国产模拟IC产业链如何打破自给率低且研发慢的"僵局"?

时间:2019/9/23 11:38:18

根据WSTS统计,2018年全球半导体市场全年总销售值约4688亿美元。在如此庞大的IC市场中,模拟IC市场一直是一个神奇的存在,头部厂商不仅队形稳定,而且一直处于高增长态势。

再看中国的模拟市场,赛迪顾问统计数据显示,2018年中国模拟芯片市场规模2273.4亿元(约320亿美元),同比增长6.23%,近五年复合增速为9.16%。中国的模拟芯片市场占全球比例超过50%,且市场增速高于全球平均水平,但是自给率仅有20%,技术水平和国际领先公司相差巨大。

这个僵局之所以难破,就是因为模拟技术的研发很难,需要长时间的经验积累,但是近几年在国家政策的大力支持下,越来越多的本土公司开始加入自行研发的行列。

模拟芯片研发难且周期长

先来说一说模拟芯片设计为什么难?众所周知,集成电路可分为数字电路和模拟电路。我们的一切感知,例如图像、声音、触感、温度、湿度等都可以归结到模拟世界。因此,参与这些信息处理的芯片就是模拟芯片;另外,那些我们无法感知,但客观存在的模拟信号处理芯片,比如微波,电信号处理芯片等,也属于模拟范畴。和模拟芯片相对的就是数字芯片,包括微元件(CPU、GPU、MCU、DSP等),存储器(DRAM、NANDFlash、NORFlash)和逻辑IC(手机基带、以太网芯片等)。

从应用来看,信号链路和电源管理是模拟IC的两大主要应用,市场占比高达60%,其中信号链路主要包括比较器放大器、AD/DA、接口芯片等元器件;电源管理主要包括PMIC、AC/DC、DC/DC、PWM、LDO和驱动器IC等元器件。

从技术层面来看,数字芯片主要采用CMOS工艺,沿着摩尔定律一直向前演进,强调的是算力提升和成本下降,现在已经7nm产线已经量产,5nm、3nm已经排上日程;模拟芯片不受制于摩尔定律和高端制程,部分采用CMOS工艺,还有很多采用BCD、CDMOS工艺,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,主要在 4、6、8英寸晶圆产线上生产,目前仅有德州仪器、英飞凌等极少数模拟企业拥有 12 寸晶圆产线。

在设计方面,模拟电路和数字电路差异巨大。数字电路的设计核心在于逻辑设计,辅助设计工具(EDA)丰富,可通过软件进行调试;而模拟电路的设计核心在于电路设计,需要根据实际产品参数进行调整与妥协,辅助工具较少。因此,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,优秀的模拟设计师需要 10 年甚至更长时间的经验。此外,数字电路设计一般是大团队作战,追逐摩尔定律,研发周期较短,生命周期较短;而模拟电路设计一般是小团队作战,研发周期较长,生命周期也长,有不少模拟器件生命周期长达10年以上。

相对数字芯片,模拟芯片产业主流模式仍然是IDM,且研发更重视经验积累、研发周期长、产品种类多,因此模拟产品和技术很难被复制与替代,市场竞争格局较为集中,强者愈强、大者恒大的规律较为突出,从而造成TI、ADI、英飞凌、ST、NXP、美信、安森美等公司长期占据全球Top 10榜单。

国内模拟芯片厂商盘点

虽然模拟技术难点重重,突破缓慢,但是国内公司也在积极研发推进,国内模拟产业链已经取得了不错的成绩,下面我们就来看看国内主要的模拟芯片设计公司有哪些。

中国模拟厂商的突围机会在哪里?

随着国内对模拟芯片需求的持续增加,国内模拟芯片厂商也面临更大的发展机会。

第一,模拟IC市场高度分散,一两家公司无法实现全部垄断,2018年模拟市场前三甲的TI、ADI和英飞凌也只分别占到18%、9%和6%,中国模拟芯片厂商有更多切入市场的机会。

第二,中国是全球最大的消费电子生产基地,对中低端模拟芯片需求旺盛,国内模拟芯片公司更容易切入,而且随着中低端市场利润变薄,国外大公司迫于追求高利润,也会让出中低端市场。但是国内模拟厂商绝对不能止步于中低端市场,否则一直处于喝汤甚至挨饿的阶段。

第三,半导体产业链逐渐从 IDM 模式转变成代工模式。虽然相对于数字芯片,模拟器件代工的标准化程度差,移植性低,但是已经有模拟公司开始走代工路线,这有助于国内模拟Fabless设计公司压缩成本,实现规模量产。

第四,中美贸易战让更多中国厂商明白完全依赖国外公司风险很高,开始逐步采用国产芯片,这将给国产芯片带来量产和迭代的机会,产品性能会进一步提升,让中国模拟芯片设计水平和国际领先公司的水平逐步缩小,而且越来越多加入模拟芯片设计市场。

但是放眼整个模拟芯片市场,具有先进技术和资金实力的IDM公司国际大厂也在投入建设更先进的工艺产线,而且芯片集成度越来越高,芯片尺寸越来越小,尤其是数模混合更加流行,超越硅基的模拟芯片进入市场。国产模拟芯片厂商也需要加强技术研发,和代工企业更加紧密合作,实现技术更大的技术突破,才能在未来的市场中占有一席之地,否则会一直在中低端市场打转,后面随着更多创业公司加入,会陷入价格战危机,造成恶性竞争,不利于国内模拟半导体产业的发展。