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移动芯片行业分析报告

发布时间:2020-04-15     来源:中国视觉网       访问次数:1675

   芯片(chip)就是半导体元件产品的统称。是集成电路(IC, integrated circuit)的载体,由晶圆分割而成。

   IC就是集成电路,泛指所有的电子元器件,是在硅板上集合多种电子元器件实现某种特定功能的电路模块。它是电子设备中最重要的部分,承担着运算和存储的功能。集成电路的应用范围覆盖了军工、民用的几乎所有的电子设备。

现在行业内都会把集成电路叫做ic芯片。

   CPU是中央处理器,包含运算器和控制器,是数字电路。如果将运算器和控制器集成在一片集成电路上,就称之为微处理器。目前人们将中央处理器与微处理器已经混为一谈了。因此,CPU只是众多芯片中的一类。

产业链

   对芯片制造来说,需要经芯片设计、晶圆生产、芯片封装和芯片测试等环节,具体流程如下图所示:



1.芯片设计

   芯片设计是芯片的研发过程,具体来说,是通过系统设计和电路设计,将设定的芯片规格形成设计版图的过程。设计版图是一款芯片产品的最初形态,决定了芯片的性能、功能和成本,因此在芯片的生产过程中处于至关重要的地位,是集成电路设计企业技术水平的体现。设计版图完成后进行光罩制作,形成模版,光罩成功则表明芯片设计成功,可以进入晶圆生产环节。

2.晶圆生产

   晶圆生产过程是利用晶圆裸片,将光罩上的电路图形信息大批量复制到晶圆裸片上,在晶圆裸片上形成电路的过程,即晶圆的量产。晶圆生产后通常要进行晶圆测试,检测晶圆的电路功能和性能,将不合格的晶粒标识出来。

3.芯片封装

   芯片封装是将生产出来的合格晶圆进行切割、焊线、塑封,使芯片电路与外部器件实现电气连接,并为芯片提供机械物理保护的工艺过程。

4.芯片测试

   芯片测试是指利用集成电路设计企业提供的测试工具,对封装完毕的芯片进行功能和性能测试。测试合格后,即形成可供整机产品使用的芯片产品。

   上述过程是芯片生产的一般流程,不同的集成电路设计企业,或者针对不同的芯片产品,在生产流程上可能存在一定差异。例如,在晶圆生产的良率有充分保障的情况下,集成电路设计企业出于成本的考虑,可以选择在晶圆生产环节后不进行晶圆测试;有的芯片需要在封装后写入软件程序,因此在程序烧录后再对整颗芯片进行测试。

芯片厂商的三个类别

   总体来讲,现今芯片厂商分为三种类别:

   自身不生产移动设备,单纯出售芯片。典型有高通(HTC大部分芯片都是高通,Windows Phone 7/webOS目前也仅仅支持高通芯片)、德州仪器(黑莓Playbook等)。

   自身生产移动设备,也出售芯片。典型有索尼爱立信(自家的Nova系列芯片)、三星(魅族M8/M9芯片和iPhone 3GS芯片都是由三星提供的)。

   自身生产移动设备,但不出售芯片。目前只有苹果这样做。

主流架构

   指令的强弱是衡量CPU 性能的重要指标,从现阶段的主流体系结构看,指令集可分为复杂指令集(CISC)和精简指令集(RISC)两部分,代表架构分别是X86、ARM 和MIPS,其中CISC体系主要用于服务器、PC、网络设备等高性能处理器CPU,RISC 体系多用于非X86 阵营的高性能微处理器CPU。

ARM 架构成为新兴霸主

   随着全球芯片消费市场向移动化迁移的趋势愈加明显,ARM 的领先优势不断增强并逐步成为新兴霸主。近几年来,ARM 授权合作企业规模和芯片出货量持续高速增长,截至2014 年第一季度,ARM 授权企业规模达到1100 家,单季度出货达到30 亿颗,同比增长20%以上,在移动市场占比高达95%。当前智能手机、平板电脑芯片的大多数供应商,如高通、MTK、苹果、博通、三星、全志、瑞芯微等,均基于ARM 技术构架开发相关产品。

   ARM 借由低功耗优势快速切入新兴可穿戴市场,以多设备协同加速生态圈构建。ARM 架构处理器因其低功耗优势不仅广泛根植于传统嵌入式应用领域,更是当下国际主流知名可穿戴产品的首选。在传统设备领域,ARM Cortex-M 系列产品在全球有40 多个合作伙伴,应用场景包括智能测量、人机接口设备、汽车和工业控制系统、大型家用电器、消费性产品和医疗器械等。

   在移动可穿戴领域,ARM 依旧占据主导,目前主要应用场景包括智能眼镜、智能手表和智能腕带三类产品,且知名产品居多,如谷歌眼镜、Pebble 智能手表、Fitbit 等。

X86 架构面向新兴市场转型

   英特尔是PC 和企业级处理器市场的王者,当前正努力向移动智能终端市场延伸渗透。Intel在过去几十年里,一直主导高利润率的个人PC 及企业市场处理器的生产制造,也正是丰厚的毛利率使得Intel 持续付出高昂的代价研发下一代处理器技术和生产线制程,从而保持领先竞争对手至少一个代际的技术优势。

   进入移动互联网时代,一片处理器仅售几美元,利润率微薄,英特尔“高研发、高毛利相互驱动”的商业模式无法维持,布局移动芯片缺乏核心利益驱动,导致低功耗、低单价的Atom 处理器在技术工艺上始终比最先进的Core 处理器落后一两代。

   此外,移动SoC(系统级芯片)市场公司之间的合作模式也不适合Intel,为了节省制造成本和降低功耗,移动SoC 经常需要将多厂商IP 块集成到一片上,这对英特尔架构授权模式提出严峻的挑战。而ARM 设计和生产是分离的,设计的IP 块可以单独授权给各厂商自行定制整合,制造采用比较成熟的生产线,成本低、可选厂家多。

   种种原因使得英特尔X86 在移动芯片市场彻底失利,以至于近两年不得不通过加大资金补贴和技术支持力度来维系客户、拓展市场。

MIPS 架构抢占可穿戴市场

   MIPS 长期耕耘数字家庭产品市场,错失了移动互联网的发展先机。MIPS 允许芯片商对架构进行自由更改,授权模式相较ARM 更为开放灵活,但“学院派”基因使得MIPS 商业化运作能力偏弱,从而错过了移动智能终端市场的爆发期。

MIPS 占据智能手表发展先机,加速向健康医疗和健身设备拓展。Imagination 作为AndroidWear 生态唯一的IP 供应商,使得MIPS 架构在智能手表领域占据了主动,随着更多芯片商的加盟,医疗健康和健身设备也将成为发力重点。

   目前,Imagination 已将旗下MIPS、PowerVR、Ensigma(RPU)等核心技术产品列入Android Wear 生态,并联合产业界多方力量推出基于MIPS 核心的参考设计方案及各种硬体平台,加速可穿戴产品上市。

应用领域



   市场调研机构BusinessInsider-Intelligence近期发布了一个虚拟现实市场的研究预测报告。该机构预测,从2015年到 2020年,虚拟现实头盔的销售量将每年呈现99%的复合年度增长率。到2020年,虚拟现实头盔市场的容量,将达到28亿美元,远高于2015年的 3700万美元。Gartner预测,2016年,全球VR/AR设备的出货量将增长10倍达到140万台。

   而在这场设备之战的背后,自然也少不了上游芯片厂商的一番厮杀。



国产芯片

   根据摩根士丹利的估算,上世纪90年代后半叶,在早期政策扶持下,政府向芯片业的投入资金不到10亿美元。而2014年宣布的一项政策计划表明,此次政府将拿出1000亿~1500亿美元来推动我国在2030年之前从技术上赶超世界领先企业。其中,从事各类芯片设计、装配以及封装的企业都能够得到政府扶持。

   不仅如此,2015年我国政府又进一步提出了新的目标:要在10年之内,把芯片自制率提升到70%。

   中国目前有三家手机芯片企业,华为海思、展讯和联芯,背靠华为公司的华为海思实力毋庸置疑是实力最强大;展讯被紫光并购后获得了国家300亿元资金扶持,其今年在3G基带市场上超过联发科成为全球第二大;这当中联芯的实力最弱,收购Marvell无疑能有效增强联芯的研发实力。

潜在机会

   中国每年用于进口芯片的花费为2000多亿美元,高居全球第一,已超过进口石油的花费。我国芯片产业发展比较缓慢,尤其在CPU方面几乎一片空白,而且我国的芯片进口不设置任何门槛,甚至允许国外公司直销,直接掌握每台机器的信息,因此国外芯片厂商有可能通过芯片植入木马来窃取商业机密,也可通过病毒、恶意软件来操控控制系统,引发安全事故。

   进口芯片造成了这么多的困局,原因又在哪里?

原因主要有两点。

   第一,我国一直以来处于选择全球产业链的下层位置,国内企业制造的芯片普遍是粗糙,而且成本也无法降下来。

   第二,因为我们这些年来过于追求实现进口替代,以至于在芯片产业发展的理解上,过于简单、急于求成,缺什么做什么,前些年的CPU、存储器,这些年的移动互联技术、传感器,都是头疼医头、脚疼医脚。

   芯片强国的建立仅靠掌握一两项核心技术或一两个产品突破是不管用的。只有真正建立起自主可控的信息产业体系,就像“两弹一星”时代我们的先辈建立起自主可控的工业体系一样,才是中国集成电路振兴的时刻。

   第一,以手机市场为例,NVIDIA、Marvell、英飞凌等,都曾是芯片领域的主流企业,这个市场,特别是高端市场,已经被高通占据了,总销售额超过基带芯片市场60%,留给华为、展讯们等国有厂商的空间有限。如果不能利用4G的机会有大幅提升,那芯片之路几乎非常艰难。如果高通达到当初Intel在CPU领域的地位,整个芯片产业系统上,中国企业只能望洋兴叹。

   第二,要注意资本市场上的战争。不久前,Intel与瑞芯微达成了合作,但是,这里让人生疑的是,它到底是借重于瑞芯微强大的渠道能力、一起做大,还是另有所图?有传言称,Intel最终目的是将其收购。再者如mtk与msta的合并,这无疑在电视芯片、低端手机芯片对大陆厂商形成了更大的挤压。这些对于中国企业来说,虽然在技术领域刚刚找到机会,但在资本市场上还是小孩子。

   第三,在智能手机市场,以小米、中兴为首的很多国产厂商的旗舰机型都处于缺货状态,尤其是4G产品,为何?因为28nm的芯片生产几乎都要等待台积电的产能!IC生产环节的瓶颈变得比IC设计环节更大。而且除了技术因素,行业的资本消耗也太过巨大。

   据报告显示,当半导体工艺制程为22nm/20nm时,它的建厂费用45-60亿美元,工艺研发费用10-13亿美元,产品出货量至少在1亿片以上才能盈亏平和,如果在14nm以下,其投资金额大到绝大多数企业难以负担,而中国最大、全球第五大的代工厂中芯国际2013年营收才20.7亿美金!

   过去十年在政策支持和终端市场需求强劲的双重动力推动下实现了持续快速增长,是半导体产业链上发展最快的一环。

   目前,国内已经涌现出华为海思、展讯等具备全球竞争力的IC设计公司。华为海思最近发布的麒麟Kirin920性能卓越,有望冲击移动应用处理器第一阵营。紫光集团私有化收购展讯和锐迪科实施强强联合,并提出了要打造世界级芯片巨头的宏伟目标。(本文转载自网络)