集成電路設計行業專業性強、復雜程度高、迭代速度快，具有較高的技術門檻。而模擬芯片的性能指標更為復雜，設計過程具有學習曲線長、輔助工具有限、高度依賴設計人員經驗與能力等特點。模擬芯片的設計過程中，溫度、噪聲、干擾等外部參數變化對性能指標的影響難以通過EDA工具實現精確仿真，同時芯片制造及封裝的繁雜工序中，各道工序的誤差都可能導致單個晶體管實際物理參數與理論模型之間產生誤差，難以精確衡量及控制。

因此，模擬芯片的設計除考慮邏輯層面的設計外，需要重點考慮系統結構和元器件參數之間的匹配及相互影響，熟悉大部分元器件的特性和不同的生產制造封裝工藝，并通過持續試錯在電路設計和制造工藝之間進行精心匹配，最終保證產品的性能參數符合預先設定的技術標準，進入本行業的技術壁壘較強。

芯片可以分為數字芯片和模擬芯片兩個大類，數字芯片主要進行邏輯運算，包括CPU、內存芯片、和各種DSP芯片等;模擬芯片主要處理模擬信號，種類細且繁。包括模數轉換芯(ADC)、放大器芯片、電源管理芯片、PLL等等。

模擬芯片是處理外界信號的第一關，所有數據的源頭是模擬信號，模擬芯片是集成的模擬電路，用于處理模擬信號。模擬信號是在時間和幅值上都連續的信號，數字信號則是時間和幅值上都不連續的信號。外界信號經傳感器轉化為電信號后，是模擬信號，在模擬芯片構成的系統里進行進一步的放大、濾波等處理。處理后的模擬信號既可以通過數據轉換器輸出到數字系統進行處理，也可以直接輸出到執行器。

一、模擬芯片的兩大主要用途

1、信號鏈-連接真實世界與數字世界的橋梁。

現實世界的信號鏈續的線性信號方式出現，比如輻射(光和顏色)、運動(位臵、速度和加速度)、聲音、壓力等，而在數字世界中信號是瞬時變化的，比如數字芯片僅能識別0伏狀態或五伏狀態，而不識別介于兩者之間的信號，因此需要由傳感器收集信號，然后模擬芯片將這類可量化的信號轉換為數字信號(0和1)，再交由數字芯片處理。主要包括三大類，即線性產品放大器等)、轉換器(ADC等)、接口。

2、電源鏈-管理和分配電源。

電源鏈產品可以提供電路保護，并為內部的各種組件提供穩定、適當的電壓和電流，其包括四大類，一是以市電AC為電源的AC/DC芯片、二是以電池DC為電源的電池管理芯片、三是通用負載解決方案(DC/DC轉換)、四是特殊負載解決方案(LED驅動為代表)。

模擬下游應用市場占比基本穩定，2020年通信(36%)>汽車(24%)>工業(21%)>消費(18%)，市場規模分別為通信201億美元、汽車135億美元、工業114億美元、消費99億美元。其中汽車近年略有提升，從2014年的20%提升到2020年的24%;消費略有下滑，從2014年的23%下降至18%。

行業格局穩定，TI、ADI為雙龍頭。TI(強于電源鏈和ADI(強于信號鏈)為模擬市場雙龍頭，2020年分別占模擬市場的19%、9%，2020年CR6=52%。模擬市場具備產品具備“常青樹”特性，加之下游應用分散，因此客戶粘性極強，行業格局穩定，行業內部的格局變化多來自于兼并收購。

二、模擬芯片特點

1、應用領域繁雜:模擬集成電路按細分功能可進一步分為線性器件(如放大器、模擬開關、比較器等)、信號接口、數據轉換、電源管理器件等諸多品類，每一品類根據終端產品性能需求的差異又有不同的系列，在現今電子產品中幾乎無處不在。

2、生命周期長:數字集成電路強調運算速度與成本比，必須不斷采用新設計或新工藝，而模擬集成電路強調可靠性和穩定性。一經量產往往具備長久生命力。

3、人才培養時間長:模擬集成電路的設計需要額外考慮噪聲、匹配、干擾等諸多因素，要求其設計者既要熟悉集成電路設計和晶圓制造的工藝流程，又需要熟悉大部分元器件的電特性和物理特性。加上模擬集成電路的輔助設計工具少、測試周期長等原因，培養一名優秀的模擬集成電路設計師往往需要10年甚至更長的時間。

4、低價但穩定:模擬集成電路的設計更依賴于設計師的經驗5與數字集成電路相比，在新工藝的開發或新設備的購置上資金投入更少，加之擁有更長的生命周期，單款模擬集成電路的平均價格往往低于同世代的數字集成電路，但由于功能細分多，模擬集成電路市場不易受單一產業景氣變動影響，因此價格波動幅度相對較小。

三、一年數字，十年模擬

與數字芯片依賴工具、軍團作戰不同，模擬芯片設計極度依賴工程師個人經驗。

從晶體管規模看，數字芯片遠大于模擬芯片，但這并不意味著模擬芯片設計難度更低。恰恰相反，數字芯片能夠通過“軍團式”作戰較快的堆疊出芯片，而模擬芯片則更依賴于工程師個人，通常一名工程師3-5年才能找到感覺，10年以上才能在某一領域擁有足夠的經驗，因此模擬工程師常被戲稱為“老中醫”。

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四、模擬芯片極度吃經驗的主要原因

?1、與數字追求運算速度與成本的平衡不同，模擬芯片需要平衡的因素很多，比如信號鏈需要考慮信噪比/失真/濾波能力/漂移/能耗/可靠性/穩定性，電源鏈需要考慮效率/精度和漂移/紋波/電磁干擾/動態響應/安全性/可靠性/穩定性。

?2、數字芯片的設計過程高度流程化，能夠使用到很多規范化的EDA設計工具、IP等。而模擬芯片實現同一功能能夠有多種路徑實現，沒有統一標準。

?3、模擬芯片寄生效應較多+同一功能的實現路徑較多A因此仿真無法覆蓋所有場景，只有通過流片后看到真是表現再做調整。

?因此模擬芯片的設計過程，是一個反復設計、驗證、迭代的過程，工程師在經驗積累過程中形成的“感性直覺”往往是不能用公式、甚至語言描述的。而這些經驗，需要實打實做過多個項目，經歷流片、封測和量產，從眾多坑中爬出來才能積累。

模擬與數模混合芯片概況

數字芯片和模擬芯片的區別

數字芯片與模擬芯片對比

數字芯片是由多個相同的單元電路組成，模擬芯片是由各個不同的單元組成。

數字芯片基本上是CMOS結構，模擬芯片由一個或多個PN結構組成。

數字芯片只能處理數字信號，而模擬芯片只能處理模擬信號，兩者不能互換。

數字芯片利用的是晶體的開關作用，模擬芯片利用的是晶體管的放大作用。

集成電路產品根據處理信號類型的不同，分為模擬芯片和數字芯片。模擬芯片主要用于處理信息參數在給定時間范圍內表現為連續的信號，即模擬信號，其特點為信號幅度隨時間連續變化，能真實、逼真地反映物理世界，模擬信號易衰減且不易存儲。

數字芯片主要用于處理模擬信號經采樣量化后得到的離散信號，即數字信號，以二進制（0/1）表示，其特點為信息參數在時間和幅度上均為離散，數字信號易存儲、不衰減，適合被高速處理。數模混合芯片中既有模擬電路又有數字電路，其中模擬電路通常是核心部分，數字電路用于控制模擬電路實現特定算法。因此，數模混合芯片通常被認為屬于模擬芯片范疇。

根據功能的不同，模擬芯片大致分為電源鏈和信號鏈兩大類。電源鏈主要用于管理電池與電能，信號鏈主要用于處理信號。電源鏈主要包括DC-DC、線性穩壓器、PMIC、LED驅動芯片等；信號鏈主要包括比較器、運算放大器、ADC、DAC、接口芯片等。

根據下游產品的應用領域的不同，模擬芯片可以分為通用芯片和專用芯片（ASIC芯片）。通用芯片的設計性能參數不會特定適配于某類應用，可以適用于各種各樣的電子系統，一般包括信號鏈路的放大器Amp、信號轉換器ADC/DAC、通用接口芯片、比較器和電源鏈路中的穩壓器等。

通用芯片產品細分品類多，生命周期長，市場穩定。ASIC芯片是指應特定用戶要求或特定電子系統的需要而設計、制造的集成電路，通常應用于專門領域的電子產品，如通信、汽車、消費電子、工業等。ASIC芯片作為集成電路技術與特定用戶的整機或系統技術緊密結合的產物，與通用集成電路相比具有體積更小、重量更輕、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增強、成本降低等優點。

由于專用性導致不同廠商的產品難以直接互相替代，ASIC芯片產品擁有更強的客戶黏度。

1什么是模擬芯片

模擬電路的構成包括電阻、電容、晶體管等，而模擬集成電路是集成模擬電路來來處理連續函數形式模擬信號(如聲音、光線、溫度等)。任何數據的源頭都是模擬信號，通過模擬信號向外界傳遞信息，用來處理模擬信號的集成電路就是模擬芯片，模擬芯片是處理外界數據的第一關。

2模擬芯片的種類

模擬芯片種類眾多，應用范圍極廣，除常見的信號鏈與電源管理類模擬芯片之外，通信領域的射頻器件、服務器領域的內存接口芯片等專用產品也屬于模擬芯片

(1)按照傳輸弱電信號和強電能量的角度分，分為信號鏈模擬芯片與電源管理模擬芯片。

信號鏈類可以劃分為線性產品、數據轉換器、接口、其它模擬芯片等

電源管理根據實現的功能可分為交直流轉換器、LED驅動器、電機驅動器、開關穩壓器、LDO線性穩壓器等，將眾多功能集成在一起電源管理模塊則為PMIC。

(2)按功能角度，模擬芯片可分為通用模擬和專用模擬

通用模擬芯片又被稱為標準型模擬芯片，它實現的功能具有可遷移性，而非面向特定的功能需求，所以適用于各種各樣的電子信息系統中。其通用性也意味著不同廠商的同一種產品具有相互替代性，包括線性產品、電源管理、數據轉換、接口芯片等產品。

專用模擬芯片是指應特定用戶要求和特定電子系統的需要而設計、制造的集成電路，專門應用于特定領域的芯片，如通信應用、汽車應用、消費電子、工業應用。

(3)模擬芯片產品分為通用標準產品SLIC和專用標準產品ASSP。

3模擬芯片全球前十大廠商

(1)TI德州儀器：(美國)成立于1930年，是世界第一大數字信號處理器和模擬半導體組件制造商。主營運算放大器，電源管理芯片等

(2)ADI亞德諾：亞德諾(美國)擁有業界領先的模數轉換器ADC以及數模轉換器DAC產品組合，能夠覆蓋所有主要應用領域和行業，是全球數據轉換器龍頭。主營數據轉換器、放大器和線性產品、射頻(RF)IC、電源管理產品等

(3)Infineon英飛凌：英飛凌(德國)是全球十大半導體制造商之一，是電源管理行業的領先供應商，提供各種半導體解決方案。主營汽車系統芯片、靜電放電(ESD)與浪涌保護等

(4)ST意法半導體：意法半導體集團于1987年由意大利的SGS微電子公司和法國Thomson半導體公司合并而成，大部分模擬IC銷售目標是運動控制、自動化和能源管理應用。主營電機驅動芯片、高壓驅動芯片、智能電源開關、電力線通信IC等

(5)Skyworks思佳訊：思佳訊解決方案(美國)是一家無線半導體公司，是手機射頻領域領軍企業，設計并生產應用于移動通信領域的射頻及完整半導體系統解決方案。主營射頻及無線半導體解決方案、放大器、衰減器等

(6)NXP恩智浦：恩智浦(荷蘭)創立于2006年，其前身為飛利浦公司于1953年成立的半導體事業部。公司是全球功率放大器的主要供應商之一。主營音頻放大器、能源管理、射頻等

(7)Maxim美信：美信(美國)致力于為客戶設計、開發、生產和銷售一系列的線性和混合信號集成電路，面向四大終端市場：工業，通信，消費者和處理器。主營電源管理、模擬信號、接口等

(8)ONSemi安森美：安森美半導體(美國)是一家寬頻和電力管理集成電路和標準半導體的供應商，是全球高性能電源解決方案供應商。主營高能效電源管理、模擬、傳感器等

(9)Microchip微芯科技：微芯科技(美國)是全球領先的單片機和模擬半導體供應商，為全球數以千計的消費類產品提供低風險的產品開發、更低的系統總成本和更快的產品上市時間。主營單片機、存儲器、電源管理芯片等

(10)Renesas瑞薩：瑞薩(日本)是全球領先的微控制器供應商、模擬功率器件和SoC產品的領導者，為汽車、工業、基礎設施及物聯網等各種應用提供綜合解決方案。主營微控制器、功率金屬氧化物半導體場效應晶體管、混合信號集成電路(IC)等

模擬芯片產業概況

模擬芯片行業是半導體產業的重要分支。根據WSTS的統計，全球模擬芯片市場規模從2003年的268億美元增長到2021年的741.05億美元，2021年全球模擬芯片市場規模占全球半導體整體市場的13.33%，占全球集成電路市場的16.01%。

根據Frost&Sullivan的統計數據，2021年中國模擬集成電路市場規模達到3,056.3億元。近年來，雖然本土模擬芯片廠商陸續崛起，部分高端產品領域甚至超過世界先進水平，但目前中國模擬芯片自給率僅為12%，未來仍存在較大國產替代空間。

模擬芯片行業的特點

（1）產品生命周期長，豐富的產品線是重要競爭要素之一

與數字芯片追求運算效率與成本不同，模擬芯片評價標準重點在于電路速度、分辨率、功耗、信噪比、穩定性等指標，終端客戶對產品認證的過程更復雜、周期更長，最終達標產品的生命周期也更長。數字芯片通常在1-2年后即會被更高工藝產品替代，而模擬芯片一般生命周期在5年以上，部分模擬芯片的生命周期可以超過10年。

同時，模擬芯片種類繁雜，根據功能可以劃分為信號鏈和電源鏈兩大類，根據下游用途又可以分為通用模擬芯片與專用模擬芯片，不同產品有不同的性能指標，適用于不同的應用需求。因此，對于模擬芯片廠商來說，豐富的產品線種類能夠滿足下游客戶不同需求場景，為關鍵的競爭要素。以全球模擬芯片龍頭德州儀器為例，其目前擁有超過8萬種產品。

國內模擬芯片廠商的產品目錄近年來增速相對可觀，但總量與全球龍頭相比仍處于劣勢。

（2）下游應用領域廣泛且分散，聚焦細分領域是普遍策略

模擬芯片產品種類繁多，功能齊全，廣泛應用于通信、工業、汽車電子、消費電子以及政企系統等領域中，在不同的領域中又有許多細分的下游賽道。

例如，通信領域中的無線基礎設施及有線網絡，汽車領域中的駕駛輔助和動力系統，工業領域中的航空航天、醫療設備和工業自動化，消費領域中的計算機、手機和平板電腦，政企系統中的各類服務器等。另外，不同終端客戶對于芯片的精度、速度、功率、線性度和信號幅度能力方面的需求千差萬別，許多產品往往僅針對特定客戶和應用進行高度定制，因此下游客戶非常分散。

由于下游應用領域廣泛且分散，單一廠商難以覆蓋所有細分市場，模擬芯片行業競爭格局較為分散。因此，聚焦細分領域是模擬芯片企業普遍采用的商業策略，即便是全球龍頭廠商也呈現出顯著的專業特色：德州儀器是電源管理和運算放大器領域的龍頭企業；亞德諾在數據轉換器領域領先多年；英飛凌、恩智浦是著名的汽車電子廠商；思佳訊則專注于射頻領域。中國模擬芯片行業起步較晚，大部分上市公司成立于2000年-2010年。與全球頭部廠商相比，國內廠商尚處于發展初期，產品布局更加聚焦于細分賽道。在細分賽道取得優勢后通過內生或外延方式逐步擴充產品線是我國模擬芯片企業發展的典型方式。發行人在成立初期聚焦于以電子霧化終端為代表的個人消費電子領域，并逐漸擴展至以電視、機頂盒、智能掃地機器人等為代表的智能家居領域，以路由器為代表的網絡通信領域，以安防監控攝像頭為代表的工業控制領域等。

（3）產品設計門檻高，人才是重要競爭要素

模擬芯片性能指標復雜，設計環節具有輔助工具少、經驗要求高、操作非標準、多學科復合、測試周期長等特點。模擬芯片在設計過程中需要重點考慮系統結構和元器件參數之間的匹配及相互影響，以保證實現低噪聲、低失真和良好的電流放大及頻率功率特性等；同時，由于模擬芯片生產工藝的多樣化，設計人員需要熟悉大部分元器件的特性和不同的生產制造封裝工藝，且在設計過程中需要實時關注功耗、增益及電阻等參數變化，通過持續試錯在電路設計和制造工藝之間進行精心匹配。此外，模擬芯片的設計過程中可以借助的EDA工具遠少于數字芯片設計，因此對設計人員自身的設計經驗要求較高。

優秀的模擬設計工程師一般需要10年以上的設計經驗。目前全球的模擬設計工程師相對短缺，因此擁有一定數量優秀模擬設計工程師的企業將構建強大的技術壁壘。

（4）外延并購是模擬芯片廠商發展的重要途徑

由于模擬芯片產品相對較高的設計難度及相對較長的研發與驗證周期，外延并購為模擬芯片廠商快速積累核心技術、拓展客戶的重要途徑。

全球龍頭廠商德州儀器、亞德諾等均通過持續的并購與整合快速提升競爭力并擴大市場份額。以2020年亞德諾209億美元收購美信為例，亞德諾原先的下游客戶主要分布在通信、工業和數字醫療領域，而美信的客戶主要分布在汽車和企業數據中心領域，亞德諾通過本次并購，迅速獲得了美信在相關領域的核心技術與市場。近年來模擬芯片行業并購事件頻發，模擬芯片企業紛紛通過并購實現規模擴張或產品線擴充。

模擬芯片行業的發展趨勢

（1）行業整體規模持續增長

模擬芯片產品品類繁多，生命周期較長，下游應用領域極其廣泛。因此，與數字芯片相比模擬芯片行業周期性較弱。近年來受益于PC、通信、可穿戴產品、AIoT設備等電子設備的品類和市場容量的擴張，模擬芯片的市場規模總體呈擴張趨勢。根據WSTS統計，全球模擬芯片市場規模從2003年的268億美元增長到2021年的741.05億美元。根據WSTS預測，2022年全球模擬芯片市場規模預計將達845.39億美元，同比增長14.08%。

未來隨著物聯網、人工智能、新能源汽車、云計算、大數據、無人駕駛、車聯網、5G通訊、智能安防等新興應用領域需求的爆發，全球集成電路產業有望在中長期持續維持高景氣度。特別是汽車電動化、智能化的趨勢，以及工業能源類節能降耗需求將引發模擬芯片的升級迭代。根據ICInsights預測，2021年至2026年模擬芯片市場規模將保持11.8%的復合增長率。

（2）自給率將持續提升

作為全球模擬芯片第一大市場，我國模擬芯片自給率雖在近年有所提升但仍然偏低。根據中國半導體行業協會統計，2020年中國模擬芯片自給率僅為12%，相比2017年提高6個百分點。從競爭格局來看，國內模擬芯片市場第一梯隊仍然是以德州儀器、亞德諾等為代表的歐美企業，部分國內企業近年來通過競爭力提升進入第二梯隊，但整體競爭力相比第一梯隊仍有差距。

在政策支持、高額投資、工程師紅利、國內需求快速增長等一系列有利因素的促進下，中國半導體產業有望保持快速發展勢頭，自給率持續提升。需求方面，由于2018年以來中美貿易摩擦加劇，終端廠商考慮供應鏈安全問題，紛紛尋求國產替代芯片產品。中國模擬芯片企業背靠最大的電子設備生產及需求市場，有望持續受益于產業鏈國產替代趨勢。

供給方面，國內模擬芯片廠商研發與創新更多側重于針對應用場景進行優化，符合模擬芯片場景專用化的發展趨勢。隨著近年來具有綜合能力的海外優秀工程師不斷回流，國內模擬工程師整體技術能力迅速提升，具備了集成化、定制化設計的先決條件，國內廠商逐漸從國外系統產品的簡單模仿轉為自主研發創新的階段，未來出貨量有望持續放大。

（3）技術將向高集成、低功耗、高可靠、行業定制等方向發展

個人消費電子和智能家居等領域產品功能的不斷豐富、工業控制及汽車領域對節能環保需求的不斷提升，對應用終端的外形、體積、續航時間、功能性、復雜程度、能耗等方面提出了更高的要求，從而要求模擬及數模混合芯片具有更高的集成度、更小的面積、更高的可靠性、更高的效率。

同時，隨著通用型芯片競爭的加劇，面向特定的行業應用進行定制研發，提升芯片與電子系統的適配度成為模擬及數模混合芯片企業實現差異化競爭的重要途徑。本土具備較強實力的公司在面向行業應用進行定制化研發的道路上已取得一定的成果。

（4）設計環節與工藝環節的耦合度將持續提升

模擬及數模混合芯片下游應用廣泛且多樣化，代工的標準化程度較數字芯片低，因此需要設計環節與工藝環節的深度結合。一方面，工藝平臺中工藝器件的多樣化與特色化將影響芯片產品的功耗、成本和良率等重要指標；另一方面，模擬芯片的設計受工藝制約，高標準的設計需要工藝匹配實現。

為強化設計環節與工藝環節的配合，全球模擬及數模混合芯片龍頭廠商多采用IDM模式，如德州儀器、亞德諾等。IDM模式有利于從設計到制造到封測的全流程技術改進，實現設計與工藝協同優化；同時可快速響應設計需求、驗證特色工藝，提高產品的研發效率。

但IDM模式對前期資本投入要求較高，目前大部分模擬芯片廠商采用Fabless模式，將晶圓制造、封裝測試等工藝環節委托給第三方晶圓廠和封測廠。為提升設計環節與工藝環節的耦合，部分優秀Fabless廠商在工藝技術、封測技術等方面具有較強積累，通過與晶圓廠及封測廠合作定制開發特定工藝平臺、合作投資建設產線等方式，積極打造虛擬IDM模式，代表廠商為MPS和矽力杰。

行業機遇與挑戰

行業發展機遇下游市場需求旺盛

模擬及數模混合芯片面向的下游應用領域廣泛，包括智能手機、平板電腦、TWS耳機、智能音箱、數碼相機等個人消費電子產品；電視、機頂盒、智能掃地機器人、智能門鎖、智能家電等智能家居產品；路由器、交換機、基站等網絡通信類產品；汽車、軌道交通、智能電網、數控機床、無人機、攝像頭、儀器儀表、電動工具、儲能等工業控制產品，涵蓋國民經濟的各主要領域，市場空間巨大，且受單一產業波動的影響較小。

隨著消費領域產品的持續普及與技術迭代、工業領域自動化與智能化程度的不斷提升、以及5G通訊、云計算、大數據、物聯網、人工智能等新興技術的不斷成熟，下游應用領域將長期維持高景氣度，從而保持對模擬及數模混合芯片的強勁需求，模擬及數模混合芯片廠商面臨廣闊的市場空間與長期向好的市場前景。

國產替代趨勢明顯

中國為全球最大的半導體消費國家，但自給率仍然處于較低水平，依賴進口的現象較為嚴重。根據海關總署的數據，集成電路產品的進口額從2015年起已連續八年位列所有進口商品中的第一位，2022年集成電路產品的進出口逆差達到2,616.6億美元，進口替代空間巨大且需求急迫。

同時，在全球集成電路行業第三次產業轉移中，中國大陸在全球產業格局中所占比重逐步提高，國內集成電路產業鏈不斷完善。制造端，中國已建和在建的6至12英寸晶圓產線投資上百億美元，全球巨頭臺積電、聯電、海力士等紛紛在中國大陸投資建廠，中芯國際、華虹NEC、華潤上華等本土晶圓制造廠商也在積極擴大產能；封測端，國內的長電科技、通富微電、華天科技等廠商技術已達到國際先進水平。產業鏈的逐步成熟為中國集成電路行業的發展創新打造了堅實的基礎。

巨大的國產替代空間和良性的產業環境下，國產替代趨勢明顯加速，擁有自主創新技術和核心競爭力的本土集成電路廠商將面臨良好的發展前景。

審核編輯：劉清