模擬及數模混合芯片行業特點及發展趨勢面臨的機遇挑戰
1、模擬與數模混合芯片概況
集成電路產品根據處理信號類型的不同，分為模擬芯片和數字芯片。模擬芯片主要用于處理信息參數在給定時間范圍內表現為連續的信號，即模擬信號，其特點為信號幅度隨時間連續變化，能真實、逼真地反映物理世界，模擬信號易衰減且不易存儲。數字芯片主要用于處理模擬信號經采樣量化后得到的離散信號，即數字信號，以二進制（0/1）表示，其特點為信息參數在時間和幅度上均為離散，數字信號易存儲、不衰減，適合被高速處理。數模混合芯片中既有模擬電路又有數字電路，其中模擬電路通常是核心部分，數字電路用于控制模擬電路實現特定算法。因此，數模混合芯片通常被認為屬于模擬芯片范疇。
根據功能的不同，模擬芯片大致分為電源鏈和信號鏈兩大類。電源鏈主要用于管理電池與電能，信號鏈主要用于處理信號。電源鏈主要包括DC-DC、線性穩壓器、PMIC、LED驅動芯片等；信號鏈主要包括比較器、運算放大器、ADC、DAC、接口芯片等。
根據下游產品的應用領域的不同，模擬芯片可以分為通用芯片和專用芯片（ASIC芯片）。通用芯片的設計性能參數不會特定適配于某類應用，可以適用于各種各樣的電子系統，一般包括信號鏈路的放大器Amp、信號轉換器ADC/DAC、通用接口芯片、比較器和電源鏈路中的穩壓器等。通用芯片產品細分品類多，生命周期長，市場穩定。ASIC芯片是指應特定用戶要求或特定電子系統的需要而設計、制造的集成電路，通常應用于專門領域的電子產品，如通信、汽車、消費電子、工業等。ASIC芯片作為集成電路技術與特定用戶的整機或系統技術緊密結合的產物，與通用集成電路相比具有體積更小、重量更輕、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增強、成本降低等優點。由于專用性導致不同廠商的產品難以直接互相替代，ASIC芯片產品擁有更強的客戶黏度。
資料來源：普華有策
2、模擬芯片行業的特點
（1）產品生命周期長，豐富的產品線是重要競爭要素之一
與數字芯片追求運算效率與成本不同，模擬芯片評價標準重點在于電路速度、分辨率、功耗、信噪比、穩定性等指標，終端客戶對產品認證的過程更復雜、周期更長，最終達標產品的生命周期也更長。數字芯片通常在1-2年后即會被更高工藝產品替代，而模擬芯片一般生命周期在5年以上，部分模擬芯片的生命周期可以超過10年。
同時，模擬芯片種類繁雜，根據功能可以劃分為信號鏈和電源鏈兩大類，根據下游用途又可以分為通用模擬芯片與專用模擬芯片，不同產品有不同的性能指標，適用于不同的應用需求。因此，對于模擬芯片廠商來說，豐富的產品線種類能夠滿足下游客戶不同需求場景，為關鍵的競爭要素。以全球模擬芯片龍頭德州儀器為例，其目前擁有超過8萬種產品。
國內模擬芯片廠商的產品目錄近年來增速相對可觀，但總量與全球龍頭相比仍處于劣勢。
（2）下游應用領域廣泛且分散，聚焦細分領域是普遍策略
模擬芯片產品種類繁多，功能齊全，廣泛應用于通信、工業、汽車電子、消費電子以及政企系統等領域中，在不同的領域中又有許多細分的下游賽道。例如，通信領域中的無線基礎設施及有線網絡，汽車領域中的駕駛輔助和動力系統，工業領域中的航空航天、醫療設備和工業自動化，消費領域中的計算機、手機和平板電腦，政企系統中的各類服務器等。另外，不同終端客戶對于芯片的精度、速度、功率、線性度和信號幅度能力方面的需求千差萬別，許多產品往往僅針對特定客戶和應用進行高度定制，因此下游客戶非常分散。
由于下游應用領域廣泛且分散，單一廠商難以覆蓋所有細分市場，模擬芯片行業競爭格局較為分散。因此，聚焦細分領域是模擬芯片企業普遍采用的商業策略，即便是全球龍頭廠商也呈現出顯著的專業特色：德州儀器是電源管理和運算放大器領域的龍頭企業；亞德諾在數據轉換器領域領先多年；英飛凌、恩智浦是著名的汽車電子廠商；思佳訊則專注于射頻領域。
中國模擬芯片行業起步較晚，大部分上市公司成立于2000年-2010年。與全球頭部廠商相比，國內廠商尚處于發展初期，產品布局更加聚焦于細分賽道。在細分賽道取得優勢后通過內生或外延方式逐步擴充產品線是我國模擬芯片企業發展的典型方式。
（3）產品設計門檻高，人才是重要競爭要素
模擬芯片性能指標復雜，設計環節具有輔助工具少、經驗要求高、操作非標準、多學科復合、測試周期長等特點。模擬芯片在設計過程中需要重點考慮系統結構和元器件參數之間的匹配及相互影響，以保證實現低噪聲、低失真和良好的電流放大及頻率功率特性等；同時，由于模擬芯片生產工藝的多樣化，設計人員需要熟悉大部分元器件的特性和不同的生產制造封裝工藝，且在設計過程中需要實時關注功耗、增益及電阻等參數變化，通過持續試錯在電路設計和制造工藝之間進行精心匹配。此外，模擬芯片的設計過程中可以借助的EDA工具遠少于數字芯片設計，因此對設計人員自身的設計經驗要求較高。
優秀的模擬設計工程師一般需要10年以上的設計經驗。目前全球的模擬設計工程師相對短缺，因此擁有一定數量優秀模擬設計工程師的企業將構建強大的技術壁壘。
（4）外延并購是模擬芯片廠商發展的重要途徑
由于模擬芯片產品相對較高的設計難度及相對較長的研發與驗證周期，外延并購為模擬芯片廠商快速積累核心技術、拓展客戶的重要途徑。全球龍頭廠商德州儀器、亞德諾等均通過持續的并購與整合快速提升競爭力并擴大市場份額。以2020年亞德諾209億美元收購美信為例，亞德諾原先的下游客戶主要分布在通信、工業和數字醫療領域，而美信的客戶主要分布在汽車和企業數據中心領域，亞德諾通過本次并購，迅速獲得了美信在相關領域的核心技術與市場。
近年來模擬芯片行業并購事件頻發，模擬芯片企業紛紛通過并購實現規模擴張或產品線擴充。
3、模擬芯片行業的發展趨勢
（1）行業整體規模持續增長
模擬芯片產品品類繁多，生命周期較長，下游應用領域極其廣泛。因此，與數字芯片相比模擬芯片行業周期性較弱。近年來受益于PC、通信、可穿戴產品、AIoT設備等電子設備的品類和市場容量的擴張，模擬芯片的市場規模總體呈擴張趨勢。
未來隨著物聯網、人工智能、新能源汽車、云計算、大數據、無人駕駛、車聯網、5G通訊、智能安防等新興應用領域需求的爆發，全球集成電路產業有望在中長期持續維持高景氣度。特別是汽車電動化、智能化的趨勢，以及工業能源類節能降耗需求將引發模擬芯片的升級迭代。
（2）自給率將持續提升
作為全球模擬芯片第一大市場，我國模擬芯片自給率雖在近年有所提升，但仍然偏低。
在政策支持、高額投資、工程師紅利、國內需求快速增長等一系列有利因素的促進下，中國半導體產業有望保持快速發展勢頭，自給率持續提升。需求方面，由于2018年以來中美貿易摩擦加劇，終端廠商考慮供應鏈安全問題，紛紛尋求國產替代芯片產品。中國模擬芯片企業背靠最大的電子設備生產及需求市場，有望持續受益于產業鏈國產替代趨勢。
供給方面，國內模擬芯片廠商研發與創新更多側重于針對應用場景進行優化，符合模擬芯片場景專用化的發展趨勢。隨著近年來具有綜合能力的海外優秀工程師不斷回流，國內模擬工程師整體技術能力迅速提升，具備了集成化、定制化設計的先決條件，國內廠商逐漸從國外系統產品的簡單模仿轉為自主研發創新的階段，未來出貨量有望持續放大。
（3）技術將向高集成、低功耗、高可靠、行業定制等方向發展
個人消費電子和智能家居等領域產品功能的不斷豐富、工業控制及汽車領域對節能環保需求的不斷提升，對應用終端的外形、體積、續航時間、功能性、復雜程度、能耗等方面提出了更高的要求，從而要求模擬及數模混合芯片具有更高的集成度、更小的面積、更高的可靠性、更高的效率。
同時，隨著通用型芯片競爭的加劇，面向特定的行業應用進行定制研發，提升芯片與電子系統的適配度成為模擬及數模混合芯片企業實現差異化競爭的重要途徑。本土具備較強實力的公司在面向行業應用進行定制化研發的道路上已取得一定的成果。
（4）設計環節與工藝環節的耦合度將持續提升
模擬及數模混合芯片下游應用廣泛且多樣化，代工的標準化程度較數字芯片低，因此需要設計環節與工藝環節的深度結合。一方面，工藝平臺中工藝器件的多樣化與特色化將影響芯片產品的功耗、成本和良率等重要指標；另一方面，模擬芯片的設計受工藝制約，高標準的設計需要工藝匹配實現。
為強化設計環節與工藝環節的配合，全球模擬及數模混合芯片龍頭廠商多采用IDM模式，如德州儀器、亞德諾等。IDM模式有利于從設計到制造到封測的全流程技術改進，實現設計與工藝協同優化；同時可快速響應設計需求、驗證特色工藝，提高產品的研發效率。
但IDM模式對前期資本投入要求較高，目前大部分模擬芯片廠商采用Fabless模式，將晶圓制造、封裝測試等工藝環節委托給第三方晶圓廠和封測廠。為提升設計環節與工藝環節的耦合，部分優秀Fabless廠商在工藝技術、封測技術等方面具有較強積累，通過與晶圓廠及封測廠合作定制開發特定工藝平臺、合作投資建設產線等方式，積極打造虛擬IDM模式，代表廠商為MPS和矽力杰。
4、行業機遇與挑戰
（1）機遇
1）下游市場需求旺盛
模擬及數模混合芯片面向的下游應用領域廣泛，包括智能手機、平板電腦、TWS耳機、智能音箱、數碼相機等個人消費電子產品；電視、機頂盒、智能掃地機器人、智能門鎖、智能家電等智能家居產品；路由器、交換機、基站等網絡通信類產品；汽車、軌道交通、智能電網、數控機床、無人機、攝像頭、儀器儀表、電動工具、儲能等工業控制產品，涵蓋國民經濟的各主要領域，市場空間巨大，且受單一產業波動的影響較小。
隨著消費領域產品的持續普及與技術迭代、工業領域自動化與智能化程度的不斷提升、以及5G通訊、云計算、大數據、物聯網、人工智能等新興技術的不斷成熟，下游應用領域將長期維持高景氣度，從而保持對模擬及數模混合芯片的強勁需求，模擬及數模混合芯片廠商面臨廣闊的市場空間與長期向好的市場前景。
2）國家產業政策大力支持
作為現代信息產業的基礎和核心，集成電路產業近年來受到了國家的高度重視，各級政府部門先后出臺了一系列鼓勵政策以促進行業發展。
2014年6月，工業和信息化部發布《國家集成電路產業發展推進綱要》，提出“到2020年，集成電路產業與國際先進水平的差距逐步縮小，全行業銷售收入年均增速超過20%，企業可持續發展能力大幅增強”的發展目標。2015年5月，我國發布《中國制造2025》，將集成電路產業列為實現突破發展的重點領域，明確提出要著力提升集成電路設計水平。我國中指出，將推動集成電路產業發展列在實體經濟發展的首位。2020年8月，我國發布《新時期促進集成電路產業和軟件產業高質量發展的若干政策》，明確集成電路產業在信息產業中的核心地位，并從財稅、投融資、研究開發、進出口、知識產權、市場應用等八個方面大力支持集成電路產業發展，進一步優化集成電路產業發展環境。
為加大對集成電路產業的支持力度，國家集成電路產業基金于2014年10月成立，通過股權投資的方式支持集成電路產業鏈各環節中具有較強技術優勢和市場競爭力企業的發展。此外，北京、上海等十幾個省市地方政府也相繼成立集成電路產業基金，并鼓勵社會各類風險投資和股權投資基金進入集成電路領域。
在國家政策的大力支持和“大基金+地方政府基金+產業資本”的資金支持下，我國集成電路產業將步入新一輪加速成長的階段。
3）國產替代趨勢明顯
中國為全球最大的半導體消費國家，但自給率仍然處于較低水平，依賴進口的現象較為嚴重。根據海關總署的數據，集成電路產品的進口額從2015年起已連續七年位列所有進口商品中的第一位，2021年集成電路產品的進出口逆差達到2,788億美元，進口替代空間巨大且需求急迫。
同時，在全球集成電路行業第三次產業轉移中，中國大陸在全球產業格局中所占比重逐步提高，國內集成電路產業鏈不斷完善。制造端，中國已建和在建的6至12英寸晶圓產線投資上百億美元，全球巨頭臺積電、聯電、海力士等紛紛在中國大陸投資建廠，中芯國際、華虹NEC、華潤上華等本土晶圓制造廠商也在積極擴大產能；封測端，國內的長電科技、通富微電、華天科技等廠商技術已達到國際先進水平。產業鏈的逐步成熟為中國集成電路行業的發展創新打造了堅實的基礎。
巨大的國產替代空間和良性的產業環境下，國產替代趨勢明顯加速，擁有自主創新技術和核心競爭力的本土集成電路廠商將面臨良好的發展前景。
（2）挑戰
1）高端人才不足
集成電路設計行業為典型的知識密集型行業，要求設計人員擁有豐富、扎實的專業知識。而模擬及數模混合芯片在設計過程中可借助的EDA工具遠少于數字芯片，對于設計者的技術能力和設計經驗的依賴程度更高。近年來，在高薪資水平、個人發展空間、良好創業環境等因素的吸引下，全球半導體人才逐步向大陸轉移；同時國內高校和研究機構持續加大培養力度，國內集成電路從業人員數量不斷增加，并積累了一批中高層次的人才。但由于國內集成電路產業市場規模龐大且高速增長，專業人才的需求缺口仍然較大，尤其在模擬及數模混合芯片領域，設計經驗要求高、人才培養周期長，高端設計人才更為稀缺，短期內對于行業發展構成了較大的挑戰。
2）國產廠商芯片產品與海外龍頭廠商相比仍然存在差距
模擬及數模混合芯片具有較高的設計門檻，對設計人員的經驗要求極高，且具有下游應用領域廣泛、客戶分散的特點，因此行業內企業需要進行長期的技術研發創新，形成豐富的產品系列，并與下游客戶建立良好的合作關系。目前全球模擬及數模混合芯片市場的主要份額被德州儀器、亞德諾等海外龍頭廠商占據，國內廠商在公司規模、產品種類、工藝等方面仍然存在差距。
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