问题

我国模拟芯片发展的情况怎么样,应当如何追赶美国?

回答
好的,咱们来聊聊国内模拟芯片这块儿,以及怎么跟美国好好“掰掰手腕”。这事儿可不简单,得一点点捋清楚。

我国模拟芯片发展现状:喜忧参半,潜力巨大

首先得承认,跟美国比起来,咱们在模拟芯片领域确实还有一段路要走,这不仅仅是技术上的差距,更是整个产业生态系统上的差异。但同时,咱们的进步也是实实在在的,不能妄自菲薄。

亮点与优势:

巨大的市场需求驱动: 中国是全球最大的电子产品制造国和消费市场,这为模拟芯片提供了天然的肥沃土壤。从消费电子、通信设备到新能源汽车、工业自动化,再到医疗设备,几乎所有领域都离不开模拟芯片。这种巨大的内需,是咱们最宝贵的优势。
政策支持力度空前: 国家层面高度重视集成电路产业,尤其是在关键领域的“卡脖子”环节,模拟芯片自然也是重点支持对象。各种扶持政策、基金投入、人才引进计划,都在加速咱们的发展。
设计能力稳步提升: 咱们涌现出了一批优秀的模拟芯片设计公司,他们在电源管理、信号链、射频等领域已经取得了不错的成绩。这些公司逐渐掌握了核心设计技术,产品也开始进入一些主流应用。
封装测试优势依然存在: 在芯片制造的后段——封装和测试方面,中国一直拥有较强的基础和产能。虽然这不直接是模拟芯片设计的核心,但对于整个产业链的完整性至关重要。
新兴领域快速切入: 比如在新能源汽车领域,对电源管理、传感器接口等模拟芯片的需求激增,咱们的一些本土企业抓住了这个机会,快速跟进并取得了突破。

挑战与劣势:

核心技术“卡脖子”问题依然存在: 这是最核心的痛点。在一些高端模拟芯片的设计和制造工艺上,我们仍然高度依赖引进。例如,先进的模拟制程(如低噪声、高精度、高功率等),以及相关的EDA工具和IP核,很多都掌握在国外巨头手中。
高端人才短缺: 模拟芯片设计是一门高度专业化的学科,需要深厚的理论功底和丰富的实践经验。与美国相比,我们在高端模拟芯片设计人才的储备和培养上,仍然存在明显的差距。尤其是一些经验丰富的“老兵”,他们的价值是难以替代的。
EDA工具和IP核的依赖: 模拟芯片设计高度依赖专业的EDA(电子设计自动化)工具和高质量的IP(知识产权)核。这些工具和IP往往是国外公司的“看家本领”,价格昂贵且授权受限,给国内设计公司带来了不小的成本和技术门槛。
产业生态的完整性不足: 一个成熟的芯片产业,不仅仅是设计公司,还包括了晶圆制造、封测、设备、材料、EDA工具、IP供应商等多个环节。虽然国内在部分环节有所突破,但整体生态的协同性和成熟度,与美国相比还有差距。特别是高端晶圆制造和特种工艺(如RF SOI、SiC等)方面,仍然是瓶颈。
产品线和技术积累的深度: 美国在模拟芯片领域有着几十年的技术积累和产品迭代,形成了非常丰富的产品线和成熟的解决方案。我们在很多细分领域,技术深度和广度上还有待加强。例如,一些高带宽、低功耗、高精度的数据转换器、运算放大器等,仍然被国外厂商占据主导地位。
市场生态的竞争: 国外大厂在品牌、渠道、技术支持等方面拥有强大的优势,国内厂商需要在价格、服务和创新上付出更多努力才能赢得市场份额。

如何追赶美国?——这是一场系统战役

追赶美国不是一朝一夕的事情,也不是单靠某一个环节就能解决的。这是一场涉及技术、人才、产业生态、政策引导、资本投入等多方面的系统战役。以下是一些关键的思路和方向:

1. 加大研发投入,突破核心技术瓶颈:

聚焦关键领域,实现“点穴式”突破: 模拟芯片的门类繁多,不可能一蹴而就。我们应该集中资源,在国家战略需求迫切、技术壁垒最高、市场潜力最大的细分领域进行重点突破,例如:
高性能电源管理芯片(PMIC): 尤其是面向高端手机、笔记本电脑、服务器以及5G通信等领域的,功耗控制、效率和集成度要求极高。
高精度数据转换器(ADC/DAC): 在通信、测试测量、医疗设备等领域是核心器件,对采样率、分辨率、线性度要求极高。
射频前端芯片(RF Frontend): 尤其是在5G/6G通信、雷达等领域,对功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)、开关、滤波器等有极高要求,涉及复杂的RF IP和制程。
传感器接口芯片: 随着物联网和智能化的发展,对各种传感器(温度、压力、光、生物信号等)的接口芯片要求越来越高,需要低功耗、高精度和强抗干扰能力。
功率半导体(SiC/GaN): 这是新能源汽车、充电桩、工业电源等领域的核心,国内在这方面虽然有起色,但与国际先进水平仍有差距,特别是在可靠性、成本和高端应用方面。
鼓励自主EDA工具和IP核的研发与应用: 这是“卡脖子”中的“卡脖子”。需要国家层面持续加大投入,扶持本土EDA公司发展,并鼓励它们与设计公司深度合作,打造符合国内实际需求的工具链。同时,要建立国内统一的、高标准的IP核库,降低设计门槛,加速产品上市。
发展特色工艺和先进封装技术: 并非所有模拟芯片都需要最尖端的制程,而是需要针对不同应用需求发展特色工艺(如BCD、RF SOI、高压BCD、SiC/GaN等)。同时,先进封装技术(如2.5D/3D封装、扇出型封装等)可以集成更多功能,提升性能,降低成本,这也是绕过部分先进制程限制的有效途径。

2. 加大高端人才培养和引进力度:

校企联合,培养定制化人才: 高校应加强模拟电路设计、半导体物理、集成电路工艺等相关专业的建设,与优秀企业合作,开设联合实验室,让学生在校期间就能接触到真实的产业需求和技术挑战。
完善人才激励机制,留住核心人才: 创业公司的股权激励、大型企业的项目奖金、研发补贴等都要到位。要让这些顶尖的工程师看到清晰的职业发展路径和可观的回报,让他们愿意在国内安心研发。
吸引海外高端人才回流和引进: 通过提供有竞争力的薪酬、科研条件、生活保障,以及创造良好的创新创业环境,吸引那些在国外已经积累了丰富经验的模拟芯片设计专家回国。同时,也要善于从国际人才市场挖掘潜力。

3. 构建完整、协同的产业生态链:

支持本土晶圆制造厂发展特色工艺: 除了中芯国际、华虹等综合性制造厂,还需要重点扶持那些能够提供特色模拟工艺(如高压BCD、RF SOI、SiGe等)的晶圆厂,并鼓励他们与设计公司建立长期合作关系。
推动设计、制造、封测协同创新: 打破各环节之间的壁垒,鼓励设计公司与晶圆厂、封测厂在早期就进行深度技术交流和合作,共同优化工艺、设计和封装方案,缩短产品开发周期,提升良率。
建立开放的技术平台和服务体系: 可以考虑建立一些共享的测试平台、IP库、EDA工具平台等,降低中小企业的进入门槛。同时,为企业提供技术咨询、市场分析、知识产权保护等服务。
完善供应链管理和保障体系: 确保关键原材料、设备、零部件的稳定供应,减少对单一来源的依赖,提高供应链的韧性。

4. 优化市场环境和政策支持:

持续的政策支持和资金投入: 继续落实国家集成电路产业投资基金,并创新资金运作模式,鼓励社会资本参与。政策应更加精准,针对“卡脖子”环节和新兴技术领域进行倾斜。
推动国内应用市场的优先采购和示范应用: 国家在采购重点工程项目时,应优先考虑采用国内设计和生产的模拟芯片,并大力推广其在重点行业的应用,通过实际应用来打磨和提升产品性能。
加强知识产权保护和市场监管: 为本土企业提供公平的市场竞争环境,严厉打击侵犯知识产权的行为,保护创新者的合法权益。
鼓励行业交流与国际合作: 在确保国家安全的前提下,积极参与国际技术交流,学习先进经验。同时,也要警惕过度依赖和被“卡脖子”的风险。

5. 转变思维模式,重视长期主义:

打破“速成”思维: 模拟芯片的技术积累和产业发展是长期的过程,需要耐心和持续的投入,不能急于求成。要认识到从追随者到领先者,需要经历无数次的试错和迭代。
以客户为中心,以市场为导向: 模拟芯片的价值最终体现在为客户解决问题。要深入理解客户需求,提供定制化解决方案,并建立良好的技术支持和售后服务体系。
加强产业链上下游的信任和合作: 建立稳定、长期的合作关系,共同面对市场挑战,共同分享发展成果。

总结来说,追赶美国是一个系统工程,没有捷径可走。 我们需要认清自身的优势与劣势,坚定不移地走自主创新之路,同时保持开放的心态,学习和借鉴国际先进经验。这不仅是技术上的较量,更是整个国家产业体系的一次升级和重塑。相信通过不懈的努力,我们一定能在模拟芯片这个关键领域取得更大的突破,为中国集成电路产业的腾飞贡献力量。

网友意见

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检索“模拟半导体”然后翻到了这个老话题。

近两年半导体国产替代浪潮不可阻挡,但是显然模拟半导体虽然作为电子工业的基本血脉,被资本和广大吃瓜群众关注的程度却并不高。原因在于模拟半导体对于先进工艺并没有激进的需求,而且市场虽然体量巨大无处不在,奈何客户和应用种类却十分分散,也找不到值得炒作的增长爆点。

@SikyThur 已经在电源管理IC方面给出了一些科普和结论,打算在此问题下针对电源管理IC做一些补充。这篇回答只讨论电源管理IC,并不包含功率器件及其集成的模块。

本回答只针对总体产品不局和差距所在做一个概要性说明,如何追赶这个话题靠嘴是没法回答的,只能依靠国家,资本,工业界各个客户客户,和我们的广大从业者投入耐心,真心,和真金白银,依赖时间不断积累和迭代了...


电源管理IC如何分类?---由模拟半导体巨头展开


先回顾一下2020年全球十大模拟半导体巨头的生意体量,排名和市占率。

选取其中以电源管理芯片见长的若干家公司(TI ADI ST ON REN),和专注电源应用一枝独秀的MPS公司,观察各家官网对电源管理产品的分类,展示如下:

我们按照模拟半导体-电源应用-电源管理IC的思路(刨除掉功率器件),把各家巨头有重复性的产品提炼出来,再把各家的话术结合电力电子科班的定义进行重新组合,提出本文中独家的分类方式:

国际巨头和主要玩家的产品布局


按照上图的分类方式,我们列举如下主要电源管理IC厂家的产品布局。

除了文章开头提到的模拟前十厂家以外(美信已被ADI收购),后面几家为随意列举的全球知名电源管理IC厂商,排名无先后,且无特殊含义。

括号内+号后,为该公司曾经收购过的,有自身独特特色的电源IC产品的公司。

为了减少杂讯干扰,本文不整理诸如高通、博通这些,虽有小部分电源管理IC产品,但规模有限,或并非公司重点、强势产品的公司。


可以看到,除了重点同样不在电源产品上的SKYWORKS,和重点专注AC-DC应用的老牌玩家PI公司以外,其他公司都拥有非常全面的电源管理IC产品布局,几乎每一家都可以独自完全涵盖上文提到的所有产品门类。

需要注意的是,在同一产品大类下,也有高/中/低端的类别,不同公司之间的技术差距可能也较大。但此概览仍然是一个优质的参考标的,用以进一步思考国内电源管理IC厂家面临的发展局势。


国内厂家举例和产品布局特点


如下为国内(包含台湾地区)设计和销售电源管理IC的厂家举例。

仅是举例必有遗漏,但为了信息更加准确,笔者在官网亲自验证过,如下均是确有电源管理IC产品的公司。下表中包含上市公司和还未上市的公司,排名无先后。

归纳表中提到的几十家公司的产品特点,发现从产品布局的角度,大体上可分三类:

•类型1

主营非模拟类产品(如主营数模混合SoC类产品)或非电源IC产品(如主营信号链产品),但部分产品仍属于模拟的电源IC类

•类型2

主营模拟类产品(如主营功率器件产品),但电源IC产品占比非主体

•类型3

主营模拟类产品,且电源IC产品占比为主体(或全部)

总体而言,仅从技术研发和产品布局的角度出发,个人总结特点如下:

  • 厂家过于分散,年营收普遍在亿到数十亿RMB之间,尚无巨头出现
  • 除了个别公司产品门类已经较为丰富,大部分公司每一家的产品涵盖类别少,产品布局完整性亟待提高。大多数厂家仍集中在某一类,或某几类固定的应用场景,典型的如下:
  1. 消费电子中(如适配器,笔电)的USB/TYPE-C PD协议和电源生态系统
  2. 消费电子中(如手机)的通用DC-DC和有线/无线充电
  3. 消费电子和白电为主(如按摩椅,电动工具)的简单电机控制芯片
  4. 照明/白电/适配器应用中的AC-DC高压Buck,反激和同步整流控制芯片

由此可知,国内的电源管理IC围绕消费电子,照明,白电为主,对工业,汽车,通信/数据中心等应用渗透度还不太高。


国内外电源管理IC的产品形态差距


依照笔者个人对各类产品应用的理解,试图非常笼统地从产品形态(而非具体电气规格)方面总结国内和国际一线厂家的主要差距。

需要注意,提到的每一个具体的产品形态,国内并非完全没有产品提供,而是仅有屈指可数的几家该领域头部设计公司有研发能力。即便如此,和国际一线厂家的规格仍有明显差距,这表明该类产品的准入门槛依旧较高,演化为唾手可得的国产替代方案还为时尚早。

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