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来源：欧亚体育官网 作者：欧亚体育官网登录|发布时间：2024-09-08 09:09:09
我们生活的物理环境以模拟量为特征，即以连续方式变化而非离散的量，如温度，位置，光强度，声波，颜色，纹理等。这些物理量的测量是不受限（例如“开与关”，“小与大”，“黑色”）的渐变。当我们使用图表直观地表示这些模拟量的值时，曲线将变得平滑（最具代表性的就是正弦曲线）。这些连续变化的模拟量构成了真实世界，通过模拟信号的形式向外界传递信息，用来处理模拟信号的集成电路就是模拟 IC。
数字信号是电子的关键。尽管现实世界是由丰富多彩的模拟信号组成，然而经验证明，在电气系统中，二值信号对信息的存储、传输和处理带来了极大的方便及可延展性。所以在现代电子系统中，工程师采用逻辑高电压与逻辑低电压（接地）来表示信号 1 和 0，从而将二进制的数学结构转换到电子系统当中，这就是数字信号。数字信号被广泛的应用与计算、存储等领域，用于处理数字信号的集成电路就是数字 IC。
集成电路IC由晶体管（包括二极管和三极管）及其他被动元件组成，通过微缩化将复杂的功能压缩到一个很小的物理区域中，通过集成的手段沟通微观器件与宏观世界，极大的丰富了电子系统的便携性及延展性。模拟电路和数字电路的区别主要体现在电子设备内部，也就是模拟IC与数字IC之间的晶体管区别上。
在模拟IC中，晶体管用于放大或产生连续变化的信号（偏置）。当我们给晶体管偏置时，我们会创建电路条件，使其能够正确响应电压的微小变化。能够连续、准确的反应、放大模拟信号是模拟IC的主要关注点。模拟IC中的晶体管可以是BJT（双极结型二极管），也可以是MOSFET（金属-氧化物场效应晶体管）。
在数字IC中，输入信号需要完全打开和关闭晶体管，只需要对外输出逻辑高低两个值。由于需要频繁的开闭，只有MOSFET能够满足这样的性能，所以数字IC中一般不适用BJT。通过复杂的MOSFET互联，基于布尔逻辑的门电路可以组成复杂的微处理器甚至通用计算处理器单元。
信号在电子系统中经历了从模拟到数字再到模拟的过程，对应的是信息的输入、处理和存储、输出三个环节。其中自然界的信号经由传感器和各类分立器件转变为电信号（模拟）；而信号从输入到处理再到输出的中介，作为桥梁进行沟通的功能则是由各类模拟器件（包括数模混合电路）完成；最后模拟芯片处理转换后的数字信号，经由数字IC（处理器和存储器等）完成最终的逻辑计算、存储等功能。
在半导体产业中，下游产品可以分为OSD（包括传感器、分立器件、光电器件等）以及集成电路IC。数字IC主要处理数字信号，而模拟IC和传感器等分立器件则处理模拟信号，并与数字信号进行转换。
数字IC是半导体产业的核心，模拟IC是半导体产业的基石，也是联系真实世界与电子系统的纽带。由于需要处理的信号种类不同，我们可以看到，模拟IC在产品生命周期、生产工艺、设计门槛以及相关辅助工具上，都与数字IC之间有较大的区别。
产品生命周期长，迭代慢。数字IC强调运算速度与成本比，摩尔定律的核心就是设计者们追求更高性价比的运算速率，故新工艺、新算法层出不穷，生命周期只有1-2年；模拟IC与之相反，强调的是高信噪比、低失真、低功耗及稳定性，所以产品一经推出，往往具备较长久的生命力，迭代周期较长，而价格也会逐年降低。
生产工艺因需求不同而多样化。CMOS工艺由于发展完备，制程不断缩小成为数字IC采用的主流。但模拟IC由于往往需要高电压、低失真、高信噪比的需求，CMOS工艺驱动能力较差，很难满足模拟电路需求。
模拟IC早期使用Bipolar工艺，但是Bipolar工艺功耗大，因此又出现BiCMOS工艺，结合了Bipolar工艺和CMOS工艺两者的优点。另外还有CD工艺，将CMOS工艺和DMOS工艺结合在一起。而BCD工艺则是结合了Bipolar、CMOS、DMOS三种工艺的优点。在高频领域还有SiGe和GaAS工艺。这些特殊工艺需要晶圆代工厂的配合，同时也需要设计者加以熟悉，所以一般模拟IC厂大部分仍采用IDM模式。
与电子元器件关系紧密，设计匹配布局复杂。模拟IC的低噪声、低失真需求需要在设计布局中考虑结构和元器件参数彼此的匹配模式，同时在整个线性工作范围内需要具备良好的电流放大、频率功率特性。常见的阻容感元件都会产生失真，而在数字IC设计过程中，由于二值特性，则不需要考虑相关影响。在高频范围内，某些射频IC的性能还与布线密切相关，所以模拟IC的设计者需要熟悉大部分的电子元器件特性，设计门槛较高。
辅助工具少，经验知识要求高。由于模拟IC设计需要熟悉大部分的元器件特性及不同的生产制造封装工艺，这使得模拟IC从业者准入门槛更高，积累经验时间往往在10年以上。模拟IC在不同场景下的通用性往往不强。牵涉性能指标更多，稳定性及认证周期更厂，这导致可以借助的EDA工具数量更少，对设计者的自身经验要求更高。所以在模拟IC行业中，丰富的设计经验（或者也叫Know-how）更加重要。
结合电子系统示意图表，根据功能的不同（传输弱电信号/强电能量），我们一般可以把模拟器件大致分为信号链和电源链两大类。信号链主要是指用于处理信号的电路，而电源链主要用于管理电池与电能的电路。信号链主要包括比较器、运算放大器OPA、AD\DA、接口芯片等；电源链主要包括PMIC、ADC、DAC、PWM、LDO稳压器和驱动IC等。在高频信号部分，射频器件由于技术迭代快、出货量大等，经常被单独分类讨论。
按照下游产品的应用领域进行划分，我们也可以将模拟IC产品分为通用标准产品SLIC和专用标准产品ASSP。其中SLIC应用于不同场景中，设计性能参数不会特定适配于某类应用，按产品类型一般包括五大类，信号链路的放大器Amp、信号转换器ADC/DAC、通用接口芯片、比较器，电源链路中的稳压器都属于此类。产品细分品类最多，生命周期最长，市场十分稳定。
ASSP则根据专用的应用场景进行标准化设计，一般集成了数字以及模拟IC，复杂度和集成程度更高，有的时候也叫混合信号IC。典型的ASSP产品包括手机中的射频器件，交换机中物理层的接口芯片，电池管理芯片以及工业功率控制芯片等等。ASSP一般按照下游应用场景划分为五大类，包括汽车电子、消费电子、计算机、通信以及工业市场，通常由于针对特定场景进行开发，附加价值及毛利率较高。
复盘过去15年的半导体行业各个细分领域市场规模及增速，我们发现模拟IC市场规模稳定，不受下游某些市场短期波动的影响，市场波动幅度较小。模拟芯片也是全球半导体产业的晴雨表，与宏观经济变化密切相关，周期性变动相对较弱。
历经从50年始的不断发展，模拟芯片已成为全球规模近600亿美元的产业。根据WSTS及Statista数据统计及预测，2020年全球模拟IC市场规模达到557亿美元，同比2019年增长3.3%，全年半导体产业规模为4404亿美元，模拟IC市场占比为12.6%。
随着全球疫情逐渐得到控制，半导体产业也迎来复苏，其中5G通信、汽车电子等应用场景将加速推动模拟IC市场发展，预计2021年模拟芯片市场规模可以达到640亿美元，同比增长15.1%，高于半导体行业整体增速。考虑模拟芯片赛道发展稳定，受下游景气度影响较小的特点，未来将成为半导体行业的细分黄金赛道。
根据ICInsights预测，未来五年（20-25年）整个集成电路行业增速受到下游汽车电子、5G通信的应用场景的带动作用，销售额复合增速将达到8.0%，高于半导体行业整体增速；其中模拟、逻辑和存储IC市场增速将分别达到8.2%、9.1%和9.9%，是集成电路细分市场中复合增速最快的三个赛道。
模拟IC的下游应用场景包括通信、工业控制、汽车电子、消费类和政府军事等用途，其中最大的下游应用是通信类市场，典型产品如基站信号链、射频IC等等，2020年占比份额达到36.5%。汽车电子近五年（16-20年）受益于新能源车的下游需求发展，增长最为迅猛，已经成为下游第二大应用场景，市场份额占比达到24.0%。
中国已成世界最大模拟IC市场，自给率仍然偏低，替代空间巨大。根据IDC数据统计，2020年亚洲模拟IC市场销售额占比已经接近全球的70%，其中中国市场占比达到36%。按照557亿美元全球规模测算，中国模拟IC市场规模已经达到200亿美金。尽管近些年大量人才回流，本土模拟IC厂商陆续崛起，部分高端产品领域甚至超过世界先进水平，但是目前国产模拟厂商销售规模只有25亿美金左右，自给率仅为12%，未来尚存较大国产替代空间。
产品种类繁多，细分市场复杂。按照产品类别进行分类，模拟IC市场可以分为信号链及电源链两大类，并且可以进一步划分为通用产品以及专用标准品两大类。依据Oppenheimer的统计，2020年全部模拟IC市场中，信号链产品占比约为47%，电源链产品占比达到53%。
信号链：专用产品居多，射频IC占比最大。在信号链产品中，ASSP专用品主要由射频IC和音视频驱动IC构成，针对通信、消费等场景定制化设计开发模组及分立器件，占比达到30.9%。而在通用产品上，信号链主要则包括通用放大器OPA、转换芯片ADC及DAC以及各类接口芯片等。
电源链：通用专用占比近似，整体规模增速快于信号链。在电源链产品中，通用电源管理产品包括各类LDO稳压器、DCDC转换器等，适用于各类电源管理场景的电压转换，占比达到29%；而专用电源管理芯片则包括电池管理芯片、计算机监控电路和功率、LED驱动IC等等，针对具体场景的高压电路进行特质化设计，规模占比达到24%。
市场格局分散，TI领衔“一超多强“格局。德州仪器TI作为发明集成电路概念的厂商，2020年模拟业务收入达到109亿美元，在整体市场跌幅较大前提下销售额稳定增长，市占率达到19%，是当之无愧的模拟芯片龙头厂商。过去30年间，TI维持信号链产品竞争力，大力布局电源管理类产品，各类模拟芯片类别超过14万钟，毛利率稳定在60%以上。不断整合并购带来的广泛产品线，自建IDM迅速匹配下游特定场景进行快速设计应用的能力，是德州仪器持续引领模拟行业发展，形成“一超多强”格局的关键。
模拟IC市场发展超过50年，产品迭代较慢、生命周期长，路径依赖特征不强，需要长期积累经验，且下游应用场景纷繁复杂，难以形成垄断，全球模拟芯片Top10厂商合计市占率一直维持在55%-60%左右，除部分外围厂商占据特定市场之外，头部厂商格局稳定，在各自擅长的信号链及电源领域和细分市场中，拥有自己擅长的模拟产品。2015年至今，模拟市场以TI为首，ADI凭借领先的信号链能力紧随其后，英飞凌、ST、Sky、NXP等公司各自在功率器件、射频产品市场中拥有一席之地，形成稳定的“一超多强”格局。
稳定市场格局，并购暗潮汹涌，集中化趋势凸显。90年代之前，整个模拟芯片行业以信号链芯片为主，下游应用多为通信及工业类场景，日本的东芝、松下、日立，美国的TI、国家半导体、摩托罗拉，欧洲的飞利浦、西门子等公司基于各自的技术特点及主要客户需求占领细分市场，行业格局及其分散，头部前十名厂商市场份额基本相同，排名第一的国家半导体仅占据市场7%的份额。
1996-2000年，TI乘电源管理发展东风，转型大力发展模拟芯片业务，陆续收购SiliconSystems、Unitrode、PowerTrends以及Burr-Brown，2005年市场份额跃居第一；到了2011年，TI为了进一步扩大其在模拟领域中的地位，又斥资65亿美元收购1995年排名第三美国国家半导体（National），此番收购后，TI在通用模拟器件的市场份额达到17%，大大超越后面的竞争对。
