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海外模擬龍頭擴產(chǎn)，國內(nèi)本土電源芯片企業(yè)迎來大考 2021-12-05 16:52:37　　來源：36氪

本文來自微信公眾號 “半導(dǎo)體行業(yè)觀察”（ID：icbank），作者：龔佳佳，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

邁入21世紀后，國內(nèi)頒布了一系列集成電路扶持政策。尤其，電源管理芯片更屬于國家重點支持和鼓勵的關(guān)鍵產(chǎn)品，不少本土廠商順勢崛起，在各個細分領(lǐng)域大展身手。目前，國內(nèi)在電源芯片細分領(lǐng)域已涌現(xiàn)了晶豐明源、圣邦股份、思瑞浦、芯朋微、賽微微、英集芯等一大批領(lǐng)先企業(yè)。

但最近，模擬芯片巨頭德州儀器宣布了極富野心的芯片擴產(chǎn)計劃，在很多分析人士看來，這無疑會給國內(nèi)這些國內(nèi)的電源芯片廠商帶來巨大的挑戰(zhàn)。

“TI們”把持的市場

電源管理類模擬集成電路一般簡稱“電源芯片”，主要負責電子設(shè)備所需的電能變換、分配、檢測等管控功能，廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品和設(shè)備中，其性能優(yōu)劣對電子產(chǎn)品的性能和可靠性有著直接影響，是模擬芯片最大的細分市場。

依據(jù)輸入電源屬性、工作原理、耐壓高低、輸出功率、輸出電源屬性、電源轉(zhuǎn)換方式、開關(guān)頻率等主要參數(shù)或技術(shù)指標，電源芯片可以分成以下幾類（不包括驅(qū)動控制類、保護類、負載開關(guān)驅(qū)動類等非獨立完成電源管理主要功能的輔助類電源芯片）：

電源芯片分類

其中，AC-DC 電源芯片一般用于直接使用交流市電供電的電子產(chǎn)品或設(shè)備中，例如電源適配器、開關(guān)電源模塊、充電器、LED 照明驅(qū)動等領(lǐng)域；線性降壓電源芯片（LDO）僅能實現(xiàn)降壓變換，大多用于輸入輸出壓差和輸出功率較小的領(lǐng)域；DC-DC 電源芯片功能多樣，可實現(xiàn)降壓、升壓、升降壓和負壓等變換，可輸出恒壓、恒流、恒壓+恒流等模式，廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品或設(shè)備中。

近幾年，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、5G通訊、新能源汽車、人工智能、智能制造等新興行業(yè)快速發(fā)展，帶動著電源芯片的需求日益旺盛。根據(jù)國際市場調(diào)研機構(gòu) Transparency Market Research 分析，2026 年全球電源管理芯片市場規(guī)模將達到 565 億美元，預(yù)計 2018-2026 年期間的年復(fù)合增長率為 10.69%。

從目前全球電源芯片的競爭格局來看，這個市場主要被德州儀器、亞德諾、英飛凌等國外模擬芯片巨頭占據(jù)，雖未形成壟斷，但市場集中度較高。IC insights數(shù)據(jù)顯示，2019 年全球前十大模擬集成電路設(shè)計企業(yè)合計市場占有率高達 67%，其中，德州儀器以102億美元的模擬芯片銷售額和19％的市場份額位列第一。電源芯片市場在其中也有著類似的現(xiàn)狀。

其實，從2017年開始，全球前十大模擬廠商就幾乎沒有發(fā)生很大的變化，TI、ADI連續(xù)三年穩(wěn)居前兩名，其余廠商也無一出局。那么在電源芯片方面，他們究竟有何優(yōu)勢，可以穩(wěn)坐前十寶座？據(jù)筆者獲悉，這主要包括以下幾個方面：

耐壓是DC-DC電源芯片生產(chǎn)制程工藝的核心指標，也是行業(yè)常用的分類標準。當功率固定時，提升電源芯片的工作電壓可降低損耗，而高耐壓產(chǎn)品在兼容低耐壓產(chǎn)品所有應(yīng)用領(lǐng)域的同時，還可應(yīng)用于工作電壓更高的領(lǐng)域，因此電源芯片的耐壓越高，應(yīng)用領(lǐng)域越廣，例如新能源汽車、通信基站等電池電壓達到48V，卻需要耐壓100V的電源芯片為之供電。

但高電壓就意味著廠商不僅需要設(shè)計低損耗的功率管驅(qū)動電路，還要強化芯片的可靠性、提高散熱能力和熱穩(wěn)定性，更重要的是開發(fā)特定的晶圓制造工藝。因此，耐壓越高，電源芯片的設(shè)計難度也就越大。

在DC-DC電源芯片領(lǐng)域，德州儀器、美國芯源、矽力杰等國外廠商的產(chǎn)品最高工作電壓已達100V，而國內(nèi)廠商產(chǎn)品的最高工作電壓一般為 40V 以下，部分產(chǎn)品可達60V，部分如芯龍技術(shù)等國內(nèi)少數(shù)企業(yè)的最高工作電壓或耐壓已經(jīng)可以達到 100V。

眾所周知，電源芯片的輸出電流越大，其輸出功率也就越大。大電流產(chǎn)品在兼容小電流產(chǎn)品所有應(yīng)用領(lǐng)域的同時，可應(yīng)用于對電源芯片輸出電流要求更高的領(lǐng)域，因此電源芯片的輸出電流越大，應(yīng)用領(lǐng)域越廣，例如激光照明設(shè)備的工作電流一般在10A 以上，需要大電流輸出產(chǎn)品為之供電。

但需要注意的是，在內(nèi)部電阻不變的情況下，電源芯片的損耗也與輸出電流的平方成正比，換句話說，輸出電流越大損耗越高，并且還可能因芯片發(fā)熱量過大而影響芯片的性能和可靠性。同時，常規(guī)的封裝工藝難以滿足電源芯片對熱阻低、可靠性高、性價比高的綜合要求。種種因素限制下，輸出電流越大，DC-DC電源芯片的設(shè)計難度也就越大。

目前，德州儀器產(chǎn)品的最大輸出電流為10A，但國內(nèi)廠商產(chǎn)品最大輸出電流大多僅達6A，而芯龍技術(shù)產(chǎn)品的最大輸出電流可以達到12A。

功率密度指單位體積的芯片能夠輸出的最大功率，功率密度越大，芯片的驅(qū)動能力越強，能夠應(yīng)用于對于電源芯片輸出能力要求更高的領(lǐng)域，例如汽車音響、車載電臺等設(shè)備一般需要 75W 以上的電源芯片為之供電。

但功率密度越大，芯片內(nèi)部的損耗和溫升也會隨之增大，需要提高芯片的轉(zhuǎn)換效率和散熱能力以保證產(chǎn)品能夠正常工作，設(shè)計難度較大。同時還要求芯片設(shè)計企業(yè)在芯片的電路設(shè)計、封裝和系統(tǒng)設(shè)計方面融合創(chuàng)新，即需要在精通電路設(shè)計的基礎(chǔ)上，熟悉晶圓制造和封裝測試工藝。

目前，在這方面，國外廠商產(chǎn)品最大輸出功率為 50W 左右；國內(nèi)廠商產(chǎn)品的最大輸出功率大多僅30W左右，而芯龍技術(shù)產(chǎn)品則達到了單顆芯片最大輸出功率100W的國際領(lǐng)先水平。

IDM即設(shè)計、制造、封裝一體化的生產(chǎn)模式，目前近六成的模擬龍頭都選擇以 IDM 模式來進行生產(chǎn)。原因在于，IDM 的生產(chǎn)模式可以幫助廠商快速調(diào)整產(chǎn)能、持續(xù)降低生產(chǎn)成本、提升自身工藝，同時通過對直銷的強化可以避免將部分利潤讓渡給代工廠，從而實現(xiàn)降本增效。

我們都知道，模擬芯片重在設(shè)計與制造的有效結(jié)合，強調(diào)安全而精確地實現(xiàn)單一功能，因此相比數(shù)字芯片對先進制程的持續(xù)追求，模擬芯片更追求產(chǎn)品的穩(wěn)定性。隨著模擬芯片產(chǎn)業(yè)的長期發(fā)展，廠商之間的競爭也將會趨于成本控制和料號擴充。而在 IDM 模式下，廠商不僅可以通過合理調(diào)整自建產(chǎn)能持續(xù)優(yōu)化成本，以提供更有競爭力的售價；還可以通過自有產(chǎn)線打磨自身工藝，進而提供較高端的產(chǎn)品設(shè)計和工藝水平。這些都有利于模擬芯片廠商的長期發(fā)展。

但IDM模式需要巨大的資金投入，僅晶圓廠的建設(shè)就需要數(shù)十億甚至百億，對于還處在起步階段的國內(nèi)廠商來說負擔過重，因此目前國內(nèi)廠商大多采取設(shè)計+代工的 fabless 模式，這種模式雖然可以讓廠商專注于設(shè)計環(huán)節(jié)，但顯然從模擬芯片的產(chǎn)品特點和商業(yè)邏輯來說存在一定的局限性。

國產(chǎn)廠商的“披荊斬棘”

當前，我國電源芯片市場規(guī)模穩(wěn)步擴張，前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，2020年模擬芯片業(yè)務(wù)市場規(guī)模約1451.07億元，電源芯片作為模擬芯片的重要細分領(lǐng)域，初步統(tǒng)計2020年業(yè)務(wù)規(guī)模763億元，占模擬芯片市場規(guī)模的50%以上。

圖片來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院

雖然國內(nèi)市場長期被國際廠商占據(jù)絕大部分份額，但已有晶豐明源、圣邦股份、思瑞浦、芯朋微、賽微微、英集芯等本土廠商加入戰(zhàn)局，爭奪份額；也有像芯龍技術(shù)之類專注于中高電壓、中大功率DC-DC電源芯片等細分領(lǐng)域的企業(yè)異軍突起。

回顧國內(nèi)電源芯片產(chǎn)業(yè)數(shù)十載的發(fā)展，可謂風雨兼程，終見彩虹。

2000年以前，國內(nèi)電源管理芯片行業(yè)處于萌芽發(fā)展階段，該階段企業(yè)多以中外合資公司為主，布局電源管理芯片業(yè)務(wù)。隨著2000年《鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策》的發(fā)布，集成電路確定為中國戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，加上中國通信及工業(yè)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)以圣邦股份、富滿電子、晶豐明源、芯朋微等為代表的優(yōu)勢企業(yè)紛紛成立，國內(nèi)電源管理芯片開始進入了起步發(fā)展階段。

此后，伴隨著《進一步鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策》、《新時期促進集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》（國發(fā)（2020）8 號）等國家政策的陸續(xù)出臺，以及發(fā)展環(huán)境逐漸優(yōu)化、企業(yè)研發(fā)投入增加、國際摩擦加劇等多種因素影響下，國產(chǎn)化和進口替代推動行業(yè)進入快速拓展階段，國內(nèi)電源芯片企業(yè)市場地位、市場認可度及競爭力不斷提升。2017年我國迎來了電源芯片廠商的上市高潮期，圣邦股份、富滿電子等均在2017年獲得上市，此外芯朋微等代表企業(yè)也于2020、2021年接連上市。

圖片來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院

但這發(fā)展過程顯然也是幾多艱辛，本土廠商頂著設(shè)計技術(shù)門檻高、人才短缺、不被終端客戶認可等壓力艱難起步。

電源芯片的設(shè)計難點在于，研發(fā)必須同時結(jié)合電路設(shè)計和晶圓、封裝制程工藝的開發(fā)，必要時需要反復(fù)試驗、試錯迭代，才能保證產(chǎn)品的性能參數(shù)達到技術(shù)要求，故產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)周期長、技術(shù)門檻較高，典型特點是“深積累、慢發(fā)展、重技術(shù)、長周期”。德州儀器等國外巨頭在該領(lǐng)域起步較早，擁有較強的先發(fā)優(yōu)勢，形成了較高的市場和技術(shù)壁壘。電源芯片不同于數(shù)字芯片，需要的是長年累月的技術(shù)積累，產(chǎn)品研發(fā)也是更多地依賴于工程師的技術(shù)和經(jīng)驗，而不在于使用先進的EDA 軟件工具與IP的疊加等因素，這些特點決定了明星工程師的“單兵作戰(zhàn)能力”對于電源芯片產(chǎn)品研發(fā)至關(guān)重要。

但是，優(yōu)秀的模擬工程師需要經(jīng)過多年培養(yǎng)，原因在于模擬電路門檻相當之高，研發(fā)周期至少3-5年以上。更重要的是，國內(nèi)電源芯片市場長期為國際跨國巨頭壟斷，歐美日廠商占據(jù)超80%的市場份額，龐大的份額之下國內(nèi)芯片研發(fā)人才流失也隨之更為嚴重。換句話說，人才之爭讓國內(nèi)電源芯片行業(yè)，尤其是高耐壓、大電流、大功率DC-DC電源芯片研發(fā)技術(shù)人才稀缺，因此人才問題成為本土廠商最大的瓶頸。

面對這樣的難題，本土廠商也是“各出奇招”。其中，晶豐明源主要采取對外股權(quán)投資以及引進、培養(yǎng)優(yōu)秀人才等方式，其收購或投資的公司包括上海萊獅、上海芯飛、類比半導(dǎo)體、爻火微電子、凌鷗創(chuàng)芯等，覆蓋LED驅(qū)動/AC-DC/信號鏈/MCU/DC-DC等多個領(lǐng)域。此外，2020年，晶豐明源還實施了兩次股權(quán)激勵計劃，基本上實現(xiàn)全員覆蓋。

由于工業(yè)、醫(yī)療電子、汽車電子、測試測量儀器儀表等行業(yè)對芯片性能和質(zhì)量要求較高，因此這些客戶往往直接采購國際大廠的產(chǎn)品，即使選擇國產(chǎn)高性能電源芯片也會十分謹慎。高端應(yīng)用市場“試錯”機會的缺乏導(dǎo)致大部分國內(nèi)企業(yè)只能參與一般照明設(shè)備、消費電子等中低端產(chǎn)品的價格競爭。

介于此，加強工業(yè)、汽車等行業(yè)系統(tǒng)大廠和國產(chǎn)芯片及上游供應(yīng)鏈廠商的協(xié)同聯(lián)動合作成為關(guān)鍵。圣邦股份通過同時與國內(nèi)外知名終端整機廠商、電子元器件經(jīng)銷商、晶圓制造商以及封裝測試廠商建立了高效聯(lián)動機制，目前其電源IC產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于消費類電子、通訊設(shè)備、工業(yè)控制、醫(yī)療儀器、汽車電子等領(lǐng)域，以及物聯(lián)網(wǎng)、新能源、智能穿戴、人工智能、智能家居、智能制造、5G通訊等新興電子產(chǎn)品領(lǐng)域。除圣邦股份外，芯龍技術(shù)也積極部署終端領(lǐng)域。數(shù)據(jù)顯示，目前芯龍技術(shù)超75%的產(chǎn)品皆已應(yīng)用于汽車電子、工業(yè)控制、通信設(shè)備等工業(yè)級領(lǐng)域。

龍頭擴產(chǎn)下的大考

雖然我國電源芯片行業(yè)已進入快速拓展階段，但是龍頭德州儀器的擴產(chǎn)也讓本土廠商不得不再次迎接新的挑戰(zhàn)。

從上文我們可以知道，電源芯片巨頭大多都為IDM模式，擁有自己的晶圓廠是他們能夠領(lǐng)先市場的關(guān)鍵，可以實現(xiàn)在設(shè)計和工藝上的緊耦合。而本土廠商多以Fabless模式為主，這使得他們不僅需要自身具備有競爭力的開發(fā)能力，還需要和代工廠商進行充分交流，才能實現(xiàn)設(shè)計和工藝上的耦合。

業(yè)內(nèi)人士告訴筆者，在此情形下，本土廠商只有專心研究，掌握核心技術(shù)優(yōu)勢，才能在競爭日益激烈的電源芯片市場中立于不敗之地。

在他看來，長期以來，我國集成電路產(chǎn)業(yè)主要被國外大廠所壟斷，電源芯片也不例外。但由于國外巨頭起步較早，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)形成了較為寬泛的產(chǎn)品覆蓋面，產(chǎn)品線也覆蓋了很多領(lǐng)域，因此他們往往不會特別專注于某一細分領(lǐng)域。而這正好給了本土廠商彎道超車的機會，雖然當下我們或許仍處于初步發(fā)展階段，但是卻擁有一定的性價比優(yōu)勢，對于用戶來說較為友好。

過往，德州儀器等廠商將產(chǎn)能聚焦在更高毛利且更具競爭力的市場，但現(xiàn)在，他們擴產(chǎn)后擁有了充足的產(chǎn)能，將在多個產(chǎn)品線與國內(nèi)的模擬芯片公司競爭。依賴于過硬的技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量，如果他們用規(guī)?；?yīng)來與國內(nèi)廠商進行“價格戰(zhàn)”，國內(nèi)電源芯片廠商現(xiàn)在打下的格局能否守住，也潛在很大的不確定性。

不過在上述行業(yè)人士看來，未來在電源芯片這個行業(yè)國產(chǎn)替代的空間還是很大的。

他指出，雖然電源芯片行業(yè)80%的份額被國外廠商壟斷，但近年來國家出臺了一系列鼓勵扶持政策，為芯片行業(yè)建立了優(yōu)良的政策環(huán)境，促進芯片及以電源管理芯片為代表的細分領(lǐng)域的發(fā)展，因此發(fā)展前景很好。目前國內(nèi)像芯龍技術(shù)、晶豐明源、圣邦股份、思瑞浦、南芯半導(dǎo)體等多家本土廠商都已在細分領(lǐng)域取得關(guān)鍵突破，有望在國產(chǎn)替代的大趨勢下迎來快速增長期。

其中，芯龍技術(shù)從成立之初就選擇了一條差異化技術(shù)路線，專注于研發(fā)“高電壓、大電流、大功率”的電源芯片，致力于突破技術(shù)瓶頸，早在2015年就已推出100V 耐壓產(chǎn)品并實現(xiàn)量產(chǎn)。高舉高打，建立起自有的技術(shù)壁壘，本土電源芯片企業(yè)走出了突圍之路。

據(jù)了解，目前，芯龍技術(shù)電源芯片的最高耐壓可達 100V，最大輸出電流為 12A，最大輸出功率為 100W，可與TI、美國芯源等國際大廠比肩，均為業(yè)內(nèi)已知量產(chǎn)產(chǎn)品中的較高技術(shù)水平，得到了第三方權(quán)威機構(gòu)的認定。

至于晶豐明源，則靠著自身資源、規(guī)模等優(yōu)勢基本壟斷了通用LED照明市場，在國內(nèi)市場占據(jù)了很大的份額，其他廠商難以撼動其地位；南芯半導(dǎo)體則是在移動電源市場占據(jù)了很多份額，專注于鋰電池相關(guān)的充電管理、有線/無線快速充電協(xié)議、鋰電保護等電池管理領(lǐng)域；此外，圣邦股份、思瑞浦也都是在電源芯片領(lǐng)域較為領(lǐng)先的企業(yè)。圣邦股份主要專注于高性能運放、LDO等模擬芯片，而思瑞浦則更致力于信號鏈模擬芯片，主要用于通信領(lǐng)域。

“對本土電源芯片廠商來說，應(yīng)該把握機遇，專注于自己的細分領(lǐng)域，持續(xù)精耕細作，研發(fā)更深層次的產(chǎn)品，走出差異化的路線，才能取得差異化的競爭優(yōu)勢，方能與國外大廠一戰(zhàn)?！鄙鲜鲂袠I(yè)人士強調(diào)。