2018年中國(guó)模擬芯片發(fā)展現(xiàn)狀分析、各嵌入式處理器區(qū)別及模擬芯片發(fā)展前景分析[圖]

模擬芯片王密 2019-09-18 06:30 來(lái)源：智研咨詢

一、現(xiàn)狀

模擬集成電路主要是指由電阻、電容、晶體管等組成的模擬電路集成在一起用來(lái)處理連續(xù)函數(shù)形式模擬信號(hào)（如聲音、光線、溫度等）的集成電路。例如，若要傳輸一段亮度由小變大的光線，若用模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸（相應(yīng)的應(yīng)采用模擬集成電路），那么在傳輸過(guò)程中的光信號(hào)的幅度就會(huì)越來(lái)越大，且是平滑連續(xù)的。

常見的模擬集成電路通常包括各種放大器、模擬開關(guān)、接口電路、無(wú)線及射頻IC、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片、各類電源管理及驅(qū)動(dòng)芯片等。最主要的兩大類產(chǎn)品為信號(hào)鏈產(chǎn)品和電源管理芯片。

隨著客戶和市場(chǎng)也正逐步從對(duì)器件功能的基礎(chǔ)要求上升到對(duì)整體系統(tǒng)性能的深層需求，越來(lái)越多的產(chǎn)品被要求具備更高的精度、更快的速度、穩(wěn)定清晰的聲音、生動(dòng)絢麗的圖像、更長(zhǎng)的電池使用時(shí)間等，在這樣背景下，以放大器、轉(zhuǎn)換器、電源管理、用戶界面為代表的模擬芯片技術(shù)成為電子產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的一個(gè)新引擎。

基于終端應(yīng)用范圍寬廣的特性，模擬芯片市場(chǎng)不易受單一產(chǎn)業(yè)景氣變動(dòng)影響，因此價(jià)格波動(dòng)遠(yuǎn)沒有存儲(chǔ)芯片和邏輯電路等數(shù)字芯片的變化大，市場(chǎng)波動(dòng)幅度相對(duì)較小。

模擬芯片的產(chǎn)品特點(diǎn)：產(chǎn)品生命周期長(zhǎng)：模擬IC產(chǎn)品可以達(dá)到10年以上，強(qiáng)調(diào)高信噪比，低失真，低功耗，高可靠。與元器件結(jié)合更加緊密：需要考慮元器件布局的對(duì)稱結(jié)構(gòu)和元器件參數(shù)匹配形式設(shè)計(jì)開發(fā)工具少：可以借助的EDA工具遠(yuǎn)不如數(shù)字IC設(shè)計(jì)的多非CMOS制程：CMOS產(chǎn)品電壓一般在5V以下，不適合工業(yè)和通信產(chǎn)品的需求。IDM：設(shè)計(jì)和生產(chǎn)緊密結(jié)合，因?yàn)楹芏喈a(chǎn)品性能差別很大。用到很多的特殊工藝，比如BCD（Biploar、CMOS、DMOS），高頻領(lǐng)域還有SiGe和GaAs，很多性能在自建產(chǎn)線上才能體現(xiàn)更好。工程師需要多年積累：設(shè)計(jì)人員需要對(duì)器件的物理性能，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布圖布線有綜合的設(shè)計(jì)能力，往往需要7年以上的積累。

模擬集成電路設(shè)計(jì)的一般過(guò)程包括：①電路設(shè)計(jì)：依據(jù)電路功能完成電路的設(shè)計(jì)②前仿真：電路功能的仿真，包括功耗，電流，電壓，溫度，壓擺幅，輸入輸出特性等參數(shù)的仿真③版圖設(shè)計(jì)（Layout）：依據(jù)所設(shè)計(jì)的電路畫版圖④后仿真：對(duì)所畫的版圖進(jìn)行仿真，并與前仿真比較，若達(dá)不到要求需修改或重新設(shè)計(jì)版圖⑤后續(xù)處理：將版圖文件生成GDSII文件交予晶圓生產(chǎn)廠進(jìn)行試生產(chǎn)。

2018-2023F模擬芯片市場(chǎng)主要產(chǎn)品類別的復(fù)合年增率

數(shù)據(jù)來(lái)源：公開資料整理

二、嵌入式處理器行業(yè)

嵌入式處理器是許多電子設(shè)備的“數(shù)字大腦”，用于處理特定的任務(wù)，并可以根據(jù)應(yīng)用程序優(yōu)化其性能、功耗和成本等組合。

嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心，是控制、輔助系統(tǒng)運(yùn)行的硬件單元。嵌入式處理器的特點(diǎn)是具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)多任務(wù)支持能力，存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，可擴(kuò)展的微處理器結(jié)構(gòu)，較強(qiáng)的中斷處理能力以及低功耗。

1、嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)

嵌入式微控制器的典型代表是單片機(jī)，這種8位的電子器件目前在嵌入式設(shè)備中仍然有著極其廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各種必要功能和外設(shè)。為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，一般一個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核都是一樣的，不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置及封裝。這樣可以使單片機(jī)最大限度地和應(yīng)用需求相匹配，功能不多不少，從而減少功耗和成本。

微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱為微控制器。

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

DSP處理器是專門用于信號(hào)處理方面的處理器，其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規(guī)模的應(yīng)用。目前最為廣泛應(yīng)用的嵌入式DSP處理器是TI的TMS320C2000/C6000系列，AD、和Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的應(yīng)用范圍。

嵌入式DSP處理器有兩個(gè)發(fā)展來(lái)源，一是DSP處理器經(jīng)過(guò)單片化、EMC改造、增加片上外設(shè)成為嵌入式DSP處理器，TI的TMS320C2000/C5000等屬于此范疇；二是在通用單片機(jī)或SOC中增加DSP協(xié)處理器，例如Intel的MCS-296和Infineon(Siemens)的TriCore。

3、嵌入式微處理器(EmbeddedMicroprocessorUnit,EMPU)

MPU嵌入式微處理器是由通用計(jì)算機(jī)中的的CPU演變而來(lái)的，與計(jì)算機(jī)處理器不同的是，在實(shí)際嵌入式應(yīng)用中，只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的母板功能，這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗。為了滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本是一樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強(qiáng)。

和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但是在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設(shè)等器件，從而降低了系統(tǒng)的可靠性，技術(shù)保密性也較差。嵌入式微處理器及其存儲(chǔ)器、總線、外設(shè)等安裝在一塊電路板上，稱為單板計(jì)算機(jī)。如STD-BUS、PC104等。
目前主要的嵌入式處理器類型有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等。

4、嵌入式片上系統(tǒng)(SystemOnChip)

SOC就是SystemonChip，片上系統(tǒng)。它結(jié)合了許多功能塊，將功能做在一個(gè)芯片上，像是ARMRISC、MIPSRISC、DSP或是其他的微處理器核心，加上通信的接口單元，像是通用串行端口(USB)、TCP/IP通信單元、GPRS通信接口、GSM通信接口、IEEE1394、藍(lán)牙模塊接口等等，這些單元以往都是依照各單元的功能做成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的處理芯片。

SOC可以分為通用和專用兩類。通用系列包括Infineon的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola聯(lián)合研制的Neuron芯片等。專用SOC一般專用于某個(gè)或某類系統(tǒng)中，不為一般用戶所知。一個(gè)有代表性的產(chǎn)品是Philips的SmartXA，它將XA單片機(jī)內(nèi)核和支持超過(guò)2048位復(fù)雜RSA算法的CCU單元制作在一塊硅片上，形成一個(gè)可加載JAVA或C語(yǔ)言的專用的SOC，可用于公眾互聯(lián)網(wǎng)如Internet安全方面。

三、發(fā)展趨勢(shì)

2018年，在全球半導(dǎo)體細(xì)分行業(yè)中，模擬半導(dǎo)體的市場(chǎng)收入約為590億美元，其中德州儀器的市場(chǎng)份額為18%（108億美元），為行業(yè)第一；全球嵌入式處理器的市場(chǎng)收入約為210億美元，其中德州儀器的市場(chǎng)份額也是18%（36億美元），同樣為行業(yè)第一。

隨著臺(tái)積電開創(chuàng)代工模式，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈逐漸從IDM模式轉(zhuǎn)變成VDM（設(shè)計(jì)-代工-封測(cè)）模式。模擬器件代工的最大特點(diǎn)就是標(biāo)準(zhǔn)化程度差，導(dǎo)致移植性低，目前模擬電路領(lǐng)域主流廠商大多為IDM模式。模擬電路需要在設(shè)計(jì)和工藝上的緊密合作，才能開發(fā)出有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，進(jìn)一步形成技術(shù)壁壘，行業(yè)集中度特點(diǎn)形成。
模擬電路的生命周期很長(zhǎng)，不少模擬電路產(chǎn)品生命周期長(zhǎng)達(dá)10年以上。模擬電路產(chǎn)品的價(jià)格通常偏低，占下游終端成本比例較小。行業(yè)普遍產(chǎn)品更新?lián)Q代慢，利潤(rùn)率低導(dǎo)致新增進(jìn)駐企業(yè)減少，行業(yè)壟斷格局不斷強(qiáng)化。

業(yè)內(nèi)龍頭企業(yè)2018年銷售費(fèi)用與研發(fā)費(fèi)用占比均超過(guò)10%。杰克基爾比的第一個(gè)集成電路；世界第一款手持計(jì)算器；世界上第一顆激光導(dǎo)彈；世界第一臺(tái)晶體管收音機(jī)；首個(gè)單片微型計(jì)算機(jī)都是德州儀器的成就。

而跨入了21世紀(jì)，德州儀器開拓的DLP技術(shù)，也為其開拓了一個(gè)全新的，極具前景的產(chǎn)品線。這種MEMS技術(shù)在2011年拿下了投影市場(chǎng)55%的份額。

現(xiàn)在DLP不僅應(yīng)用在投影上面，還有PCB光刻、FPD光刻、激光標(biāo)簽、3D打印原型設(shè)計(jì)和直接制造等都是DLP所擅長(zhǎng)的，而針對(duì)每一個(gè)具體應(yīng)用，DLP的優(yōu)勢(shì)也有所不同。

2018年行業(yè)龍頭企業(yè)銷售和研發(fā)費(fèi)用情況