據中國半導體行業協會數據,2021年上半年,中國集成電路產業的銷售額約為4102．9億元。雖然我國整個集成電路行業的市場規模龐大,但在很大程度上卻依賴于進口。據海關統計:2021年上半年,中國集成電路行業的進口量為3123．3億塊,進口金額約為1978．8億美元;而出口量為1513．9億塊,出口金額約為663．6億美元。中國集成電路行業進口出口嚴重失衡。
隨著互聯網經濟的不斷發展,無論是新型信息產業還是進行信息化改革的傳統企業都對于芯片的需求量不斷攀升,這讓越來越多的人意識到了芯片的重要性。
好在社會對半導體行業的關注度越來越高,更多的芯片企業也對于芯片國產化的重要性有了深刻的認識。在各方的不斷努力下,國產半導體多點開花取得了一系列的成就。
功率器件
功率器件在電力電子行業有著非常廣泛的應用,是電子產品的基礎元器件之一。隨著科技快速發展,功率半導體器件應用領域正在從傳統的工業領域快速擴展至新能源、大數據、物聯網、智能電網、智能機器人、軌道交通等戰略性新興領域。據IHS Markit,2019年全球功率器件市場規模約為404億美元,Omida 預計至2024年市場規模將增長至524億美元,年增速為5．3%。居家辦公帶來的PC和云服務器等市場的大幅增長、5G基礎設施建設與5G手機的大量出貨,都是全球半導體和全球功率半導體市場規模增長的重要驅動力。
國內半導體公司很早就開始了二極管、晶體管、MOSFET等功率器件的設計和制作。據芯謀研究數據,2020年中國功率分立器件有5家公司進入全球前20,分別是排名第9的安世半導體,排名第13的揚州揚杰,排名第15的華潤微,排名第17的杭州士蘭微,排名第20的吉林華微。
揚杰科技立足功率半導體,通過不斷擴充產品線和應用下游,在二極管類和整流橋產品取得行業領先的競爭地位。除二極管類產品以外,公司加大研發投入,研發并量產了MOSFET、IGBT模塊、碳化硅器件等多種高端功率器件和模塊,形成全面的功率半導體產品布局。2009-2019年,公司營收保持持續增長,10年復合平均增長率高達26．55%。2020年實現營業總收入26．31億元,同比上漲31．11%。
華潤微是功率半導體芯片設計、晶圓制造、封裝測試全產業鏈頭部公司,產品聚焦于功率半導體、智能傳感器、智能控制。MOSFET是華潤微核心產品,華潤微也是少數能提供低、中、高壓全系列MOSFET 產品的公司。根據Omdia的統計,2020年度以銷售額計,華潤微在中國MOSFET市場中排名第三,僅次于英飛凌和安森美,是中國本土最大的MOSFET廠商。2020年華潤微營業收入69．77億元,同比增長21．50%。
作為老牌的半導體功率器件廠商,士蘭微已擁有成熟的功率半導體器件、MOSFET、IGBT、二極管等器件產品。也已成為國內規模較大的集成電路芯片設計與制造一體(IDM)的企業之一,其技術水平、營業規模、盈利能力等各項指標在國內同行中均名列前茅。2020年,公司營業總收入為428,056萬元,較2019年同期增長37．61%。
華微電子是集功率半導體器件設計研發、芯片加工、封裝測試及產品營銷為一體的國家級高新技術企業,其前身是成立于1965年的吉林省吉林市半導體廠。華微電子發布2021年半年報,公司上半年實現營業收入9．92億元,同比增長23．45%。華微電子是以IDM模式為主的國內領先功率半導體企業,具備芯片設計、晶圓制造、封裝測試等全產業鏈一體化的經營能力。目前,華微電子擁有4至8英寸芯片生產線,各尺寸晶圓生產能力為400萬片/年,封裝資源為24億只/年。
新潔能作為國內功率器件領先設計企業,擁有溝槽型功率MOSFET、超結功率MOSFET、屏蔽柵功率MOSFET和IGBT四大品類,產品覆蓋12V～1350V電壓范圍、0．1A～350A電流范圍,共計1300余款細分型號產品,是國內擁有MOSFET產品種類最齊全的公司之一。2020年,新潔能營收9．55億元,同比增加23．62%。
今年4月,據知情人士透露,華為正在為公司的功率器件研發招攬人才,其中包括IGBT、MOSFET、SiC、GaN等主流的功率器件,據說隊伍目前已有數百人。
近年來,我國功率器件產量不斷提升,國產企業的實力逐漸增強。2015年以來,我國功率器件產銷率均處于100%以上,近年來,保持快速增長趨勢,2020年產銷率達到近年來水平最高,我國功率器件市場整體處于供大于求狀態。
GPU
GPU 被廣泛用于游戲,高清顯示,元宇宙,數據中心,車聯網等領域,下游需求旺盛。根據Verified Market Research數據,2020年全球GPU市場價值為254．1億美元,2027年有望達到1853．1億美元,年平均增速高達32．82%。據估算,2020 年中國大陸的獨立GPU市場規模為47億美元,2027年將超過346億美元。
景嘉微作為國內GPU領先企業,是當之無愧的國產之光。2021年上半年,公司營收4．75億元人民幣,同比增長53．51%;凈利潤約1．26億元人民幣,同比增長41．11%。景嘉微推出了國內首款具有完全自主知識產權的高可靠圖形處理芯片JM5400,可廣泛應用于有高可靠性要求的圖形生成及顯示等領域,滿足機載、艦載、車載環境下圖形系統的功能與性能要求。另外,JM7系產品推動芯片業務快速增長,公司2018年推出的7系產品已經廣泛應用于信創市場。據了解,景嘉微JM9系列圖形處理芯片目前正處于測試階段,9系產品支持高性能計算、高清顯示和游戲,9系相對7系制程從28nm 提升到 14nm,應用領域從圖形顯控拓展到高性能計算,同時顯控能力大幅提升可以支持 3D 顯示和 4k游戲;GPU 產品有望從信創領域拓展到民品市場,打開新的市場空間。
同時掌握CPU、GPU、芯片組三大核心技術的兆芯,具備三大核心芯片及相關IP設計與研發的能力,致力于通過技術創新與兼容主流的發展路線,推動信息產業的整體發展。2019Q2,兆芯發布了全新的用于PC的處理器KX-6000系列。KX-6000是業內第一款完整集成CPU、GPU、芯片組的SoC單芯片國產通用處理器。KX-6000系列處理器采用16納米制程,集成高性能顯卡,支持DP/HDMI/VGA輸出,兼容DirectX、OpenGL、OpenCL等主流API,最高可同時輸出3臺顯示器,分辨率可達4K。除了以上集成GPU外,兆芯還計劃發布一款采用臺積電28納米工藝,TDP 70瓦的獨立GPU。
由中國船舶重工集團第709研究所控股的凌久電子研制了GP101,這是具備完全自主知識產權的圖形處理器芯片。GP101支持2D/3D圖形加速,支持二維矢量圖形加速,支持4K分辨率、視頻解碼和硬件圖層處理等功能。GP101支持VxWorks、Linux、Windows等通用操作系統,支持中標麒麟、道等國產操作系統,支持龍芯、飛騰、申威等國產處理器。GP101實現了我國通用3D顯卡零的突破,在信息安全和供貨能力方面有充分的保障,可以廣泛應用于軍民多個領域。
芯瞳半導體成立于2019年,是一家從事GPU芯片設計的科技企業。公司著力于研發高性能的GPU芯片,為用戶提供以自研GPU芯片為核心的解決方案,致力于打造業界領先的GPU芯片設計平臺。公司第一代GPU芯片(GenBu01)系列產品已完成與國產CPU和主流操作系統的適配工作,可應用于嵌入式計算及設備、辦公電腦和工控顯示設備等應用場景。在研的高性能產品可應用于服務器、數據中心等大型設備。公司的GPU架構采用了業界主流的統一渲染架構,并具有高度可擴展的互聯結構和計算陣列,便于芯片后續迭代升級。經過多年的積累,團隊構建了芯片建模虛擬平臺,通過該虛擬平臺,團隊可以快速地完成GPU相關軟件的研發和軟件生態的部署,與此同時,在該虛擬平臺上快速地對芯片架構進行驗證,從而縮短GPU芯片的設計驗證周期,提升GPU芯片的設計效能。
天數智芯是中國第一家GPGPU(通用圖形處理器)云端芯片及超級算力系統提供商。今年3月,正式發布了完全自研的高性能云端7nm GPGPU芯片BI、加速卡,實現了國產高性能GPGPU歷史上的突破。天數智芯立足國內市場,重點打造自主可控、國際領先的通用、標準、高性能通用并行GPGPU云端計算芯片,從芯片端解決算力問題;并推出面向 5G 應用需求的云端推理芯片,兼容主流GPGPU生態,推進國產化生態建設。
據稱,壁仞科技研發的首款7nm GPU會在今年第三季度流片。壁仞科技累計融資47億元,該公司如此驚人的吸金能力備受矚目。壁仞科技之所以在尚未發布首款產品的背景下有這樣強大的融資能力,很大原因是壁仞科技創始人兼董事長張文以及組建的創始團隊。張文曾任職于商湯科技并擔任總裁。商湯科技也是AI領域的“融資狂人”,張文主要負責商湯與上海、成都等城市合作落地項目,包括參與落戶上海的商湯集團中國總部暨全球研發總部項目。張文還為壁仞科技拉來了極其豪華的配置,壁仞科技CTO兼首席架構師洪洲,曾在英偉達、S3 Graphics、兆芯等負責GPU項目,加入壁仞科技前,負責海思自研GPU團隊。聯合創始人焦國方,曾在Trident、S3 Graphics、高通任職,5代高通Adreno移動GPU架構由其開發,最近一段履歷,是擔任華為Futurewei公司GPU技術首席科學家,負責華為鴻蒙OS圖形圖像處理和UI系統框架。
在種種技術趨勢和大國競爭的背景下,國產GPU賽道已進入白熱化階段。但越是花團錦簇,越要警惕亂花迷眼,適當的“冷”思考有益身心。
模擬IC
模擬芯片無處不在,主要用于電源管理和信號鏈路,其生命周期長、門檻較高、壁壘明顯。根據WSTS數據,2020年全球半導體行業的整體規模為4331億美元,模擬芯片的市場規模則達到540億美元,占比半導體行業而規模的13%,是半導體行業中的重要組成部分。根據IDC數據,中國模擬芯片市場約為全球的36%,但是本土的自給率卻偏低,長久以來,全球模擬芯片主要被美歐壟斷。國內模擬廠商的自給率不到 20%,在高端領域甚至低于 5%。
矽力杰于2008年成立,2013年上市,立足于自主創新,布局全球,做模擬芯片行業的技術領跑者。過去10年年成長率超過30%。矽力杰利用行業領先的工藝技術設計創新的混合信號和模擬IC,產品廣泛用于工業,消費類,計算和通信設備中,旨在提高效率并節約或衡量能源使用。
國內模擬龍頭圣邦微專注于高性能、高品質模擬集成電路的研發和銷售。2021年上半年該公司實現營收9．1546億元,同比增加96．66%公司產品覆蓋信號鏈和電源管理兩大領域,擁有25大類3500余款可銷售型號,包括各類運算放大器及比較器、音頻功率放大器、視頻緩沖器、線路驅動器、模擬開關等。產品性廣泛應用于通訊設備、消費類電子、工業控制、醫療儀器和汽車電子等領域,以及物聯網、新能源和人工智能等新興市場。自2008年至今,公司連續獲評“十大中國IC設計公司”。
今年上半年,艾為電子營收10．67億元。艾為電子專注于數模混合、模擬、射頻等IC設計,為以手機、人工智能、物聯網、汽車電子、可穿戴和消費類電子等眾多領域的智能終端產品全面提供技術領先且高品質、高性能的IC產品。8月16日,上海艾為電子技術股份有限公司在上海證券交易所科創板上市。艾為電子的研發人員數量非常多,高達641人。
聚焦高性能模擬IC的思瑞浦,目前已擁有超過900款可供銷售的產品型號,產品以信號鏈模擬芯片為主,并逐漸向電源管理模擬芯片拓展,其應用范圍涵蓋信息通訊、工業控制、監控安全、醫療健康、儀器儀表、新能源和汽車等眾多領域,客戶覆蓋華為、中興、海康威視等。公司2020年度實現營業收入5．66億元,同比增長86．61%。
晶豐明源成立于2008 年,是國內領先的模擬和混合信號集成電路設計企業之一。2021年半年度報告顯示,公司實現營業收入10．66億元,較上年同期增長177．19%,實現凈利潤3．36億元。公司AC/DC類產品取得較好的客戶反饋,以白電(空調、冰箱、洗衣機)為主的大家電AC/DC電源芯片已完成客戶驗證,多家客戶進入批量銷售階段;適用于小家電的AC/DC電源芯片開始進入送樣階段;單火線智能面板AC/DC產品已開始批量出貨。半年度報告期內,內置AC/DC電源芯片類產品共實現銷售收入1220．97萬元。應用于充電器、適配器的外置AC/DC電源芯片實現銷售收入1,883．96萬元,部分產品已進入批量試產階段。
芯朋微是一家專業從事電源管理為主的模擬及數模混合集成電路設計的高科技創新企業。公司具有國內領先的研發實力,特別在高低壓集成半導體技術方面更是擁有業內領先的研發團隊。公司在國內創先開發成功并量產了單片700V高低壓集成開關電源芯片、1200V高低壓集成開關電源芯片、零瓦待機高低壓集成開關電源芯片等產品。
賽微微電子是全球僅有的三家能夠量產高精度電池電量計專用集成電路企業之一。產品線包括電池電量計芯片、電池管理芯片、電池保護芯片、BMS前端采集芯片以及USB充電控制芯片。專注市場領域涵蓋移動通信、平板計算機、筆記本計算機、電動工具、電動交通工具、電池儲能設備等諸多領域,累計出貨芯片超過3億顆
從業績來看,盡管國內模擬IC廠商在業務體量上與德州儀器等國際巨頭相差甚遠,但國產替代的需求強烈,其營收均呈現出高速增長的狀態,在華為、中興等眾多終端客戶的加持下,國內模擬IC廠商未來可觀。
結語
半導體產業發展已刻不容緩,中國集成電路行業的破局之路充滿了挑戰。廠商應該從全球發展的視角打通上下游產業鏈,借助市場資本之力不斷鉆研,投入研發,快速迭代,才能在群雄逐鹿的背景下突圍而出。
