IC系列深度之一：模拟芯片：模拟芯片：高护城河，宽竞赛道.pdf

本 报告由 川财证 券有限 责任 公司 编制 谨 请参阅 尾页 的重要 声明 模 拟芯片 ：高护 城河 ， 宽竞赛 道 证券 研 究报告 所属部门 行 业公司 部 报告类别 行业 深度 所属行业 信 息科技/电子 行业评级 增 持评级 报告时间 2020/03/30 分 析师 方科 证书编号：S1100518070002 010-66495910 fangkecczq 联 系人 傅欣璐 证书编号：S1100119080001 010-66495910 fuxinlucczq 川 财研 究所 北京 西城区平安里西大街28 号中 海国际中心15 楼，100034 上海 陆家嘴环路1000 号恒生大厦 11 楼，200120 深圳 福田区福华一 路 6 号免税商 务大厦30 层，518000 成都 中国 （四川） 自由贸易试验区 成 都 市 高 新 区 交 子 大 道 177 号中海国际中心 B 座 17 楼， 610041 IC 系列 深度 之一： 模拟 芯片 （20200330 ） 核心观点 模拟芯片 是什么？ 模拟芯片 主要包 括电源 管 理芯片和 信号链 芯片 。 其 中， 电 源管理 芯片是 在电 子 设备 系统 中担负 起对电 能 的变换、 分配、 检测及 其 他电能管 理的职 责的芯 片 ； 信号链芯 片则是 一个系 统 中信号从 输入到 输出的 路 径中使用 的芯片， 包括信 号 的采集、 放 大、 传输 、 处 理等功能。 模拟芯 片中电 源管理芯 片为主 体， 占模 拟 芯片市场 比例约 为 53% ； 信号链芯 片市场 占比约 为 47%。 高护城河：区别数字芯片，模拟芯片依赖工艺经验 与数字芯 片对比 ， 模拟 芯 片拥有产 品种 类 复杂、 产 品生命周 期长、 工艺制 程 要 求低、 设 计工艺 依赖经 验 等特点， 导致模 拟芯片 市场 存在寡 头竞争 特点。 高 护 城河外， 其他厂 商受技 术 工艺、 人 才培养 等限制 难 以进入模 拟芯片 行业； 高 护 城河内 ， 模拟芯 片产品 种 类众多 ， 不同厂 商间产 品 重叠度低 ， 存在 弱竞争 形 态。 宽竞赛道：下游需求拉升+ 上游供给替代，模拟 芯片市场广阔 模拟 IC 有 望在未 来五年 内 CAGR 达到 7.4% ，预计 到 2023 年 ，全球 模拟芯 片市 场规模可 超 800 亿美元， 增长的主 要推动 力来自 电 源管理 IC 、 专用 模拟芯 片 和 信号转换 器组件 的强劲 销 售， 受下 游不断 增长的 通 信、 工控、 汽车电 子等需 求 驱动。2019 年 下游需求通信设备 、 汽 车电子 、 工 业控制 、 消费 电子 ， 占比 分别 为38.5% 、24.0% 、19.0% 、10.2%。 （1 ）下游 B+C 端需 求拉 升： 消费 电子与 通信领 域 ，5G 开启商 用,5G 基 站 建设 数量将远 超 4G ， 手 机端 射 频前端芯 片价量 双升 ， 基 站与终端 模拟芯 片市场 扩 大 。 物联网领 域， 预计 2023 年，全球 物联网 市场规 模 可达 2.8 万亿 美元， 年 复合 增长率可 达 20% 。 汽车电 子领域， 汽车行 业发展 趋 向电动化 、 智能 化、 网联 化， 驱动电源 管理模 块市场 ； 据 Gartner 统计 ， 纯 电动 汽车中半 导体价 值为 719 美 元， 功 率半导 体占比 55% ， 而电源管 理 IC 全 球市场 约占 功率 半导体 市场的50% 。 （2 ） 上 游供给 迎接国 产 替代： 模拟芯片 由于对 制 程要求较 低， 供 给以 8 英 寸晶 圆为主。2019 年-2022 年， 预计有 16 座新 8 英 寸 晶圆厂或 生产线 开始运 转 ； 其中，14 处为量 产 晶圆 厂 ； 未来4 年，8 英寸 晶 圆厂产能 将增加70 万片/ 月， 增幅约 14% ，CAGR 约为3% ，产能 近 650 万片/月。 相关标的 圣邦股份 （300661.SZ ） 、 富满电子 （300671.SZ ） 、 全志科技 （300458.SZ ） 、 瑞 芯微（603893.SH ） 风险提示 ： 研发 投入不 及 预期 ，疫 情影响 消费 者 需求 川财证券研究报告 本 报告由 川财证 券有限 责任 公司 编制 谨 请参阅 尾页 的重要 声明 2 / 30 正文目录 . 5 . 7 1 . 7 2 . 9 + . 10 1 . 10 2 B+C 2023 800 . 14 3 8 . 20 . 23 1 300661.SZ . 23 2 300671.SZ . 25 3 300458.SZ . 26 4 603893.SH . 27 风 险提示 . 29 川财证券研究报告 本 报告由 川财证 券有限 责任 公司 编制 谨 请参阅 尾页 的重要 声明 3 / 30 图表目 录 1 . 5 2 . 6 3 . 7 4 . 9 5 . 10 6 . 11 7 IC IC 15% . 11 8 IC . 11 9 . 13 10 . 13 11 2018 . 13 12 . 13 13 2013- 2018 . 14 14 2018- 2023 F . 15 15 2014- 2019 . 15 16 2019 . 15 17 5G . 16 18 . 16 19 PIC O . 17 20 5G . 18 21 . 18 22 2017 . 18 23 . 19 24 . 20 25 . 20 26 8 . 21 27 12 . 21 28 . 24 29 2019H . 24 30 . 25 31 . 25 32 . 25 33 . 25 34 2019H . 26 35 . 26 36 . 26 37 . 26 38 2019H . 27 39 . 27 40 . 28 41 . 28 川财证券研究报告 本 报告由 川财证 券有限 责任 公司 编制 谨 请参阅 尾页 的重要 声明 4 / 30 42 2019H . 28 43 . 28 1 . 7 2 2011 2018 T OP5 . 9 3 2018 IC . 12 4 8 . 22 5 . 23 6 . 23 川财证券研究报告 本 报告由 川财证 券有限 责任 公司 编制 谨 请参阅 尾页 的重要 声明 5 / 30 一、 模 拟 芯 片 是什 么 ？ 集成电路通常可分为数字集成电路 和模拟集成电路 两大类。 其中， 数 字集成电 路大约占据集成电路市场的 85% 份额，模拟 集成电路占据 15% 的 份额， 两者 的主要差别在于 处理信号的 类型和行业特点。 数字集成电路 是对离散的数字信号（如用 0 和 1 两个逻辑电平来 表示的二进 制码） 进行算术和逻辑运算的集成电路， 其基本组成单位为逻辑门电路 ， 包含 存储器 （DRAM 、Flash 等） 、 逻辑电路 （PLDs 、 门阵列、 显示驱动器等） 、 微 型元件（MPU 、MCU 、DSP）。 模拟集成电路主要是指由电阻、 电容、 晶体管 等组成的模拟电路集成在一起用 来处理连续函数形式模拟信号 （如声音、 光线 、 温度等） 的集成电路 ， 包含通 用模拟电路（接口、能源管理、信号转换等）和特殊应用模拟电路。 1 IC Insights 模拟芯片主要 包括电源管理芯片和信号链芯片。 其中， 电源管理芯 片 是在电子 设 备 系统 中担 负起 对电能 的 变换 、分 配、 检测及 其 他电 能管 理的 职责的 芯 片 ， 主要分为 AC-DC 交直 流转换、 DC-DC 直流和 直流电压 转换 （适用于大压差） 、 半 导 体 分立器件 （O-S-D ） 集成电路 （IC ） 光电器件 （Optoelectronics ） 传感器 （Sensors/ Actuators ） 分立器件 （Discretes ） 数字IC （Digital ） 模拟IC （Analog ） 存储器 （Memory ） 数字逻辑IC （Logic ） 微型元件 （Microcomponents ） DRAM FLASH 其他存储器 特殊用途逻辑 显示驱动器 可编程逻辑器件(PLDs) 门阵列 微处理器 （MPU ） 微控制器 （MCU ） DSP CCD 和CMOS 图像传感器; 激光发射器和拾取器; 固态灯和LEDs; 红外设备; 光传感器;光耦合器 ，光开关; 太阳能电池 压力传感器; 加速/偏航传感器; 磁场传感器; 温度传感器; 基于MEMS 的执行器 功率晶体管/模块; 开关晶体管; 二极管; 整流器;晶闸管; 射频/ 微波晶体管/ 模块;通用模拟 （General Purpose Analog ） 特殊应用模拟 （Application-Specific Analog ） Amplifilters/ 比较器; 接口; 能源管理; 信号转换; 川财证券研究报告 本 报告由 川财证 券有限 责任 公司 编制 谨 请参阅 尾页 的重要 声明 6 / 30 电 压 调节 器 （ 适用 于 小压 差 ） 、 交流 与直 流稳压 电 源。 电源 管 理 芯片在 不 同 产 品应用中发挥不同的电压、 电流管理功能 ， 需 要针对不同下游应用采用不同的 电路设计。 当前， 电源 管理 正往高速、 高增益、 高 可靠性方向发展， 发展 电源 管理芯片是提高整机技能的 重要方式。 信 号链芯片 则是一个系统中信 号从输入 到输出的路径 中使用的芯片 ，包括信号的采集、 放大、传输、处理等功能 。 2 TI 模拟芯片 中因电子系统基本均需供电， 因此电源管理 芯片为主体， 占模拟芯片 市场比例约为 53% ， 电 源管理 用途广泛成熟， 技术 迭代较慢， 壁垒相对较低， 因此 国内 布局 广泛 ， 布局 企 业包 括圣 邦股 份、 矽力杰 、 韦尔 股份 、富满 电 子 、 中颖电子 、 全志科技、 瑞芯微等 ； 信号链芯片市场 占比约为 47% ， 国内 布局企 业主要 包括圣邦股份、华为 海思等。 The Signal Chain 川财证券研究报告 本 报告由 川财证 券有限 责任 公司 编制 谨 请参阅 尾页 的重要 声明 7 / 30 3 IDC 二、高护城河： 区别数字芯片， 模拟芯片依赖工艺 经 验 常见的数字 IC 通常包括 CPU 、 微处理器、 微控制器、 数字信号处理单元、 存 储器等，其设计大部分是通过使用硬件描述语言以基本逻辑门电路为单位在 EDA 软件的协助下自动综合产生， 布图布线也是借助 EDA 软件自动生成。 模 拟 IC 则 通常包括各种放大器、 模拟开关、 接口电路、 无线及射频 IC 、 数据转 换芯片、 各类电源管理及驱动芯片等， 其设计主要是通过有经验的设计师进行 晶体管级的电路设计和相应的版图设计与仿真 。 1 、模拟芯片 具备 产品种类 复杂、依赖经验等 特点 将模拟 芯片与数字芯片对比， 可以发现模 拟芯片 拥有 产品种 类 复杂 、 产品 生命 周 期长 、工艺 制程 要求低 、设计 工艺 依赖 经验等 特点 。 表格 1 ：模拟集成电路与数字集成电路的比较 芯片 模 拟集成电 路 数 字集成电 路 ADC PLL CPU DSP 0.18um/0.13um 14nm/12nm DFT 川财证券研究报告 本 报告由 川财证 券有限 责任 公司 编制 谨 请参阅 尾页 的重要 声明 8 / 30 /Signoff RTL layout verilog FPGA ASIC Cadence Virtuoso VCS DC Innovus/ICC2 IC Insights 模拟 芯片 种类 繁杂， 需要 高知 识产权 制造 工艺 支撑 。 模拟芯片使用的 下游 领域 广泛、 需求分散， 可以 应用于 消费电子、 汽车电子 、 工控医疗等； 而 数字芯片 下游需求主要集中在服务器与消费电子上 。 模拟芯片 由于下游需求范围广， 需 要根据下游不同领域进行定制设计， 且定制芯片功效发挥与芯片制造工艺相 结 合。 国内大部分芯片厂商需要根据晶圆 制造工厂标准 工艺进行芯片生产， 目前 仅有少数国内厂商拥有成熟自主 模拟 IC 制造工艺。 模 拟芯 片 产品 使用 周期较 长， 价 格相 对 较低 。 模拟 芯片使用时间通常在 10 年 以上， 寻求高可靠性与低失真低功耗 ， 而由于使用 周期长， 因此产品价格也较 低， 而 数字芯片需满足下游不断变化的需求， 生命 周期仅有 1-2 年， 平均成本 高，因此价格 处于高位。 模 拟芯 片的制程 要求 低， 可 采用 工具有 限 。 模拟 芯片使用的制程相对 数字 芯片 较落后， 主要采用 0.18um/0.13um 。在工艺 方面 ，模拟芯片采用 BCD 工艺， 主要用于高电压或大电流下驱动元器件， 在高压下易实现低失真和高信噪比的 效果；数字芯片 采用 CMOS 工艺追逐高端制程， 产品强调运算速度与成本优 化， 用于 5V 以下的低 压环境， 并在持续朝低压方向发展。 工具使用上， 数字 芯片设计核心在于逻辑设计， 可以通过软件模拟调试， EDA 工具丰富 ； 而模拟 芯片设计 核心在于电路设计， 需要根据实际参数调整，可以借助的 EDA 工具 有限， 远不及数字芯片。 模 拟芯 片 设计 工艺 依赖人工 经验 积累 、 研发 周期 长 。 由于模拟芯片使 用周期长， 客户对产品性能要求十分严格， 产品技术需要长年累月的经验积累； 且 模拟芯 片相较数字芯片 与元器件结合更加 紧密， 需要考虑元器件布局的对称结构和元 川财证券研究报告 本 报告由 川财证 券有限 责任 公司 编制 谨 请参阅 尾页 的重要 声明 9 / 30 器件参数匹配形式， 需要设计人员 充分熟悉了解元器件特性、 拥有成熟的拓扑 结构设计与布线能力， 模拟芯片的设计十分依赖工作人员日积月累 的经验。 此 外， 数字 芯片设计通常为大型团队作战， 研发周期 较短； 而模拟芯片一般为小 团队作战， 研发周期较长。 4 2 、模拟芯片 市场 呈 寡头竞 争 态