模拟芯片：龙头如何崛起？.pdf

DONGXING SECURITIES 行业研究 东兴证券股份有限公司证券研究报告 模拟芯片：龙头如何崛起？ 2020年05月05日 看好/维持 电子元器件 行业报告 分析师 刘慧影 电话：010-66554130 邮箱：liuhy_yjsdxzq 执业证书编号：S1480519040002 研究助理 李美贤 电话：66554008 邮箱：limx_yjsdxzq 投资摘要： 市场对模拟芯片存在许多疑问，我们在本篇报告，回答了以下三个问题： 模拟芯片的重要性何在？所有数据的源头是模拟信号，模拟芯片是集成的模拟电路，用于处理广泛存在的模拟信号。现代的电子系统，手机、数码相机、心电图仪、飞机系统、汽车倒车显示仪等，都离不开模拟芯片的运作。从1958年集成电路的诞生，到1968年出现的第一个集成运放开始，再到2018年，模拟芯片已成为一个全球规模近600亿美元的产业。 成长逻辑：如今的模拟芯片龙头是如何崛起的？电子行业，一向是需求驱动技术进步。目前排名靠前的模拟芯片公司，基本都是成立在集成电路诞生的60年代初和黄金的90年代，与集成电路行业共同成长，依靠对模拟技术的原始积累（Know-how）形成了核心竞争力。1）从下游来看，60-70 年代，在模拟芯片产业的起步阶段，工业领域对信号链的巨大需求，推动了早期ADI、德州仪器等模拟巨头的成长。2）从产品来看，节电的需求推动电源管理芯片从一个 1 亿美元的小行业迅速发展为 250亿美元的行业，德仪凭借电源管理方面的绝对优势，成长为如今的龙头。3）从生产模式来看，行业千差万别的需求推动了ADI逐步转向无晶圆厂模式，也促使了一批新Fabless厂家的蓬勃发展。 估值逻辑：高估值的模拟芯片公司有何特征？纵观历史，我们发现，那些带来高净利润增长的模拟公司，市值往往有相近的高增长。另外，对于高增长、下游稳定的模拟芯片公司，往往拥有较高的估值。MPS（Monolithic Power System）专注工业领域，同时产品主要是增长迅速的电源管理芯片，估值一直处于较高水平。 风险提示：宏观经济出现重大变化、研发进度不及预期。 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 目 录 1. 模拟芯片的必要性 . 4 1.1. 模拟芯片是处理外界信号的第一关 . 4 1.2. 信号链和电源管理：两类重要的模拟芯片 . 7 1.3. 模拟芯片各细分市场中，龙头遥遥领先 . 9 2. 成长逻辑：需求发展驱动模拟芯片三大变化.10 2.1. 下游变化：消费电子占信号链比重减小 .10 2.2. 产品结构变化：电源管理明显受益于消费电子和工业的增长 .13 2.3. 商业模式变化：应用型芯片的崛起降低自建厂房的重要性 .15 3. 估值逻辑：模拟芯片公司如何估值？.16 3.1. 指标：历史来看，PEG相对较好.16 3.2. 什么公司值得高估值？ .17 4. 展望未来，中国能否出现下一个德州仪器？.18 4.1. 技术差距有望缩短 .18 4.2. 巨大市场提供国产替代机遇 .18 5. 风险提示 .20 插图目录 图 1： 模拟芯片是信号处理必不可少的一环 . 4 图 2： 模拟芯片主要是信号链和电源管理芯片，2018 年市场规模527亿美元. 5 图 3： 从 60年代至今，模拟芯片市场规模已发展至近 600亿美元 . 5 图 4： 30年来，模拟芯片的市场份额逐渐向龙头集中 . 6 图 5： 运放是许多模拟器件的基础，比如滤波器就是由运放和电阻组成 . 7 图 6： 数据转换器包括数模转换器（DAC）和模数转换器（ADC） . 7 图 7： 电路中常见的电源管理需求. 8 图 8： 稳压是电路的基本功能. 8 图 9： 电源管理芯片应用领域广泛. 9 图 10： LDO和 DC-DC转换器是常见的两类电源管理芯片 . 9 图 11： 模拟芯片主要是信号链和电源管理芯片 . 9 图 12： 2015年运算放大器市场格局 .10 图 13： 2018年电源管理市场份额 .10 图 14： 2010年数据转换器市场份额 .10 图 15： 数据转换器龙头亚德诺份额逐渐扩大 .10 图 16： 在2000年，消费电子市场曾支撑 ADI 四分之一的营收 . 11 图 17： 运放下游市场中，消费电子仅占 8% . 11 图 18： 数据转换器下游市场中，消费电子占比较小 . 11 图 19： 飞机上具有多个传感器，需要大量的信号链产品处理交互的需求 .12 图 20： 消费电子市场，信号链产品主要走“更高集成度、更小尺寸”的路线 .12 fWcZqVtVgZnUnV9YxUqQnRbR9RaQmOpPmOoOfQqQrMiNpPoQ6MqRtQNZoPsPxNnRnO东兴证券深度报告 模拟芯片产业：龙头如何崛起？ P3 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES图 21： 运算放大器占模拟芯片比例减少 .13 图 22： 从80年代开始，数模转换器占模拟芯片比例减少.13 图 23： 从80年代开始，电源管理占模拟芯片比例大幅增加.14 图 24： 标准型模拟芯片出货量大于应用型 .15 图 25： 市场规模上，应用型模拟芯片大于标准型 .15 图 26： ADI 的资本支出占经营性现金流比重减少 .16 图 27： TI三个阶段的市值增长与净利 CAGR相关性同样较强.17 图 28： ADI 三个阶段的市值增长与净利 CAGR相关性较强.17 图 29： MPS市值稳步增长.18 图 30： 亚德诺早期发展依赖于政府营收 .19 图 31： 中国为全球半导体最大市场 .19 表格目录 表 1： 2018年，前10大模拟芯片公司市占率超 50% . 5 表 2： 前 10大模拟芯片公司擅长领域 . 6 表 3： 手机内各功能模块需要不同的电源管理器件配合 .14 表 4： 本土模拟芯片厂商代表.20 P4 东兴证券深度报告 模拟芯片产业：龙头如何崛起？ 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES1. 模拟芯片的必要性 1.1. 模拟芯片是处理外界信号的第一关 所有数据的源头是模拟信号，模拟芯片是集成的模拟电路，用于处理模拟信号。模拟信号是在时间和幅值上都连续的信号，数字信号则是时间和幅值上都不连续的信号。外界信号经传感器转化为电信号后，是模拟信号，在模拟芯片构成的系统里进行进一步的放大、滤波等处理。处理后的模拟信号既可以通过数据转换器输出到数字系统进行处理，也可以直接输出到执行器。 常见的数模混合系统包括：消费领域的手机、个人电脑、数码相机、麦克风、扬声器等，工业领域的温度检测器、心电图仪、飞机系统，汽车领域的倒车显示仪等，模拟芯片无处不在。 图1：模拟芯片是信号处理必不可少的一环 资料来源：模拟电子电路, 东兴证券研究所 信号以电的形式传递，根据电流/电压的强弱分成两类模拟信号，弱电和强电。信号链产品负责对弱电进行处理。电源管理产品主要对强电进行处理，亦处理弱电。 全球模拟芯片市场空间近 600亿美元。全球集成电路市场 3402 亿美元，模拟电路占 15%。模拟电路中，信号链市场 143 亿美元，电源管理市场 216 亿美元。从 1968 年出现的第一个集成运放开始，到 2018 年，模拟芯片已成为一个全球规模近 600 亿美元的产业。 东兴证券深度报告 模拟芯片产业：龙头如何崛起？ P5 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES图2：模拟芯片主要是信号链和电源管理芯片，2018年市场规模527亿美元 图3：从 60 年代至今，模拟芯片市场规模已发展至近 600亿美元 资料来源：WSTS，东兴证券研究所 资料来源：ADI，Gartner，WSTS，SIA，东兴证券研究所 目前，前 10 大模拟芯片公司占据过半的市场份额。2018 年，前 10 大模拟芯片公司分别为德州仪器（TI）、亚德诺（ADI）、英飞凌（Infineon）、思佳讯（Skyworks）、意法半导体（ST Microelectronics）、恩智浦（NXP）、美信（Maxim）、安森美（On Semi）、微芯科技（Microchip）和瑞萨（Renesas）。其中，德州仪器擅长电源管理，是该领域的龙头；ADI以运算放大器起家，是数据转换器龙头，在运放、电源管理的市场份额靠前。英飞凌是从西门子集团中剥离，独立上市的半导体企业。目前排名靠前的模拟芯片公司，基本都是成立在集成电路诞生的 60 年代初和黄金的 90 年代，与集成电路行业共同成长，包括现龙头德州仪器（1930）、曾经的龙头国民半导体（1959），以及目前的次席亚德诺（1965）等，依靠对模拟技术的原始积累（Know-how）形成了核心竞争力。 表1：2018年，前10大模拟芯片公司市占率超50% 2018 公司 中文名 成立时间 市占率 营收（亿美元） 净利润率 P/E 1 TI 德州仪器 1930 18% 108 35% 24 2 ADI 亚德诺 1965 8% 55 24% 23 3 Infineon 英飞凌 1999 6% 38 14% 32 4 Skyworks Solutions 思佳讯 1962 6% 37 24% 18 5 ST Microelectronics 意法半导体 1987 5% 32 13% 23 6 NXP 恩智浦 2006 4% 26 24% 12 7 Maxim 美信 1983 4% 21 19% 21 8 On Semi 安森美 1999 3% 20 11% 23 9 Microchip 微芯科技 1989 2% 14 6% 50 10 Renesas 瑞萨 2002 1% 9 7% 16 资料来源：ADI，Gartner，SIA，WSTS、东兴证券研究所 在前十大模拟芯片公司中，德州仪器是第一个制造出集成电路的公司，在电源管理和运算放大器这两个领域处于龙头地位，下游市场集中于工业和汽车电子市场。次席亚德诺是多年的数据转换器龙头，目前专注于工业和通信市场。英飞凌是著名的汽车电子厂商，在电源管理和功率半导体中排名靠前。思佳讯则是一家专注射频领域的模拟厂家，射频芯片巨头之一，主要客户为苹果等消费电子厂商，以及通信设备厂商供货。恩智0.9 1.2 4.6 588 -40%-20%0%20%40%60%80%0100200300400500600700市场规模 增速 P6 东兴证券深度报告 模拟芯片产业：龙头如何崛起？ 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES浦、安森美、瑞萨均是实力较强的汽车电子厂商，美信则更专注于工业领域，微芯科技在模拟产品外，较为偏重于数字领域的 MCU。 表2：前 10 大模拟芯片公司擅长领域 2018 公司 中文名 专长领域 主要下游市场 1 TI 德州仪器 电源管理及运算放大器龙头 工业、汽车电子 2 ADI 亚德诺 数据转换器龙头 工业、通信 3 Infineon 英飞凌 电源管理、功率半导体 汽车电子 4 Skyworks Solutions 思佳讯 射频开关、射频滤波器、射频功放 消费电子、通信 5 ST Microelectronics 意法半导体 电源管理、传感器 工业、汽车电子 6 NXP 恩智浦 安全认证、微控制器、RF 电源 汽车电子 7 Maxim 美信 微控制器 工业 8 On Semi 安森美 电源管理、功率半导体 汽车电子 9 Microchip 微芯科技 微处理器、微控制器 通信、汽车电子 10 Renesas 瑞萨 微控制器 汽车电子 资料来源：东兴证券研究所 行业格局“一超 N强”，龙头以外竞争分散。在模拟芯片领域，德州仪器是当之无愧的龙头，市场份额18%，从 04 年以来便稳居第一。而从行业第二名到第十名份额均只有个位数，份额均较为接近。其中，第二名的亚德诺是通过在 2017 年收购产品线类似的凌特（Linear Tech），超越英飞凌成为行业第二。因此，模拟芯片行业的竞争较为分散，是“一超（德州仪器）”和“N强（亚德诺、英飞凌、意法半导体等）”的格局。 行业并购不断，竞争格局走向集中。1990 年，德州仪器还不是模拟芯片的龙头，模拟芯片行业竞争高度分散，排名第一的国民半导体市占率仅 7%，与前十名剩下的公司份额相近。然而到了 2002 年，意法半导体跃居第一，并占有了 10%以上的市场。2004 年开始，德州仪器开始稳居第一，份额遥遥领先。同时，排名靠后的公司通过不断地合并和收购，获取了更大的市场份额。重要的收购包括：国民半导体被德州仪器收购（2011），飞思卡尔从摩托罗拉分离、最后被恩智浦收购（2015），仙童半导体被安森美收购（2016）， Intersil被瑞萨收购（2016），凌特被亚德诺收购（2017）。可以看到，近 30 年来，整个模拟芯片行业不断地整合，龙头市占率不断提高，行业不断走向集中。 图4：30 年来，模拟芯片的市场份额逐渐向龙头集中 东兴证券深度报告 模拟芯片产业：龙头如何崛起？ P7 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES资料来源：WSTS，Dataquest，东兴证券研究所 1.2. 信号链和电源管理：两类重要的模拟芯片 信号链产品主要包括运算放大器和数据转换器，处理信息交互的需求。在数模混合的系统中，一个完整的信号处理过程如下： 传感器：通过传感器获取外界原始的物理信号，典型的包括声音、图像、温度、湿度、压力等，并转换成于这些物理信号相对应的连续时间模拟信号，典型形式为电压/电流。 放大器、滤波器：通过由放大器和滤波器构成的信号调理单元对模拟信号进行处理。放大器的作用是将微弱的模拟小信号进行放大，以适配到 ADC 的满量程输入范围；滤波器的作用主要是对信号进行带限，目的是满足奈奎斯特采样定理的要求。 数据转换器：通过 ADC 将处理后的电压/电流信号转换为所对应的离散数字量，提供给后续数字单元进行处理。 数字处理：由数字处理系统（MCU、DSP 或 FPGA）对离散数字量进行数字化处理，它通常用于实现数字信号处理算法。 数据转换器：数字处理系统处理完以后的离散数字量送到了 DAC。通过它，再次转换成连续的模拟信号。 滤波器：由于 DAC 输出的信号中含有“台阶”型的高频分量，因此需要使用重构滤波器进行进一步处理滤除高频噪声，最终得到重构后的模拟输出信号。 其中，最重要的是运算放大器和数据转换器。 运算放大器是模拟电路的“基础积木”，应用极为广泛。运算放大器是指对模拟信号进行相加、积分等运算的放大电路，常用于将微弱的小信号放大成大信号。同时，运算放大器是构成许多模拟器件的基础，数模转换器、电流-电压转换器、滤波器、比较器、线性稳压器等都需要运放。可以说，运算放大器是模拟电路的“基础积木”。 数据转换器是连接模拟与数字系统的桥梁，必不可少。模数转换器（ADC）负责将模拟信号转换成数字信号，数模转换器（DAC）负责将数字信号转换为模拟信号。传感器把真实世界的温度、压力、声音等转换成电信号，这些信号大多为模拟信号，无法被数字系统识别与处理。只有通过 ADC 的转换才能被 MCU采集并处理。另外，扬声器等都需要模拟信号输入才能工作，所以需要 DAC 把数字系统输出的数字信号转换成模拟信号。因此，只要涉及数字处理，就一定要有数据转换器。 图5：运放是许多模拟器件的基础，比如滤波器就是由运放和电阻组成 图6：数据转换器包括数模转换器（DAC）和模数转换器（ADC） P8 东兴证券深度报告 模拟芯片产业：龙头如何崛起？ 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES资料来源：东兴证券研究所 资料来源：东兴证券研究所 电源管理是电子电路必要需求。只要是电子系统，均需要电源供电，常见的供电电源有电源适配器、蓄电池、等。根据输入输出电流类型，我们可以将电源管理器分为 4 大类型：AC-DC（整流）、AC-AC（变频等）、DC-DC（斩波）、DC-AC（逆变）。 图7：电路中常见的电源管理需求 资料来源：开关电源原理与设计，东兴证券研究所 开关整流器（ACDC）主要负责将交流电转换成直流电，常见的有笔记本电脑的电源适配器。 交流交流变频器（ACAC）负责将某个频率的交流电转换为另一种恒定频率或可变频率的交流电。 直流直流变换器（DCDC）将直流电转换成另一种不同频率、相位、电流、电压特征的直流电。 逆变器（DCAC）将直流电转换成交流电的开关变换器，有的称其为变流器，是交流输出开关电源和不间断电源（UPS）的主要部件。 图8：稳压是电路的基本功能 资料来源：开关电源原理与设计，东兴证券研究所 东兴证券深度报告 模拟芯片产业：龙头如何崛起？ P9 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES电源管理芯片是集成的电源管理电路，主要功能是稳压、升降压、恒流、交流直流转换等，分为线性稳压器 (LDO)、电荷泵(Charger-pump)芯片、DC-DC 转换器(DC-DC)、交流直流转换器(AC-DC)、LED 驱动芯片等。典型的应用是手机、笔记本电脑等消费电子的充电器、LED 驱动器。比如，稳压器对 220V 的市电降压，并输出稳定的直流低压供用笔记本电脑；LED 驱动对手机内部电源升压，以驱动摄像头闪光灯。 图9：电源管理芯片应用领域广泛 图10：LDO 和 DC-DC转换器是常见的两类电源管理芯片 资料来源：实例解读模拟电子技术，东兴证券研究所 资料来源：电子发烧友 2014，东兴证券研究所 1.3. 模拟芯片各细分市场中，龙头遥遥领先 在模拟集成电路中，电源管理是最大的市场，规模约216 亿美元，占比 42%；信号链市场 143 亿美元（28%），射频及其他产品市场约 158 亿美元，占比 30%。在放大器领域，德州仪器占据近三分之一的市场（29%），亚德诺第二（18%）。在数据转换器领域，亚德诺是绝对的龙头，目前占据数据转换器半壁江山（48%），长期领先于竞争对手。在电源管理领域，龙头德州仪器占据超四分之一的市场份额（21%），高通（15%）、亚德诺（13%）、美信（12%）、英飞凌（10%）份额相近。 图11：模拟芯片主要是信号链和电源管理芯片 资料来源：WSTS，东兴证券研究所 LDO, 20.20% DC-DC转换器, 15% 驱动器, 12% AC-DC转换器, 6% 其它, 46.40% P10 东兴证券深度报告 模拟芯片产业：龙头如何崛起？ 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES图12：2015年运算放大器市场格局 图13：2018 年电源管理市场份额 资料来源：Gartner，东兴证券研究所 资料来源：Gartner，东兴证券研究所 图14：2010年数据转换器市场份额 图15：数据转换器龙头亚德诺份额逐渐扩大 资料来源：Databeans，东兴证券研究所 资料来源：Gartner，东兴证券研究所 市场对于模拟芯片的主要疑问在于：1）成长逻辑：模拟芯片产业的成长受何种因素驱动？2）估值逻辑：什么样的模拟芯片公司值得高估值？下面，我们将会剖析模拟芯片的成长逻辑和估值逻辑。 2. 成长逻辑：需求发展驱动模拟芯片三大变化 2.1. 下游变化：消费电子占信号链比重减小 模拟芯片下游的市场主要有工业、通讯、消费电子和汽车，工业市场即工控和航空组成的市场，通讯市场主要是基站等通信设备，消费电子即手机、笔记本电脑、MP3、数码相机等的市场。 德州仪器, 29% 亚德诺, 18% 博通, 8% 美信, 7% 凌特, 6% 安森美, 4% 恩智浦, 3% Intersil, 3% 意法半导体, 3% 思佳讯, 2% 其它, 17% 德州仪器, 21% 高通, 15% 亚德诺, 13% 美信, 12% 英飞凌, 10% 其它, 29% 亚德诺, 48% 德州仪器, 19% 美信, 6% 凌特, 4% 国民半导体, 4% 意法半导体, 4% 飞兆半导体, 2% NXP, 2% 其它, 12%