2020年中国模拟芯片自给率仅为12%,相比2017年提高6个百分点。从竞争格局来看,国内模拟芯片市场第一梯队仍然是以德州仪器、亚德诺等为代表的欧美企业,部分国内企业近年来通过竞争力提升进入第二梯队,但整体竞争力相比第一梯队仍有差距。
在政策支持、高额投资、工程师红利、国内需求快速增长等一系列有利因素的促进下,中国半导体产业有望保持快速发展势头,自给率持续提升。需求方面,由于2018年以来中美贸易摩擦加剧,终端厂商考虑供应链安全问题,纷纷寻求国产替代芯片产品。中国模拟芯片企业背靠最大的电子设备生产及需求市场,有望持续受益于产业链国产替代趋势。
供给方面,国内模拟芯片厂商研发与创新更多侧重于针对应用场景进行优化,符合模拟芯片场景专用化的发展趋势。随着近年来具有综合能力的海外优秀工程师不断回流,国内模拟工程师整体技术能力迅速提升,具备了集成化、定制化设计的先决条件,国内厂商逐渐从国外系统产品的简单模仿转为自主研发创新的阶段,未来出货量有望持续放大。
(3)技术将向高集成、低功耗、高可靠、行业定制等方向发展
同时,随着通用型芯片竞争的加剧,面向特定的行业应用进行定制研发,提升芯片与电子系统的适配度成为模拟及数模混合芯片企业实现差异化竞争的重要途径。本土具备较强实力的公司在面向行业应用进行定制化研发的道路上已取得一定的成果。
模拟及数模混合芯片下游应用广泛且多样化,代工的标准化程度较数字芯片低,因此需要设计环节与工艺环节的深度结合。一方面,工艺平台中工艺器件的多样化与特色化将影响芯片产品的功耗、成本和良率等重要指标;另一方面,模拟芯片的设计受工艺制约,高标准的设计需要工艺匹配实现。
为强化设计环节与工艺环节的配合,全球模拟及数模混合芯片龙头厂商多采用IDM模式,如德州仪器、亚德诺等。IDM模式有利于从设计到制造到封测的全流程技术改进,实现设计与工艺协同优化;同时可快速响应设计需求、验证特色工艺,提高产品的研发效率。
行业机遇与挑战
行业发展机遇下游市场需求旺盛
随着消费领域产品的持续普及与技术迭代、工业领域自动化与智能化程度的不断提升、以及5G通讯、云计算、大数据、物联网、人工智能等新兴技术的不断成熟,下游应用领域将长期维持高景气度,从而保持对模拟及数模混合芯片的强劲需求,模拟及数模混合芯片厂商面临广阔的市场空间与长期向好的市场前景。
国产替代趋势明显
同时,在全球集成电路行业第三次产业转移中,中国大陆在全球产业格局中所占比重逐步提高,国内集成电路产业链不断完善。制造端,中国已建和在建的6至12英寸晶圆产线投资上百亿美元,全球巨头台积电、联电、海力士等纷纷在中国大陆投资建厂,中芯国际、华虹NEC、华润上华等本土晶圆制造厂商也在积极扩大产能;封测端,国内的长电科技、通富微电、华天科技等厂商技术已达到国际先进水平。产业链的逐步成熟为中国集成电路行业的发展创新打造了坚实的基础。
巨大的国产替代空间和良性的产业环境下,国产替代趋势明显加速,拥有自主创新技术和核心竞争力的本土集成电路厂商将面临良好的发展前景。