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六大拥挤的芯片创业领域,实现进口替代的挑战在哪里?(下)

石亚琼 · 2020-02-25
这六大领域又同时具备市场量大面广、国产盘踞低端的特点,如果能尽快实现高端领域的进口替代,会具有很强的指标效应。

编者按:本文作者朱晶,北京国际工程咨询有限公司高级经济师,北京半导体行业协会副秘书长,36氪经授权转发。

六大拥挤的芯片创业领域,实现进口替代的挑战在哪里?(下)

 

近几年,国内对集成电路产业高度关注,加之各地扶持政策竞相出台,华为、中兴事件作为催化剂,都使得集成电路行业成为创业的风口,初创的各类芯片团队成为资本市场追逐的对象。

2019年年底中国半导体行业协会设计分会统计的数据显示,全国共有1780家芯片设计企业,而在四年前这个数量仅有736家。但国内芯片设计领域一直呈现的产业格局是“一群小舢板”,缺少“航母舰队”,尤其体现在个别“创业扎堆”的拥挤赛道。

按照计算、通信、感知交互、模拟、存储来分类,目前最拥挤的创业赛道主要包括MCU、蓝牙、SSD主控、模拟芯片(电源管理和信号链)、射频芯片、光电器件及芯片这六大领域,而这六大领域又同时具备市场量大面广、国产盘踞低端的特点,如果能尽快实现高端领域的进口替代,会具有很强的指标效应。

本文会聚焦这六大芯片产品领域,梳理现状和企业,找出提升高端产品国产化率,实现进口替代所面临的主要挑战。

上篇介绍完MCU、蓝牙、SSD主控三大领域,下篇介绍模拟芯片、射频、光通信芯片三大领域。

注:由于模拟、射频类芯片有些企业涉及军工,就不在这里分享,只罗列部分企业。

4、模拟芯片(信号链和电源管理,不含射频类和功率器件)

模拟芯片产品类型按照功能主要分为信号链路芯片和电源管理芯片两类。信号链路芯片主要功能有模拟信号的调理、模数、数模转换;电源管理芯片主要功能有降压、升压、稳压等。

国产化现状:

模拟芯片是电子产品的必需品,市场规模持续增长,2018年全球模拟芯片占全球半导体市场比例为12.2%。中国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。2018年中国模拟芯片市场规模2273.4亿元,同比增长6.23%,近五年复合增速为9.16%。按具体功能分,电源管理类和电压控制类模拟芯片占比接近60%,是最重要的市场。其次,运算放大器和比较器合计占比达16%、ADC/DAC占比达15%。国内模拟芯片市场主要被TI、ADI、NXP、英飞凌、意法半导体等国际模拟芯片巨头占据35%的国内模拟芯片市场份额,其中TI以13%的市占率位列第一。而国内模拟厂商的自给率不到20%,在高端领域低于5%。

主要企业(排名不分先后):

信号链:圣邦微、思瑞浦微电子、聚洵、润石、旌芯半导体、微龛

(AD/DA:昆腾、思瑞浦微电子、时代民芯、芯海、海芯、天微、云芯微、圣邦微、智毅聚芯、类比半导体、九天睿芯

接口/时钟/隔离:普瑞、硅谷数模、新港海岸、川土微、旌芯半导体、类比半导体、赛思、荣湃、锐能微)

电源管理:矽力杰、圣邦微、南芯、芯洲、杰华特、帝奥、希荻微、日晟微电子、芯龙半导体、数明半导体、微源半导体、源微电子、凌鸥创芯电子、基合半导体、芯导电子、质能达、南京艾力微电子、棱晶半导体、福州福芯、深圳芯智汇、深圳芯茂微

(无线充电/快充:易冲无线、美芯晟、贝兰德、柏壹、联智、楚山、酷珀、劲芯微、英集芯、智融、杰华特、蜜蜂电子、新页微电子、方昕科技、伏达、微鹅科技、维普创新、中惠创智、卓芯微、慧能泰半导体)

国产化主要挑战:

一是无法满足高性能模拟芯片对工艺技术上的差异化要求和产能需求,是影响国内模拟芯片高端化突破的主要瓶颈。大部分高端模拟芯片产品,需要实现在设计和工艺的紧耦合,如:低失调运算放大器、精密基准、仪表放大器、高压运算放大器等。纵观国际知名的模拟芯片供应商,几乎所有都是IDM厂商。拥有自己的晶圆厂是他们能够领先市场的关键,而对于国内模拟芯片企业而言,一方面需要自身具备有竞争力的工艺开发能力,另一方面需要设计和代工双方充分的交流和耦合才能开发出有特色的产品,但国内模拟芯片企业想做高端产品的时候普遍缺少本土代工厂的支持,很难出现这样一个紧耦合的机制,并且在产能上本土代工厂对模拟芯片也不够重视(根据芯谋研究的数据,国内可用于模拟芯片制造的晶圆月产能约为38.4万片,扣除用于其它工艺的产能,实际可用产能不到20万片——模拟芯片制造当前的产能缺口高达54万片/月),使得这些厂商只能高度依赖海外FAB的资源。

二是国内模拟芯片厂商还处于仿制跟随和部分集成创新的阶段。模拟芯片应用市场广泛,国外厂商接触的行业比较广,对客户生态系统可以全面掌握,对关键客户生意的理解和客户关系以及销售渠道的合作深度都更到位,相比较而言国内模拟厂商主要跟随国外产品的性能,以Pin-to-Pin替换为主,很少为客户定制产品,产品线也比较狭窄,对质量控制的重视也不够,在给客户供应商的管理也带来困难。

三是终端用户对国内高性能的模拟芯片信心不足,尤其是工业、医疗电子、测试测量仪器仪表等对芯片性能和质量的要求高于对芯片成本的行业。由于没有足够的高端应用市场给予“试错”机会,国产模拟芯片,多数只能集中在低端进行价格竞争,难有机会走向高端做性能的提升。

四是全产业缺乏整合,肯坚持做高端产品具有“铁棒磨成针”的模拟芯片企业少之又少。模拟芯片设计团队较精简、流片等资本投入较小,但市场巨大、应用广泛,因此创业门槛相比数字芯片领域低很多。但这样也造成了国内模拟集成电路领域创业扎堆严重,某公司的几个人外出创业,然后“学习”原有公司业务的情况经常发生。并且由于模拟芯片企业靠良好的供应链管理运营就可以维持生存甚至保持可观的毛利率,因此很多模拟芯片创业团队都倾向选择在中低端电源管理、运放、无线充/快充等领域靠低价竞争实现收益,存活空间还不小。长久以往,某些坚持注重投入研发和知识产权的保护,主动去做汽车、工业等高质量产品市场的“良币”企业,反而因为发展速度慢而受到质疑,市场上靠抄袭和低价竞争的“劣币”企业却越来越多,国内模拟芯片企业价格战频繁和国内“小、散、乱”的产业局面没有根本改变,形成了很大的产业内耗。未来模拟集成电路的高端化突破需要更多具有“铁棒磨成针”的模拟集成电路企业,另外已经具备一定规模的领军型模拟企业也需要发挥龙头的作用,主动利用资本的优势积极进行产业整合,引导产业良性发展。

(部分观点来源于芯洲科技徐军先生、华峰测控刘惠鹏先生、华登国际王林先生)

5、射频前端芯片和器件(PA、滤波器、开关、毫米波等)

射频前端芯片和器件是无线连接的核心,是实现信号发送和接收的基础零件,有着广泛的应用。射频前端芯片和器件包括射频开关和LNA,射频PA,滤波器,天线Tuner和毫米波FEM等。滤波器占射频市场额约50%,射频PA占约30%,射频开关和LNA占约10%,其他占约10%。可以看到,滤波器和PA是射频前端芯片和器件的重要部分。

国产化现状:

现在全球93%的PA供应集中在Skyworks、Qorvo、新博通等几家美国厂商手中。滤波器也被村田、Qorvo等日美厂商瓜分,其中日商瓜分了80%的SAW滤波器供应,而美企则统领了95%的BAW滤波器市场,台湾则占据大部分射频器件代工的市场份额。着眼国内市场,在本土射频厂商的合力下,2G射频器件替代率高达95%,3G替代率85%,4G替代率有40%,而在5G射频领域替代率基本为零。

主要企业(排名不分先后):

射频(PA、包括手机及WIFI端):昂瑞微、唯捷创芯、紫光展锐、中科汉天下、无锡中普微、国民飞骧、慧智微、苏州宜确、艾为电子、厦门宇臻、锐石创芯、芯朴科技、猎芯、至晟微电子、上海康希、三伍微、雷讯科、芯百特

射频(滤波器,手机端):三安集成、无锡好达、德清华莹、诺思、麦捷科技、苏州汉天下、杭州左蓝、开元通信、天通股份、宙讯科技、见闻录科、武汉敏声、晶讯聚震、频岢微电子、云塔电子

射频(开关/天线调谐):昂瑞微、唯捷创芯、卓胜微、紫光展锐、艾为电子、立积电子、韦尔、迦美信芯、雷讯科、南京国博、三伍微

射频(毫米波):信芯科技、矽典微、晟德微、英嘉通半导体、隔空智能、厦门意行、加特兰、米乐为微电子、闻颂科技、矽杰微、南京国博

国产化主要挑战:

一是5G射频前端芯片及器件复杂度逐渐提升,赶超难度更大。4G到5G的演进过程中,射频前端芯片产品在设计、工艺和材料等方面都将发生递进式的变化,需要满足的性能参数众多,因此不可避免提高了研发门槛,对于国内企业的追赶带来更多障碍。

二是滤波器和毫米波技术方面的短板成为国内射频前端产品高端化的掣肘。5G时代滤波器的重要性大幅提高,但目前国内在该领域技术积累相对薄弱,加上这个领域集中度很高,国外巨头建立的技术壁垒和专利壁垒都很难让国内企业形成短期内的突破,要实现可以成熟量产被客户大批量采用的产品还需要不少时间。由于5G射频前端芯片高集成度需求,未来射频芯片企业仅靠单个产品的技术优势,比如PA或者开关,很难形成有竞争力的产品,因此5G时代国内射频企业会面临加速整合的压力,除了在PA或者开关领域继续攻克高端化难题外,加速突破滤波器、毫米波等国内短板严重的领域,才可以实现产品的高端化。

三是工艺无法自主,限制高端射频产品的核心竞争力。射频前端芯片最重要的指标是噪声系数和线性度,这两个指标和工艺完全相关。因此像TI模拟芯片厂商一样,国外领先的射频前端芯片企业,几乎所有都是IDM厂商。拥有自己的晶圆厂是他们能够领先市场的关键。目前,射频器件(不含滤波器)涉及的主要工艺包括GaAs, SOI, CMOS, SiGe,GaN和InP。除了CMOS和SOI等硅基材料工艺,国内在化合物材料工艺方面的短板非常明显。

(部分观点来源于三伍微电子钟林先生,昂瑞微钱永学先生、黄鑫先生)

6、光通信芯片

光芯片包含多个元器件种类,如激光器芯片、调制器芯片、耦合器芯片、分束器芯片、波分复用器芯片、探测器芯片等。这些芯片/器件集成后,再加入外围电路形成一个光通信模块,被广泛应用于路由器、基站、传输系统、接入网等光网络建设中。

国产化现状:

全球主要光器件厂家均积极布局有源光芯片、器件与光模块产品,并达到100Gb/s速率及以上的水平。在中兴、华为等通信设备的强势助攻下,中国成为世界上最大的光器件消费大国,市场占比约为35%。国内企业在无源器件、低速光收发模块等中低端细分市场较强,然而以高速率为主要特征的高端光芯片技术,还掌握在美日企业手中,我国高速率光芯片国产化率仅3%左右。国内企业目前只掌握了10Gb/s速率及以下的激光器、探测器、调制器芯片,以及PLC/AWG芯片的制造工艺以及配套IC的设计、封测能力,25Gb/s的工艺能力及产能配套都无法形成规模;单通道25Gbps光芯片大部分已可国产化,电芯片部分国产化,但绝大多数25Gb/s速率模块使用的光电芯片只能做到小批量供货,大部分还要依赖进口。50Gbps以上的光电芯片,只有很少部分器件可国产化。更为高端的100G光通信系统,其中可调窄线宽激光器、相关光发射/接收芯片均高度依赖进口。在电跨阻放大芯片、高速模数/数模转化芯片、相关通信DSP芯片以及5G移动通信前传光模块需要的50Gb/s PAM-4芯片上,还鲜少有国内厂家能够规模化供货商用解决方案。

主要企业(排名不分先后):

光芯片(激光器LD(DFB、VCSEL、FP、EML),TX端):光迅科技、华工科技、海信宽带、云岭光电、福建中科光芯、陕西源杰、桂林光隆、纵慧芯光、瑞识科技、华芯半导体、柠檬光子、瑞波光电、睿熙科技、三安光电、厦门三优光电、浙江光特科技、全磊光电、新飞通、武汉飞思灵、源杰半导体

光芯片(光探测器PD(PIN、APD),RX端):芯思杰、快灵光电、芯视界、炬佑、聚芯微、成都嘉纳海威、三安光电、深圳芯思杰、苏州苏纳光电、厦门三优光电、浙江光特科技、芯河光电

光模块电驱动(LDD,TX端):傲科、英思嘉、飞昂通讯、光梓信息、厦门优迅、福建亿芯源、新飞通

主放大器(LA,RX端):厦门优迅、福建亿芯源、杭州洪芯微

TIA跨阻放大器(RX端):光梓信息、飞昂通讯、厦门优迅、福建亿芯源、成都嘉纳海威、杭州洪芯微、厦门三优光电、芈图光电、武汉飞思灵

CDR时钟数据恢复:光梓信息、飞昂通讯、福建亿芯源

硅光:奇芯光电、赛勒光电、益昂通信、芯耘光电

TOSA/ROSA光组件:博创科技、东莞光智通讯、河南仕佳光子、四川九州光电子、苏州天孚光通信、亚派光电、翔通光电、瑞谷光网、光恒通信、兰特普光电子、储翰科技、矽屹科技

国产化主要挑战:

一是我国光电子芯片流片加工严重依赖国外。高速DFB、EML芯片所需的InP工艺,VCSEL激光器所需的GaAs工艺等都依赖美国、中国台湾等国家和地区的代工资源,使得我国在国家各级研发计划支持下发展的关键技术大量流失。由于缺乏完整、稳定的光电子芯片、器件加工工艺平台以及工艺人才队伍,国内还难以形成完备的标准化光通信器件研发体系,导致芯片研发周期长、效率低,造成我国光通信器件技术与国外差距逐渐扩大。可工程化的三五族材料工艺、硅光工艺平台能力,是制约国内企业与研究机构在高端光通信芯片上快速创新的瓶颈,也是制约国产芯片大规模应用的主要瓶颈。

二是标准、专利等软实力建设意识、能力不足。在光通信器件与模块的国际标准制定中,一直以来很少见到中国企业的身影。参与新标准的制定,也意味着跟进行业发展潮流,甚至左右行业发展的方向,但国内标准普遍参照国际标准执行,这导致了国内企业话语权的缺失,使得标准和行业发展以众多国外大企业的意志为走向,这对国内企业十分不利。需要加强中国光通信器件厂家的基础研究、技术预研,通过原创性、基础性技术的突破来进一步提升产业影响力与标准话语权。

三是光通信芯片相关配套行业领域基础薄弱,无法形成支撑。光通信器件产业发展严重依赖于先进测试仪表、制造装备等基础性行业能力。国内仪表装备厂商基本从事低端设备的开发,精度高、自动化程度高的设备大多严重依赖进口,光通信器件企业固定资产投资负担重,还存在产业安全等问题。应提高对自主研发的光通信器件制造与测试装备的重视程度,比如全自动高精度贴片机、全自动打线机、高速率光电信号测试仪表及装备等。

(部分观点来源于《中国光电子器件产业技术发展路线图(2018-2022年)》,光子算数白冰先生)

本文部分内容来源于网络信息整理。文中部分企业分类如出现错误,请留言指正。

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