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[导读]国产率不到两成,电源芯片到底难在哪儿?

本文来源:智东西

就在最近,一家名为NuVolta(伏达)的中国半导体厂商推出了全球首款支持100W功率的单芯片电荷泵快充芯片,一时间引发了业内对国产充电芯片技术的关注。

曾经一枚小小的电源管理芯片,让苹果不得不斥资6亿美元收购英国Dialog才实现了自研、让华为高端手机充电器的生产一度陷入困境,而三星Note7的电池事故也与电源管理芯片相关技术的疏漏有着千丝万缕的联系。

我们都知道,芯片分为模拟芯片数字芯片两大类,而电源管理芯片,虽然看起来不起眼,甚至有些“边缘”,但实际上却是模拟芯片最大的细分市场之一。

甚至简单来说,只要用电来工作的设备,几乎都需要这类芯片,从日用家电到手机电脑,从通信基站到智能汽车。

据方正证券预测,2026年全球电源管理芯片市场规模或达到550亿美元,也就是3500多亿人民币。在这巨大的潜在市场背后,一方面欧美日韩厂商占据了当下八成以上的市场,而另一方面,中国厂商也正在加速崛起。

在技术、产品、市场三方面发力追赶之下,电源管理芯片,很可能成为中国模拟芯片技术领域下一个关键突破口。

电源管理芯片是电子设备的电能供应心脏,市场需求持续增长加速国产替代。

年出货640亿颗,“带电”的东西都跑不了

在深入挖掘电源管理芯片产业之前,我们先要弄清楚电源管理芯片到底是什么,因为关于它的称呼其实是非常繁杂的。

随着国内智能手机纷纷向着“百瓦快充”发展,各类充电名词也跃入市场,电荷泵芯片、快充芯片、充电IC、电源IC,听起来多种多样,实际上,它们都是电源管理芯片的某一类,甚至只是同一类芯片的不同习惯叫法。

简单来理解,就是跟“管电”、“充电”相关,“带电”的,基本上都可以称为电源管理芯片。这类芯片通常的作用就是将电分配给设备中不同的用电器件。不论什么产品,只要用电,就要用到这种芯片。

▲电源管理芯片的主要分类

也正因如此,电源管理芯片的细分种类非常多。比如把电线中的交流电转换为手机电脑所使用的直流电的各类AD-DC转换器、在手机电脑内部调节直流电的各类DC-DC转换器,都属于电源管理芯片的一类。

去年下半年120W、125W国产手机快充新技术密集发布,电荷泵芯片着实火了一把。前段时间NuVolta发布的就是一款电荷泵芯片,这也是电源管理芯片的一类。

还有一类芯片被称为PMIC,这其实是一种多通道电源管理芯片,简单来说,就是单颗芯片内集成了多种电源管理功能的芯片,像高通、联发科、海思等手机芯片厂商一般会主打PMIC产品,并与SoC主控绑定销售。

除此之外,我们常见的LED屏幕灯珠、手机中的振动马达,都需特定的一些电源管理芯片的驱动才能工作。

可以说,从天上飞的到地上跑的,大到飞机火车等交通工具,小到各类消费电子产品,都会用到电源管理芯片。

根据IC Insights数据显示,2019年电源管理模拟器件大约就占据了芯片市场出货总量的21%,在所有芯片种类中位列第一,甚至超过第二和第三类别芯片出货量总和,出货量约为639.69亿颗。

640亿颗,什么概念?平均下来,地球上每个人每年都会用到10颗电源管理芯片。可以肯定的说,电源管理芯片是模拟芯片行业中最大的细分市场。

欧美吃去八成市场,一家公司有12.5万种产品什么概念?

可电源管理芯片市场这样一块肥肉,却基本上都被欧美日韩企业吃去了,仅欧美企业就占据了全球70%以上的市场。

在电源管理芯片核心的芯片设计领域,美国的德州仪器、高通、ADI、美信,德国的英飞凌,都成为了毋庸置疑的巨头。

德州仪器更是一家占据了全球电源管理芯片市场21%的份额,并且产品的各项技术指标都处于业内领先地位。今年一季度,德州仪器模拟产品收入为32.8亿美元,占总营收比例为76%,而电源管理芯片就是其模拟产品中的占比大头之一。

▲数据来源:方正证券

在国内电源管理芯片市场,欧美企业甚至占据了80%以上的份额。当然,国内有不少厂商也在积极布局,比如圣邦微电子、南芯半导体、钰泰半导体、芯朋微、杰华特等,但国内厂商目前市场占有率较低并且客户也聚焦于国内相关企业。

在芯片代工侧,电源管理芯片这类产品本身对芯片制程工艺的要求并不高,因此除了台积电之外,韩国东部高科、中芯国际、华润微电子等厂商都从中分得了部分市场。

电源管理芯片市场有着自身鲜明的特点,由于涉及行业众多,因此该市场的细分产品品类极多,掌握越多的产品品类,厂商就有机会占据更多市场。简单来说,就是“品类越多的企业,行业竞争力越强”。

目前行业龙头美国德州仪器拥有大约12.5万种电源管理类产品,位列第三的ADI则有4万多种产品。

▲数据来源:方正证券

国内企业这边,圣邦微电子作为中国模拟芯片领域位于前列的企业,拥有信号链和电源管理类产品共计1400多种;韦尔股份拥有950多种,而力芯微、富满电子等厂商的产品种类则在400-500种之间。

12.5万种对比1400种,其间产品品类丰富度差距,已经不在同一个数量级上了。这也是在电源管理芯片行业中,企业之间差距的核心体现。

简单来说,国外头部厂商产品品类齐全、覆盖领域多,竞争力强;而国内厂商品类较少,因此目前只能在细分领域具有一定的竞争力。

到底哪里卡了脖子?收购频频专利重重,“明星工程师”成关键

当然,这些海外巨头取得的今天的成绩,也不是一日之功。实际上,电源管理芯片是一个非常需要时间积累的行业,这也是国内企业在该领域迟迟难以突破的主要因素之一。

就比如美国德州仪器这样的巨头公司,几乎与“半导体”同龄,在半导体行业发展的早期,积累了大量的人才和技术,通过市场规模优势积累资本,并不断通过收购拓展自己的产品覆盖范围。

▲德州仪器

早在2007年,德州仪器就收购了本土厂商POWERPRECISE Solutions,丰富了其电源管理芯片产品线,2009年,德州仪器又拿下了美国专注电源管理芯片设计的厂商Ciclon。

2011年,德州仪器斥资65亿美元收购了美国国家半导体,这可是十年前的65亿美元,足可以称之为一笔巨资。要知道,2010年年底,德州仪器账上全部的现金也只有30亿美元。

当时,美国国家半导体也是一家有着52年历史的老牌厂商,掌握着1.2万种模拟芯片产品,而当时的德州仪器也仅掌握了3万余种。可以说,两者的合并,基本上奠定了德州仪器在模拟芯片市场的霸主地位。

与德州仪器类似,ADI、安森美、瑞萨电子等公司都通过收购不断拓展自身在电源管理芯片领域的份额和技术优势。

电源管理芯片这类模拟芯片,涉及大量细分市场和专利壁垒,对于这些巨头来说,“买买买”显然是最快也是最稳妥的方式。而这让巨头们的先发优势更加凸显,后来者很难在短时间内找到突破口。

甚至技术研发实力强如苹果,为了实现电源管理芯片的自研,也不得不在2018年斥资6亿美元收购了英国Dialog,才将电源管理芯片技术握在了自己手里。

如今iPhone 12系列中使用的就是苹果自研PMIC,我们有理由相信,苹果iPhone系列产品出色的功耗控制,不仅仅是A系芯片的功劳,更与其出色的电源管理技术密不可分。

▲图中代号23为苹果自研电源管理芯片,图片来源:electronics360

除了漫长的积累和不断收购,如高通、联发科这样的企业,通过另一种方式赢得了电源管理芯片市场的份额——将自家SoC和PMIC绑定销售。

大家都知道,同一家芯片厂商的PMIC与SoC芯片的协同能力、兼容性都更好,并且手机芯片厂商也经常采用“打包”的方式销售SoC和PMIC,客观上极大提升了这些厂商在电源管理芯片市场的竞争力,也提升了它们的市场份额。

要知道,在全球电源管理芯片市场中,高通是仅次于德州仪器的第二大厂商,占比超过了15%,这是许多专注模拟芯片的厂商都望尘莫及的,从中我们也能看到智能手机等移动设备对电源管理芯片的需求之大。

▲高通常见的“打包”芯片解决方案,包括PMIC

通过这些巨头的崛起我们也能看到,电源管理芯片这类模拟芯片,不像我们常见的SoC芯片需要非常先进的工艺制程和极其复杂的架构设计,而更看重产品品类丰富度以及配套生态的完善。

目前国内企业大都比较年轻,甚至不少都成立于2017、2018年前后,即使如圣邦微电子这样的龙头企业,也才成立14年,行业积累与海外巨头仍有较大差距。

除此之外,在与方正电子分析师深入交流中笔者了解到,模拟芯片行业在技术和人才方面也是有着自身特点的,它非常吃工程师的“单兵作战能力”,因此特别依赖明星工程师。

欧美老牌企业距离大学、研究机构更近,有着“近水楼台先得月”的优势,同时同一领域形成的学术圈也更具吸引力,可以更好地把握住半导体领域的核心技术人才,这也是国内企业的差距所在。

要知道,电源管理芯片虽然在手机整体成本中只占据了大概2%,但其利润却很高,外国头部厂商的毛利率甚至可以达到65%以上。吃去利润大头,让这些巨头更有底气去收购企业,争夺关键人才。

反观国内,单兵作战可能并不是国内厂商的特长,一方面,国内厂商市场规模较小,利润较低,重金留人不是它们的强项,而另一方面,中国大陆企业更擅长的通常是以“集体攻坚”的作战方式去解决问题。

比较有意思的是,在国内电源管理芯片头企业中,圣邦股份董事长兼总经理张世龙来自德州仪器;南芯半导体科技有限公司创始人&CEO阮晨也同样曾任职于德州仪器;而矽力杰的创始人陈伟还担任过MPS副总裁。

可以看出,大陆电源管理芯片产业崛起,关键人才的力量仍然起到了至关重要的作用。这也印证了模拟芯片行业更加依赖明星工程师的判断。

国产化替代暗流涌动,TWS、智能音箱火爆成催化剂

总体来说,产品品类丰富度、专利数量、关键人才、行业积累都是国内企业的短板,但不可否认的是,面对美国德州仪器、高通、美信这样的强劲对手,中国大陆企业仍然在积极寻找自己在这条赛道上的突破口。

最近NoVolta电荷泵芯片新品之所以可以在智能手机行业中引起不小的波动,也正是因为行业整逐渐将目光更多地聚焦于国内芯片厂商。

比如在今天非常火爆的TWS耳机市场中,安卓TWS耳机的出货量和市场占比都在不断提升,甚至年初有报道称,“山寨TWS耳机”年出货量已经达到6亿部,这些市场变化都为电源芯片带来很大的国产化替代空间。

据了解,目前钰泰半导体、圣邦微电子、矽力杰、韦尔股份等厂商的电源管理芯片都已经应用在了不少安卓TWS耳机中。而智能音箱等新兴消费电子类产品的火爆也增加了国产电源管理芯片的使用。

国内厂商钰泰半导体在DC-DC转换器技术领域,已经可以做到与矽力杰、德州仪器等厂商技术相当。

另外就是大家非常熟悉的家电领域,该领域电源管理芯片的技术门槛并不高,并且市场增量仍然比较可观,因此国内不少芯片厂商都在陆续进入。

比如芯朋微就是国内智能家电领域的重要供应商之一,目前已经拿下美的、格力、创维、中兴、华为等大客户,并且在去年刚刚完成了科创板上市。

除了厂商自身的努力,国内资本市场也对这些电源管理芯片头部企业更加重视。2019年8月,华为旗下的哈勃投资投资了杰华特微电子,湖北小米长江产业基金合伙企业也先后对南芯半导体和必易微电子进行了投资。

目前,南芯半导体已经进入华为、三星、小米、Anker等客户的供应链,2019推出了国内首款电荷泵充电器,打破了超级快充电荷泵芯片的国外垄断。

从市场整体变化来看,电源管理芯片产业正在呈现由欧美、日韩向中国大陆转移的趋势。方正证券报告称,当下台湾和大陆企业的竞争让这些海外巨头无法维持原来的超高毛利,从而逐步淡出了民用消费市场。

一方面,电源管理芯片对制程工艺要求不高,大陆芯片代工厂商基本都可以生产,并且近年来很多模拟芯片相关人才回流,也进一步缩小了国内厂商和海外巨头之间的整体技术差距。

另一方面,不可忽略的是,中美在半导体技术领域的摩擦、海外新冠肺炎疫情持续发展等客观因素,都进一步增加了电源管理芯片市场对中国大陆企业产品的需求。

供应链的安全可控,成为了所有科技企业都不能忽视的一点。

结语:充电IC崛起成国产半导体追赶缩影

从2019年电荷泵芯片首次突破外国垄断,到2021年单芯片电荷泵芯片性能做到全球领先,中国厂商在电源管理芯片领域的追赶不断加速,甚至在部分细分赛道追上了海外巨头的脚步。

但我们也能清晰地看到,欧美企业在核心技术、关键人才、产品品类覆盖度、市场规模等方面的领先优势依然十分明显。

未来,智能汽车、工业物联网、消费电子等行业的高速发展,必将进一步带动电源管理芯片市场规模的增长,而中国芯片厂商能否在海外巨头重重封锁下成功突围,或许将成为国产半导体技术崛起的关键一役。

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