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中国模拟器件需求及国产模拟器发展空间趋势分析[图]

    汽车、通讯需求增长快,助推行业规模持续扩大。据调查数据预估,在电源管理、讯号转换与汽车电子三大应用的带动下,模拟芯片市场在2017~2022年的复合年增率(CAGR)将达到6.6%,优于整体IC市场的5.1%。2017年全球模拟芯片市场的规模为520亿美元,预估到2022年时,市场规模将达到748亿美元。

模拟IC复合增长高于平均

数据来源:公开资料整理

    模拟IC的下游应用领域主要有无线通讯、汽车、消费电子、工业等。其中汽车应用将是近年带动模拟芯片市场成长的最大动力,预估2019年市场规模将可成长15%。

模拟IC下游占比

数据来源:公开资料整理

汽车电子应用复合增长最高(2013-2018CAGRs)

数据来源:公开资料整理

    相比通信、计算机、消费电子在下游稳定的高位占比,汽车电子虽然占比不多,但汽车智能化、无人驾驶趋势、汽车信息娱乐系统升级、新能源汽车的逐渐普及,将催生汽车半导体市场的巨大增长空间。

    据调查数据统计,每辆汽车平均半导体成本逐年上升,从2012年的440美元/辆上升到2018年的610美元/辆。此外,根据英飞凌的统计,平均一辆传统燃油车使用的半导体器件价值为355美元,而纯电动汽车/混合动力汽车使用的半导体器件价值为695美元,几乎增加了一倍。

2012-2018年每辆汽车平均半导体成本上升

数据来源:公开资料整理

汽车半导体应用场景广泛

数据来源:公开资料整理

    通讯与消费类电子产品是目前模拟芯片最主要的应用领域,主要应用信号链、数据转换器等产品,未来3~5年的成长速度可望维持在10%以上。电源管理芯片市场则会保持相对稳定,成长速度不会很快。电源管理芯片主要的应用领域包括汽车、通信、工业、消费类、计算等方面。未来几年,通信市场将继续占据最主要的市场份额,即将到来的5G大规模布局,将进一步提升通信领域电源管理芯片需求。与此同时,汽车电气化以及工业4.0升级,也将成为电源管理芯片的助推剂。相对而言,消费类及计算方面应用需求将有所降低。

    国内晶圆开始放量,上游产能供给无忧。集成电路产业上游主要为晶圆材料,目前主要有8英寸和12英寸两种。其中8英寸硅片主要应用于特色技术或差异化技术,产品包括各种电源芯片、摄影/指纹识别等传感器、智能硬件中的MCU与无线通信芯片、智能卡等,涵盖消费类电子、通信、计算、工业、汽车等领域。而12英寸硅片主要用于制造CPU、逻辑IC、存储器等高性能芯片,多用于PC、平板、手机等领域。因此,在模拟IC上游,主要使用8英寸晶圆。
在2007年以后,全球8英寸晶圆产能逐渐下降,近年来8英寸晶圆制造能力已经处于短缺状态。原因主要是12英寸晶圆的主流化趋势下,8英寸产能被挤出替代。而由于汽车、工业领域对半导体的需求逐步增长(应用于汽车、工业领域的半导体多为8英寸产品),2017年,8英寸晶圆需求又增长了9.2%,而供给端无法跟上。

    供需紧张的情况也反映在了产能利用率的大幅上升上,2016年以前,8寸晶圆厂产能利用率的全球平均水平约为78~85%,近年来每年大概提升4%,2017年产能利用率创历史新高。

2013-2022年全球8英寸晶圆厂产能持续上升

数据来源:公开资料整理

    据调查数据预测,由于移动通讯、物联网、车用和工业应用的强劲需求,2019到2022年8英寸晶圆厂产量预计将增加70万片,增幅为14%。有鉴于上述的众多应用都在8英寸找到适合的生产甜蜜点,未来几年将提高全球8英寸晶圆厂产能至每月接近650万片。

     据预计,全球200mm晶圆厂将从2017年的194个增长到2022年的约210个,中国、东南亚、台湾和美洲新增晶圆厂占比分别为44%、19%、10%与8%。可以看到,中国国内8英寸晶圆厂的扩张规模巨大。

国内现有8英寸产线扩产在即

生产线
形式
产能(万片/月)
投资金额(亿元)
中芯集成电路(宁波)有限公司
投产
-
55
北京燕东微电子科技有限公司
投产
5
48
杭州士兰集昕微电子有限公司
扩产
2-3
5
上海新进芯微电子有限公司
扩产
0.3-1
-
中芯国际集成电路制造(天津)有限公司
扩建
6
15
英诺赛科(珠海)科技有限公司
在建
6.5
60
上海积塔半导体有限公司
在建
6
359
海辰半导体(无锡)有限公司
在建
10
69

数据来源:公开资料整理

    2018年内有关中国晶圆生产线的项目共46个,总投资金额高达14000亿人民币。截止2018年底,我国晶圆制造厂8英寸为90万片,目前仍有大量8英寸扩产计划在投产和建设过程中。

    产业链国内转移,国产替代趋势明显。在国内集成电路需求旺盛,市场替代空间巨大,政策引导支持的背景下,集成电路产业链国内转移趋势加速进行中。

    集成电路产业是国民经济和社会发展的战略性、基础性产业,是中国信息技术发展和工业转型的重要动力。根据中国半导体行业协会统计,2017年中国大陆集成电路产业需求量达到1.3万亿元,同比增长率达到8.9%。根据ICInsights统计,2017年中国大陆集成电路的需求量约占全球市场规模的44.8%。

    我国集成电路严重依赖进口,自给率低的情况长期存在。一方面,自给率低反映了技术能力和产业规模落后于世界水平的现状,另一方面,这一空缺给予了产业国产化替代的广泛空间。按照HIS预测,国内模拟IC2020年市场规模有望达到33亿美元,若完全实现自给,替代空间大约为273亿美元。

中国集成电路销售额及自给率不断上升

数据来源:公开资料整理

    目前看来,国内企业正在抓住发展时机,广泛投入集成电路自主研发、产能扩张的潮流中。从集成电路设计公司数目上看,2001年后,欧美Fabless模式公司每年新增数逐年下降,与之相反,中国集成电路产业市场新进者增多,集成电路产业创投氛围较好,尤其是2016年至今,国内集成电路设计公司数目突增,目前全球新设立的Fabless设计公司大多落址中国国内。

    世界集成电路产业为适应技术发展和市场需求经历了三次变革,随着技术的进步和市场的不断变化,集成电路行业已经逐渐由原来“大而全”形式的产业演化成目前“专而精”的多个细分子产业。

    国内集成电路设计行业在上下游协同背景下快速发展。随着全球集成电路产业重心向中国转移,国内外知名的晶圆制造商、封装测试企业纷纷在我国建立或扩充生产线,为国内集成电路设计企业提供了充足的产能基础,对芯片设计业起到了良好的上下游协同作用;此外,全球知名的集成电路企业也纷纷在中国设立研发中心,促进了国内集成电路设计行业发展,也促进了行业人才的培养和技术的积累。

    对于行业的发展现状来看,长生命周期、元器件的整合、设计开发以来优秀的经验工程师、制程复杂、自建产线都是行业的现状,也是行业的发展路径。

    1、产品生命周期长。根据不同客户的需求,模拟IC产品生命周期可长达10年,因此下游客户对产品性能要求严格,产品技术通常依靠设计企业的长期摸索和实践积累,knowhow时间长。

    模拟IC强调的是高信噪比、低失真、低功耗、高可靠性和稳定性。产品一旦达到设计目标就具备长久的生命力,生命周期长达10年以上的模拟IC产品也不在少数。如音频运算放大器NE5532,自上世纪70年代末推出直到现在还是最常用的音频放大IC之一,几乎50%的多媒体音箱都采用了NE5532,其生命周期超过25年。

    2、元器件的整合也非常重要。模拟IC在整个线性工作区内需要具备良好的电流放大特性、小电流特性、频率特性等;在设计中因技术特性的需要,常常需要考虑元器件布局的对称结构和元器件参数的彼此匹配形式;模拟IC还必须具备低噪音和低失真性能。电阻、电容、电感都会产生噪音或失真,设计者必须考虑到这些元器件的影响。

    3、优秀的模拟芯片设计大咖非常稀缺。模拟芯片在整个线性工作区内需要具备良好的电流放大特性、小电流特性、频率特性等,因此常常需要考虑元器件布局的对称结构和元器件参数的彼此匹配形式。这些都需要设计人员具备对器件物理特性理解、拓扑结构的设计技巧以及布图布线的设计能力等综合设计能力,往往需要5年以上的时间积累,因此模拟工程师稀缺。

    4、辅助工具少测试周期长。模拟IC设计的辅助工具少,其可以借助的EDA工具远不如数字IC设计多。由于模拟IC功耗大,牵涉的因素多,而模拟IC又必须保持高度稳定性,因此认证周期长。此外,模拟IC测试周期长且复杂。

    5、龙头企业自建生产线。模拟IC早期使用Bipolar工艺,而后过渡到BiCMOS工艺(结合了Bipolar工艺和CMOS工艺两者的优点),还有CD工艺(CMOS工艺和DMOS工艺结合在一起)。BCD工艺则是结合了Bipolar、CMOS、DMOS三种工艺的优点。在高频领域还有SiGe和GaAS工艺。这些特殊工艺需要晶圆代工厂的配合,同时也需要设计者加以熟悉,很多产品的性能在自建产线中得到最优产品性能。某些模拟IC产品需要采用特殊工艺和封装,必须与晶圆厂联合开发工艺,如BCD工艺和30V高压工艺。

    相关报告:智研咨询发布的《2019-2025年中国无人机模拟器行业市场供需预测及发展前景预测报告

本文采编:CY337

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