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本土芯片之“国产替代”

来源:PCB人才网 时间:2019-12-25 作者:PCB人才网 浏览量:

中国对于半导体元器件的需求近些年来始终是全球第一,因为这里有着全球最大的电子产品制造基地和最大的芯片应用市场,但每年庞大的芯片采购量后面,国产芯片的比例一直不高。从中美贸易战,以及近两年的中兴、华为事件看,美国将长期以半导体等高科技行业遏制中国经济发展,所以芯片国产替代是大势所趋。

近年来,国家出台了多项政策扶持集成电路行业,国家集成电路产业基金、科创板等渠道的出现,也为半导体设计公司带来更多的资金支持渠道。与此同时,物联网、汽车电子和AI等新兴应用也成为了集成电路产业发展的新动力。

中国国内集成电路行业中,芯片设计行业的发展速度高于晶圆制造、芯片封,从 2009年到 2018 年的 CAGR 达到了 28.17%。2018 年中国集成电路设计业销售额达 2,519 亿元,同比增长 38.57%;我国集成电路设计行业占比从 2009 年的24.34%稳定上升到 2018 年的 38.57%。IC 设计公司的数量也从 2010 年的582 家公司,迅速增长至 2018 年 1698 家。另外中国销售过亿 IC 公司增长明显, 2012 年共计 97 家公司销售过亿,到 2018 年已经有超过 200 家公司销售过亿。

中国电子产业面临危机的同时,也迎来了机遇,大家第一次这么齐心地思考如何做好自主创新,做好国产芯片。这也是《电子工程专辑》小编在日前深圳国际电子展(Elexcon 2019)上感受到的,本土企业几乎占据了90%以上的展位。

小编也与几家国产芯片公司的高管聊了一下,包括芯海科技、赛元微电子和深圳中微半导体三家专业MCU厂家,以及自己做芯片的本土电源大厂广州金升阳,了解了他们目前的产品/技术/市场布局,以及对于国产替代和自研芯片的看法。

国产替代

国产化给芯海带来了两点非常直接的改变,芯海科技(深圳)股份有限公司产品线经理 谢韶波表示, “一是今年客户会主动采购,进行委托定制。另一方面是合作进度加快,深度加深,芯海与国内四家主要手机客户的接触比以往更多了,并且现在国内客户更开放,机会也更多。”今年国产替代对盈收有一部分利好,但是接下来一两年才是爆发的契机。

芯海科技(深圳)股份有限公司产品线经理 谢韶波

对于一些国产厂商选择做与国外巨头PIN to PIN的产品来实现快速替代,深圳市赛元微电子有限公司销售监 李治宏表示:“我们不会做Pin to Pin的东西,因为这就是拼价格去抢市场份额。赛元微的做法是沿着自己的路线往前走,不去跟别人拼价格。所以客户采用赛元微的东西,不用担心价格波动。”

目前一些大型家电厂商都想自己做芯片来实现国产替代,这会不会挤国产MCU的空间?对此李治宏表示并不担心,因为MCU产品不是一两年就能做好的,做单一功能可能会比较简单,但行业应用的环境、系统非常复杂,没有五年的积累很难做好。他认为,家电厂家做芯片更多会从功率器件入手,MCU则不太会去做,因为MCU在整个家电产品里占的比重非常小,没必要自己做。

现在国内32位MCU市场大部分还是被国际巨头垄断,李治宏认为实现替代,生态很重要。ST最成功的一点就是生态做得非常好,很多时候是客户在帮他维护客户。“赛元微有自己的小生态,比如我们现在在做软件平台,目的是让客户能够快速开发,不需要看产品规格书,不去管寄存器,直接用软件就能全部自动生成,因为如果要用一个MCU最复杂的是你要把每个寄存器都搞懂,非常耗时间。”他说到,“快速开发在降低门槛的同时,也慢慢培养自己的生态。”

深圳市中微半导体有限公司经理 柳泽宇表示,中微在今年主要任务就是帮助客户解决以前用进口元器件的痛点:第一,成本偏高;第二,交期很长,供货很不稳定。他表示,有些国外友商的交期通常要半年以上,但中微一般都提供现货,超出库存也会在四周到六周实现供货,大幅缩短客户备货周期。

“中微的产能有充足的保障,这得益于与上游供应商合作超过10余年,国内三大封装厂也在合作。” 柳泽宇说到,“我们也会根据客户的计划进行备货,与此同时,中微也在转型到代理商体系。”

校企联合,培养国内生态也是一方面。柳泽宇表示:“中微BAT系列的图形化开发界面,在国内是第一家。也在跟电子科大等客户比较集中的当地院校做校企联合,培养工程师。中微今年在杭州、厦门、上海等地都建立了办事处,覆盖华南和华东的重点市场,因为我们认为最终还是要以产品和服务来说话。”

怒而自研

与前面三家做芯片起家的公司不同, 广州金升阳是做电源起家的,但是他们也要用到芯片。至于为什么在2012年开始自己研发芯片,广州金升阳科技有限公司区域销售经理宋胤坚介绍到,在2008年左右,金升阳就开始往自研IC方向探索。主要基于四方面因素的考虑:

第一、金升阳想要掌控核心技术,要把核心的东西抓在手里,不受制于人,这是最重要的一个因素;

第二、基于对电源的理解,国际上很多电源芯片是通用产品,真正到了电源模块内部、行业应用的时候,某些特性不够。金升阳希望把一些额外的功能集成到IC里;

第三、“无芯之痛”一直困扰国内厂商,进口IC的交期常常有波动,有些可能二、三十周都交付不了,而电源客户往往要求一周或者半个月交货。金升阳想要把IC交期缩短,成为了一个考量因素;

第四、基于对成本考虑,随着同质化电源产品越来越多,对于产品的竞争力也是提出了更高的要求。把核心IC抓在手里,在成本的控制上会更加的有优势。

广州金升阳科技有限公司区域销售经理宋胤坚

虽然从研发费用上来说,自研芯片投入很大,但“从长远考虑,金升阳庞大的用量和采购金额,通过一定时间去均摊,自己做芯片成本还是会更有优势。” 宋胤坚说到,此外,做芯片之后把外围一些电路集成到自己的芯片里面去,对于整个系统来说,减少了外围的元器件,成本会得到更好的控制。

金升阳做IC一开始是计划自己使用,后来经过验证和行业运用,发现性能和可靠性都能够基本替代国外产品。“所以2017年底公司做了一些战略调整,将IC销售给有需要的客户。” 宋胤坚说到,目前国内已有不少客户采用,甚至一些在电源产品上的友商。

据介绍,金升阳现在还有现成的碳化硅产品,并且有专门部门做新材料、新技术等新方向的预研。

RISC-V和自主架构

对于MCU的架构,业界在8位上普遍采用8051或者自研架构, 而32位则是Arm的天下,直到近年RISC-V的崛起。

芯海目前有两套MCU架构,一套8位架构是自主研发,从芯片到开发工具、编译器、仿真器开发平台都是自主研发。另外一种32位用的是Arm,据谢韶波透露,芯海未来会还考虑另一种32位架构。目前已在预研,至于具体推出时间要看节奏,产品层面则还在规划和寻找市场

赛元微以前一直主打8位,预计2020年第二季度将推出32位重点产品。这主要是基于未来物联网的市场发展方向,李治宏认为MCU在未来有想象不到的大市场,因为几乎每一台设备每一个端都需要一颗MCU。“未来物联网需要很多无线连接,比如Wi-Fi、蓝牙、zigbee、LoRa,对于MCU要求更大的资源,这是我们推出基于Arm 32位产品的原因。” 李治宏表示,“另一个是需要很多接口,我们会把这些东西都做进去来满足物联网市场的需求。基于对未来的市场判断,赛元微规划了32位的产品。”

深圳市赛元微电子有限公司销售监 李治宏

对于8位和32位的问题,芯海认为会灵活采取。未来物联网会爆发式增长,而8位的优势在于成本、功耗比32位更低,所以8位MCU还会长期存在,主要配合做感知。

在RISC-V架构上,几家MCU厂商都表示有关注,因为这是一款开源架构,对于需要购买Arm IP的MCU厂商来说是个好消息。李治宏表示,未来肯定会有RISC-V的产品推出,这是个大趋势。

柳泽宇则表示,中微有专门团队已经启动RISC-V项目。虽然RISC-V现在整个市场接受度并不高,但中微仍然投入一些人力、物力去做研究。

MCU的应用领域

谢韶波表示,芯海科技芯片目前主要有两大应用领域,“一是健康量,慢病预是芯海未来的战略目标,体重、脂肪率、心率脉搏,同时叠加血、血氧,可以通过临床数据来进行一些慢病的预和干涉。目前芯海做到了精确量,接下来将与手机厂商、高校和医院进行合作。二是围绕手机跟周边智能硬件的物联网场景,以及物联网的应用产品。”

在这次展会上,芯海主要展示的是32位产品,分为四个系列。第一个是高精度量,第二个是快充,第三个是主流型的32位产品,很多IoT产品都能用,最后一个是互联互通的32位产品。其中主推有两个,一个是高精度的32位MCU,据谢韶波介绍,这款产品有双ADC结构,能达到纳伏级,目前市场主流的MCU都是毫伏级,大概相差6个数量级,在国内芯海是最有特色和核心竞争力的。

第二个主推的是快充产品,据称是国内首颗PD双向认证的32位MCU,客户有紫米、飞利浦、酷派、绿联、罗马仕等快充充电宝品牌。协议方面支持高通QC、华为和联发科的快充协议,以及USB协会的PD3.0、PPS快充协议。同时也为快充定制了硬件和软件专门的开发工具。

赛元微则在触控产品上非常有特色,李治宏表示,他们的隔空触控方案在行业内是独一无二的,目前在家电行业一些大客户都在用。今年基于触控原理,赛元微又新推出了手势接近感应、手势识别、人机交互等方案。明年赛元微的除了基于Arm架构的32位M0、M3,基于现在消费类产品的要求,1.8伏到3.6伏的低电低功耗也将是重点,预计到2020年底赛元微的产品会达到一千多个型号。

李治宏表示,赛元微成立之初就专注家电领域,出的每款产品都会先满足家电应用。因为家电行业要求非常高,尤其对于不良率都是PPM级别的要求,如果能应用在家电,在其他行业也基本没问题。目前美的、九阳、方太、老板、海尔都有用赛元微的产品,在他看来家电行业还有很多倍增空间,因为不断会有新的产品形态出来。

中微半导体也很看好家电领域。柳泽宇表示,今年中微半导体主推的是高端BAT系列产品,基于M0+还有未来的M4内核,主要是为了服务客户做国产替代。应用从简单的消费类,如大家常见的筋膜枪、吹风筒,到白家电像空调、冰箱、洗衣机等。

“以前有刷电机的电机寿命都很短,现在的无刷电机改变了这一状况,中微很多MCU就应用在这上面,包括直流风扇、吸尘器、电动工具等。针对消费类,中微8051内核产品应用在无线充电、电子烟和锂电电源等领域。” 柳泽宇说到,“中微成立18年来一直在做家电,而家电对于可靠性要求很高,因为在很多地方,客户最担心的往往不是价格,而是可靠性。”

本土电源遇到的困境,和本土芯片一样

电源产品这边面临的挑战,和MCU很像,首先面临的力是国际主流厂商对高端技术的掌控。在国内对品质、品牌要求比较高的企业当中,国际电源厂商已经形成了口碑、品牌效应。虽然国产品牌也在崛起,扩大份额,但还不足以撼动国外品牌。据介绍,目前金升阳的微功率电源已做到将近50%的市场占有率,在国内是一个不错的成绩。

宋胤坚表示,国内越来越多同行用价格杠杆去拼杀这个市场,这就是价格战;其次,电源技术非常成熟,在成熟的领域中如何做有自己特色的产品,对于企业来说也是一个挑战。“金升阳立足于现在电源行业的现状,推出了掌握核心技术的两大产品线,一个是IC产品线,另一个是高可靠性、高性价比的AC/DC电源产品线,包括新上市的机壳式的开关电源,还有高可靠性的模块电源,这都是金升阳面对当下的挑战而推出的创新之举。”

这些新产品线应用了新材料、新电路控制技术来提升产品性能。比如在元器件领域,宽禁带半导体功率器件的运用使得金升阳的电源产品更加高频、高效化,同时也能够把体积做得更小,还带来更好的耐高温、耐高的性能,进而提升了产品的可靠性。宋胤坚举了个例子,针对智能家居行业推出的高性价比AC/DC模板电源,就可以实现更好的过、过流、短路等保护功能。

据介绍,金升阳的客户目前主要集中在工控、汽车电子、电力行、轨道交通和通信等行业。未来在做好基本盘的同时,会向一些对价格不是特别敏感的消费类行业拓展,比如高端蓝牙耳机、高端蓝牙播放器,以及商用的按摩椅、智能马桶等等。

每家MCU公司都有独门绝技

高精度ADC是芯海的技术优势,谢韶波表示,公司对此有两套技术架构。一个是速度稍微慢一点的24位高精度,还有一种是快速采样的模拟前端。其中高精度产品在手机厂商和家电客户用得比较多。

研发生态上,芯海MCU现在拥有一套通用SDK平台,用电脑或者手机APP勾选,通过无线传输把配置固件LOAD到手机或电脑,这个方案就做成了。“芯海希望客户做方案的,就算是非技术人员,只要搞懂参数配置,不用写代码就能做好。” 谢韶波说到,“芯海希望帮助方案商快速开发,让研发成本更低。”

赛元微基于Arm的产品会做工业级的。“我们不急于赚快钱,要把产品打磨得非常强壮。目前市场上Arm产品都没办法用在家电上,包括一些国际巨头,因为家电对产品抗干扰能力要求非常高,所以我们要做基于工业应用的Arm MCU,” 李治宏说到,“赛元微会把包括EMC、ESD这些性能做到非常好,这是模拟电路能力功力的体现。”

李治宏表示,传统的Arm MCU有一个缺点,就是电源和地占了太多IO,比如说一个48脚的芯片,他们的电源和地就占了10个脚,剩下可用的IO可能只有三十几个。而李治宏透露,赛元微在Arm MCU架构上的创新是只需要一组PIN脚做电源和地就可以,一个48PIN的芯片除了电源和地,其他46个PIN都可以当IO,“国内其他厂商基本还是好多组,这就是考验一个公司模拟电路设计能力。”

说到技术优势,柳泽宇表示,中微不只是做MCU,正在转型到混合信号SoC。“中微的产品里集成了大量的高精度模拟、驱动、无线连接的模块,电机驱动上支持60伏、90伏等,无线方面整合2.4G、BLE蓝牙等。用我们一颗芯片就可以做到很多事。” 由于高集成度,能够帮助客户把BOM成本大大降低。

深圳市中微半导体有限公司经理 柳泽宇

据介绍,中微拥有8位和32位产品线,研发占比在营收的13%—15%左右,每年有很多新品面世,更能够满足客户未来产品的规划。此外,中微也帮客户做一些定制化的产品,有成熟的平台和算法。

据介绍,中微公司2001年成立,2002年生产出来的第一颗芯片到现在还在卖,该芯片累计出货数量已经上亿。柳泽宇表示,除非中微的上游没有了,只要客户有需求,就会供货或者提供升级产品。“这是中微未来想要做工业控制、汽车领域的底气,因为做汽车要保证最少10年、20年持续供货。”

据悉,中微高端产品团队来自全球汽车MCU龙头厂商瑞萨,柳泽宇很有信心地说:“中微BAT系列从品质和性能上都不输于其他公司。我们会先去做汽车后装市场,比如电机控制、中控面板等一些风险比较小的地方,因为客户也需要从风险小的地方开始验证你的产品。”

竞争与整合

目前国产芯片设计厂商多达1700多家,大多数中低端半导体产品虽然用量大,但功能上同质化严重,本土厂家如果想长期做大做强,需要有差异化的发展战略。

芯海的差异主要表现在两点。一是主打信号链MCU,做高精度量MCU,谢韶波表示,市面上普通的32位MCU量精度一般都是毫伏级,芯海则是纳伏级。“芯海一款32位应该是国内高精度的纪录保持者,对标美国德州仪器的高精度产品。”第二个差异化针对细分领域,芯海提供算法和解决方案。

最基本的芯片设计能力,往往能体现一家芯片公司与对手的差别。李治宏表示,数字电路大家都差不多,模拟电路设计能力就把距离拉开了。比如之前说到的将数字地和模拟地分开就是一种能力,不分开的话抗干扰能力会非常差。“模拟电路设计能力就是赛元微的强项,一组电源和地就可以把抗干扰能力做得很好。”

李治宏表示,赛元微目标成为一家技术驱动型公司,现在做的产品会在三年后开始丰收。“也就是说赛元微今天的成绩是三年前打下的基础,因为我们会看未来的市场需求。现在我们正在做的产品,基本都是为物联网市场打造的。”

MCU能够用到的行业非常多,需要面对各种电、电流、驱动等,这也正是MCU难做的地方。柳泽宇表示,一旦进入细分领域,中微会从小到大覆盖这个领域大概80%到90%的应用,高中低客户都可以在中微产品中选到适合性能和成本要求的产品。“中微推出新品的频率很快,一方面是因为国产替代,其次则是竞争对手也在努力,中微希望即便不是引领这个行业,也要跟得上整个行业的变化。”

对于中国目前近两千家芯片设计公司,大部分处于不盈利状态的问题,柳泽宇认为,未来5到10年,在中国一定会有MCU企业之间的整合,不单MCU,其他中国芯片公司之间的整合案例也会越来越多。“中微从成立到现在每一年我们都是在盈利的,并且符合这个行业的正常利润率。我们跟客户说,不要过于贪图低价,因为这不是一个非常正常的现象。商业的本质要有正向收入的,才能不断地投入和发展。”


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