模擬晶元行業研究：高性能模擬替代漸入深水區，汽車重點突破

科技 03-06

（報告出品方/作者：華金證券，孫遠峰/王海維/王臣復）

核心觀點：

模擬IC國內空間足，IC Insights預計2022年模擬IC市場規模為832億美元，根據 Frost&Sullivan 統計，中國模擬芯片市場規模在全球範圍佔比達 50%以上，國內增存量市場空間足。TI重點發力汽車和工業領域，應用佔比從2011年的 19%提升至65%，而個人消費類則從2013年的37%降低至20%；我們認為，TI長期戰略會重點突破汽車和工業市場，消費類則保證一定毛利率水平且高ASP相關產品提升市場份額；

產品端，國內模擬IC廠商從過去聚集低端電源管理晶元逐漸拓寬產品種類至中高端產品，部分運放性能可比肩國際龍頭，隔離晶元多項關鍵技術指標達到或優於國際競品，模數數模轉換產品陸續在通信/電錶等市場發力，在產品一致性、穩定性等方面縮小與國際龍頭的差距；應用端，應用從消費等級向上迭代升級至工業再到新能源汽車，根據英飛凌數據，2027年純電單車半導體價值量會從 2021年的1000美元提升至1500美元，是傳統汽車價值量的3倍，OBC/DCDC/BMS等顯著帶動模擬IC需求，供應鏈安全考慮下，一旦經過終端車企或Tier 1認證，替代趨勢則不可逆轉，國產品牌廠商份額提升具備確定性。

01、模擬IC龍頭髮力汽車工業領域，規模擴產影響幾何？

1.1、2022年TI汽車工業佔比65%

2022年TI整體營收為200.28億美元，同比增9.18%，其中，模擬IC產品收入為153.39億美元，繼2021年實現29%增速後繼續增長 9.17%；從下游應用看，TI重點發力汽車和工業領域，應用佔比從2011年的19%提升至65%，而個人消費類則從2013年的37%降低至20%。

1.2、2026年TI產值約300億美元

TI預計2026年公司營收約為300億美元，2030年預計達到450億美元，其中2022年TI有80%產能自產，預計到2030年超過90%； 2023年~2026年TI平均每年投資為50億美元，完成R FAB2擴產和L FAB，建SMI（設備引入）,SM2，同時建Melaka 2 A/T並引入設備； 2026年以後SM2開始引入設備，建SM3,SM4。

1.3、12寸降成本約40%，直銷比例進一步提升

300mm模擬產線，晶元成本降低約40%；模擬IC重視高信噪比、低失真、低功耗、高可靠性等產品特點，因此產品一旦設計定型就會有比較長的生命周期。2022年TI直銷比例提升至70%，與客戶建立更直接的關係； 2021年TI.com線上收入接近20億美元。

1.4、規模擴產影響幾何？

EE Times相關信息顯示，TI模擬信號團隊展示了幾款新推出產品，包括數字隔離器 ISOW774x、乙太網 PHY DP83TG720- Q1、霍爾效應位置感測器 TMAG5170、無刷直流電機驅動器 DRV8311 和數模轉換器 DAC63204，相關人員表示，至少有 2-3款產品將在新的12寸晶圓廠即R FAB2生產；從TI戰略可以看出，未來TI會重點突破汽車和工業市場，消費類則保證一定毛利率水平且高ASP相關產品提升市場份額。

02、線性產品替代漸入深水區，追趕性能指標

2.1、2023年信號鏈市場規模118億美元

在未來的一段時間內，摩爾定律依然有效，在其驅使下數字晶元的面積越來越小，與之配套的信號鏈模擬晶元也會在更多新技術的推動下朝著小型化、低功耗和高性能的方向發展；全球信號鏈模擬晶元的市場規模將從 2016 年的 84 億美金增長至 2023 年的 118 億美金，平均年化複合增長率約 5.00%。在 2019 年，放大器和比較器（線性產品類）是市場規模佔比最高的品類，約佔信號鏈模擬晶元市場規模的 39%。微弱信號、高頻信號處理技術門檻非常高，國內廠商在線性產品領域不斷追趕國際廠商，減小性能差距。

2.2、運算放大器

運算放大器(Operational Amplifier，Op-amp）是一種交直流耦合、差模輸入、通常為單端輸出的高增益電壓放大器，初期應用於加法、減法、微分和積分這些模擬運算電路中，可以實現信號放大和傳輸等功能；運放一般工作在線性區域內；運放是一種高增益、高輸入電阻、低輸出電阻的放大器。

運放是一種高增益、高輸入電阻（輸入端沒有電流流入，虛擬斷路，壓降小很多，電壓可以全部給後段電路）、低輸出電阻（小到無線接近0，電壓會全部載入至負載）的放大器；開環增益無線大，越大越接近理想運放；輸入端有深度負反饋後，兩側電壓基本相等稱為虛短；虛短和虛斷都是深度負反饋的結果；處理交流信號的能力，帶寬越大，放大更高頻率，有更高的運行速度，不容易失真；共模抑制比CMRR，運放只放大輸入信號的差值部分，對共模信號不計；無直流誤差，當輸入端為0時，輸出端也為0。

帶寬：表示運放能夠處理交流信號的能力即處理信號的頻率範圍，帶寬越高越好；壓擺率（SR）：運放連接閉環條件下，將一個大信號輸入到運放的輸入端，從運放的輸出端測得的輸出電壓的變化率。用 V/μs 表示。一般而言，低功耗的運放壓擺率低，壓擺率較高的運放功耗相對較大；壓擺率決定信號的變換率，是高速運放的關鍵指標；最大差模輸入電壓：運放兩輸入端能承受的最大差模輸入電壓，超過此電壓時，差分管將出現反向擊穿現象；最大共模輸入電壓：共模電壓超過此值時，輸入差分對管出現飽和，放大器失去共模抑制能力；

輸入失調電壓：使輸出電壓為零時在輸入端所加的補償電壓，一般Vos約為（1～10） mV，高質量運放Vos在1mV以下；輸入偏置電流：第一級放大器輸入晶體管的基極直流電流。這個電流保證放大器工作在線性範圍，為放大器提供直流工作點；共模抑制CMRR：當運放作於線性區時，運放差模增益與共模增益的比值，一般運放的共模抑制比在80~120dB之間。

2.3、高速MIPI開關

MIPI（Mobile Industry Processor Interface，移動行業處理器介面）的目的是把手機內部的介面如攝像頭、顯示屏介面、射頻/基帶介面等標準化，從而減小手機設計的複雜程度和增加設計靈活性，共享主晶元介面資源；手機變焦時需要在幾個攝像頭中切換，實現焦距從超廣角到長焦的覆蓋，MIPI開關負責完成攝像頭的切換。一般手機平台的 CSI(Camera Serial Interface)介面有限，不可能給每個攝像頭都分配CSI介面，通過MIPI開關可以共享平台的CSI介面；

模擬開關的主要功能是完成信號鏈路中的信號切換，其採用 MOS 管開關方式實現對信號鏈路關斷或打開；高性能模擬開關包括： l 通用模擬開關（功耗低、速度快、一致性高、體積小、壽命長）； l 高保真音頻開關（高保真，總諧波THD指標可以超過-100dB，廣泛應用於全球高端耳機品牌）； l 高速 USB 開關（主要用於不同的串列信號或者模擬信號之間的切換，共享 USB Type C 介面的 D /D-數據信號線，廣泛應用於手機產品）等；目前，手機、平板電腦以及超薄筆記本電腦用 Type C 介面將供電、數據傳輸和音視頻傳輸三合一。

03、模數A/D和數模D/A轉換晶元處起步階段

3.1、SAR ADC

逐次逼近型ADC（Successive Approximation ADC）採用的是一種反饋比較型電路結構； SAR ADC也經常稱作二進位搜索ADC，主要應用於中高解析度和中高轉換速率的場合，工作原理是基於二進位演算法，通過對輸入的信號進行採樣，將採樣值依次與DAC生成的參考電壓值進行比較，最後得到由最高位到最低位的邏輯輸出； SAR ADC主要分為四個部分：採樣保持電路, 模擬比較器, SAR 逐次逼近寄存器和DAC 數字模擬轉換器。

（Pipeline ADC）流水線模數轉換器在精度、速度和功耗等方面具有很好的平衡，精度較高的同時轉換速度較快，廣泛應用於無線通信、數字視頻等高速高精度領域；在流水線ADC中，輸入信號經過採樣之後，順序地沿著流水線移動，逐漸進行數字轉換，每一步轉換得到一定數量的數字輸出位，最高有效位最先得到，最低有效位最後得到。

模數轉換階段一：採樣，衡量指標是採樣速率，表示ADC晶元可以轉換多大帶寬的模擬信號；採樣單位：每秒採樣次數 SPS；例如ADC有1M sps和1G sps即分別代表每秒採樣100萬次和10億次；模數轉換階段三：量化，即將採樣的模擬量轉換成數字信號，轉換精度越高，轉化出來的信號與原來的信號差距越小，轉換精度單位位數Bit，解析度越高，ADC可識別更小的輸入電壓的變化；速率和精度兩個指標相互制約，兩者很難同時兼得； ADC晶元選擇需要關注的參數速率、精度、量程、DNL、INL、ADC輸出介面、通道數和封裝。量程是指模擬信號動態範圍比較大，有時可能會出現負電壓的情況；ADC輸出介面，分為並行輸出/SPI/I2C/單線串列匯流排介面等；通道數需要滿足整個採集系統的需求，封裝決定了ADC及外圍電路在PCB占面積大小；最低有效位和LSB和最高有效位MSB；MSB的權重是2 n-1 ，LSB的權重是1；關鍵動態參數：信噪比和總諧波失真體現了雜訊水平和線性度。

3.2、ADC市場格局

2022年全球ADC市場規模為33.75億美元，Futuremarket預測2022~2032 10年複合增長率為5.5%，預計到2032年規模增長至57.62 億美元；從具體產品類型佔比看，Pipeline ADC受益於4G/5G設備應用佔比從2019年的33%提升至44%；從區域劃分看，2022年北美佔比約34.5%，歐洲佔比大約為21.1%，亞太地區大約30%；供應商還是以海外的ADI和TI為主；數模轉換晶元DAC功能是將數字編碼轉換成離散的階梯電壓或者電流，是模擬量輸出和控制的核心器件；通用性DAC晶元大多用來輸出直流信號，而精密較高（12~16bit）、速度較低（＜10MHz），一般稱為精密DAC；

工藝角度DAC與ADC類似，採用雙極型或CMOS工藝。DAC主要供應商與ADC類似，以德州儀器、亞德諾和美信等為主；比較典型的產品DAC產品中，亞德諾AD9162採用65nmCMOS工藝，AD9164採用28nmCMOS工藝，而德州儀器的DAC38RF89採用40nm CMOS工藝。

04、驅動IC加速追趕，新能源/工業獲突破

4.1、驅動晶元工作原理

推挽電路由上N下P管組成；提高MOS管的開關速度； MOS管開啟時，充電電流由上管提供； MOS管關斷時，放電電流由下管流通；當Vcc電壓與輸入電壓差距較大時，N管損耗較大，發熱嚴重，前側引入放大電路升高輸入電壓；

4.2、隔離晶元

隔離器件是將輸入信號進行轉換並輸出，以實現輸入、輸出兩端電氣隔離的一種安規器件；一般來說，涉及到高電壓（強電）和低電壓（弱電）之間信號傳輸的設備大都需要進行電氣隔離並通過安規認證。隔離器件廣泛應用於信息通訊、電力電錶、工業控制、新能源汽車各個領域。例如新能源汽車電池電壓400V~800V，需保護人身和設備安全（安規需求）；同時，性能需求雜訊與干擾隔離；根據納芯微招股說明書，2020年數字隔離類晶元在工業領域上使用最多，佔比達28.58%，其次是汽車電子行業，佔比達16.84%，通信領域位居第三，佔比達14.11%。2026年工業領域、汽車電子領域和通信領域在數字隔離類晶元的市場佔比將分別穩定在28.80%、16.79%和14.31%。

在電機驅動等典型應用中，使用PWM脈寬控制柵極驅動或MOSFET，功率器件往往工作在硬開關狀態下，若使用普通的硅基MOSFET，產生的CMTI通常在40以內，大多數隔離產品CMTI都可以滿足該需求，而同樣條件下，若使用第三代化合物半導體，比如SiC或者GaN，開關速度更快，特別是下降沿時會更加惡劣。隨著新能源的普及，越來越多的場景使用SiC或者 GaN ，必須提高隔離產品的CMTI能力。

05、重點企業分析

5.1、聖邦股份：平台型企業，新品新領域突破

公司產品覆蓋信號鏈和電源管理兩大領域。擁有三十大類4000餘款可銷售型號，包括各類運算放大器及比較器、驅動器、模擬開關、溫度感測器、ADC、DAC等，廣泛應用於通訊設備、消費類電子、工業控制、醫療儀器和汽車電子等領域，以及物聯網、新能源和人工智慧等新興市場。產品性能和品質對標世界一流模擬晶元廠商同類產品，部分關鍵性能指標有所超越。公司連續十三年蟬聯「十大中國IC設計公司」，是唯一連續獲此殊榮的企業。

抓住國產替代機遇，步入快速發展階段。2021年公司實現營收22.38億元，同比增長87.07%；實現歸母凈利潤6.99億元，同比增長142.21%。2019年起公司憑藉國產替代的機會，營收增速不斷上升；儘管2022年前三季度由於終端市場需求疲軟增速放緩，但仍保持57.12%的高增速。毛利率穩中有升。公司毛利率自2016年起穩步提升，2022年前三季度公司綜合毛利率為58.51%，盈利能力穩健。

5.2、納芯微：隔離龍頭，聚焦汽車/工業領域

公司圍繞信號感知、系統互聯、功率驅動三大板塊布局，提供感測器、信號鏈、隔離、介面、功率驅動、電源管理等豐富的半導體產品及解決方案，並被廣泛應用於汽車、工業控制、信息通訊及消費電子領域；截至2022H1，公司料號共有1100餘款。2022H1出貨量超過8億顆；公司憑藉過硬的車規級晶元開發能力和豐富的量產、品控經驗，積極布局應用於汽車電子領域的晶元產品，已成功進入主流汽車供應鏈並實現批量裝車。

業務快速擴張，獲高速增長：從2018年起公司營收高速增長，2022年實現營收16.73億元，同比增長94.02%，儘管2022 年消費市場需求疲弱，但公司專註的汽車電子、光伏、電力儲能、功率電機驅動等下游應用領域整體需求旺盛，公司搶抓機遇，不斷推出應用於汽車、工業等高壁壘行業的晶元產品；毛利率相對穩定：公司憑藉產品的高性能、高可靠性優勢獲取了較強的議價能力，保持一定的毛利率水平；2021年毛利率為53.50%。

逆勢加強研發：在半導體行業下行期間，公司持續追加研發支出；2022年前三季度研發支出2.50億元，同比增長 272.25%，占營收的比例超18%，主要系公司研發人員人數及平均薪酬均有所增長。研發團隊高學歷，管理層技術深厚。2022H1公司研發人員共241人，占公司員工總數的比例為49.39%；研發人員中碩士及以上的人數佔比為59.33%。管理層出身於清華、北大、復旦等國內頂尖高校；三名產品線總監擁有10以上的IC設計經驗且都曾就職於ADI。2022年5月公司實行股權激勵方案，覆蓋180人。

5.3、芯朋微：高壓壁壘造就AC-DC龍頭，驅動/功率助力提速

公司主要產品為電源管理晶元PMIC、AC-DC、DC-DC、Gate Driver及配套的功率器件，截至2022H1產品數量達1300種，產品主要應用於家用電器、標準電源、工控功率等領域，2022年公司定增布局新能源汽車市場。公司憑藉國內領先的高壓技術成為國產AC-DC龍頭；2021年收購安趨電子進一步加強驅動產品能力。經營穩健：2017年起公司營收穩步增長，2022年實現營收7.20億元，同比下降4.46%，主要原因是受半導體周期下行影響。高技術壁壘下，毛利率基本穩定：國產替代持續推進，公司產品結構不斷優化，2021年毛利率提升至43.00%。2022年前三季度，公司銷售毛利率為41.47%，波動幅度較小。隨著公司在白電、工業、汽車等領域陸續突破，未來毛利率有望維持在較高水平。

公司注重研發，研發費用每年保持穩定增長；2021年研發費用為1.32億元，同比增長125%。截至2022H1，公司研發人員共208人，占公司總人數的66.88%；其中碩士及以上的人員佔37%。核心技術團隊中包含3名博士學歷人員與72名碩士學歷人員。此外，公司擁有博士後企業工作站和江蘇省功率集成電路工程技術中心，具備完善成熟的培訓體系。

公司2008年切入小家電市場，同時2017年開始布局白電，2020年下半年量產，產品品類持續豐富。公司產品目前在空調 /冰箱/洗衣機領域均已進入到國內標杆廠商，包括美的、海爾、海信、格力、奧克斯等。AC-DC、電驅等產品在白電品牌客戶的拓展，進一步確立了公司在AC-DC產品領域的充分競爭優勢。 2021年收購安趨電子，覆蓋驅動、功率器件及模塊等產品，與公司既有AC-DC、DC-DC等產品形成整體解決方案，穩固公司在小家電、白電以及通信等領域龍頭地位的同時，開拓工業、新能源等新領域，為公司長足發展奠定技術和產品基礎。

5.4、南芯科技：電荷泵龍頭，發力快充解決方案

公司產品覆蓋充電管理晶元（電荷泵充電管理晶元、通用充電管理晶元、無線充電管理晶元）、DC-DC晶元、AC-DC晶元、充電協議晶元及鋰電管理晶元，主要應用於手機、筆記本/平板電腦、電源適配器、智能穿戴設備等消費電子領域，儲能電源、電動工具等工業領域及車載領域。 2021年，公司電荷泵充電管理晶元收入佔比為60.41%。以2021年出貨量口徑計算，公司電荷泵充電管理晶元位列全球第一，升降壓充電管理晶元位列全球第二、國內第一。

2021年公司實現營收9.84億元，同比增長452%；2019-2021年，公司各產品線收入實現全面增長。營業收入主要來自於充電管理晶元；其中電荷泵產品收入增速尤為突出； 2020年，公司綜合毛利率較2019年略有下降，主要系充電管理晶元毛利率下降所致。2021年，得益於各產品線毛利率的全面提升，公司綜合毛利率較2020年實現一定幅度增長。公司能夠提供從供電到設備端到端充電的完整解決方案，產品功率範圍覆蓋10W到120W。其中電荷泵大功率充電系列產品已通過國內多個知名手機品牌廠家的認證，並已實現大規模穩定量產，其它電源及電池管理晶元已在筆記本/平板電腦等各類電子產品中廣泛應用；DC-DC類產品已在工業領域穩定出貨；無線/有線充電類產品也已通過車規認證並實現出貨，導入汽車前裝市場。

5.5、帝奧微：深耕模擬十餘年，產品矩陣多元

公司堅持「全產品業務線」協調發展的經營戰略，提供信號鏈和電源管理兩大系列產品，特點是高效能、低功耗、品質穩定，主要應用於消費電子、智能LED照明、通訊設備、工控和安防以及醫療器械等領域。截至2021年，公司模擬晶元產品型號已達1200餘款；2021年度銷量超10億顆；其中USB2.0/3.1元件、超低功耗及高精度運算放大器元件、LED照明半導體元件、高效率電源管理元件等多項產品均屬於行業內前沿產品。

公司營收韌性十足。2019-2021年公司營收保持大幅增長。2022年儘管受全球經濟、疫情等因素影響，國內外市場需求疲軟，但公司營收並未出現大幅下滑；全年營收5.02億元，同比下降1.19%。盈利能力穩健，毛利率維持較高水平。2021年公司受益於晶元行業產能緊張等因素，毛利率提升至53.64%。2022年儘管市場需求疲軟，2022年前三季度公司毛利率依然有一定幅度的提升，達到56.67%，同時，公司庫存管理行業領先，在行業下行周期中優勢凸顯。

公司2022年研發支出0.71億元，同比增長56.23%，研發支出占營收比例不斷提高，2022研發支出占營收的比例為14%； 2022年公司研發人員共111人，同比增長40.51%。2021年研發人員共79人，占公司總人數的52.67%。所有員工中本科及以上人數佔83.33%。3名核心技術人員，分別為鞠建宏、庄華龍和呂宇強，均擁有多年模擬集成電路領域的從業經驗和較強的專業背景。

5.6、晶豐明源：DCDC/MCU等新品開啟第二成長曲線

晶豐明源專註於電源管理和電機控制晶元的研發和銷售，產品覆蓋LED照明驅動晶元、AC/DC電源管理晶元、DC/DC電源管理晶元、電機控制驅動晶元等，廣泛應用於LED照明、家電手機、個人電腦、伺服器、基站、網通、工業控制等領域。公司在LED照明驅動晶元領域具有一定的市場領先優勢。 2021年公司產品出貨量達70億顆；第五代BCD-700V工藝平台進入量產階段；在我國技術空白的大電流DC/DC行業，公司開發出國內首個具有自主知識產權的多相控制器產品，目前產品已完成客戶驗證，進入市場推廣階段。

2022年公司實現營收10.77億元，同比下降53.21%，主要原因是全球局勢動蕩及疫情反覆導致整體經濟下行和終端消費類需求萎縮，行業下游各環節及終端客戶庫存壓力較大，公司為快速消化過剩庫存、鞏固市場份額，對產品價格進行大幅下調；2021年公司毛利率大幅度提升至47.93%，增加了22.48個百分點。主要原因是上游產能緊張，下游需求旺盛，為平衡客戶需求，公司對產品價格進行了調整，單價的提升帶動了產品綜合毛利率。2022年前三季度毛利率為21.42%，隨著下游需求復甦和公司產品結構的調整，毛利率有望逐漸恢復。

公司研發支出占營收比例不斷提高，2022年占營收比例達25.72%。2022年部分股權激勵計劃未達業績指標，剔除股份支付影響後，2022研發支出為2.77億元，同比增長59.04%。主要原因為公司持續重視產品研發，積極開拓DC/DC、AC/DC 等電源管理晶元新業務領域，持續吸引聚集行業內優秀人才，不斷加大相關領域的研發投入。2022H1公司研發人員共316人，同比增長31.67%，占公司總人數的比例為64.23%。研發人員中本科及以上人數佔84.50%。公司管理層均曾在國內外知名企業任職多年，例如ST、安森美、通用電氣、中興通訊等企業；董事長鬍黎強曾榮獲「上海市領軍人才」、「第八屆上海科技企業家創新獎」等榮譽。

5.7、艾為電子：手機整體解決方案商，切入工業汽車領域

公司產品在技術領域覆蓋數模混合信號、模擬、射頻晶元，主要產品包括高性能數模混合晶元、電源管理、信號鏈等，應用於消費電子、物聯網、工業、汽車領域。截至2022H1，公司已有900餘款產品型號；2022年H1產品銷量約21億顆。2022年公司營收20.89億元，同比下降10.42%，主要原因系受不利的宏觀經濟和半導體下行周期因素影響，終端市場需求疲軟，公司銷售不及預期。公司毛利率穩中有升。2021年毛利率為40.41%，主要原因系公司持續優化產品結構，所有產品毛利率均有增長；

5.8、思瑞浦：全系列產品布局，高端替代提速

聚焦泛工業，定位中高端。公司產品包括信號鏈模擬晶元、電源管理模擬晶元和數模混合模擬前端，並逐漸融合嵌入式處理器，為客戶提供全方面的解決方案。產品應用範圍涵蓋信息通訊、工業控制、監控安全、醫療健康、儀器儀錶、新能源和汽車等眾多領域。公司現有1600餘款產品，9個研發中心，3700家客戶。

行業下行不改增長趨勢：2019年起公司進入高速發展期，營業收入穩步增長。2022年公司實現營收17.83億元，同比增長34.46%，實現歸母凈利潤2.67億元，同比下降39.85%，主要系2022年股份支付費用為2.98億元。公司在行業不景氣的條件下保持營收增長的原因主要是持續的研發投入使得產品類別及型號不斷豐富，信號鏈產品收入穩健增長，同時隨著電源類新產品不斷投放市場，電源管理產品收入快速提升。毛利率維持高水平，盈利能力不斷加強：2022年前三季度，公司綜合毛利率為58.51%；其中信號鏈晶元毛利率相對較高，為62.14%，電源管理晶元毛利率相對較低，為49.84%。