2018年中国模拟芯片发展现状分析、各嵌入式处理器区别及模拟芯片发展前景分析[图]

模拟芯片王密 2019-09-18 06:30 来源：智研咨询

一、现状

模拟集成电路主要是指由电阻、电容、晶体管等组成的模拟电路集成在一起用来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。例如，若要传输一段亮度由小变大的光线，若用模拟信号进行传输（相应的应采用模拟集成电路），那么在传输过程中的光信号的幅度就会越来越大，且是平滑连续的。

常见的模拟集成电路通常包括各种放大器、模拟开关、接口电路、无线及射频IC、数据转换芯片、各类电源管理及驱动芯片等。最主要的两大类产品为信号链产品和电源管理芯片。

随着客户和市场也正逐步从对器件功能的基础要求上升到对整体系统性能的深层需求，越来越多的产品被要求具备更高的精度、更快的速度、稳定清晰的声音、生动绚丽的图像、更长的电池使用时间等，在这样背景下，以放大器、转换器、电源管理、用户界面为代表的模拟芯片技术成为电子产业创新的一个新引擎。

基于终端应用范围宽广的特性，模拟芯片市场不易受单一产业景气变动影响，因此价格波动远没有存储芯片和逻辑电路等数字芯片的变化大，市场波动幅度相对较小。

模拟芯片的产品特点：产品生命周期长：模拟IC产品可以达到10年以上，强调高信噪比，低失真，低功耗，高可靠。与元器件结合更加紧密：需要考虑元器件布局的对称结构和元器件参数匹配形式设计开发工具少：可以借助的EDA工具远不如数字IC设计的多非CMOS制程：CMOS产品电压一般在5V以下，不适合工业和通信产品的需求。IDM：设计和生产紧密结合，因为很多产品性能差别很大。用到很多的特殊工艺，比如BCD（Biploar、CMOS、DMOS），高频领域还有SiGe和GaAs，很多性能在自建产线上才能体现更好。工程师需要多年积累：设计人员需要对器件的物理性能，拓扑结构设计和布图布线有综合的设计能力，往往需要7年以上的积累。

模拟集成电路设计的一般过程包括：①电路设计：依据电路功能完成电路的设计②前仿真：电路功能的仿真，包括功耗，电流，电压，温度，压摆幅，输入输出特性等参数的仿真③版图设计（Layout）：依据所设计的电路画版图④后仿真：对所画的版图进行仿真，并与前仿真比较，若达不到要求需修改或重新设计版图⑤后续处理：将版图文件生成GDSII文件交予晶圆生产厂进行试生产。

2018-2023F模拟芯片市场主要产品类别的复合年增率

数据来源：公开资料整理

二、嵌入式处理器行业

嵌入式处理器是许多电子设备的“数字大脑”，用于处理特定的任务，并可以根据应用程序优化其性能、功耗和成本等组合。

嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元。嵌入式处理器的特点是具有很强的实时多任务支持能力，存储区保护功能，可扩展的微处理器结构，较强的中断处理能力以及低功耗。

1、嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)

嵌入式微控制器的典型代表是单片机，这种8位的电子器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各种必要功能和外设。为适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和成本。

微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。

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

DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。目前最为广泛应用的嵌入式DSP处理器是TI的TMS320C2000/C6000系列，AD、和Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的应用范围。

嵌入式DSP处理器有两个发展来源，一是DSP处理器经过单片化、EMC改造、增加片上外设成为嵌入式DSP处理器，TI的TMS320C2000/C5000等属于此范畴；二是在通用单片机或SOC中增加DSP协处理器，例如Intel的MCS-296和Infineon(Siemens)的TriCore。

3、嵌入式微处理器(EmbeddedMicroprocessorUnit,EMPU)

MPU嵌入式微处理器是由通用计算机中的的CPU演变而来的，与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，这样可以大幅度减小系统体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。

和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板上，称为单板计算机。如STD-BUS、PC104等。
目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等。

4、嵌入式片上系统(SystemOnChip)

SOC就是SystemonChip，片上系统。它结合了许多功能块，将功能做在一个芯片上，像是ARMRISC、MIPSRISC、DSP或是其他的微处理器核心，加上通信的接口单元，像是通用串行端口(USB)、TCP/IP通信单元、GPRS通信接口、GSM通信接口、IEEE1394、蓝牙模块接口等等，这些单元以往都是依照各单元的功能做成一个个独立的处理芯片。

SOC可以分为通用和专用两类。通用系列包括Infineon的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片等。专用SOC一般专用于某个或某类系统中，不为一般用户所知。一个有代表性的产品是Philips的SmartXA，它将XA单片机内核和支持超过2048位复杂RSA算法的CCU单元制作在一块硅片上，形成一个可加载JAVA或C语言的专用的SOC，可用于公众互联网如Internet安全方面。

三、发展趋势

2018年，在全球半导体细分行业中，模拟半导体的市场收入约为590亿美元，其中德州仪器的市场份额为18%（108亿美元），为行业第一；全球嵌入式处理器的市场收入约为210亿美元，其中德州仪器的市场份额也是18%（36亿美元），同样为行业第一。

随着台积电开创代工模式，半导体产业链逐渐从IDM模式转变成VDM（设计-代工-封测）模式。模拟器件代工的最大特点就是标准化程度差，导致移植性低，目前模拟电路领域主流厂商大多为IDM模式。模拟电路需要在设计和工艺上的紧密合作，才能开发出有竞争力的产品，进一步形成技术壁垒，行业集中度特点形成。
模拟电路的生命周期很长，不少模拟电路产品生命周期长达10年以上。模拟电路产品的价格通常偏低，占下游终端成本比例较小。行业普遍产品更新换代慢，利润率低导致新增进驻企业减少，行业垄断格局不断强化。

业内龙头企业2018年销售费用与研发费用占比均超过10%。杰克基尔比的第一个集成电路；世界第一款手持计算器；世界上第一颗激光导弹；世界第一台晶体管收音机；首个单片微型计算机都是德州仪器的成就。

而跨入了21世纪，德州仪器开拓的DLP技术，也为其开拓了一个全新的，极具前景的产品线。这种MEMS技术在2011年拿下了投影市场55%的份额。

现在DLP不仅应用在投影上面，还有PCB光刻、FPD光刻、激光标签、3D打印原型设计和直接制造等都是DLP所擅长的，而针对每一个具体应用，DLP的优势也有所不同。

2018年行业龙头企业销售和研发费用情况