国产芯片“智”胜未来

作为信息技术产业的基础性支撑，芯片行业的发展对于国计民生至关重要，无论是全球化受阻，还是科技强国战略的实施，都需要国产芯片奋起直追，大步进位。

1、国产替代：提升研发投入是关键

长期以来，中国核心芯片主要依赖进口。如今，国产芯片产业发展逐渐成为中国制造的重中之重。预计2020年，国内芯片自给率要达到40%，2025年则要达到70%。然而，根据中国半导体协会与国家统计局统计数据，自2013年至2017年，中国芯片产量增速在波动中仅为15%。

在广阔的市场发展空间与政策资金加持下，半导体国产替代迎来了前所未有的历史机遇。

根据CVSource投中数据，近5年来，国内的芯片投融资数量与金额几乎逐年递增，总融资规模达到千亿规模。其中，2018年，芯片行业的投融资数量高达260，成为5年之最，融资规模为451.84亿元，占据总规模的近50%。

芯片制造是典型的资本密集型行业，作为具有高技术含量的重资产业务，需要投入的资金量巨大。半导体行业观察从国内顶尖半导体公司营收与研发费用着手，对比了国内与国外领先者的差距，这也正是国内公司可以奋起直追的方向。

2、晶圆代工厂

在晶圆代工领域，台积电是绝对的王者。有报道指出，台积电为保持先进制程，近十年来研发投入强度不断攀升，近10年研发营收比平均为 7%，高于多数可比公司。并且在近十年来，台积电毛利率一直维持在50%左右。对比中国台湾，中国大陆晶圆代工条件正逐步完善但差距尚存。但从整体上来看，市场占比依旧较小。

3、芯片设计

根据中国半导体行业协会统计数据，2019年我国集成电路设计业销售额首次突破3000亿元大关，并已经超过芯片制造及封装测试业，在全球集成电路市场的份额第一次超过10%。

芯思想研究院数据显示，2019年全球半导体公司研发支出有20家超过10亿美元，合计达到563亿美元。在这其中，有三家中国半导体公司入榜前十位。分别是台积电、华为海思、联发科。三家公司研发投入合计约75亿美元，较2018年增长21%。

4、封装测试

在我国集成电路产业链中，封装测试业是唯一能够与国际企业全面竞争的产业，长电科技、通富微电、华天科技等三大封测厂合计全球市占率超过 20%，具备全球竞争力。

华泰证券称，中国大陆IC封测企业未来有望将重心从通过海外并购取得高端封装技术及市占率，转而聚焦在开发扇出型及 SiP(系统级)等先进封装技术，并积极通过客户认证来向市场显示自身技术，提高市场竞争力。

5、半导体设备

2019年全球半导体设备市场约576亿美金，大陆地区约130亿美金，占比约22.4%，仅次于中国台湾的27%，高于韩国的18%。2019年泛半导体设备国产率约16%，IC设备国产化率约5%。

半导体设备国产化率较低，产品供应主要被应用材料、泛林、东电、ASML和科天等厂商占有。他们能获得这样的地位，与他们一直以来坚持的高投入研发有关。

通过对比三家刻蚀设备国际龙头与中微半导体的财务数据发现，中微半导体作为新兴的设备公司，与国际巨头的差距主要体现在规模上。公司研发费用投入占比为 21.8%，高于竞争对手，虽然规模有一定差距，但仍有非常大的成长空间。

6、半导体材料

半导体材料作为半导体行业的最下游，对于半导体领域的发展有着牵一发而动全身的影响。

半导体材料市场处于寡头垄断局面，国内产业规模非常小。相比同为产业链上游的半导体设备市场，半导体材料市场更细分，单一产品的市场空间很小，所以少有纯粹的半导体材料公司。

半导体材料往往只是某些大型材料厂商的一小块业务，但由于半导体工艺对材料的严格要求，就单一半导体化学品而言，仅有少数几家供应商可以提供产品。以半导体硅片市场为例，全球半导体硅片市场集中度较高，产品主要集中在日本、韩国、德国和中国台湾等发达国家和地区，中国大陆厂商的生产规模普遍偏小。

半导体材料领域具有难以跨越的技术壁垒，护城河高，国内半导体材料厂商想要赶上非常困难，但差距正在不断缩小。

分析这些企业发现，对于集成电路产业而言，保证研发投入是企业能够入场的前提。但是，正如英特尔每年花费超过800亿人民币、台积电每年花费超过140亿人民币研发费用去维持他们的先进性一样，想要成为头部厂商，必须要砸钱。同时，研发费用只是一部分，人才，技术等都缺一不可。未来，芯片的国产替代还有很长的路要走。

7、dToF开启无限可能

今年3月，苹果在新款iPad Pro上配备“激光雷达扫描仪”引发了外界的极大关注。目前，激光雷达(LiDAR)技术仍是自动驾驶汽车领域的关键技术，但高性能光电传感器芯片研发也已与之产生交集。

根据苹果官方的介绍，新款iPad Pro所配备的激光雷达扫描仪是“通过测量光触及物体并反射回来所需的时间，来确定距离。特制的激光雷达扫描仪利用直接飞行时间(dToF)，测量室内或室外环境中从最远五米处反射回来的光。它可从光子层面进行探测，并能以纳秒速度运行，为增强现实及更广泛的领域开启无尽可能。”

iPad Pro上所搭载的激光雷达(Light Detection And Ranging)其实和手机上采用的ToF摄像头都属于雷达技术，以飞行时间距离(Time of Flight，飞行时间)捕捉3D图像。

不同之处在于，新款iPad Pro所采用激光雷达扫描仪采用的是dToF(direct time of flight，直接测量飞行时间)技术，而目前手机上所采用的3D TOF模组则是基于iToF(indirect time of flight，间接测量飞行时间)技术。那么二者有何区别呢?

芯智讯指出，根据“大话成像”的介绍：iToF和dToF的区别，首先从发出信号来看，dToF是单个脉冲，iToF多是正弦波。此外，iToF和dToF在sensor和算法上也有不小的区别。

灵明光子成立于2018年，致力于应用国际领先的单光子探测器技术，研发及制造高性能光电传感器芯片。公司总部位于深圳南山，并在美国硅谷设有研发中心。公司主要研发高效率单光子探测器(SPAD)的大规模集成芯片，目前主要有两条产品业务线：适用于高性能激光雷达光子接收方案的硅光子倍增管(SiPM)和适用于消费级电子产品的SPAD成像传感器(SPADIS)及整体dToF解决方案。

灵明光子CEO贾捷阳认为，单从技术方面看，dToF取代iToF存在很强的逻辑必然性。现在iToF实际应用中暴露出三个自身难以解决的问题：一是全系统能耗太大(因为采用连续波或宽脉冲激光)，二是准度易受干扰(如透明物体干扰、多光路干扰、反射率对比度干扰)，三是抗环境光能力差限制了户外应用。这三个问题显著限制了iToF的应用。

而dToF则从根本上解决了以上三个问题，实际应用的性能天花板要远高于iToF。然而任何一项新技术的发展都不只取决于技术原理，产业链的成熟度、全产业链成本、可靠性等因素以及市场的宏观局势都会影响技术演进。当前的dToF产业链成熟度尚不如iToF，因此未来dToF是否取代iToF会取决于很多因素。3D ToF的应用场景非常多，对于某些特定应用场景，iToF跟dToF也会各自有一些优势。

8、消费类、汽车类产品线并驾齐驱

苹果新款平板电脑iPad Pro搭载了基于dToF(直接飞行时间法)原理的激光雷达，该dToF传感器由索尼(Sony)为苹果定制生产，基于SPAD(单光子雪崩光电二极管)阵列，分辨率达到3万像素，相比意法半导体(STMicroelectronics)的256像素和艾迈斯半导体(ams)的128像素，直接将dToF传感器功能从“简单测距”跨越至“距离成像”。

苹果新款iPad Pro激光雷达中的SPAD探测器、VCSEL及其驱动芯片

在单芯片上集成SPAD阵列和测距电路的光电探测解决方案，可实现低激光功率下的远距离探测能力，降低整体系统的功耗和成本，以及减小体积。但无论是对设计能力，还是对制造工艺和封装技术，要求都非常高，因此，全球具有上述综合能力的厂商寥寥无几。据麦姆斯咨询调研，在中国能提供此技术的设计企业可谓凤毛麟角，灵明光子便是其中的佼佼者。

据麦姆斯咨询，单光子探测技术在当前和未来有巨大的发展前景，灵明光子专注于高效率单光子探测芯片的开发，目前面向消费类和汽车类应用分别布局了相关产品。灵明光子CEO贾捷阳介绍，灵眀光子目前有两条产品线：一是硅光子倍增管(SiPM)，主要面向激光雷达客户，旨在取代目前在各种激光雷达上广泛采用的雪崩光电二极管(APD);二是单光子图像传感器(SPADIS)，主要面向消费电子客户，也就是业界俗称的“dToF”芯片，未来会逐渐替代现在已经普及的“iToF”芯片。

灵眀光子已经有成熟的量产型SiPM产品，包括了单点和线阵等不同形态，同时主要参数已经达到了业界领先水平，目前已有多家激光雷达客户正在采购或评测。SPADIS已经小范围开放demo(演示)，并向主要客户开始供样，当前主要满足客户的dToF技术验证需要，将结合客户需求在2021年推出量产型产品。

贾捷阳强调，SiPM可适用于各种不同形态的激光雷达，并不仅局限于车载应用。灵眀光子SiPM同样可以满足包括用于扫地机器人在内的各种非车载激光雷达的需求，并且有多家非车载客户正在积极评测。