国内模拟芯片迎来了又一波“投资热”。据我们不完全统计,2022年以来,有超过15家的模拟芯片企业获得了融资,融资金额大多在亿元左右。众所周知,过去几年,国内已跑出了不少家上市的模拟芯片企业,第一波芯片国产替代的窗口已然过去,为何模拟芯片这个赛道的投资依旧火热?
重要但不受限,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。比如安卓手机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;智能手机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。
消费电子市场起步,国产模拟芯片立足脚跟
就模拟芯片这个品类来说,根据功能划分,模拟芯片可分为电源管理芯片、信号链芯片、射频芯片和其他器件等,其中,电源管理和信号链芯片合计占近七成的市场份额。模拟芯片的应用市场繁多,各领域的芯片种类更是有几千种,即使是全球前十大模拟IC供应商,所擅长的领域也各有不同(如下图所示),市场份额也不存在垄断的局面,排名前十的模拟芯片公司市场占有率约60%,余下单一企业的市场占有率大都不超过1%。因此,初创公司很容易找到可以生存下去的细分市场。
国产模拟芯片公司大多是从消费电子市场切入,消费电子市场巨大,品类众多,因此成为我国模拟芯片创业企业的理想起步市场。
近些年来,国内涌现了卓胜微、圣邦微、思瑞浦、艾为电子、纳芯微、晶丰明源、芯海科技、力芯微、芯朋微、希荻微等为代表的一批模拟芯片公司。他们这些企业在模拟芯片的部分细分领域已崭露头角,在细分市场的产品形态有的已经处于业界较为前沿的位置。
但是,目前国内模拟芯片企业大多是集中在中低端消费电子领域,竞争已经非常火热,持续的“价格战”最终将会导致同业企业竞争加剧。因此在这样的市场环境下,国产企业必须要寻求长远的发展之道。
如果我们分析模拟芯片老大德州仪器的护城河,主要有三点:产品多样性、市场覆盖和制造&产能的优势。这也是国内模拟芯片厂商发力的指引。
一方面是做大做全。如上所述,模拟芯片是个种类极其丰富的市场,因此产品种类的丰富是拿下更多市占的一个方向。这也是目前国内模拟芯片厂商都在努力的一个方向。例如思瑞浦此前做电源管理芯片,后来逐渐开始涉猎信号链产品,2021年又开始布局嵌入式处理器MCU和MPU的研发;晶丰明源与南京凌鸥在“电源+MCU”业务合作方面进行持续探索。
再一个是往高性能的模拟芯片进击。只有不断突破高性能模拟芯片的研发和量产,在高端模拟芯片领域实现替代,才能不断向上打开更广阔的发展空间。
从市场应用领域来看,2022年上半年整个芯片市场表现出了明显的结构性分化趋势,从之前的“缺芯潮”转变为结构性短缺。一方面下游通用类和消费电子领域需求疲软;另一方面下游新兴行业(如新能源汽车、光伏储能等)快速增长使得芯片供不应求。所以向汽车和工业等应用领域的开拓是模拟芯片厂商不得不走之路。不少国内的厂商如芯海科技、艾为电子等也正加大在工业及车载相关领域的技术研发和产品布局。
与围绕摩尔定律发展并追求强算力、高性能的数字芯片不同,模拟芯片的先进性主要体现在电路速度、分辨率、功耗等电路性能参数的提升,更强调高信噪比、低失真、低耗电和高稳定性,研发周期和生命周期也更长。模拟芯片需要有专有的制造工艺,往往通过定制化的制造工艺提升产品性能,降低成本,也因此,模拟类芯片公司要做出具有差异化竞争力强的产品,需要找寻材料、器件和工艺的最佳组合,例如在射频领域,行业中普遍采用的器件材料和工艺平台包括 RF CMOS、RF SOI、GaAs、SiGe、SAW 以及压电晶体等,逐渐出现的新材料工艺还有GaN、MEMS等。
为了在工艺方面掌握有优势,国际大厂如德州仪器和ADI等多采用IDM模式。但也有一些模拟芯片厂商逐渐开始采用Fab-Lite模式,欧洲厂商如恩智浦、ST和英飞凌,日本厂商东芝、瑞萨、索尼和富士通等在执行Fab-lite策略。国内方面,不少企业已开始探索布局Fab-Lite经营模式,向上游不断延伸,如卓胜微开始自建滤波器产线,思瑞浦开始自建测试中心。在大宗产品领域,垂直整合仍具有很大的竞争意义,而采取灵活的、适合自身的制造分配方式也是模拟芯片企业确保竞争力而必须综合考量的问题。
此前我们谈到,国际方面,模拟芯片大厂开始向12英寸晶圆迈进。因为12英寸是模拟芯片厂商们保障高毛力,盈利未来的方式之一,TI此前曾表示,12英寸晶圆拥有20到30年的活力。国内方面,我们发现,卓胜微开始采用12寸65nm RF SOI工艺晶圆生产高性能天线开关芯片,艾为电子的12寸90nm BCD晶圆工艺已经进入全面量产阶段。
国产模拟芯片厂商的机会
这几年,大家都在谈“缺芯”,全行业都在加大布局,甚至车企为了缓解缺芯难题,还推出了“减配交付”的策略。
但事实上,除了车规级MCU以外,模拟芯片也是缺芯重灾区。
德勤在一份研报中指出,2021年二季度的时候,部分模拟芯片厂商的交货周期最长是20周,接近MCU芯片的交货周期,紧缺程度不容乐观。
不过从应对难度来看,模拟芯片要解决“芯片荒”,比MCU厂商要稍微“轻松”一些:
一方面,MCU芯片工艺复杂度最高且产能集中,生产高度依赖规模经济,头部IDM厂商逐步尝试加工外包,但产能70%来自台积电;而模拟芯片的相关工艺更成熟,各区域仍有中小型厂商有“长尾”量产能力。
另一方面,MCU芯片领域国产替代进程缓慢,目前仅少量中国厂商可以量产低端车轨级MCU,并仅能应用在非车身控制场景(座椅、空调等),而模拟芯片领域,中国厂商的技术水平与海外领先企业的差距在逐步缩窄,国产替代的比例在逐步上升。
当然,从更长远的视角来看,国产替代的目标不仅仅是缓解缺芯难题,更重要的,是实现在关键技术领域的实质性突破,实现自主可控。
目前,中国的模拟芯片企业的优势主要集中在以下几个层面:
第一,有最好的产业背景和新能源汽车赛道这一最大、最有前景的市场空间。
回溯全球半导体产业发展史,不难发现,半导体的产业中心是一个逐渐“东移”的过程。
70年代,日本承接了美国的半导体装配产业,并在家电产业的助力下实现了半导体产业的迅速扩张,在设备和材料领域达到了全球领先;
90年代日本遭遇经济泡沫后,韩国和中国台湾,又成了新的产业中心。韩国把握住了在存储器制造领域的机会,中国台湾则把握住了晶圆代工的制造机遇。
现在,中国是全球最大的半导体消费市场,庞大的市场驱动投资向中国转移,本土政策与资本驱动大陆向全球半导体制造中心转移,中国正在承接半导体产业第三次中心转移。
再者,中国有着全球最大的新能源汽车市场,这也为模拟芯片赛道提供了绝佳的历史窗口。
第二,模拟芯片赛道相对较低的技术门槛、分散的市场格局、庞大的产品种类,都是国产企业在这一领域实现弯道超车的机会。
2023年半导体市场将回归正常
全球经济前景是半导体市场放缓的另一个因素。
最近对 2022 年全球 GDP 增长的预测在 2.7% 至 3.2% 之间。与 2021 年增长相比,下降(或减速)的百分点从 2.9 个百分点到 3.3 个百分点不等。
SI 模型预测 GDP 增长减速 3 个百分点将导致半导体市场增长减速 16 个百分点。
SI 目前对 2022 年半导体增长 5% 的预测比 2021 年的 26% 增长减速 21 个百分点。预计 2023 年全球 GDP 将继续增长减速 0.3 至 1.0 个百分点。然而,全球经济衰退仍有可能发生。彭博调查显示,美国未来 12 个月出现衰退的可能性为 48%,欧元区为 80%。
SI 对 2022 年半导体市场增长 5.0% 的预测是近期公开预测中最低的。
最近对 2022 年半导体市场增长的其他预测范围从 6%(Future Horizons)到 13.9%(WSTS)。
从 2022 年第一季度到 2023 年第一季度,半导体市场可能会出现至少连续五次季度环比下降。
如果全球经济不弱于当前预期,半导体市场应该会在 2023 年下半年温和复苏。
然而,季度趋势将推动市场对 2023 年不利。
SI 预测 2023 年下降 6.0%。Future Horizons 是最悲观的,其 8 月份预测 2023 年下降 22%。Gartner 预测下降 2.5%。IDC 和 WSTS 预计 2023 年将增长,但增速低于 2022 年:IDC 的预期下降为 6.0%,WSTS 为 4.6%。
2023年之后,半导体市场应向典型趋势稳定。与 COVID-19 相关的停工和由此导致的供应链中断将大部分得到解决。
传统市场驱动智能手机和个人电脑应该会恢复正常增长。汽车和物联网等新兴应用作为市场驱动因素将变得越来越重要。Omdia:半导体市场正加速放缓Omdia《半导体市场竞争格局追踪(Competitive Landscape Tracker)》报告显示,2022年第二季度半导体市场收入首次下滑,增长进一步疲软。2022年第二季度半导体市场收入为1581亿美元,相比2022年第一季度的1612亿美元下降1.9%。在此之前,半导体行业已接连增长8个季度,出现了有史以来持续时间最长的连续增长。Omdia高级研究分析师Cliff Leimbach表示:「 2022年第二季度半导体市场收入下降,使其成为Omdia跟踪该市场20年来二季度表现中的倒数第三。出现季度营收下滑之前,居家工作和网课等「宅经济」使需求出现了前所未有的增长。考虑到半导体市场的周期性,我们预计,经过2022年剩余时间以及2023年上半年调整,半导体市场将回归正常。」