02.16 半导体芯片1

【半导体芯片简介】

半导体芯片1

一、逻辑IC(计算类芯片)

逻辑IC也被称为计算类芯片,在计算机、数字控制、通信、自动化和仪表等方面中被大量运用,是半导体行业的核心。

逻辑IC可以分为标准化和非标准化两大类,标准化逻辑IC有四种:CPU、GPU、ASIC、FPGA,由于西方国家电子信息化拥有先发优势,形成了对革命性产品的垄断,逻辑IC行业形成了较高市场准入门槛,四个主流领域多被欧美发达国家的电子巨头所控制。


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CPU:

CPU是一块超大规模的集成电路,是计算机的运算核心和控制核心,它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据;CPU的结构主要包括控制单元、运算器、高速缓存器、动态随机存取存储器四个部分,分别对应控制、运算、高速数据交换存储、短暂存储四个用途。


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CPU可分为桌面CPU和移动CPU两大类,桌面CPU行业目前形成传统霸主英特尔与后起之秀AMD两强争霸的局面。从市场占比来看,Intel一直是CPU领域的领导者,AMD一直是追赶者的角色,两大公司的市场占有率约为80%、20%。


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移动CPU领域呈现一超多强的局面,美国高通公司一直在高端移动处理器市场中占据垄断地位,优势难以被打破;其竞争对手主要包括美国苹果公司、台湾联发科和韩国三星电子。

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GPU:

由于CPU的架构中需要大量的空间去放置存储单元和控制单元,相比之下计算单元只占据了很小的一部分,所以它在大规模并行计算能力上极受限制,而更擅长于逻辑控制;但是随着人们对更大规模与更快处理速度的需求增加,CPU无法满足,因此诞生了GPU。

GPU是图形处理器,是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备上图像运算工作的未处理器,拥有很强的浮点运算能力。它与CPU有明显区别:一是相比于CPU串行计算,GPU是并行计算,同时使用大量运算器解决计算问题,有效提高计算机系统计算速度和处理能力;二是GPU的结构中没有控制器,所以GPU无法单独工作,必须由CPU进行控制调用才能工作,GPU更适合简单大量的处理类型统一的数据。GPU市场目前由NVIDIA和AMD两大巨头占据,其中NVIDIA占据70%左右的市场份额,主打高端旗舰级市场;AMD占据30%左右,主打入门级产品,覆盖中低端市场。

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ASIC:

ASIC芯片的计算能力和计算效率都可以根据特性需求进行定制,所以其可以实现体积小、功耗低、高可靠性、保密性强、计算性能高、计算效率高等优势;缺点是定制化的ASIC一旦制造完成将不能更改,设计要求高、初期成本高、开发周期长。目前ASIC领域呈现国内外多家电子科技巨头互相竞争的格局,国外以Google、IBM、Intel为首,国内有中星微电子、寒武纪科技、启英泰伦。

FPGA:

FPGA是一种硬件可重构的体系结构,常被用作高计算领域专用芯片(ASIC)的小批量替代品。FPGA的核心优势主要有五个方面:可编程灵活度高、并行运算效率高、开发周期较短、稳定性好、长期维护;缺点在于功耗比ASIC大,设计技术门槛非常高。目前全球FPGA市场被国外四大巨头赛灵思、阿尔特拉、莱迪思、美高森美垄断,其中赛灵思占据54%左右的市场份额。


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DSP:

除了以上四种主要标准化电路,非标准化逻辑电路也在各种应用领域被大量应用,DSP是应用领域比较广泛的一种。DSP也称数字信号处理器,具有系统结构简单、可靠性高、处理功能强速度快、控制功能强、适应环境能力强的特点;DSP凭借卓越的性能,在图形图像处理、语音处理、信号处理等通信领域起到越来越重要的作用,广泛应用于移动通信、电机控制、汽车毫米波雷达图像处理、测量仪表等领域。目前全球范围内生产DSP的大型厂商包括德州仪器、亚德诺半导体、恩智浦半导体,其中德州仪器产品具有较大优势。


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二、存储IC

存储器是大数据时代的基石,计算机中的全部信息,包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。

存储器可以分为光学存储器、半导体存储器、磁性存储器,半导体存储器是目前最主要的存储器类别。根据断电后存储数据是否丢失为标准,半导体存储芯片可分为两类:一是非易失性存储器,这类存储器断电后数据能够存储,主要以NAND Flash为代表,常见于SSD(固态硬盘);另一类是易失性存储器,这一类存储器断电后数据不能存储,主要以DRAM为代表,常见于电脑、手机内存。目前市场上DRAM占比约57%,NAND Flash占比约40%。

目前DRAM行业一直被美韩三大存储器公司垄断,三星、海力士、美光占据了全球市场的95%以上。NAND Flash目前主要使用3D多层闪存技术,全球主要厂商包括三星电子、海力士、美光科技、东芝、西部数据。


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三、模拟IC

模拟芯片产品已经遍布生活中的各个角落,无论是网络通信、消费电子、工业控制、医疗设备还是汽车电子,都会用到模拟芯片。从市场的主要应用来看,模拟芯片大致可以分为三大类:RF(射频)相关产品、AD/DA(模数/数模)相关产品和电源管理产品;射频、电源管理产品主要应用于智能手机类消费电子产品,近几年消费电子产品需求的增长,其成为了模拟芯片市场发展的主要推动力。

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模拟芯片设计过程相比于数字芯片更多依赖于经验,更少依赖计算机模型,优秀的工程师一般需要10年以上的行业经验,因此模拟芯片公司具有强大的进入壁垒,市场竞争格局稳定,行业龙头在定价能力上话语权优势明显;全球模型芯片市场中德州仪器(TI)占据主导地位,营收和市场占有率几乎是排名第二亚德诺(ADI)的两倍。

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【国内企业现状】

国内半导体厂商与国外企业在技术上还有较大差距,特别是在芯片设计、制造领域,具有资金投入大、技术门槛高的特点,全球芯片龙头企业具有非常大的先发优势,甚至制定整个行业的技术规范;随着国家把半导体作为战略重点发展行业,国内部分企业在存储、模拟IC行业占据了一席之地。

一、兆易创新

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公司主要产品为NOR Flash、NAND Flash、MCU及指纹传感器,广泛应用于手持移动终端、消费类电子产品、个人电脑及周边、网络、电信设备、医疗设备、办公设备、汽车电子及工业控制设备等各个领域。

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在NOR Flash领域,全球前五大供应商占据90%以上产能,旺宏、华邦两家企业一直占据前二位置,兆易创新在2019年三季度超越Cypress成为行业第三大NOR Flash供应商;目前公司生产的NOR Flash主要以中低容量为主,主要应用于消费电子、PC市场,无论是产品还是市占率都有很大提升空间。


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SLC NAND广泛应用于网络通讯、语音存储、智能电视、工业控制、机顶盒、打印机、穿戴设备等领域,与NOR Flash同属利基存储器,目前全球产能几乎不再扩张,部分国外厂家已退出该市场,SLC NAND属于利基市场(利基市场是指大行业中,大公司忽视或无法兼顾的小众市场);SLC NAND的市场定位、生态环境以及客户群与NOR Flash非常类似,公司在NOR Flash业务拓展上的经验完全可以复制到SLC NAND领域,预计2020年公司NAND业务收入会翻倍增长。

MCU是集CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口于一体的芯片,MCU可以分为4位、8位、16位、32位、64位,不同位数的MCU适用于不同领域,位数越高代表数据处理能力越强,应用场景越复杂。目前我国4位、8位、16位的MCU开发及应用已较为完善,基本实现国产替代。


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全球MCU市场竞争格局高度集中,前五大市场占有率超70%;国内MCU市场被外资主导,占比将近90%,国内厂商中颖电子、兆易创新合计市场份额不足5%。

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公司是国内MCU龙头企业,在低中高端产品上均有覆盖,是国内32位MCU领导者,打破了国外高端垄断;2013~2018年公司MCU业务年均复合增长率到达了208%;随着汽车电子以及工业控制市场的发展,公司在国内MCU市场占比、收入将有进一步提高。

公司通过收购上海思立微电子进入触控产品、指纹产品领域,针对物联网市场,公司客户包括华为、OPPO等知名手机厂商;公司可以提供包括MCU、存储、传感芯片,以及相应算法、软件在内的一整套系统及解决方案,在物联网领域的布局已经形成闭环;物联网市场是万亿级市场,公司已经成为国内在该领域布局最全面的企业之一,具备极大长期发展潜力。

在存储IC中DRAM是最大的存储IC市场,全球市场规模近千亿美元;2017年兆易创新与合肥产投签署合作协议,开展工艺制程19nm存储器的12英寸晶圆存储器(含DRAM等)的研发,正式进军DRAM领域。


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二、闻泰科技

公司主要业务包含两部分:ODM、功率半导体

ODM也称原始设计商,是一家厂商根据另一家厂商的规格和要求,设计生产产品,ODM企业可以理解为手机、笔记本等电子产品的代工厂;ODM上游主要是电子元器件厂商,下游为智能手机、笔记本等电子品牌厂商,其中智能手机为主要的下游应用。

ODM行业属于高投入、低利润的行业,盈利空间主要来自研发方案、供应链成本管控以及生产制造;行业毛利率在8%左右,净利润率往往不到3%,对于ODM企业来说,一款手机往往要出货量达到百万级别才能实现盈亏平衡,规模效应明显;目前行业前三占据73%的市场份额,其中闻泰科技占比最高,为行业龙头,公司客户覆盖华为、小米、OPPO、三星等知名手机厂商。同时公司提前布局5G市场,与高通合作,成为高通“5G领航计划”6家中国合作企业之一,是唯一入围的ODM厂商。公司在ODM行业的优势将进一步扩大。


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功率半导体是依托电力电子技术、以功率处理为核心的半导体产业,主要用于电力设备的电能变换和电路控制,是进行电能处理的核心器件。功率半导体市场,功率IC占比最高达到54%,MOSFET、IGBT、功率二极管/整流桥分别占据17%、12%、15%的份额。


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功率半导体下游应用包括工业(数控机床的伺服电机、轧钢机、发电系统等)、汽车电子、消费电子、无线通讯等领域,预计为了汽车领域将为成为主要的增量来源。全球功率半导体主要厂商集中在欧美日地区,TI、STMicro、Infineon为全球排名前三的功率半导体厂商,占据全球约70%的市场份额。

闻泰科技通过收购安世半导体进入功率半导体领域,安世半导体目前产品包括MOSFET、双极晶闸管、二极管、ESD,IGBT还处于筹备阶段。安世半导体属于国内功率半导体龙头企业,但是与行业头部厂商仍有差距,国产替代仍有巨大空间。


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