2019年中国ASIC芯片行业精品报告.pdf

1 报告编码19RI0796 头豹研究院 | 电子系列深度研究 400-072-5588 2019 年 中国 ASIC 芯片行业精品报告 报告摘要 TMT 团队 ASIC 芯片是定制化程度最高的集成电路，可应用于 智慧安防、 自动驾驶、 智慧医疗、 智能家居、 物联网 等领域。截至 2018 年底，全球范围 ASIC 芯片在人 工智能芯片市场渗透率约超过 10%，并预计于 2025 年前后突破 50%。 2018 年至今， 中国范围 ASIC 芯片 企业数量激增。2020 年至 2021 年，语音识别 ASIC 芯片市场预计进入爆发式高速增长阶段，是资本入 局该市场最佳时期。传感器 ASIC 芯片应用范围广 泛，产品附加值高，未来 5 年投资该领域所得经济 回报或高于投资额 10 倍。 热点一： 深度学习需求增加助推 ASIC 芯片工艺升级 热点二： 语音识别 ASIC 芯片市场处于中期投资阶段 热点三： ASIC 芯片软、硬件成本皆存在降本空间 深度学习场景下，机器算法训练模型对芯片运算速度、 效率、 能耗等层面要求持续提高， 驱动 ASIC 芯片设计和 制造工艺经历多轮升级。深度学习领域神经网络层数不 断增加， 几何式增长运算量需求推进 ASIC 芯片制造工艺 向小制程方向、线路架构设计向自动化方向演进。 2017 年至 2018 年， 中国语音识别 ASIC 芯片销售额约实 现 3 倍增长，2018 年至 2019 年初，该市场规模同比增 长约 2 倍，2020 年该规模有望保持 2 倍同比增速。此 外，投资主体可加强关注 ASIC 变频芯片及 ASIC 传感器 芯片领域。投资主体需注意市场、研发、管理、供应链 等各方面风险。 ASIC 芯片生产过程涉及算法和电路设计、晶圆制造及封 装测试三部分。算法设计、电路设计构成软性成本，制 造和封装环节构成硬性成本。企业可通过减小芯片硅层 结构宽度、改进工艺（如制程升级、堆叠、改进逻辑单 元等） 、提高 IP 核自产率等方式降低成本。 贾雁 邮箱：csleadleo 分析师 行业走势图 相关热点报告 电子系列深度研究2020 中国 FPGA 芯片行业研究报告 电子系列深度研究2019 年中国生物质能发电行业精 品报告 电子系列深度研究2019 年中国锂电池行业精品报告 1 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编码19RI0702 目录 1 方法论 . 6 1.1 方法论 . 6 1.2 名词解释 . 7 2 中国 ASIC 芯片行业市场综述 . 11 2.1 ASIC 芯片行业定义及分类 . 11 2.1.1 ASIC 芯片定义. 11 2.1.2 ASIC 芯片分类. 11 2.2 ASIC 芯片特点. 15 2.3 ASIC 芯片行业产业链 . 17 2.3.1 产业链上游 . 18 2.3.2 产业链中游 . 22 2.3.3 产业链下游 . 22 2.4 ASIC 芯片行业市场规模 . 24 2.4.1 全球及中国 ASIC 芯片销售规模 . 24 2.4.2 不同类别 ASIC 芯片销量份额 . 26 3 ASIC 芯片成本 . 28 3.1 ASIC 芯片成本构成 . 28 2 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编码19RI0702 3.2 ASIC 芯片降本空间 . 32 4 ASIC 芯片行业发展现状 . 36 4.1 行业人员规模情况 . 36 4.2 行业产值规模情况 . 36 4.3 行业营销渠道分析 . 37 4.4 行业运营能力简析 . 38 4.5 产品价格分析 . 39 5 中国 ASIC 芯片行业商业案例 . 42 5.1 量产 ASIC 芯片案例 . 42 5.2 未量产 ASIC 芯片案例 . 44 6 中国 ASIC 芯片行业投资价值及风险分析 . 47 6.1 中国 ASIC 芯片行业投资建议 . 47 6.2 中国 ASIC 芯片行业投资风险 . 49 7 中国 ASIC 芯片行业驱动因素 . 54 7.1 深度学习运算驱动 ASIC 芯片工艺升级 . 54 7.2 MEMS 协同设计推动 ASIC 算法开发 . 55 8 中国 ASIC 芯片行业制约因素 . 58 8.1 高端专业人才紧缺 . 58 8.2 开发时间、经济成本高 . 58 3 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编码19RI0702 9 中国 ASIC 芯片行业相关政策法规 . 60 10 中国 ASIC 芯片行业发展趋势 . 62 10.1 专用算法优化提高 ASIC 通用性 . 62 10.2 ASIC 将成自动驾驶系统核心 . 63 11 中国 ASIC 芯片行业竞争格局分析 . 65 11.1 中国 ASIC 芯片行业竞争格局概述 . 65 11.2 中国 ASIC 芯片行业企业排名 . 65 11.3 中国 ASIC 芯片行业投资企业推荐 . 67 11.3.1 成都启英泰伦科技有限公司 . 67 11.3.2 北京探境科技有限公司 . 69 11.3.3 九天睿芯科技有限公司 . 71 4 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编码19RI0702 图表目录 图 2-1ASIC 芯片及相关模组示例 . 11 图 2-2ASIC 芯片分类 . 12 图 2-3 有信道门阵列 ASIC 芯片结构 . 13 图 2-4 无信道门阵列 ASIC 芯片结构 . 13 图 2-5 结构化门阵列 ASIC 芯片结构 . 14 图 2-6 标准单元 ASIC 芯片结构 . 14 图 2-7ASIC 芯片相对其他芯片在算力及能耗层面表现 . 16 图 2-8 中国 ASIC 芯片行业产业链 . 17 图 2-9EDA 软件示例 . 20 图 2-10 中国范围晶圆厂 12 寸晶圆产能，2018 年 . 21 图 2-11 中国范围晶圆厂 12 寸晶圆产能分布 . 21 图 2-12 全球 ASIC 芯片产品销售规模（按销售额计） ，2014-2023 预测 . 25 图 2-13 中国 ASIC 芯片产品销售规模（按销售额计） ，2014-2023 预测 . 25 图 2-14 不同类别 ASIC 芯片销售额占比，2018 年 . 27 图 3-1ASIC 芯片生产环节简图 . 28 图 3-2 三家头部企业 EDA 软件产品对比简图 . 29 图 3-3 单位 ASIC 芯片制造成本分解简图 . 30 图 3-4ASIC 芯片研发周期核心人力成本估算 . 32 图 3-5ASIC 芯片降本方法 . 33 图 3-6 减小结构宽度方法示例 . 34 图 4-1 经销商代理模式简图 . 37 5 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编码19RI0702 图 4-2 全球 ASIC 芯片平均单位价格（元/片） ，2014-2018 年 . 40 图 5-1 语音识别 ASIC 芯片研发销售时间线 . 43 图 5-2 自主设计芯片相对外包设计芯片 . 45 图 6-1 图像识别领域代表投资事件，2018 年 . 47 图 6-2 语音识别 ASIC 芯片模块识别率指标 . 51 图 6-3 集成电路行业产品设计 PPA 原则 . 52 图 7-1 工艺升级推动 ASIC 芯片算力提升 . 55 图 7-2MEMS 与 ASIC 协同封装结构简图 . 56 图 8-1ASIC 芯片开发理想化流程 . 59 图 8-2 普通集成电路开发流程 . 59 图 9-1 中国 ASIC 芯片行业相关政策 . 60 图 10-1ASIC 芯片算法优化案例示意 . 62 图 10-2ASIC 芯片相对其他芯片参数表现 . 63 图 11-1 中国 ASIC 芯片行业企业排名（依据企业 ASIC 芯片板块综合实力） . 66 图 11-2 启英泰伦融资情况，截至 2019 年 9 月 . 68 图 11-3 启英泰伦解决方案产品 . 68 图 11-4 探境科技融资情况，截至 2019 年 9 月 . 69 图 11-5 探境科技产品情况 . 70 图 11-6 探境科技 ASIC 芯片应用场景 . 71 图 11-7 九天睿芯融资情况，截至 2019 年 9 月 . 72 图 11-8 九天睿芯产品情况 . 72 6 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编码19RI0702 1 方法论 1.1 方法论 头豹研究院布局中国市场， 深入研究 10 大行业， 54 个垂直行业的市场变化， 已经积累 了近 50 万行业研究样本，完成近 10,000 多个独立的研究咨询项目。 研究院依托中国活跃的经济环境，从晶圆代工、集成电路、智慧终端等领域着手， 研究内容覆盖整个行业的发展周期，伴随着行业中企业的创立，发展，扩张，到企 业走向上市及上市后的成熟期， 研究院的各行业研究员探索和评估行业中多变的产 业模式，企业的商业模式和运营模式，以专业的视野解读行业的沿革。 研究院融合传统与新型的研究方法， 采用自主研发的算法， 结合行业交叉的大数据， 以多元化的调研方法， 挖掘定量数据背后的逻辑， 分析定性内容背后的观点， 客观 和真实地阐述行业的现状， 前瞻性地预测行业未来的发展趋势， 在研究院的每一份 研究报告中，完整地呈现行业的过去，现在和未来。 研究院密切关注行业发展最新动向，报告内容及数据会随着行业发展、技术革新、 竞争格局变化、政策法规颁布、市场调研深入，保持不断更新与优化。 研究院秉承匠心研究， 砥砺前行的宗旨， 从战略的角度分析行业， 从执行的层面阅 读行业，为每一个行业的报告阅读者提供值得品鉴的研究报告。 头豹研究院本次研究于 2019 年 09 月完成。 7 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编码19RI0702 1.2 名词解释 掩模版： 光刻工艺光学元件。 光线透过物镜等光学元件将电路设计图形透射在光刻胶上， 掩膜版承载设计图形。掩模性能直接决定光刻工艺质量。 TPU：Tensor Processing Unit，张量处理单元，是通过了专门深度机器学习训练的定 制芯片，计算效能较高。 BPU：Brain Processing Unit，基于高斯架构、伯努利架构及贝叶斯架构的嵌入式人 工智能芯片。 NPU：Neural Network Processing Unit，嵌入式神经网络处理器。NPU 采用“数据 驱动并行计算”架构，擅长处理视频、图像类海量多媒体数据。 VPU：Vision Processing Unit，视频处理单元，是视频处理平台核心引擎，具有硬解 码功能以及减少 CPU 负荷、减少网络带宽消耗等优点。 MEMS：Micro-Electro Mechanical System，微电子机械系统、微系统、微机械。是 尺寸在几毫米或以下的，融合光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密 机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。 TFLOPS：FLOPS 即 Floating-Point Operations per Second，每秒所执行的浮点运 算次数， 用于评估使用大量浮点运算学科领域的电脑效能。 一个 TFLOPS （teraFLOPS） 等于每秒万亿（=1012）次的浮点运算。 逻辑单元：ASIC 器件内部用于完成用户逻辑的最小单元。每单位逻辑单元由寄存器、 进位链、寄存器及连接链构成。 门阵列： 半导体厂商在硅片上形成基本单元的逻辑门母板， 并基于母版按用户特定需求 设计电路布局的半客户定制品芯片，可分为有信道和无信道两种。 与门：逻辑“与”电路，是执行“与”运算的基本逻辑门电路。与门有多个输入端，一 8 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编码19RI0702 个输出端。当所有输入同时为高电平（逻辑 1）时，输出才为高电平，否则输出为低电 平（逻辑 0） 。 或门：逻辑“或”电路。或门有多个输入端，一个输出端，只要输入中有一个为高电平 时 （逻辑 1） ， 输出就为高电平 （逻辑 1） 。 只有当所有的输入全为低电平 （逻辑 0） 时， 输出才为低电平（逻辑 0） 。 PLD：Programmable Logic Device，可编程逻辑器件，一种通用集成电路，其逻辑 功可按照用户对器件编程来确定。 标准单元库：包含组合逻辑、时序逻辑、功能单元和特殊类型单元的集合，是集成电路 芯片后端设计过程中的基础部分。 时钟电路： 像时钟一样准确运动的振荡电路， 多由晶体振荡器、 晶震控制芯片和电容组 成，可保证任何电路工作按时间顺序进行。 边缘计算：在靠近物或数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体 的开放平台，就近提供最近端服务。 IP 核：Intellectual Property Core，知识产权核或知识产权模块，是集成电路可重用 设计方法学中针对芯片设计的可重用模组。IP 分为软 IP、固 IP 和硬 IP，软 IP 是用 Verilog、 VHDL 等硬件描述语言的功能块， 不涉及具体电路元件， 固 IP 是综合功能块， 硬 IP 用来提供设计最终阶段产品“掩膜” 。 流片：集成电路“试生产”流程。集成电路设计完成后，厂商进行小规模生产测试，并 于测试通过后按既有电路设计进行大规模生产。 浮点：在计算机中用近似方法表示任意某个实数。 蓝海市场： 属于市场的一种类型， 现存市场由红海和蓝海两种状态组成。 红海代表现今 存在的所有产业，是已知市场空间，蓝海代表当今不存在的产业，是未知市场空间。 9 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编码19RI0702 深度学习： 一种机器学习算法， 学习样本数据的内在规律和表示层次， 最终目标是让机 器像人一样具有分析学习能力，能够识别文字、图像和声音等数据。 摩尔定律：价格不变时，集成电路上可容纳的元器件数目，约每隔 18 至 24 个月增加 一倍，性能提升一倍。该定律揭示了信息技术进步的速度。 串行运算： 一种一次只执行一个指令的算法。 多个程序在同一处理器上执行， 仅在当前 计算指令执行结束后，下一个计算指令才可开始运行。 并行运算： 一种一次执行多个指令的算法， 目的是提高计算速度。 并行运算通过扩大问 题求解规模解决大型复杂计算问题。 裸片：加工厂初步产出芯片，只具备用于封装的压焊点，不可直接应用于实际电路中。 算力： 计算机能够完成一个数学程序的速度， 如接收任何一组信息， 并将其转换成字母 和特定长度数字的速度。 功耗比：一种测量计算机系统结构或电脑硬件能量转换效率的方法。 EDA：Electronics Design Automation，以计算机为工具，设计者在软件平台上用硬 件描述语言 VerilogHDL 完成设计文件，再由计算机自动完成逻辑编译、化简、分割、 综合、优化、布局、布线和仿真，直至对特定目标芯片完成适配编译、逻辑映射和编程 下载等工作。 晶圆良率： 在集成电路制造中， 完成所有工艺步骤后测试合格的芯片数量与整片晶圆上 有效芯片数量的比值。 光罩： 制作集成电路过程中， 利用光蚀刻技术， 将电路图型复制于半导体晶圆上的工作 原理。光罩原理与冲洗照片时利用底片将影像复制至相片的原理类似。 DDR： 双倍速率同步动态随机存储器， 是具有双倍数据传输率的 SDRAM， 其数据传输 速度为系统时钟频率两倍，传输性能优于传统 SDRAM。 10 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编码19RI0702 SDRAM：Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存取内 存， 设有一个同步接口， 接口在响应控制输入前等待时钟信号， 以达到存储与计算机系 统总线同步运行效果。 模组： 包括多个集成电路、 半导体管芯、 其他分立元件并置于统一衬底上的单个大型集 成电路组件。 程序算法：对特定问题进行求解的有限序列指令，每条指令完成一个或多个操作。 NP 架构：专门为网络设备处理网络流量而设计的处理器，其体系结构和指令集对防火 墙常用包过滤、转发等算法和操作均进行专门优化，可高效完成 IP 栈常用操作，并对 网络流量进行快速并发处理。 DSP：Digital Signal Processor，以数字信号处理大量信息的特殊微处理器，可将事 物运动变化转变为数字串，并通过计算方法从中提取有效信息，以满足实际应用需求。 模数转换： 模拟信号向数字信号转换， 转换所得信号可用软件进行处理， 转换过程通过 转换器（ADC）实现。 PCB：Printed Circuit Board，采用电子印刷术制作的电路板，是电子元器件支撑体和 连接载体。 To p s/ W：1W 功耗情况下处理器运算能力性能指标，代表每秒每瓦万亿次计算量。 11 此文件为内部工作稿，仅供内部使用 报告编码19RI0702 2 中国 ASIC 芯片行业市场综述 2.1 ASIC 芯片行业定义及分类 2.1.1 ASIC 芯片定义 ASIC（Application Specific Integrated Circuit）芯片是专用集成电路，是针对用户 对特定电子系统的需求， 从根级设计、 制造的专有应用程序芯片， 其计算能力和计算效率可 根据算法需要进行定制，是固定算法最优化设计的产物。ASIC 芯片模块可广泛应用于人工 智能设备、虚拟货币挖矿设备、耗材打印设备、军事国防设备等智慧终端。 在硬件层面，ASIC 芯片由基本硅材料、磷化镓、砷化镓、氮化镓等材料构成。在物理 结构层面，ASIC 芯片模块由外挂存储单元、电源管理器、音频画面处理器、网络电路等 IP 核拼凑而成。同一芯片模组可搭载一个或几个功能相同或不同的 ASIC 芯片，以满足一种或 多种特定需求（见图 2-1） 。 图 2-1ASIC 芯片及相关模组示例 来源：启英泰伦官网、美国蝴蝶实验室官网，头豹研究院编辑整理 2.1.2 ASIC 芯片分类 （1） 根据定制程度不同， ASIC