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2020

03/02

六大拥挤的芯片创业领域,实现进口替代的挑战在哪里?

近几年,国内对集成电路产业高度关注,加之各地扶持政策竞相出台,华为、中兴事件作为催化剂,都使得集成电路行业成为创业的风口,初创的各类芯片团队成为资本市场追逐的对象。2019年年底中国半导体行业协会设计分会统计的数据显示,全国共有1780家芯片设计企业,而在四年前这个数量仅有736家。但国内芯片设计领域一直呈现的产业格局是“一群小舢板”,缺少“航母舰队”,尤其体现在个别“创业扎堆”的拥挤赛道。按照计算、通信、感知交互、模拟、存储来分类,目前最拥挤的创业赛道主要包括MCU、蓝牙、SSD主控、模拟芯片(电源管理和信号链)、射频芯片、光电器件及芯片这六大领域,而这六大领域又同时具备市场量大面广、国产盘踞低端的特点,如果能尽快实现高端领域的进口替代,会具有很强的指标效应。本文会聚焦这六大芯片产品领域,梳理现状和企业,找出提升高端产品国产化率,实现进口替代所面临的主要挑战。

上篇介绍数字芯片部分,分别是MCU、蓝牙、SSD主控三大领域。

 

1、MCU


MCU微控制器,把CPU的频率与规格做适当缩减,并将内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口,甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上,形成芯片级的计算机,为不同的应用场合做不同组合控制。

 

国产化现状:

中国每年的MCU市场容量达到400亿元左右,但目前国产MCU占据的主流市场还停留在8位,占比50%左右。受制于嵌入式Flash工艺、IP及模拟技术等,国产32位MCU产品在性能和稳定性方面,和国外企业还具有一定的差距。国产32位MCU目前总的市场占有率还不到5%,产品也主要是聚焦在中低端领域,高端领域自给率几乎为零。国内大部分电器厂商及消费类终端厂商首选是ST、NXP等国外厂商。对价格有一定要求的会选择日韩及台湾地区MCU品牌,之后才会考虑国内品牌。由于性能相对比较低,国内MCU产品大多数用在消费电子、玩具等领域。


国产化主要挑战:

一是下游厂商替代意识不强。在汽车、家电、工业设备等高端领域,MCU的价格虽然很低,但由于所用MCU芯片的价格占整机成本的比例非常小,国产MCU与进口MCU的价格差距已经不足以驱动高端用户选择尚不成熟的国产MCU,因此这些行业的用户对采用国产MCU的态度就非常谨慎。国产MCU长期被禁锢在低端领域,持续进行着国产厂商之间的低层次竞争,而始终无法跃上一个台阶去与进口MCU竞争更高价值的市场。

 

二是国产MCU企业在生态建设方面短板严重。国外企业凭借多年的积累,在产品系列、开发工具、评估工具、软件库、应用支持及know-how方面已经构建了完整的生态,应用端很难实现替代。多数国产MCU企业还停留在开发板、烧写器和基础固件库上,至于开发环境(IDE)、RTOS和中间件,依旧依靠第三方更高层应用的支撑。在物联网、专业算法库、行业应用以及大学计划等方面,国产MCU企业与国际MCU大厂依旧相距甚远。


三是国产MCU企业急功近利意识太强。多数国产MCU企业难于摆脱ST生态环境的束缚,甚至很多企业的产品直接以与国外大厂软硬件兼容为卖点,以此快速进入市场,在市场缺货和价格竞争激烈的情况下这样做可以实现一定的产品替代,但长远看这样做会面对芯片硬件和支撑软件等领域的侵占他人知识产权的风险,也容易导致全行业陷入同质化竞争,无法向高端升级。

 

四是国产MCU厂商产品多元化程度不够。国际MCU大厂基本都以IDM整合型元器件制造商的模式开展业务,往往卖出一颗MCU的同时还能顺带卖出MCU周边的多颗价值远超MCU自身的模拟芯片、功率器件、传感器等产品,从而实现公司整体上的高收益。但大多数国产MCU厂家还是只能仅仅依靠MCU自身的利润来造血发展。

2、蓝牙


万祥彩票注册蓝牙是一种大容量近距离无线数字通信技术标准,也是当今连接不同设备的首选短距离无线技术。蓝牙应用随着蓝牙标准的演进,在应用上也经历不同的场景。4.0版本之前的蓝牙主要用于电脑,手机等设备,作为数据和音频传输的接口。作为手机标配确立了蓝牙在互联网生态中的优势地位。4.0/4.2版本,带动了可穿戴,智能家居等业务的巨大浪潮,催生了华米等一大批基于连接和数据的物联网应用公司,模组公司。应用场景体现为各种小互联设备,智能家居,智能楼宇等。5.0及5.1版本的发布除了在传统的应用上对效率和用户体验带来质变之外,还给蓝牙带来了更为广阔的应用空间,包括组网与位置服务。应用场景扩展到智慧城市,工业互联,汽车,医疗等各个场景。


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国产化现状:

蓝牙已经成为在物联网短距离连接方面的最佳方案,且仍保持着芯片以每年4亿片左右的规模增长。未来蓝牙芯片的出货量也将持续保持非同一般的增长态势。预测2018~2022年复合增长率仍可达8%~12%,低功耗蓝牙增长在20~30%,2022年蓝牙设备整体出货量达 52亿颗以上。但蓝牙芯片国产率目前不到20%。国际大厂还是处于高端,市场占比约80%,毛利大于50%;国内少数厂商在少数应用上取得突破,但市场占比依然很小,低端产品同质化、价格战明显,毛利较低,简单透传的场景较多。

国产化主要挑战:

一是蓝牙芯片对团队综合技术能力的挑战很大。蓝牙在SoC领域算不上特别复杂的芯片,但是,从通信芯片的角度讲,蓝牙芯片却是“麻雀虽小五脏俱全”,重要的包括处理器,协议栈,射频,低功耗架构,外设等,当然还包括很多其他像总线、内存、cache、Flash,时钟等等方方面面,是一个跨越了电源、射频、数字、软件几大领域的复杂协作工程,没有一步能绕的过去,对设计能力是一个非常大的挑战。

 

二是低功耗的设计要求越来越高。在未来智能互联时代,无线连接设备最大的瓶颈在于功耗,平衡蓝牙芯片性能和功耗十分关键,需要丰富的经验以及深厚的积累。蓝牙功耗的降低,主要是通过芯片设计和系统设计实现。在设计之初,通过合理地划分软硬件,得到比较合理的低功耗系统方案。在此基础上进行设计,芯片设计上需要考虑防异常功耗设计、功耗管理设计、电源管理设计、微功耗值守电路设计等;具体而言是要减少射频、电源管理和系统控制的功耗。系统设计方面需要外围软件开发适应硬件,优化软件代码以减少运算复杂性,采用低功耗的程序设计以及有效的外围功耗管理设计,从而达到产品功耗和性能的最佳平衡。

 

三是模拟电路设计能力是国产蓝牙芯片设计的差距。蓝牙芯片要良好抵御外部干扰,厂商的芯片设计是保证稳定性的首要环节。特别是对模拟信号采集、模数转换、射频端的电路设计,决定了高端蓝牙芯片产品稳定性,这要求公司经验丰富的模拟芯片工程师对芯片架构做合理设计,使蓝牙传输信号保持稳定,优化蓝牙性能。因此模拟电路设计能力对于高端蓝牙芯片设计而言异常重要,这也是为什么TI、Dialog等传统模拟大厂在高端蓝牙芯片产品上的市场份额占比很高的重要原因。


3、SSD主控


SSD的构成可以分为三个部分:主控芯片、闪存颗粒和其他。主控芯片是SSD的大脑,地位作用与电脑中的CPU相似,其作用一是合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷,二则是承担了整个数据中转,连接闪存颗粒和外部接口。不同的主控,性能相差非常大,在数据处理能力、算法上,对闪存的读取写入控制上会有非常大的不同,直接会导致SSD产品在性能上产生很大的差距。劣质主控不单单会影响产品性能,更有可能比颗粒坏的更早,影响产品使用寿命。

 

国产化现状:

市场上的高端SSD主控芯片订单主要集中在美国的Marvell和Microchip(收购PMC而得),面向的主要是工业领域和企业级系统;而消费类低端主控芯片则主要由台湾慧荣(SMI)和群联(Phison)瓜分。其中慧荣的市场份额更是高达30%。目前,国产SSD控制器厂商有三四十家,但技术水平参差不齐,大部分国产SSD主控核心的IP是从国外授权/购买使用许可的,没有自己可以修改的源代码。总体来说,国内的SSD主控在技术积累上还存在很大短板,IP大多数掌握在别人手里,因此,在成本上面没有竞争力,在技术演变发展方面也被制约。


国产化主要挑战:

一是SSD主控研发难度逐渐加大,国内技术水平差距拉大。随着NAND Flash进入3D制程并且层数快速增加,SSD主控设计难度设计愈加复杂、门槛也越来越高。随着SSD主控器研发技术难度的增加,需要关注高速IP接口、NAND闪存颗粒适配技术、28nm及以上工艺超过7000万逻辑门电路芯片设计能力和封装测试能力、对国产密码算法SM4的性能要求和系统兼容性、高性能LDPC纠错技术的持续研发能力等,还需要综合考虑与之适配的固件研发难度、大规模量产研发难度等整体难度,对国产SSD主控追赶先进厂商的产品而言更加困难。


二是与不同厂商的NAND闪存颗粒进行搭配的能力。对于独立SSD主控厂商而言,具备迅速适配最新的NAND颗粒能力十分关键。不同厂商的NAND闪存颗粒特性差异较大,同一厂商NAND颗粒制程不同,产品差异性也非常大。这些NAND闪存特性,只被NAND颗粒原厂所掌握,而且很多涉及到核心技术秘密,NAND闪存颗粒原厂不会对外公布。实力非常小的国产SSD主控器厂商,很难获得这些原厂支持,同大厂商相比,独立主控公司缺乏NANDFLASH,也就缺少了优化纠错算法的关键参数,产品性能会受到一定程度影响,同时也很难实现规模量产。

三是资金和人才的对国内主控厂商的束缚。SSD主控可能会包含若干个CPU,要实现编程管理,需要相应SSD管理算法。在固件方面,包括垃圾回收、磨损均衡管理、坏块管理、数据缓存管理、掉电保护等在内的固件算法的好坏,直接影响到最终开发的SSD解决方案是否能够量产,是否有竞争力的最为重要的指标,这些都需要固件工程师、算法工程师来编写,而我国在这方面的人才比较缺少。在资金方面,对于国内独立主控公司而言,几乎每个客户都要投入很多资源进行包括NAND适配等技术的支持,使得这些企业都要背负较高的资金压力。

本文部分内容来源于网络信息整理。

信息来源:北京国际工程咨询

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