过去我国的半导体芯片是高度对外依存的产业。随着中美贸易战爆发，先有中兴被美国“封杀”，后有华为被列入“实体清单”，芯片国产替代的征程已是箭在弦上。本期我们就来分享国内企业在哪些芯片的细分市场上，最可能或已经取得突破，市场空间如何。
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认识半导体芯片
半导体，本义是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料（主要是硅材料）。现在多数语境中，半导体就是指半导体芯片。普通人很难理解各类半导体芯片的区别，我们通过下图来帮助大家理解其功能分类。
主流数字电路架构
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数字芯片（图1中第①部分）：
稍熟悉手机配置的人对处理器、运存及内存都有一些概念，如最近发布的华为Mate 30 pro旗舰手机，入门级的配置就是麒麟990的CPU+8GB缓存（俗称运存）+128G闪存（俗称内存）。这里的CPU+缓存+闪存就构成了数字电路的最小框架，也称为最小系统。所有电子产品的主板都必须包括这三类芯片：
- CPU代表微处理器芯片；
- 缓存代表DRAM芯片；
- 闪存代表FLASH芯片；
它们都属于数字芯片。其中DRAM和FLASH统称为存储芯片。
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模拟芯片（图1中第②部分）：
数字和模拟是两个相对的概念。数字芯片相互之间的信息传递是图2这种脉冲式方波，高电平就代表1，低电平就代表0，整个数字电路是以二进制的形式运算的。
图 2 数字信号示意图
模拟芯片顾名思义就是处理模拟信号的芯片。模拟信号是各种连续平滑的信号，而不是脉冲式的方波信号。其实射频信号也是类似的波形，只不过一般特指频率比较高的模拟信号（300MHz以上）。
图 3 模拟信号示意图
模拟芯片的作用如图1第2部分所示，包括供电、A/D、D/A、信号链（输出输出接口芯片）：
Ⅰ.电源芯片：各种芯片所需要的工作电压都有差别，电源芯片就是把外部输入电压转换为各种芯片需要的工作电压；
Ⅱ.信号链芯片：芯片与芯片之间、板卡与板卡之间的信号交互，经常需要信号链芯片进行转换或者中继；
Ⅲ.A/D、D/A转换芯片：A/D芯片即是模数转换芯片，把模拟信号采样为0101的二级制数字信号，D/A芯片即是数模转换芯片，这两款芯片是连接数字世界和模拟世界的桥梁芯片；
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射频芯片（图1中第③部分）：
射频芯片图1中没有展开，大体就是把高频的连续信号经过PA（功率放大器）及LNA（低噪声放大器）），分路（双工器+开关），并滤除杂波（滤波器），把频率变换到A/D能够处理的频带（变频器）后输出到A/D转换芯片，这系列的操作就是射频芯片的功能。
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半导体芯片的市场有多大
我们已经介绍了数字芯片、模拟芯片、射频芯片这三类主要芯片，每种类型的全球市场空间分别有多大呢？请见图4。
图4 半导体市场规模全景图
目前全球半导体芯片总消费量约4500亿美元/年，数字芯片+模拟芯片+射频芯片是最重要的三类芯片，约占88%；光电芯片（用于光通信中的光模块）、传感器芯片及分立器件占余下的12%。本文主要分析前三种主要芯片类型。
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国内半导体芯片产业属于什么水平
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数字芯片领域
在微处理器芯片上，国产ARM架构的处理器已经取得了突破，华为鲲鹏处理器已经发布。相信不远的将来，基于ARM架构的IT基础设施生态将被建立起来，不再依赖英特尔的X86架构CPU，起码不会因为英特尔断供而影响到国内IT基础设施安全。
在逻辑芯片上，FPGA（现场可编程逻辑阵列）及CPLD（复杂可编程逻辑器件）基本上是被美系厂商垄断，但这类逻辑器件功能可以通过微处理器+ASIC（专用集成电路）的方式去替换，国内还有时间慢慢追赶，最重要的是取得存储芯片的突破。
存储芯片是组成最小系统的三大芯片之一，而目前国内在主流的DRAM和NAND FLASH领域的市占率为0，只有在细分的Nor FLASH赛道上有兆易创新占有一席之地。
图5 DRAM市场竞争格局
图6 NAND FLASH市场竞争格局
图7 Nor FLASH市场竞争格局
资料来源：Cinno Research
值得高兴的是，目前国内DRAM厂商合肥长鑫及NAND FLASH厂商长江存储都处在量产突破前夕，如进展顺利，预计未来1-2年国内存储芯片的市占率将迅速上升。
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模拟芯片领域
模拟芯片竞争格局非常稳定，1995年的前十大厂商与2017年的前十大厂商相比，只有日系东芝和Sanyo真正掉队，其余厂商都经过各种拆分并购演变成现在的前十大，目前合并市占率58%，美系厂商占主导地位。
图8 模拟半导体大厂的演变历程
国内模拟芯片销售规模占比全球整体销售规模约60%，但是国产模拟芯片厂销售额的全球占比只有10%，即使是国内矽力杰+韦尔股份+圣邦股份加起来市占率都不到1%。模拟芯片国产替代之路任重道远。
表1 模拟芯片龙头公司收入（2018年）
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射频芯片领域
受益于5G商用，未来3-5年射频芯片市场规模会持续增长，预计将从2017年的150亿美金增长到2023年的350亿美金，其中滤波器是最大的增长点。
表2 各类射频芯片的市场规模
射频芯片集中度比模拟芯片还高，属于寡头垄断格局，前五大厂商市占率大于80%，其中BAW滤波器和PA的美系厂商垄断性最强，终端厂的供应链安全风险很高。国内数得上好的也就是做手机射频开关和LNA的卓胜微、做手机PA的唯捷创芯和紫光展锐，以及隐藏实力强的华为海思，但体量还非常小，技术差距比较大。
国内卓胜微因中美贸易战原因，射频开关收入增速较快，目前全球市市占率已经上升到10%左右，射频开关的技术壁垒在射频器件中相对较低，因此突破更快。
图9 射频开关市场竞争格局
手机每增加一个频段，大约需要增加2只滤波器。从2G到4G，使用的频段变多了，且频带宽了。5G到来后新频段增加，手机滤波器的需求将大幅增加。3G时单只手机的SAW滤波器需求约为3-6只，4G时单只手机的SAW滤波器需求约为20-40只，5G时单只手机的SAW滤波器需求至少在50只以上。SAW滤波器是4G手机时代的主流滤波器，主要覆盖2GHz以下的频段，目前国内厂商几乎没有形成份额，只有麦捷科技、德清华莹（信维通信参股企业）等公司开始在消费电子SAW滤波器领域取得一些突破。
图10 SAW滤波器市场竞争格局
5G对滤波器的需求增量主要体现在BAW滤波器上，因为5G的频段主要集中在2GHz以上，这个区间频段SAW滤波器的性能会显著下降，而BAW由于专利壁垒极高，基本上被博通一家垄断，国内几乎没有涉足BAW滤波器领域，即使技术上突破，商业上也很难绕过博通的专利封锁。华为被美国列入实体清单后无法采购博通的BAW滤波器，解决办法是牺牲一点体积，用LTCC滤波器替换掉BAW滤波器，未来供应链怎么演变还有待进一步观察。
图11 BAW滤波器市场竞争格局
PA被美系三大厂垄断了93%的份额，4G时代没掉队的唯捷创芯和紫光展锐在5G时代可能会取得突破，华为海思已经在PA领域默默研发多年，预计未来1-2年内将会实现自主可控。
图12 PA市场竞争格局
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国内半导体发展空间有多大
2018年中美贸易战爆发，华为被列入实体清单，核心元器件被断供。因为有中兴被断供的前车之鉴，华为已提前储备了一年的半导体芯片，利用这珍贵的一年缓冲期，做了两件事：
1、 把海思内部培育多年的“备胎计划”转正，包括手机操作系统、各类型元器件等，并尽量在国内投片；
2、 扶持国内半导体供应商，只要国内能做出来的都开始启动，国内暂时做不了的芯片类型，进行研发支持，这部分元器件暂时先采用日韩供应商。
国内晶圆代工厂直接受益于第1条，国内半导体芯片厂受益于第2条。2018年华为对美系半导体公司采购需求达110亿美元（华为总需求约210亿美元），这部分需求将逐渐转移到国内，并带动海康威视、大华股份等安防大厂及其他手机终端厂也开始转移供应链。这种转移效应一旦形成趋势，是难以逆转的。
根据《中国制造2025》规划，2020年我国芯片自给率达到40%，2025年达到70%。2018年全球半导体产业营业收入4767亿美元（数据来源：Gartner），中国集成电路进口额达到3120亿美元（数据来源：海关总署），而测算中国自产芯片只有约370亿美元。假设最终只达到40%自给率，模拟+射频+存储芯片的自给空间达到680亿美元，如果出现若干5%市占率的公司，对应收入34亿美元，按照半导体芯片50-60%的毛利率，对应利润达到10亿美金以上，相应公司市值可达到400亿美元以上。未来几年，我们能否见证400亿美元市值的国产半导体公司出现呢？
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