2020/5/7 23:03:28
来源:芯智讯
集成电路按其功能、结构的不同,可以分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。
模拟集成电路又称线性电路,主要是指用来产生、放大和处理连续函数形式模拟信号(如声音、光线、温度等)的集成电路;可处理连续性的光、声音、速度、温度等自然模拟信号;按应用来分可分为标准型模拟芯片 和特殊应用型模拟芯片,按技术来分可分为只处理模拟信号的线性芯片和同时处理模拟与数字信号的混合芯片。
数字集成电路对离散的数字信号(如用 0 和 1 两个逻辑电平来表示的二进制码)进行算术和逻辑运算的集成电路,用来传递、加工、处理数字信号,是近年来应用最广、发展最快的芯片 品种,可分为通用数字芯片和专用数字芯片。
数字电路芯片就是处理数字信号的器件,比如 CPU、逻辑电路等;而模拟电路芯片是处理和提供模拟信号的器件,比如运算放大器、线性稳压器、基准电压源等。数字芯片处理的是非连续性信号,都是脉冲方波。而模拟芯片处理的信号都具有连续性,可以转换为正弦波研究。
1、与数字芯片相比,模拟芯片的四大特点:
①应用领域繁杂
模拟集成电路按细分功能可进一步分为线性器件(如放大器、模拟开关、比较器等)、信号接口、数据转换、电源管理器件等诸多品类,每一品类根据终端产品性能需求的差异又有不同的系列,在现今电子产品中几乎无处不在。
②生命周期长
数字芯片强调运算速度与成本比,必须不断采用新设计或新工艺,而模拟集成电路强调可靠性和稳定性,一经量产往往具备长久生命力。
根据一些资料的观点,数字芯片更为强调运算速度与成本比的提升,其性能的改进由晶体管集成数量的增加和特征尺寸与晶体管尺寸的减少所决定,即戈登·摩尔提出的摩尔定律所决定,因此数字芯片的生命周期很短,大约仅为 1 至 2 年;而模拟芯片的改进则更多地体现在电路速度、分辨率、功耗等参数方面的提升,强调的是高信噪比、低失真、低耗电和高稳定性,因而产品一旦达到设计目标就具备长久的生命力,生命周期可长达 10 年以上。
③人才培养时间长
模拟集成电路的设计,需要额外考虑噪声、匹配、干扰等诸多因素,要求其设计者既要熟悉集成电路设计和晶圆制造的工艺流程,又需要熟悉大部分元器件的电特性和物理特性。加上模拟集成电路的辅助设计工具少、测试周期长等原因,培养一名优秀的模拟集成电路设计师往往需要 10 年甚至更长的时间。
④价低但稳定
由于模拟集成电路的设计更依赖于设计师的经验,与数字集成电路相比在新工艺的开发或新设备的购臵上资金投入更少,加之拥有更长的生命周期,单款模拟集成电路的平均价格往往低于同世代的数字集成电路,但由于功能细分多,模拟集成电路市场不易受单一产业景气变动影响,因此价格波动幅度相对较小。
2、模拟芯片分类
模拟集成电路由电源管理、信号链路两大模块组成,电源管理芯片为主要占比。由于基本上电子系统均需供电,因此电源管理芯片占模拟芯片整体比例较高。
电源管理:包括线性稳压器、DC/DC 开关稳压器、电源MOSFETs、LED 驱动器等,主要功能以电路的降压、升压、稳压和电压反向等为主。需要供电的系统基本上都会需要电源管理芯片,市场空间较大。同时由于技术指标要求基本稳定,技术更新迭代较慢,因此壁垒相对较低,国内公司布局较多。
信号链路:连接真实世界和数字世界的桥梁,包括放大器、比较器、模拟开关等,主要功能为模拟信号的放大、变频和滤波。可以将自然界实际信号如天线或传感器接受到的电磁波、声音、温度、光信号转换为多位数字信号,便于后续的数字信号处理器处理。其中的射频前端芯片需紧跟通信技术进步,技术更新迭代速度较高,壁垒较高。
一个完整信号链的工作原理为:从传感器探测到真实世界实际信号,如电磁波、声音、图像、温度、光信号等并将这些自然信号转化成模拟的电信号,通过放大器进行放大,然后通过 ADC 把模拟信号转化为数字信号,经过MCU 或 CPU 或 DSP 等处理后,再经由 DAC 还原为模拟信号。可以说,信号链是电子设备实现感知和控制的基础,是电子产品智能化、智慧化的基础。
四、模拟芯片市场格局:欧美厂商占据主导地位,国产化正在加速
近年来,在物联网、可穿戴设备、云计算、大数据、新能源、医疗电子和安防电子等为主的新兴应用领域强劲需求带动下,模拟集成电路市场不断增长。
根据 WSTS 统计,从 2013 年 到 2018 年,全球模拟集成电路的销售额从 401 亿美元提升至 588 亿美元,占全部集成电路销量比例始终保持在 16%左右,年均复合增长率达到 7.96%。模拟集成电路的使用一直以消费类电子产品为主,这几年一直保持稳定增长,高性能模拟市场在今后的一段时间里发展潜力较大。在未来的 2-3 年发展中,模拟市场的发展有望超越数字市场。
从全球模拟芯片市场竞争格局来看,由于模拟芯片市场规模大,应用场景广,且市场竞争分散,头部供应商并未形成垄断,但市场中的领导者均以欧美厂商为主。
根据 IC Insights 的统计数据,2018 年全球前十大模拟 IC供应商的市占率总和约为 60%,销售总额达 361 亿美元,而 2017 年同比市占率的总和接近 61%,集中度基本保持不变,但销售总额约为 330 亿美元。此外,从 TI和ADI的营收结构中可以看出,亚太和北美市场为二者贡献了主要营收。
数据也显示,中国模拟芯片 市场占全球的比例超过了 50%,市场规模巨大。2018 年中国模拟芯片行业的市场规模达 2273.4 亿元(约为 322 亿美元),同比增速为 6.23%,近五年来的复合增速为 9.16%。而从产业链下游端来看,国内模拟芯片市场的下游应用主要集中在网络通信、消费电子、汽车电子等领域,其中网络通信为最大应用市场。
相对于欧美模拟芯片厂商的强势的市场地位来说,绝大部分国内模拟芯片厂商起步较晚,研发投入相对较低,产品以中低端芯片为主,而且在价格上竞争激烈。
不过,近年来,随着技术的积累和政策的支持,部分国内公司在高端产品方面取得了一定的突破,逐步打破国外厂商垄断,以满足芯片“自主、安全、可控”的迫切需求。
目前国内的模拟芯片上市公司主要有圣邦微、士兰微、韦尔股份、华大半导体、矽力杰等企业。
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