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- 发布日期：2024-01-18 07:24 点击次数：71
信号链芯片，“卷”出新高度？
2023年，消费电子市场不够明朗，在芯片产业整体处于平缓阶段时，行业中同样涌现出了不少技术亮点和市场需求点，包括具有技术前瞻性的AIGC以及汽车电子需求的指数级增长等。纵观整个芯片产业，2023年有失望也有希望，而伴随着消费电子的回暖，SIA预测，2024年全球半导体市场将实现两位数增长。
根据WSTS发布的数据显示，2023年全球半导体产业市场规模为5201.3亿美元，同比下滑约9.4%，但有望在2024年迈入新一轮的成长周期，预计2024年全球半导体市场将同比增长13.1%，总规模同步攀升至创纪录的5883.6亿美元。
模拟芯片市场更坚挺
在守望复苏的2023年，虽然全球半导体市场规模存在一定萎缩，但我们从细分赛道方面也看到了模拟芯片市场的坚挺。
2022年，全球模拟芯片市场规模约为845亿美元。根据WSTS的预测，2023年全球模拟芯片市场规模预计将达948亿美元，同比增长12.19%。虽然实际情况可能会比该预测差一点，但模拟芯片市场的趋势确实是跑赢整体半导体市场的。
图：2011-2024全球模拟芯片&半导体市场YOY增速图
信息源：WSTS，中信证券研究部
信号链是模拟芯片的 “灵魂”
从器件分类的角度来看，模拟芯片主要包括电源管理芯片、信号链芯片两大类。如果说模拟芯片是半导体集成电路行业皇冠上的明珠，那么信号链芯片就是模拟芯片的灵魂。相比电源管理芯片，信号链芯片壁垒更高、毛利更高、厂商也更少。
图：全球信号链市场规模（亿美元）
信息源：IC Insights，eefocus
根据IC Insights发布的数据显示，在整个模拟芯片行业中，信号链芯片的占比约为47%。与此同时，全球信号链市场规模从2020年开始复苏，2020-2023年间年均复合增长率约为6%。
作为连接物理世界和数字世界的桥梁，信号链芯片主要负责对模拟信号进行收发、转换、放大、过滤等工作，覆盖线性产品、数据转换器、接口芯片、RF与微波、时钟与计时器这五大类产品。
图：广义的信号链芯片分类情况
信息源：与非研究院
而从狭义的角度来讲，信号链芯片主要包括线性产品、数据转换器、接口芯片这三项，由于射频前端的特殊性以及规模较大，通常会被拎出来自成体系。
根据Yole Developpement发布的数据显示，2026年全球射频前端 (RFFE) 市场将达到43亿美元，2021-2026年复合年增长率为10%。
图 | 2021-2026年全球射频前端 (RFFE) 市场增长预测
信息源：Yole Developpement
信号链赛道，正在持续向头部集中
信号链芯片在整个半导体产业中发挥着不可替代的作用，下游覆盖各行各业，包括消费电子、工业、汽车、通信、人工智能等，虽然它的市场份额和复合增长率在整个半导体行业中不是最高的，但却是各大模拟厂商重要的发展基点。
事实上，在上世纪九十年代前，整个模拟芯片行业是以信号链芯片为主的，下游主要是通信和工业两大应用领域，日本的Toshiba、Panasonic、HITACHI，美国的TI、National Semiconductor、Motorola，欧洲的Philips、Siemens等公司基于各自的技术特点及主要客户需求占领细分市场，整体竞争格局十分分散，头部前十名厂商市场份额基本相同，即使是排名第一的National Semiconductor，其市占率也才7%。
到了1996-2011年间，TI频繁并购，在通过并购Unitrode、Power Trends壮大其电源管理产品线的同时，在信号链领域也有两次关键性的收购。一次是，2000年当时还是以DSP为核心业务的TI为了围绕DSP构建完善的高性能模拟产品类别，斥资76亿美元收购Burr-Brown，大大增强了其在数据转换器和放大器市场的竞争力，但合并后的模拟业务营收仍然不及竞争对手ADI；另一次是在并购Burr-Brown十年后，2011年TI又斥资65亿美元并购了1990年模拟赛道排名第一的National Semiconductor，填补了TI在数据转换器领域的部分空白，此番收购后，TI在模拟芯片的市场份额扩大到17%，成为遥遥领先的模拟芯片龙头，并成为紧随Intel和Samsung Electronics之后的全球第三大半导体公司。
图：2015年十大模拟厂商排行榜
信息源：IC Insights
图：2020年全球十大模拟厂商排行榜
信息源：IC Insights
但在2014-2021年间，TI的老牌竞争对手，另一家信号链芯片巨头——ADI，也发起了一系列并购行动：2014年斥资24.5亿美元收购射频厂商Hittite Microwave，2016年斥资148亿美元收购当时模拟赛道排名第八的Linear，2021年斥资210亿美元收购Maxim，三次并购案后，ADI一举跃升为仅次于TI的第二大模拟厂商，并凭借其精湛的信号链技术能力对TI的市场统治地位发起冲击。也是在2014年开始收购后，ADI的市值上涨明显加速。
当然，除了TI和ADI间的角逐外，在过去的三十多年间，其他信号链芯片企业同样也在通过并购扩张自己的产品和市场版图，比如早期的Maxim收购Dallas Semiconductor，以及后来的Microchip斥资100亿美元收购Microsemi，Infineon斥资101亿美元收购Cypress，Renesas斥资32 亿美元和67 亿美元分别收购Intersil、IDT等。
图：2020年全球信号链芯片竞争格局
信息源：IC Insight，中信证券研究部
2024年的今天，信号链芯片赛道正在持续向头部集中。除了TI和ADI外，Skyworks、Infineon、ST、NXP、onsemi、Microchip和Renesas也是信号链芯片领域的重要玩家。
值得一提的是，经过持续的累积，TI的料号总数已经接近14万款，ADI料号也超过了7.5万款，且TI和ADI均采用IDM模式，具有技术演进先发优势和较强的成本优势。根据TI方面的表述，其12英寸生产线可以使其相对竞争对手获得40%左右的成本优势。不过，近年来随着TI在电源管理芯片领域的不断加码，其信号链产品在总营收中的占比正在逐渐下降。
信号链芯片行业，卷卷更健康
“卷”是过去一年芯片产业的关键词，信号链芯片产业亦是如此，不仅全年库存水位上升，且大部分在售商品的价格也在持续下滑。因此，我们看到不论大大小小的信号链芯片厂商都在“割肉”去库存，但另一方面我们也看到各厂商在技术方面的蓄势发力，下面我们就来分析一下当前线性产品、数据转换器、接口芯片这三类主流信号链产品的发展现状和全球竞争格局。
线性产品
信号链芯片中的线性产品主要包括放大器、比较器和模拟开关这三大类。
为何行业内会将这三类产品统称为线性产品呢？主要还是由其信号处理的特性决定的，比如运算放大器的增益不会随信号的幅度变化而变化。
对于线性产品而言，各大厂商追求的技术方向是高精度、高速度和低功耗。我们还是以运算放大器为例，高精度的运算放大器可以保障电压信号输出的精确度，而如若要生产出高精度的运算放大器，首先就要保证该器件拥有较低的失调电压、失调温漂、偏置电流与电压噪声，这些对于芯片厂商来说都是不小的挑战；而高速运算放大器能够在非常短的时间内对输入信号进行放大处理，确保数据传输的准确性和可靠性，因此实现高速运放的前提是拥有较高的带宽；此外，在便携设备流行的今天，每一个处理环节的耗电量都需要谨慎评估和利用，因此市场对低功耗运算放大器的需求也不小，而要做到低功耗的前提是降低最大静态电流，这也是评估模拟器件的一大重要参数。
图：2019年亚洲放大器和比较器市场竞争格局
信息源：Databeans、思瑞浦招股书、eefocus
在线性产品方面，ADI和TI的头部效应极为明显，由于线性产品是属于半导体行业中较为细分的赛道，因此现有的统计数据不多。根据Databeans在几年前发布的数据显示， 电子元器件采购网 2019年在亚洲放大器和比较器市场中，ADI和TI的市占率之和高达66.8%。
放眼2023年，信号链芯片相关公司业绩虽然也呈现出了显著的周期波动，但与此同时，市场上也推出了不少创新性的产品，比如：ADI将TMC4671伺服控制器和AD8410A电流检测放大器相结合，推出了基于Trinamic技术的高速、高性能运动控制方案；TI面向下一代汽车市场推出了集成高精度放大器的电芯监测器BQ79718-Q1和电池包监测器BQ79731-Q1等。
纵观当前国内外线性产品提供商的整体水平，ADI在高精度与零漂技术上处于绝对领先地位，TI次之，而中国的信号链龙头企业思瑞浦也已经可以提供最低失调温漂低至0.006μV/°C的产品，在高精度与零漂性能上和TI产品性能持平，但在高压产品线上，思瑞浦还不敌TI，在失调温漂、失调电压与电压噪声等指标均有待提升。值得一提的是，虽然ADI高压产品的噪声较低，但其失调温漂较高。
数据转换器
信号链芯片中的数据转换器产品主要包括模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）两大类型。
顾名思义，ADC的主要功能是将自然界的模拟信号转换成数字信号，例如将温度、压力、声音或者图像等模拟信号转换成更容易储存、处理和传输的数字信号。而DAC的主要功能和ADC是逆向的，它可以将离散的采样数据重建为连续的模拟信号，最终输出给音频放大器、视频编码器、电子显示器、数据采集系统或电机控制等。
根据共研网发布的数据显示，2021年全球数据转换器市场规模约为38亿美元，其中ADC市场规模约为28亿美元，占比74%。
另外，从全球市场竞争格局的角度来看，2021年ADI和TI占据全球模拟ADC/DAC市场54%的份额，但在2021年ADI收购Maxim后，其市占率实际为42%。因此，ADI和TI加总后，总市占率可达63%，与线性产品市场媲美。
图：2021年全球模拟ADC/DAC市场竞争格局
信息源：鼎晖百孚，eefocus
从产品性能的角度，对于ADC而言，各大厂商追求的技术方向是高采样速度和高转换精度；而对于DAC而言，各大厂商追求的技术方向是高分辨率和低转换误差（包括积分非线性、差分非线性和增益误差）。
纵观当前全球数据转换器提供商的整体水平，Sigma-Delta型低速高精度ADC采用CMOS 工艺，全球玩家较多，包括中国厂商芯海等，但高速ADC采用的是更为复杂的GaAsHBT和SiGeBiCMOS工艺，工艺细节掌握在ADI和TI等IDM厂商手中。因此，目前高速ADC几乎被ADI和TI垄断，而其价格也是低端ADC芯片的好几倍。基于此，虽然高速ADC的出货量占总出货量的比例不到10%，但其却占据行业接近50%的销售额。
值得一提的是，近年来中国厂商思瑞浦、上海贝岭、圣邦微等也在积极发力高速ADC市场，但在高精度和高速率兼具性产品方面，还与ADI、TI拥有较大差距。
此外，在DAC方面，中国厂商思瑞浦在各项误差方面可以比肩TI，在转换速率方面可以实现最高125MSPS的速率，而上海贝岭则拥有分辨率为16bit、转换速率为250MSPS的DAC产品，但如果我们拿相同分辨率与通道数的产品和ADI、TI的产品相比，依旧差距不小。据悉，ADI目前最快的商用模数转换器的转换速率为26Gsps，分辨率为3bit；而具有24bit的高精度模数转换器的转换速率仍高达26Msps。
接口芯片
信号链芯片中的接口芯片主要包括RS232/RS485/CAN/LVDS/I2C等收发协议标准接口产品、电路保护、隔离和电路转换器这四大类型。
在RS232/RS485/CAN/LVDS/I2C一系列收发协议标准接口产品中，RS232接口和RS485接口主要用于工业仪器仪表、电力自动化等应用场景；CAN收发器主要用于汽车电子设备、工业自动化控制系统等应用场景；LVDS接口和I2C接口则主要用于屏幕、数据采集等应用场景。
近年来，伴随着工业物联网的持续落地，加上工业机器人、新能源汽车等新兴市场的逐步普及，接口芯片市场需求增长明显。根据IC Insights发布的数据显示，2020年全球接口芯片市场规模为24亿美元，预计2023年将增长至27亿美元。
图：2020 年全球模拟接口市场竞争格局
信息源：Databeans、eefocus
另外，从全球市场竞争格局的角度来看，2020年TI、Maxim、ADI、NXP和onsemi的销售额占据全球前五，市占率分别为29.1%、11.9%、7.8%、7.1%和4.1%。同样，鉴于2021年Maxim被ADI收购，ADI当年的市占率实际为19.7%，ADI和TI加总后，总市占率为48.8%。
值得关注的是，这几年随着新能源市场的爆发，隔离式接口正在成为接口产品的重要发展趋势。根据新思界产业研究中心发布的数据显示，2021年全球隔离式接口市场规模已达到3.2亿美元，预计在2022-2027年间将保持13.6%以上的年均复合增长率。
纵观全球隔离接口芯片提供商的整体水平，当前全球隔离接口市场主要厂商包括SiliconLabs、ADI和TI，也是技术最顶尖的三家企业。
从细分市场来看，隔离式RS485接口的市占率超过35.6%，而中国厂商思瑞浦可以提供20MHz带宽的隔离式RS485接口产品，且在同等速率下，其ESD防护能力在 TI、ADI、Renesas等厂商中排名第一。此外，在数字隔离器方面，中国厂商纳芯微可以提供比TI、ADI等国际厂商更高共模瞬态抗干扰能力的产品。
据悉，中国厂商的涌入也给到国际厂商一些压力，因此为了更好地保持市场强有力的竞争地位，国际厂商在2023年也推出了更具竞争力的产品。比如TI推出了基于信号隔离半导体技术的全新光耦仿真器产品——ISOM81x系列（数字输入输出）和ISOM87x系列（模拟输入输出）。
据悉，该系列光耦仿真器采用的 SiO2 隔离栅具有 500VRMS/μm 的高介电强度，明显强于市场上许多光耦合器中使用的空气绝缘层 (1 VRMS/μm)，使新器件产品系列可为终端产品设计提供长达40多年的保护。该光耦仿真器在提供高达3,750VRMS 的隔离保护的同时，还可提供低得多的IF和电源电流，从而降低高达80%的功耗。此外，相比典型高速光耦合器支持的1 Mbps-10 Mbps的数据速率区间，ISOM8710可支持25 Mbps，吞吐量更高。在带宽方面，ISOM8110拥有680 kHz的高带宽，可以减小强制磁性元件（电感器和变压器）的尺寸。
综上，在“卷”的背后，不管是充分竞争下对于下游系统应用市场的价格利惠，还是针对某些应用领域所需尖端技术的突破，都不一定是坏事儿。
2024年，信号链芯片迎来首轮复苏
在经历了长周期价格下探后，2023年四季度，伴随着GPU对HBM存储芯片需求的上扬，加上存储厂商的主动减产，存储芯片市场终于筑底完成，首先迎来回暖信号。
2024年1月，以信号链芯片为代表的模拟芯片市场又泛起回暖涟漪，相关芯片价格有望进入上升渠道。据悉，ADI就在日前发布了涨价函，表明公司相关产品将从2024年2月开始涨价，涨幅为10%-20%。
而关于交货周期，不同级别的信号链芯片将呈现出两极分化趋势，高端芯片交货周期相对较长，中低端芯片由于库存水位依旧高筑，交货周期还将持续改善。此外，从不同的应用领域来看信号链芯片的交货周期规律也是不尽相同，比如面向消费产品的交货已经缩短到16-20周，而面向通信和医疗行业的交货周期仍然长达56周。
审核编辑：汤梓红