金研行业分享:微波/毫米波高性能模拟芯片,艺术与科学的结合
来源:金研资管 | 作者:陈子航 | 发布时间: 2024-01-03 | 203 次浏览 | 分享到:


模拟芯片概况:

模拟芯片承担的责任是将真实世界的模拟信号转化为数字信号,在运算完成后,再将数字信号转回模拟信号,对接外界,注重满足现实世界的物理需求和实现特殊功能,追求的是将连续信号的每个点等比例线性放大,低失真、高信噪比、高可靠性和稳定性。与数字芯片追求的是逻辑运算速度、高集成度、运算速度与成本比,必须不断采用新工艺的特性不同。因此,模拟芯片更偏重专有制造工艺,优先考虑所选工艺能否实现高可靠性稳定性和高性能。


模拟芯片设计无设计软件支撑,需要在速度、功耗、增益、精度、电源电压、噪声、面积等多种因素间进行折中,需要考虑的变量较多,往往没有绝对优化路径,设计师需要具备对物理底层逻辑的深刻认知和长时间的技术经验积累,才能根据实际需求来做出相对优化的选择。2021年在半导体所有细分板块中,模拟芯片设计的毛利率和净利率位居所有细分行业第一,其中毛利率达到 49.11%,高于第二名的半导体设备 40.41% 和第三名的数字芯片设计的 38.32%。


模拟芯片具有长生命周期、多品类、弱周期性的特点。模拟芯片作为集成电路的子行业,其周期波动与半导体行业周期变化基本一致,但由于模拟电路下游应用繁杂,产品较为分散,不易受单一产业景气变动影响,因此其价格波动远没有存储芯片和逻辑电路等数字芯片的变化大,波动性弱于半导体整体市场,呈现出长周期、多品类、弱周期性的特征。



图表 1:2016-2025年全球模拟芯片市场规模及预测

资料来源:Frost&Sullivan、WSTS



图表 2:2016-2020年全球集成电路、模拟芯片市场规模增速对比

资料来源:Frost&Sullivan、WSTS


竞争格局:

从全球的模拟芯片厂商来看,因欧美企业布局较早,且与苹果、英特尔等下游国际龙头应用厂商紧密合作,全球模拟芯片市场长期被国际巨头垄断。2021年,全球前十大模拟芯片供应商中,6家为美国企业,3家为欧洲企业,1家为日本企业。前十大公司的市占率高达68.3%,其中TI(德州仪器)以19%的市占率稳居全球第一。


模拟芯片的分类:

模拟芯片按照功能不同,可分为信号链芯片和电源管理芯片两大类。信号链芯片主要负责模拟信号的放大、变频、滤波等处理,电源芯片则为其他芯片驱动、供电,实现降压、升压、稳压和电压反向等。模拟芯片按照用途不同,分为通用型芯片和特殊用途芯片,通用芯片满足一般场景基本需求,通常技术含量不高。特殊用途芯片根据专用的应用场景,技术要求高、复杂度和集成程度更高,毛利率也更高。在汽车、工业、新能源等领域的持续拉动下,特殊用途模拟芯片市场增长快速,2021年全球特殊用途模拟芯片市场收入占比为59.79%,通用模拟芯片市场收入占比为40.21%。


微波与毫米波行业概况:

微波是指频率为300MHz~300GHz的电磁波,是无线电波中一个有限频带的简称,即波长在1毫米~1米之间的电磁波,是分米波、厘米波、毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高,通常也称为“超高频电磁波”。


毫米波是指频率为30GHz~300GHz,相应波长为1毫米~10毫米,属于微波范围内。它位于微波与远红外波相交叠的波长范围,因而兼有两种波谱的特点。毫米波的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。毫米波在通信、雷达、制导、遥感技术、射电天文学、临床医学和波谱学方面都有重大的意义。利用大气窗口的毫米波频率可实现大容量的卫星-地面通信或地面中继通信。利用毫米波天线的窄波束和低旁瓣性能可实现低仰角精密跟踪雷达和成像雷达。在远程导弹或航天器重返大气层时,需采用能顺利穿透等离子体的毫米波实现通信和制导。高分辨率的毫米波辐射计适用于气象参数的遥感。用毫米波和亚毫米波的射电天文望远镜探测宇宙空间的辐射波谱可以推断星际物质的成分。


图表 3:微波的划分

资料来源:公开信息、金研团队整理


我国目前毫米波产业链尚不成熟,在芯片和器件工艺成熟度方面与国外存在差距,毫米波射频相关的功能和性能较5G低频段设备亦存在差距。毫米波产业链从上至下包含上游芯片电路板/芯片/天线、中游集成商和下游客户(运营商、军工客户、存在毫米波通信需求的行业客户)。


图表 4:毫米波产业链

资料来源:太平洋证券研究所、金研团队整理


毫米波目前主要方向为军工,但同时也是6G主要的方向之一。新技术的不断进步和成熟将为毫米波商业化的发展注入动力。除军工领域外,未来3-5年毫米波或将先用于支撑5G网络下行业客户的特定场景。


东南大学毫米波实验室:

东南大学毫米波国家重点实验室是二十世纪90年代初国家计委批准建设的国家重点实验室之一,是国内唯一从事毫米波领域的重点实验室。东南大学毫米波实验室基本确立了在中国微波毫米波与亚毫米波领域的引领地位,并在国际上产生了较大的影响。


东南大学毫米波国家重点实验室重点支持了多家企业(但不会孵化同业务类型公司),包括米乐为-射频芯片,华为-毫米波手机,濠暻科技-毫米波通讯模组,中国隼眼-毫米波雷达,福特-无人驾驶汽车,上海创远仪器-毫米波仪器。根据东南大学毫米波国家重点实验室官网描述:“除支撑本实验室的创新研究外,还为国内多家科研院所(中国电子科技集团公司第十四研究所、第五十五所、第十二所等)、多家企业(如米乐为微电子公司等)开展微波毫米波与太赫兹研究提供了测试支持,为促进我国毫米波与太赫兹技术的发展做出了实质性贡献,起到了国家重点实验室对本学科领域的引领和支撑作用。”


中国市场拥有巨大的发展潜力和国产替代空间:

根据Frost&Sullivan统计结果显示,中国2022年模拟芯片市场规模接近3,000亿元。我国模拟芯片自给率较低,众多细分领域的国产替代有望加速进行。作为全球最主要的模拟芯片消费国,我国模拟芯片市场存在巨大的供需缺口,模拟芯片供应主要来自TI、NXP、Infineon、Skyworks和ST等国外大厂,国产芯片自给率亟待提升。根据中国半导体行业协会的数据,近年来我国模拟芯片自给率不断提升,2017年至2020年从6%提升至12%,但总体处于较低水平,旺盛的下游需求和较低的国产化率之间形成巨大缺口。


图表 5:2017-2022年中国模拟芯片市场规模及预测

资料来源:Frost&Sullivan、WSTS


图表 6:国内模拟芯片自给率仍然偏低

资料来源:中国半导体协会


米乐为主要专注微波/毫米波高性能模拟芯片、器件和模组的研发供应,主营业务属高性能专用芯片、信号链芯片类。其产品完成对高频模拟信号的高保真放大变频和其他相关的控制,是连接数字和模拟世界的核心单元,应用的领域和场景非常广泛。随着越来越多的移动场景出现,运用高频进行远距离信号传输的需求日益增大。在这个领域应用的微波/毫米波模拟芯片,也被称为射频芯片。频率越高,对于性能的要求越高,技术难度越大。在整个模拟芯片产业结构中,高性能微波/毫米波模拟芯片设计研发,处于高端和核心位置。


米乐为已成功获得国家级“专精特新”小巨人称号。在高频率、超宽频、高性能微波/毫米波芯片方面,产品覆盖全面,稳定性、一致性高,拥有超越国内同行的技术和竞争力,能做到军品和民品双轮驱动。基于中国巨大的市场需求以及国际贸易摩擦升级,根据高端微波/毫米波/射频芯片行业高技术研发壁垒的天然特点,中国本土如米乐为这样领先的高端微波/毫米波/射频芯片设计企业,如果能够把握这个机遇期,有机会成长为全球行业巨头。若能凭借先发优势,不断巩固技术优势和成本优势,将目前产品上的相对独家垄断地位拓展至更多产品,依靠丰富的技术和经验、大量的核心知识产权和产品类别形成竞争壁垒,米乐为有机会从细分领域龙头成长为多品类的高端微波/毫米波/射频芯片行业巨头。


金研资管已积极布局模拟芯片行业,参与投资米乐为。我们将基于国内市场需求,把握本土高端芯片千载难逢的发展机会,投资具有核心竞争优势,有望成为行业巨头的优秀企业。