模拟芯片何时翻身?

来源:内容由半导体行业观察(ID:icbank)原创,作者:张健,谢谢。

数字芯片和模拟芯片作为一对缺一不可的“兄弟”,共同支撑起了整个半导体产业,以及各个应用领域。然而,随着制程工艺水平的不断提升,特别是28nm成熟以后,数字逻辑芯片,以及存储芯片的发展势头越来越迅猛,其性能、功耗和尺寸面积(PPA)的不断优化,明显超过了同时期模拟芯片的PPA提升水平。从营收层面看的话,数字芯片的整体市场规模明显高于模拟芯片的。

来自IC Insights的预测显示,以NAND Flash和DRAM为代表的存储芯片,到2020年底仍将是最大的IC市场,预计这两种存储器类别将占今年IC总销量的三分之一。不过,由于存储器相对特殊一些,所以不在本文的讨论范围之内,这里主要讨论数字逻辑芯片(CPU、GPU、FPGA、DSP等),以及模拟芯片(包括模拟IC和OSD,OSD是光电器件、传感器和分立器件的缩写)。

如下图所示,不考虑NAND Flash和DRAM,销售额最高的三类芯片是计算机CPU,高性能计算用逻辑芯片,以及手机处理器,这些都是数字芯片。而在IC Insights给出的这份销售额前5榜单中,没有出现模拟芯片。

就今年的情况来看,尽管2020年总体微处理器增长不如今年年初预期的强劲,但在全球Covid 19病毒大流行期间,Internet使用量的增加使大型计算机CPU市场类别受益。最初,由于中国和亚洲的供应链限制和其他问题,计算机销售下降,但是随着病毒大流行期间更多的消费者、学校和企业增加了对Internet的使用,对个人计算系统和数据中心服务器的需求在2020年第二季度有所增长。因此,对计算机CPU、MPU的预测显示,销售额将增长2.2%,达到约417亿美元。

冠状病毒大流行在上半年严重冲击了手机市场,但预计下半年智能手机的销售将逐步改善,尤其是随着5G手机的早期用户开始购买。不过,手机应用处理器的销售额预计将下降3.0%,至209亿美元,但这仍将使其成为第五大IC产品类别。

模拟IC方面,虽然销售额比不过逻辑芯片,但它们的出货量排名靠前,如上图所示,预计2020年IC单元出货量的5个最大类别中的3个将是模拟IC。2020年,电源管理模拟器件的出货量预计将再次超过下3个最大的IC产品类别的总出货量。预计列表中显示的3个模拟IC类别中的每一个单位出货量都将下降。而反观数字逻辑类IC,除了手机处理器销售额同比下降3%以外,其它的都是正增长。此消彼长,数字和模拟IC的差异就更加明显了。

而在OSD方面,IC Insights于5月发布了2020年第一季度全球10大半导体(包括IC和OSD)销售排名,如下图所示。

在这10家厂商中,有6家只有IC业务,不涉及OSD,而另外4家既有IC,也生产OSD,而在这4家中,除了SK海力士之外,其它3家的OSD业务同比增长均为负值,其中两家(Broadcom和TI)的营收总额同比增长为负,而SK海力士的OSD业务同比增长幅度不大,而且其总销售额同比增长为0%。

因此,综合来看,OSD成为了多数厂商“拖后腿”业务板块。

由于covid 19疫情在全球范围内爆发,到3月底,病毒危机加剧,导致IC Insights下调了对半导体行业2020年的预测,包括对OSD进行的市场分析和预测。报告显示,今年OSD的总销售额将下降6%,结束2019年实现的10年来创纪录的年度销售额。

排名2019年11月,IC Insights发布了2019年全球排名前15位的半导体供应商预测榜单,如下图所示。

可以看出,排在前5位的,都是以生产数字芯片为主的,排在第三位的台积电也是如此,该公司的营收主要来源于28nm、16nm和7nm制程的芯片,而这三种工艺大都是用来生产逻辑芯片的。

台积电的第一个10年,大客户都来自PC产业;第二个10年,靠手机登上巅峰;如今,台积电在高性能芯片制造上,实力超越英特尔。这些从一个侧面体现出数字芯片市场规模之强大。

在这份榜单中,模拟芯片霸主TI排在第二梯队,总排名第8,可见,在整体营收规模上,模拟芯片处在下风。

而晶圆代工厂排名也类似,霸主台积电市占率超过50%,遥遥领先于其它对手。而排在第三的格芯,以及第四的联电放弃了10nm及更先进制程的研发,专攻特种工艺,而这类工艺大都用以制造模拟芯片。

地域从地域情况来看,美国半导体是最强的,而且无论是设计,还是制造,实力较为平均,更重要的是,该地区的模拟和数字芯片实力更为平均,没有特别明显的“偏科”现象。

而作为另一个老牌的半导体地区,欧洲的模拟芯片实力很强,可以与美国分庭抗礼,而该地区的数字芯片,无论是逻辑IC,还是存储芯片,规模小,营收少。而欧洲三强,英飞凌、ST和NXP的全球排名也都在9\~15之间。

另外一个地区日本,大都是传统的IDM厂,且主攻数字逻辑芯片的很少,多以射频、功率半导体,以及OSD为主。近些年,它们的营收排名也很难进入全球前10(东芝进入前10,主要得益于其存储芯片业务)。

在中国台湾地区,台积电和联发科是领头羊企业,它们的收入来源也都是以数字逻辑芯片为主。

而中国大陆的数字和模拟芯片整体水平都比较弱,但相对来说,模拟芯片的发展历史和成熟度,较之数字逻辑芯片有优势。因此,作为全球最大的新兴半导体市场,中国大陆的贡献潜力巨大。

模拟芯片的希望数字芯片的性能发展速度明显快于模拟芯片的,这也是摩尔定律发展带来的差异化之一吧。而在应用端,模拟芯片元器件的数量并不比数字芯片少,甚至具有数量优势,其实,这也是模拟芯片不断发展的最大优势所在。

随着5G和物联网的落地和普及,需要的模拟芯片,特别是射频芯片和传感器,未来对它们数量和质量的要求将越来越高。

5G的射频前端,无论是基站还是手机,需要MIMO技术支持,这就对射频收发器、LNA、混频器、PA、开关等的数量需求大幅增长,与此同时,对这些芯片的抗干扰能力的要求也提升了。因此,未来的射频工艺也要随之提升,第三代化合物半导体正适合这样的应用需求。

以上这些就可以从数量和性能等多方面推升模拟芯片的整体规模和营收。

另外,物联网对传感器的需求量大增,最具代表性的就是CMOS图像传感器(CIS)。由于手机、汽车和安防的需求量暴涨,使得CIS在过去两年时间内出现了严重的供不应求局面。在这样的需求背景下,随着上游晶圆的产能愈发紧张,CIS芯片的供货缺口也进一步加大。2019年,5M及以下的CIS出现了两次大规模涨价,而涨价的厂商大都分布在我国大陆地区,其中,格科微的缺货情况尤为明显,为缓解压力,格科微不得不在短期内两次上调产品价格,整体涨幅至今已接近40%。此外,思比科、比亚迪等多家CIS芯片厂商同样有调价操作。而CIS行业老大索尼更是破天荒地将部分订单交给了台积电生产,因为索尼的产能已经满载,必须向外寻求产能帮助,才能满足客户的订单需求。

2019年底,,IC Insights对15家厂商的营收同比增长率进行了排名,如下图所示。

可以看出,索尼,台积电和联发科排名最高,特别是索尼,同比增长了24%,且排名上升最快,这主要是因为去年CIS市场火爆造成的,使得这家全球最大的CIS芯片企业,实现了强劲的销售增长,由2018年的第15位,上升到了第11位。

在未来推动模拟芯片市场增长方面,除了5G射频前端和传感器值得期待之外,并购或许也是一条捷径。

在过去几年里,特别是2015和2016年出现了席卷全球的半导体行业并购热潮,这其中既有数字芯片业务的整合,也有模拟芯片业务的整合。模拟芯片方面,让人印象深刻的大额并购案主要有2011年TI收购美国国家半导体,以及后来的NXP收购飞思卡尔、ADI并购Linear,英飞凌收购赛普拉斯,以及最近的ADI收购Maxim。这些都使模拟芯片业务更加集中,规模效应更加明显,相应厂商营收规模和排名也会提升。或许在不久的将来,要想进一步提升模拟芯片的影响力,业务重组和并购也会是重要的实现方式。

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