模拟芯片行业宏观环境分析(模拟芯片行业前景报告)

1 模拟行业:超 400 亿美元大赛道,预计 2021 年增速 10%

1.1 信号链、电源链合计市场规模超 400 亿美元

模拟芯片有两大主要用途:

1)信号链-连接真实世界与数字世界的桥梁。现实世界的信号链续的线 性信号方式出现,比如辐射(光和颜色)、运动(位臵、速度和加速度)、 声音、压力等,而在数字世界中信号是瞬时变化的,比如数字芯片仅能 识别 0 伏状态或五伏状态,而不识别介于两者之间的信号,因此需要由 传感器收集信号,然后模拟芯片将这类可量化的信号转换为数字信号(0 和 1),再交由数字芯片处理。主要包括三大类,即线性产品(放大器等)、 转换器(ADC 等)、接口。

2)电源链-管理和分配电源。电源链产品可以提供电路保护,并为内部 的各种组件提供稳定、适当的电压和电流,其包括四大类,一是以市电 AC 为电源的 AC/DC芯片、二是以电池 DC为电源的电池管理芯片、三 是通用负载解决方案(DC/DC 转换)、四是特殊负载解决方案(LED 驱 动为代表)。

2020年“电源链+信号链”市场规模达 428 亿美元,2009-20 年 CAGR 为 5%。

1)市场规模:根据 WSTS 数据,2020年广义模拟芯片市场规模达到 557 亿元美元(含信号链、电源链、射频),占到半导体行业的 13%。 其中电源链 329 亿元美元(根据 Frost Sullivan 数据),信号链 99 亿元 美元(根据 IC insights 数据),其余 100 多亿为射频前端。

2)周期性:周期性与集成电路整体走势一致,但波动水平小于行业平均水平,其中存储器周期性最强、逻辑芯片周期性最弱。

3)行业增速:2009-2020 年 模拟行业整体 CAGR 为 5%,预计 2021 信号链+电源链市场规模由2020年合计428亿美元增长至472亿美元, 同比长 10%。

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2020 年下游应用通信(36%)>汽车(24%)>工业(21%)>消费(18%)。 模拟下游应用市场占比基本稳定,2020年通信(36%)>汽车(24%)> 工业(21%)>消费(18%),市场规模分别为通信 201 亿美元、汽车 135 亿美元、工业 114 亿美元、消费 99 亿美元。其中汽车近年略有提升, 从 2014 年的 20%提升到 2020 年的 24%;消费略有下滑,从 2014 年 的 23%下降至 18%。

行业格局稳定,TI、ADI 为双龙头。TI(强于电源链)和 ADI(强于信 号链)为模拟市场双龙头,2020年分别占模拟市场的 19%、9%,2020 年 CR6=52%。模拟市场具备产品具备“常青树”特性,加之下游应用分散,因此客户粘性极强,行业格局稳定,行业内部的格局变化多来自 于兼并收购。

1.2 信号链:三大类产品,合计 100 亿美元市场

信号链产品主要分为 3 大类,根据 IC insight 预测,按 2020 年市场规模 排名为线性产品(38 亿美元)、数据转换器(37 亿美元)、接口产品(27 亿美元),按 2020 年-2023年增速排名为数据转换器(9%)>线性产品 (5%)>接口产品(4%)。

1.2.1 线性产品:包括各类放大器,合计近 40 亿市场

38 亿美金市场,TI、ADI 合计市占率接近 50%。线性产品 2020 年市场 规模为 38 亿美金,预计 2023 年增长至 43 亿美金,2020-2023 年 CAGR 为 5%。其中 TI 和 ADI 为两大巨头,2015 年市占率分别为 29%、18%, CR5 接近 70%。

放大器是线性产品的主要品类,用于提高功率。放大器是一种用来提高 功率的芯片,它使用来自电源的电力,来增加输入端信号的幅度,从而在输出端产生按比例增大幅度的信号。我们将放大器按照复杂程度分为 三大类:第一类是晶体管,其属于分立器件,不在我们这里讨论的“信 号链-放大器”之列;第二类是由晶体管组成的基础的运算放大器,包括 标准运放和全差分运放;第三类是以标准运放或者全差分运放为基础, 额外集成一些外围电阻所组成的电路,称为功能放大器,其目的是降低 客户匹配电阻和运放的难度。

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运算放大器:由晶体管组成的基础电路。运算放大器(Operation Amplifier,OP AMP)是放大电路最基础也是最核心的单元。因其早期用 于实现数学运算而得名,可对输入信号进行加减乘除、微分、积分等; 而现在运算放大器的数学运算功能已不再突出,主要应用于信号放大及 有源滤波器设计。基础的运算放大器包括两种:

1)标准运算放大器,其有两个输入端(IN+, IN-)、一个输出端(OUT) 和两个电源端(V+, V-),即 2 入 1 出,其输出电压 Vout=(Vin+ – Vin-) ×Ado,Ado 代表运算放大器的增益,通过运放后,输 入端的微小电压差可被数倍的放大为输出电压;

2)全差分运算放大器(Fully Differential Amplifiers, FDA),其与标准 运放的差别仅在的输出脚也是差分的,即它有差分输入脚 IN+和 IN-,差 分输出脚 OUT+和 OUT-,即 2 入 2 出。在标准运放和全差分运放的基 础上,通过匹配外围电阻,工程师们即可以生成各类放大电路,因此可 以说运放是构筑一切放大电路的基石。

功能放大器:以运放为核心单元,额外添加电阻等元件所组成的常用放 大电路。如果某个以运放为核心的放大电路非常常用,生产厂家就会考 虑把这个放大电路(运放+外围电阻)进一步集成,功能放大器由此诞 生。常见的功能放大器包括:

(1)仪表放大器(Instrument Amplifier),其内部通常具有 2 个或者更 多的运放,最典型的是 3 运放结构。相对于普通的放大器,它的输入阻 抗高,抗共模干扰强,在强噪声环境下,能保证放大电路的增益与精度, 常用于对很微弱的差分电压信号进行放大,比如医疗设备中的心电图仪、 血压计、除颤器,高档音响设备等。

(2)压控增益放大器(Variable Gain Amplifier, VGA)。压控增益放大 器的增益是由外部施加的电压 VG 连续控制,其主要应用是自动增益控 制,即当输入幅度大范围改变时,输出幅度几乎不变。例如录音笔中一 般都具备这种功能,距离说话者远近不同,录下的声音大小几乎是一致 的。

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(3)隔离放大器。实现放大器输入信号与输出信号之间的电气隔离。 实现方法有三类:变压器型、光电耦合器型、电容型。 ADI 的产品主 要是变压器型, AD202 产品(放大器位于左上角),左边是信 号输入区域,右边是输出区域,两个区域是完全隔离的,仅能通过上部 的信号变压器、下部的电源变压器实现信号和能量的传递。其主要目的 有两类:一是将高电压部分和弱电部分隔离,包括生物医学测量中确保 人体不受超过 10uA 以上漏电流和高电压的危害,工业中防止因故障而 使电网电压对低压信号电路(包括计算机)造成损坏;二是在长距离传 输数据时,接地电 1 和接地点 2 之间可能形成接地环路,从邻近干扰源 的磁场拾取噪声电压,因此可以使用隔离放大器断开接地环路,减少数 据的传输错误。

1.2.2 数据转换器:ADC 是模拟芯片“皇冠上的明珠”

近 40 亿美金市场,行业集中度高,ADI 市占率超过 30%,CR5 超过 80%。 根据 IC insights 数据,数据转换器 2020 年市场规模为 37 亿美金,预计 2023 年增长至 48 亿美金,2020-2023 年 CAGR 为 9%。数据转换器为 模拟芯片中难度最大的,是巨头ADI的强项所在,2015 年市占率为 34%, 其他玩家包括 TI 21%、Cirrus Logic 16%,行业集中度高于模拟芯片的 其他细分行业,CR5 超过 80%。

数据转换器是模拟世界与数字世界之间的桥梁,其中 ADC 占比超 70%。 数据转换器用于模拟信号与数字信号之间的转换传输,按照转换方向, 数据转换器分为 ADC 和 DAC。ADC(Analog-to-Digital Converter,模 数转换器)将模拟信号转换成数字信号,如将声音、温度等模拟信号转 换成可存储、传输的数字信号;而 DAC(Digital-to-Analog Converter, 数模转换器)是将数字信号调制成模拟信号,如 MP3 播放音乐就是将音 乐数字信号调制成我们可以听到的模拟信号。市场上的数据转换器分为 三类,ADC、DAC 和混合信号转换器(ADC+DAC),其中 ADC 占比最 高,占比超 70%。

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采样速度和转换精度是衡量 ADC 的重要指标。ADC 芯片的运作可以大 体分为两步,第一步是对模拟信号进行采样,第二步是将采样信号量化 编码。与之对应,衡量 ADC 芯片的两个重要维度是采样速度(Speed) 和转换精度(Resolution)。

1)采样速度:代表着 ADC 可转换带宽的大小,衡量指标主要是采样率 (Sample Per Second,SPS),采样率指芯片每秒采集模拟信号的个数, 采集率越高,采集的点数越多,转换时对模拟信号的还原度越好,1KSPS 代表 ADC 的采样频率是 1KHz/s,表示 1s 内可采集 1000 个点。在一个 应用系统中,当 ADC 完成采样后,需要读出采样数据,在此期间 ADC 不做新的采样,待数据被系统读出后才能再次采样,故采样率与采样时 间的关系为:采样率=1/(采样时间+数据输出时间)。

2)转换精度:衡量转换出来的数字信号与原来的模拟信号之前的差距, ADC 芯片的精度通常用分辨率 8bit、16bit 等位数表示,分辨率越高代 表着 ADC 精度越高、对模拟信号的还原越好,8-bit 代表着模拟信号与 数字信号之间的最大差距是 1/(2^8)。

采样速度和转换精度难兼具,ADC 采用不同架构以满足不同应用场景。 商用规格 ADC 主要有 5 种常见架构:闪存式、流水线型、逐次逼近型、 Σ-Δ型和双斜率型,但无论是哪一种架构,在采样速度和转换精度上都 是难以兼具,如闪存式 ADC 最大采样率可达 10GHz,但分辨率最高仅 达 12 位。

《瓦瑟纳尔协定》实行对高端 ADC 的出口限制,国产化势在必行。1996 年 9 月,美国等 33 个国家共同签署了《关于常规武器与两用产品和技术出口控制的瓦瑟纳尔协定》,简称“瓦瑟纳尔协定”,用于管制传统武 器及军商两用货品的出口,目前签署国已达 40 个。该协定未正式列举 被管制国家,只在口头上将伊朗、伊拉克、朝鲜和利比亚四国列入管制 对象,而我国虽不是缔约国,但在购买技术、商品时仍受西方国家管制, 其中高端 ADC、DAC 也在管制清单上。美国商务部网站在 2021/3/29 更新的出口管制商品清单中,技术难度最高的高速高精度 ADC 赫然在 列。

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高速高精度 ADC 技术难度最高,是模拟行业“皇冠上的明珠”,海外厂 商遥遥领先。按照采样速度和转换精度这两个维度,ADC 可以分成高速 高精度、低俗高精度、高速低精度、低速低精度这四种类型。采样速度 与转换精度互相矛盾、此消彼长,因为当转换精度高时,需要较长的采 样时间来稳定内部电路的输出,这使得采样速度低,故高速高精度 ADC 的技术难度最高。从官网列示的料号看,海外厂商 TI、ADI 在四种类型 上全覆盖,在料号数量上遥遥领先,而高速高精度是国内厂商短板,仅 贝岭有 9 款高速高精度 ADC。

1.2.3 接口:约 30 亿美元市场,TI 份额近半

近 30 亿美元市场,TI 寡头垄断。根据 IC insights 数据,接口产品 2020 年市场规模为 24 亿美元,预计 2023 年增长至 27 亿美金,2020-2023 年 CAGR 为 4%。其中 TI 优势明显,2012 年起市占率超过 40%,CR5 接近 80%。

接口芯片是具有内部接口电路的芯片,接口电路是 CPU 与外部设备进 行信息交互的桥梁。微型计算机系统通过系统总线与外设相连,从而完 成系统的拓展和开发,应用于科学计算、信息处理、过程控制、仪表控 制、网络通信等领域,这个过程中,CPU 与外设之间必须通过接口才能 交换信息、传输数据。根据应用场景和需求的差异,接口 IC 主要有信号 调节器(Signal conditioner)、收发器(Transceiver)以及隔离器(Isolator)。

1)信号调节器:针对传感器输出的原始信号或系统输出信号中的一个 环节进行返工,以满足下一个环节的输入要求。换言之,当我们从传感 器获得信号时,通常情况下,它不是我们想要的,需要借助信号调节器, 通过滤波、放大、线性、信号变换、调制解调将其转换为合适的信号, 用于接口的后续测量和控制单元。如衰减器、前臵放大器、电荷放大器、 对传感器或放大器进行非线性补偿的电平转换器件、适用于不同协议, 如 HDMI、DisplayPort™、MIPI、以太网、PCIe、UPI、CXL™、SAS 、 SATA 的重定时器、中继器、转接驱动器和多路复用器等,都属于信号 调节器的应用。按功能来看,信号调节器主要有五类,参数转换类型(常 用于参数型传感器,将电参数转换成电压和电流)、阻抗变换、振幅调整 类型、调制解调类型、品质调节类型、以及 A/D、D/A 转换类型。

2)收发器:是一种在共享电路上结合传输和接收能力的设备,是无线 通信的基石。它可以处理模拟或数字信号,在某些情况下,两者都可以, 因此,在数字信号覆盖不稳定的地区,可以为模拟设备配备收发器,以 确保信号不会丢失。

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根据工作原理,收发器可分为两大类:全双工和半双工。在全双工 收发器中,设备可以同时发送和接收,全双工收发器最好的应用是手机, 双方可以同时通话;半双工收发器使一方静音,同时使另一方发送,多 应用于无线电系统。

根据可携带性,收发器可分为便携式(如附在滑雪者鞋上的雪崩便 携式收发器)和固定式(船舶卫星上使用的大型通信系统)。可携带式收 发器的好处是能够根据需要处理信号和移动,但缺点是信号可能很弱, 接收范围有限。

根据通信方式,收发器也可分为 CAN 收发器、以太网光纤收发器、 LIN 收发器、IO-Link 接口收发器、UART 收发器、RS-232、RS-485、 RS-422 收发器。其中,CAN、LIN 收发器多应用于汽车电控领域,通常 工作于物理层(PHY);以太网光纤收发器又分为单模光纤收发器(单节 点传输,多用于长距离干线传输,建设跨城域局部网)和多模光纤收发 器(多节点运输,多用于短距离信号传输,建设局部内网),根据工作速 率,100M 以太网光纤收发器通常工作在物理层、10/100M 自适应以太 网光纤收发器通常工作在数据链路层;IO-Link 接口收发器可为三线执行 器和传感器连接中点对点的工业通信提供系统级保护;UART 收发器多 用于短距离、低速度、低成本的微机与下位机的通讯中,而 RS-232、 RS-485、RS-422 收发器区别在于串行数据接口标准不同,RS-232 为 单端通讯,多应用于 PC 机通信,RS-485、RS-422 则为平衡传输,三 者都可应用于计算机测控系统中。

3)隔离器:由于信号在传输过程中会遇到各种干扰,可使用隔离器来 进行隔绝干扰。其在油田、石化、制造、电力、冶金等行业的重大工程 中有着广泛应用。隔离器可分为三类:光耦隔离、磁耦隔离、容耦隔离。 其中,光耦隔离最为常见,采用发光二极管和光敏三极管实现“电-光电”转换,主要用于固体继电器、电话保安电路、固体开关电路、触发 电路以及变压器等;容耦器件采用片上电容“通交流、阻直流”原理实 现信号的隔离传输;磁耦器件采用芯片级变压器实现信号“电-磁-电” 隔离传输,适用于各种工业应用,包括数据通信、数据转换器接口、各 种总线隔离以及其它多通道隔离应用。

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1.3 电源链:超 300 亿美元大市场,TI 实力超群

超 300 亿大市场,玩家众多,TI 实力超群。根据 Frost&Sullivan 数据, 电源链 2020 年市场规模为 329 亿美元,预计 2023 年增长至 447 亿美 金,2020-2023 年 CAGR 为 11%。电源链相对信号链来说,玩家众多、 市场竞争更为激烈,其中 TI 上升势头强劲,2015 年即已占据 25%的市 场份额,CR5 2015 年为 47%,低于信号链的 70%-80%的集中度水平。

电源链用于在负载间分配电力并提供合适的电压电流。电源链产品按照功能包含四类产品:

1)AC/DC:位于电源侧,将市电 AC 转换为直流电;

2)电池管理:位于电池测,对电池进行电量的计量、充电保护等;

3)DC/DC、LDO:位于负载测,由于一个设备内部的不同子系统所需 的工作电压可能不同,因此需要 DC/DC 转换器对直流电电压进行升压、 降压;

4)LED 驱动器等:位于负载侧,为特殊负载提供合适的电源,包括 LED 显示驱动、LED 照明驱动、以太网电源管理、射频电源等。

1.3.1 AC/DC 芯片:实现市电 AC 转 DC

AC/DC 用于对高压交流市进行“交流转直流+降压”。全球范围内民用 电通常为 100V-230V 交流电,而家用电气通常为 3.3V、5V 直流电;工业用电通常更高,大陆为 330V AC、美国为 227V/480V AC,而大多数 工业控制系统都在 24V DC 电源上运行。因此需要使用 AC/DC 转换器 实现降压+交流直流转换。

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主流 AC/DC 芯片“隔离式开关电源”方案,包含两大步骤。AC/DC 转 换器按照转换方式可分为线性电源、开关电源,开关电源因体积较小而 更为主流。按照是否使用变压器来实现输入和输出电路的电气隔离分为 隔离式、非隔离式,隔离式用以防止触电,在高压场景中常用。对于高 压 AC 转 DC 场景,通常使用的是隔离式开关电源,其按照电路形态/拓 扑又可分为正激、反激、全桥、半桥、推挽。其转换过程包含两步:(1) AC/DC 转换(输出不稳定 DC)。将输入 AC 用电容器整流-平滑后转换 成 DC,但该 DC 并不稳定,仍需要进行稳压;(2)DC/DC 转换(输出 稳定 DC)。通过开关元件将上一步不稳定的 DC 转换成高频率的 AC(市 电通常为 50/60Hz,转换后 AC 为数十 kHz),并经由高频变压器,将电 能传送至二次侧(注:频率提高后所需的变压器匝数减少,因此变压器 体积减小),通过重复整流-平滑步骤转换成想要的 DC 电压。(注:此处 为隔离式 DC/DC 转换器,区别于下文用于通用负载 DC/DC 转换的非隔 离式)。

AC/DC 的核心器件是“开关+驱动开关工作的控制芯片”。在 AC/DC 芯 片中,除整流器、变压器外,最核心的器件是开关(IGBT 或者 MOSFET) 和控制芯片,控制芯片起到驱动开关工作的作用,主要包括谐振转换器 (Resonant Converter,RC)、准谐振转换器(Qunsi-Tesonant Converter, QRC)、脉冲宽度调制转换器等(PWM Converter)。此外其他芯片还包 括:(1)在大功率电路中,由于电流和电压之间的相位差会造成交换功 率的损失,因此通常需要配备一颗功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)芯片来提高利用率。(2)对于不同的拓扑电路,可 能还需要加入同步整流控制器、原边及副边控制器等。

将控制芯片与其他部件继承的模块化趋势明显。一个 AC/DC 解决方案 中通常需要用到一个或多个控制芯片、开关、整流器、变压器,为减少 客户的匹配难度、减少占用面积,模拟厂商们逐步推动模块化产品,通 常的模块化产品包括将 PFC 芯片与 PWM/谐振/准谐振控制芯片的集成 产品,或开关与 PWM/谐振/准谐振控制芯片的集成产品。

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1.3.2 电池管理 IC:确保电池安全稳定输出电能

电池管理 IC 确保电池安全稳定输出电能,主要包括计量 IC、充电管理 IC、监测和平衡 IC,输入保护 IC,快充协议芯片等。

1)电池计量 IC:可以测量电池生命周期内各种化合物(如锂离子、磷 酸铁锂和镍氢)的荷电状态和健康状态。

2)电池充电管理 IC:可以将外部电源转换为适合电池充电的电压,起 到充放电管理的功能。

3)电池监测和平衡 IC:可以监测电池电压、温度和电流数值。

4)电池输入保护 IC:分为电池超压保护(BOVP)和输入超压保护(OVP), 可以对检测单节和多节电池是否出现过压、欠压、放电过流和短路状况, 保护输入端口及电池终端不受电压浪涌冲击,延长电池的使用寿命。

5)协议芯片:手机系统和充电头要实时进行通信,使用协议芯片可以进 行电压/电流的精准调整和实时监控,帮助实现电荷泵的快充过程。

充电管理芯片:主要分为线性充电芯片,开关式充电芯片,电荷泵芯片 三类。

1)线性充电芯片:适用于小电流充电,当存在稳压良好的输入电源时, 通常采用线性充电解决方案,线性解决方案的优点包括易用、尺寸小以 及成本低。但是由于线性充电解决方案效率低,因此影响设计的最重要 因素就是散热设计,必须在充电电流、系统尺寸、成本和散热要求之间 进行权衡。目前在消费电子产品中,使用线性充电器的已较少。

2)开关式充电芯片:适用于大电流充电,当输入电压波动范围宽或输入 输出电压差大的应用通常采用开关式充电解决方案。开关式解决方案的 优点是提高效率,缺点则是系统复杂、尺寸相对较大且成本较高。

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3)电荷泵芯片:利用电容作为储能元件进行电压变换,可以使电压减半 同时使电流增倍。电荷泵解决方案的优点是效率要高于开关式和线性充 电,缺点是需要与开关式充电联合使用。目前线性充电在智能手机上已 经完全退出,只有超低端的功能机还有在用,开关充电是目前手机的主 流,而电荷泵充电是当前中高端手机快充的主要解决方案。

协议芯片:快充中需要协议芯片来实现充电器与充电设备的沟通。为保 证不进行过压过流充电损坏设备,在手机和充电头中存在配套的协议芯 片,只有当设备和充电器成功进行协议握手后方能开启快充。目前协议 方案主要分为:(1)各大手机厂商的私有协议:小米基于 CC 的私有协 议,华为/荣耀的 SCP,OPPO 的 VOOC,VIVO 的 Flash charger,传 音的 I2C 私有协议等;(2)手机平台的协议方案:高通的 QC 系列,MTK的PE;(3)专门的协议联盟:美国USB-IF的PD,国内绿色联盟的UFCS。 长期看,手机可以兼容的协议逐渐增多,未来一对多充将成为可能。

电池管理芯片作用于锂离子电池,通常节数越多难度越大。消费电子、 通讯、工业以及汽车是电池管理芯片主要的终端应用领域。锂电池分为 单芯锂电池和多芯锂电池,手机电池一般是单电芯或者双电芯;笔电最 常见的一般是 3 组 2 个并联的电池相串联组成,即 6 芯锂电池。电动自 行车一般为10芯串联或12芯串联构成。电动工具一般采用4-6节18650 电芯锂电池进行串并联构成锂电池包。电动汽车的电池芯数几百到数千 不等,如特斯拉 Model S 高性能版车型的动力电池由 7000 多颗 186500 电芯锂电池串联并联而成。电池芯数越多意味着电池的续航能力更强, 同时设计难度也更大。

1.3.3 DC/DC 转换器:为子系统提供多样化电源

DC/DC 用以实现“为子系统提供多样化电源+稳压”功能。一是由于各 个子系统具有各自固有的工作电压范围,电压精度要求也不同,比如手 机需要多个 DC/DC 转换器以提供不同的电压给应用处理器、基带芯片、 背光显示和射频子系统。二是不管是电池 DC 还是市电 AC 转换而来的 DC 电源都存在电压不稳的问题,这会导致对电压敏感的设备工作异常。 因此,需使用”DC/DC 转换器”转换为所需的电压并实现稳定化。DC/DC 转换器也分为隔离式和非隔离式,隔离式常见于 AC/DC 转换器的一部 分(即高压 AC 转低压 DC 场景),而我们这里讨论的低压直流转换场景 通常使用非隔离式。

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非隔离式 DC/DC 转换器包括线性稳压器(LDO 等)和开关稳压器两种 (即狭义的 DC/DC):

1)线性稳压器:它通过将多余的电压转化为热量来实现压降,不能实 现升压。这种稳压器虽然简单、便宜,而且具有优良的调节性能属性, 但缺乏良好的电源效率。最为常见的线性稳压器为 LDO 稳压器。

2)开关稳压器:在由 PWM 控制器产生高速电压脉冲后,用电容器进行 平滑处理,即可得到干净、恒定的输出电压。其可实现四类功能,即降 压、升压、 输出恒定电压(与输入电压的高低无关)、从正电压反转输 出负电压。开关稳压器相对较贵,但更轻且具有更高的功率效率,更适 用于各类消费电子产品。

1.3.4 其他特殊负载:LED 驱动器等

LED 驱动器是指驱动 LED 发光或 LED 模块组件正常工作的电源调整电 子器件。LED 设备能适应的电源的电压和电流变动范围十分狭窄,极细 小的电压变化也会使其电流、光度有很大变化,稍许偏离就可能无法点 亮 LED 或者发光效率严重降低,严重的更会因为功耗过高而导致 LED 永久损坏。因此需要 LED 驱动芯片,对电源进行精细化调节,从而得到 所需发光度。

LED 驱动器按驱动方式分为恒压式驱动器、恒流式驱动器以及脉冲式驱 动器三种。

1)恒压式驱动器:一般是常见的 DC/DC 升压芯片为主,相对恒流驱动 器而言这种方案成本低廉且外围电路简单,但是只能以恒定电压驱动 LED,容易导致电路电流不可控,LED 亮度不一致等问题。

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2)恒流式驱动器:虽然此类驱动器价格相对恒压驱动器高且外围电路 复杂,但是这类驱动器保证了输入电流的稳定性,能保证良好的恒流精 度且能灵活的调整所需电流大小,因此备受欢迎,是 LED 驱动的首选。

3)脉冲式驱动器:该方案是以高频率的脉冲发生器输出接口向 LED 灯供电。因为是脉冲信号频率很高所以人眼根本无法感觉出 LED 的频闪, 所以这个方式即符合了视觉需要又在一方面有效节约了电能输出,不过 目前该方案仅仅适用于小功率应用。

大功率 LED 更适合恒流驱动,小功率 LED 灯则有三种选择,一是采用 恒流驱动,二是恒压驱动+限流电阻,三是 RC 限流式降压整流驱动。(报告来源:未来智库)

1.3.5 小型设备的高度集成方案:PMIC

PMIC集成以上4种芯片中的数种,常用于小型设备。电源管理IC (Power management multi-channel IC,PMIC),其集成以上 4 种芯片中的数种, 此外还可能集成监控功能器件(UVLO 低电压故障预防、WDT 看门狗定 时器等)、保护功能器件(TSD 热关断等)、控制电路器件(I2C 串行 I/F、 INTC 中断控制、GPIO 通用 I/O 等)、RTC 实时时钟等。高集成有利于 减小面积,因此经常用于为小型供电设备供电。

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2 三大壁垒逐一打破,大陆迎来黄金发展期

模拟行业三大壁垒,逐一打破,大陆迎来黄金发展期:

1)供应链壁垒:“贸易摩擦+缺芯潮”提供的窗口期。模拟芯片具有“常 青树”特性,其产品迭代慢、供货周期长,因此下游客户替换意愿不强。 而“贸易摩擦+缺芯潮”,打破了封闭的供应链,为大陆芯片行业带来了 切入的窗口期。

2)制造壁垒:本土代工厂走向成熟,助力自主可控。不同于数字芯片, 模拟芯片海外大厂通常采用 IDM 模式。一是因为模芯芯片生产中没有标 准化 IP 模块,各代工厂都有特殊的工艺器件;二是设计的仿真效果有限, 需要流片后反复调制。随着大陆中芯国际、华虹的逐渐成熟,大陆模拟 设计厂商本土配套供应链进一步完善。

3)技术壁垒:海外大厂人才回流,与逻辑芯片不同采用军团式作战的 模式不同,模拟芯片季度依赖工程师个人能力,通常学习曲线也在十年 以上,这是因为:①需要考虑的关键指标多样化;②设计过程中 EAD、 IP 起到的辅助设计作用有限;③仿真效果有限,依赖工程师流片经验。 而随着大量具备海外大厂工作经验的工程师回流,一批模拟半导体公司 已经在过去几年完成了初步的技术积累。

我们认为在“下游供应链切入窗口期+本土供应链走向成熟”两大行业 β催化下,“技术”或者说“人才”是模拟公司的第一要素,实力过硬 的公司能够凭借自身α快速跑马圈地,三到五年内大陆模拟公司第一梯 队、第二梯队的分化将进一步明晰。我们推荐研发实力属于第一梯队的 模拟公司,包括圣邦股份、思瑞浦、希荻微等。

模拟芯片行业宏观环境分析(模拟芯片行业前景报告)

2.1 “贸易摩擦+缺芯潮”,打破供应链壁垒

“贸易摩擦+缺芯潮”提供本轮大陆厂商切入窗口期。数字芯片常常与 计算平台强绑定,每一代计算平台都会孕育数个数字芯片厂商,如个人 电脑时代的 Intel、AMD,智能手机时代的高通、联发科。而与依靠“爆 款”的数字芯片不同,模拟芯片常被称作“常青树”,其不追求先进制程、 产品生命周期可长达 10 年,因此客户的粘性强,在产品生命周期内通 常不会更换供应商,正因为此过去几十年海外巨头行业地位稳固。而过 去大陆市场基本定位于替代市场,产品主要对标海外大厂市场需求大的 产品,提供 Pin-to-Pin 产品。而 21 年由于“贸易摩擦+缺芯潮”,海内 外客户开始愿意开放内部的市场、技术方案资源给大陆厂商,协调各供 应链条,甚至派出自身的工程师配合芯片公司的研发,显著提高了从研 发到验证的效率。

2021 年起量迅速,数家厂商步入 20 亿营收梯队,但与海外龙头仍有数 十倍差距。除起家较早且具备大陆中国台湾地区背景的矽力杰以外,2019 年仅艾为电子营收超过 10 亿元,15 家上市公司模拟业务营收超过 15 亿元。而在“贸易摩擦+缺芯潮”的催化下,大陆模拟市场迅速起量, 根据 wind 一致预期数据及部分已公布厂商数据,预计将有 4 家公司步 入 20 亿营收梯队(晶丰明源、富满微、艾为电子、圣邦股份)、2 家公 司步入10亿营收梯队(明微电子、思瑞浦),同比增速绝大多数超过150%。 而海外巨头 TI 和 ADI,其模拟业务营收分别在 100 亿美元、50 亿美元 左右,国内龙头仍有数十倍的发展空间。

少数玩家全面布局,电源链玩家较多。在上市的 15 家涉及模拟业务的 公司中,11 家公司模拟营收占比超过 80%,其中布局电源链(市场规模 大,是电源链的 3 倍)厂商较多。具体可分为 4 类厂商:

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1)信号链+电源链全布局。包括艾为电子、圣邦股份、思瑞浦,其中艾 为电子、圣邦股份在信号链中主要布局线性产品,思瑞浦在电源链中主 要布局 DC/DC 产品。

2)主要布局信号链。包括纳芯微、芯海科技两家平台型公司。其中芯 海科技模拟产品主打高精度 ADC,其他产品主要包括 MCU 和 AIOT SOC。纳芯微 2020 年以前模拟主要包括接口产品,其他产品包括 ASIC 芯片,2021 年起隔离驱动芯片(驱动功率器件工作的电源链产品)、采 样芯片(基于隔离运放/ADC 芯片)起量迅速,21H1 模拟产品占比已超 过 70%。

3)主要布局电源链中-LED 驱动。包括明微电子、晶丰明源、富满微。 这三家厂商 2021 年受益于缺芯潮,体量增长迅速。

4)主要布局电源链中-DC/DC、AC/DC、电池管理。由于电源管理赛道 广阔,目前玩家较多,包括希荻微、赛微微、力芯微、芯朋微,此外还 有平台型公司韦尔把股份、上海贝岭。

消费领域布局更多,个别玩家侧重工控(家电)、基站,汽车涉足较少。 从下游应用的性能要求及可靠性要求的难度上看,消费<工业/通讯<汽车, 而目前大陆厂商多集中于消费领域,艾为、力芯微、希荻微消费业务占 比接近 100%,圣邦、矽力杰消费占比超过 50%。其他厂商中,芯朋微、 赛微微消费、工业各占一半,工业主要是家电产品;思瑞浦、纳芯微来 自基站的营收超过 50%。

因中低端消费类产品较多,盈利能力对比海外龙头仍有提高空间。 1)毛利率:模拟产品毛利率大体上与应用领域挂钩,消费<工业/通讯< 汽车,大陆厂商由于布局偏中低端消费,少量工业/通讯,整体毛利低于 海外巨头。海外厂商 ADI、TI 毛利率常年在 60%-65%之间,而大陆方 面:思瑞浦、纳芯微布局基站较多且以信号链产品为主(注:通常信号 链毛利率高于电源链),因此毛利率在 55-60%;赛微微工业消费各占一 半,毛利率超过 60%;圣邦、矽力杰有一定体量的非消费电子业务,希 荻微以虽然消费为主但产品定位偏高端,因此毛利率也 50%上下;三家 LED 驱动为主的厂商 1H21 受益于缺芯潮毛利率大幅提升;而其他厂商 则在 30%-40%之间。

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2)净利率: TI 已多年维持 30%以上净利率水平,ADI 在 20%以上, 而大陆厂商中:思瑞浦净利率最高,超过 30%;圣邦股份、矽力杰、芯 朋微随后,2020 年超过 20%。

2.3 大陆代工厂逐渐成熟,打破制造壁垒

2.3.1 工艺与制造的紧耦合,使得海外大厂多采用 IDM 模式

数字芯片采用 CMOS 工艺,通过微缩制程追求高运算速度与低成本; 模拟芯片采用 BCD 工艺,注重多向指标的平衡。数字芯片设计的目标 是在尽量低的成本下达到目标运算速度,包括采用更高效率的算法来处 理数字信号以及微缩制程来提高集成度降低成本。而模拟芯片很难通过 晶体管体积的缩小来提高性能,其强调的是高信噪比、低失真、低耗电、 高可靠性和稳定性。从工艺角度来说,数字芯片通常采用 CMOS 工艺, 但模拟芯片需要要输出高电压或者大电流来驱动其他元件,而 CMOS 工 艺的驱动能力很差,同时模拟芯片最关键指标低失真和高信噪比都是在 高电压下比较容易做到的,而 CMOS 工艺主要用在 5V 以下的低电压环 境,并且持续朝低电压方向发展。目前模拟芯片最常用的工艺为 BCD (Bipolar-CMOS-DMOS)技术,其由 ST 最早开发出。BCD 技术是一 种单片集成工艺技术,能够在同一芯片上制作 Bipolar、CMOS 和 DMOS 器件,BCD 工艺综合了 Bipolar 器件高驱动、高频、高精度以及 CMOS 器件数字化、高集成度、低功耗的特性,同时还有 DMOS 器件抗高压、 大电流、强驱动的能力。

海外龙头 TI、ADI 等均采用 IDM 模式,主要原因包括:

1)模拟芯片设计环节需要根据流片结果不断调整,要求设计与制造紧 耦合。数字芯片可以在设计时依靠 EDA 等软件对产品的品质做出一定 保证,而模拟芯片的设计过程存在许多动态参数,EDA 工具对模拟芯片 的设计和仿真所能起到的作用都极为有限,模拟的效果和实际流片效果 差别很大,因此需要工程师根据成品回测、应用厂商的反馈,进行设计 与工艺的同步迭代,逐步优化芯片品质质量。而这些生产工艺又常常是 难以复制的,成熟公司凭借多年积累和对工艺的修改优化,形成了内部 独特的“祖传秘方”,即使使用相同的图纸,也难以产出相同性能的产品, 因此 IDM 模式能更好的满足代工端与设计端工艺协同的需求。 2)基础器件非标准化,制造环节需要大量独家 know-how。与数字的 标准化制造流程不同,模拟芯片的制造中虽然大致流程一致,但基础器 件的具体尺寸等指标并不统一,如何把性能做得更好每家晶圆厂都有不 一样的方式,而这些行业 know-how 则是晶圆厂的核心知识产权。由于每家的基础器件不一致,因此各家晶圆厂之间几乎没有兼容性,在不同 晶圆厂的生产都需要配套的设计方案。

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2.3.1 大陆代工走向成熟,助力自主可控

ST、ADI、TI 海外 IDM 大厂处于第一梯队。模拟工艺中应用最广泛、最 重要的是 BCD 技术,由 IDM 类型厂商 ST(意法半导体)发明,其 BCD 技术目前仍行业领先,掌握高压、高功率和高密度的 BCD 技术。经过 35 年的发展,ST 开发了一系列影响深远的 BCD 工艺,如 BCD3(1.2um)、 BCD4(0.8um)、BCD5(0.6um),而其前提供三种主要的 BCD 技术, 包括 BCD6(0.35um)/BCD6s(0.32um)、BCD8(0.18um)/BCD8s (0.16um 和 BCD9(0.13um)/BCD9s(0.11um),其第十代 BCD 工 艺将采用 90 纳米。而同为 IDM 的 TI 和 ADI 也凭借先进的技术和各自专 攻 的 量 产 方 向 排 在 第 一 梯 队 。 目 前 模 拟 芯 片 主 流 工 艺 制 程 为 0.13/0.18um BCD 技术,其中 0.18um 在 2005 年左右既已形成量产能 力;而大陆方面,华虹于 2010 年在该节点量产,而直到 2016 年左右以 中芯国际为首的大陆晶圆厂才进入稳定量产。

台积电、东部高科,是代工厂中技术领跑者。代工厂中,台积电率先研 制出 12 英寸 40nm 的 BCD 技术平台,为未来模拟芯片升级提供生产路 径,其他高密度、高电压 BCD 平台与 ST 差距较小。东部高科于 2008 年全球第一个推出 0.18μm BCD 技术,长时间处于技术领先地位,自主 研发高密度 BCD,并引进高压 BCD 满足生产需求。目前他们与欧美 IDM 企业之间的差距已经很小,甚至在某些方面更加优秀。

大陆代工厂走向成熟,助力自主可控。目前大陆大多数模拟芯片公司均 采用 fabless 模式,而大陆大工厂则与海外 IDM 公司在特色工艺方面仍 有一定差距,存在一代(3-5 年)的差距。目前第二梯队主要包含中芯 国际、华虹集团、华润微电子、和舰半导体、积塔半导体等大陆代工厂, 其中华虹是国内首家提供 0.35μm、0.18μm BCD 工艺的代工厂,其 BCD 技术覆盖 90nm-1μm;中芯国际模拟芯片制程范围在 0.15μm-0.35μm, 其中 0.18um 已进入稳定量产。

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方向一:少数大陆厂商开始向 IDM 发展。以矽力杰为例,2020 年 3 月, 依托矽力杰先进技术的富芯半导体模拟芯片 IDM 项目在杭州高新区开 工,矽力杰核心产品是电源管理 IC 团队,擅长研发以小封装可承受高压 大电流芯片,跟其他电源管理晶片不同之处,在于掌握晶圆制程、封测 制程,在研发和制程技术发展的方面,矽力杰自有制程技术导入 G3 平 台并逐年增加生产比重,2020 年底约达 20%,估计到 2021 年底可达 30-40%,并着手下一代制程开发。

方向二:Virtual IDM(战略合作+入股)模式是主流趋势。与 IDM 模式 和 Fabless 模式不同,Virtual IDM 模式通过股权及战略合作的方式实现 产业链整合。比如艾为电子 2016 年 6 月和华虹宏力签署战略合作协议, 双方将在模拟工艺、BCD 工艺包括 90nm 12 寸、eflash 工艺、功率器 件和射频 SOI 工艺等领域开展深度战略合作。纳芯微则与东部高科结为 战略合作伙伴,联合开发和生产新一代 MEMS 传感器产品,双方合作 开发的首款 MEMS 麦克风裸芯片 NSM6001 已成功量产并推向市场, 该款 MEMS 裸芯片搭配纳芯微高性能麦克风接口 ASIC 裸芯片 NSC6260,适用于 MEMS 模拟麦克风产品。

2.3 海外人才回流,打破技术壁垒

与数字芯片依赖工具、军团作战不同,模拟芯片设计极度依赖工程师个 人经验。从晶体管规模看,数字芯片远大于模拟芯片,但这并不意味着模拟芯片设计难度更低。恰恰相反,数字芯片能够通过“军团式”作战 较快的堆叠出芯片,而模拟芯片则更依赖于工程师个人,通常一名工程 师 3-5 年才能找到感觉,10 年以上才能在某一领域拥有足够的经验,因 此模拟工程师常被戏称为“老中医”。模拟芯片极度吃经验的主要原因包 括:

1)与数字追求运算速度与成本的平衡不同,模拟芯片需要平衡的因素 很多,比如信号链需要考虑信噪比/失真/滤波能力/漂移/能耗/可靠性 /稳定性,电源链需要考虑效率/精度和漂移/纹波/电磁干扰/动态响应 /安全性/可靠性/稳定性。

2)数字芯片的设计过程高度流程化,能够使用到很多规范化的 EDA 设 计工具、IP 等。而模拟芯片实现同一功能能够有多种路径实现,没 有统一标准。

3)模拟芯片寄生效应较多+同一功能的实现路径较多,因此仿真无法覆 盖所有场景,只有通过流片后看到真是表现再做调整。

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因此模拟芯片的设计过程,是一个反复设计、验证、迭代的过程,工程 师在经验积累过程中形成的“感性直觉”往往是不能用公式、甚至语言 描述的。而这些经验,需要实打实做过多个项目,经历流片、封测和量 产,从众多坑中爬出来才能积累。

行业层面上下游已做好准备,“人才”才是大陆模拟公司的最强 alpha。 我们认为, “贸易摩擦+缺芯潮”带来的“窗口期”,以及“本土代工 厂逐渐走向成熟”都在行业层面为大陆模拟公司做好准备。因此在大陆 模拟行业亟待突破的现阶段,“人才”才是模拟公司的最强 alpha,技术 过硬的公司能够快速配合客户完成验证、进入量产,快速跑马圈地。

海外人才回国创业,或培育数家模拟龙头。近十年来,包括来自 TI、ADI、 美信、仙童、IDT 等老牌模拟公司的大陆模拟人才逐渐回流,并在大陆 建立了一批优秀的模拟公司,其中如思瑞浦、圣邦股份已经成为大陆潜 在的模拟龙头公司,希荻微、纳芯微也成为市场新兴。我们认为,现阶 段大陆模拟公司正值加速成长期,极富经验、能够带队的模拟人才是最 强的 alpha。我们认为,三五年内该类公司中或将出现数家大陆模拟龙 头,并与第二梯队进一步拉开距离。

本土人才是大陆模拟行业发展的坚实力量。相较海外大厂人才回国创业 的公司,本土人才创立的相对较多。其中艾为电子团队中多人出身于华 为模拟研发部门。芯海科技核心团队有华为 ASIC 数模产品部、基础研 究管理部以及中兴芯片开发任职经历,数模芯片设计和研发管理的经验 丰富。上海贝岭核心团队曾在国内华晶公司双极设计所、中兴通讯股份 有限公司技术中心、华晶东芝半导体合资公司等担任工程师及管理岗位。 富满微曾任深圳市伟建电子有限公司技术员;深圳市松立电子有限公司 工程师等职位。明微电子管理团队曾任中兴通讯、国微科技、先科深飞 等公司工程师及管理岗位。力芯微核心团队多位成员是高级工程师,曾 经在华晶电子集团担任设计工程师,中央研究所研究室副主任等职位, 设计研发经验丰富。芯朋微公司两位研发方向的副总经理均为东南大学 博士,董事长为东南大学硕士,曾在华晶电子集团、华润上华半导体和 智芯科技等企业任职。

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此外从研发投入和研发人数看,除矽力杰外,圣邦、艾为领先。

1)研发人数:矽力杰国内居首,艾为、富满微、圣邦超过 300 人。截 止到 2020 年,矽力杰研发人员数量达到 743 人,艾为电子达到 641 人, 富满微大幅扩张研发人员数量,从 2019 年的 290 人增至 2020 年的 421 人,圣邦股份达 378 人。其它国内厂商研发人员数量在 100-200 人左右。 此外,模拟芯片重工程师流片经验,其中艾为 10 年以上工作经验的研 发人员有 100 人以上;思瑞浦研发人员工作经验平均达到 11 年;在圣 邦股份的研发人员中,10 年及以上工作经验的达到 189 人,占比 50% 左右;而富满微 7 年以上工作经验的占比 60%以上。

2)研发投入:矽力杰研发投入国内居首,艾为、圣邦领先。研发支出 方面矽力杰国内居首,约 3 亿元,圣邦股份、艾为电子达到 2 亿元左右, 其余厂商在 1 亿元上下;研发费用率方面芯海科技、思瑞浦达到 20%以 上,其余厂商达到 15%左右。对标国际大厂,TI 研发支出达到约 100 亿元,研发费用率在 10%左右;ADI 研发支出 75 亿元左右,研发费用 率超 18%。(报告来源:未来智库)

3 大陆潜在模拟龙头路径选择

下游供应链+上游制造+技术”三大壁垒逐渐被大陆厂商打破,大陆迎来 黄金发展期。而什么样的公司有能力成长为龙头?从海外模拟公司成长 路径看,“内生增长+外延并购”无疑是标准模式。

成长第一步:内生增长。从海外大厂多年的成长路径看,通常在产品战 略上有两类发展路径:

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1)路径一:TI 为代表的,广拓通用型料号,形成谱系,最终提供解决 方案。目前大陆厂商中走该路线的厂商较多,包括圣邦股份、思瑞 浦等,其最直观的竞争力即是料号数量。

2)路径二:以 Maxim 和 Linear 为代表,主攻定制化的大料号。目前大 陆厂商走该路径典型厂商如希荻微,最直观的竞争力体现即是 ASP、 毛利率。不同于通用料号通常在量产后 2-3 年内才开始大规模出货, 该类模式下其厂商参与前期的“产品定义”,已经出货即可快速形成 收入。

成长第二步:外延并购。从海外龙头发展经历看,不管是 TI 还是 ADI, 都进行了数次大型并购,实现了产品、人员、客户的迅速扩张,完成了 从中等体量公司向龙头的跨越。我们认为,当大陆模拟厂商体量逐渐增 长,有一定的现金富裕后,会逐步开启并购之旅,目前大陆厂商中圣邦 以完成多起并购。

3.1 路径一:广拓通用料号

3.1.1 海外大厂提供数万种料号,并由此形成解决方案能力

海外大厂料号上万种,全品类覆盖。由于模拟行业下游应用分散,所以 需要大量通用料号来覆盖各类场景,一颗通用料号甚至可能被应用于几 十个场景,但场景用量都不大,因此呈现出型号多、单型号出货量少的 特点。国际行业龙头 TI、ADI 能够做到几乎全品类覆盖,并且每种品类 提供大量料号可供选择,其中 TI、ADI 料号数量分别达 80000 多种、 75000 种。

大陆厂商种矽力杰、圣邦、思瑞浦料号数量国内前三,覆盖有侧重。矽 力杰、圣邦、思瑞浦料号数量位居国内前三,截至 1H21,圣邦股份总 料号数量达到 3500 余种,活跃料号有 1700 余种,并且在过去几年每年 增加 200-300 种;矽力杰、思瑞浦料号数量分别达到 3000 和 1500 种 以上。而在覆盖面上,圣邦股份、艾为电子、思瑞浦兼顾信号链和电源 链。矽力杰的电源管理产品线在国内厂商中最丰富。希荻微、赛微微、 芯朋微力芯微具备电源管理产品种某些品类。晶丰明源、明微电子主打 电源管理中的 LED 驱动产品。纳芯微在接口的隔离产品中有较多积累。 芯海科技专注 ADC 相关产品。

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通过增加料号覆盖面,能够形成解决方案。数字芯片的单价大、迭代快 的特性,因此性能、价格是客户的首要考虑因素。而模拟产品料号多、 应用分散、价格不敏感,因此供应链高效、稳定才是客户的首要考虑因 素,这决定了其通常以解决方案的形式出货。其好处在于:

1)客户的 FAE(现场应用工程师)通常只对几家模拟公司的产品熟悉, 因此直接采用一站式的解决方案更为高效。

2)模拟产品的性能非常依赖于实际的方案应用,即便基本参数一致,不 同厂家元器件之间的由于衔接匹配度、细分参数的不同等都可能对实际 应用效果产生较大影响,包括噪声、精度等性能和可靠性,而成套的解 决方案已在匹配度上做了优化,同时也避免了出现各家芯片厂商推诿责 任的情况。

3)解决方案的出货形式能够保证套片内芯片供货周期的一致性,避免了 在客户产品生命周期内的因部分芯片下架而进行二次设计。

以 TI 为代表的海外大厂通常能够完整套片方案。我们以 TI 的冰箱解决 方案和智能手机解决方案为例:在冰箱解决方案中基本囊括了各类模拟 产品,电源链产品包括 AC/DC 解决方案、DC/DC 解决方案、LED 显示 屏驱动、马达驱动,信号链产品包括信号链、接口、数据转换器。在智 能手机解决方案中,电源链产品包括电池解决方案、DC/DC 解决方案、、 LED 驱动(手机闪光灯或者 LED 屏幕),信号链产品包括放大器(音频 放大器)、接口。

因此,“不断拓展通用料号→逐渐形成谱系→最终实现提供解决方案”的 路径,成为了大陆包括圣邦股份在内的大陆模拟公司的常用路径之一。 该种路径下,产品数量、覆盖面即是最核心的竞争力。为对比大陆各厂 商竞争力,我们对各公司官网列示产品料号做了详细统计,其主要结论 如下:

1)信号链:思瑞浦、圣邦股份料号数、覆盖面大陆领先。具体结论见 3.1.2 节。

2)电源链:矽力杰、圣邦股份料号数、覆盖面大陆领先。具体结论见 3.1.3 节。

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3.1.2 信号链:思瑞浦、圣邦股份覆盖最为全面

1)线性产品:圣邦股份、思瑞浦覆盖面、料号数处于国内领先地位。 具体来看,圣邦股份、思瑞浦在运算放大器、逻辑类芯片、模拟开关等 细分产品类型方面均有布局,覆盖范围国内领先;同时,在料号数方面, 上述两家企业也有较多积累,在国内厂商中处于前列。此外,艾为、矽 力杰、上海贝岭、纳芯微以及力芯微等厂商在此细分领域也有产品布局。

其中,线性产品的最大品类运放产品上,圣邦股份和思瑞浦在国内领先。 圣邦股份、思瑞浦均推出了低功耗运放、精密运放和高速运放。此外思 瑞浦在高压大功率运放方面有较多料号积累,而圣邦股份则在专用运放 领域有产品布局。

2) 转换器:思瑞浦、圣邦股份细分产品覆盖较广,芯海科技在 ADC 领域具有优势。思瑞浦、圣邦 ADC、DAC 产品均有覆盖,同时思瑞浦 还提供专用 DAC 及其它集成产品;而芯海科技专注 ADC 产品,在这一 领域具有较多积累,料号数国内领先。另外,纳芯微和力芯微也有 ADC 产品布局。与国外对比,国内厂商在转换器产品领域的覆盖面、料号数 以及技术积累差距较大。

在 ADC 方面,上海贝岭的高速高精度 ADC 在国内具备优势。上海贝岭 的 ADC 产品在高精度的同时能够做到较高速度,在国内领先。此外, 芯海科技、纳芯微、圣邦股份和力芯微在低速高精度 ADC 有产品布局, 思瑞浦提供高速低精度 ADC。总体而言,在 ADC 领域国内厂商与国外 龙头技术积累、料号数量差距较大。

在 DAC 方面,圣邦股份提供低速高精度、低速低精度 DAC 产品。圣邦 股份有 4 款低速高精度 DAC 产品,2 款低速低精度 DAC 产品。其它国 内厂商在此领域没有产品覆盖。在 DAC 领域,国内厂商在技术积累、 料号数量方面同样有较大提升空间。

3)接口:纳芯微、矽力杰料号数量位居国内厂商前列。纳芯微隔离产 品具备优势,料号数量超过 200 款,而矽力杰则在电路保护领域国内领 先,推出了 140 款以上的电路保护芯片。除了以上两家厂商,圣邦股份、 艾为电子、上海贝岭、力芯微和赛微微在电路保护、电平转化器、接口 电路等细分品类有产品覆盖。

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3.1.3 电源链:矽力杰、圣邦股份料号总数大陆领先

矽力杰、圣邦股份料号总数大陆领先。矽力杰在 ACDC、DCDC、电池 管理以及 LED 驱动四大细分领域均有产品覆盖,其中电池管理产品达到 250 款以上。晶丰明源主打 LED 驱动,料号数量超过 200 款,同时 ACDC 也有产品布局。芯朋微 ACDC 产品料号数量国内居首,超过 100 款。此 外,明微电子、力芯微、上海贝岭、艾为电子等厂商也有较多产品料号。在电源管理领域,国内厂商大多有产品覆盖,国内外厂商产品覆盖方面 差距较小。

3.2 路径二:攻坚定制化“大”料号

与 TI 做通用型料号不同,Maxim 与 Linear 则是针对特定客户做定制化 产品,通常应用场景体量较大、单价较高、毛利率较高。不同于通用料 号量产后通常 2-3 年内开始大规模出货,该类模式下其厂商参与前期的 “产品定义”,已经出货既可快速形成收入。

大陆公司中希荻微即为此路线,其以手机这个单一体量较大的场景为切 入点,对高通、MTK、三星等大客户进行近身服务。由于做定制化产品。 希荻微产品单价远高于同业水平:除芯朋微以 AC/DC 芯片为主要业务 (2020 年营收占比超过 80%),ASP 达到 0.58 元/颗,其他厂商 ASP 基本 在 0.15-0.20 元/颗。而希荻微远高于行业水平,其中超级快充芯片在 3.0-4.5 元/颗,端口保护和信号切换芯片接近 2 元/颗,锂电池快充芯 片、DC/DC 芯片都在 1 元/颗左右。

3.3 并购是模拟公司发展的下半场

从海外大厂经历看,从第二梯队向第一梯队跨越,离不开并购。我们这 里 ADI 为例,其通过并购 Linear、Maxim 跻身模拟 Top2:ADI 目前为 全球第二大的模拟芯片厂,其诞生于 1965 年,在成立之初主要业务是 制造高性能运算放大器,后产品线拓展至数据转换器(顶峰时期市占率 超过 40%)。在 2010 年之前,其主要依靠内生增长,而 2010 年之后, 则开始了它的并购历程。比较典型的是两个大的并购:

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1)2016 年 ADI 收购凌特(Linear)。2015 年,ADI 主攻数据转换器(市 占率 34%)、线性产品(市占率 18%),电源链(市占率 2%)、接口产 品(市占率 6%)市占率相对较低。通过收购 Liner,ADI 迅速补齐了电 源链(市占率 8%)、并进一步扩充线性产品(市占率 6%)、数据转换产 品(市占率 4%)、接口产品(市占率 8%)。除了产品层面的互补外,本 次手改还实现了客户层面的互补,Linear 侧重中小客户(70%营收来自 中小客户)、ADI 则侧重大客户(60%营收来自大客户)。双方合并之后, ADI 可以给大客户提供更为丰富的产品线,同时也能将自己原有的产品 线更为轻松的推向更多的中小客户。通过本次收购,ADI 一举超越 Infineon 市占率,成为仅次于 TI 的第二大模拟 IC 厂商

2)2021 年 ADI 收购美信(Maxim)。ADI 斥资 210 亿美元收购 Maxim。 2020 年 ADI 营收 56 亿美元,Maxim 2020 年营收 22 亿美元(注:财 年截至 6 月底)。

并购将是大陆模拟公司扩张的下半场。我们认为模拟公司常通过并购方 式扩大规模的原因包括:

1)产品维度:模拟公司产品型号相对数字公司产品更多,且产品周期厂, 因此可以通过并购迅速扩大产品集。

2)人才维度:模拟工程师极度吃经验,优秀的模拟工程师是稀缺性人才。 而并购的方式更易迅速获得优秀的模拟工程师。

3)下游供应链维度:模拟产品生命周期长,下游客户切换供应商意愿弱, 因此通过并购能直接获得客户群。

大陆公司中,圣邦股份已开启并购之旅。圣邦股份在短短三年期间完成 了对钰泰半导体、上海萍生微电子科技有限公司等六家公司的并购或者 资产购买,并购扩充了公司研发团队,其中钰泰半导体体量较大,进一 步增强了公司电源链产品实力。

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4 投资分析

我们认为,在“下游供应链切入窗口期+本土供应链走向成熟”两大行 业β催化下,“研发实力”或者说“人才”是模拟公司的第一要素,实力 过硬的公司能够凭借自身α快速跑马圈地,三到五年内大陆模拟公司第 一梯队、第二梯队的分化将进一步明晰,我们推荐研发实力属于第一梯 队的模拟公司。

而从海外模拟大厂发展路径看,有两种选择:

1)广拓通用型料号,形成谱系,最终提供解决方案。目前大陆厂商中走 该路线的厂商较多,其最直观的竞争力即是料号数量。

2)以 Maxim 和 Linear 为代表,主攻定制化的大料号,最直观的竞争力 体现即是 ASP、毛利率。不同于通用料号通常在量产后 2-3 年内才开始 大规模出货,该类模式下其厂商参与前期的“产品定义”,已经出货即可 快速形成收入。

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