研判2025！中國(guó)芯片原子鐘行業(yè)發(fā)展歷程、產(chǎn)業(yè)鏈全景、行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)趨勢(shì)分析：芯片原子鐘成為時(shí)頻產(chǎn)業(yè)必然趨勢(shì)，國(guó)產(chǎn)替代加快[圖]

內(nèi)容概要：在芯片級(jí)原子鐘方面，美國(guó)Microsemi公司的SA.45s型芯片級(jí)原子鐘可用于低軌通信衛(wèi)星，無(wú)人機(jī)等，天奧電子的芯片級(jí)原子鐘對(duì)標(biāo)SA.45s進(jìn)行研發(fā)，有望在低軌通信衛(wèi)星中發(fā)揮重要作用。整體來(lái)看，國(guó)內(nèi)原子鐘行業(yè)現(xiàn)階段主要以銣原子鐘和銫原子鐘領(lǐng)域?yàn)橹?，芯片原子鐘尚處于建設(shè)階段，行業(yè)規(guī)模相對(duì)較小。2024年，中國(guó)芯片原子鐘市場(chǎng)規(guī)模為6387.2萬(wàn)元，同比增長(zhǎng)14.68%。

上市企業(yè)：天奧電子（002935）、海格通信（002465）

相關(guān)企業(yè)：北京華信泰科技股份有限公司、浙江賽思電子科技有限公司、中國(guó)電子科技集團(tuán)公司、西安同步電子科技有限公司、波時(shí)（北京）科技有限公司、中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所、中科泰菲斯(武漢)技術(shù)有限公司

關(guān)鍵詞：芯片原子鐘發(fā)展歷程、芯片原子鐘產(chǎn)業(yè)鏈、芯片原子鐘發(fā)展現(xiàn)狀、芯片原子鐘競(jìng)爭(zhēng)格局、芯片原子鐘發(fā)展趨勢(shì)

一、芯片原子鐘行業(yè)概述

原子鐘（英文：atomic clock），是一種利用原子量子特性產(chǎn)生高度穩(wěn)定且準(zhǔn)確頻率信號(hào)的儀器，是目前測(cè)量時(shí)間最精確的工具，可分為銣原子鐘、銫原子鐘、氫原子鐘、CPT原子鐘四類(lèi)，屬于一個(gè)國(guó)家的戰(zhàn)略資源。其中，CPT原子鐘是利用原子的相干布局囚禁原理而實(shí)現(xiàn)的一種新型原子鐘，由于不再需要微波諧振腔，因此可以做到真正的微型化。CPT原子鐘被認(rèn)為可以集成到一個(gè)芯片上，因此也被稱為芯片尺度原子鐘（chip scale atomic clock（CSAC）），國(guó)內(nèi)也稱之為芯片級(jí)原子鐘，它是迄今為止能夠用電池供電長(zhǎng)時(shí)間工作的唯一的一種原子鐘。

直到20世紀(jì)20年代，最精確的時(shí)鐘還是依賴于鐘擺的有規(guī)則擺動(dòng)。取代它們的更為精確的時(shí)鐘是基于石英晶體有規(guī)則振動(dòng)而制造的，這種時(shí)鐘的誤差每天不大于千分之一秒。根據(jù)愛(ài)因斯坦的理論，在引力場(chǎng)內(nèi)，空間和時(shí)間都會(huì)彎曲。因此，在珠穆朗瑪峰頂部的一個(gè)時(shí)鐘，比海平面處完全相同的一個(gè)時(shí)鐘平均每天快三千萬(wàn)分之一秒。所以精確測(cè)定時(shí)間的唯一辦法只能是通過(guò)原子本身的微小振動(dòng)來(lái)控制計(jì)時(shí)鐘。20世紀(jì)30年代，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)實(shí)驗(yàn)室的伊西多·艾薩克·拉比和他的學(xué)生在研究原子及其原子核的基本性質(zhì)時(shí)所獲得的成果，使基于上述原子計(jì)時(shí)器的時(shí)鐘研制取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。1949年，伊西多·艾薩克·拉比的學(xué)生拉姆齊提出，使原子兩次穿過(guò)振動(dòng)電磁場(chǎng)，其結(jié)果可使時(shí)鐘更加精確。二戰(zhàn)后，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局和英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室都宣布，要以原子共振研究為基礎(chǔ)來(lái)確定原子時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)。到了1967年，關(guān)于原子鐘的研究如此富有成效，以至于人們依據(jù)銫原子的振動(dòng)而對(duì)秒作出了重新定義。如今的原子鐘極其精確，其誤差為10萬(wàn)年內(nèi)不大于1秒。歷經(jīng)數(shù)年的努力，三種原子鐘――銫原子鐘、氫微波激射器和銣原子鐘都已成功應(yīng)用于太空、衛(wèi)星以及地面控制。2010年2月，由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局研制的鋁離子光鐘已達(dá)到37億年誤差不超過(guò)1秒的驚人水平，成為世界上最準(zhǔn)的原子鐘。

相關(guān)報(bào)告：智研咨詢發(fā)布的《中國(guó)芯片原子鐘行業(yè)市場(chǎng)調(diào)查研究及發(fā)展前景展望報(bào)告》

二、芯片原子鐘產(chǎn)業(yè)鏈

芯片原子鐘產(chǎn)業(yè)鏈上游包括電子元器件、金屬制品以及相關(guān)的輔助材料。其中，電子元器件是制造芯片原子鐘的核心材料，包括晶體管、電阻、電容、電感、集成電路等；金屬制品包括銅箔、鋼片、鋁箔等；輔助材料和設(shè)備包括石墨烯、超導(dǎo)材料、光刻機(jī)、濺射鍍膜設(shè)備等，這些材料和設(shè)備也是芯片原子鐘制造中不可或缺的部分。中游為芯片原子鐘研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)行環(huán)節(jié)。產(chǎn)業(yè)鏈下游涵蓋軍工、通信、科學(xué)研究、衛(wèi)星導(dǎo)航、地理測(cè)繪、時(shí)間基準(zhǔn)等領(lǐng)域。

三、中國(guó)芯片原子鐘行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)代時(shí)間由高穩(wěn)頻率源產(chǎn)生和保持，頻率的精度即決定了時(shí)間的精度，時(shí)間和頻率常聯(lián)系在一起稱為“時(shí)間頻率”或“時(shí)頻”。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，時(shí)間頻率已經(jīng)發(fā)展成為信息技術(shù)的重要支撐技術(shù)之一，在國(guó)防科技領(lǐng)域、國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)生活中具有舉足輕重的作用。而原子鐘是一種利用原子、分子能級(jí)差為基準(zhǔn)信號(hào)來(lái)校準(zhǔn)晶體振蕩器或激光器頻率，以使其輸出標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的一種裝置。目前，我國(guó)原子鐘行業(yè)處于市場(chǎng)成長(zhǎng)期，我國(guó)原子鐘產(chǎn)量及需求量逐年增加，市場(chǎng)持續(xù)擴(kuò)張。2024年，中國(guó)原子鐘市場(chǎng)規(guī)模為10.36億元，同比增長(zhǎng)13.6%。

國(guó)內(nèi)開(kāi)展CPT原子鐘研宄的時(shí)間較晚，但近年來(lái)己經(jīng)取得的了很大的進(jìn)步。目前正在研制CPT原子鐘的單位主要有中科院武漢物數(shù)所、北京大學(xué)、成都天奧公司、航天科工集團(tuán)103所、航天科技集團(tuán)510所和華中科技大學(xué)等單位。中科院武漢物數(shù)所CPT原子頻標(biāo)研究組在2013年成功研制出了芯片原子鐘樣機(jī)，經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，目前芯片原子鐘技術(shù)己日趨成熟。獨(dú)立自主的時(shí)間頻率體系關(guān)乎國(guó)家安全和核心利益，因此世界各國(guó)都投入巨資研究時(shí)間頻率技術(shù)和產(chǎn)品，以求保持領(lǐng)先地位。美國(guó)、俄羅斯分別建立了以GPS、GLONASS授時(shí)為基礎(chǔ)的國(guó)家時(shí)頻體系，擁有并掌控著時(shí)頻核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間頻率產(chǎn)業(yè)化。我國(guó)時(shí)頻行業(yè)發(fā)展時(shí)間較短，基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，授時(shí)應(yīng)用長(zhǎng)期依賴GPS，中高端時(shí)間頻率產(chǎn)品大量依賴進(jìn)口，存在極大的安全隱患。2000年后，我國(guó)逐步認(rèn)識(shí)到獨(dú)立自主的時(shí)頻體系的重要性，決定建立以北斗授時(shí)為主的國(guó)家時(shí)頻體系。隨著我國(guó)信息化建設(shè)推進(jìn)、軍民融合國(guó)家時(shí)頻體系建設(shè)以及國(guó)產(chǎn)化推進(jìn)工程的實(shí)施，國(guó)家制定了大量政策專項(xiàng)支持時(shí)間頻率行業(yè)發(fā)展，我國(guó)芯片原子鐘技術(shù)持續(xù)攻破，產(chǎn)業(yè)迅速擴(kuò)大。2024年，我國(guó)芯片原子鐘專利申請(qǐng)量為9件，近十年來(lái)專利申請(qǐng)總量達(dá)58件。

原子鐘是高精準(zhǔn)的時(shí)頻產(chǎn)品，代表了整個(gè)時(shí)頻產(chǎn)品中最高精尖的部分，而芯片級(jí)原子鐘是目前唯一可以實(shí)現(xiàn)小型化、微型化的原子鐘，是未來(lái)最具批量化生產(chǎn)和最具應(yīng)用前景的產(chǎn)品，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。在芯片級(jí)原子鐘方面，美國(guó)Microsemi公司的SA.45s型芯片級(jí)原子鐘可用于低軌通信衛(wèi)星，無(wú)人機(jī)等，天奧電子的芯片級(jí)原子鐘對(duì)標(biāo)SA.45s進(jìn)行研發(fā)，有望在低軌通信衛(wèi)星中發(fā)揮重要作用。整體來(lái)看，國(guó)內(nèi)原子鐘行業(yè)現(xiàn)階段主要以銣原子鐘和銫原子鐘領(lǐng)域?yàn)橹?，芯片原子鐘尚處于建設(shè)階段，行業(yè)規(guī)模相對(duì)較小。2024年，中國(guó)芯片原子鐘市場(chǎng)規(guī)模為6387.2萬(wàn)元，同比增長(zhǎng)14.68%。

四、中國(guó)芯片原子鐘企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局

隨著微電子向納電子技術(shù)的推進(jìn)以及微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）超精細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展，原子鐘的微型化是必然趨勢(shì)。制造工藝以及體積、功耗與芯片相似的相干布局囚禁（CPT）鐘被稱為芯片級(jí)原子鐘，是原子鐘小型化發(fā)展的未來(lái)發(fā)展方向。近年來(lái)，美國(guó)與歐洲各國(guó)的芯片原子鐘研發(fā)技術(shù)能力一直領(lǐng)先于其他國(guó)家和地區(qū)，尤其是美國(guó)，其開(kāi)始研制的時(shí)間較早、基礎(chǔ)雄厚，綜合實(shí)力一直獨(dú)占鰲頭。國(guó)內(nèi)的芯片原子鐘發(fā)展起步相對(duì)較晚，技術(shù)實(shí)力較為薄弱，行業(yè)仍處于起步階段。行業(yè)主要生產(chǎn)商包括華信泰、天奧電子、海格通信、賽思電子等企業(yè)，此外航天203所、航天501所國(guó)內(nèi)原子鐘研發(fā)方面走在前列。中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所所屬中科泰菲斯（武漢）技術(shù)有限公司也有一定的生產(chǎn)能力。

1、北京華信泰科技股份有限公司

北京華信泰科技股份有限公司是一家具有技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品生產(chǎn)和系統(tǒng)支持的全方位解決方案提供商和設(shè)備提供商。公司成立于2008年，具有國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)、中關(guān)村高新技術(shù)企業(yè)等認(rèn)定證書(shū)。華信泰公司成功研制了高精度、低功耗、實(shí)用化的芯片級(jí)原子鐘，該系列產(chǎn)品填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)技術(shù)空白，帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，具有國(guó)際先進(jìn)、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。華信泰公司掌握基于CDR的高精度衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)核心專利技術(shù)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，主導(dǎo)編寫(xiě)國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為未來(lái)大規(guī)模北斗高精度導(dǎo)航定位服務(wù)提供完整解決方案。截至目前，華信泰的主要產(chǎn)品涵蓋芯片級(jí)原子鐘等時(shí)頻產(chǎn)品、基于中國(guó)數(shù)字調(diào)頻廣播（CDR）的北斗高精度導(dǎo)航定位系統(tǒng)解決方案、北斗定位芯片、戶戶通北斗及衛(wèi)星直播系統(tǒng)一體化下變頻器等，廣泛應(yīng)用于高精度時(shí)頻、高精度導(dǎo)航定位、數(shù)字廣播電視等領(lǐng)域。

2、成都天奧電子股份有限公司

成都天奧電子股份有限公司成立于2004年1月，從事時(shí)間頻率產(chǎn)品、北斗衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售，擁有國(guó)家企業(yè)技術(shù)中心，是擁有多項(xiàng)專利和核心技術(shù)的高新技術(shù)企業(yè)。天奧電子作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的時(shí)間頻率企業(yè)，擁有完整的時(shí)間頻率產(chǎn)品線，具備時(shí)頻系統(tǒng)集成能力，可為客戶提供完整的時(shí)頻解決方案。主要產(chǎn)品包括原子鐘、晶體器件、頻率組件及設(shè)備、時(shí)頻板卡及模塊、時(shí)間同步設(shè)備及系統(tǒng)等，主要應(yīng)用于航空航天、衛(wèi)星導(dǎo)航、軍民用通信及國(guó)防裝備等領(lǐng)域，為我國(guó)載人航天、探月工程、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等國(guó)家重大工程建設(shè)提供了主要時(shí)頻裝備和系統(tǒng)，做出了重要貢獻(xiàn)。2024年前三季度，天奧電子實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入5.77億元，同比下降10.2%。

五、中國(guó)芯片原子鐘行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)研判

1、技術(shù)革新與成本優(yōu)化并進(jìn)

隨著生產(chǎn)線的建成和量產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)，中國(guó)芯片原子鐘行業(yè)將迎來(lái)技術(shù)革新與成本優(yōu)化的雙重推進(jìn)。一方面，通過(guò)持續(xù)的技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新，芯片原子鐘的性能將不斷提升，以滿足更多高端應(yīng)用場(chǎng)景的需求。另一方面，大規(guī)模生產(chǎn)將大幅度降低生產(chǎn)成本，使得芯片原子鐘在更多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用成為可能，從而推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游的協(xié)同發(fā)展，形成良性循環(huán)，進(jìn)一步加速行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

2、應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展

未來(lái)，芯片原子鐘的量產(chǎn)將推動(dòng)其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。除了傳統(tǒng)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域外，芯片原子鐘還將廣泛應(yīng)用于智能制造、智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)等新興領(lǐng)域。這些領(lǐng)域?qū)r(shí)間同步和頻率同步的需求日益迫切，芯片原子鐘的高精度和低功耗特性將為其提供更加可靠的技術(shù)支持。同時(shí)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的進(jìn)一步降低，芯片原子鐘有望進(jìn)入更多消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)，如智能家居、可穿戴設(shè)備等，為人們的生活帶來(lái)更多便利。

3、國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加快

原子鐘行業(yè)正步入一個(gè)前所未有的創(chuàng)新與變革時(shí)代，其中芯片原子鐘技術(shù)的突破，成為引領(lǐng)小型化、高精度時(shí)間基準(zhǔn)設(shè)備的典范。未來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)芯片原子鐘需求的不斷增長(zhǎng)，以及半導(dǎo)體技術(shù)和精密制造工藝的不斷進(jìn)步，中國(guó)芯片原子鐘企業(yè)將逐步加大研發(fā)投入，加速技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)產(chǎn)品性能不斷提升，實(shí)現(xiàn)成本降低與性能提升的雙重飛躍，從而進(jìn)一步推動(dòng)芯片原子鐘行業(yè)的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。

以上數(shù)據(jù)及信息可參考智研咨詢（m.yhcgw.cn）發(fā)布的《中國(guó)芯片原子鐘行業(yè)市場(chǎng)調(diào)查研究及發(fā)展前景展望報(bào)告》。智研咨詢是中國(guó)領(lǐng)先產(chǎn)業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)，提供深度產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告、商業(yè)計(jì)劃書(shū)、可行性研究報(bào)告及定制服務(wù)等一站式產(chǎn)業(yè)咨詢服務(wù)。您可以關(guān)注【智研咨詢】公眾號(hào)，每天及時(shí)掌握更多行業(yè)動(dòng)態(tài)。