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中国集成电路的机会在哪里?
发布日期:22019-11-08 18:10:51  浏览[1230]次

资料来源:《华融证券》内容。分析师:庞李咏,谢谢你。

根据集成电路的不同功能,集成电路可以分为四种类型:模拟芯片、存储芯片、逻辑芯片和微处理器。

模拟芯片(Analog chip)是一种处理光、声音、速度和温度等连续自然模拟信号的芯片。

按技术类型分类:线性芯片、模数混合芯片;应用分类可分为标准模拟芯片和特殊应用模拟芯片。

存储芯片是指使用电能存储信息的半导体介质器件。它的存储和读取过程体现在电子的存储或释放上。

逻辑芯片是一种传输和处理用来表示二进制数的离散信号的电路。它分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。

微处理器是由一个或几个大规模集成电路组成的中央处理单元。这些电路执行控制部分和算术逻辑部分的功能。

中国集成电路设计的全球市场份额上升至13%

半导体行业有两种商业模式:idm模式和垂直分工模式。

Idm模式是指一家公司可以独立完成设计、制造、包装和测试的所有方面,如英特尔、美光、ti等。

随着半导体行业专业化程度的不断提高,半导体设计、制造、封装和测试被分离开来,形成了垂直分工的模式。例如,海斯、TSMC、月光、厂甸科技等。集成电路设计公司在垂直分工模式下被称为无工厂。

根据icinsights的报告,2018年,全球集成电路设计总产值达到1094亿美元,增长8%。其中,美国占全球市场份额的68%,居世界第一。台湾市场份额约为16%,中国大陆市场份额为13%。这两个人并列第二和第三。

根据digitimes数据,2018年,在全球十大ic设计公司(无晶圆厂)中,有6家美国公司、3家台湾公司和1家中国大陆公司。

经过多年发展,2017年中国集成电路设计行业销售额超过封装测试行业,成为集成电路行业最大的子行业。

2018年,中国集成电路设计行业销售额为2519.3亿元,同比增长21.5%,但增速低于去年的26.1%。

全球模拟芯片市场稳步增长

模拟芯片主要用于处理模拟信号的放大、混频和连续电压调制。

两大类产品是信号链产品和电源管理芯片,主要包括各种放大器、模拟开关、接口电路、无线和射频ic、数据转换芯片、各种电源管理和驱动芯片等。

根据icinsights的报告,2018年全球模拟ic行业的销售收入为588亿美元,同比增长10.8%。全球十大模拟芯片制造商销售额达到361亿美元,同比增长9.4%,占模拟ic行业的61.5%。

从收入规模来看,ti在模拟ic行业一直占据着稳固的领先地位。2018年,公司模拟集成电路收入为108亿美元,比上年增长9亿美元。然而,第二代adi的模拟ic收入为55亿美元,仅为ti的一半左右。

从下游应用来看,模拟集成电路主要应用于网络通信、消费电子、汽车电子、工业控制、计算机等领域。

根据前瞻性经济研究所的数据,网络通信领域是对模拟集成电路应用需求最大的领域。展望未来,预计2019年,网络通信行业的需求将占38.5%,汽车电子行业将占24%,工业控制行业将占19%,消费电子行业将占10.2%。

据统计,到2022年,全球模拟芯片市场将达到748亿美元。其中,电源管理ic、专用模拟芯片和信号转换器元件等产品将成为模拟ic市场增长的主要驱动力。

随着5g时代的到来,物联网和通信对射频设备的需求不断增加,推动射频设备进入快速发展时期。

根据约尔的报告,整个射频设备的市场规模从2017年的150亿美元增加到2023年的350亿美元,六年内复合年增长率为14%。

滤波器是射频设备市场上最大的业务部门。新天线和多载波聚合推动了对滤波器的更多需求。

约乐预计,其市场规模将从2017年的80亿美元增至2023年的225亿美元,年均复合增长率为19%。

中国正在存储器芯片市场取得快速突破。

2019年,存储市场仍然显示出微弱的需求。Nandflash价格和dram价格继续下跌。截至6月28日,2019年上半年消费类nandflash的价格指数下降了32%,ssd、emmc等产品的价格也下降了30%以上,闪存卡产品甚至下降了35%。

Dram制造商的表现继续跟随产品价格的下降。2019年第二季度,三星净利润为5.18万亿韩元,同比下降53.1%。美光的净利润为8.4亿美元,同比下降78%。Sk Hynix的净利润为0.54万亿韩元,比上个月下降51%。

在内存芯片市场,存在典型的寡头垄断模式。

在dram市场,三星、海力士和广美占据了96%的市场份额。在nand闪存市场,三星、西方数据/东芝、美光和海力士占据了93%的市场份额。

2016年,中国长江仓储、合肥长新和福建金华仓储项目将陆续启动。由于美国的技术禁令,福建金华的发展停滞不前。

目前,长江仓储专注于南闪存的开发。2019年9月,长江存储将开始大规模生产基于xtacking架构的64层256gbtlc3dnand闪存,以满足固态硬盘和嵌入式存储等主流市场应用的需求。合肥长信专注于dram开发,预计公司的8gblpddr4存储器将于2019年底正式量产。

根据长江仓储公司和合肥长新公司的投资计划,长江仓储公司的一期产品为3个月,预计到2020年每月生产30万件。到2030年,将完成每月100万件的生产规模。

合肥长信预计到2019年底达到2万台/月的生产能力,并计划在2020年开始建设第二座工厂。2021年,完成了17nn的研发。

由于下游智能手机、人工智能、数据中心、汽车、物联网和其他应用的不断扩张,dram和nand为主的存储芯片将继续高速增长。前瞻经济研究所预测,从2017年到2021年,dram需求的复合年增长率将达到20%,nand需求的复合年增长率将达到40-45%。

逻辑芯片-fpga市场呈现寡头竞争格局

现场可编程门阵列(FPGA)是指通过软件手段改变和配置器件内部连接结构和逻辑单元以完成设计功能的所有数字集成电路。

与asic和dsp相比,fpga可以随意定制内部逻辑阵列,并可以在用户现场进行实时编程,修改内部硬件逻辑,从而实现任何逻辑功能。这是asic和dsp无法做到的。

在fpga市场,xilinx和英特尔(altera)拥有双头垄断地位。2018年,全球fpga市场规模约为60亿元,其中xilinx的收入为29亿美元,英特尔(altera)的收入为21亿美元。这两家公司占据了80%以上的市场份额。

Xilinx和英特尔(altera)拥有6000多项fpga相关专利,构成了一个高技术壁垒。

据mrfr报告,2013年全球fpga市场为45.63亿美元,2018年全球fpga市场为63.35亿美元。2025年,mrfr预计全球fpga市场将达到125亿美元。

从下游应用的角度来看,2017年,fpga在通信、消费电子、汽车、工业和数据中心领域的市场规模分别为23.5亿美元、13.2亿美元、9.5亿美元、7.4亿美元和4.4亿美元。

Mrfr预测,到2025年,通信、消费电子、汽车、工业和数据中心领域的市场规模将分别增长到44亿、27.7亿、25.1亿、117.0亿和11.3亿美元。其中,汽车行业增速最快,8年来年均复合增长率为13.1%。

集成电路制造业——一种超强的竞争格局

半导体制造市场——TSMC占据主导地位

晶圆制造是一个技术密集型和资本密集型行业。晶片制造商需要巨大的研发投资和资本支出来获得最先进的工艺。

过去五年,TSMC在半导体技术研发和生产方面投资500亿美元,2019年资本支出也超过100亿美元。巨额资本投资导致了晶圆制造业的寡头竞争,TSMC占据了约50%的市场份额。

随着集成电路设计和制造的垂直分工越来越明显,全球铸造行业的规模不断扩大。

根据cinnoresearch的数据,2018年全球铸造市场为642亿美元,比2017年增长4.5%。TSMC的市场份额达到53.3%,而前五大铸造制造商的市场份额为83.1%,高于去年。

主要晶圆厂的工艺节点

目前,TSMC的7纳米和7纳米增强型制造工艺已经进入量产阶段。根据工艺规划,TSMC的5纳米技术将于2019年开始试生产,3纳米技术将于2021年进入试生产阶段。

在先进的制造工艺方面,三星与TSMC并驾齐驱。三星7纳米euv工艺已经量产,5纳米和3纳米工艺技术计划与TSMC同步推出。

英特尔目前正在大规模生产10纳米工艺技术。根据计划,英特尔将于2021年推出7纳米产品,2022年推出5纳米产品。

与TSMC、三星和英特尔对先进制造工艺的积极态度相比,格罗方德、UMC和SMIC等原始设备制造商企业的先进制造工艺发展滞后。

2018年8月,UMC宣布不再投资12纳米以下的先进技术。格罗方德宣布无限期暂停7纳米工艺的投资计划。两家合同制造商退出了先进制造工艺的竞争。

SMIC建国后期,先进制造工艺发展迅速。公司于2015年成功批量生产28纳米工艺,14纳米工艺于2019年上半年开始进入客户风险批量生产,并开始对7纳米工艺进行相应的布局。

未来几年,中国大陆的晶圆产能将继续快速增长。

据icinsights统计,截至2018年底,中国台湾地区晶圆厂月生产能力达到421.6万台,市场份额21.8%,居世界首位。紧随其后的是韩国,月生产能力为403.3万片。

近年来,中国大陆建设了大量晶圆厂,产能大幅提高。中国大陆晶圆厂月生产能力达到236.1万台,市场份额为12.5%。

根据semi发布的一份报告,预计到2019年底,全球将新建15个晶圆厂,总投资380亿美元。未来每月将增加740,000多片晶圆,其中大部分由晶圆代工生产,占37%,其次是存储和微处理器,分别占24%和17%。2020年,全球将有18家新工厂,生产后每月新增产能110万台。其中,晶圆代工占35%,仓储占34%。

根据亚洲化学咨询公司的数据,中国大陆已经在12英寸晶圆厂投资了数千亿美元。未来,SMIC、华虹、紫光集团、合肥长新、心悦、三星、石兰卫等10条12英寸生产线将投产。

至于8英寸生产线,中国大部分8英寸晶圆厂已经运营多年,但仍有SMIC、吉它半导体、盖柯微电子、纳威科技、施兰威等10条生产线在扩建和建设中。

集成电路封装行业——先进封装拓展市场空间

先进的包装技术发展到轻巧

该集成电路封装保护芯片免受物理、化学等环境因素的损坏,提高芯片的散热性能,并通过端口实现芯片与外部电路的连接。

在小型化和多功能的驱动下,封装技术不断进步。倒装芯片焊接(fc)、晶片级(wlp)和三维(3d)封装技术继续出现。

三维封装技术可以使芯片在三维方向上达到最大密度,这将大大提高芯片速度和低功耗性能,使其成为延续摩尔定律的最佳选择。

根据约尔的数据,倒装芯片在先进封装市场处于领先地位。倒装芯片在2018年占先进封装市场的81%,但随着3d堆叠和扇出封装的增长,倒装芯片的市场份额预计到2024年将降至72%。

晶圆级封装(Wafer Level Package,wlp)一般是指直接在晶圆上测试大部分或全部封装,然后将其切割成单个组件的过程。

Wlp封装具有封装尺寸更小、电气性能更好的优点。目前,wlcsp、扇出、嵌入式、3dwlcsp、3dic、2.5数据处理器等先进封装技术大多与晶圆级封装技术有关。

目前,高密度tsv技术和扇出扇出技术因其灵活性和高密度而成为先进封装的核心技术,适合系统集成。

3d堆叠技术

三维堆叠技术(3d stacking technology)是一种三维堆叠处理技术,通过堆叠技术或微机械处理技术(如通过互连)将具有不同功能的芯片或结构集成到三维集成、信号通信、晶圆级、芯片级、硅帽封装等Z轴方向的封装和可靠性技术中。

与传统的将所有模块放在一个平面层的二维芯片相比,三维芯片允许多层堆叠,tsv是三维芯片堆叠技术的关键。Tsv工艺主要包括形成微孔的深硅蚀刻、绝缘层/阻挡层/种子层的沉积、深孔填充、化学机械抛光、减薄、焊盘制备和再分布线制备。

扇出扇出包装技术市场快速增长。

晶圆级封装主要分为扇入型和扇出型。传统wlp封装主要采用扇入式,适用于引脚较少的集成电路。然而,随着引脚数量的增加,扇出封装的应用越来越广泛。

2016年,TSMC的信息技术应用于苹果a10处理器,随后的a11、a12和a13处理器都采用了信息技术封装。扇出包装技术已经成为先进包装技术的主流。它可用于封装消费类设备芯片以及工业和汽车芯片。

根据yole的预测,扇出包装的市场规模到2017年将达到14亿美元,到2022年将达到23亿美元,年复合增长率为20%。

全球先进包装技术的市场规模

根据约尔的预测,移动和消费电子占据了先进包装市场的大部分市场份额,2018年市场份额为84%。电信和综合设施的市场份额很低,只有6%。汽车和运输的市场份额是9%。从2018年到2024年,电信和基础设施行业将保持28%的复合年增长率,而移动和消费电子行业将以5%的较慢速度增长。

下游地区的高速需求推动了先进包装市场的强劲表现。2018年全球先进包装市场规模约为280亿美元,到2024年全球先进包装市场将达到440亿美元,年复合增长率为8%。

中国领先的密封测试企业拥有先进的包装技术

据数字化研究数据显示,2018年全球密封计量行业产值为311亿美元,同比增长7.5%。

在世界十大制造商中,畅达科技、华天科技和通福微动力位列其中。近年来,长电科技收购了兴凯金鹏,通福微动力收购了魏超,华天科技收购了优信,使得国内oem厂商获得了先进的包装技术,并迅速拓展海外市场。

常典科技的封装产品主要包括qfn/dfn、bga/lga、fcbga/lga、fcol、sip、wlcsp、凸点、mems、扇出、pop、pip和许多系列传统封装sop、sot、dip、to等。公司在高端封装技术(如fan-outewlb、wlcsp、sip、bump、pop等)方面与国际先进同行并行发展。)并可实现大规模生产。

华天科技的包装产品主要包括dip/sdip、sot、sop、ssop、tssop/etssop、qfp/lqfp/tqfp、qfn/dfn、bga/lga、fc、mcm(mcp)、sip、wlp、tsv、凸点、mems、扇出等系列。

先进封装:公司平面多芯片系统封装技术和3d硅基扇出封装技术研发,产品产业化进展顺利;FPGA+闪存多芯片封装实现批量生产,3D扇出技术产品完成工艺验证,晶圆级凸点技术实现16/14纳米节点芯片的批量生产。

先进的包装能力,如颠簸和wlp有条件和能力接受批量订单。Unisem拥有先进的封装技术和生产能力,如凸点、sip、fc和mems。

*免责声明:这篇文章最初是作者写的。这篇文章的内容是作者的个人观点。重印半导体行业观察只是为了传达不同的观点。这并不意味着半导体行业观察同意或支持这一观点。如果您有任何异议,请联系半导体行业观察。

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