模拟集成电路的现状

核心提示模拟IC的使用一直以消费类电子产品为主,这几年一直保持稳定增长。据Databeans公司对模拟IC市场调研报告显示,全球模拟市场从2003年~2009年复合增长率为12%。这个数字要高出其它产品的增长率。这也预示着高性能模拟市场在今后的一段

模拟IC的使用一直以消费类电子产品为主,这几年一直保持稳定增长。据Databeans公司对模拟IC市场调研报告显示,全球模拟市场从2003年~2009年复合增长率为12%。这个数字要高出其它产品的增长率。这也预示着高性能模拟市场在今后的一段时间里发展潜力巨大。在美国半导体工业协会( SIA )的市场统计中也有数据显示,在未来的2~3年发展中,模拟市场的发展将快速超越数字市场。模拟器件将成为市场及产品数字化时代的模拟集成电路应用的主流。

模拟IC主要应用于在电子系统中执行对模拟信号的接收、混频、放大、比较、乘除运算、对数运算、模拟-数字转换、采样-保持、调制-解调、升压、降压、稳压等功能。电路形式有数据转换器(如A /D转换器、D /A转换器等)、运算放大器、大器、宽带放大器等)、非线性放大器(模拟乘法器、数/反对数放大器等)、多路模拟开关、(线性调压器、开关电源控制器等)、智能功率各类专用IC。模拟IC在其设计和工艺技术的发展过程中,形成了具有自身特点的设计思想和工艺体系;在技术发展水平、产品种类、限度地满足了信息化技术的需要;其应用已渗透到各个领域,在现代军、民用电子系统中,模拟了重要角色;在信息化的各种场合,都离不开高性能的模拟IC,模拟IC性能水平的高低常常决定着电子产品或系统的水平高低。

在器件方面,由于应用对模拟IC的要求千差万别,,因此在器件方面,不仅开发出十余大类的模拟IC产品,而且对各类模拟数百、数千种产品,产品种类和性能水平应有尽有,可满足应用的不同需要。

其中,数据转换器是模拟和数字混合信号处理电路,它的模拟电路部分占芯片面积的50%以上。早在1986年美国的Gray教授就提出用所谓“鸡蛋模型”,形象地表示了数字IC、模拟IC以及模拟/数字转换(A/D)电路、数字/模拟转换(D/A )电路间的关系。他把数字IC比作蛋黄,模拟IC比作蛋壳,而A/D和D/A转换电路自然就成了连接二者的蛋清。可见,三者是一个有机整体,现实世界的非物理信号可以通过模拟电路以及A /D转换电路转换成数字信号加工处理,再由D /A转换电路和模拟电路才能转化为我们能感知的模拟信号。在数据转换器方面,8~14位1~80 MHz高速A/D技术已很成熟,产品充足,也可见到16位以上30MHz以上的A/D转换器产品。同时在A/D转换器中不仅出现集成了多种功能的模拟IC,如多路转换器、仪器放大器、采/保放大器等A /D转换器子系统,而且还将不断把其它模拟IC和各种数字电路如DSP、存储器、CPU、I/O等集成在一起。美国模拟器件公司2006年发布了业界首款采用3 mm ×3 mm 10引脚LFCSP(引脚架构芯片级封装)超小型封装的16 bit四数模转换器(DAC) ,从而满足了工业和通信设计尺寸不断减小的需求————这项技术开发将节省高达70%以上的印制电路板面积。

在射频放大器方面,正采用SiGe双极技术,以满足应用的高性能要求。放大器正应用于各种手持式通信设备中,要求功耗低。ADI (美国模拟器件公司)的高性能放大器系列(如AD8350工作频率达到1 200MHz,在250MHz时噪声系数为6 1dB,具有很高的动态范围、极好的线性度和共模抑制),可有效地应用于通信收发射机、通用增益放大系统、A /D缓冲器、高速数据接口驱动器等。AD I日前发布首款AD8352,能够有效驱动无线基础设施系统的高速模数转换器(ADC) ,并达到超低失真性能。AD8352作为ADI扩展种类系列的最新成员,适合于驱动下一代3G和4G蜂窝、宽带WiMAX无线基础设备中使用在最高实际中频( IF)条件下的12bit~16bit ADC,驱动高速ADC达380MHz,超过同类差分放大器能达到的100MHz,具有保持优越性能的能力。

电压调节器方面,AD I推出的接收机IF子系统AD6121中集成了电压调节器,它是一种动态范围很宽的IF放大器,是专门为CDMA (码分多址)系统应用设计的,可适用于2 9V~4 2V的电池电源工作。Motorola推出的电压调节器系列,开关电流低,噪声低,静态电流极小,可在电池电源的额定电压下降到0 2V以内都能调整,很适合电池供电系统如蜂窝电话、无绳电话及长寿命电池供电的射频控制系统应用。

当今电子产品层出不穷、争奇斗艳的根本原因,与其说是数字计算技术的飞速提高,不如说是模拟技术推陈出新的结果。小巧、省电、娱乐、方便能够满足消费者这些要求的,正是模拟技术。所以,模拟技术造就了不同特色和档次的电子产品,也为整个电子工业不断创造着新的需求。因此,只有模拟技术才可令电子产品具有独特的个性,突显自己的特色。

国外微电子发展的现状

截至2012年晚期,数十亿级别的晶体管处理器已经得到商用。随着半导体制造工艺从32纳米水平跃升到下一步22纳米,这种集成电路会更加普遍,尽管会遇到诸如工艺角偏差之类的挑战。值得注意的例子是英伟达的GeForce 700系列的首款显示核心,代号‘GK110’的图形处理器,采用了全部71亿个晶体管来处理数字逻辑。而Itanium的大多数晶体管是用来构成其3千两百万字节的三级缓存。Intel Core i7处理器的芯片集成度达到了14亿个晶体管。所采用的设计与早期不同的是它广泛应用电子设计自动化工具,设计人员可以把大部分精力放在电路逻辑功能的硬件描述语言表达形式,而功能验证、逻辑仿真、逻辑综合、布局、布线、版图等可以由计算机辅助完成。

EDA探索之路 发现更多国产芯片新机遇?

·综 述·

国外微电子技术的发展近况

George F Watson

去年我们已经见到了含有超过100万只晶体管的微处理器芯片商品,1991年则有可能出现含有200万只晶体管的微处理器芯片。处理器芯片也正在同步发展,因为大家认为九十年代会出现25兆赫的芯片,所以预计下一代将制出50~60兆赫的处理器芯片。

存储器芯片也变得容量更大,速度更快了。例如动态RAM器件,目前的4兆位品种已大量投产,16兆位的已有样品,64兆位器件已研制成功,现在开发的则是256兆位甚至1千兆位的器件了。同时,这类器件的存取时间正在逐步缩短,目前的标准是80毫微秒;一年以后,应用普通CMOS工艺制造的器件将减为60毫微秒左右,而应用双极一CMOS(biCMOS)工艺的器件将缩短为35 毫微秒。

集成度/性能曲线的改进,对各类便携型电子设备最有裨益,不仅是台式计算机,而且膝上机器、笔记本机器及掌上机器都减轻了重量,降低了功耗。在不久的将来,数字式蜂窝状电话机不会比一盒名片更大。

带存储器的微处理器

在高档处理器产品方面,更高集成度的一个例子就是Intel公司为笔记本大小个人计算机而设计的80386变型。386SL则把386处理器同高速缓冲与主存储控制器、映射逻辑、总线与共处理器接口、电源保持逻辑等集成了起来。与此同时, Intel公司研制的一种外围子系统芯片还具有一个电源管理系统,可以节省电池电源。这两块集成电路加在一起,几乎能提供IBMPC/AT兼容型台式计算机的全部元件,不过全部装在一块尺

2

寸仅为10×15厘米的电路板上。

缩简指令系统计算机(RISC)微处理器受到的阻力虽然正在减小,但是对它仍有争议。美国一些半导体器件制造大户以百万只晶体管芯片制造这类微处理器,例如Motorola公司在将高速缓冲存储器装到其RISC处理器后,打算在今年制出集成度更高的机型。IBM公司制造的RISC和CISC(复杂指令系统计算机)微处理器供自己使用。

RISC微处理器在嵌埋式应用中正迅速地扩展其势力范围。Intel公司最近推出的廉价型i960型32位芯片,即i960S系列芯片,售价为20美元,成本与许多16位微处理器相当,片内包括一只512字节的指令高速缓冲存储器、一只中断控制器、充分的地址空间、寄存器组和一条数据总线,适用于磁盘控制器、网络接合器、彩色复印机、打印机、传真机等设备。

总的看,嵌埋型应用继续在发展,尤其是16位的微控制器,它像高档的微处理器那样,集成度正越来越高,功能越来越强。汽车、家用电器与工业控制一类的厂商,目前正在从8位控制更新为16位控制,以便达到更快速的响应;而半导体制造商供应的16位微控制器很容易满足他们的更新要求,因为这类微控制器可以使用原来8位微控制器一样的源码。Motorola公司今年年初推出的68HC16,可以采用8位68HC11同样的软件操作,而且新单元还具有数字信号处理与片上外设的功能, Chrysler公司将使用这种新器件作发动机控制。Intel公司在其16位微控制器新产品中包含有8位总线型,并提

中国芯片封测行业现状如何

行业主要上市公司:华大九天(301269)、概伦电子(688206)、广立微(301095)、华润微(688396)等。

本文核心数据:全球EDA市场规模;中国EDA市场规模;中国EDA销售量

行业概况

1、EDA定义及分类

EDA是电子设计自动化(Electronic Design

Automation)软件的简称,是指利用计算机辅助设计(CAD等)软件,来完成超大规模集成电路(VLSI)芯片的功能设计、综合、验证、物理设计(包括布局、布线、版图、设计规则检查等)等流程的设计方式。

EDA工具包括硬件和软件两部分。软件是工具的核心,分为仿真工具、设计工具、验证工具三种类型;硬件是用来加速仿真、验证速度的服务器和专用工具。

2、产业链剖析

EDA行业衔接集成电路设计、制造和封测,对集成电路行业生产效率、产品技术水平有重要影响。从集成电路设计的角度看,设计人员必须使用EDA工具设计几十万到数十亿晶体管的复杂集成电路,以减少设计偏差、提高流片成功率及节省流片费用。从集成电路制造的角度看,芯片制造工艺不断演进,而新材料、新工艺相关的下一代制造封测EDA技术将给集成电路性能提升、尺寸缩减带来新的发展机遇。EDA工具贯穿集成电路设计及制造所有流程。

EDA行业的上游主要包括硬件设备、操作系统、开发工具及其他辅助性软件等供应商。EDA行业中游为EDA企业。EDA行业的下游主要包括集成电路设计、制造、封测企业。

EDA行业的上游硬件设备代表性企业有苹果、惠普、戴尔等;操作系统代表性企业有微软、苹果等;开发工具代表性企业有微软、甲骨文等;辅助性软件代表性企业有IBM、金蝶国际软件集团等。

EDA行业的中游EDA代表性企业有Synopsys、Cadence、Siemens EDA、华大九天、概论电子等。

EDA行业的下游芯片设计企业有英特尔、三星、华为海思、紫光集团等;晶圆制造代表性企业有台积电、中芯国际、三星等;封测代表性企业有美国安靠、联合科技、nepes等。

行业发展历程

我国EDA行业从20世纪80年代中后期才真正开始,较全球EDA行业的发展晚了十年,并且自1986年国产集成电路计算机辅助设计系统“熊猫系统”诞生之后的第二个十年,国内EDA行业并未有实质性的成功。直到21世纪初,在国家政策支持下,国内EDA产业才陆续展露出新的生机。2015年至今,国家大力推进半导体与集成电路产业的发展,EDA行业应势发展。

行业政策背景

EDA的发展水平代表着一个国家在半导体领域的“软实力”。为了加快拉近与发达国家EDA研发水平的差距,中国积极推进中国EDA的发展,近年来发布了多项鼓励支持政策。

从前瞻统计得到的各省市政府部门出台的与EDA发展相关的政策数量来看,广东省、江苏省、上海市、北京市等对EDA行业发展有较多政策支持,其中北京市将EDA工具的发展重点布局于海淀区,上海市布局大力发展集成电路设计产业,培育国家级EDA平台,广东省引进培育一批集成电路设计、EDA工具研发和IP核设计服务领域的龙头企业。,江苏省则逐步构建集成电路设计、制造和封装测试协同发展格局。

行业发展现状

1、全球EDA行业现状

EDA在集成电路产业领域内属于“小而精”的产业链环节。随着大规模集成电路、计算机和电子系统设计技术的不断发展,EDA技术发挥的作用正以惊人的速度上升。根据电子系统设计(ESD)联盟的数据显示,2021年全球EDA市场规模为13275亿美元,同比增长1577%,2020-2025年年均复合增速为1471%。

2、中国EDA行业现状

EDA行业入门门槛高,成本弹性大,对性能依赖性强,因此行业进入壁垒较高,中国本土有实力的EDA企业并不多。目前,中国市场上主要EDA软件供给企业包括华大九天、芯禾科技、广立微、九同方微、博达微、概伦电子、创联智软等。这些企业虽然在全流程产品上和海外巨头还有不小的差距,但在具体业务上各有所长。

近几年中国网络信息技术行业快速发展,给EDA软件行业带来了巨大的市场需求。中国EDA软件需求广泛,各大通信企业如华为、中兴等以及电子企业如天弘电子、宏碁乃至互联网公医药公司等,均对EDA软件有广泛的需求,所需求的EDA软件包括Allegro、PADS、AD等。然而,由于EDA三巨头几乎在所有细分领域都有产品涉及,这也造成了中国本土企业突围难的困难局面。

作为芯片领域最上游的产业,EDA在集成电路产业领域内属于“小而精”的产业链环节,并应用于集成电路设计及制造的所有环节。EDA市场需求与集成电路行业的发展状况紧密相关。近些年来,在国家政策扶持以及市场应用带动下,2010年以来,中国集成电路产业保持快速增长。2021年中国集成电路产业继续保持增速全球领先的势头,全国集成电路销售额达到10458亿元,同比增长182%。受到下游集成电路市场需求拉动,2016-2021年中国EDA行业市场规模逐年增长,根据中国半导体行业协会公布的数据,2020年中国EDA行业市场规模达到931亿元,初步统计2021年中国EDA市场规模突破100亿元。

行业竞争格局

1、中国EDA企业竞争格局

中国EDA行业企业大致分为三个梯队。第一梯队的企业是以新思科技(Synopsys)、楷登电子(Cadence)、西门子EDA(Siemens

EDA)为代表的国外EDA行业;第二梯队是国内市占率相对较高的EDA本土企业,包括华大九天、概伦电子、广立微等;第三梯队是近两年以来在EDA赛道上发生融资事件的企业,这些企业都在为中国EDA行业发展做贡献。

2、中国EDA区域竞争格局

根据中国企业数据库企查猫,目前中国EDA企业主要分布在广东省、江苏省、浙江省、北京市和上海市。截至2022年9月,广东有EDA行业相关企业数超过50家,排在第一位,代表企业有比昂芯、贝思科尔、鸿芯微纳、海思半导体、中兴微电子等,浙江省EDA企业有广立微、芯起源等;江苏省EDA行业企业有泓泰软件、芯华章科技,北京市EDA行业企业有华大九天、芯愿景等;上海市EDA行业代表企业有概伦电子、立芯软件、思尔芯等。

行业发展前景及趋势预测

EDA软件工具半导体与集成电路发展中必不可少的工具。尽管中国EDA行业起步慢,与全球相比发展仍然处于初始水平,同时复杂的国际形势对中国半导体与集成电路发展充满不利因素,但中国在近年来对EDA行业的发展从政策导向、下游需求推动,以及通讯基础设施的建设对EDA行业发展都带来有利影响。总体而言,中国EDA行业发展势在必行。

结合中国实际情况,面向EDA工具领域,驱动EDA工具市场规模提升的有利条件包括我国半导体产业总规模的快速扩张、设计企业从市场中低端向中高端转型过程中对EDA工具需求量的大幅提升、在建产线的陆续投产、行业市场实体数量的持续增加等。初步预测到2027年中国EDA行业市场规模将突破150亿元。

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国EDA软件行业市场前瞻与投资规划分析报告》。

中国半导体产业现状

封测市场规模稳定增长

集成电路封装测试是半导体产业链的中下游,包括封装和测试两个环节。封装是对制造完成的晶圆进行划片、贴片、键合、电镀等一系列工艺,以保护晶圆上的芯片免受物理、化学等环境因素造成的损伤,增强芯片的散热性能,以及将芯片的I/O端口引出的半导体产业环节。

而测试主要是对芯片、电路等半导体产品的功能和性能进行验证的步骤,其目的在于将有结构缺陷以及功能、性能不符合要求的半导体产品筛选出来,以确保交付产品的正常应用。根据Gartner统计,封装环节价值占封测比例约为80%-85%,测试环节价值占比约15%-20%。

全球半导体行业景气度回升,全球封测市场规模稳定增长。自2017年来,由于中美博弈的不确定性以及下游需求下滑影响,全球半导体景气周期逐渐进入下行周期,根据Gartner数据,2019年全球半导体产业市场规模为4150亿美元,同比下滑122%。

但2019H2开始,半导体市场已逐步回暖,伴随着2020年5G建设的快速发展,可穿戴设备及云服务器市场稳健成长,预计全球半导体行业将迎来新一轮景气周期。全球封测市场则稳定增长,据Yole数据统计,全球封测市场规模2019年达564亿美元,同比增长07%。

全球半导体产业向亚太转移,我国半导体产业融入全球产业链

全球半导体市场规模06年达到2477亿美元。主要应用领域包括计算机、消费电子、通信等。在电子制造业转移和成本差异等因素的作用下,全球半导体产业向亚太地区转移趋势明显。我国内地半导体产业发展滞后于先进国家,内地企业多位于全球产业链的中下游环节。我国半导体产业成为全球产业链的组成部分,产量和产值提高迅速,但是产品技术含量和附加值偏低。

2007年半导体产业大幅波动,长远发展前景良好

半导体产业的硅周期难以消除。2007年上半年,在内存价格上升等因素作用下,全球半导体市场增速明显下滑。至2007年下半年,由于多余库存的降低、资本支出的控制,半导体市场开始回升。预计2008年,半导体产业增速恢复到一个较高的水平。长远来看,支撑半导体产业发展的下游应用领域仍然处在平稳发展阶段,半导体产业的技术更新也不曾停滞。产品更新与需求形成互动,推动半导体产业持续增长。

我国半导体市场规模增速远快于全球市场

我国半导体市场既受全球市场的影响,也具有自身的运行特点。

我国半导体应用产业中,PC等传统领域仍保持平稳增长,消费电子、数字电视、汽车电子、医疗电子等领域处于快速成长期,3G通信等领域处于成长前期。我国集成电路市场规模增速远快于全球市场,是全球市场增长的重要拉动元素。2006年,我国集成电路市场已经成为全球最大市场。

我国半导体产业规模迅速扩大,产业结构逐步优化

我国半导体产业规模同样快速提高。在封装测试业保持高速增长的同时,设计和制造业的比例逐步提高,产业结构得到优化。在相关管理部门、科研机构和企业的共同努力下,我国系统地开展了标准制定和专利申请工作,有效地保障本土企业从设计、制造等中上游产业链环节分享内地快速增长的电子设备市场。

分立器件、半导体材料行业是我国半导体产业的重要组成部分

集成电路是半导体产业的最大组成部分。分立器件、半导体材料和封装材料也是半导体产业的重要组成部分。我国内地分立器件和半导体材料市场和产业也处于快速增长之中。

上市公司

我国内地半导体产业上市公司面对诸多挑战。技术升级和产品更新是企业生存发展的前提。半导体材料生产企业有较强的定价能力,在保持产品换代的前提下,有较大的成长空间;封装测试公司整体状况较好;分立器件企业发展不均。

全球半导体产业简况

根据WSTS统计,2006年全球半导体市场销售额达2477亿美元,比2005年增长89%;产量为5192亿颗,比2005年增长140%;ASP为0477美元,比2005年下降45%。

从全球范围来看,包括计算机(Computer)、通信(Communication)、消费电子(ConsumerElectronics)在内的3C产业是半导体产品的最大应用领域,其后是汽车电子和工业控制等领域。

美、日、欧、韩以及中国台湾是目前半导体产业领先的国家和地区。2006年世界前25位的半导体公司全部位于美国、日本、欧洲、韩国。2005年,美国和日本分别占有48%和23%的市场份额,合计达71%。韩国和台湾的半导体产业进步很快。韩国三星已经位列全球第二;台积电(TSMC)的收入在2007年上半年有了很大的提高,排名快速升至第6,成为2007年上半年进入前20名的唯一一家台湾公司,这从一个侧面反映了台湾代工业非常发达。

中国市场简况

中国已经成为全球第一大半导体市场,并且保持较高的增长速度。2006年,中国半导体市场规模突破5800亿,其中集成电路市场达4863亿美元,比2005年增长278%,远高于全球市场89%的增速。我国市场已经达到全球市场份额的四分之一强。

在市场增长的同时,我国半导体产业成长迅速。以集成电路产业为例,2006年国内生产集成电路3556亿块,同比增长362%。实现收入10063亿元,同比增长433%。我国半导体产业规模占世界比重还比较低,但远高于全球总体水平的增长率让我们看到了希望。

中国集成电路的应用领域与国际市场有类似之处。2006年,3C(计算机、通信、消费电子)占了全部应用市场的885%,高于全球比例。而汽车电子13%的比例,比起2005年的11%有所提高,仍明显低于全球市场的80%。与此相对应的是,我国汽车市场销量呈增长态势,汽车电子国产化比例逐步提高。这说明,在汽车电子等领域,我国集成电路应用仍有较大成长空间。

我国在国际半导体产业中所处地位

我国半导体市场进口率高,超过80%的半导体器件是进口的。国内半导体产业收入远小于国内市场规模。

2006年国内IC市场规模达5800亿,而同期国内IC产业收入是10063亿。

我国有多个电子信息产品产量已经位居全球第一,包括台式机、笔记本电脑、手机、数码相机、电视机、DVD、MP3等。中国已超过美国成为世界上最大的集成电路产品应用国。但目前国内企业只能满足不到20%的集成电路产品需求,其他依赖进口。

中国大陆市场的半导体产品前十名的都是跨国公司。这十家公司平均21%的收入来自中国市场。这与中国市场占全球市场规模的比例基本吻合。2006年这十家公司在中国的收入总和占到中国大陆半导体市场规模的3451%。上述两组数字从另一个侧面反映出跨国公司占有国内较高市场份额。国内半导体市场对进口产品依赖性高。

虽然我国半导体进口量非常大,但出口比例也非常高。2005年国内半导体产品有64%出口。这种现象被称为“大进大出”,主要是由我国产业链特点造成的。

总的来看,我国IC进口远远超过出口。据海关统计,2006年我国集成电路和微电子组件进口额为1035亿美元,出口额为200亿美元,逆差巨大。

由于我国具有劳动力竞争优势,国际半导体企业把技术含量相对较低、劳动密集型的产业链环节向我国转移。我国半导体产业逐渐成为国际产业链的一环。产业链调整和转移的结果是,我国半导体产业在低技术、劳动密集型和低附加值的环节得到了优先发展。2006年,我国IC设计、制造和封装测试业所占的比重分别是185%、307%和508%。一般认为比较合理的比例是3:4:3。封装测试在我国先行一步,发展最快,规模也最大,是全球半导体产业向中国转移比较充分的环节。而处于上游的IC设计成为最薄弱的环节。芯片制造业介于前两者之间,目前跨国公司已经开始把芯片制造逐步向我国转移,中芯国际等国内企业发展也比较快。

这样的产业结构特点说明,国内的半导体企业多数并未直接面对半导体产品的用户—电子设备制造商和工业、军事设备制造商,甚至多数也没有直接分享国内市场。更多的是充当国际半导体产业链的一个中间环节,间接服务于国际国内电子设备市场。这种结构,利润水平偏低,定价能力不强,客户结构对于企业业绩影响较大。究其原因,还是国内技术水平低,高端核心芯片、关键设备、材料、IP等基本依赖进口,相关标准和专利受制于人。国内企业发展也不够成熟,规模偏小,设计、制造、应用三个环节脱节。

与产业链地位相对应,我国大陆的企业多为Foundry(代工)企业,这与台湾的产业特点相类似。国际上大的半导体跨国公司多为IDM形式。

2007全球半导体市场波动,未来增长前景良好

半导体产业长期具有行业波动性

硅周期性依然将长期存在。这是由半导体产业所处的位置决定的。半导体产业本身具有较长的产业链环节。

来源:中国建设工程招标网

 
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