2018年中國模擬芯片發(fā)展現(xiàn)狀分析、各嵌入式處理器區(qū)別及模擬芯片發(fā)展前景分析[圖]

模擬芯片王密 2019-09-18 06:30 來源：智研咨詢

一、現(xiàn)狀

模擬集成電路主要是指由電阻、電容、晶體管等組成的模擬電路集成在一起用來處理連續(xù)函數(shù)形式模擬信號（如聲音、光線、溫度等）的集成電路。例如，若要傳輸一段亮度由小變大的光線，若用模擬信號進行傳輸（相應的應采用模擬集成電路），那么在傳輸過程中的光信號的幅度就會越來越大，且是平滑連續(xù)的。

常見的模擬集成電路通常包括各種放大器、模擬開關(guān)、接口電路、無線及射頻IC、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片、各類電源管理及驅(qū)動芯片等。最主要的兩大類產(chǎn)品為信號鏈產(chǎn)品和電源管理芯片。

隨著客戶和市場也正逐步從對器件功能的基礎(chǔ)要求上升到對整體系統(tǒng)性能的深層需求，越來越多的產(chǎn)品被要求具備更高的精度、更快的速度、穩(wěn)定清晰的聲音、生動絢麗的圖像、更長的電池使用時間等，在這樣背景下，以放大器、轉(zhuǎn)換器、電源管理、用戶界面為代表的模擬芯片技術(shù)成為電子產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的一個新引擎。

基于終端應用范圍寬廣的特性，模擬芯片市場不易受單一產(chǎn)業(yè)景氣變動影響，因此價格波動遠沒有存儲芯片和邏輯電路等數(shù)字芯片的變化大，市場波動幅度相對較小。

模擬芯片的產(chǎn)品特點：產(chǎn)品生命周期長：模擬IC產(chǎn)品可以達到10年以上，強調(diào)高信噪比，低失真，低功耗，高可靠。與元器件結(jié)合更加緊密：需要考慮元器件布局的對稱結(jié)構(gòu)和元器件參數(shù)匹配形式設計開發(fā)工具少：可以借助的EDA工具遠不如數(shù)字IC設計的多非CMOS制程：CMOS產(chǎn)品電壓一般在5V以下，不適合工業(yè)和通信產(chǎn)品的需求。IDM：設計和生產(chǎn)緊密結(jié)合，因為很多產(chǎn)品性能差別很大。用到很多的特殊工藝，比如BCD（Biploar、CMOS、DMOS），高頻領(lǐng)域還有SiGe和GaAs，很多性能在自建產(chǎn)線上才能體現(xiàn)更好。工程師需要多年積累：設計人員需要對器件的物理性能，拓撲結(jié)構(gòu)設計和布圖布線有綜合的設計能力，往往需要7年以上的積累。

模擬集成電路設計的一般過程包括：①電路設計：依據(jù)電路功能完成電路的設計②前仿真：電路功能的仿真，包括功耗，電流，電壓，溫度，壓擺幅，輸入輸出特性等參數(shù)的仿真③版圖設計（Layout）：依據(jù)所設計的電路畫版圖④后仿真：對所畫的版圖進行仿真，并與前仿真比較，若達不到要求需修改或重新設計版圖⑤后續(xù)處理：將版圖文件生成GDSII文件交予晶圓生產(chǎn)廠進行試生產(chǎn)。

2018-2023F模擬芯片市場主要產(chǎn)品類別的復合年增率

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

二、嵌入式處理器行業(yè)

嵌入式處理器是許多電子設備的“數(shù)字大腦”，用于處理特定的任務，并可以根據(jù)應用程序優(yōu)化其性能、功耗和成本等組合。

嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心，是控制、輔助系統(tǒng)運行的硬件單元。嵌入式處理器的特點是具有很強的實時多任務支持能力，存儲區(qū)保護功能，可擴展的微處理器結(jié)構(gòu)，較強的中斷處理能力以及低功耗。

1、嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)

嵌入式微控制器的典型代表是單片機，這種8位的電子器件目前在嵌入式設備中仍然有著極其廣泛的應用。單片機芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數(shù)器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各種必要功能和外設。為適應不同的應用需求，一般一個系列的單片機具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核都是一樣的，不同的是存儲器和外設的配置及封裝。這樣可以使單片機最大限度地和應用需求相匹配，功能不多不少，從而減少功耗和成本。

微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱為微控制器。

2、嵌入式DSP處理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)

DSP處理器是專門用于信號處理方面的處理器，其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進行了特殊設計，在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規(guī)模的應用。目前最為廣泛應用的嵌入式DSP處理器是TI的TMS320C2000/C6000系列，AD、和Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的應用范圍。

嵌入式DSP處理器有兩個發(fā)展來源，一是DSP處理器經(jīng)過單片化、EMC改造、增加片上外設成為嵌入式DSP處理器，TI的TMS320C2000/C5000等屬于此范疇；二是在通用單片機或SOC中增加DSP協(xié)處理器，例如Intel的MCS-296和Infineon(Siemens)的TriCore。

3、嵌入式微處理器(EmbeddedMicroprocessorUnit,EMPU)

MPU嵌入式微處理器是由通用計算機中的的CPU演變而來的，與計算機處理器不同的是，在實際嵌入式應用中，只保留和嵌入式應用有關(guān)的母板功能，這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗。為了滿足嵌入式應用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標準微處理器基本是一樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強。

和工業(yè)控制計算機相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點，但是在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設等器件，從而降低了系統(tǒng)的可靠性，技術(shù)保密性也較差。嵌入式微處理器及其存儲器、總線、外設等安裝在一塊電路板上，稱為單板計算機。如STD-BUS、PC104等。
目前主要的嵌入式處理器類型有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等。

4、嵌入式片上系統(tǒng)(SystemOnChip)

SOC就是SystemonChip，片上系統(tǒng)。它結(jié)合了許多功能塊，將功能做在一個芯片上，像是ARMRISC、MIPSRISC、DSP或是其他的微處理器核心，加上通信的接口單元，像是通用串行端口(USB)、TCP/IP通信單元、GPRS通信接口、GSM通信接口、IEEE1394、藍牙模塊接口等等，這些單元以往都是依照各單元的功能做成一個個獨立的處理芯片。

SOC可以分為通用和專用兩類。通用系列包括Infineon的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola聯(lián)合研制的Neuron芯片等。專用SOC一般專用于某個或某類系統(tǒng)中，不為一般用戶所知。一個有代表性的產(chǎn)品是Philips的SmartXA，它將XA單片機內(nèi)核和支持超過2048位復雜RSA算法的CCU單元制作在一塊硅片上，形成一個可加載JAVA或C語言的專用的SOC，可用于公眾互聯(lián)網(wǎng)如Internet安全方面。

三、發(fā)展趨勢

2018年，在全球半導體細分行業(yè)中，模擬半導體的市場收入約為590億美元，其中德州儀器的市場份額為18%（108億美元），為行業(yè)第一；全球嵌入式處理器的市場收入約為210億美元，其中德州儀器的市場份額也是18%（36億美元），同樣為行業(yè)第一。

隨著臺積電開創(chuàng)代工模式，半導體產(chǎn)業(yè)鏈逐漸從IDM模式轉(zhuǎn)變成VDM（設計-代工-封測）模式。模擬器件代工的最大特點就是標準化程度差，導致移植性低，目前模擬電路領(lǐng)域主流廠商大多為IDM模式。模擬電路需要在設計和工藝上的緊密合作，才能開發(fā)出有競爭力的產(chǎn)品，進一步形成技術(shù)壁壘，行業(yè)集中度特點形成。
模擬電路的生命周期很長，不少模擬電路產(chǎn)品生命周期長達10年以上。模擬電路產(chǎn)品的價格通常偏低，占下游終端成本比例較小。行業(yè)普遍產(chǎn)品更新?lián)Q代慢，利潤率低導致新增進駐企業(yè)減少，行業(yè)壟斷格局不斷強化。

業(yè)內(nèi)龍頭企業(yè)2018年銷售費用與研發(fā)費用占比均超過10%。杰克基爾比的第一個集成電路；世界第一款手持計算器；世界上第一顆激光導彈；世界第一臺晶體管收音機；首個單片微型計算機都是德州儀器的成就。

而跨入了21世紀，德州儀器開拓的DLP技術(shù)，也為其開拓了一個全新的，極具前景的產(chǎn)品線。這種MEMS技術(shù)在2011年拿下了投影市場55%的份額。

現(xiàn)在DLP不僅應用在投影上面，還有PCB光刻、FPD光刻、激光標簽、3D打印原型設計和直接制造等都是DLP所擅長的，而針對每一個具體應用，DLP的優(yōu)勢也有所不同。

2018年行業(yè)龍頭企業(yè)銷售和研發(fā)費用情況