2022年模拟芯片行业专题研究报告.docx
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1、2022年模拟芯片行业专题研究报告1.模拟芯片行业特性:宽阔市场,稳健增长模拟芯片作为沟通自然世界和数字世界的桥梁,兼具消费(弱周期)和成长属性, 是半导体领域的优质细分赛道。从产品的角度看,模拟行业的分类极为细致,品类繁杂, 行业龙头德州仪器 2021 年就已推出 80000 多种产品。这也对应着广泛的下游应用场景, 模拟芯片覆盖消费电子、工业、通信、汽车等多领域,具备广阔的市场需求空间。从行 业背景看,本土模拟芯片也迎来了的时代机遇。“缺芯”“涨价”的形势下, 国外模拟厂商产能不足,供需缺口给国内厂商提供机会,也利于强化供应链的安全与稳 定。1.1.产品:类消费赛道,品类繁多半导体按照结构
2、功能可划分为集成电路、分立器件、光电子器件和传感器四大类, 其中集成电路(Integrated Circuit,IC)进一步可分为处理离散数字信号的数字芯片和处 理连续模拟信号的模拟芯片。模拟芯片在电路中主要承担传输和能源供给的任务,包括 通用模拟芯片和特殊应用模拟芯片。其中通用模拟芯片按照功能可分为电源管理芯片和 信号链芯片,特殊应用芯片则主要面向汽车、通信、消费电子等领域的特定需求。电源管理芯片负责电子设备中各器件的电能供给,起到电能转换、分配和监测的作 用。电源管理芯片的主要职能为将电源输入的电能转换到电路中各负载可接受的电流电 压范围,并在不同负载之间进行合理的电能分配,同时监控电源的
3、工作状态并进行调整。 常见的电源管理芯片包括交直流转换器(AC-DC、DC-AC)、稳压器(线性电源、开关 电源)、驱动类芯片和高集成度的 PMIC 等。信号链芯片负责整个模拟信号通路中信号的收发、转换、放大、滤波等工作。自然 界的物理信号(如声、光、温度等)通过传感器转化为模拟电信号传入电路,经放大器 进行放大处理后,由模数转换器转化为数字信号,输入到数字芯片中进行处理和运算; 数字芯片输出的信号经过数模转换器重新转化为模拟信号,经处理后输出电路。以上过 程被称为信号链。常见的信号链芯片包括放大器、数据转换器(ADC、DAC)、接口、 隔离芯片等。模拟行业市场规模广阔,但由于产品种类众多,且
4、生产周期长,头部供应商也并未 实现完全垄断,竞争格局呈现出分散的特征。根据 Gartner 数据,全球模拟芯片市场规 模由 2020 年的 622 亿美元增长至 2021 年的 805 亿美元,同比增长 29%。其中,通用模 拟芯片占比 40%,电源管理和信号链份额相当,而专业模拟芯片占比 60%,通信、汽车 和工业是主要应用领域。模拟芯片公司的毛利率水平较高,这主要归因于产品特征及商业模式。德州仪器和 亚德诺半导体作为模拟芯片的两大龙头,2021 年毛利率均超过 60%,而国内模拟厂商的 2021 年毛利率也在 50%左右,均维持在较高水平。主要原因有:第一,产品技术相对稳 定,迭代速度较慢
5、,单个产品的生命周期可达 5 年以上,TI、ADI 等资深模拟大厂能够 持续销售成熟产品,成本也随着时间的延长而降低;第二,成本效率不断提升,具体方 式是将 6 英寸和 8 英寸的晶圆向 12 英寸转变。根据 TI 公告,在 300 毫米晶圆上构建的 无封装芯片的成本比在 200 毫米晶圆上构建的无封装芯片低约 40%,德州仪器对于 300 毫米晶圆制造厂的投资将支持未来 10 到 15 年的增长。1.2.应用:手机领域持续升级,汽车电动智能化带来增量模拟芯片的应用领域广泛,其中以手机为代表的消费类电子是重要应用场景。手机 中涉及模拟芯片的部件主要包括射频前端和基带、电源及电池管理、数据转换器
6、、音视 频电路和接口电路等。模拟芯片在其中主要负责电能的转换和电源管理等任务。消费电子整体上面临渗透率过高、创新乏力的现状,而模拟芯片(尤其是电源类芯 片)是目前重要的创新突破口。近年来以 OPPO 为代表的消费电子厂商在手机快充技术 上不断革新,更高的充电功率带来了电池管理芯片的量价齐升。目前大量应用于手机快 充的 4:1 电荷泵芯片单颗可实现 60W 的充电功率,两颗并联可实现 120W 快充,其价格 远高于应用在 50W 充电量级的 2:1 电荷泵芯片。同时,伴随高功率充电产生的机身发 热、充电安全等问题也使得各种电池监测芯片和安全保护芯片的需求增加。此外,快充 带来的模拟芯片增量还体现
7、在充电协议上,华为荣耀、OPPO、小米等厂商最新推出的 快充产品均同时支持手机、平板等多种移动设备的充电,这就需要电源适配器内置识别 不同设备协议的智能芯片,从而配置相应的充电功率。汽车也是模拟芯片行业重要的增量来源。汽车的结构可分为动力总成、车身电子和 照明、人机交互和自动驾驶几个主要组成部分,在各个部分中模拟芯片均有广泛的应用。 动力总成是指汽车上产生动力并将动力传递到路面的一系列零部件所组成的系统。传统 燃油车的动力系统中,模拟芯片可用于发电机的启动、汽车电池组的管理、发动机燃油 喷射电磁阀的控制等。车身电子和照明系统包括车身部件的控制模块、汽车安全、汽车 网关以及车内外灯具的控制,主要
8、应用了模拟芯片中的驱动类芯片、电平转换芯片以及 射频芯片等。人机交互和自动驾驶指座舱域中与用户进行交互的仪表显示、多媒体设备 及驾驶辅助系统等,主要应用到放大器和各种驱动芯片。电动化、智能化为汽车领域带来大变革,同时也带来车载模拟芯片的显著增量。据 中国汽车工业协会数据显示,每辆传统内燃机汽车需要 500-600 颗芯片,新能源车单车 芯片用量升至 1000- 2000 颗。而根据 ICVTank 数据,2019 年全球汽车半导体中模拟芯片占比达 29%。汽车电动化对车载模拟芯片的影响主要体现在动力总成。新能源汽车的动力系统由 电池、电机和电控组成,其中多次的电能转换均需要模拟芯片的参与。以电
9、池管理系统 (BMS)为例,混合动力汽车和纯电动汽车均增加了充电、AC/DC、DC/DC 需求。相较 于传统燃油汽车,新能源汽车中电源管理类芯片的用量约提升 20%,达到单车 50 颗; 栅极驱动器是新能源汽车中全新的需求,每辆车约需要 30 颗芯片。汽车智能化主要影 响座舱域中的自动驾驶系统和人机交互设备。智能驾驶系统需要通过传感器获得大量数 据,预计 L2 级别的汽车会携带 6 个传感器,而 L5 级别的汽车会携带 32 个传感器。此 外,智能汽车中的触控显示屏、仪表盘、车载音响、摄像头等设备的运行均涉及到模拟 信号处理,使用的模拟芯片种类包括各类驱动、放大器、信号转换器、电源管理芯片等。
10、1.3.机遇:缺货提供导入窗口,优秀团队方兴未艾2021 年是模拟芯片的超级大年,行业面临了前所未有的缺货和涨价,缺货也为国产厂商导入供应链提供了重要机遇,加速了步伐。模拟芯片新品多采用制程成熟的BCD工艺,制造难度不高,关键之处在于设计,而设计的核心在于人才。模拟芯片的设计人员要求极高,既需要熟悉设计工艺的整体流程,也需要对元部件有较深的认知,一般需要10-15年才能够培养出一位资深的模拟芯片工程师。人才的稀缺性也要求管理团队对模拟行业建立深刻理解,目前,国际巨头管理经验丰富,国内也已经涌现了一批优秀的上市公司和管理层。国外巨头底蕴深厚,管理团队资历丰富。TI 现任主席 Richard K.
11、 Templeton 1980 年 加入公司,在公司高层服务 18 年,并拥有 33 年半导体行业经验,深谙公司细节与半导 体行业;主席 Thomas J.Engibous 1976 年加入公司,长期负责模拟产品和应用特定的产 品业务的管理工作,1996 年起担任 TI 主席。ADI 首席执行官以及总监 Vincent T. Roche 自 1988 年加入公司以来先后担任产品线管理、战略营销和业务部门管理人员,2013 年 成为公司总裁;高级副总裁 Martin Cotter 在 1986 年作为设计工程师加入 ADI,2016 年 起领导 ADI 全球销售和数字营销。国内龙头一脉相承,海外
12、经历助力成长中流砥柱。圣邦股份董事长兼总经理张世龙 曾任 TI 工程师,副总经理张海冰也在 TI 担任过设计工程师;思瑞浦董事应峰与副总经 理冷爱国均曾就职于 TI,市场总监宋浩然曾任 ADI 现场支持工程师;纳芯微董事与经 理层王升杨与盛云均有 ADI 设计工程师履历。2.海外龙头复盘:内生、外延双轮驱动相较于数字芯片,模拟芯片市占率集中度低,但稳步提升。模拟芯片行业 2021 年 CR10 为 68%,过去 7 年间稳步提升。其中,TI 的市占率基本稳定,维持在不到 20%的 市场份额;ADI 市占率增速明显,2014-2021 年的市占率从 6%上涨至 13%。2.1.发展历史:持续并购
13、扩张边界,起点各异终点趋同TI 并购高峰期发生于 1996 至 2011 年。1996 年,TI 并购 Silicon Systems,后者提 供电信和光盘存储器集成电路与半导体;1999 年,TI 分别并购 Unitrode Corp 与 Power Trends,加强 TI 在电源管理芯片领域的技术领先地位;2000 年,TI 以 76 亿美元并购专 注于数据转换器与放大器的 Burr Brown,扩大 TI 高性能模拟业务领先地位。2001-2010 年,TI 先后并购高速通讯设备数据转换器生产商 Graychip、射频网络控制器供应商 Radia Communications、电池与电
14、源管理芯片开发商 Power Precise Solutions 等,并在 2011 年 以约 65 亿美元并购 National Semiconductor,填补 TI 数据转换器领域部分空白,提高了 3%的市场份额。2011 年之后,TI 重点从 8 英寸晶圆转向 12 英寸晶圆制造,2021 年并 购美光科技 300mm 晶圆厂,生产 65nm 和 45nm 模拟和嵌入式处理芯片。ADI 在 2010 年之后的并购活动更加频繁。公司曾在 1999 年并购制造高性能编译器 Edinburgh Portable Compilers,于 2000 年并购集成电路晶圆供应商 BCO Techno
15、logies PLC。 而在2010年后,ADI迎来并购高潮,2014年以20亿美元并购拥有前沿射频技术的Hittite, 2016 年并购 SNAP Sensor SA、Sypris Electronics LLC 与 Innovasic,拓展物联网关键技 术;同年以 148 亿美元并购的电源管理巨头 Linear,电源技术实现质的飞跃;2016 年并 购的固态激光技术提供商 Vescent Photonics 与 2018 年收购的 Symeo GmbH 助力 ADI 在汽车模拟芯片领域立于潮头。2021 年,ADI 以约 209.1 亿美元并购 Maxim Integrated, 进一步
16、巩固其在模拟芯片市场的领先地位。2012 至 2018 年间 TI 和 ADI 两家公司的营业收入和归母净利润基本保持稳定上升 状态,2019 年由于国际关系紧张等原因产生短暂的下降,但整体仍呈现上升趋势。2021 年度 TI 的营收和净利润增速显著提高,归母净利润达到 495 亿元,同比增长 38.9%; ADI 增速恢复相对较缓,2021 年度归母净利润 89 亿元,同比增长 13.9%。2.2.股价复盘:深度受益于“含硅量”提升,缺芯潮推动新一轮行情并购高峰过后,TI 登顶全球模拟芯片第一,并进入业务结构战略调整期。2010-2012 年,TI 股价维系在 30 美元附近。2012 年
17、9 月,TI 正式宣布结束智能手机连接业务,业 务重心从移动芯片市场转移至模拟和嵌入式芯片市场,重点进军汽车电子与工业电子领 域。此时,世界经济已进入自动化与智能化时代,互联网、物联网、移动通信市场高速 发展,TI 乘其“东风”,加大模拟芯片研发生产力度。在全球模拟厂商仍停留于 8 英寸晶圆生产时,TI 率先转向 12 英寸晶圆。与 8 英寸 晶圆相比,在 12 英寸晶圆上制造裸片级别的模拟芯片可降低 40%的未封装部件成本, 且完整封装和测试过的模拟芯片成本可降低约 20%。TI 在 2014 年将其更多模拟制造业 务转移到新的 300mm(12 英寸)晶圆厂,并将旧 DMOS6 工厂转换为
18、模拟生产,于 2019 年计划投资 31 亿美元在德州 Richardson 建立 300mm 晶圆厂。十年来,TI 已成功筑起 12 英寸技术护城河,股价从 2012 年 30 美元/股一路攀升至 2020 年前 130 美元/股。2020 年初的使模拟芯片下游汽车产业首当其冲,TI 股价短期下跌至 90 美 元。期间,TI 逆势大举囤积芯片,在 2020 年底开始的缺芯潮中迎来十年来最快营 收增长期,在 2021 年 10 月曾达到 201.29 美元/股的价格高峰。然而,进入 2022 年后, 受模拟芯片企业整体产能释放与主要市场导致需求疲软的影响,TI 多种产品出现不 同程度滞销,价格
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