韦尔股份的半导体产品设计业务主要由图像传感器解决方案、触控与显示解决方案和模拟解决方案三大业务体系构成。其中,图像传感器占主营业务收入的比例为70.40%,较上年减少 14.82%;触控与显示占主营业务收入的比例为7.48%,较上年减少44.40%;模拟占主营业务收入的比例5.82%,较上年减少17.17%。
由于产业供应链端库存高企带来的供需关系的错配,造成了在库存去化过程中部分产品价格承压,毛利率水平受到较大幅度的影响。韦尔股份也强调,虽然智能手机的整体需求仍旧较弱,受益于下游库存去化的顺利推进以及公司产品结构的主动调整,公司来源于手机市场的产品收入表现出了环比明显改善的趋势。报告期内:
图像传感器业务来源于智能手机市场的收入从 2022年上半年31.94亿元下滑至27.27亿元,较上年同期减少14.61%,较2022年下半年增长23.76%。
触控与显示业务主要应用在智能手机市场,显示驱动芯片领域市场景气度呈现触底反弹态势,相关业务收入从2022年上半年11.88亿元下滑至6.6亿元,较上年同期减少44.4%,较2022年下半年增长133.5%。随着历史库存去化临近尾声,相关产品盈利能力将逐步回升。
2023 年上半年新能源汽车累计销量得到明显提升,韦尔股份汽车业务也取得明显增长。
韦尔股份是国内泛模拟芯片公司龙头,CIS领域最强王者,由清华出身,做半导体分销起家的传奇人物虞仁荣于2007年创立,从做TVS,Mos起家,13年收购了做分销的北京华清和京鸿志,14年收购了做卫星直播芯片的泰合志恒,15年收购无锡中普微进入射频领域,17年主板上市,19年鲸吞豪威科技进入CIS领域(手机领域全球第三,汽车领域全球第二,17年前安防领域全球第一),同时并购了思科比和信视源,20年收购Synaptics进入液晶触控及驱动芯片领域,21年收购吉迪思进入后装市场液晶触控及驱动芯片,21年收购共达电声15.27%表决权,公司还在二级市场不断增持北京君正股票,通过连年的资本并购,韦尔已成为半导体领域标志性公司。
模拟芯片是一个坡长雪后的赛道
模拟芯片市场常年由TI(德州仪器,主攻电源管理)、亚诺德(ADI,主攻信号链)等国际巨头占据,近年来,在国产芯片汹涌发展的大浪潮下,国内一众公司也在该领域你追我赶。
芯片从大类上来看,分为数字芯片和模拟芯片两类,数字芯片好理解,比如0 1 2 3这种量化的数字,方便进行计算和处理。但在真实的世界里,有许多类似声音、光线、温度等,属于连续函数形式的模拟信号,我们没法直接应用,需要相应的芯片去处理,因此模拟芯片也被称作连接真实世界和数字世界的桥梁。
模拟集成电路行业专题
(报告出品方/作者:兴业证券,石康、李博彦、董昕瑞)
1、模拟集成电路产品种类众多,设计难度大1.1、模拟集成电路分类
根据 WSTS 分类标准,半导体主要可分为集成电路、分立器件、传感器与光电子 器件四种类别,其中集成电路可细分为模拟集成电路、数字集成电路和混合集成 电路三大类,其中模拟集成电路主要是指由电阻、电容、晶体管等集成在一起、 用来处理连续函数形式模拟信号(如声音、光线、温度等)的集成电路。
1.2、模拟集成电路主要产品类型
模拟集成电路又可进一步分为电源管理集成电路(电源管理芯片)、放大器、接 口集成电路和微波集成电路四个大类,每个大类下属涵盖多个细分产品种类。其 中电源管理芯片是模拟集成电路最大的细分市场,具有应用范围广、细分品类众 多的特点,产品类型包括电池管理集成电路、电压基准电路、电源监控电路、 LCD/LED 驱动器、电机驱动器、稳压器以及电源模块(含 DC/DC 变换器)。 放大器主要包括运算放大器、通用放大器、高速放大器、功率放大器、精密放大 器、差分放大器、仪表放大器、可变增益放大器和特殊放大器(频率转换器,隔 离放大器,线路驱动器,对数放大器,采样保持放大器,跨导放大器,互阻放大 器,视频放大器等)等。 接口集成电路主要包括时基电路、数据交换器、多协议接口集成电路、隔离器集 成电路、电路保护集成电路、电平转换器、开关和多路复用器等。其中数据交换 器又包括模拟/数字交换器(ADC)、数字/模拟交换器(DAC)、集成交换器、传感器模拟前端、数字电位器等细分类型。
微波集成电路是处理射频信号的模拟集成电路,可以分为混合微波集成电路和单 片微波集成电路。自 1950 年以来,微波器件经历了从同轴器件—微带器件—单 片微波集成电路的演变,单片微波集成电路又经历了从硅基衬底—砷化镓衬底— 氮化镓衬底的演变。微波集成电路主要的生产厂商有 ADI(讯泰科技 Hittite)、 TI、Microsemi、MACOM 等。微波集成电路又可以细分为:低噪声放大器、限 幅器、衰减器、RF 混频器、频率合成器、倍频器、I/Q 调制解调器、锁相环、移 相器、定时和时钟、RF 收发器、RF 开关、可调谐滤波器等。
总体来说,模拟芯片的细分种类多样且型号众多,因此单一厂商难以实现模拟 芯片各个种类型号的全部覆盖。 模拟电子系统首先需进行信号的采集提取,通常信号来源于测试各种物理量的传 感器、接收器,或者来源于用于测试的信号发生器。在实际场景中,传感器或者 接收器多提供的信号的幅值通常较小,且容易受到噪声的干扰,因此在加工信号 之前,需要对信号进行预处理,利用隔离、滤波、阻抗变换等手段提取信号并进 行放大,再进行信号的运算、转换、比较等不同的加工。最后一般还需经过功率 放大以驱动负载,如果需要进行数字化处理,还需通过 A/D 转换电路将预处理后 的模拟信号转换为数字信号。
根据产品功能,模拟集成电路可以分为电源管理芯片和信号链芯片两大类。信号 链模拟芯片是指拥有对模拟信号进行收发、转换、放大、过滤等处理能力的集成 电路。根据功能划分,可分为线性产品、转换器产品、接口产品、射频和微波等, 其中线性产品主要有包含放大器和比较器;转换器有 ADC 和 DAC 等。电源管理 芯片具有应用范围广、细分品类众多的特点,包括 AC/DC 转换器、线性稳压器、 LED 驱动器、马达驱动器、电源监控器、过流保护、过压保护等。
1.3、模拟信号与数字信号互相转换原理
模拟信号:连续变化的物理量信息,比如温度、湿度、压力、长度、电流、电压 等,在一定的范围内可以有无限多个不同取值;模拟信号信息密度较高,更能体 现物理量的真实值,同时模拟信号的处理相较数字信号更为简单。 数字信号:离散信号,最常见的形式是通过二进制数字来表示;数字信号在传输 过程中有较强的抗干扰能力,传输效率较高,可通过半导体存储器进行存储,适用于通讯、信息处理等领域。 模拟信号转化为数字信号有三个基本过程:抽样、量化和编码。 抽样:每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号,将模拟信 号离散化。 量化:用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值,把模拟信号的连续幅度变为 有限数量的有一定间隔的离散值。 编码:按照一定的规律,把量化后的值用二进制数字表示,然后转换成二值或多 值的数字信号流。
模数(A/D)转换电路通过单片 IC芯片把输入的模拟电信号转换成脉冲形式的数 字信号输出,从电路结构上看,当前实现 A/D转换功能主要有闪烁型、电容积分 型、逐次逼近型、流水线型和Σ-△型等,不同电路结构的 A/D 转换器具有不同 的性能特点。
数字信号通过调幅、调频、调相三步数字解调转换为模拟信号。调幅即载波的 振幅随着基带数字信号而变化,例如数字信号 1 用有载波输出表示,数字信号 0 用无载波输出表示,特点是信号容易实现,技术简单,但抗干扰能力差;调频即 载波的频率随着基带数字信号而变化,例如数字信号 1用频率 f1 表示,数字信号 0 用频率 f2 表示,特点是信号容易实现,技术简单,抗干扰能力较强;调相即载 波的初始相位随着基带信号而变化,例如数字信号 1 对应于相位 180 度,数字信 号对应于相位 0 度,其特点是抗干扰能力较强,但信号实现的技术比较复杂。
1.4、模拟集成电路与数字集成电路特点对比
相较于数字集成电路,模拟集成电路具有设计难度大、应用范围广、应用周期长、可替代性低等特点。
1)设计难度大,凸显人才重要性
模拟芯片的设计需要额外考虑噪声、匹配、干扰等诸多因素,要求其设计者既要 熟悉集成电路设计和晶圆制造的工艺流程,又需要熟悉大部分元器件的电特性和 物理特性。加上模拟芯片的辅助设计工具少、测试周期长等原因,培养一名优秀 的模拟芯片设计师往往需要 10 年甚至更长的时间,芯片设计人才的管理是模拟 芯片企业发展的决定性因素之一。
2)下游应用领域广泛
模拟集成电路按细分功能可进一步分为线性器件(如放大器、模拟开关、比较器 等)、信号接口、数据转换、电源管理器件等诸多品类,每一品类根据终端产品 性能需求的差异又有不同的系列,应用领域十分广泛。
3)产品生命周期长
模拟芯片强调可靠性和稳定性,寻求高可靠性与低失真低功耗,量产后通常具备 10 年以上的使用周期;而数字芯片强调运算速度与成本比,必须不断采用新设 计或新工艺满足下游需求的变化,生命周期通常仅有 1 至 2 年。
1.5、模拟集成电路主要工艺
据中电科 24 所发布的《高性能模拟集成电路工艺》中介绍,目前模拟集成电路主要制造工艺包括 Bipolar(双极工艺)、CMOS、DMOS、BiCMOS 和 BCD 工艺, 其中双极工艺制造的器件具有速度高、驱动能力强、模拟精度高等优点,但在功 耗等方面难以满足大规模系统集成要求。而CMOS工艺所制造的模拟器件具有功 耗低、集成度高和抗干扰能力强等优点,但速度低、驱动能力较差。DMOS 工艺 具有低导通电阻、高电压承受能力、高速开关能力和高温性能,被广泛用于功率 放大、开关和 DC-DC 转换器等领域。BiCMOS 工艺是在已有的 CMOS 工艺基础 上融入双极工艺,将双极和CMOS器件同时制作在同一芯片上,综合了双极器件 高跨导、强负载驱动能力和CMOS器件高集成度、低功耗的优点,被广泛应用于 无线通信、毫米波雷达等下游领域。
BCD 工艺技术是 SGS Thomson 公司于上世纪 80 年代中期发明的在当时极具创新 性的集成电路工艺技术,可实现同一芯片上集成具有精确模拟功能的双极型 (Bipolar)器件、数字设计的 CMOS器件和高压大功率结构的 DMOS器件等不同器 件,同时 BCD 工艺集中了 Bipolar 晶体管噪声低、精度高和电流密度大,CMOS 晶体管高集成度、低功耗、易逻辑控制,以及 DMOS 器件耐压高、开关速度快, 输入阻抗高、驱动能力强、热稳定性好等特点。通过在同一芯片内的不同功能电 路的集成减少了系统内部的互连,降低了电磁干扰,提高了系统的可靠性、稳定 性,同时也降低了系统功耗、体积、重量和总成本,整体表现出极好的综合性能, 已逐渐成为高性能模拟集成电路的主要制造工艺。
2. 模拟集成电路市场分析:
2.1、特种需求占比稳定,国产替代空间广阔
2.2、射频收发及前端芯片市场
射频收发芯片和射频前端芯片是实现射频收发的基础,发挥着雷达、通信、电子 对抗等射频信号系统“接收机”和“发射机”的作用,通过对信号进行转换、合 路、过滤、消除干扰、放大,最终实现无线信号接收和发射。 射频收发芯片接收来自基带芯片的数字基带信号,并将其通过数模转换、混频、 滤波、放大后传输给终端射频前端芯片,终端射频前端芯片对信号进行放大后传 输给天线;在接收链路中,终端射频前端芯片对来自天线的微弱射频信号进行放 大,并传输给射频收发芯片,射频收发芯片将射频信号放大、混频、滤波、模数 转换为数字信号,发送给基带芯片进行处理;电源管理芯片为发射链路和接收链 路中各芯片提供配电。
传统的射频发射链路由发射天线、隔离器、带通滤波、振荡器、锁相环路、调制 回路组成;传统的射频接收链路由接收天线、带通滤波、低噪放、增益调节、鉴 频锁相、中放单元构成。
射频前端芯片主要包括终端功率放大器、终端低噪声放大器、终端射频开关,其 中终端功率放大器用于对来自射频收发芯片的发射信号进行功率放大,并通过天 线将信号发射出去。终端低噪声放大器用于放大来自天线端的微弱射频信号,并 将放大后的信号传输给射频收发芯片进行处理,终端射频开关用于信道选择以及 天线的收发切换。随着 5G 网络的商业化推广,射频前端芯片产品的应用领域会 被进一步放大,同时 5G 时代通信设备的射频前端芯片使用数量和价值亦将继续 上升。根据 QYR Electronics Research Center 的统计,从 2011 年至 2020 年全球射 频前端市场规模以年复合增长率 13.83%的速度增长,2020 年达 202.16 亿美元。 受益于 5G 网络的商业化建设,自 2020 年起全球射频前端芯片市场将迎来快速增 长。2018 年至 2023 年全球射频前端市场规模预计将以年复合增长率 16.00%持续 高速增长,2023 年预计将接近 313.10 亿美元。
全球射频前端芯片市场主要被欧美厂商占据,国内生产厂商目前主要在射频开关 和低噪声放大器实现技术突破,并逐步开展进口替代。射频前端芯片行业因产品 广泛应用于无线通信终端,行业战略地位将逐步提升,国内的射频前端芯片设计厂商亦迎来巨大发展机会,在全球市场的占有率有望大幅提升。
线性产品是信号链模拟集成电路产品的代表性器件,其中放大器和比较器 2020 年占信号链模拟芯片市场规模的 39%。放大器及比较器属于通用产品,行业空间 稳定,2021 年全球放大器市场规模为 57.36 亿美元,根据 Business Growth Report 预测,2027 年市场规模有望达到 75.27亿美元,2021-2027年复合增速为 4.63%。 根据 Databeans 数据显示,2020 年亚德诺和德州仪器在放大器和比较器领域的全 球销售收入分别为 10.94 亿美元和 9.08 亿美元,营收占比遥遥领先于其他模拟集 成电路厂商。由于信号链技术壁垒相对较高,目前全球市场份额排名前十的厂商 均来自欧日美,中国企业布局相对较少。 国内特种放大器主要供应商公司包括振华风光、成都华微、中电科 24 所、中电 科 55 所、航天 771 所等。
2.2 模数/数模转换芯片(ADC/DAC)市场
ADC 和 DAC 是模数/数模转换芯片,为信号链芯片的一种,ADC 主要作用是将 真实世界产生的如温度、压力、声音、指纹或者图像等模拟信号转换成更容易处 理的数字形式。DAC 的作用则与 ADC 相反,将数字信号调制成模拟信号;从应 用需求来看,ADC总需求更高,占比接近 80%。ADC 和 DAC是真实世界与数字 世界的桥梁,属于模拟芯片中难度最高的一部分,被称为模拟电路皇冠上的掌上 明珠;从特点上,ADC 芯片可以分为高速高精度、低速高精度、高速低精度以 及低速低精度四种类型。
1996 年,以西方为主的 33 个国家在奥地利维也纳签署了《瓦森纳协定》,规定了 高科技产品和技术的出口范围和国家,其中高端 ADC 属于出口管制的产品,中 国也属于受限制的国家之一,禁运范围主要是精度超过 8 位且速度超过 10MSPS 的 ADC。 全球 ADC/DAC 市场主要被以美国 TI、ADI、美信、微芯,以及日本瑞萨、罗姆 半导体为首的海外龙头所垄断,高精度 ADC/DAC 在电子设备中属于核心器件, 进入供应链后不会轻易替换。早期国内的设备厂家出于性能、质量等多方面的考 虑,通常选用海外龙头厂商的产品。近年来国内的设备厂家逐渐开始采购国产芯 片。 目前我国工业级 ADC/DAC 企业主要包括思瑞浦、上海贝岭、圣邦股份、迅芯微 等厂商,特种领域主要以国家队科研院所及企业为主,其中包括中国电子旗下的 成都华微,中电科旗下的 24 所、58 所,航天科技旗下 771 所(西安微电子技术 研究所)、772 所(北京微电子技术研究所),以及天水 749 厂、锦州 777 厂等, 除此之外还涌现出如臻镭科技等民营领军企业。
2.4、电源管理芯片市场
根据 Frost&Sullivan 数据统计,2021 年全球电源管理芯片市场规模约为 368 亿美 元,同比增长 11.85%;预计到 2025 年,全球电源管理芯片市场规模有望达 526 亿美元,2017-2025 年均复合增速为 11.32%。 2021 年我国电源管理芯片市场规模约 132 亿美元,同比增长 11.80%;预计到 2025 年,我国电源管理芯片市场规模将达到 235 亿美元,2017-2025 年年均复合 增速为 12.44%,高于全球市场规模增速。
中国电源管理芯片市场根据市场竞争格局可划分为三个梯队,第一梯队是以德州 仪器、高通、ADI、英飞凌等欧美龙头企业为代表的海外厂商,第二梯队是以圣 邦股份、全志科技、韦尔股份等国内上市龙头企业为代表的本土头部厂商,第三 梯队为其他中小规模的电源管理芯片企业。
根据前瞻产业研究院数据统计,2020 年中国电源管理芯片市场欧美企业占据约 80%的市场份额,中国 Top10 企业合计市场份额仅为 7.5%,未来具备极大的国产 替代空间。 特种行业重点参与单位包括中电科 24 所、中电科 58 所、成都华微、振华风光、 臻镭科技,以及新雷能等。
2.5、特种模拟集成电路主要供应商
特种模拟集成电路核心国家队主要包括中国电子科技集团、中国航天科技集团以 及地方性国营企业。
3、模拟集成电路在军工电子中扮演重要角色,国防信息化 带动需求增长3.1、军事通信:模拟集成电路是通信系统的重要基石
3.3.1、军事通信种类划分众多,核心是信号的接收和发送
3.3.2、以数据链为例:通信系统建设带动模拟集成电路需求增长
3.2、电子对抗:军事大国加速布局,微波器件价值量占比较高
3.3、有源相控阵雷达系统:T/R 组件需求旺盛,带动模拟集成电路需 求增长
3.3.1、有源相控阵雷达代表了相控阵雷达的发展方向
3.3.2、模拟集成电路在有源相控阵雷达系统中的应用
T/R 射频微系统及模组采用相控阵 T/R 套片,实现射频信号放大、幅相调节和收 发切换等功能;馈电网络主要由功分器和功合器等无源器件组成,实现发射信号 功率分配及接收信号功率合成的功能;中频微系统包括射频收发芯片、高速高精 度 ADC/DAC、负载点电源芯片等芯片,实现射频信号变频、滤波、增益控制、 数模转换和供配电等功能;电源管理芯片也为 T/R 射频微系统及模组和中频微系 统中各芯片提供良好的供配电和低功耗电源管理。
3.3.3、弹载领域:精确制导占比提升,备战拉动需求增长
3.3.4、机载领域:军机列装缺口巨大,新型战机加速换代
3.3.5、舰载领域:海军现代化建设叠加舰艇升级,相控阵为发展主流
3.3.6、星载领域:全球卫星争夺战拉开序幕,卫星市场进入爆发期
3.3.7、数字相控阵雷达发展牵引转换器芯片需求
(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)
精选报告来源:【未来智库】。