4G芯片现状及发展趋势解读：看好联发科高通台积电
时间：2014-05-08 15:50:08
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[导读]近年来，移动互联网的迅猛发展使移动芯片成为集成电路产业发展的引擎和国际竞争与技术创新的热点，借助于国内市场的有力带动和对国际开放性技术成果的积极利用，我国在移动芯片领域已初步实现核心技术和市场应用的双
近年来，移动互联网的迅猛发展使移动芯片成为集成电路产业发展的引擎和国际竞争与技术创新的热点，借助于国内市场的有力带动和对国际开放性技术成果的积极利用，我国在移动芯片领域已初步实现核心技术和市场应用的双重突破。2013年12月4日，工信部正式向三大运营商发放4G牌照，标志着我国通信业进入4G新时代，这为我国移动芯片技术及产业的进一步升级营造了良好的发展环境。
一、4G时代，全球移动芯片技术产业发展态势
（一）移动芯片设计技术加速多维度升级，有力支撑4G发展需求
近年来，移动芯片作为集成电路的一个重要应用领域，市场潜力无限，据Gartner统计，2013年智能手机和平板的芯片需求总和首次超过个人电脑，未来这一格局变革仍将继续增强，且伴随着移动芯片技术及产业的快速升级，呈现出更为复杂的发展趋势，并形成多技术路线共同演进的发展态势。
从通信芯片的角度来看，出货量持续快速增长，2013年上半年即达到11亿片。随着LTE商用进程提速，2G/3G/LTE等多网长期共存现状使得多频多模成为通信芯片技术发展的基本要求，高通暂时领先，其于2012年已推出的包括全部移动通信模式的六模基带芯片，并在多模多频所需的射频芯片、射频前端等整合方面也具有突出的技术优势。此外，MTK也于近期发布4GLTE真八核智能手机系统单芯片解决方案MT6595，预计下半年即有相关终端产品推出。
从应用处理芯片的角度来看，多核复用成为设计的重点，2013年上半年全球多核应用处理芯片的渗透率达到2/3。继四核之后，应用处理芯片出现两条技术升级路径：一是继续加大多核复用程度，以MTK、三星等推出的八核芯片为代表，二是通过提升单个核的能力来实现整体升级，以苹果推出的64位ARM架构芯片为代表。目前，上述两条技术路线均得到设计企业的积极响应。不论八核并行调度还是64位架构的应用处理芯片，均需上层操作系统、API接口、应用等同步优化支持，芯片设计难度也大幅提升，对企业研发提出了更高挑战。
除此外，移动芯片也在加速向可穿戴及智能电视等更多领域渗透。目前已发布的可穿戴设备大多基于成熟的移动芯片产品，包括谷歌眼镜、三星手表等。可穿戴未来巨大的市场潜力正吸引移动芯片设计企业纷纷针对可穿戴设备推出更低功耗、更高集成的芯片产品，如英特尔的超小超低功耗Quark处理器等，支撑更多商用可穿戴终端的发布。在智能电视领域，Mstar已能通过一颗SoC芯片实现智能电视所有功能，国内的TCL等企业紧跟智能电视机遇，踊跃尝试。除此外，移动芯片与开源硬件等的融合更为其在物联网的创新应用孕育更多可能。
（二）移动芯片制造工艺加速升级，助力移动计算性能与功耗的进步
28nm已成为主流工艺节点，台积电以绝对优势领衔，其2012年全球市场占有率接近100%，良率、性能等关键指标参数表现突出；三星、GlobalFoundries在2013年也实现28nm的突破。前者除自用外，为iphone5所用的A7芯片提供代工；后者据称已拿下高通部分订单。但与台积电相比，差距依然明显。
在制造工艺的后续升级中，根据台积电与苹果签订的后续代工协议，2014年最先进的工艺将进入到20nm，2015年进入16/14nm，快速升级的态势依然不减；英特尔目前开始进入22nm，并计划在2014年推出14nm。移动芯片还促进制造企业由关注“性能提升”向“性能和功耗平衡”转变：台积电目前四条28nm产线中，有三条主要用于生产移动芯片，而三星电子也拥有专用于移动芯片的28nm产线，性能和功耗平衡均是其主要特色。
二、我国移动芯片产业基础和挑战
在国家对新一代宽带无线通信产业和集成电路产业的大力支持下，国内取得了从“无芯”到“有芯”的重大突破，涌现出一批初具国际竞争力的设计企业，与国际顶级企业间的技术差距在不断缩小。2013年随着4G牌照的正式发布，为国内移动芯片实现从“有芯”到“强芯”的创新升级提供了良好的发展环境。
通信芯片方面，2011、2012、2013年前三季度我国手机基带芯片出货量分别为3.93、4.62、4.37亿片；国产化率三年内实现翻番，占比超过23%。在LTE芯片方面我国已基本跟上国际水平。目前海思、展讯、联芯、中兴微电子、创毅视讯、重邮信科、国民技术等已实现LTE基带芯片的商用供货；海思、展讯等多家企业已经开展TD-LTE、TD-SCDMA、LTE-FDD、GSM和WCDMA五模芯片的研发，并采用目前最先进的28nm工艺设计，2014年多款平台即可实现商用。LTE-Advanced多模芯片的研发目前也正在进行，预计2014年可发布测试用样片。
应用处理芯片方面，2011、2012、2013年前三季度我国智能手机应用处理芯片出货量分别为0.97、2.58、3.18亿片，目前国产化率达到25%，增长态势明显；展讯和联芯等提供的集成通信基带和应用处理器的单芯片是拉动发展的重要力量。国内企业对基础架构的理解也逐步深入，海思正成为国内首家获得ARM架构授权资格的企业。此外，君正基于MIPS指令集设计的处理器架构，在教育电子设备领域已有较广应用（国内45%市场），正逐步向智能手机、平板电脑及可穿戴等领域发展。
在当前的产业格局下，我国移动芯片要实现进一步突破升级，在市场拓展、技术提升、产业合作等方面仍面临巨大挑战，具体表现在：
一是，国内多数企业实力和国际领先企业差距较大，产品以中低端市场为主、利润率低，时刻面临高通等巨头进入中低端市场挤压生存空间的严峻挑战，未来随着设计技术及工艺技术升级的难度加大，面临差距拉大再次掉队的风险。
二是，大带宽、高速率、高性能、低功耗的发展需求需要引入28nm甚至更高工艺，我国目前28nm芯片产品仅有少量供货。除此外，国内企业也普遍缺乏对CPU、GPU、DSP等基本功能IP核的开发和积累，制造企业在工艺IP的积累方面严重不足。
三是，移动芯片与本土集成电路制造方面的互动空间仍然巨大，如中芯国际40nm工艺仅能支持国内厂商约20%的产能需求，28nm尚未进入大规模量产阶段，无法满足国内企业的新产品研发需求。
在面临严峻挑战的同时，我国移动芯片技术未来升级也存在几个方面的机遇：
一是，2013年12月4日，工信部正式向三大运营商发放4G牌照，标志着我国通信业进入4G新时代，全球最大LTE市场的启动为我国移动芯片技术及产业的进一步升级营造了良好的发展环境。
二是，移动智能终端仍将保持蓬勃发展的态势，国内终端企业在全球产业的地位快速提升，华为、联想、中兴已进入全球前十，在主流及入门市场中国企业更是成为创新主力。国内巨大的市场优势及终端产能优势，为后续芯片企业与终端企业深化合作，提高芯片国产化率创造了更多发展机遇。
三是，国内移动芯片企业经过多年发展，在技术及市场方面已取得一定突破和积累，并积极参与国际市场的竞争与合作，在全球产业地位得以提升的同时，也在迅速跟进全球技术发展趋势，并与国际巨头形成良好的合作关系，如高通与中芯国际、展讯与台积电等，为将来更好借鉴和利用国际优势资源、提升自身竞争实力奠定良好基础。
三、对后续发展的几点建议
基于以上分析，建议抓住4G所带来的重大发展机遇，充分利用市场优势，加强对移动芯片的技术和产业布局，推动产业链各环节的协同创新，实现我国移动芯片技术及产业的进一步升级。
（一）充分发挥本土市场优势，推动移动芯片产业规模快速放大。充分发挥移动互联网和智能终端的产业拉动效应，鼓励运营商终端集采、终端企业整机研发时优先采用国产芯片，加快内需市场移动芯片国产化进程。推进移动芯片在可穿戴智能终端、智能电视、物联网以及云计算服务器等新兴领域的应用。
（二）突破关键技术，夯实多模多频、高性能、高工艺芯片设计及制造等核心技术基础。继续加强对LTE及LTE-Advanced多模多频芯片、多核并行架构及64位架构芯片、集成型单芯片的研发。加大对最先进工艺商用芯片研发的支持。推进ARM基础架构的深入研发和定制，加大对DSP、GPU、USB、HDMI接口等关键IP核的自主研发，鼓励探索基于MIPS架构产业生态的建设。
（三）加强产业联动，实现移动芯片设计及制造等关键环节的协同进步。联合芯片设计及制造企业共同实现20nm及更高工艺基础技术的研发；推进模拟及MEMS等特色工艺的实现。鼓励国内企业以多种方式实现知识产权共同，鼓励设计和制造企业深化合作实现特色工艺产品的研发，促进“芯片与整机”、“芯片设计与制造”、“IP核与芯片设计”参与主体间的资源协调、优化和紧密合作。
（四）充分发挥国家的政策支持和引导作用，进一步加强对核心技术研发、关键设备采买以及核心专利授权等支持及协调。优化产业环境，针对移动芯片及集成电路发展需求，探索调整现有投资/人才/研发机制；鼓励产业基金、风投等加大对中小企业的支持，积极探索新技术/新方向，推动国内企业间的并购及合作；扩大芯片制造企业的上市融资渠道，吸引更多资本。
一、4G时代，全球移动芯片技术产业发展态势
（一）移动芯片设计技术加速多维度升级，有力支撑4G发展需求
近年来，移动芯片作为集成电路的一个重要应用领域，市场潜力无限，据Gartner统计，2013年智能手机和平板的芯片需求总和首次超过个人电脑，未来这一格局变革仍将继续增强，且伴随着移动芯片技术及产业的快速升级，呈现出更为复杂的发展趋势，并形成多技术路线共同演进的发展态势。
从通信芯片的角度来看，出货量持续快速增长，2013年上半年即达到11亿片。随着LTE商用进程提速，2G/3G/LTE等多网长期共存现状使得多频多模成为通信芯片技术发展的基本要求，高通暂时领先，其于2012年已推出的包括全部移动通信模式的六模基带芯片，并在多模多频所需的射频芯片、射频前端等整合方面也具有突出的技术优势。此外，MTK也于近期发布4GLTE真八核智能手机系统单芯片解决方案MT6595，预计下半年即有相关终端产品推出。
从应用处理芯片的角度来看，多核复用成为设计的重点，2013年上半年全球多核应用处理芯片的渗透率达到2/3。继四核之后，应用处理芯片出现两条技术升级路径：一是继续加大多核复用程度，以MTK、三星等推出的八核芯片为代表，二是通过提升单个核的能力来实现整体升级，以苹果推出的64位ARM架构芯片为代表。目前，上述两条技术路线均得到设计企业的积极响应。不论八核并行调度还是64位架构的应用处理芯片，均需上层操作系统、API接口、应用等同步优化支持，芯片设计难度也大幅提升，对企业研发提出了更高挑战。
除此外，移动芯片也在加速向可穿戴及智能电视等更多领域渗透。目前已发布的可穿戴设备大多基于成熟的移动芯片产品，包括谷歌眼镜、三星手表等。可穿戴未来巨大的市场潜力正吸引移动芯片设计企业纷纷针对可穿戴设备推出更低功耗、更高集成的芯片产品，如英特尔的超小超低功耗Quark处理器等，支撑更多商用可穿戴终端的发布。在智能电视领域，Mstar已能通过一颗SoC芯片实现智能电视所有功能，国内的TCL等企业紧跟智能电视机遇，踊跃尝试。除此外，移动芯片与开源硬件等的融合更为其在物联网的创新应用孕育更多可能。
（二）移动芯片制造工艺加速升级，助力移动计算性能与功耗的进步
28nm已成为主流工艺节点，台积电以绝对优势领衔，其2012年全球市场占有率接近100%，良率、性能等关键指标参数表现突出；三星、GlobalFoundries在2013年也实现28nm的突破。前者除自用外，为iphone5所用的A7芯片提供代工；后者据称已拿下高通部分订单。但与台积电相比，差距依然明显。
在制造工艺的后续升级中，根据台积电与苹果签订的后续代工协议，2014年最先进的工艺将进入到20nm，2015年进入16/14nm，快速升级的态势依然不减；英特尔目前开始进入22nm，并计划在2014年推出14nm。移动芯片还促进制造企业由关注“性能提升”向“性能和功耗平衡”转变：台积电目前四条28nm产线中，有三条主要用于生产移动芯片，而三星电子也拥有专用于移动芯片的28nm产线，性能和功耗平衡均是其主要特色。
二、我国移动芯片产业基础和挑战
在国家对新一代宽带无线通信产业和集成电路产业的大力支持下，国内取得了从“无芯”到“有芯”的重大突破，涌现出一批初具国际竞争力的设计企业，与国际顶级企业间的技术差距在不断缩小。2013年随着4G牌照的正式发布，为国内移动芯片实现从“有芯”到“强芯”的创新升级提供了良好的发展环境。
通信芯片方面，2011、2012、2013年前三季度我国手机基带芯片出货量分别为3.93、4.62、4.37亿片；国产化率三年内实现翻番，占比超过23%。在LTE芯片方面我国已基本跟上国际水平。目前海思、展讯、联芯、中兴微电子、创毅视讯、重邮信科、国民技术等已实现LTE基带芯片的商用供货；海思、展讯等多家企业已经开展TD-LTE、TD-SCDMA、LTE-FDD、GSM和WCDMA五模芯片的研发，并采用目前最先进的28nm工艺设计，2014年多款平台即可实现商用。LTE-Advanced多模芯片的研发目前也正在进行，预计2014年可发布测试用样片。
应用处理芯片方面，2011、2012、2013年前三季度我国智能手机应用处理芯片出货量分别为0.97、2.58、3.18亿片，目前国产化率达到25%，增长态势明显；展讯和联芯等提供的集成通信基带和应用处理器的单芯片是拉动发展的重要力量。国内企业对基础架构的理解也逐步深入，海思正成为国内首家获得ARM架构授权资格的企业。此外，君正基于MIPS指令集设计的处理器架构，在教育电子设备领域已有较广应用（国内45%市场），正逐步向智能手机、平板电脑及可穿戴等领域发展。
在当前的产业格局下，我国移动芯片要实现进一步突破升级，在市场拓展、技术提升、产业合作等方面仍面临巨大挑战，具体表现在：
一是，国内多数企业实力和国际领先企业差距较大，产品以中低端市场为主、利润率低，时刻面临高通等巨头进入中低端市场挤压生存空间的严峻挑战，未来随着设计技术及工艺技术升级的难度加大，面临差距拉大再次掉队的风险。
二是，大带宽、高速率、高性能、低功耗的发展需求需要引入28nm甚至更高工艺，我国目前28nm芯片产品仅有少量供货。除此外，国内企业也普遍缺乏对CPU、GPU、DSP等基本功能IP核的开发和积累，制造企业在工艺IP的积累方面严重不足。
三是，移动芯片与本土集成电路制造方面的互动空间仍然巨大，如中芯国际40nm工艺仅能支持国内厂商约20%的产能需求，28nm尚未进入大规模量产阶段，无法满足国内企业的新产品研发需求。
在面临严峻挑战的同时，我国移动芯片技术未来升级也存在几个方面的机遇：
一是，2013年12月4日，工信部正式向三大运营商发放4G牌照，标志着我国通信业进入4G新时代，全球最大LTE市场的启动为我国移动芯片技术及产业的进一步升级营造了良好的发展环境。
二是，移动智能终端仍将保持蓬勃发展的态势，国内终端企业在全球产业的地位快速提升，华为、联想、中兴已进入全球前十，在主流及入门市场中国企业更是成为创新主力。国内巨大的市场优势及终端产能优势，为后续芯片企业与终端企业深化合作，提高芯片国产化率创造了更多发展机遇。
三是，国内移动芯片企业经过多年发展，在技术及市场方面已取得一定突破和积累，并积极参与国际市场的竞争与合作，在全球产业地位得以提升的同时，也在迅速跟进全球技术发展趋势，并与国际巨头形成良好的合作关系，如高通与中芯国际、展讯与台积电等，为将来更好借鉴和利用国际优势资源、提升自身竞争实力奠定良好基础。
三、对后续发展的几点建议
基于以上分析，建议抓住4G所带来的重大发展机遇，充分利用市场优势，加强对移动芯片的技术和产业布局，推动产业链各环节的协同创新，实现我国移动芯片技术及产业的进一步升级。
（一）充分发挥本土市场优势，推动移动芯片产业规模快速放大。充分发挥移动互联网和智能终端的产业拉动效应，鼓励运营商终端集采、终端企业整机研发时优先采用国产芯片，加快内需市场移动芯片国产化进程。推进移动芯片在可穿戴智能终端、智能电视、物联网以及云计算服务器等新兴领域的应用。
（二）突破关键技术，夯实多模多频、高性能、高工艺芯片设计及制造等核心技术基础。继续加强对LTE及LTE-Advanced多模多频芯片、多核并行架构及64位架构芯片、集成型单芯片的研发。加大对最先进工艺商用芯片研发的支持。推进ARM基础架构的深入研发和定制，加大对DSP、GPU、USB、HDMI接口等关键IP核的自主研发，鼓励探索基于MIPS架构产业生态的建设。
（三）加强产业联动，实现移动芯片设计及制造等关键环节的协同进步。联合芯片设计及制造企业共同实现20nm及更高工艺基础技术的研发；推进模拟及MEMS等特色工艺的实现。鼓励国内企业以多种方式实现知识产权共同，鼓励设计和制造企业深化合作实现特色工艺产品的研发，促进“芯片与整机”、“芯片设计与制造”、“IP核与芯片设计”参与主体间的资源协调、优化和紧密合作。
（四）充分发挥国家的政策支持和引导作用，进一步加强对核心技术研发、关键设备采买以及核心专利授权等支持及协调。优化产业环境，针对移动芯片及集成电路发展需求，探索调整现有投资/人才/研发机制；鼓励产业基金、风投等加大对中小企业的支持，积极探索新技术/新方向，推动国内企业间的并购及合作；扩大芯片制造企业的上市融资渠道，吸引更多资本。
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