模擬芯片：集成電路的重要部分

模擬芯片下游應用領域繁雜

模擬芯片負責處理連續的模擬信號。半導體市場主要包括集成電路（即芯片）、分立器件、光電子器件、傳感器等四大類產品，其中集成電路市場占比最大。集成電路按其功能通常可分為模擬集成電路和數字集成電路兩大類。模擬集成電路主要是指在現實世界與物理世界之間，由電容、電阻、晶體管等組成的模擬電路集成在一起，用來產生、放大和處理連續函數形式的模擬信號（如聲音、光線、溫度等）；數字集成電路是對離散的數字信號（如用0和1兩個邏輯電平來表示的二進制碼）進行算術和邏輯運算的集成電路。

模擬芯片是電子系統中不可或缺的部分。與數字集成電路相比，模擬集成電路應用領域繁雜、生命周期長、人才培養時間長、價低但穩定。模擬芯片可廣泛應用于消費類電子、通訊設備、工業控制、醫療儀器、汽車電子等領域，以及物聯網、新能源、智能穿戴、人工智能、智能家居、智能制造、5G通訊等各類新興電子產品領域。

模擬芯片人才培養周期長，經驗依賴提升技術壁壘。模擬集成電路設計主要是通過有經驗的設計人員進行晶體管級的電路設計和相應的版圖設計與仿真，需要額外考慮噪聲、匹配、干擾等諸多因素，要求其設計者既要熟悉集成電路設計和晶圓制造的工藝流程，又需要熟悉大部分元器件的電特性和物理特性。而數字集成電路設計大部分是通過使用硬件描述語言以基本邏輯門電路為單位在EDA軟件的協助下自動綜合產生，布圖布線也是借助EDA軟件自動生成。與數字集成電路相比，模擬芯片設計自動化程度低，加上輔助設計工具少、測試周期長等原因，模擬電路設計更依賴于人工設計，對工程師的經驗要求也更高，培養一名優秀的模擬集成電路設計師往往需要10年甚至更長的時間。

按定制化程度，模擬芯片可分為通用模擬芯片和專用模擬芯片。通用型模擬芯片，也叫標準型模擬芯片，屬于標準化產品，適用于多類電子系統，其設計性能參數不會特定適配于某類應用，可用于不同產品中。專用型模擬芯片根據專用的應用場景進行設計，一般集成了數字和模擬IC，復雜度和集成程度更高，有的時候也叫混合信號IC。根據ICInsights，2022年全球通用模擬芯片和專用模擬芯片占比分別為40%和60%。

模擬芯片分為電源管理和信號鏈芯片

電源管理和信號鏈芯片是模擬芯片的重要組成部分。廣義模擬芯片市場包含信號鏈、電源管理和射頻三大類。其中，電源管理芯片主要是指管理電池與電能的電路，包括充電管理芯片、轉換器產品、充電保護芯片、無線充電芯片、驅動芯片等；信號鏈芯片主要是指用于處理信號的電路，包括線性產品、轉換器產品、接口產品等。

電源管理芯片：模擬 IC 的關鍵器件，市場空間廣闊

下游市場發展迅速，全球及國產電源管理芯片市場空間廣闊。電源管理芯片產業下游應用場景豐富，覆蓋通信、消費電子、汽車及物聯網等各個電子相關領域。隨著新能源汽車、5G 通信、物聯網等下游市場的發展，電子設備數量及種類持續增長，設備電能應用效能管理愈發重要，帶動電源管理芯片需求增長。根據 Frost&Sullivan 統計，2021 年全球電源管理芯片市場規模約 368 億美元，2016-2021 年復合增長率為 13%。2021 年中國電源管理芯片市場規模突破 132 億美元，占據全球約36%的市場份額。隨著國產電源管理芯片在家用電器、3C新興產品等領域的應用拓展，未來幾年國產電源管理芯片市場規模仍將快速增長。預計至2025年中國電源管理芯片市場規模將達到 235 億美元，20-25 年復合增長率為 15%。

信號鏈芯片：受益于新技術和下游應用，規模穩步增長

信號鏈是連接真實世界和數字世界的橋梁。完整信號鏈的工作過程為：從傳感器探測到真實世界實際信號，如電磁波、聲音、圖像、溫度、光信號等，并將這些自然信號轉化成模擬的電信號，通過放大器進行放大，然后通過 ADC 把模擬信號轉化為數字信號，經過 MCU 或 CPU 或 DSP 等處理后，再經由 DAC 還原為模擬信號。信號鏈是電子設備實現感知和控制的基礎，是電子產品智能化、智慧化的基礎。

受益于較長的生命周期和較分散的應用場景，信號鏈模擬芯片市場發展態勢良好，行業規模穩步增長。信號鏈模擬芯片隨下游發展一同演進，朝小型化、低功耗和高性能方向發展。IC Insights的報告顯示，全球信號鏈模擬芯片的市場規模將從 2016 年的 84 億美金增長至 2023 年的 118 億美金，16-23 年復合增長率約 5%。其中，放大器和比較器、轉換器產品是市場規模占比最高的兩類，合計約占信號鏈模擬芯片市場規模的 75%。

多因素驅動模擬芯片市場成長

全球集成電路市場規模持續擴大，中國市場發展快速。根據 Frost&Sullivan 統計，2020 年全球集成電路市場規模為 3,546 億美元，伴隨著以新能源汽車、 5G、AIoT 和云計算為代表的新技術的推廣，集成電路產業將會迎來進一步發展，預計 2025 年將達到 4,750 億美元，復合增長率約為6%。2020 年中國集成電路行業市場規模為 8,928 億元，同比增長 18%。隨著消費電子、汽車電子、工業控制、醫療電子等市場需求的不斷提升，中國集成電路行業發展快速，未來五年將以 16%的年復合增長率增長，至 2025 年市場規模將達到 18,932 億元。

模擬芯片全球市場規模穩步擴張，中國為其最主要的消費市場。因其使用周期長的特性，模擬芯片市場增速表現與數字芯片略有不同。根據 Frost&Sullivan 統計，2021 年全球模擬芯片行業市場規模約586億美元，中國市場規模約2731億元，占比七成左右，中國為全球最主要的消費市場，且增速高于全球模擬芯片市場整體增速。預計 2025 年中國模擬芯片市場規模將增長至 3340 億元，20-25 年復合增長率為 6%。

模擬芯片下游各細分市場快速擴大，通信市場規模最大，通信、汽車占比進一步提升。根據 ICInsights 統計，專用模擬芯片的下游市場主要包含通信、汽車、工業、計算機、消費電子等領域。通信是專用模擬芯片最重要的下游市場，包含手機、網絡及通訊設備等，2022 年全球市場規模為262 億美元，占整個模擬芯片市場的 32%。汽車是專用模擬芯片增速最快的下游市場，22 年增速為 17%， 2022 年市場規模為 137 億美元，位居第二。

新能源汽車快速滲透，模擬芯片價值量提升

汽車電動化、網聯化和智能化提速，車用 IC 需求快速增加。隨著汽車電動化進程加快、汽車互聯性增加、自動駕駛逐步落地，汽車半導體從 MCU、功率半導體器件（IGBT、MOSFET）、各種傳感器等，拓展到包括 ADAS 先進駕駛輔助系統、COMS 圖像傳感器、激光雷達、MEMS 等更多方面。汽車對芯片可靠性、安全性、一致性要求高，需要通過 AEC－Q100、 ISO26262 和IATF16949 等認證。

汽車電動化、網聯化和智能化催生模擬芯片新需求。模擬芯片應用于幾乎所有汽車電子部件，除了涉及傳統汽車電子如車載娛樂、儀表盤、車身電子及 LED 電源管理等領域，還廣泛應用于新能源汽車的動力系統、智能汽車的智能座艙系統和自動駕駛系統。動力總成部分主要包括了電機控制器、OBC、DC/DC、BMS 等。

根據 iHS 和 Melexis，在 A 到 E 的各個級別汽車中，電動化都大幅增加單車模擬芯片需求量，比如：A 級燃油車模擬芯片用量約 100 顆，而 A 級純電動車需求量高達 350 顆以上；在 B 級車中，模擬芯片單車用量從燃油車的 160 顆提升至純電動車的近 400 顆，而純電動 E 級車用量超過 650顆。

新能源汽車高增長助推車用模擬芯片高價值產品。全球新能源汽車市場滲透率從 2018 年 2%上升至 2021 年 8%，銷量從 199 萬輛上升至 644 萬輛，年復合增長率 48%。根據 IC Insights 統計，2022 年全球汽車專用模擬芯片市場規模將增長 17%至 138 億美元，是增速最快的模擬芯片下游市場。

汽車“三化”賦能模擬 IC 電源管理市場。得益于汽車電動化、智能化、網聯化，越來越多的傳感器、功率半導體、電機等電子零部件裝載在汽車內部，需要更多的電源管理 IC 進行電流電壓的轉換，從而推動電源管理芯片增長。

特別地，隨著新能源汽車的高增長，車用 BMIC 需求迎來高增長。根據 Frost&Sullivan 統計，全球新能源汽車 BMS 市場規模從 2016 年的 5 億美元增長到 2020 年的 14 億美元，復合年均增長率為 33%。根據半導體產業縱橫預測，全球鋰電池 BMIC 市場規模將從 2021 年的 43 億美元增加至 2026 年的 80 億美元，CAGR 為 14%，其中汽車類 CAGR 超過 40%。汽車電池由數百、甚至多達數千節電芯串聯和并聯構成，電芯、模塊間會出現電量不平衡，大量的電芯串聯要求電芯之間的電量一致，因此需要采用電池監測芯片對每個電芯進行電壓、電流檢測。同時，電動汽車的充放電過程也需要保護芯片來防止部分電芯的過充或過放。

車規級 BMIC 完整解決方案的供應商主要有 ADI（AFE 主要來自于收購的 Maxim 和 Linear 產品線）、TI、英飛凌、NXP、瑞薩（AFE 主要來自于收購的 Intersil 產品線）、ST 和安森美等。其中汽車 BMS 的 AFE 芯片的技術難度在于采樣通道數、內部 ADC 數量等。此外，由于 AFE 芯片的需求與電芯數量成正比，電芯數量與電壓成正比，800V 電壓平臺對 AFE 的需求相比 400V 平臺翻倍增長。400V 系統電動汽車大約需要 8 個 AFE 芯片和 1 個隔離通訊芯片，而 800V 系統約需要 16 個 AFE 芯片和 1 個隔離通訊芯片。

車用信號鏈芯片為車聯萬物、信息交互提供支持。車用信號鏈芯片發揮多種用途。一類是射頻 IC，為汽車提供無線通信。汽車四大無線通訊方案：蜂窩網絡系統、WLAN、全球導航衛星系統GNSS 和 V2X 車聯網，都需要多個射頻 IC 和射頻模塊實現，大多數此類元件都包含在 TCU 中。另一類是為傳感器和處理器之架起橋梁的特定模擬 ASSP/ASIC。外界真實信號被傳感器感知，得到的模擬信號經過放大器、模數轉換器最終傳遞給 MCU 處理。

汽車的電動化、智能化拉動了視頻傳輸等接口技術的升級、芯片數量和芯片價值量的提升。隨著汽車新車型配置，智能座艙、高級輔助駕駛的需求越來越強烈，單車對高清屏以及高清攝像頭的使用越來越多。根據電子工程專輯顯示，高清視頻傳輸芯片的市場規模將以 35%-40%以上的年增長率快速擴容。車載攝像頭預計 2025 年在全球的市場需求量會超過 3 億臺以上，視頻傳輸芯片的市場規模也將達到人民幣 90 億元，這將進一步擴大車載模擬接口芯片的使用量。此外，視頻數據傳輸 HDMI 接口不斷迭代升級，分辨率不斷提高，最新的 2.1 接口可以支持到 8K-60 幀分辨率，這進一步拉動了相關模擬接口芯片的價值量。

5G通訊和手機功能升級，驅動模擬芯片行業成長

5G 廣泛應用推動通信領域模擬芯片迭代升級。無論是智能手機還是基站等基礎設施，一套完整的 5G 通信系統包含了從信號鏈到電源鏈的多種模擬芯片的迭代升級。模擬芯片在通訊領域應用于寬帶固定線路接入、數據通訊模塊、有線網絡和無線基礎設施等，其中無線通信估計占 2022年通信模擬芯片領域銷售額的 91%。無線通信模塊通常包括天線、射頻前端、射頻收發、基帶。其中，射頻前端模塊是移動終端通信的核心組件。

智能手機由模擬 IC、數字 IC、OSD 器件、非半導體器件組成。其中模擬 IC 主要可分為射頻器件和電源管理裝置。射頻器件是處理無線電信號的核心裝置，包括射頻前端、射頻收發、射頻開關、射頻 PA 等。電源管理裝置包括快充芯片、無線充電芯片等。

手機功能升級主要從多個層面驅動手機模擬 IC 市場需求。智能手機中按照功能劃分,模擬芯片主要用于 DC/DC 電源、輸入電源保護、音頻/震動、I/O 連接等功能區域。首先，5G 等通信技術升級直接導致移動終端需要增加可覆蓋智能手機新增頻段的射頻器件；第二，智能手機功能復雜度不斷提升，導致手機各功能模塊對移動終端電源管理芯片的性能（噪音水平和功耗等）和數量提出了要求；第三，手機光學升級、快充創新等進一步帶動驅動、快充等芯片的價值量；第四，智能手機行業需求的復蘇以及 5G 手機滲透率的提升有望拉動模擬 IC 整體需求量的抬升。

5G 技術直接促進手機模擬 IC 和射頻器件價值量提升。5G 技術升級，為了覆蓋 5G 新增頻段，移動智能終端需要配套的射頻前端器件。5G 通過拓寬帶寬、增加通路數量提高數據傳輸速度，與4G 的低頻電路不同，高頻電路需要從材料到器件，從基帶芯片到整個射頻電路進行重新設計，復雜度提升的同時，也需要增加射頻開關、濾波器、放大器的數量以滿足對不同頻段信號接收、濾除、放大、發射的需求。

5G 核心技術為基站射頻芯片帶來機會，電源管理 IC 用量隨之增加。5G 基站的三個功能實體分別為 CU、DU、AAU。DU 和 AU 是原基帶單元 BBU 按處理實時和非實時任務進行拆分。AAU(有源天線單元)是射頻單元及無源天線的合并。5G 基站采用大規模天線陣列、載波聚合和新頻譜，對 PA 性能、獨立射頻通道數量、天線開關數、濾波器數量和 PA 開關數量等需求增加。例如，4G 基站對應的射頻 PA 需求量為 12 個，而 5G 基站對應的 PA 需求量高達 192 個。由于 5G 基站有更多的天線、射頻組件和更高頻率的毫米波，基站功率約為 4G 基站的 3-4 倍，電源管理 IC 的用量隨之增加，宏基站需要約 120 顆電源管理 IC、小基站需要約 20 顆。

萬物互聯AloT終端數量快速發展

萬物互聯趨勢下，消費級和工業級物聯網終端的廣泛應用推升模擬芯片需求。大規模物聯網業務mMTC 是 5G 三大應用場景之一，以低功耗和海量接入為特點，對應無線供電芯片、低功耗供電芯片和 5G 通訊芯片等，同時物聯網終端還涉及到車聯網各類傳感器和智能家居微控制器、傳感器等模擬芯片應用。根據 GSMA 數據，2021 年全球物聯網設備聯網數量為 148 億個，同比增長16%，其中工業級設備占比為 47%，預計 2025 年全球物聯網設備聯網數量上升至 252 億個，工業級設備占比 55%。

眾多物聯網終端應用推升模擬芯片用量。由于物聯網主要是物理世界的終端設備互聯，壓力、亮度、距離等物理參數是信息互聯的重要手段，智能家居、智慧城市、無人機等物聯網下游的快速 、發展，成為了模擬芯片的重要推動力。如：掃地機器人的模擬芯片包括運算放大器、數據轉換器（ADC）、線性穩壓器（LDO）、模擬開關等，以實現掃地機器人的紅外障礙感應、TOF 探測、LDS 激光測距、超聲傳感等功能。

歐美廠商壟斷，國產替代潛力巨大

國內模擬 IC 廠商正處于快速成長階段，模擬 IC 國產化率進一步提升的內部和外部條件均趨于成熟。首先，國內代工廠制程和工藝滿足要求，技術日臻成熟，可以與模擬 IC 廠商進行協同；第二，國際模擬大廠向工業和車載領域傾斜，減少對消費等領域的資源支持，給國產廠商差異化競爭創造了機遇；第三，國內模擬 IC 廠商逐步突破產品種類和質量，并持續發力產品導入和客戶驗證。國內模擬 IC 廠商迎來了內部和外部的雙重歷史機遇，在產品、技術、客戶、市場份額等方面有望加速突破，推動模擬芯片國產化進程。

歐美廠商占據絕對主導

中國是全球最大的半導體和模擬芯片市場。IDC 數據顯示，2020 年中國大陸占全球模擬芯片市場的比例達到 36%，超過歐美及其他地區。國際模擬芯片大廠如德州儀器、亞德諾等收入來源市場中，中國收入占比有明顯提升的趨勢。以亞德諾為例，2015 年至 2021 年，中國地區的收入占比從 15%提升至 22 %，于 2020 年達峰值 24%。

歐美廠商占據絕大多數市場份額，行業集中度較低。根據 Frost& Sullivan 的統計數據，2019 年全球前十模擬 IC供應商基本被歐美國家主導，共占據 67%左右的市場份額。德州儀器在模擬芯片中表現強勁，2018-2019 年間占據 19%的市場份額，第二梯隊亞德諾、英飛凌、意法半導體、思佳訊也紛紛超過了 5%。模擬芯片整體呈現出較為分散的發展布局，剩余 IC 廠商對應市場占有率不超過 1%，行業集中度較低。以電源管理芯片為例，IC Insights 數據顯示，2020 年全球供應商前五名依次為德州儀器、高通、亞德諾、美信、英飛凌，共占據 71%的市場份額。

模擬芯片競爭格局穩定，CR5、CR10 市場份額有所提升。據 IC Insights 統計，2017 到 2020 年全球前十大模擬廠商變動不大，僅 Qorvo 在 2021 年躋身前十。模擬芯片在德州儀器、亞德諾、思佳訊為代表的歐美廠商的帶領下，逐漸形成了較為穩定的市場競爭格局。五年間，CR5 和CR10 市場份額各提升了近 10%，市場集中度有所提升。

模擬芯片頭部廠商的產品線與下游應用豐富。優秀的模擬芯片設計企業需要長期經驗和技術的累積，全球主要模擬芯片設計企業依靠豐富的技術及經驗、大量的核心 IP 和產品類別形成了競爭壁壘，規模不斷壯大。全球領先的模擬IC廠商主要包括TI（德州儀器）、ADI（亞德諾）、Infineon（英飛凌）等，經過長時間的發展，均形成了豐富的下游應用領域和多元化的產品種類。

近年來國際模擬芯片巨頭的產品布局向汽車、工業等下游領域傾斜。德州儀器 TI 2021 全年營業收入為 183 億美元，其中汽車和工業銷售占其收入的 62% 以上，相比 2013 年的 42%占比有大幅攀升。亞諾德 ADI 的汽車和工業下游收入占比由 2013 年的 61.6%上升至 2021 年的 71.3%。在國際大廠將戰略重心轉移至工業和汽車領域之際，國內廠商有望以中低端消費電子產品為切入口，占領中低端市場并向高端市場延伸，逐步實現差異化替代。