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2024年中国高性能模拟及数模混合芯片行业发展现状分析及产业发展趋势分析-中金企信
2024年中国高性能模拟及数模混合芯片行业发展现状分析及产业发展趋势分析-中金企信
【报告编号】: zj-yj-IT/tx-683648
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2024年中国高性能模拟及数模混合芯片行业发展现状分析及产业发展趋势分析-中金企信


报告发布方:中金企信国际咨询《品牌实力认证-全球及中国高性能模拟及数模混合芯片市场占有率认证报告(2024)-中金企信发布

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高性能模拟及数模混合芯片行业基本概述:根据《2017年国民经济行业分类(GB/T4754-2017)》,高性能模拟及数模混合芯片所处行业为“C39计算机、通信和其他电子设备制造业”;根据《战略性新兴产业分类(2018)》,公司所属行业为“集成电路设计”。根据《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录(2016版)》,高性能模拟及数模混合芯片所属行业为“集成电路”。集成电路行业作为全球信息产业的基础,是世界电子信息技术创新的基石。

集成电路行业派生出诸如个人计算机、互联网、智能手机、云计算、大数据、人工智能等诸多具有划时代意义的创新应用,成为现代日常生活中必不可少的组成部分。移动互联时代后,5G、云计算、AI计算、高性能计算、智能汽车等应用领域的快速发展和技术迭代,正推动集成电路产业进入新的成长周期。

1、行业发展概况:

1)集成电路发展概况:

①全球半导体市场发展情况:全球半导体行业正迎来回暖。受全球经济、国际形势起伏的影响,近期半导体行业周期波动明显,但随着新兴应用的推陈出新和技术不断革新,当前行业基本面“筑底”已基本完成,自2023年以来,终端需求呈现一定复苏迹象。根据数据,全球半导体市场收入年增率在2022年大幅收窄,从前期的成长27.1%滑落至0.2%,预计2023年将进一步衰退10.9%,但2024年有望增长16.8%至6,240亿美元,2025年则增15.5%至7,210亿美元;而国际数据也上调了对半导体市场的展望,认为2024年半导体市场将触底并恢复加速增长。

长期来看,电动化、智能化趋势已确立,随着全球人工智能、高效能运算需求的爆发式增长,以及智能手机、个人计算机、服务器及汽车需求回升带动,半导体产业将迎来新一轮增长浪潮,总体来说全球半导体行业发展的长期前景乐观。

②我国半导体产业发展情况:近年来随着中国经济的快速发展,我国已经成为了全球最大的半导体市场和制造基地之一,所衍生出的集成电路产品需求与日俱增。根据美国半导体行业协会(SIA)发布的《2023年市场报告》,亚太地区是最大的区域半导体市场,中国仍然是最大的单一国家市场。到目前为止,亚太地区最大的国家市场是中国,占亚太市场的55%,占全球市场的31%。

中国半导体产业具有较大发展空间。根据中国半导体行业协会的数据,我国的半导体自给率从2018年的5%提升到了2022年的17%,到2023年仅为26%,这是中国半导体发展的机遇,也是挑战,需要中国的半导体企业不断地加强自主创新,提高自给率,缩小技术差距,实现中国半导体产业的高质量发展。

2、模拟集成电路发展概况:模拟芯片负责处理连续的模拟信号,可以把真实世界中的各种各样的光线、声音、图像、无线电等,全部转化为电信号,在电子系统中至关重要,是消费电子、汽车、通讯、工业控制等各个电子产品中不可或缺的芯片。模拟芯片行业具有较长的发展历史且产品生命周期较长,从全球市场格局来看,海外厂商在技术专利、研发团队规模、料号数量和产品组合等方面具有比较明显的先发优势。模拟芯片不依赖先进制程,产品生命周期长,价格波动小,对稳定性和成本要求高,且受海外国家半导体产业限制影响相对较小,是一个长坡厚雪的赛道。

模拟芯片按大致功能可分为电源管理芯片和信号链芯片两大类,具有产品生命周期长、行业增长稳定、技术壁垒较高等特点。汽车电动化、智能化浪潮以及工业能源类节能降耗新需求将引发模拟芯片迭代。基于终端应用范围宽广的特性,模拟芯片市场不易受单一产业景气变动影响,市场波动幅度相对较小。根据统计数据,预计到2025年全球模拟芯片市场将增长至697亿美元,2020年至2025年年均复合增速约4%。

作为全球模拟芯片第一大市场,中国模拟芯片自给率虽在近年有所提升,但仍然偏低,国产替代空间广阔。国内模拟芯片厂商在下游需求高增和国产替代的双重逻辑驱动下有望高速成长,同时也纷纷向汽车等高端领域扩展,多家厂商在汽车模拟芯片取得进展。

3、细分行业发展现状分析:

①信号链光学传感器芯片信号链模拟芯片是连接物理世界和数字世界的桥梁,负责对模拟信号进行收发、转换、放大、过滤等,广泛应用于通讯、电子、汽车、人工智能、医疗等领域。受益于市场标准化程度高、较长的生命周期和广泛的应用场景,全球信号链模拟芯片市场需求攀升,行业发展前景较好。统计数据显示,全球信号链模拟芯片的市场规模由2016年的84亿美元增长至2023年的118亿美元,平均年化复合增长率为4.96%。

光学传感器可广泛应用于智能可穿戴设备、智能工业、智能交通、智能电网等领域,2022年全球光学传感器市场规模为25.8亿美元,预计2027年将达到42.5亿美元,CAGR为10.5%,且根据数据2022年全球集成接近和环境光传感器市场规模达到了2.82亿美元,预计2029年将达4.19亿美元,CAGR为6.3%(2023-2029)。在其市场结构中,汽车电子领域还是由欧美占主导地位,部分电子消费市场台系厂商占有一定份额,随着下游需求的增加和行业重视度的提升,国内公司也正在积极布局高端传感器领域。

②电源管理芯片:电源管理芯片在电子信息产品中发挥了关键作用、具有广泛的产品应用。电源管理芯片广泛应用于手机与通讯、消费类电子、工业控制、医疗仪器、汽车电子等应用领域,同时随着物联网、新能源、人工智能、机器人等新兴应用领域的发展,电源管理芯片下游市场有望持续发展。据国际市场调研机构TMR预测,到2026年全球电源管理芯片的市场规模将达到565亿美元,2018-2026年间年复合增长率将达10.7%。

随着国产电源管理芯片在新领域的应用拓展以及进口替代,预计国产电源管理芯片市场规模将以较快速度增长。预计2025年中国电源管理芯片市场规模将达235亿美元,2022年至2025年年均复合增速达16%。其中,无线充电方面,根据中金企信数据,2021年度,全球支持WPC-Qi标准的无线充电接收端设备的出货量达到5.15亿台,发射端设备的出货量达到1.97亿台,无线充电设备的整体出货量较2020年度增长近30%。预计到2025年,无线充电设备出货量的复合增长率将保持在24%以上,其中无线充电接收端设备出货量的复合增长率达到25.5%,无线充电发射端设备出货量的复合增长率达到22.9%。

在照明领域,伴随LED照明不断打入新应用场景,LED驱动电源的市场规模将持续扩大,根据统计数据显示,预计中国LED照明市场规模将由2022年的6,813亿元增长到2026年的7,386亿元,年均复合增长率为2.0%。

在智能家居方面,未来生态完善将为智能家居市场带来持续发展动力,根据数据,2022年全球智能家居的家庭渗透率将达到14.2%,预计到2026年将增至25.0%,市场规模将增至1.4万亿元。根据国际数据公司(IDC)的预测,全球智能家居和可穿戴设备出货量将双双持续增长,预计到2027年将分别达到12.3亿件和6.445亿部。

③汽车电子芯片:汽车芯片,即“车规级芯片”,指满足汽车质量管理体系,符合可靠性和功能安全要求的集成电路。与消费级和工业级芯片相比,汽车芯片的工作环境恶劣、安全等级高、使用寿命长、对工艺成熟度和可靠性要求更高,因此具有进入门槛高、技术难度高、投资回报期长等特点。汽车电动化和智能化构成汽车半导体增长的动力源泉。

根据数据,预计2027年汽车半导体市场总额将接近1000亿美元。而我国作为汽车制造大国,同样对汽车半导体需求旺盛,预计到2025年市场总额将达到137亿美元。全球新能源汽车销量高速增长,支撑汽车模拟芯片需求稳步提升。在A到E的各个级别汽车中,电动化都大幅增加单车模拟芯片需求量。据统计,2021年全球汽车芯片的出货量达到524亿颗,同比增长30%,预计到2030年全球汽车芯片需求量将超1000亿颗。

从全球市场竞争格局来看,国际厂商在车规级半导体领域中占据领先地位,车规级半导体国产化率较低。目前,我国汽车芯片在大部分领域实现从0到1的突破,但产业基础羸弱、产品类别少、芯片性能较差的问题仍未完全解决,核心技术仍被卡脖子,自主可控进入深水区。在新能源汽车销量增长和单车芯片数量提升的共同推动下,汽车芯片市场呈现快速增长态势,为国内芯片企业进入汽车领域带来全新的产业机遇。在汽车芯片,公司业务目前已重点布局电源芯片、通信芯片、传感芯片和驱动芯片领域,聚焦车载无线充电芯片、CANSBC芯片、汽车照明芯片、雨量/光亮度传感器等产品,将继续以研发为核心,紧密结合市场需求,积极拓展产品矩阵,实现更多场景和更多客户的覆盖。

4、行业特点和技术门槛:集成电路设计行业位于集成电路产业链上游的环节,属于技术密集、知识密集和资本密集型产业。集成电路行业有着高投入、周期长、高技术门槛看等特征,基于其行业的特征,也使得其进入门槛较高,属于高壁垒行业。

一是技术实力壁垒。集成电路设计行业涉及学科众多,需要复杂先进而又尖端的科学技术支撑其发展。行业产品具有高度的复杂性和专业性,并且更新换代及技术迭代速度快,需要有深厚的技术和经验积累、持续的创新能力以及前瞻的产品定义和规划,才能从技术层面不断满足市场需求。行业新进者往往需要经历较长时期的技术摸索和积累,才能和业内已经占据技术优势的企业相抗衡,因此技术壁垒明显。

二是人才壁垒。主流集成电路设计企业大多具备优秀的研发能力,掌握所从事领域核心技术,行业产品具有高度的复杂性和专业性,在电路设计、软件开发等方面对创新型人才的数量和专业水平均有很高要求。同时,集成电路研发人才本身具有培养周期长的特点,人才供给长期难以满足用人需求,进而引发企业之间激烈的人才竞争。由于国内行业发展时间较短,在这一领域相较于美国、韩国等国家而言,高端、专业人才相对稀缺。对新进入的企业而言,如何解决人才供应会是比较辣手的问题。

三是资金实力壁垒。集成电路产业前期需要巨额研发资金的注入,有较高的准入门槛。技术的升级迭代是由持续性巨额研发投资培育出的,随着集成电路产业进入更高的制程周期,工艺难度不断提升,开发难度不断增长,所需要的投资金额也愈来愈大,回报周期拉长,因此资金壁垒也比较明显。

5、产业发展趋势分析:

1)新技术发展情况:

1)下游需求的多样性,催生高集成芯片技术的发展:集成电路关键尺寸不断缩小、单个芯片功能和性能的不断增强一直是半导体工业的发展方向。

随着终端产品的轻量化需求和应用场景的复杂化,集成电路产品在保持功能稳定的同时,需要更紧凑的体积和更少的外围器件,以满足市场需求。芯片集成度不断提升,主要表现为其特征尺寸不断缩小,同时还能实现多种功能的兼容。未来,芯片内部元件数量减少使其散热问题变得更为突出。通过将封装尺寸缩小或集成不同功能的模块,集成电路实现了尺寸空间的有效节约,同时还能够提供更多的功能。因此,在集成电路领域,微型化和高集成已成为一股不可忽视的技术浪潮。

2)集成电路工艺推陈出新,自研高压BCD工艺成趋势:随着摩尔定律的不断演进,集成电路行业未来的发展趋势将会朝着工艺精进、集成电路设计行业产值比重上升、集成电路产品更微型化、集成化、高集成度、高效低功耗的方向发展,制造工艺及器件微观结构对芯片的速度、可靠性、功耗、面积等关键指标的影响越来越大。集成电路设计企业具备自研BCD工艺和器件工艺开发能力将逐渐成为新趋势和重要竞争优势,这样不再单纯依赖晶圆代工厂提供的标准工艺,可以开发出具有特色的集成电路产品。设计、制造环节加深产业联动,双方共享研发能力、整合技术资源,在提高芯片产品可靠性的同时,可以减少工艺对接的时间成本,保证设计公司的产品能够适应高集成度、高可靠性的发展趋势,进一步提升在通用产品领域的竞争力。

3)延续摩尔和扩展摩尔成为未来技术发展趋势:摩尔定律预测的是芯片的密度会在每两年内提高一倍,同时价格将会下降一半,这是由于集成电路制造技术的不断提升所导致的。然而,随着集成电路尺寸不断缩小,技术瓶颈在制约工艺的发展,并且成本也随之提高。目前,摩尔定律已逼近极限,延续摩尔和扩展摩尔成为较容易实现突破的两大发展方向。延续摩尔是指通过改变相关器件的结构和布局来实现不同功能的电子元件按设计组合成一块芯片;扩展摩尔是指通过将不同功能的芯片和元件组装拼接在一起封装,实现提升芯片功能的目的。中长期来看,以小尺寸系统芯片(SoC)为代表的延续摩尔,以及以系统级封装(SiP)为代表的扩展摩尔,将会是集成电路行业未来的发展趋势。

2)新产业态势发展情况:技术创新带来市场变革,应用领域拓展带来市场机遇。随着集成电路技术的不断创新,新能源车、5G和物联网等新兴领域多频共振驱动IC市场增长。

1)新能源汽车快速渗透,模拟芯片价值量提升:随着汽车电动化进程加快、汽车互联性增加、自动驾驶逐步落地,催生出更多模拟芯片新需求。汽车芯片对可靠性、安全性、一致性要求高,需要通过AEC-Q100、ISO26262等认证。模拟芯片应用于几乎所有汽车电子部件,除了涉及传统汽车电子如车载娱乐、仪表盘、车身电子及LED电源管理等领域,还广泛应用于新能源汽车的动力系统、智能汽车的智能座舱系统和自动驾驶系统。得益于汽车“三化”以及车载无线充电等新场景的建立和逐步普及,越来越多的传感器、功率半导体、电机等电子零部件装载在汽车内部,需要更多的电源管理芯片进行电流电压的转换,推动电源管理芯片和信号链芯片的需求量大幅增长,从而带动了车规级模拟芯片在汽车芯片中的占比持续增长。

近年来国际模拟芯片巨头的产品布局向工业和车载领域倾斜,并在车规级半导体领域中占据主导地位,我国进口依赖较强。在新能源汽车销量增长和单车芯片数量提升的共同推动下,汽车芯片市场呈现快速增长态势,为国内芯片企业进入汽车领域和差异化竞争带来全新的产业机遇。目前,具备较强竞争力的国内模拟芯片上市公司也纷纷向汽车等高端领域扩展,并逐步在汽车模拟芯片取得进展。

2)5G通讯和AI手机功能升级,驱动数模混合芯片行业成长:5G广泛应用推动通信领域数模混合芯片迭代升级。无论是智能手机还是基站等基础设施,一套完整的5G通信系统包含了从信号链到电源链的多种模拟和数模混合芯片的迭代升级。

现代智能手机已经超越单纯的通讯设备,演变成为了集成多模块、多功能于一体的便携式智能媒体中心。其不仅提供基础的通信服务,还通过搭载高性能SoC、一系列精密传感器以及高效电源管理芯片等配套硬件,实现了对外部复杂环境及指令的智能感应和高效处理,同时还保证了持久的续航能力,这些功能的实现与升级都驱动着手机芯片市场的旺盛需求。此外,折叠屏手机、AI手机等新趋势在智能手机市场中异军突起,销量持续提升,换机热潮不仅能推动终端品牌发展,也有望为上游供应链带来全新的更替需求。

全球巨头都在积极布局AI手机,将刺激新一轮的换机潮。自谷歌在2023年10月推出内置AI大模型的Pixel8开始,全球手机企业均加速布局AI手机。2023年11月VIVO发布AI手机X100系列,内置70亿参数蓝心大模型。2024年1月,OPPO、荣耀相继发布AI手机。同时三星于1月发布AI手机GalaxyS24系列,底层AI功能基于Google的Gemini,该手机在韩国开售仅28天销量突破100万部,刷新S系列销量最快破百万纪录。此外,2024年2月魅族发布AI手机21PRO。苹果也放弃造车积极布局AI产品,库克表示苹果正在向生成式AI领域投入大量资金。

除了核心算力相关的芯片和存储产品,传感器等轻量级产品也需要升级,以增强AI端侧的入口能力,同时随着5G通信技术升级和智能手机功能复杂度不断提升,手机各功能模块对移动终端电源管理芯片的性能和数量提出了更高的要求,充电模块等配套零部件也需要同步优化创新以满足手机的超高性能。

AI手机推动硬件全面创新升级,核心硬件量价齐升,包含在计算、存储、无线通信、散热屏蔽、PCB、电池及电源管理芯片等关键器件领域。根据《2024年AI手机白皮书》,全球新一代AI手机在2024年的出货量将达到1.7亿部。在中国市场,AI出货量尤为强劲,预计2024年国内出货量将达到0.4亿部,2027年国内出货量将达到1.5亿部。尤其是旗舰机型将成为新一代AI手机发展初期的重要增长动力。

3)万物智联成趋势,AIoT终端数量快速发展:随着大模型在2023年迎来爆发,极大提升了全球人工智能技术对传统行业的渗透融合和应用迭代速度,同时,5G-A即将商用,6G关键核心技术研究及标准研制启动,以及Web3、DePIN兴起,全球对其的兴趣热情令人印象深刻。AIoT行业发展路径清晰、增长空间庞大,在智慧工业、新能源汽车、智慧城市、智能家居等智能互联应用场景有望相继爆发,智能互联应用爆发也将进一步推升感知芯片、SoC数模混合芯片等相关芯片的用量。

AIoT的技术中,人工智能与物联网的关系就如同人体的大脑与感官,利用感官搜集周遭的资讯再传达至大脑来做出反应。因此,人工智能与物联网的结合便能达到更高的效率,可以强化数据管理和分析,同时改善人类与机器的互动。AIoT的四大核“芯”分别为SoC、MCU、Wifi/蓝牙芯片和传感器,其中SoC负责智能化、MCU负责控制、WiFi/蓝牙芯片负责通信、传感器负责感知。在AIoT场景下,SoC的主要应用领域包括智能家居、智慧城市等。智能家居行业历经多年发展,目前处于从单品智能向全屋智能过渡阶段,其内部细分赛道众多,包括智能门锁、智能家电、智能照明、智能安防以及平台层等。智能家电中的小家电多样化创新潜力与渗透率提升空间大,加之基数体量较大,未来发展前景广阔;智能照明系统从自然规律和人体健康角度出发,随着人们对健康的不断重视和智能照明认识的深入,产业有望快速变革,迈向发展新台阶。

AIoT场景下,传感器芯片需求大幅增长。以智能家居、智慧工业以及智能驾驶为例,智能家居通过传感器采集用户的生活数据,以便提供“智能个性化”的服务,如根据用户生活习惯自动调节室内温度、湿度、自动打扫房间等。从细分场景来看,国产如智能音箱、智能电视等需求已加速爆发,其对光学传感器等感知芯片用量大增。新一代的智能传感器被业界普遍认为智慧工业的“心脏”,通过智能传感器产品的装配生产均可以自动化进行,降低人工成本的同时也大大提高了生产效率,是实现智能制造的重要元器件之一。

智能互联应用的逐步爆发催生模拟芯片需求大增,同样,针对物联网产业链关键环节的进口替代是个刚需市场。以智能穿戴为例,其高端市场仍以欧美巨头方案为主流,产品涉及光学传感器、语音加速度传感器等。目前国内模拟芯片厂商逐步突破产品种类和质量,并持续发力产品导入和客户验证,实力不断壮大,其在产品、技术、客户、市场份额等方面有望进一步突破,加速推动模拟芯片国产化进程。

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