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
數(shù)據(jù)來源:公開資料整理
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2025-2031年中國模擬芯片行業(yè)市場全景評估及發(fā)展前景研判報告
《2025-2031年中國模擬芯片行業(yè)市場全景評估及發(fā)展前景研判報告》共十二章,包含中國模擬芯片行業(yè)典型項目投資建設深度解析,中國模擬芯片行業(yè)投資分析及風險提示,2025-2031年中國模擬芯片行業(yè)發(fā)展趨勢及前景預測等內(nèi)容。



