模拟芯片行业深度报告（附下载）
时间：2021-12-07 14:14:09
手机看文章
扫描二维码
随时随地手机看文章
[导读]内容来源：国信电子，谢谢！模拟芯片连接物理世界和数字世界，市场规模将超过700亿美元集成电路分为模拟芯片和数字芯片，分别处理连续的模拟信号和离散的数字信号，虽然数字芯片的规模远大于模拟芯片，但模拟芯片在电子系统中是不可或缺的。根据WSTS的数据，2020年全球模拟芯片市场规模为5...
内容来源：国信电子，谢谢！
模拟芯片连接物理世界和数字世界，市场规模将超过700亿美元集成电路分为模拟芯片和数字芯片，分别处理连续的模拟信号和离散的数字信号，虽然数字芯片的规模远大于模拟芯片，但模拟芯片在电子系统中是不可或缺的。根据WSTS的数据，2020年全球模拟芯片市场规模为557亿美元，预计2021年将增长31%达到728亿美元。我们估算2020年全球模拟芯片市场中电源管理芯片（~300亿美元）、信号链芯片（~100亿美元）、射频芯片等（~150亿美元）分别占比55%、18%、27%。
产品、客户、人才是模拟芯片企业的竞争优势来源与数字芯片相比，模拟芯片具有应用领域繁杂、生命周期长、人才培养时间长、价低但稳定、与制程配合更加紧密等特点。基于这些特点，产品、客户、人才需要模拟企业长期积累，是其长期竞争优势的主要来源。由于产品种类多、客户广泛，模拟芯片领域很难一家独大，2020年第一大厂商德州仪器的市占率不超过20%，其余厂商市占率均不超过10%。从竞争格局来看，全球大厂的排名和市占率变化主要来自兼并收购。
集成与分立长期并存，工业、汽车是未来的重点方向从模拟芯片发展趋势来看，“电子 ”带动需求增长，集成化是趋势，但由于需求各异，分立产品也将长期存在。同时，德州仪器推动模拟产品向12寸产线转移，2020年其47%的模拟收入来自12英寸产线，在德州仪器的引领下，台积电等代工厂也逐步跟进。从下游应用领域来看，工业、汽车的占比有所提升，德州仪器来自工业和汽车电子的收入占比分别由2013年的24%、13%提高到2020年的37%、20%，亚德诺的占比分别由FY2009的43%、10%提高到FY2020的53%、16%。
国产替代加速，推荐泛模拟企业或具有边界拓展潜力的模拟企业我国是模拟芯片最大的市场，2020年占全球的36%，但自给率仅约12%。随着国产替代需求增加，在政策、资本、客户的支持下，我国模拟企业进入黄金发展期，得到了难得的验证和导入机会。我们看好产品和下游都广覆盖的圣邦股份，聚焦泛通讯和泛工业领域的思瑞浦，以家电为立足点向其他领域进行拓展的芯朋微，以手机为立足点向其他领域进行拓展艾为电子、力芯微，以LED驱动为立足点向其他领域拓展的晶丰明源。
风险提示：需求不及预期，国产化进程不及预期，行业竞争加剧。
模拟芯片连接物理世界和数字世界模拟芯片负责处理连续的模拟信号，是电子系统中不可或缺的部分模拟信号具有连续性，数字信号具有离散性。信号是反映消息的物理量，可以从不同角度进行分类。在电子电路中，信号可分为模拟信号和数字信号。模拟信号在时间和数值上均具有连续性，数字信号相反，在时间和数值上均具有离散性。对于模拟信号而言，任何瞬间的任何值都是有意义的；对于数字信号而言，两个整数之间的值是没有意义的，通过设定的阈值将其确定为N或N 1。大多数现实物理量所转换成的电信号是模拟信号，比如温度、压力、声、光等。集成电路分为模拟芯片和数字芯片，分别处理模拟信号和数字信号。半导体产品可分为集成电路、光电子、分立器件和传感器四大类；其中集成电路占比超过80%，从大类上又可分为模拟芯片和数字芯片，分别处理连续的模拟信号和离散的数字信号，近几年模拟芯片销售额占集成电路销售额的比例在16%左右，2020年为15.4%。虽然数字芯片的市场规模远大于模拟芯片，但模拟芯片在电子系统中是不可或缺的。自然界的真实信号通过传感器提取后变为模拟信号，模拟信号需要经由模拟芯片处理后才能被数字芯片使用。由于传感器、接收器实际提供的信号很微弱，噪声大且易受干扰，所以一般需要进行信号的预处理，包括放大、滤波、隔离等。预处理完成后再进行加工，包括运算、比较、转换等，加工完的信号一般不足以驱动负载，所以还需要进行功率放大。如果信号需要进行数字化处理，则将预处理后的模拟信号通过A/D转换器转为数字信号，处理完后再通过D/A转换器转为模拟信号。可见，模拟芯片是电子系统中不可或缺的一部分。模拟芯片市场规模将超700亿美元，电源管理和信号链合计占近七成根据功能划分，模拟芯片可分为电源管理芯片、信号链芯片、射频芯片，其中射频芯片是处理射频频段的信号链芯片，为了方便区分，我们将信号链芯片和射频芯片单列开来。按输入/输出响应关系，模拟芯片可分为线性电路（如运算放大器）和非线性电路（如模拟乘法器）；按应用领域不同又可分为通用型电路和专用型电路，通用型电路如运算放大器、电压调整器、模数转换器、数模转换器等，专用型电路如音响电路、电视接收机电路等。2021年全球模拟芯片市场规模将达到728亿美元，同比增长31%。根据WSTS的数据，全球模拟芯片市场规模由2003年的268亿美元增长到2020年的557亿美元，占半导体整体市场的12.6%，占集成电路市场的15.4%，预计21、22年将分别增长31%、9%达到728亿美元、792亿美元。我们估算2020年全球模拟芯片市场规模中电源管理芯片（~300亿美元）、信号链芯片（~100亿美元）、射频芯片等（~150亿美元）分别占比55%、18%、27%。电源管理芯片调节电能供应，产品种类繁多电源管理芯片是模拟芯片最大的细分市场，是所有电子产品和设备的电能供应中枢和纽带。电源管理芯片几乎存在于所有的电子产品和设备中，负责所需电能的变换、分配、检测和管理，将电源从某一种形式高效且稳定的转换为另一种形式，比如将交流电转换为直流电，将高压直流电转换为低压直流电等。根据智研咨询的数据，全球电源管理芯片市场规模由2016年的200亿美元增加至2020年的330亿美元，年复合增长率为13.3%。
由于不同的电子设备、应用场景所需的电源管理方案各有不同，电源管理芯片具有应用范围广、细分品类众多的特点，包括AC/DC（交流/直流）转换器、LDO（Low Dropout Regulator，低压差线性稳压器）、LED驱动器、马达驱动器、电源监控器、过流保护、过压保护等。AC/DC转换器：将交流电转换为直流电的称为“整流”，将直流电转换为交流电称为“逆变”，下面主要讨论“整流”。因为家庭住宅和楼房接收到的电压是100 V或200 V的交流电，而大部分电器产品使用的都是直流电，所以需要将交流电转换为直流电。每一个家电至少使用一颗AC/DC芯片，电源适配器中也至少有一颗AC/DC芯片。AC/DC的整流方式分为全波整流和半波整流。全波整流是通过二极管桥式电路结构将输入电压的负电压成分转换为正电压后整流成直流电压；半波整流是使用一个二极管来消除输入负电压成分后整流为直流电压。之后，利用电容器的充电和放电功能来平滑波形，从而转换为纯净的直流电压。与不利用输入负电压成分的半波整流相比，全波整流效率更高。在相同的电容器容量和负载条件下，全波整流的纹波电压更小，稳定性更高、性能更优。AC/DC的转换方式分为变压器方式和开关方式。变压器方式首先需要通过变压器将交流电压降压到适当的交流电压（例如从AC100V降至AC10V），这属于AC/AC转换，降压值由变压器的绕组比设定；然后通过二极管桥式整流器对经过变压器降压的交流电压进行全波整流，转换为脉冲电压；最后，经电容器平滑并输出纹波小的直流电压，这是传统的AC/DC转换方法。开关方式是直接用二极管桥式整流器对交流电压进行整流，然后用电容器平滑直流电压，之后通过开关元件的ON/OFF对直流电压进行斩波（切割），并经过高频变压器降压后传送到整流二极管进行半波整流，最后用电容器对其进行平滑并输出直流电压。与变压器方式相比，开关方式由开关元件和控制电路组成，电路结构较复杂，但由于基于高频控制可以使用小型变压器，所以设备可以小型化、轻便化。DC/DC转换器：将输入的直流电压转换为所需的直流电压并实现稳定化，可以升压，也可以降压。一个电子产品中的部件具有各自固有的工作电压范围，电压精度要求也不同，需要DC/DC转换器提供所需电压值的稳定电压。按转换方式，DC/DC转换器可分为线性稳压器和开关稳压器两大类，线性稳压器设计简单，但效率低，且只能实现降压；开关稳压器设计复杂，但效率高，既能实现降压，也能实现升压、反相。线性稳压器工作时输入与输出的关系呈线性，只可以降压，适用于小功率电源。根据输出电压的正负，线性稳压器可分为正线性稳压器和负线性稳压器；根据输出电压是否可变，可分为固定型线性稳压器和可变型线性稳压器；根据输入输出之间的电压差大小，可分为标准型线性稳压器和LDO（低压差线性稳压器）。标准型线性稳压器压差一般在2V以上，LDO可做到1V以下。开关稳压器是通过控制晶体管在ON状态和OFF状态之间切换（开关动作），使输出电压保持稳定，可实现降压、升压、反相。降压型开关稳压器有异步整流（二极管）型和同步整流型两种，同步整流型将异步整流型中的二极管替换为场效应管，在电流较大时效率更高，但在轻负载时效率较低，电路也更为复杂。以降压型开关稳压器为例，其工作原理如下：①与基准电压进行比较，检查输出电压是否为设定电压；②低于设定电压时，开关变为ON，从输入向输出供电；③电感蓄积磁能；④如果输出电压高于设定电压，开关变为OFF；⑤电感所蓄积的磁能变为电流传给输出负载，再返回电感；⑥电感的磁能消失，输出电压开始下降时，开关会重新打开。信号链芯片负责信号处理，连接物理世界和数字世界信号链芯片是连接物理世界和数字世界的桥梁，负责对模拟信号进行收发、转换、放大、过滤等，产品主要包括线性产品、转换器产品、接口产品三大类。根据IC Insights的报告，全球信号链模拟芯片的市场规模将从2016年的84亿美元增长至2023年的118亿美元，年均复合增速约 5%。2019年线性产品是信号链产品中占比最高的品类，约占39%。线性产品：主要完成模拟信号在传输过程中放大、滤波、选择、比较等功能，代表产品有放大器、比较器、模拟开关等。放大器和比较器的结构、工作原理比较接近，用途上有所不同，放大器用于等比例放大信号，比较器用于比较两个电压值或电流值的大小，比较器的响应速度更快。模拟开关主要是完成信号链路中的信号切换功能，起接通信号或断开信号的作用，具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点。下面主要介绍运算放大器。运算放大器是一种对微弱信号进行放大的电路，输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果，已经历四代产品。自仙童半导体公司于1960年研制出第一个硅集成单芯片运算放大器后，运算放大器至今已经历了四代产品。仙童半导体公司1968年推出的μA741和ADI公司1975年推出的OP07是运算放大器经典产品，至今仍被广泛使用。根据内部结构和制造工艺的不同，运算放大器分为双极型、CMOS型、Bi-JFET、Bi-MOS型。双极型运放一般输入偏置电流、器件功耗较大，但由于采用多种改进技术，所以种类多、功能强。CMOS型运放输入阻抗高、功耗小，可在低电源电压下工作，已有低失调电压、低噪声、高速度、强驱动能力的产品。Bi-JFET、Bi-MOS型运放采用双极型管与单极型管混合搭配的生产工艺，以场效应管作输入级，使输入电阻高达1012Ω；Bi-MOS常以CMOS电路作输出级，可输出较大功率。根据输入输出电压范围的差异，运算放大器大致分为双电源运算放大器、单电源运算放大器、轨到轨运算放大器三种类型。双电源运算放大器在大多数情况下需要使用正负两种电源；单电源运算放大器不需要使用负电压源，因其可以检测到接地电平的输入信号，故也被称为“接地检测运算放大器”；轨到轨运算放大器在输入电压从VEE到VCC波动都可以正常工作，也被称为“输入/输出满摆幅运算放大器”。根据性能指标的不同，运算放大器可分为通用型和专用型两类。通用型运放用于无特殊要求的电路之中，性能指标的数值一般处于固定区间。专用型运放为了适应各种特殊要求，在某一方面的性能会特别突出，如高速型运放带宽和转换速率一般较高，主要用于通信设备、视频系统和测试仪器等，典型产品如ADI的AD8003，带宽1.65 GHz，SR高达4300 V/μs；低功耗型运放具有工作电压低、静态电流小的特点，主要用于便携式、可穿戴电子产品。专用型运放一般是针对特定功能和应用而生产的，在便携式设备、测试与测量仪器、医疗系统级特殊信号处理等场合具有广泛应用，如视频放大器、可变增益放大器、差分驱动放大器、线性隔离放大器、电流检测放大器等，其发展趋势是更高的带宽、更高的带宽、更低的失真度、更低的功耗。随着应用需求的发展，将会产生新的专用型放大器类别。转换器产品：完成模拟信号和数字信号的相互转换，包括ADC和DAC两种。ADC（Analog-to-Digital Converter）将模拟信号转换成数字信号，朝着高精度、高转换速率、低功耗、单电源、低电压等方向发展，通过采用先进的CMOS工艺、时间交织采样和越来越多的数字辅助校正技术提升性能。DAC（Digital-to-Analog Converter）将数字信号转换成模拟信号，朝着高精度、低功耗、多信道、多功能集成方向发展。ADC模数转换包括采样、保持、量化、编码四个过程。采样是将一个时间上连续变化的模拟信号经由一系列等间隔的采样脉冲转化为时间上离散的采样信号，这个时间间隔称为采样周期。保持是指要把一个采样输出信号数字化，需要将采样输出所得的瞬时模拟信号保持一段时间，在此期间采样值保持不变。量化是对经过采样后在时间上离散的信号进行处理，使其在幅值上离散，量化过程中会引入量化误差，即输出信号的等效模拟值与实际输入信号模拟值之间的差值。编码是将量化后的信号以特定的数字码型输出。转换速率、分辨率、精度是ADC产品的核心性能参数。转换速率是指完成一次从模拟到数字的转换所需的时间的倒数，代表每秒采样次数，常用单位是KSPS（Kilo Samples per Second，每秒采样千次）和MSPS（每Million Samples per Second，每秒采样百万次）。为了保证转换的正确完成，采样速率必须小于或等于转换速率。分辨率是转换器能分辨的最小输出电压变化量与最大输出电压即满量程输出电压之比，是衡量ADC精度的一个非常重要的指标，N位ADC的分辨率约为1/（2^N），N的数值越高代表分辨率越高，即最小分辨率越小。精度是实际输出电压与理论输出电压的偏离程度，除了受分辨率影响外，还受系统其他各种误差的影响。按照转换方法的不同，ADC可分为闪存型、双积分型、逐次逼近型、流水线型、Σ-Δ型。闪存型ADC是一种直接型ADC，输入信号被采样后同时与多个参考电压进行比较，转换速度最快，但所需的比较器和触发器较多，N位分辨率需要2^N-1个比较器，电路规模和功耗限制了分辨率的提高，一般最高为8位左右，成本也较高，一般较少使用。双积分型ADC是一种间接型ADC，先对输入的采样信号和基准电压进行两次积分，获得与输入信号成正比的时间间隔，同时用计数器对标准时钟脉冲计数，计数器的计数值就是ADC输出的数字量，性能比较稳定，转换精度高，抗扰能力强，但转换速度慢，适合对精度要求较高，对速度要求较低的场合，如数字万用表等检测仪器。逐次逼近型ADC是一种直接型ADC，产生一系列比较电压，从高位到低位逐次将比较电压与输入电压进行比较，以逐次逼近的方式进行模数转换，速度居中，精度较高，实际中使用较多。流水线型ADC由级联的若干结构相似的低精度模数转换器电路组成，能够在速度和精度上兼顾。由于需要等待数字信号输出的时间，不适用于需要控制等实时的应用。Σ-Δ型ADC也称为过采样ADC，是一种间接型ADC，由Σ-Δ调制器及连接其后的数字滤波器构成，采用过采样技术和噪声整形技术，转换精度最高，尤其适用于音频信号处理、生物医疗信号采集等需要低频高精度的应用，不适合需要切换模拟信号的应用。DAC转换器从基本原理可分为电流求和型和分压器型两大类。在电流求和型中，需要产生一组支路电流，让它们数量之间的比例与二进制数中每一位的权重成正比，当数字量输入时，将与其中取值为“1”位对应的支路电流相加，就得到与输入数字量成正比的输出电流信号，电流经过电阻便可以转换为电压输出信号。权电阻型、权电流型、倒T形电阻网络DAC均属于电流求和型DAC。在分压器型中，用输入数字量每一位去控制分压器中的一个或一组开关，使接至输出端的电压与输入的数字量成正比，分压器可用电阻分压器（如开关树形DAC）或电容分压器（如权电容网络DAC）。接口产品：用于电子系统之间的数字信号传输。种类多样，包括RS-232、RS-422、RS-485等。产品、客户、人才是模拟芯片企业的竞争优势来源模拟芯片产品类型和客户数量众多，人才培养周期长与数字芯片相比，模拟芯片具有应用领域繁杂、生命周期长、人才培养时间长、价低但稳定、与制程配合更加紧密等特点。基于这些特点，产品、客户、人才需要模拟芯片企业长期积累，也是其长期竞争优势的主要来源。应用领域繁杂（产品型号数量越多越好）：模拟芯片按细分功能可进一步分为线性器件、信号接口、数据转换、电源管理器件等众多品类，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。生命周期长（产品积累很重要，存在先发优势）：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，而模拟芯片强调可靠性和稳定性，一经量产往往具备较长生命周期。以亚德诺公司为例，其约一半收入来自于10年甚至更长年龄的产品，5-9年和10-20年年龄产品的收入占比最高。公司产品数量超过4.5万款，每款产品对收入的贡献极小，FY2020公司约80%的收入来自于单款收入占比不超过0.1%的产品，由于单款产品需求有限，产品型号的积累对公司扩大收入体量尤为重要。人才培养时间长（吸引并留住资深人才很重要）：模拟芯片的设计需要额外考虑噪声、匹配、干扰等多种因素，要求设计者既熟悉集成电路设计和晶圆制造的工艺流程，又熟悉大部分元器件的电特性和物理特性。加上模拟芯片的辅助设计工具少、测试周期长等原因，培养一名优秀的模拟芯片设计师往往需要10年甚至更长的时间。价低但稳定（下游领域越分散，抗风险能力越强）：由于模拟芯片的设计更依赖于设计师的经验，与数字芯片相比在新工艺的开发或新设备的购置上资金投入更少，加之拥有更长的生命周期，单款模拟芯片的平均价格往往低于同世代的数字芯片，但由于功能细分多，模拟芯片市场不易受单一产业景气变动影响，因此价格波动幅度相对较小。与制程配合更加紧密（工艺积累是竞争力的来源之一 ）：数字芯片多采用应用于5V以下低电压环境的CMOS工艺，而模拟芯片要求的低失真和高信噪比在高电压下比较容易做到，且通常要输出高电压或者大电流来驱动其他元件。因此，模拟芯片早期使用Bipolar（双极型）工艺，但是Bipolar工艺功耗大，之后又陆续出现了BiCMOS工艺（结合Bipolar、CMOS工艺）、CD工艺（结合CMOS、DMOS工艺）和BCD工艺（结合Bipolar、CMOS、DMOS工艺）等。这些特殊工艺需要晶圆代工厂的配合，也需要设计者加以熟悉，对工艺的理解和积累可以帮助将产品性能做得更加极致。竞争格局相对稳定，兼并收购是常态市场集中度相对较低，第一大厂商市占率不到20%。相比于数字芯片，模拟芯片产品生命周期长且类型多样，下游应用领域广泛，客户数量多且分散。这些行业特征意味着模拟芯片厂商很难一家独大，产品和客户需要时间积累。基于此，模拟芯片市场集中度较低，2020年第一大厂商德州仪器的市占率不超过20%，其余厂商市占率均不超过10%，前十大厂商合计市占率63%。竞争格局相对稳定，排名和市占率的变化主要来自兼并收购。1990年模拟行业竞争格局分散，当时排名第一的国民半导体市占率仅7%。通过多次收购，德州仪器从2004年开始稳居全球第一，2011年收购国民半导体后拉大与第二名的份额差距，2020年市占率19%。亚德诺2017年通过收购凌特公司（Linear）成功跃至全球第二，2020年市占率9%，同时亚德诺在2021年完成了对全球第七大模拟公司Maxim的收购，两者2020年合计市占率13%，与德州仪器份额差距缩小。根据IC Insights的统计，2014到2020年全球前十大模拟厂商变动不大。模拟芯片行业发展趋势“电子 ”带动模拟芯片需求“电子 ”推动硅含量提升，模拟芯片是其中不可或缺的部分。我们所提出的“电子 ”即指通过电子、通信技术的广泛应用，实现非电子产品电子化、简单电子产品智能化的过程，物联网是表现形式之一。根据GSMA的预测，全球物联网连接数将由2019年的120亿增加到2025年的246亿，平均每年新增连接数为21亿，其中消费级增加44亿，企业级增加82亿，企业级新增数量接近消费级的两倍。中国物联网连接数将由2019年的36亿增加到2025年的80亿，约占全球连接数的32.5%。其中企业级连接数从2020年开始超过消费级，且之后每年新增数量也更多。“电子 ”的实现过程必然会推动模拟芯片需求增加。模拟芯片集成化是趋势，但分立产品也将长期存在电源管理芯片技术趋势：面积更小、效率更高、使用更简单容易、集成度更高、开发周期更短。随着全球3C产品的功能不断增加，汽车自动驾驶和工业自动化需求增加，终端应用逐渐走向低耗电、轻薄短小与多功能整合以及对产品寿命与可靠度要求更高的趋势，为此，电源管理芯片需要缩小尺寸、提高效率、降低功耗等。CPU的发展也提高了对电源稳定性和电压精准度的要求。另外，提高集成度不但能减少零件数量，降低系统耗电和提升系统可靠度及品质，也可以提高生产良率，从而降低生产周期和成本。信号链芯片注重性能参数，数模混合产品迅速发展。不同信号链芯片有着不同的性能参数衡量指标，具体来说，模数转换器朝着高精度、高转换效率、低功耗、低电压等方向发展；数模转换器朝着高精度、高动态、低功耗、多信道、多功能集成方向发展；比较器朝着更快的响应速度、更高的灵敏度和适应高数模干扰环境的方向发展；放大器朝着低噪声、高压摆率等方向发展。另一方面，随着制造技术的进步、辅助和增强算法的引入，越来越多的将数字和模拟集成到同一芯片中，数模混合产品迅速发展。集成和分立并存是模拟行业的长期趋势。虽然模拟芯片行业有集成化的趋势，但由于下游差异化设计需求长期存在，分立的模拟芯片产品将长期存在。以电源管理芯片为例，如果用户设计的产品需要新的电源管理功能以满足新增加的功能，就需要分立的电源管理芯片，例如为手机中应用处理器、摄像模块和RF电路供电。另外，集成度提高的同时会带来性能的下降，当客户需要提升和改进某一部分电路性能的时候，往往会选择分立的方案。逐渐向12英寸产线转移，IDM和Fabless各有优势德州仪器引领模拟产品转向12英寸产线。根据德州仪器的测算，12英寸晶圆厂生产的模拟芯片将比8英寸晶圆厂节约40%的成本，公司加大12英寸产线布局，除2009年启用的RFAB1厂（全球首座12英寸模拟芯片厂）和2015年转为12英寸模拟产线的DMOS6厂外，公司正在建设的RFAB2厂预计2022年下半年开始投产，今年收购的位于Lehi的LFAB预计于2023年初投产，并且计划在谢尔曼再建造四座12英寸晶圆厂，前两个工厂将于2022年动工，其中第一座预计最早在2025年开始投产。2019年，德州仪器47%的模拟产品收入来自12英寸产线。在德州仪器引领下，各大代工厂逐步跟进。台积电于2016年在12英寸产线上量产0.13um BCD工艺，主要用于生产电源管理芯片，目前已开发出90nm、55nm等制程，其中90nm BCD技术覆盖了从5V到35V的广泛应用，并将在2021年继续扩展。华虹于2021年成功在华虹无锡厂规模量产12英寸90nm BCD工艺。中芯国际今年宣布在深圳建设的12英寸晶圆厂，产品定位也是28nm及以上线宽的显示驱动芯片及电源管理芯片等。国际模拟大厂采用IDM模式，晶圆代工崛起推动Fabless模式。由于成立时间早及模拟芯片与制造工艺连接紧密的特点，德州仪器、亚德诺两大国际模拟大厂均采用IDM模式，建有自己的晶圆产线，不过两者对于是否继续大规模扩建自有产线态度并不一致。德州仪器为模拟产品积极扩建12英寸产线，亚德诺则停止了新建产线，更多的依赖台积电等晶圆代工厂，第三方代工比例由FY2006的41%提高到FY2020的50%。我们认为，随着晶圆代工厂在模拟工艺上的大力推进以及12英寸产线投资金额过高，采用代工模式有助于中小模拟芯片设计企业在采用先进模拟工艺的同时降低成本。工业、汽车是国际大厂布局的重点领域汽车、工业在模拟芯片应用中的占比提升。根据IC Insights的数据，2017年汽车、工业占模拟芯片（含射频芯片）的比例为21.0%、20.2%；预计2021年分别提高到24.3%、20.5%，通信、消费电子、计算机合计占比由57.4%下降到53.9%。分产品来看，射频芯片和电源管理芯片中集成度较高的PMIC主要应用于手机等消费电子中，信号链芯片主要应用于工业、通信和汽车领域。国际模拟芯片大厂收入结构向工业和汽车电子倾斜。德州仪器来自工业和汽车电子的收入占比分别由2013年的24%、13%提高到2020年的37%、20%，消费电子和通信收入的占比分别由2013年的37%、16%下降到2020年的27%、8%。类似的，亚德诺来自工业和汽车电子的收入占比分别由FY2009的43%、10%提高到FY2020的53%、16%，消费电子和通信收入的占比分别由FY2009的25%、22%下降到FY2020的11%、21%。德州仪器、亚德诺都将工业和汽车作为未来布局的重点领域。中国是模拟芯片最大的市场，国产替代加速中国是全球模拟芯片最大的市场，也是国际大厂收入重要来源地我国是全球模拟芯片最大的市场，2020年占全球市场的36%。我国是全球半导体销售规模最大的市场，根据SIA的数据，2020年全球半导体市场规模为4360亿美元，中国半导体市场规模为1512亿美元，占比35%。同样，我国也是全球最大的模拟芯片市场，根据IDC的数据，2020年我国占全球模拟芯片市场的36%。我国也是国际模拟芯片大厂收入的重要来源地，且近年收入占比在提升。作为全球最大的模拟芯片市场，中国是各大模拟厂商的重要收入来源地。德州仪器2020年来自中国的收入为80亿美元，收入占比由2010年的41%提高到55%，是第一大收入来源地。亚德诺FY2020来自中国的收入为13.48亿美元，收入占比由FY2010的12%提高到24%，是第二大收入来源地。中国模拟芯片自给率偏低，本土入局企业众多中国模拟芯片市场被欧美企业垄断，自给率低。作为全球模拟芯片第一大市场，我国模拟芯片自给率虽在近年有所提升，但仍然偏低，2020年约12%，相比2017年提高6个百分点。从竞争格局来看，第一梯队仍然是以德州仪器、亚德诺等为代表的欧美企业，部分国内企业通过近年竞争力提升进入第二梯队，但整体竞争力相比第一梯队仍有差距，以电源管理芯片为例，国内前十的企业合计市场份额占比不到10%。国产替代为我国模拟企业提供黄金窗口期，低端产品同时受益国际厂商退出。随着中美贸易摩擦加剧，美国对中国禁售部分芯片，比如高端ADC和DAC等，在此背景下，我国模拟芯片企业进入黄金发展期，国产替代的强烈需求为其提供了难得的验证机会。同时，国际模拟芯片大厂的战略重心在向工业、汽车领域倾斜，逐步退出中低端消费电子市场，这为我国聚焦消费电子领域的模拟芯片企业提供了生存空间，有利于他们为以后的场景拓展积累经验和资本。政策资本大力支持，众多模拟企业借助资本市场以谋求长远发展。芯片国产化已成为国家战略，政策、资本大力支持，尤其是科创板推出后，众多模拟芯片企业启动上市，部分企业已成功完成上市发行，如思瑞浦、芯朋微、艾为电子、力芯微等，还有很多企业正在排队IPO，如希荻微、英集芯、芯龙技术等。我们认为，借助资本市场的帮助，国内企业可以在人员招聘、技术研发等方面加大投入，从而加速产品开拓和客户导入。投资策略：推荐泛模拟企业或具有边界拓展潜力的模拟企业与国际大厂相比，我国模拟芯片企业还存在较大差距，但随着我国企业持续高增长，差距将缩小。我国模拟芯片企业由于成立时间较晚，在产品数量和人员方面明显低于国际大厂，经营业绩方面则表现为收入、利润体量偏小，毛利率偏低。另一方面，随着芯片国产替代加速，国内企业的增速明显快于海外企业。我们认为，目前我国半导体行业进入天时地利人和的黄金发展期，模拟芯片企业通过持续的人才培养、产品积累和客户开拓，将逐渐缩小与国际大厂的差距。从A股已上市的模拟芯片企业来看，各家选择的发展战略有所不同，我们看好型号多元、应用广泛的泛模拟企业或具有边界拓展潜力的模拟企业，推荐产品和下游都广覆盖的圣邦股份，聚焦泛通讯和泛工业领域的思瑞浦，以家电为立足点向其他领域进行拓展的芯朋微，以手机为立足点向其他领域进行拓展艾为电子、力芯微，以LED驱动为立足点向其他领域拓展的晶丰明源。风险提示1、下游需求不及预期。由于疫情反复，电子产品下游需求可能疲弱，从而导致对模拟芯片的需求减弱。2、国产化进程不及预期。国内模拟芯片厂商可能由于技术和人才储备不足，从而导致新产品研发不及预期，无法及时满足客户国产化的需求。3、行业竞争加剧的风险。目前国内众多企业入局模拟芯片领域，为了争取市场份额可能出现价格竞争加剧的风险，从而影响企业的盈利能力。
高清PDF报告原文，扫码下方二维码
或点击最下方阅读原文进入下载
模拟芯片连接物理世界和数字世界，市场规模将超过700亿美元集成电路分为模拟芯片和数字芯片，分别处理连续的模拟信号和离散的数字信号，虽然数字芯片的规模远大于模拟芯片，但模拟芯片在电子系统中是不可或缺的。根据WSTS的数据，2020年全球模拟芯片市场规模为557亿美元，预计2021年将增长31%达到728亿美元。我们估算2020年全球模拟芯片市场中电源管理芯片（~300亿美元）、信号链芯片（~100亿美元）、射频芯片等（~150亿美元）分别占比55%、18%、27%。
产品、客户、人才是模拟芯片企业的竞争优势来源与数字芯片相比，模拟芯片具有应用领域繁杂、生命周期长、人才培养时间长、价低但稳定、与制程配合更加紧密等特点。基于这些特点，产品、客户、人才需要模拟企业长期积累，是其长期竞争优势的主要来源。由于产品种类多、客户广泛，模拟芯片领域很难一家独大，2020年第一大厂商德州仪器的市占率不超过20%，其余厂商市占率均不超过10%。从竞争格局来看，全球大厂的排名和市占率变化主要来自兼并收购。
集成与分立长期并存，工业、汽车是未来的重点方向从模拟芯片发展趋势来看，“电子 ”带动需求增长，集成化是趋势，但由于需求各异，分立产品也将长期存在。同时，德州仪器推动模拟产品向12寸产线转移，2020年其47%的模拟收入来自12英寸产线，在德州仪器的引领下，台积电等代工厂也逐步跟进。从下游应用领域来看，工业、汽车的占比有所提升，德州仪器来自工业和汽车电子的收入占比分别由2013年的24%、13%提高到2020年的37%、20%，亚德诺的占比分别由FY2009的43%、10%提高到FY2020的53%、16%。
国产替代加速，推荐泛模拟企业或具有边界拓展潜力的模拟企业我国是模拟芯片最大的市场，2020年占全球的36%，但自给率仅约12%。随着国产替代需求增加，在政策、资本、客户的支持下，我国模拟企业进入黄金发展期，得到了难得的验证和导入机会。我们看好产品和下游都广覆盖的圣邦股份，聚焦泛通讯和泛工业领域的思瑞浦，以家电为立足点向其他领域进行拓展的芯朋微，以手机为立足点向其他领域进行拓展艾为电子、力芯微，以LED驱动为立足点向其他领域拓展的晶丰明源。
风险提示：需求不及预期，国产化进程不及预期，行业竞争加剧。
模拟芯片连接物理世界和数字世界模拟芯片负责处理连续的模拟信号，是电子系统中不可或缺的部分模拟信号具有连续性，数字信号具有离散性。信号是反映消息的物理量，可以从不同角度进行分类。在电子电路中，信号可分为模拟信号和数字信号。模拟信号在时间和数值上均具有连续性，数字信号相反，在时间和数值上均具有离散性。对于模拟信号而言，任何瞬间的任何值都是有意义的；对于数字信号而言，两个整数之间的值是没有意义的，通过设定的阈值将其确定为N或N 1。大多数现实物理量所转换成的电信号是模拟信号，比如温度、压力、声、光等。集成电路分为模拟芯片和数字芯片，分别处理模拟信号和数字信号。半导体产品可分为集成电路、光电子、分立器件和传感器四大类；其中集成电路占比超过80%，从大类上又可分为模拟芯片和数字芯片，分别处理连续的模拟信号和离散的数字信号，近几年模拟芯片销售额占集成电路销售额的比例在16%左右，2020年为15.4%。虽然数字芯片的市场规模远大于模拟芯片，但模拟芯片在电子系统中是不可或缺的。自然界的真实信号通过传感器提取后变为模拟信号，模拟信号需要经由模拟芯片处理后才能被数字芯片使用。由于传感器、接收器实际提供的信号很微弱，噪声大且易受干扰，所以一般需要进行信号的预处理，包括放大、滤波、隔离等。预处理完成后再进行加工，包括运算、比较、转换等，加工完的信号一般不足以驱动负载，所以还需要进行功率放大。如果信号需要进行数字化处理，则将预处理后的模拟信号通过A/D转换器转为数字信号，处理完后再通过D/A转换器转为模拟信号。可见，模拟芯片是电子系统中不可或缺的一部分。模拟芯片市场规模将超700亿美元，电源管理和信号链合计占近七成根据功能划分，模拟芯片可分为电源管理芯片、信号链芯片、射频芯片，其中射频芯片是处理射频频段的信号链芯片，为了方便区分，我们将信号链芯片和射频芯片单列开来。按输入/输出响应关系，模拟芯片可分为线性电路（如运算放大器）和非线性电路（如模拟乘法器）；按应用领域不同又可分为通用型电路和专用型电路，通用型电路如运算放大器、电压调整器、模数转换器、数模转换器等，专用型电路如音响电路、电视接收机电路等。2021年全球模拟芯片市场规模将达到728亿美元，同比增长31%。根据WSTS的数据，全球模拟芯片市场规模由2003年的268亿美元增长到2020年的557亿美元，占半导体整体市场的12.6%，占集成电路市场的15.4%，预计21、22年将分别增长31%、9%达到728亿美元、792亿美元。我们估算2020年全球模拟芯片市场规模中电源管理芯片（~300亿美元）、信号链芯片（~100亿美元）、射频芯片等（~150亿美元）分别占比55%、18%、27%。电源管理芯片调节电能供应，产品种类繁多电源管理芯片是模拟芯片最大的细分市场，是所有电子产品和设备的电能供应中枢和纽带。电源管理芯片几乎存在于所有的电子产品和设备中，负责所需电能的变换、分配、检测和管理，将电源从某一种形式高效且稳定的转换为另一种形式，比如将交流电转换为直流电，将高压直流电转换为低压直流电等。根据智研咨询的数据，全球电源管理芯片市场规模由2016年的200亿美元增加至2020年的330亿美元，年复合增长率为13.3%。
由于不同的电子设备、应用场景所需的电源管理方案各有不同，电源管理芯片具有应用范围广、细分品类众多的特点，包括AC/DC（交流/直流）转换器、LDO（Low Dropout Regulator，低压差线性稳压器）、LED驱动器、马达驱动器、电源监控器、过流保护、过压保护等。AC/DC转换器：将交流电转换为直流电的称为“整流”，将直流电转换为交流电称为“逆变”，下面主要讨论“整流”。因为家庭住宅和楼房接收到的电压是100 V或200 V的交流电，而大部分电器产品使用的都是直流电，所以需要将交流电转换为直流电。每一个家电至少使用一颗AC/DC芯片，电源适配器中也至少有一颗AC/DC芯片。AC/DC的整流方式分为全波整流和半波整流。全波整流是通过二极管桥式电路结构将输入电压的负电压成分转换为正电压后整流成直流电压；半波整流是使用一个二极管来消除输入负电压成分后整流为直流电压。之后，利用电容器的充电和放电功能来平滑波形，从而转换为纯净的直流电压。与不利用输入负电压成分的半波整流相比，全波整流效率更高。在相同的电容器容量和负载条件下，全波整流的纹波电压更小，稳定性更高、性能更优。AC/DC的转换方式分为变压器方式和开关方式。变压器方式首先需要通过变压器将交流电压降压到适当的交流电压（例如从AC100V降至AC10V），这属于AC/AC转换，降压值由变压器的绕组比设定；然后通过二极管桥式整流器对经过变压器降压的交流电压进行全波整流，转换为脉冲电压；最后，经电容器平滑并输出纹波小的直流电压，这是传统的AC/DC转换方法。开关方式是直接用二极管桥式整流器对交流电压进行整流，然后用电容器平滑直流电压，之后通过开关元件的ON/OFF对直流电压进行斩波（切割），并经过高频变压器降压后传送到整流二极管进行半波整流，最后用电容器对其进行平滑并输出直流电压。与变压器方式相比，开关方式由开关元件和控制电路组成，电路结构较复杂，但由于基于高频控制可以使用小型变压器，所以设备可以小型化、轻便化。DC/DC转换器：将输入的直流电压转换为所需的直流电压并实现稳定化，可以升压，也可以降压。一个电子产品中的部件具有各自固有的工作电压范围，电压精度要求也不同，需要DC/DC转换器提供所需电压值的稳定电压。按转换方式，DC/DC转换器可分为线性稳压器和开关稳压器两大类，线性稳压器设计简单，但效率低，且只能实现降压；开关稳压器设计复杂，但效率高，既能实现降压，也能实现升压、反相。线性稳压器工作时输入与输出的关系呈线性，只可以降压，适用于小功率电源。根据输出电压的正负，线性稳压器可分为正线性稳压器和负线性稳压器；根据输出电压是否可变，可分为固定型线性稳压器和可变型线性稳压器；根据输入输出之间的电压差大小，可分为标准型线性稳压器和LDO（低压差线性稳压器）。标准型线性稳压器压差一般在2V以上，LDO可做到1V以下。开关稳压器是通过控制晶体管在ON状态和OFF状态之间切换（开关动作），使输出电压保持稳定，可实现降压、升压、反相。降压型开关稳压器有异步整流（二极管）型和同步整流型两种，同步整流型将异步整流型中的二极管替换为场效应管，在电流较大时效率更高，但在轻负载时效率较低，电路也更为复杂。以降压型开关稳压器为例，其工作原理如下：①与基准电压进行比较，检查输出电压是否为设定电压；②低于设定电压时，开关变为ON，从输入向输出供电；③电感蓄积磁能；④如果输出电压高于设定电压，开关变为OFF；⑤电感所蓄积的磁能变为电流传给输出负载，再返回电感；⑥电感的磁能消失，输出电压开始下降时，开关会重新打开。信号链芯片负责信号处理，连接物理世界和数字世界信号链芯片是连接物理世界和数字世界的桥梁，负责对模拟信号进行收发、转换、放大、过滤等，产品主要包括线性产品、转换器产品、接口产品三大类。根据IC Insights的报告，全球信号链模拟芯片的市场规模将从2016年的84亿美元增长至2023年的118亿美元，年均复合增速约 5%。2019年线性产品是信号链产品中占比最高的品类，约占39%。线性产品：主要完成模拟信号在传输过程中放大、滤波、选择、比较等功能，代表产品有放大器、比较器、模拟开关等。放大器和比较器的结构、工作原理比较接近，用途上有所不同，放大器用于等比例放大信号，比较器用于比较两个电压值或电流值的大小，比较器的响应速度更快。模拟开关主要是完成信号链路中的信号切换功能，起接通信号或断开信号的作用，具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点。下面主要介绍运算放大器。运算放大器是一种对微弱信号进行放大的电路，输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果，已经历四代产品。自仙童半导体公司于1960年研制出第一个硅集成单芯片运算放大器后，运算放大器至今已经历了四代产品。仙童半导体公司1968年推出的μA741和ADI公司1975年推出的OP07是运算放大器经典产品，至今仍被广泛使用。根据内部结构和制造工艺的不同，运算放大器分为双极型、CMOS型、Bi-JFET、Bi-MOS型。双极型运放一般输入偏置电流、器件功耗较大，但由于采用多种改进技术，所以种类多、功能强。CMOS型运放输入阻抗高、功耗小，可在低电源电压下工作，已有低失调电压、低噪声、高速度、强驱动能力的产品。Bi-JFET、Bi-MOS型运放采用双极型管与单极型管混合搭配的生产工艺，以场效应管作输入级，使输入电阻高达1012Ω；Bi-MOS常以CMOS电路作输出级，可输出较大功率。根据输入输出电压范围的差异，运算放大器大致分为双电源运算放大器、单电源运算放大器、轨到轨运算放大器三种类型。双电源运算放大器在大多数情况下需要使用正负两种电源；单电源运算放大器不需要使用负电压源，因其可以检测到接地电平的输入信号，故也被称为“接地检测运算放大器”；轨到轨运算放大器在输入电压从VEE到VCC波动都可以正常工作，也被称为“输入/输出满摆幅运算放大器”。根据性能指标的不同，运算放大器可分为通用型和专用型两类。通用型运放用于无特殊要求的电路之中，性能指标的数值一般处于固定区间。专用型运放为了适应各种特殊要求，在某一方面的性能会特别突出，如高速型运放带宽和转换速率一般较高，主要用于通信设备、视频系统和测试仪器等，典型产品如ADI的AD8003，带宽1.65 GHz，SR高达4300 V/μs；低功耗型运放具有工作电压低、静态电流小的特点，主要用于便携式、可穿戴电子产品。专用型运放一般是针对特定功能和应用而生产的，在便携式设备、测试与测量仪器、医疗系统级特殊信号处理等场合具有广泛应用，如视频放大器、可变增益放大器、差分驱动放大器、线性隔离放大器、电流检测放大器等，其发展趋势是更高的带宽、更高的带宽、更低的失真度、更低的功耗。随着应用需求的发展，将会产生新的专用型放大器类别。转换器产品：完成模拟信号和数字信号的相互转换，包括ADC和DAC两种。ADC（Analog-to-Digital Converter）将模拟信号转换成数字信号，朝着高精度、高转换速率、低功耗、单电源、低电压等方向发展，通过采用先进的CMOS工艺、时间交织采样和越来越多的数字辅助校正技术提升性能。DAC（Digital-to-Analog Converter）将数字信号转换成模拟信号，朝着高精度、低功耗、多信道、多功能集成方向发展。ADC模数转换包括采样、保持、量化、编码四个过程。采样是将一个时间上连续变化的模拟信号经由一系列等间隔的采样脉冲转化为时间上离散的采样信号，这个时间间隔称为采样周期。保持是指要把一个采样输出信号数字化，需要将采样输出所得的瞬时模拟信号保持一段时间，在此期间采样值保持不变。量化是对经过采样后在时间上离散的信号进行处理，使其在幅值上离散，量化过程中会引入量化误差，即输出信号的等效模拟值与实际输入信号模拟值之间的差值。编码是将量化后的信号以特定的数字码型输出。转换速率、分辨率、精度是ADC产品的核心性能参数。转换速率是指完成一次从模拟到数字的转换所需的时间的倒数，代表每秒采样次数，常用单位是KSPS（Kilo Samples per Second，每秒采样千次）和MSPS（每Million Samples per Second，每秒采样百万次）。为了保证转换的正确完成，采样速率必须小于或等于转换速率。分辨率是转换器能分辨的最小输出电压变化量与最大输出电压即满量程输出电压之比，是衡量ADC精度的一个非常重要的指标，N位ADC的分辨率约为1/（2^N），N的数值越高代表分辨率越高，即最小分辨率越小。精度是实际输出电压与理论输出电压的偏离程度，除了受分辨率影响外，还受系统其他各种误差的影响。按照转换方法的不同，ADC可分为闪存型、双积分型、逐次逼近型、流水线型、Σ-Δ型。闪存型ADC是一种直接型ADC，输入信号被采样后同时与多个参考电压进行比较，转换速度最快，但所需的比较器和触发器较多，N位分辨率需要2^N-1个比较器，电路规模和功耗限制了分辨率的提高，一般最高为8位左右，成本也较高，一般较少使用。双积分型ADC是一种间接型ADC，先对输入的采样信号和基准电压进行两次积分，获得与输入信号成正比的时间间隔，同时用计数器对标准时钟脉冲计数，计数器的计数值就是ADC输出的数字量，性能比较稳定，转换精度高，抗扰能力强，但转换速度慢，适合对精度要求较高，对速度要求较低的场合，如数字万用表等检测仪器。逐次逼近型ADC是一种直接型ADC，产生一系列比较电压，从高位到低位逐次将比较电压与输入电压进行比较，以逐次逼近的方式进行模数转换，速度居中，精度较高，实际中使用较多。流水线型ADC由级联的若干结构相似的低精度模数转换器电路组成，能够在速度和精度上兼顾。由于需要等待数字信号输出的时间，不适用于需要控制等实时的应用。Σ-Δ型ADC也称为过采样ADC，是一种间接型ADC，由Σ-Δ调制器及连接其后的数字滤波器构成，采用过采样技术和噪声整形技术，转换精度最高，尤其适用于音频信号处理、生物医疗信号采集等需要低频高精度的应用，不适合需要切换模拟信号的应用。DAC转换器从基本原理可分为电流求和型和分压器型两大类。在电流求和型中，需要产生一组支路电流，让它们数量之间的比例与二进制数中每一位的权重成正比，当数字量输入时，将与其中取值为“1”位对应的支路电流相加，就得到与输入数字量成正比的输出电流信号，电流经过电阻便可以转换为电压输出信号。权电阻型、权电流型、倒T形电阻网络DAC均属于电流求和型DAC。在分压器型中，用输入数字量每一位去控制分压器中的一个或一组开关，使接至输出端的电压与输入的数字量成正比，分压器可用电阻分压器（如开关树形DAC）或电容分压器（如权电容网络DAC）。接口产品：用于电子系统之间的数字信号传输。种类多样，包括RS-232、RS-422、RS-485等。产品、客户、人才是模拟芯片企业的竞争优势来源模拟芯片产品类型和客户数量众多，人才培养周期长与数字芯片相比，模拟芯片具有应用领域繁杂、生命周期长、人才培养时间长、价低但稳定、与制程配合更加紧密等特点。基于这些特点，产品、客户、人才需要模拟芯片企业长期积累，也是其长期竞争优势的主要来源。应用领域繁杂（产品型号数量越多越好）：模拟芯片按细分功能可进一步分为线性器件、信号接口、数据转换、电源管理器件等众多品类，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。生命周期长（产品积累很重要，存在先发优势）：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，而模拟芯片强调可靠性和稳定性，一经量产往往具备较长生命周期。以亚德诺公司为例，其约一半收入来自于10年甚至更长年龄的产品，5-9年和10-20年年龄产品的收入占比最高。公司产品数量超过4.5万款，每款产品对收入的贡献极小，FY2020公司约80%的收入来自于单款收入占比不超过0.1%的产品，由于单款产品需求有限，产品型号的积累对公司扩大收入体量尤为重要。人才培养时间长（吸引并留住资深人才很重要）：模拟芯片的设计需要额外考虑噪声、匹配、干扰等多种因素，要求设计者既熟悉集成电路设计和晶圆制造的工艺流程，又熟悉大部分元器件的电特性和物理特性。加上模拟芯片的辅助设计工具少、测试周期长等原因，培养一名优秀的模拟芯片设计师往往需要10年甚至更长的时间。价低但稳定（下游领域越分散，抗风险能力越强）：由于模拟芯片的设计更依赖于设计师的经验，与数字芯片相比在新工艺的开发或新设备的购置上资金投入更少，加之拥有更长的生命周期，单款模拟芯片的平均价格往往低于同世代的数字芯片，但由于功能细分多，模拟芯片市场不易受单一产业景气变动影响，因此价格波动幅度相对较小。与制程配合更加紧密（工艺积累是竞争力的来源之一 ）：数字芯片多采用应用于5V以下低电压环境的CMOS工艺，而模拟芯片要求的低失真和高信噪比在高电压下比较容易做到，且通常要输出高电压或者大电流来驱动其他元件。因此，模拟芯片早期使用Bipolar（双极型）工艺，但是Bipolar工艺功耗大，之后又陆续出现了BiCMOS工艺（结合Bipolar、CMOS工艺）、CD工艺（结合CMOS、DMOS工艺）和BCD工艺（结合Bipolar、CMOS、DMOS工艺）等。这些特殊工艺需要晶圆代工厂的配合，也需要设计者加以熟悉，对工艺的理解和积累可以帮助将产品性能做得更加极致。竞争格局相对稳定，兼并收购是常态市场集中度相对较低，第一大厂商市占率不到20%。相比于数字芯片，模拟芯片产品生命周期长且类型多样，下游应用领域广泛，客户数量多且分散。这些行业特征意味着模拟芯片厂商很难一家独大，产品和客户需要时间积累。基于此，模拟芯片市场集中度较低，2020年第一大厂商德州仪器的市占率不超过20%，其余厂商市占率均不超过10%，前十大厂商合计市占率63%。竞争格局相对稳定，排名和市占率的变化主要来自兼并收购。1990年模拟行业竞争格局分散，当时排名第一的国民半导体市占率仅7%。通过多次收购，德州仪器从2004年开始稳居全球第一，2011年收购国民半导体后拉大与第二名的份额差距，2020年市占率19%。亚德诺2017年通过收购凌特公司（Linear）成功跃至全球第二，2020年市占率9%，同时亚德诺在2021年完成了对全球第七大模拟公司Maxim的收购，两者2020年合计市占率13%，与德州仪器份额差距缩小。根据IC Insights的统计，2014到2020年全球前十大模拟厂商变动不大。模拟芯片行业发展趋势“电子 ”带动模拟芯片需求“电子 ”推动硅含量提升，模拟芯片是其中不可或缺的部分。我们所提出的“电子 ”即指通过电子、通信技术的广泛应用，实现非电子产品电子化、简单电子产品智能化的过程，物联网是表现形式之一。根据GSMA的预测，全球物联网连接数将由2019年的120亿增加到2025年的246亿，平均每年新增连接数为21亿，其中消费级增加44亿，企业级增加82亿，企业级新增数量接近消费级的两倍。中国物联网连接数将由2019年的36亿增加到2025年的80亿，约占全球连接数的32.5%。其中企业级连接数从2020年开始超过消费级，且之后每年新增数量也更多。“电子 ”的实现过程必然会推动模拟芯片需求增加。模拟芯片集成化是趋势，但分立产品也将长期存在电源管理芯片技术趋势：面积更小、效率更高、使用更简单容易、集成度更高、开发周期更短。随着全球3C产品的功能不断增加，汽车自动驾驶和工业自动化需求增加，终端应用逐渐走向低耗电、轻薄短小与多功能整合以及对产品寿命与可靠度要求更高的趋势，为此，电源管理芯片需要缩小尺寸、提高效率、降低功耗等。CPU的发展也提高了对电源稳定性和电压精准度的要求。另外，提高集成度不但能减少零件数量，降低系统耗电和提升系统可靠度及品质，也可以提高生产良率，从而降低生产周期和成本。信号链芯片注重性能参数，数模混合产品迅速发展。不同信号链芯片有着不同的性能参数衡量指标，具体来说，模数转换器朝着高精度、高转换效率、低功耗、低电压等方向发展；数模转换器朝着高精度、高动态、低功耗、多信道、多功能集成方向发展；比较器朝着更快的响应速度、更高的灵敏度和适应高数模干扰环境的方向发展；放大器朝着低噪声、高压摆率等方向发展。另一方面，随着制造技术的进步、辅助和增强算法的引入，越来越多的将数字和模拟集成到同一芯片中，数模混合产品迅速发展。集成和分立并存是模拟行业的长期趋势。虽然模拟芯片行业有集成化的趋势，但由于下游差异化设计需求长期存在，分立的模拟芯片产品将长期存在。以电源管理芯片为例，如果用户设计的产品需要新的电源管理功能以满足新增加的功能，就需要分立的电源管理芯片，例如为手机中应用处理器、摄像模块和RF电路供电。另外，集成度提高的同时会带来性能的下降，当客户需要提升和改进某一部分电路性能的时候，往往会选择分立的方案。逐渐向12英寸产线转移，IDM和Fabless各有优势德州仪器引领模拟产品转向12英寸产线。根据德州仪器的测算，12英寸晶圆厂生产的模拟芯片将比8英寸晶圆厂节约40%的成本，公司加大12英寸产线布局，除2009年启用的RFAB1厂（全球首座12英寸模拟芯片厂）和2015年转为12英寸模拟产线的DMOS6厂外，公司正在建设的RFAB2厂预计2022年下半年开始投产，今年收购的位于Lehi的LFAB预计于2023年初投产，并且计划在谢尔曼再建造四座12英寸晶圆厂，前两个工厂将于2022年动工，其中第一座预计最早在2025年开始投产。2019年，德州仪器47%的模拟产品收入来自12英寸产线。在德州仪器引领下，各大代工厂逐步跟进。台积电于2016年在12英寸产线上量产0.13um BCD工艺，主要用于生产电源管理芯片，目前已开发出90nm、55nm等制程，其中90nm BCD技术覆盖了从5V到35V的广泛应用，并将在2021年继续扩展。华虹于2021年成功在华虹无锡厂规模量产12英寸90nm BCD工艺。中芯国际今年宣布在深圳建设的12英寸晶圆厂，产品定位也是28nm及以上线宽的显示驱动芯片及电源管理芯片等。国际模拟大厂采用IDM模式，晶圆代工崛起推动Fabless模式。由于成立时间早及模拟芯片与制造工艺连接紧密的特点，德州仪器、亚德诺两大国际模拟大厂均采用IDM模式，建有自己的晶圆产线，不过两者对于是否继续大规模扩建自有产线态度并不一致。德州仪器为模拟产品积极扩建12英寸产线，亚德诺则停止了新建产线，更多的依赖台积电等晶圆代工厂，第三方代工比例由FY2006的41%提高到FY2020的50%。我们认为，随着晶圆代工厂在模拟工艺上的大力推进以及12英寸产线投资金额过高，采用代工模式有助于中小模拟芯片设计企业在采用先进模拟工艺的同时降低成本。工业、汽车是国际大厂布局的重点领域汽车、工业在模拟芯片应用中的占比提升。根据IC Insights的数据，2017年汽车、工业占模拟芯片（含射频芯片）的比例为21.0%、20.2%；预计2021年分别提高到24.3%、20.5%，通信、消费电子、计算机合计占比由57.4%下降到53.9%。分产品来看，射频芯片和电源管理芯片中集成度较高的PMIC主要应用于手机等消费电子中，信号链芯片主要应用于工业、通信和汽车领域。国际模拟芯片大厂收入结构向工业和汽车电子倾斜。德州仪器来自工业和汽车电子的收入占比分别由2013年的24%、13%提高到2020年的37%、20%，消费电子和通信收入的占比分别由2013年的37%、16%下降到2020年的27%、8%。类似的，亚德诺来自工业和汽车电子的收入占比分别由FY2009的43%、10%提高到FY2020的53%、16%，消费电子和通信收入的占比分别由FY2009的25%、22%下降到FY2020的11%、21%。德州仪器、亚德诺都将工业和汽车作为未来布局的重点领域。中国是模拟芯片最大的市场，国产替代加速中国是全球模拟芯片最大的市场，也是国际大厂收入重要来源地我国是全球模拟芯片最大的市场，2020年占全球市场的36%。我国是全球半导体销售规模最大的市场，根据SIA的数据，2020年全球半导体市场规模为4360亿美元，中国半导体市场规模为1512亿美元，占比35%。同样，我国也是全球最大的模拟芯片市场，根据IDC的数据，2020年我国占全球模拟芯片市场的36%。我国也是国际模拟芯片大厂收入的重要来源地，且近年收入占比在提升。作为全球最大的模拟芯片市场，中国是各大模拟厂商的重要收入来源地。德州仪器2020年来自中国的收入为80亿美元，收入占比由2010年的41%提高到55%，是第一大收入来源地。亚德诺FY2020来自中国的收入为13.48亿美元，收入占比由FY2010的12%提高到24%，是第二大收入来源地。中国模拟芯片自给率偏低，本土入局企业众多中国模拟芯片市场被欧美企业垄断，自给率低。作为全球模拟芯片第一大市场，我国模拟芯片自给率虽在近年有所提升，但仍然偏低，2020年约12%，相比2017年提高6个百分点。从竞争格局来看，第一梯队仍然是以德州仪器、亚德诺等为代表的欧美企业，部分国内企业通过近年竞争力提升进入第二梯队，但整体竞争力相比第一梯队仍有差距，以电源管理芯片为例，国内前十的企业合计市场份额占比不到10%。国产替代为我国模拟企业提供黄金窗口期，低端产品同时受益国际厂商退出。随着中美贸易摩擦加剧，美国对中国禁售部分芯片，比如高端ADC和DAC等，在此背景下，我国模拟芯片企业进入黄金发展期，国产替代的强烈需求为其提供了难得的验证机会。同时，国际模拟芯片大厂的战略重心在向工业、汽车领域倾斜，逐步退出中低端消费电子市场，这为我国聚焦消费电子领域的模拟芯片企业提供了生存空间，有利于他们为以后的场景拓展积累经验和资本。政策资本大力支持，众多模拟企业借助资本市场以谋求长远发展。芯片国产化已成为国家战略，政策、资本大力支持，尤其是科创板推出后，众多模拟芯片企业启动上市，部分企业已成功完成上市发行，如思瑞浦、芯朋微、艾为电子、力芯微等，还有很多企业正在排队IPO，如希荻微、英集芯、芯龙技术等。我们认为，借助资本市场的帮助，国内企业可以在人员招聘、技术研发等方面加大投入，从而加速产品开拓和客户导入。投资策略：推荐泛模拟企业或具有边界拓展潜力的模拟企业与国际大厂相比，我国模拟芯片企业还存在较大差距，但随着我国企业持续高增长，差距将缩小。我国模拟芯片企业由于成立时间较晚，在产品数量和人员方面明显低于国际大厂，经营业绩方面则表现为收入、利润体量偏小，毛利率偏低。另一方面，随着芯片国产替代加速，国内企业的增速明显快于海外企业。我们认为，目前我国半导体行业进入天时地利人和的黄金发展期，模拟芯片企业通过持续的人才培养、产品积累和客户开拓，将逐渐缩小与国际大厂的差距。从A股已上市的模拟芯片企业来看，各家选择的发展战略有所不同，我们看好型号多元、应用广泛的泛模拟企业或具有边界拓展潜力的模拟企业，推荐产品和下游都广覆盖的圣邦股份，聚焦泛通讯和泛工业领域的思瑞浦，以家电为立足点向其他领域进行拓展的芯朋微，以手机为立足点向其他领域进行拓展艾为电子、力芯微，以LED驱动为立足点向其他领域拓展的晶丰明源。风险提示1、下游需求不及预期。由于疫情反复，电子产品下游需求可能疲弱，从而导致对模拟芯片的需求减弱。2、国产化进程不及预期。国内模拟芯片厂商可能由于技术和人才储备不足，从而导致新产品研发不及预期，无法及时满足客户国产化的需求。3、行业竞争加剧的风险。目前国内众多企业入局模拟芯片领域，为了争取市场份额可能出现价格竞争加剧的风险，从而影响企业的盈利能力。
高清PDF报告原文，扫码下方二维码
或点击最下方阅读原文进入下载
下载文档
