模拟芯片的种类繁多,各个产品线也是五花八门。以TI德州仪器为例,经过这么多年的发展,TI德州仪器拥有差不多17个产品分类,共14万种电子元器件,每个产品分类下面根据不同的应用场景,又分为十几个产品线。就算是经过多年沉淀,拥有众多产品线的TI德州仪器,其市场占有率也没有超过20%。
模拟芯片可以说是连接数字世界与真实世界的通道,不管是数据转换器(ADC/DAC)、电源管理芯片、放大器、射频芯片,还是接口芯片、功率器件、音频芯片、时钟芯片等,这些信号在变为数字0和1之前,都可以叫做模拟芯片。
模拟芯片可以把真实世界中,各种各样的光线、声音、图像、无线电等,全部转化为电信号。因此,可以想象得到,模拟芯片的种类和数量该有多少。这也是为什么TI德州仪器拥有众多的产品线,市占率也并没有想象的那么多。
模拟芯片生命周期长,细分市场规模有限
模拟芯片的生命周期非常长,普遍都有3-5年,长的能达到10年。也就是说,十年之前的产品,我们现在还可以用,也还在用。市面上仍然有不少20年前,甚至更早之前量产的型号仍在被大量使用,特别是像接口芯片和放大器。
从国产化的角度来讲,国产模拟芯片的替代率还是偏低,连20%都不到。国产模拟芯片的发展空间还是非常大的,还有很多的发展机会。虽然说全球模拟芯片的市场超过600亿美元,由于分类和产品线众多,具体到细分市场上,规模也就几亿美元。国内模拟芯片大约可以占到全球市场份额的40%,那么细分到国内模拟芯片市场,也就几亿元人民币,基本也就只容得下一个巨头。
模拟芯片对生产工艺要求不高
模拟芯片虽然有很多种工艺,但跟器件本身的特征分不开,比如电压,电流等,不管是采用CMOS,还是BCD工艺,最终都要结合器件的极限和特性,像采用GaN或者SiGe就会有不同的极限和特性。
为了将器件的极限和特性与各种工艺紧密耦合,许多模拟芯片厂商都采用IDM模式。一些头部的Fabless厂商,因为拥有一定的话语权,会在合作的上游产业链工厂开设专属产线,进行器件定制。与其他芯片不同,模拟芯片可以将不同的器件进行组合,从而形成不同的电路结构,来满足不同的需求,而不需要通过缩小线宽来提升性能。也就是说,摩尔定律在模拟芯片身上失效了,这也从另一个角度解释了为什么模拟芯片的生命周期特别长。
目前,仍然有很多模拟芯片采用的是0.13-0.35μm的工艺,有的甚至还采用的是0.6μm工艺。少部分高性能数模转换器芯片对先进工艺有要求,其他很多模拟芯片对工艺的要求其实并不高。
模拟芯片的设计对工程师有较高的经验要求
一款模拟芯片的设计,需要从性能、功耗、可靠性和成本等多个角度来考虑,最终在这些因素之中取得最优解。因此,模拟芯片的设计人员既需要懂得器件、工艺,还需要了解封测和品控的知识。一款成熟的模拟芯片的设计过程,一定是经过反复多次的计算、验证和迭代的,而且很多时候还不能用数字、公式和文字来表达,往往只能凭经验。
经验的积累离不开在项目中的打磨。一个优秀的模拟芯片设计工程师,必须要经历多个项目,对封测、流片和量产的每一个环节都了如指掌。也就是说,有3-5年经验的模拟芯片设计工程师还只能算刚刚入门,要想拥有足够的经验,起码得十年。这也是为什么每年芯片相关专业的毕业生有几百万,行业内却还是缺人才的原因。
在模拟芯片的不同细分领域,由于设计原理和采用工艺的不同,彼此之间的技术隔阂还比较深。因此,国产模拟芯片想要继续扩大市场,进而形成技术优势,必须要有多年的技术和人才沉淀,未来的路还比较长。