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      行業新聞

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      工業芯片的現狀與未來

      發布時間:2019-11-25

        集成電路主要用于以下幾大領域,分別是:民用/商用,工業,軍事/航空航天。平時我們聽到和見到*多的就是民用,特別是智能手機需要用到的各種處理器、存儲器、電源管理、RF前端等,應用在該領域芯片的總體特點就是高集成度和低功耗。而工業領域對芯片的各方面性能要求,較之于民用來說要高得多,而隨著工業物聯網時代的到來,在原有性能的基礎上,對相應芯片的集成度、功耗以及低延遲等指標的要求更高了??梢哉f,工業芯片的設計和制造水平才是衡量一個國家整體半導體實力的真正試金石。


        工業對于每一個國家來說,都是*重要的支柱性產業,整體工業水平上不去,則國家的綜合國力和國際影響力肯定不行,而芯片又被稱為“工業糧食”,是各種工業設備的核心部分,其重要程度可想而知。而在國際貿易紛繁復雜、變化多端的當下,如果不具備較高水平工業芯片的設計和生產能力的話,則很有可能受制于人,從而威脅到一個國家的整體工業體系安全。因此,必須提升核心工業芯片的自主水平。


        這里所說的工業應用,不只是工廠、車間里的設備和機器,而是廣義上的工業場景,具體包括:工廠自動化與控制系統、電機驅動、照明、測試和測量、電力和能源等傳統工業領域,以及醫療電子、汽車、工業運輸、樓宇自動化、顯示器及數字標牌、電子銷售點 (EPOS)、智慧城市等。


        由于涉及的應用領域非常廣泛,所以工業芯片的種類繁多,具體包括:處理器、傳感器、存儲器、通信、放大器、時鐘和定時器、數據轉換器、接口和隔離芯片,以及功率、電源管理、電機驅動、無線連接、RF器件等。

      行業現狀


        來自市場研究機構IHS的數據顯示,全球工業芯片市場2014至2019年以8%的年復合增長率發展,2019年市值將達595億美元。正因看好這一市場的前景,一些數字領域的半導體龍頭廠商開始將發展重點向工業半導體轉移。隨著工業數字化的發展,人工智能等新技術也開始融入工業領域,正在為工業半導體企業的發展打開一個新的領域。


        2018年,在泛工業芯片領域,快速增長的應用包括網絡設備,商用飛機、LED照明、數字標簽、數字視頻監控、氣候監控、智能儀表、光伏逆變器和人機界面系統。另外,各種類型的醫療電子設備(例如助聽器,內窺鏡和成像系統)也促進了該市場的增長。

      國外企業


        目前,全球的工業芯片市場主要還是被歐美日的大企業所把持著,它們的整體水平和市場影響力優勢明顯。排名靠前的廠商主要有:德州儀器(TI),ADI,英飛凌(Infineon),意法半導體(STMicroelectronics),英特爾,美光科技,Microchip,安森美,恩智浦,日亞化學(Nichia)以及瑞薩電子等。


        以上這些廠商在工業芯片領域,都有各自的優勢產品,例如:TI強在模擬和嵌入式芯片,ADI是ADC和DAC的領導企業,英飛凌是功率器件**者、意法半導體在MEMS傳感器方面有優勢,且正在不斷加大在工業應用領域的投入力度,英特爾是CPU市場霸主,美光科技提供工業用DRAM,安森美強在圖像傳感器,恩智浦是汽車芯片的霸主,日亞化學則是LED領域**者。


      中國企業


        目前,中國已經擁有一批工業芯片企業,數量還是不少的,但總體比較分散,還未形成合力,綜合競爭力弱于國外大廠,且產品仍然集中在中低端市場。然而,在某幾個應用領域和產品線,已經具有較強的競爭力,且實現了國產替代,其中,典型代表就是電力和功率半導體市場。


        目前,國內IPM、MOSFET和IGBT功率器件廠商市場集中在電力牽引、智能電網、高鐵和地鐵、電動車和充電樁、變頻家電和變頻空調、機器人和運動控制、保障性安居工程、節能設備以及城市基礎設施等領域。


        今年5月,中國半導體行業協會(CSIA)發布了“2018年中國集成電路設計十大企業”,具體如下圖所示。其中,排名第四的北京智芯微電子,是這份榜單中**一家專注做工業芯片的廠商,其它都是以民用的消費類芯片為主。



        智芯微電子的安全芯片,RFID芯片,通信芯片,主控芯片等均在電力系統、軌道交通、鋼鐵冶金等工業領域得到應用。前不久,該公司的產品發布會還推出了“海燕701”主控產品以及首款嵌入式終端操作系統“樞紐OS”,不斷完善針對工業領域的產品線。


        除了在計量、安全、電力通信、主控芯片方面具有統治地位之外,該公司還在智能傳感、智慧城市等泛工業應用領域不斷拓展。


        此外,還有一些本土設計、制造工業級芯片的廠商沒有在這份榜單中體現,特別是在傳感器和功率器件方面,我國本土企業是有突破的。如歌爾聲學,是國內傳感器領域的龍頭企業,在電聲行業微型電聲元器件和消費類電聲產品的研發和制造方面具有很強競爭力。功率器件方面,以中車和比亞迪為代表的本土企業,在IGBT領域取得了佳績,實現了電動汽車和高鐵用IGBT的國產替代。


        總體來看,中國本土工業芯片廠商,產品還是以功率器件、工控類MCU、傳感器為主,而在其它大類的工業芯片方面,如高性能的模擬產品、ADC、CPU、FPGA、工業存儲等,我國企業與國際大廠還有較大差距。


      如何提升中國工業芯片發展水平?


        從2018年的全球工業芯片市場發展情況來看,由于大量新應用的需求,小批量,具有更強多樣性和更高附加值的工業芯片市場增長強勁,該市場在2018年增長了10.8%,達到520億美元。


        在細分領域方面,通用模擬IC和光電器件市場在2018年的表現非常出色。另外,得益于數字化、電源效率、連接性和其他功能的進步,預計工業應用MCU將長期發展,前景看好。


        而中國在工業功率芯片方面表現*為突出,除了要進一步鞏固之外(如正在第三代化合物半導體SiC和GaN方面加強研發和推廣力度),還要適應工業物聯網的發展需求,在高性能模擬芯片、控制器、人工智能等方面有所突破,拉近與國際大廠之間的距離。


        在發展我國工業芯片方面,產業界、學術界和政府相關部門是有共識的,包括:多給本土企業提供試錯機會,產學研共同培養專業人才,稅收優惠,貼近市場、技術創新等。


        前不久,工信部也出臺了一系列政策,以加快我國工業芯片技術研發及產業化自主發展。具體措施包括:對符合條件的工業芯片設計、制造等企業所得稅、進口關稅等出臺多項稅收優惠政策,對相關領域給予重點扶持;圍繞能源、交通等國家重點工業領域,充分發揮相關行業組織作用,通過舉辦產用交流對接會、新產品推介會、發布典型應用示范案例等方式,為我國工業芯片企業和整機企業搭建交流合作平臺。


        在人才培養方面,要推動籌建集成電路產教融合發展聯盟,促進產業界和學術界的資源整合,推動培養擁有工程化能力的產業人才,同時以集成電路為試點實施關鍵領域核心技術緊缺博士人才自主培養專項,根據企業需要,依托高水平大學和國內骨干企業,針對性地培養一批高端博士人才;支持26所高校建設或籌建示范性微電子學院,推動高校與區域內集成電路領域骨干企業、國家公共服務平臺、科技創新平臺、產業化基地和地方政府等加強合作。


        *重要的一點,就是要打造出一個扎根于我國本土的工業芯片生態體系,要想實現這一目標,就必須持續推進設計、制造、封測等環節的深度融合,不同于消費類芯片,工業芯片在性能和穩定性方面要求更高,研發周期更長,產品迭代速度也不像消費類芯片那么快,這樣就給設計、制造和封測深化合作提供了足夠的時間和空間,芯片制造企業就可以對設計企業的設計規范、參數規格、EDA工具等有更深入的了解,從而提供更好的PDK支持。我國大陸地區的晶圓代工企業,在特種工藝和制程方面還是有競爭力的,而這正適合工業芯片制造。在設計環節,我國本土的Fabless企業數量雖然很多,但專注于工業芯片的相對較少,這樣反倒有利于統一的生態系統建設。同理也可以推廣到封測環節??梢?,在我國建立起一個工業芯片生態體系,還是有較好產業基礎的,雖然整體水平還不高,但只要強化合作意識,做好頂層規劃,就可以實現更**的融合發展,提升整體水平和規模。


        另外,還要攜手工業芯片產業相關單位,加強產學研協同、標準建設協同、產業鏈協同、應用協同和設計企業合作,共同打造工業芯片產業生態圈。


        只有產學研界共同努力,形成合力,才能提升中國工業芯片的發展水平,從而幫助我國從工業大國向工業強國邁進。


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