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国产工业半导体打破国外垄断加速转型

  最近几年,因5G、人工智能、消费电子、汽车电子等需求拉动,全球半导体材料市场规模呈现波动并整体向上的趋势。并且随着工业自动化、电力和新能源、电机驱动与控制、机器人、安防监控等应用市场需求的爆发,工业级半导体市场规模更是成爆发式增长。

  根据权威机构提供的数据,在全球工业数字化及智能化转型升级的大环境下,预计到2023 年底,市场规模将达到480 亿美元;中国市场方面,2020 年中国工业半导体市场规模为118.39 亿美元(金额约1050 亿元),占全球的比例为30% 左右,预计到2023 年底,将增长至145.84 亿美元。

  功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心,涉及材料工业、装备制造业、化学工业等行业,功率半导体下游应用广泛,几乎涵盖所有电子制造业,包括为消费电子、工业控制、电力传输和新能源等领域。目前全球功率半导体市场仍主要被欧、美、日等国外品牌主导,其凭借雄厚的资金技术积累、丰富的产品矩阵、全球化供应链优势占据了主力市场份额。

  近年来,功率半导体作为实现电气化系统自主可控以及节能环保的核心零部件,在智能电网、新能源汽车等领域需求量将大幅提升。数据显示,2022年中国功率半导体市场规模约为191 亿美元,同比增长4.4%。预计2023 年中国功率半导体市场规模将进一步增长至212亿美元。

  现阶段国产功率半导体的进口量和进口占比仍然较大,尤其是用于工业控制领域的高性能产品及用于高可靠领域的产品,国产化替代空间较大。尤其是在模拟芯片方面,仍高度依靠进口,因此国产化替代需求随着中美贸易摩擦而更加迫切。

  不同于消费半导体,工业半导体主要面向的主要是企业级客户,其特点是:市场碎片化、需求定制化、产品稳定可靠、使用周期长等,下面就针对工业半导体的市场特点进行简要分析。

  市场碎片化

  根据工业半导体的特点,市场碎片化意味着客户的维护成本会很高,工业半导体涵盖工业自动化、智能电网与能源、电机驱动与控制、机器人、安防监控等各个不同市场,场景应用广意味着需求更多更复杂,为了更优质的服务客户,工业半导体企业需要付出更多成本去设立更多的运营点、更多的销售人员和丰富的分销渠道,紧密联系客户,增加合作关系,才能确保为大量客户提供能够满足其需求的产品及服务。

  需求定制化

  市场碎片化的前提下,客户有不同的产品需求,使得企业制作的工业半导体产品非标化、小批量和定制化现象非常明显,因此企业面临巨大的挑战,产品从设计到开发、生产再封装,甚至最后的销售都复杂重重。这就要求工业半导体企业在拓展新业务时,需要做非常详细的市场调查和财务预算,一旦可行则需要长期投入、深耕厚植,逐步建立更加齐全的产品线来照顾客户的各种需求。

  产品稳定可靠性

  工业自动化的现今发展迅速,工业设备的应用变得广泛,客户对于相关半导体的需求和要求也越来越高。工业半导体由于需要长时间持续在高速及严苛的环境下工作,相关产品必须拥有高稳定性、高可靠性,也必须经过适应极端温度变化、防尘、抗震动、抗冲击、抗硫化等种种考验,从而保持高耐久度和长使用寿命。更新迭代慢使用周期长众所周知,一个工业项目的整个运营周期十分漫长,客户在产品的使用时间上有较严格的要求。长期的项目周期加上恶劣的工业工作环境,意味着工业客户往往是技术工作者而不是领导,许多陈旧的技术多年以后仍在投入使用。举个例子,在DDR 领域,现在最新产品型号已经迭代到了DDR5,并且已经运用到了服务器等领域,但是目前在医疗和运输行业,以前的DDR1、DDR2、DDR3 内存仍在大规模应用,这类应用不见得要求最高性能或最大容量,却必须满足长久的供货与使用寿命,价格也必须维持稳定,这也就使得厂商更新产品后销售的数量及客户的更新需求并没有这么明显。从品类来看,工业半导体细分产品众多,包含了逻辑/ 存储/ 微控制器等数字器件、模拟器件、分立器件、传感器等多种芯片。其中MCU、逻辑器件、分立器件、模拟器件合计市场占比在90% 以上。

  竞争格局方面,工业半导体的十个“巨头”,例如超威半导体、亚德诺(ADI)、英飞凌、英特尔、美光科技、安森美等,前十厂商合计占比为55% 左右。且工业半导体市场中没有能做到垄断的公司,这也让工业半导体市场形成百家争鸣,群雄逐鹿的态势。

  正是由于工业半导体市场的行业特点,因此局面一直以来都处于较为分散的局面,各厂商发挥所长、专注于一个或者多个细分领域进行深度研发,在各自的专长部分赚取利润。

  虽然是碎片化的市场,但仍然吸引了无数厂商争先恐后的进行布局。原因就是各家厂商都看重了工业半导体长期稳定增长的市场发展趋势,与消费半导体价格涨幅波动较大的特点不同,工业半导体具有高稳定性的特征,降低了风险。此外,虽然工业半导体单个市场销量小,但技术要求高,门槛高,导致该领域一直以来以高毛利率水平著称。因此,追求长期持续稳定发展的厂商,工业半导体是其绕不开的一块市场。

  反观国内半导体厂商,近年来,随着国内经济的不断发展和国家战略层面对半导体产业的大力扶持,我国工业半导体行业实现了规模与技术等方面的快速发展与不断突破。在数字经济时代的大背景下,各类半导体市场都面临着突破及转型,工业半导体市场也不例外。

  主要的转型大致为两个方面,一是工业设施和操作系统的数字化,通过制造、物流、自动化和机器人技术以及各种自主系统进行全面深化转型;二是能源管理和能效改进,包括制造设备、能源基础设施和运输、家用电器以及电池供电设备和系统的能效。

  在世界工业半导体市场中,国外厂商一直是占据着极大的市场份额,其原因是技术门槛相对较高,国外厂商技术底蕴丰富,并多领域发展,通过一体化整合的协同发展,不仅有条件向不同领域的客户提供MCU 等主控芯片、模拟芯片、传感器、分立器件等品种齐全的的全品线产品,而且还能供软件和生态在内的整体方案,从容应对客户异构集成、小批量、定制化等严苛的需求。

  相比较而言,我国在工业半导体领域技术发展较晚,技术能力较弱,芯片自给率较低,主要还是以进口为主。在工业数字化、智能化转型加速发展叠加中美贸易冲突不断升级的背景下,未来我国在工业半导体领域有望迎来较好的国产替代机遇。

  国产芯片现状

  但在主控芯片方面,工业电脑领域,我国的龙芯、兆芯、飞腾、景嘉微、海思、兆芯等厂商已经能够实现在CPU/GPU 等关键器件的国产替代;此外,在工业级MCU 领域,32 位MCU 的应用正成为市场主流,主要厂商包含兆易创新、中颖电子、灵动微、芯海科技、华大半导体、极海微等,而SoC厂商包含瑞芯微、全志科技、富瀚微等。

  存储芯片方面,广大工业企业产生了包括产品数据、设备数据、研发数据、工业链数据、运营管理数据、消费者数据在内的海量数据资源,需要高可靠性、高稳定性的工业存储产品为如此庞大的信息数据提供有力的存储介质支撑,以保证控制系统和人机界面的正常运行。

  目前,国内的长江存储、长鑫存储、江波龙、佰维存储、时创意等企业都有在工业存储领域有所布局。

  在模拟芯片方面,圣邦股份、纳芯微等一种国产厂商已实现工业类电源管理芯片的量产出货;而在信号链品线上,包括圣邦股份在内的多家厂商近年来也取得了不错的发展成绩。

  在分立器件和传感器方面,二极管、MOSFET 、IGBT、碳化硅等器件已广泛应用在工业自动化、智能电网、新能源、轨道交通等工业场景中。图像传感器、激光雷达、摄像头等细分品类,目前已在工业电脑、工业自动化、轨道交通、安防监控、机器人等领域广泛应用。

  其中图像传感器包含韦尔股份、格科微、思特威等;激光雷达包含镭神智能、速腾聚创、禾赛科技、览沃科技等。目前工业数字化及智能化转型升级逐步加速,工业半导体需求进一步旺盛,可谓是迎来了最好的发展时代。

  当前,国产工业半导体厂商已经实现了低端应用的部分国产替代。可以期待的是,在中高端应用上,未来国产芯片也会凭借品牌认可度的不断提升、本土化服务优势及良好的供应链管理能力将渗透率进一步提高,以实现我国工业发展的自主可控。