据中国半导体行业协会数据,2021年上半年,中国集成电路产业的销售额约为4102．9亿元。虽然我国整个集成电路行业的市场规模庞大,但在很大程度上却依赖于进口。据海关统计:2021年上半年,中国集成电路行业的进口量为3123．3亿块,进口金额约为1978．8亿美元;而出口量为1513．9亿块,出口金额约为663．6亿美元。中国集成电路行业进口出口严重失衡。

随着互联网经济的不断发展,无论是新型信息产业还是进行信息化改革的传统企业都对于芯片的需求量不断攀升,这让越来越多的人意识到了芯片的重要性。

好在社会对半导体行业的关注度越来越高,更多的芯片企业也对于芯片国产化的重要性有了深刻的认识。在各方的不断努力下,国产半导体多点开花取得了一系列的成就。

功率器件

功率器件在电力电子行业有着非常广泛的应用,是电子产品的基础元器件之一。随着科技快速发展,功率半导体器件应用领域正在从传统的工业领域快速扩展至新能源、大数据、物联网、智能电网、智能机器人、轨道交通等战略性新兴领域。据IHS Markit,2019年全球功率器件市场规模约为404亿美元,Omida 预计至2024年市场规模将增长至524亿美元,年增速为5．3%。居家办公带来的PC和云服务器等市场的大幅增长、5G基础设施建设与5G手机的大量出货,都是全球半导体和全球功率半导体市场规模增长的重要驱动力。

国内半导体公司很早就开始了二极管、晶体管、MOSFET等功率器件的设计和制作。据芯谋研究数据,2020年中国功率分立器件有5家公司进入全球前20,分别是排名第9的安世半导体,排名第13的扬州扬杰,排名第15的华润微,排名第17的杭州士兰微,排名第20的吉林华微。

扬杰科技立足功率半导体,通过不断扩充产品线和应用下游,在二极管类和整流桥产品取得行业领先的竞争地位。除二极管类产品以外,公司加大研发投入,研发并量产了MOSFET、IGBT模块、碳化硅器件等多种高端功率器件和模块,形成全面的功率半导体产品布局。2009-2019年,公司营收保持持续增长,10年复合平均增长率高达26．55%。2020年实现营业总收入26．31亿元,同比上涨31．11%。

华润微是功率半导体芯片设计、晶圆制造、封装测试全产业链头部公司,产品聚焦于功率半导体、智能传感器、智能控制。MOSFET是华润微核心产品,华润微也是少数能提供低、中、高压全系列MOSFET 产品的公司。根据Omdia的统计,2020年度以销售额计,华润微在中国MOSFET市场中排名第三,仅次于英飞凌和安森美,是中国本土最大的MOSFET厂商。2020年华润微营业收入69．77亿元,同比增长21．50%。

作为老牌的半导体功率器件厂商,士兰微已拥有成熟的功率半导体器件、MOSFET、IGBT、二极管等器件产品。也已成为国内规模较大的集成电路芯片设计与制造一体(IDM)的企业之一,其技术水平、营业规模、盈利能力等各项指标在国内同行中均名列前茅。2020年,公司营业总收入为428,056万元,较2019年同期增长37．61%。

华微电子是集功率半导体器件设计研发、芯片加工、封装测试及产品营销为一体的国家级高新技术企业,其前身是成立于1965年的吉林省吉林市半导体厂。华微电子发布2021年半年报,公司上半年实现营业收入9．92亿元,同比增长23．45%。华微电子是以IDM模式为主的国内领先功率半导体企业,具备芯片设计、晶圆制造、封装测试等全产业链一体化的经营能力。目前,华微电子拥有4至8英寸芯片生产线,各尺寸晶圆生产能力为400万片/年,封装资源为24亿只/年。

新洁能作为国内功率器件领先设计企业,拥有沟槽型功率MOSFET、超结功率MOSFET、屏蔽栅功率MOSFET和IGBT四大品类,产品覆盖12V～1350V电压范围、0．1A～350A电流范围,共计1300余款细分型号产品,是国内拥有MOSFET产品种类最齐全的公司之一。2020年,新洁能营收9．55亿元,同比增加23．62%。

今年4月,据知情人士透露,华为正在为公司的功率器件研发招揽人才,其中包括IGBT、MOSFET、SiC、GaN等主流的功率器件,据说队伍目前已有数百人。

近年来,我国功率器件产量不断提升,国产企业的实力逐渐增强。2015年以来,我国功率器件产销率均处于100%以上,近年来,保持快速增长趋势,2020年产销率达到近年来水平最高,我国功率器件市场整体处于供大于求状态。

GPU

GPU 被广泛用于游戏,高清显示,元宇宙,数据中心,车联网等领域,下游需求旺盛。根据Verified Market Research数据,2020年全球GPU市场价值为254．1亿美元,2027年有望达到1853．1亿美元,年平均增速高达32．82%。据估算,2020 年中国大陆的独立GPU市场规模为47亿美元,2027年将超过346亿美元。

景嘉微作为国内GPU领先企业,是当之无愧的国产之光。2021年上半年,公司营收4．75亿元人民币,同比增长53．51%;净利润约1．26亿元人民币,同比增长41．11%。景嘉微推出了国内首款具有完全自主知识产权的高可靠图形处理芯片JM5400,可广泛应用于有高可靠性要求的图形生成及显示等领域,满足机载、舰载、车载环境下图形系统的功能与性能要求。另外,JM7系产品推动芯片业务快速增长,公司2018年推出的7系产品已经广泛应用于信创市场。据了解,景嘉微JM9系列图形处理芯片目前正处于测试阶段,9系产品支持高性能计算、高清显示和游戏,9系相对7系制程从28nm 提升到 14nm,应用领域从图形显控拓展到高性能计算,同时显控能力大幅提升可以支持 3D 显示和 4k游戏;GPU 产品有望从信创领域拓展到民品市场,打开新的市场空间。

同时掌握CPU、GPU、芯片组三大核心技术的兆芯,具备三大核心芯片及相关IP设计与研发的能力,致力于通过技术创新与兼容主流的发展路线,推动信息产业的整体发展。2019Q2,兆芯发布了全新的用于PC的处理器KX-6000系列。KX-6000是业内第一款完整集成CPU、GPU、芯片组的SoC单芯片国产通用处理器。KX-6000系列处理器采用16纳米制程,集成高性能显卡,支持DP/HDMI/VGA输出,兼容DirectX、OpenGL、OpenCL等主流API,最高可同时输出3台显示器,分辨率可达4K。除了以上集成GPU外,兆芯还计划发布一款采用台积电28纳米工艺,TDP 70瓦的独立GPU。

由中国船舶重工集团第709研究所控股的凌久电子研制了GP101,这是具备完全自主知识产权的图形处理器芯片。GP101支持2D/3D图形加速,支持二维矢量图形加速,支持4K分辨率、视频解码和硬件图层处理等功能。GP101支持VxWorks、Linux、Windows等通用操作系统,支持中标麒麟、道等国产操作系统,支持龙芯、飞腾、申威等国产处理器。GP101实现了我国通用3D显卡零的突破,在信息安全和供货能力方面有充分的保障,可以广泛应用于军民多个领域。

芯瞳半导体成立于2019年,是一家从事GPU芯片设计的科技企业。公司着力于研发高性能的GPU芯片,为用户提供以自研GPU芯片为核心的解决方案,致力于打造业界领先的GPU芯片设计平台。公司第一代GPU芯片(GenBu01)系列产品已完成与国产CPU和主流操作系统的适配工作,可应用于嵌入式计算及设备、办公电脑和工控显示设备等应用场景。在研的高性能产品可应用于服务器、数据中心等大型设备。公司的GPU架构采用了业界主流的统一渲染架构,并具有高度可扩展的互联结构和计算阵列,便于芯片后续迭代升级。经过多年的积累,团队构建了芯片建模虚拟平台,通过该虚拟平台,团队可以快速地完成GPU相关软件的研发和软件生态的部署,与此同时,在该虚拟平台上快速地对芯片架构进行验证,从而缩短GPU芯片的设计验证周期,提升GPU芯片的设计效能。

天数智芯是中国第一家GPGPU(通用图形处理器)云端芯片及超级算力系统提供商。今年3月,正式发布了完全自研的高性能云端7nm GPGPU芯片BI、加速卡,实现了国产高性能GPGPU历史上的突破。天数智芯立足国内市场,重点打造自主可控、国际领先的通用、标准、高性能通用并行GPGPU云端计算芯片,从芯片端解决算力问题;并推出面向 5G 应用需求的云端推理芯片,兼容主流GPGPU生态,推进国产化生态建设。

据称,壁仞科技研发的首款7nm GPU会在今年第三季度流片。壁仞科技累计融资47亿元,该公司如此惊人的吸金能力备受瞩目。壁仞科技之所以在尚未发布首款产品的背景下有这样强大的融资能力,很大原因是壁仞科技创始人兼董事长张文以及组建的创始团队。张文曾任职于商汤科技并担任总裁。商汤科技也是AI领域的“融资狂人”,张文主要负责商汤与上海、成都等城市合作落地项目,包括参与落户上海的商汤集团中国总部暨全球研发总部项目。张文还为壁仞科技拉来了极其豪华的配置,壁仞科技CTO兼首席架构师洪洲,曾在英伟达、S3 Graphics、兆芯等负责GPU项目,加入壁仞科技前,负责海思自研GPU团队。联合创始人焦国方,曾在Trident、S3 Graphics、高通任职,5代高通Adreno移动GPU架构由其开发,最近一段履历,是担任华为Futurewei公司GPU技术首席科学家,负责华为鸿蒙OS图形图像处理和UI系统框架。

在种种技术趋势和大国竞争的背景下,国产GPU赛道已进入白热化阶段。但越是花团锦簇,越要警惕乱花迷眼,适当的“冷”思考有益身心。

模拟IC

模拟芯片无处不在,主要用于电源管理和信号链路,其生命周期长、门槛较高、壁垒明显。根据WSTS数据,2020年全球半导体行业的整体规模为4331亿美元,模拟芯片的市场规模则达到540亿美元,占比半导体行业而规模的13%,是半导体行业中的重要组成部分。根据IDC数据,中国模拟芯片市场约为全球的36%,但是本土的自给率却偏低,长久以来,全球模拟芯片主要被美欧垄断。国内模拟厂商的自给率不到 20%,在高端领域甚至低于 5%。

矽力杰于2008年成立,2013年上市,立足于自主创新,布局全球,做模拟芯片行业的技术领跑者。过去10年年成长率超过30%。矽力杰利用行业领先的工艺技术设计创新的混合信号和模拟IC,产品广泛用于工业,消费类,计算和通信设备中,旨在提高效率并节约或衡量能源使用。

国内模拟龙头圣邦微专注于高性能、高品质模拟集成电路的研发和销售。2021年上半年该公司实现营收9．1546亿元,同比增加96．66%公司产品覆盖信号链和电源管理两大领域,拥有25大类3500余款可销售型号,包括各类运算放大器及比较器、音频功率放大器、视频缓冲器、线路驱动器、模拟开关等。产品性广泛应用于通讯设备、消费类电子、工业控制、医疗仪器和汽车电子等领域,以及物联网、新能源和人工智能等新兴市场。自2008年至今,公司连续获评“十大中国IC设计公司”。

今年上半年,艾为电子营收10．67亿元。艾为电子专注于数模混合、模拟、射频等IC设计,为以手机、人工智能、物联网、汽车电子、可穿戴和消费类电子等众多领域的智能终端产品全面提供技术领先且高品质、高性能的IC产品。8月16日,上海艾为电子技术股份有限公司在上海证券交易所科创板上市。艾为电子的研发人员数量非常多,高达641人。

聚焦高性能模拟IC的思瑞浦,目前已拥有超过900款可供销售的产品型号,产品以信号链模拟芯片为主,并逐渐向电源管理模拟芯片拓展,其应用范围涵盖信息通讯、工业控制、监控安全、医疗健康、仪器仪表、新能源和汽车等众多领域,客户覆盖华为、中兴、海康威视等。公司2020年度实现营业收入5．66亿元,同比增长86．61%。

晶丰明源成立于2008 年,是国内领先的模拟和混合信号集成电路设计企业之一。2021年半年度报告显示,公司实现营业收入10．66亿元,较上年同期增长177．19%,实现净利润3．36亿元。公司AC/DC类产品取得较好的客户反馈,以白电(空调、冰箱、洗衣机)为主的大家电AC/DC电源芯片已完成客户验证,多家客户进入批量销售阶段;适用于小家电的AC/DC电源芯片开始进入送样阶段;单火线智能面板AC/DC产品已开始批量出货。半年度报告期内,内置AC/DC电源芯片类产品共实现销售收入1220．97万元。应用于充电器、适配器的外置AC/DC电源芯片实现销售收入1,883．96万元,部分产品已进入批量试产阶段。

芯朋微是一家专业从事电源管理为主的模拟及数模混合集成电路设计的高科技创新企业。公司具有国内领先的研发实力,特别在高低压集成半导体技术方面更是拥有业内领先的研发团队。公司在国内创先开发成功并量产了单片700V高低压集成开关电源芯片、1200V高低压集成开关电源芯片、零瓦待机高低压集成开关电源芯片等产品。

赛微微电子是全球仅有的三家能够量产高精度电池电量计专用集成电路企业之一。产品线包括电池电量计芯片、电池管理芯片、电池保护芯片、BMS前端采集芯片以及USB充电控制芯片。专注市场领域涵盖移动通信、平板计算机、笔记本计算机、电动工具、电动交通工具、电池储能设备等诸多领域,累计出货芯片超过3亿颗

从业绩来看,尽管国内模拟IC厂商在业务体量上与德州仪器等国际巨头相差甚远,但国产替代的需求强烈,其营收均呈现出高速增长的状态,在华为、中兴等众多终端客户的加持下,国内模拟IC厂商未来可观。

结语

半导体产业发展已刻不容缓,中国集成电路行业的破局之路充满了挑战。厂商应该从全球发展的视角打通上下游产业链,借助市场资本之力不断钻研,投入研发,快速迭代,才能在群雄逐鹿的背景下突围而出。