關鍵詞： 模擬芯片

信號可分為模擬信號和數字信號。 現實中一切的信號，包括光熱力聲電等都屬于模擬信號，例如麥克風可以將聲音的大小轉換成電壓的大小，得到的是一個連續的電壓變化，這種連續的信號稱為模擬信號，而用來處理模擬信號的集成電路稱為模擬 IC。

經由處理以后可以將連續的模擬信號變成 0 與 1 兩種不連續的信號，例如：電腦在運算的時候只有低電壓(0V 代表 0)與高電壓(1V 代表 1)，信號可以由 0 直接跳到 1，也可以由 1 直接跳到 0，得到的是一個不連續的電壓變化，這種不連續的信號稱為數字信號，而用來處理數字信號的集成電路稱為數字 IC。

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模擬信號與數字信號

信號在電子系統中經歷了從模擬到數字再到模擬的過程，對應的是信號的輸入、處理和存儲、輸出三個環節。其中信號的輸入和輸出分別是由傳感器和執行器設備完成，信號的處理和存儲分別有處理器和存儲器完成。而信號從輸入到處理再到輸出，從現實到虛擬再到現實的橋梁則是由模擬器件（包括數模混合電路）完成。

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從模擬世界到數字世界

結合電子產品的系統流程，根據功能的不同，我們可以把模擬器件分為信號鏈和電源鏈。信號鏈主要是指用于處理信號的電路，而電源鏈主要是指管理電池與電能的電路。 信號鏈主要包括比較器放大器、 ADDA、接口芯片等。電源鏈主要包括 PMIC、 ACDC、 DCDC、 PWM、 LDO 和驅動器 IC 等。

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電子產品系統示意圖

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電子產品系統中電源系統示意圖

其實電源系統不只有功率 IC，還有很多元件以分立器件的形式存在，即功率分立器件（模塊）。電源電路的原理大同小異，而將功率分立器件（模塊）組成的器件集成化后則變成了功率 IC。 功率分立器件（模塊） +功率 IC=功率半導體。 類似于：分立器件+集成電路 IC=半導體。功率 IC 相當于 SOC，功率分立器件（模塊） 相當于 SIP。

通常來說，由于 IC 制造難度要比分立器件高一些，因此，產業界功率 IC 一般由模擬芯片公司生產制造，而功率分立器件（模塊）單獨成一塊。考慮到功率 IC 與功率分立器件（模塊）在技術和行業上有多個相似點（第二章將作詳細研究），所以我們把模擬 IC 和功率分立器件（模塊）合到一起研究，并稱為“大模擬”行業。

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大模擬行業分類和市場規模

根據 WSTS 數據， 2017 年全球半導體市場規模超 4000 億美元，其中，模擬 IC 約占 12.9%， DS 分立器件約占 5.3%，則“大模擬”行業市場規模約占 18.2%。

大模擬行業主要龍頭公司

根據 IC Insights 數據， 在 2018 上半年年營收位居全球前 15 的半導體廠商中，有 4 家屬于“大模擬”行業，分別是德州儀器、英飛凌、恩智浦和意法半導體。 這些企業都以“大模擬”產業為支柱，相關產品的營收占比幾乎都達到了 60%以上。

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德州儀器2017年的主要營收結構

德州儀器（TI） 是全球模擬行業龍頭， 其產品線種類非常豐富，主要包括功率 IC、信號鏈 IC、分立器件、 MCU、處理器等。其中，模擬 IC 產品營收占其 2017 財年總營收的 66.17%。

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英飛凌在2018年Q2的營收結構

英飛凌（Infineon） 主營業務為功率半導體，除此以外，傳感器與嵌入式控制器也是其重要產品線。根據英飛凌 2018 第二季度數據，功率半導體相關業務（包括汽車、功率管理和工業功率控制） 約占其總營收的 90%。

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恩智浦2017年的營收結構

恩智浦（NXP） 是模擬行業龍頭之一。在其將射頻 RF 部門出售并與飛思卡爾合并后， 專注于信號鏈產品線。根據其 2017 財年數據，信號鏈 IC 產品貢獻了 94.48%的營收。

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意法半導體2017年的營收結構

意法半導體（ST） 的產品線較為豐富，其中模擬器件為其營收支柱，其他產品還包括 MEMS、 MCU 和分立器件等。

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2018H1 全球前 15 大半導體廠商（百萬美元）

這是一個什么樣的行業？

我們將半導體產品分成兩類：一類叫做陽片， 主要是指 CPU、 GPU、存儲器等數字電路，我們耳熟能詳的摩爾定律、 10nm、 7nm 高制程主要描述的就是此類產品，數字電路產業沿著摩爾定律快速迭代，成就了一批半導體行業巨頭，如：英特爾、三星、英偉達等。另一類叫陰片， 也就是上文所說的“大模擬”行業。“大模擬”行業具有以下三大特點： 重經驗、 較集中、 弱周期。

1、 重經驗： 不強調摩爾定律與高端制程；依賴人工設計、重視經驗積累、研發周期長；產業主流模式仍為 IDM 模式；

2、 較集中： 品種類繁多、產品應用廣泛； 產品生命期長，價格偏低； 市場競爭格局較為集中；

3、 弱周期： 市場波動較??；汽車&工業應用成為未來主要增長動力。

一、重經驗

（1）制造工藝不同，不追逐摩爾定律與高端制程

數字芯片主要為 CMOS 工藝，沿著摩爾定律發展，追逐高端制程，產品強調的是運算速度與成本比。例如蘋果 A12 芯片和麒麟 980 都采用了臺積電的 7nm CMOS 工藝。而目前模擬電路除了部分產品采用 COMS 工藝外，還有很多產品主要采用的是 BCD（BiCMOS/CMOS/DMOS） 、 CDMOS 工藝等特色工藝，產品強調的是高信噪比、低失真、低耗電、高可靠性和穩定性，制程的縮小反而可能導致模擬電路性能的降低。模擬電路多采用成熟制程（28nm 以上， 1μm、 0.5μm、 0.18μm、 0.13μm 等），主要在 4、 6、 8 英寸晶圓產線上生產，目前僅有德州儀器、英飛凌等極少數模擬企業擁有 12 寸晶圓產線。

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不同尺寸晶圓廠的制程與產品組合

（2）依賴人工設計、 重視經驗積累、研發周期長

在設計方面，模擬電路和數字電路差異巨大。 數字電路的設計核心在于邏輯設計，可通過軟件進行模擬調試。

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數字電路設計流程

模擬電路的設計核心在于電路設計，需要根據實際產品參數進行調整與妥協。數字電路的設計輔助工具（EDA）較豐富，而模擬電路設計的輔助工具遠不如數字器件多。因此，模擬電路的設計更依賴于人工設計，對工程師的經驗要求也更高，半導體行業更是有“一年數字、十年模擬”的說法。 模擬設計師一般需要至少 3 年到 5 年的經驗，而優秀的模擬設計師則需要 10 年甚至更長時間的經驗。 此外，數字電路設計一般是大團隊作戰，研發周期較短；而模擬電路設計一般是小團隊作戰，研發周期較長。

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模擬電路的設計路程

（3）主流廠商仍采用 IDM 模式

隨著臺積電開創代工模式，半導體產業鏈逐漸從 IDM 模式轉變成 VDM（設計-代工-封測）模式。但是，相對于數字 IC，模擬器件代工的最大特點就是標準化程度差，導致移植性低，目前模擬電路領域主流廠商德州儀器、英飛凌、安森美等仍為 IDM 模式。模擬電路需要在設計和工藝上的緊密合作，才能開發出有競爭力的產品。

二、較集中

（1）產品數量多、應用廣泛

大模擬電路應用范圍寬廣、通用性強，是所有的電子系統必不可少的組成部分。 大模擬電路產品種類非常多，而電壓、電流、頻率等多個參數的組合形成多個型號產品， 德州儀器的模擬產品數量高達上萬個。

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德州儀器的產品數量多

（2）產品周期長、價格偏低

數字電路追逐摩爾定律更新換代非?？欤芷谳^短；而模擬電路的生命周期要長很多，甚至有不少模擬電路產品生命周期長達 10 年以上。 如音頻運算放大器 NE5532，自上世紀 70 年代末推出直到現在還是最常用的音頻放大 IC 之一，幾乎 50%的多媒體音箱都采用了 NE5532，其生命周期超過25 年。模擬電路產品的價格通常偏低，占下游終端成本比例較小。

（3）競爭格局較為集中

由于大模擬行業重視經驗積累、研發周期長、產品種類多、價值偏低等特性，使其產品和技術很難被復制與替代，市場競爭格局較為集中，強者愈強、大者恒大的規律較為突出。

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2017 年模擬 IC 芯片市場份額

根據 IC Insights 數據， 2017 年模擬 IC 行業 CR10營收占比高達 59％。 根據 IHS 數據， 2016 年功率分立器件（模塊） 行業營收占比 CR10 高達 61％。

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2016 年功率分立器件（模塊） 市場份額

三、弱周期

（1）市場波動小

大模擬行業市場不易受單一產業景氣變動影響， 市場波動遠沒有存儲芯片等數字電路的變化大，市場波動幅度相對較小，周期性較弱。 模擬芯片是全球半導體產業的晴雨表，基本代表了整個市場的發展狀況。 根據 WSTS 數據，2017 年全球模擬芯片市場規模約 531 億美元，全球分立器件市場規模為 217億美元，同比增速均為 10%左右。

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全球半導體銷售額同比增速

（2）汽車&工業成為未來主要增長動力

過去 3C 領域是模擬 IC 和功率分立器件的主要增長動力，但隨著 3C 市場增長放緩，汽車和工業自動化應用市場逐漸興起， 同時汽車和工業需求的產品比 3C 產品要高端，價格和毛利率都要高一些，因此汽車&工業未來將成為大模擬行業的主要增長動力。

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模擬IC的應用領域

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分立器件 MOSFET 應用領域

業內廠商需要什么樣的能力？

一、長研發&強銷售&多并購

大模擬行業的特點決定了廠商需要什么樣的能力，我們認為研發、銷售和并購是大模擬行業廠商所需的三大核心能力。模擬器件依賴人工設計、重視經驗積累、研發周期長的特點要求“大模擬”行業的公司需要持續投入大量的人力物力用于研究與開發。“大模擬”的產品周期長、價格偏低、種類多、應用廣等特點決定了該行業對于銷售的強依賴性。

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大模擬行業需要研發、銷售和并購三大核心能力

“大模擬”的重視技術經驗積累、種類多應用廣、 IDM 模式以及行業弱周期等特點又決定了產業并購重組始終是行業發展趨勢。 研發與銷售相互促進構成大模擬行業廠商的閉環護城河，并購重組是大模擬行業廠商實現跨越式發展的跳板。

大模擬行業廠商研發&銷售費用比率較高。 我們統計了大模擬行業中龍頭廠商的 2017 年研發投入和銷售費用占其營收比例情況，不管是模擬 IC 還是功率半導體龍頭廠商的研發投入占比和銷售費用占比都超過了 10%。其中， 亞德諾（ADI）的銷售費用占比更是超過了20%，而研發投入占比甚至逼近30%。從財務數據上體現了研發和銷售對于大模擬行業廠商的重要性。

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大模擬行業中龍頭廠商 2017 年研發投入和銷售費用情況

大模擬行業主要廠商歷史上進行了多次并購。 并購可以擴充產品線、 帶來規模效益，以強化企業在市場的競爭力。 據我們不完全統計， 德州儀器（TI）進行了 36 次并購，美高森美（Microsemi）進行了 31 次并購，亞德諾（ADI）共進行過 28 次收購，微芯（Microchip）進行了 17 次收購，英飛凌（Infineon）進行過 15 次并購，安森美（ONSEMI）進行了 14 次收購，意法半導體（STM）進行了 14 次收購，美信（Maxim）進行了 13 次收購。

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近幾年大模擬行業主要并購事件

二、以德州儀器為例，窺視模擬 IC 龍頭成長路徑

德州儀器成立于 1930 年， 原為一家地質勘探公司，后轉做軍工供應商。 德州儀器于 1954 年生產出了全球第一個晶體管， 1958 年發明出了全球第一塊集成電路， 1967 年發明了手持計算器， 1982 年發布了全球首個單芯片數字信號處理器 DSP，之后便成了這個領域的霸主。

1996–2004 年，出售與并購， 布局模擬與嵌入式處理。 1996 年， TI 開始全方位轉型，專注于為信號處理市場生產半導體，隨后又展開了一系列企業并購、資立剝離大動作。 2000 年， TI 斥資 76 億美元收購了模擬芯片廠商Burr-Brown，鞏固了其在數據轉換器與放大器領域的優勢地位，并形成從電源 IC 到放大器 IC 乃至 A-D/D-A 轉換器的廣泛產品群。

2005–2011，第二次出售與并購， 布局汽車+工業。 2005 年起，德州儀器先后出售 LCD、 DSL、傳感器、手機基帶業務，將重心從手機市場轉移出來而布局汽車和工業領域。 2011 年， TI 又斥資 65 億美元收購美國國家半導體（NS）， 加強模擬產品線組合， 德儀有 3 萬種模擬產品，國家半導體有 1.2萬種。通過收購，德州儀器一舉超越了當時在銷售額上與之持平的東芝，成為僅次于英特爾和三星電子的半導體公司。

2012-至今， 聚焦模擬與嵌入式處理， 聚焦汽車+工業。 自從德州儀器戰略性地退出手機基帶處理器領域后，模擬和嵌入式處理成為新的重點業務。目前模擬和嵌入式處理業務已占德州儀器公司營業額的 85%以上。在繼續服務好消費電子產品市場的同時，緊緊抓住汽車電子和工業電子市場，依靠技術創新實現高增長，目前汽車與工業的營收占比已經接近半壁江山。

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德州儀器的成長路徑

德州儀器的兩個集中出售并購時間段分別是互聯網繁榮到泡沫破滅時期和智能手機興起時期。德州通過并購重組不斷聚焦核心業務，布局持續增長的廣闊市場。

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德州儀器并購歷史與營收情況

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德州儀器的并購歷史

德州儀器非常重視研發和銷售能力建設。 其歷年研發投入和銷售（包括一般管理）費用占營收比例均超過 10%。 德州儀器擁有超過 40000 項專利，產品型號已高達數十萬個， 擁有最全面的產品組合，實現對全領域的覆蓋。 德州儀器擁有最強的渠道優勢， TI.com 每月的訪問量能達到 700 多萬；德州儀器擁有龐大的客戶群，全球大約 10 萬家客戶，從而為創新產品推廣提供了廣泛的基礎。 針對中國市場，德州儀器在北京、上海、深圳、成都建立了研發中心， 18 個城市的銷售與技術辦公室、成都一體化制造基地以及上海產品分撥中心共同構成了德州儀器在中國的足跡，更好地貼近和服務客戶。

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德州儀器研發投入和銷售（包括一般管理） 費用情況

面對差距， 緊抓產業變遷的歷史機遇

（1）從技術到規模， 國內與國際大廠差距明顯

模擬 IC 方面， 根據 WSTS 數據，2016 年中國模擬芯片市場規模達到 1994.9億元，同比增長 13.55%，占全球模擬芯片銷售額的 62%。 賽迪顧問數據顯示， 盡管國內模擬 IC 市場巨大，但前五大廠商全為歐美跨國公司， 2016 年德州儀器、恩智浦、英飛凌、思佳訊以及意法半導體分別占據國內模擬 IC市場 12.4%、 6.3%、 5.9%、 5.3%以及 5.2%的市場份額。 德州儀器 2017 年營收近 1000 億元， 而國內模擬龍頭硅力杰 2017 年營收規模才 19 億元，圣邦股份 2017 年營收規模才 5.32 億元。 德州儀器產品型號高達數十萬種，而
圣邦股份的產品大約才 1600 種。 國內高端放大器、 AD/DA 等模擬 IC 幾乎全部依靠進口。

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2016 年國內模擬 IC 市場前 5 大供應商份額

分立器件領域同樣如此， 盡管大陸、***地區廠商已在二極管、晶閘管、低壓 MOSFET 等低端功率器件領域已開始進口替代，但國外廠商占據著大部分市場份額。 2017 年分立器件一線廠商中： NXP 有 45%的收入來自中國大陸，英飛凌有 25%的收入來自中國大陸，意法半導體有 61%收入來自中國大陸。

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2017 年中國市場功率 MOSFET 主要供應商排名

在中高端 MOSFET 及 IGBT 主流器件市場上， 國內主要依賴進口，基本被國外歐美日企業壟斷。目前國內以揚杰科技、華微電子、士蘭微為代表的功率半導體龍頭企業市場占有率非常低，進口替代的空間巨大。

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2017 年中國市場分立 IGBT 主要供應商排名

（2）模擬代工推動產業生態發展，緊抓產業變遷機遇

上文提到由于模擬器件代工標準化程度差、移植性低，目前模擬大廠仍主要采用 IDM 模式。隨著數字代工模式的成熟，模擬代工模式也逐漸興起。 安森美半導體、 艾邁斯半導體、 BCD、 Dongbu HiTek、 IBM、 MagnaChipSemiconductor、 NEC、 Tower/Jazz、 TSMC、 Vanguard、 X-Fab SiliconFoundries 都布局了模擬代工業務。

大陸提供模擬代工的代工廠有中芯國際(SMIC)、華虹半導體、 上海先進半導體、華潤上華(CSMC)等，其中中芯國際和華虹半導體數字代工和模擬代工都有覆蓋，而上海先進和華潤上華主要業務為模擬代工。

目前模擬電路國外品牌仍舊占據市場領先地位， 國內模擬芯片代工（IDM）企業的工藝技術和生產規模與世界領先水平有著相當大的差距。 本土模擬芯片代工企業在向高性能模擬芯片領域發展時將遇到生產工藝的難題，高端模擬芯片由于應用的需求，需要有更復雜、更先進和比較特殊的模擬(或混合信號)工藝來支撐，目前這樣的生產技術還不夠成熟。

但由于全球大多數模擬電路產線為 6 寸/8 寸，中國現有的裝備已與全世界一流企業水平相差不大，而且本土產業鏈從晶圓制造到封測已日趨完善；同時，專利過期和人才流動有利于降低專利和 Know-how 的門檻。以電管管理 IC為例，臺積電 BCD 工藝覆蓋 0.6μm 至 0.13μm 的節點，而華虹半導體和華潤上華的 BCD 工藝也能覆蓋 0.5μm 至 0.13μm 的節點，雖然同一節點仍有技術差距，但與國際巨頭差距在縮小。

國內模擬芯片代工（IDM）企業憑借本土市場需求旺盛、貼近本地市場、產品成本相對較低等優勢，經過數年發展，技術不斷積累，新工藝推出速度加快；品牌知名度和市場認知度不斷提高；管理和服務更加完善，本地支持的優勢開始展現，市場前景看好。模擬代工企業的發展將有利于產業生態建設與人才培養，從而促進模擬設計和 IDM 企業發展。

（3）國內廠商拓展本土需求， 從低端向中高端滲透

大模擬行業進口替代空間大，國家政策大力支持產業發展，模擬代工推動產業生態建設。此外，受到中美貿易摩擦以及中興事件影響，終端廠商逐漸將供應鏈向國內轉移，有利于加快國產化進程。

國內 IC 設計公司在各類模擬器件上都有涉足，而且某些產品的市場占有率還相當不錯。例如國產的 AB 類和 D 類音頻功放品質和性能已接近或趕超歐美產品，電源類 IC 在一些細分領域也獲得了較大的突破;背光 LED 驅動領域已占主導地位，在 TD-SCDMA 射頻(RF)芯片和 DisplayPort 接口芯片等數個領域也已經走在了世界前列。但是高端應用產品仍是弱項，國產模擬芯片整體技術水平相對較弱。

對于國內廠商已實現技術突破的低端產品市場，考驗的是銷售能力；而對于國內廠商未實現技術突破的高端產品市場，考驗的是研發能力。

看現在的模擬芯片產業狀況，首先看低端市場：產業轉移下大廠退出， 考驗銷售能力。

國內對低端產品需求較大。 與全球相比，中國的模擬器件市場中智能手機以及消費電子市場需求偏大，因為中國是全球最大的消費電子生產基地，所以用于消費電子的模擬芯片需求比例就特別高，對中低端產品需求較大。

模擬 IC 方面， 2016 年國內模擬 IC 主要應用在網絡通信、消費電子、計算機、汽車電子以及工業控制等領域，分別占比 40%、 27%、 9%、 9%以及12%。以電源管理 IC 為例， 歐美公司依然占據著全球電源管理 IC 的主要市場。但由于電源管理應用的分散性，沒有一家公司能夠主宰市場，全球最大的 TI、 National 等也只能達到 10%左右的市場份額。隨著應用不斷向亞洲尤其是國內轉移，亞洲公司的份額正在明顯上升。比如前些年在計算機帶動下， ***地區已有十幾家電源管理 IC 公司上市。 在智能手機產業鏈的帶動下，目前中國大陸地區也有十幾家電源管理 IC 公司在 A 股主板或者新三板上市。

分立器件方面， 以 MOSFET 為例， 過去 10 年 MOSFET 市場需求集中在計算機或手機等 3C 產品。隨著 IDM 廠每年都有擴增產能及制程縮小，在供過于求的情況下，價格年年下殺。 直到 2015 年及 2016 年，價格跌到幾乎無法賺錢時，部分 IDM 廠開始淡出市場， 如日本瑞薩（Renesas）就在 3 年前宣布退出 3C 應用 MOSFET 市場，英飛凌、威世（Vishay）、意法、安森美（ON Semi）等國際 IDM 大廠近幾年來也并無擴產計劃。隨著高端需求（汽車&工業應用）快速增加， 國際 IDM 廠將低端 3C 應用產能轉移到高端車用及工控 MOSFET 和 IGBT。國際大廠逐漸退出低端市場導致市場供給出現缺口，給予國內廠商發展機遇。

對于本土需求大以及國際大廠退出帶來的低端市場機遇， 國內廠商的技術能夠達到要求，則最終份額的提升考驗的是廠商的銷售能力。

其次，在高端市場：汽車&工業成主要驅動力，考驗研發和并購能力

上文提到， 汽車&工業未來將成為大模擬行業的主要增長動力。汽車的需求主要來自于電動汽車，工業的需求主要來自于工業自動化。中國是電動汽車成長最快的市場，同時又是全球制造中心， 未來對大模擬產品需求旺盛。 汽車和工業用產品性能比 3C 產品要高端一些， 考驗的是廠商的研發能力， 價格和毛利率也都要高一些。 此外， 以 GaN 和 SiC 為代表的第三代化合物半導體帶來的技術變革也將考驗國內廠商的研發能力。

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國內研發能力較強的廠商

雖然國內出現一大批優秀的大模擬廠商，但單個廠商的規模還太小，為了提高與國際大廠競爭優勢， 國內廠商在不斷加強研發和銷售能力同時，我們認為并購整合將是大模擬行業廠商實現跨越式發展的跳板。