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NeoPhotonics已成为抄PIC技术的重要驱袭动力鉯满足bai当前光通信市场du的需求。正如电zhi子集成电路取代分散的电dao子元件可以显著降低成本、增强可靠性,从而导致 十年的电子革命;光孓集成电路在光学领域也势必会呈现类似的强劲势头这种光子技术的变革相当于在产品器件层面允许大幅增强功能。
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作者:朱晶 北京国际工程咨询有限公司高级经济师北京半导体行业协会副秘书长
近几年,国内对集成电路产业高度关注加之各地扶持政策竞相出台,华为、中兴事件莋为催化剂都使得集成电路行业成为创业的风口,初创的各类芯片团队成为资本市场追逐的对象2019年年底中国半导体行业协会设计分会統计的数据显示,
全国共有1780家芯片设计企业而在四年前这个数量仅有736家。
但国内芯片设计领域一直呈现的产业格局是“一群小舢板”缺少“航母舰队”,尤其体现在个别“创业扎堆”的拥挤赛道按照计算、通信、感知交互、模拟、存储来分类,目前最拥挤的创业赛道主要包括MCU、蓝牙、SSD主控、模拟芯片(电源管理和信号链)、射频芯片、光电器件及芯片这六大领域而这六大领域又同时具备市场量大面廣、国产盘踞低端的特点,如果能尽快实现高端领域的进口替代会具有很强的指标效应。本文会聚焦这六大芯片产品领域梳理现状和企业,找出提升高端产品国产化率实现进口替代所面临的主要挑战。
上篇介绍完MCU、蓝牙、SSD主控三大领域下篇介绍模拟芯片、射频、光通信芯片三大领域。
注:由于模拟、射频类芯片有些企业涉及军工就不在这里分享,只罗列部分企业
4、模拟芯片(信号链和电源管理,不含射频类和功率器件)
模拟芯片产品类型按照功能主要分为信号链路芯片和电源管理芯片两类信号链路芯片主要功能有模拟信号的調理、模数、数模转换;电源管理芯片主要功能有降压、升压、稳压等。
国产化现状:模拟芯片是电子产品的必需品市场规模持续增长,2018年全球模拟芯片占全球半导体市场比例为12.2%中国模拟芯片市场占全球比例超过50%,且市场增速高于全球平均水平2018年中国模拟芯片市场规模2273.4亿元,同比增长6.23%近五年复合增速为9.16%。按具体功能分电源管理类和电压控制类模拟芯片占比接近60%,是最重要的市场其次,运算放大器和比较器合计占比达16%、ADC/DAC占比达15%国内模拟芯片市场主要被TI、ADI、NXP、英飞凌、意法半导体等国际模拟芯片巨头占据35%的国内模拟芯片市场份额,其中TI以13%的市占率位列第一而国内模拟厂商的自给率不到20%,在高端领域低于5%
主要企业(排名不分先后):信号链:圣邦微、思瑞浦微電子、聚洵、润石、旌芯半导体、微龛
国产化主要挑战:一是无法满足高性能模拟芯片对工艺技术上的差异化要求和产能需求,是影响国内模拟芯片高端化突破的主要瓶颈大部分高端模拟芯片产品,需要实现在设计和工艺的紧耦合如:低失调运算放大器、精密基准、仪表放大器、高压运算放大器等。纵观国际知名的模拟芯片供应商几乎所有都是IDM厂商。拥有自己的晶圆廠是他们能够领先市场的关键而对于国内模拟芯片企业而言,一方面需要自身具备有竞争力的工艺开发能力另一方面需要设计和代工雙方充分的交流和耦合才能开发出有特色的产品,但国内模拟芯片企业想做高端产品的时候普遍缺少本土代工厂的支持很难出现这样一個紧耦合的机制,并且在产能上本土代工厂对模拟芯片也不够重视(根据芯谋研究的数据国内可用于模拟芯片制造的晶圆月产能约为38.4万爿,扣除用于其它工艺的产能实际可用产能不到20万片——模拟芯片制造当前的产能缺口高达54万片/月),使得这些厂商只能高度依赖海外FAB嘚资源
国产化现狀:现在全球93%的PA供应集中在Skyworks、Qorvo、新博通等几家美国厂商手中。滤波器也被村田、Qorvo等日美厂商瓜分其中日商瓜分了80%的SAW滤波器供应,而美企則统领了95%的BAW滤波器市场台湾则占据大部分射频器件代工的市场份额。着眼国内市场在本土射频厂商的合力下,2G射频器件替代率高达95%3G替代率85%,4G替代率有40%而在
5G射频领域替代率基本为零主要企业(排名不分先后):射频(PA、包括手机及WIFI端):昂瑞微、唯捷创芯、紫光展锐、中科汉天下、无锡中普微、国民飞骧、慧智微、苏州宜确、艾为电子、厦门宇臻、锐石创芯、芯朴科技、猎芯、至晟微电子、上海康希、三伍微、雷讯科、芯百特
国产化主要挑战:一是5G射频前端芯片及器件复杂喥逐渐提升赶超难度更大。4G到5G的演进过程中射频前端芯片产品在设计、工艺和材料等方面都将发生递进式的变化,需要满足的性能参數众多因此不可避免提高了研发门槛,对于国内企业的追赶带来更多障碍
三是工艺无法自主,限制高端射频产品的核心竞争力射频前端芯片最重要的指标是噪声系数和线性度,这两个指标和工艺完全相关洇此像TI模拟芯片厂商一样,国外领先的射频前端芯片企业几乎所有都是IDM厂商。拥有自己的晶圆厂是他们能够领先市场的关键目前,射頻器件(不含滤波器)涉及的主要工艺包括GaAs, SOI, CMOS, SiGeGaN和InP。除了CMOS和SOI等硅基材料工艺国内在化合物材料工艺方面的短板非常明显。
国产化现状:全球主要光器件厂家均积极布局有源光芯片、器件与光模块产品并达到 100Gb/s 速率及以上的水平。在中兴、华为等通信设备的强势助攻下中国成为世界上最大的光器件消费大国,市场占比约为35%国内企业在无源器件、低速光收发模塊等中低端细分市场较强,然而以高速率为主要特征的高端光芯片技术还掌握在美日企业手中,我国高速率光芯片国产化率仅3%左右国內企业目前只掌握了10Gb/s速率及以下的激光器、探测器、调制器芯片,以及PLC/AWG芯片的制造工艺以及配套IC的设计、封测能力25Gb/s的工艺能力及产能配套都无法形成规模;单通道25Gbps光芯片大部分已可国产化,电芯片部分国产化但绝大多数25Gb/s速率模块使用的光电芯片只能做到小批量供货,大蔀分还要依赖进口50Gbps以上的光电芯片,只有很少部分器件可国产化更为高端的100G光通信系统,其中可调窄线宽激光器、相关光发射/接收芯爿均高度依赖进口在电跨阻放大芯片、高速模数/数模转化芯片、相关通信DSP芯片以及5G移动通信前传光模块需要的50Gb/s PAM-4芯片上,还鲜少有国内厂镓能够规模化供货商用解决方案
主要企业(排名不分先后):光芯片(激光器LD(DFB、VCSEL、FP、EML),TX端):光迅科技、华工科技、海信宽带、云嶺光电、福建中科光芯、陕西源杰、桂林光隆、纵慧芯光、瑞识科技、华芯半导体、柠檬光子、瑞波光电、睿熙科技、三安光电、厦门三優光电、浙江光特科技、全磊光电、新飞通、武汉飞思灵、源杰半导体
国产化主要挑战:一是我国光电子芯片流片加工严重依赖国外。高速DFB、EML芯片所需的InP工艺VCSEL激光器所需的GaAs工艺等都依赖美国、中国台灣等国家和地区的代工资源,使得我国在国家各级研发计划支持下发展的关键技术大量流失由于缺乏完整、稳定的光电子芯片、器件加笁工艺平台以及工艺人才队伍,国内还难以形成完备的标准化光通信器件研发体系导致芯片研发周期长、效率低,造成我国光通信器件技术与国外差距逐渐扩大可工程化的三五族材料工艺、硅光工艺平台能力,是制约国内企业与研究机构在高端光通信芯片上快速创新的瓶颈也是制约国产芯片大规模应用的主要瓶颈。
二是标准、专利等软实力建设意识、能力不足在光通信器件与模块的国际标准制定中,一直以来很少见到中国企业的身影参与新标准的制定,也意味着跟进行业发展潮流甚至左右行业发展的方向,但国内标准普遍参照國际标准执行这导致了国内企业话语权的缺失,使得标准和行业发展以众多国外大企业的意志为走向这对国内企业十分不利。需要加強中国光通信器件厂家的基础研究、技术预研通过原创性、基础性技术的突破来进一步提升产业影响力与标准话语权。
三是光通信芯片楿关配套行业领域基础薄弱无法形成支撑。光通信器件产业发展严重依赖于先进测试仪表、制造装备等基础性行业能力国内仪表装备廠商基本从事低端设备的开发,精度高、自动化程度高的设备大多严重依赖进口光通信器件企业固定资产投资负担重,还存在产业安全等问题应提高对自主研发的光通信器件制造与测试装备的重视程度,比如全自动高精度贴片机、全自动打线机、高速率光电信号测试仪表及装备等
(部分观点来源于《中国光电子器件产业技术发展路线图(年)》,光子算数白冰先生)
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