所謂模擬芯片，是處理外界信號的第一關，所有數據的源頭是模擬信號，模擬芯片是集成的模擬電路，用于處理模擬信號。模擬信號是在時間和幅值上都連續的信號，數字信號則是時間和幅值上都不連續的信號。外界信號經傳感器轉化為電信號后，是模擬信號，在模擬芯片構成的系統里進行進一步的放大、濾波等處理。處理后的模擬信號既可以通過數據轉換器輸出到數字系統進行處理，也可以直接輸出到執行器。

常見的數模混合系統包括：消費領域的手機、個人電腦、數碼相機、麥克風、揚聲器等，工業領域的溫度檢測器、心電圖儀、飛機系統，汽車領域的倒車顯示儀等，模擬芯片無處不在。

（模擬芯片是信號處理是必不可少的一環） 信號以電的形式傳遞，根據電流/電壓的強弱分成兩類模擬信號，弱電和強電。信號鏈產品負責對弱電進行處理。電源管理產品主要對強電進行處理，亦處理弱電。

（模擬芯片主要是信號鏈和電源管理芯片，2018 年市場規模 527 億美元） 全球模擬芯片市場空間近600億美元。全球集成電路市場3402億美元，模擬電路占15%。模擬電路中，信號鏈市場143億美元，電源管理市場216億美元。從 1968年出現的第一個集成運放開始，到2018年，模擬芯片已成為一個全球規模近600億美元的產業。

（從 60 年代至今，模擬芯片市場規模已發展至近 600億美元） 根據ICinsights最新的數據，現在排名前五的廠商中，市場份額接近50%。在ADI成功收購Maxim之后，頭部廠商的市場占有率進一步提升。其中，德州儀器擅長電源管理，是該領域的龍頭；ADI以運算放大器起家，是數據轉換器龍頭，在運放、電源管理的市場份額靠前。英飛凌是從西門子集團中剝離，獨立上市的半導體企業。目前排名靠前的模擬芯片公司，基本都是成立在集成電路誕生的 60 年代初和黃金的 90 年代，與集成電路行業共同成長，包括現龍頭德州儀器（1930）、曾經的龍頭國民半導體（1959），以及目前的次席亞德諾（1965）等，依靠對模擬技術的原始積累（Know-how）形成了核心競爭力。

（最新模擬廠商營收排名） 在前十大模擬芯片公司中，德州儀器是第一個制造出集成電路的公司，在電源管理和運算放大器這兩個領域處于龍頭地位，下游市場集中于工業和汽車電子市場。次席亞德諾是多年的數據轉換器龍頭，目前專注于工業和通信市場。英飛凌是著名的汽車電子廠商，在電源管理和功率半導體中排名靠前。思佳訊則是一家專注射頻領域的模擬廠家，射頻芯片巨頭之一，主要客戶為蘋果等消費電子廠商，以及通信設備廠商供貨。恩智浦、安森美、瑞薩均是實力較強的汽車電子廠商，美信則更專注于工業領域，微芯科技在模擬產品外，較為偏重于數字領域的 MCU。

（領先模擬廠商所擅長的領域） 行業格局“一超N強”，龍頭以外競爭分散。在模擬芯片領域，德州儀器是當之無愧的龍頭，市場份額18%，從04年以來便穩居第一。而從行業第二名到第十名份額均只有個位數，份額均較為接近。其中，第二名的亞德諾是通過在2017年收購產品線類似的凌特（Linear Tech），超越英飛凌成為行業第二。在這次收購了Maxim之后，進一步鞏固了他們的位置，同時進一步縮小了和TI的差距。因此，模擬芯片行業的競爭較為分散，是“一超（德州儀器）”和“N強（亞德諾、英飛凌、意法半導體等）”的格局。行業并購不斷，競爭格局走向集中。 1990年，德州儀器還不是模擬芯片的龍頭，模擬芯片行業競爭高度分散，排名第一的國民半導體市占率僅7%，與前十名剩下的公司份額相近。然而到了2002 年，意法半導體躍居第一，并占有了 10%以上的市場。 2004年開始，德州儀器開始穩居第一，份額遙遙領先。同時，排名靠后的公司通過不斷地合并和收購，獲取了更大的市場份額。重要的收購包括：國民半導體被德州儀器收購（2011），飛思卡爾從摩托羅拉分離、最后被恩智浦收購（2015），仙童半導體被安森美收購（2016），Intersil被瑞薩收購（2016），凌特被亞德諾收購（2017）。可以看到，近 30 年來，整個模擬芯片行業不斷地整合，龍頭市占率不斷提高，行業不斷走向集中。

（30 年來，模擬芯片的市場份額逐漸向龍頭集中）

信號鏈和電源管理：兩類重要的模擬芯片

信號鏈產品主要包括運算放大器和數據轉換器，處理信息交互的需求。在數模混合的系統中，一個完整的信號處理過程如下： 傳感器：通過傳感器獲取外界原始的物理信號，典型的包括聲音、圖像、溫度、濕度、壓力等，并轉換成于這些物理信號相對應的連續時間模擬信號，典型形式為電壓/電流。 放大器、濾波器：通過由放大器和濾波器構成的信號調理單元對模擬信號進行處理。放大器的作用是將微弱的模擬小信號進行放大，以適配到ADC的滿量程輸入范圍；濾波器的作用主要是對信號進行帶限，目的是滿足奈奎斯特采樣定理的要求。 數據轉換器：通過ADC將處理后的電壓/電流信號轉換為所對應的離散數字量，提供給后續數字單元進行處理。 數字處理：由數字處理系統（MCU、DSP 或 FPGA）對離散數字量進行數字化處理，它通常用于實現數字信號處理算法。 數據轉換器：數字處理系統處理完以后的離散數字量送到了DAC。通過它，再次轉換成連續的模擬信號。 濾波器：由于DAC輸出的信號中含有“臺階”型的高頻分量，因此需要使用重構濾波器進行進一步處理濾除高頻噪聲，最終得到重構后的模擬輸出信號。其中，最重要的是運算放大器和數據轉換器。 運算放大器是模擬電路的“基礎積木”，應用極為廣泛。運算放大器是指對模擬信號進行相加、積分等運算的放大電路，常用于將微弱的小信號放大成大信號。同時，運算放大器是構成許多模擬器件的基礎，數模轉換器、電流-電壓轉換器、濾波器、比較器、線性穩壓器等都需要運放。可以說，運算放大器是模擬電路的“基礎積木”。

（運放是許多模擬器件的基礎，比如濾波器就是由運放和電阻組成） 數據轉換器是連接模擬與數字系統的橋梁，必不可少。模數轉換器（ADC）負責將模擬信號轉換成數字信號，數模轉換器（DAC）負責將數字信號轉換為模擬信號。傳感器把真實世界的溫度、壓力、聲音等轉換成電信號，這些信號大多為模擬信號，無法被數字系統識別與處理。只有通過 ADC 的轉換才能被 MCU 采集并處理。

（數據轉換器包括數模轉換器（DAC）和模數轉換器（ADC）） 另外，揚聲器等都需要模擬信號輸入才能工作，所以需要 DAC 把數字系統輸出的數字信號轉換成模擬信號。 因此，只要涉及數字處理，就一定要有數據轉換器。 電源管理是電子電路必要需求。只要是電子系統，均需要電源供電，常見的供電電源有電源適配器、蓄電池、等。根據輸入輸出電流類型，我們可以將電源管理器分為 4 大類型：AC-DC（整流）、AC-AC（變頻等）、DC-DC（斬波）、DC-AC（逆變）。

（電路中常見的電源管理需求） 開關整流器（AC－DC）主要負責將交流電轉換成直流電，常見的有筆記本電腦的電源適配器。 交流—交流變頻器（AC－AC）負責將某個頻率的交流電轉換為另一種恒定頻率或可變頻率的交流電。 直流—直流變換器（DC－DC）將直流電轉換成另一種不同頻率、相位、電流、電壓特征的直流電。 逆變器（DC－AC）將直流電轉換成交流電的開關變換器，有的稱其為變流器，是交流輸出開關電源和不間斷電源（UPS）的主要部件。

（穩壓是電路的基本功能） 電源管理芯片是集成的電源管理電路，主要功能是穩壓、升降壓、恒流、交流直流轉換等，分為線性穩壓器(LDO)、電荷泵(Charger-pump)芯片、DC-DC 轉換器(DC-DC)、交流直流轉換器(AC-DC)、LED 驅動芯片等。典型的應用是手機、筆記本電腦等消費電子的充電器、LED 驅動器。比如，穩壓器對 220V 的市電降壓，并輸出穩定的直流低壓供用筆記本電腦；LED 驅動對手機內部電源升壓，以驅動攝像頭閃光燈。

模擬芯片各細分市場，龍頭瑤瑤領先

在模擬集成電路中，電源管理是最大的市場，規模約216億美元，占比 42%；信號鏈市場143億美元（28%），射頻及其他產品市場約158億美元，占比30%。在放大器領域，德州儀器占據近三分之一的市場（29%），亞德諾第二（18%）。在數據轉換器領域，亞德諾是絕對的龍頭，目前占據數據轉換器半壁江山（48%），長期領先于競爭對手。在電源管理領域，龍頭德州儀器占據超四分之一的市場份額（21%），高通（15%）、亞德諾（13%）、美信（12%）、英飛凌（10%）份額相近。

（模擬芯片主要是信號鏈和電源管理芯片）

模擬芯片的三大變化

模擬芯片下游的市場主要有工業、通訊、消費電子和汽車，工業市場即工控和航空組成的市場，通訊市場主要是基站等通信設備，消費電子即手機、筆記本電腦、數碼相機等的市場。80年代后期，ADI曾經依靠消費電子迅速發展。60-70 年代在ADI發展的早期，其業務大多集中在工業及軍用器材上。1985年開始，受移動通信推動，消費電子市場興起，ADI將發展重心轉移到消費電子，其營收占比在2000年一度到25%，推動整體營收翻7倍。而到2018年，消費電子的營收占比減少到14%。

（在 2000 年，消費電子市場曾支撐 ADI 四分之一的營收） 如今，信號鏈的下游市場中，消費電子占比已經很小。2015年，運算放大器芯片的下游主要是通信（36%）和工業（33%），消費電子占比僅有 8%。數據轉換器的下游市場同樣，銷售給工業領域的占比超過50%，而消費電子占比僅為 12%。 由此，我們提出第一個問題：為什么信號鏈產品的下游市場中，消費電子的占比在縮小？ 我們認為，電子行業，一向是需求推動技術增長。信號鏈主要需求是交互，在 60-70年代模擬芯片發展的早期，信號鏈主要用于工業下游，工業設備連接電腦以及飛機的航電系統，起到工業設備、飛行設備與外界交互的功能。例如，飛機上有大量的傳感器以輔助飛行，送到數字系統前，都需要信號鏈產品來處理。 同時，集成的產品更能降低體積和成本。因此，60-70年代工業領域對信號鏈的需求，推動了早期 ADI、德州儀器等模擬巨頭的成長。在 1980-2000 年，消費電子的交互需求經歷從無到有的過程，同樣驅動了信號鏈在消費電子下游的增長。 消費電子市場的特點是產品變化迅速與成本優先，因此比起工業市場追求的高精度、通訊市場追求的高速率，消費電子市場的需求是更低的成本與更短的設計周期，集成的信號鏈產品比分立的更能滿足需求。近10年來，消費電子在交互的需求對繼續帶動信號鏈復雜程度的提升作用有限。 也就是說，1）從性能來說，集成了數據轉換器的微控制器已經能滿足大部分消費電子的性能要求。2）從成本來說，由于手機功能的增加，提高集成度更能減少能耗。3）從設計周期來看，分立的數據轉換器雖然性能更高，但是對系統的設計復雜度要求更大，消費電子廠商需要考慮一系列的速度、分辨率、功耗等問題，如果都使用分立的信號鏈芯片，將很難適應快速變換的市場需求。因此，近 10年來，用于消費電子的信號鏈產品更多地集成進入微控制器/SoC里，使得統計上來說，消費電子這一下游市場增長平緩。

（運算放大器占模擬芯片比例減少） 從90年代開始，信號鏈產品的占比逐漸縮小。1981年，運算放大器市場規模占模擬芯片 19%，而 2018年這一數字減少到 6%，市場規模也僅從2億美元增長到 35 億美元。數模轉換器同樣，從1981年到2018 年，數模轉換器在模擬芯片的占比從 19%減少到 6%，市場規模從 3 億美元增長到 39 億美元。

（從 80 年代開始，數模轉換器占模擬芯片比例減少） 而電源管理芯片從90年代開始快速發展，成長為模擬芯片產業的一個重要行業。1981年，電源管理芯片市場規模僅有1億美元，而如今，已發展成為一個 250億美元的行業。電源管理芯片占模擬芯片市場的比例，從1981年的8%、1995 年的 9%，迅速增大至如今的 43%（2018 年）。

（從 80 年代開始，電源管理占模擬芯片比例大幅增加） 由此，我們提出第二個問題，為什么電源管理產品在模擬芯片占比迅速增大？ 我們認為，這是因為電源管理在消費領域有持續的新需求驅動。由于低功耗、低質量和可便攜設備的發展，使得電源轉換效率技術和要求不斷發展。消費電子對小功率節電的需求，推動電源管理芯片行業的成長。 隨著消費電子新增功能，音頻、攝像等，消費電子不斷復雜化，不僅電子產品的耗電量與日俱增，同時需要支持的電壓數量也變多，客觀需要電源管理芯片能在增加能源轉換效率、增加待機時間的同時，提高集成度以支持多個電壓。另外，由于鋰電池的功率密度發展減緩，因此只能從電源管理芯片上尋求突破。所以，消費電子的發展，不斷驅使著模擬芯片廠商推出功能更復雜、更高效率、更低體積的電源管理芯片，促進了電源管理芯片整個行業的成長。

（手機內各功能模塊需要不同的電源管理器件配合） 工業領域大功耗器件節電的需求，同樣推動了電源管理芯片行業的成長。工業領域的能耗主要來自于電機和照明，電機主要是泵、風機、壓縮機、傳輸機等，電機消耗的能量幾乎占工業電力消耗的80%。因此，工業領域對節能的要求，促使電源管理芯片不斷提高轉換效率。比如，使用變速電機能節省40%的能耗，使用高效的開關電源可以節省35%的能耗，這背后均是由更先進的電源管理芯片支撐。 未來，新需求將會繼續推動電源管理發展。LED照明從最初的簡單邏輯控制到如今調光、變色等更個性化的要求，對電源芯片提出更復雜的智能化控制需求。另外，一些設備為適應便攜性趨勢，設備供電方式從適配器供電轉變為電池供電，帶來很多電池供電系統的芯片需求。

應用型芯片的崛起

標準型和應用型的模擬芯片，在出貨量和市場規模的結構上截然相反。在出貨量上，標準模擬芯片占比（64%）遠高于特殊應用模擬芯片（36%），但在市場規模上是特殊應用模擬芯片（62%）高于標準模擬芯片（38%）占比。 由此，我們提出第三個問題，為什么應用型模擬芯片市場規模更大。

（標準型模擬芯片出貨量大于應用型） 我們認為，應用型模擬芯片面對的是定制化的需求，附加值更高。工藝和結構設計是模擬器件性能改進的兩大方法。標準型模擬芯片是通用化的，各個廠家的設計都相差不大，因而附加值低，廠商間競爭更多依靠制程和工藝，對自建廠房有很大的要求。 由此，我們提出第三個問題，為什么說應用型模擬芯片降低了自建廠房的重要性？ 標準型模擬芯片面對的是低成本、低體積的通用化需求，因而更注重工藝。實現低成本主要是通過縮短芯片制程以減少線寬，因此能夠實現同樣性能下的更小體積、更低成本。早期模擬芯片主要需求是標準化的通用芯片，比如，ADI在80-90年代通過迅速投資建廠，積累了明顯的制程優勢。 應用型模擬芯片面對的是千差萬別的需求，因而更注重設計，附加值更高。在后期，隨著電子系統復雜程度提高，對某一類細分行業進行專門的定制變得更重要，特別是在工業領域，許多客戶在速度、精度、集成性、成本、體積方面的要求都不一致，需要模擬芯片廠商做出取舍，以達到整體最優，這需要有經驗豐富的研發人員進行設計。自建廠房以提升制程的重要性降低了，因此，到了2000年之后，ADI的資本支出占經營性現金流的比重大大減少，大多數芯片都使用臺積電代工。

（ADI 的資本支出占經營性現金流比重減少） 未來，應用型的模擬芯片將推動無晶圓廠商蓬勃發展。由于臺積電、中芯國際等晶圓代工廠商的出現，使得芯片公司可以避開大量的建廠負擔，專注于芯片應用本身，促成了一批優秀無晶圓廠（Fabless）的誕生。中國大陸的IC設計產值從 2010年56.6億美元逐年成長至2016年247.5億美元，年復合增長率達28%，無晶圓廠商數從2012年的569家，增加至2016年的1,362家。未來，隨著各行業對應用型芯片的需求增加，擁有優秀設計研發能力的無晶圓廠商將有望脫穎而出。

中國是否出現下一個德州儀器？

模擬芯片技術進步依賴于經驗積累。不同于大部分數字芯片，模擬芯片技術發展不依賴于摩爾定律，技術發展主要以實驗的次數、對材料等的技術經驗的積累為主。因此，模擬芯片設計人員的經驗積累程度，對所設計產品的技術水平和整體性能起到了至關重要的作用，一般要擁有5~10年設計經驗才能夠獨立完成芯片設計。像德州儀器、亞德諾等老牌的模擬芯片大廠，積累了大量研發經驗，我國模擬芯片企業與國外巨頭差距客觀存在。 我國工程師紅利將有利于縮短中外技術差距。我國的集成電路產業，基本是上從上世紀九十年代才剛剛起步，雖然目前與國外巨頭還存在一定差距，但我國僅花了近二十年的時間，就實現了國外四五十年的技術發展歷程，整體實力突飛猛進。同時，我國工程師隊伍正不斷壯大，2017年，我國高等院校培養的芯片專業領域畢業生約 20萬人，其中與集成電路強相關的微電子科學與工程、微電子學與固體電子學、集成電路設計與集成系統、集成電路工程專業畢業生在2萬人左右，成為我國芯片產業發展提供了重要的人才儲備。更進一步，在成本上來說，美國模擬工程師平均年薪50-60萬人民幣，首席設計師年薪上百萬人民幣，而中國僅為美國的三分之一到一半，為研發帶來較大的成本優勢。 縱觀歷史，模擬芯片龍頭都是從巨大的市場中成長的。像德州儀器，亞德諾等模擬巨頭，早期都直接受益于60-80年代美國工業和國防的巨大需求。比如，亞德諾在90年代以前，近21%的營收來自于政府，依靠美國政府龐大的國防開支帶來的需求，迅速成長為名列前茅的模擬芯片廠商。

（亞德諾早期發展依賴于政府營收） 目前中國半導體市場規模最大、增速最高，有望復刻當年亞德諾迅速成長的條件。2018 年，中國半導體市場規模占全球比例 48%，高于亞太其他地區（23%）、美國（12%）、歐洲、中東及非洲（10%）、日本（7%），是世界上最大的半導體市場。 在增速上，根據 WSTS 數據，中國半導體市場增速 20.5%，同樣高于全球平均增速 6.8%，美國（16.4%）、歐洲（12.3%）、日本（9.3%）、其他環太平洋地區（6.1%）。雖然中國的半導體市場最大且處于快速增長期，然而，我國使用的模擬集成電路產品約占世界產量的 45%，而我國的模擬芯片產量僅占世界份額 10%左右，模擬芯片國產化率不足 1%。因此，中國模擬芯片公司未來的進步空間巨大。

（中國為全球半導體最大市場） 更重要一點，自從 2019 年 5 月華為被美國列入實體清單后，中美貿易糾紛進一步升級，國產替代已成必然趨勢，為國內電子產業趕超歐美提供重大機遇。但可以肯定的是，這仍然有很長的一段路要走。

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