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移動芯片行業分析報告

發布時間:2020-04-15     來源:中國視覺網       訪問次數:1582

   芯片(chip)就是半導體元件產品的統稱。是集成電路(IC, integrated circuit)的載體,由晶圓分割而成。

   IC就是集成電路,泛指所有的電子元器件,是在硅板上集合多種電子元器件實現某種特定功能的電路模塊。它是電子設備中最重要的部分,承擔著運算和存儲的功能。集成電路的應用范圍覆蓋了軍工、民用的幾乎所有的電子設備。

現在行業內都會把集成電路叫做ic芯片。

   CPU是中央處理器,包含運算器和控制器,是數字電路。如果將運算器和控制器集成在一片集成電路上,就稱之為微處理器。目前人們將中央處理器與微處理器已經混為一談了。因此,CPU只是眾多芯片中的一類。

產業鏈

   對芯片制造來說,需要經芯片設計、晶圓生產、芯片封裝和芯片測試等環節,具體流程如下圖所示:



1.芯片設計

   芯片設計是芯片的研發過程,具體來說,是通過系統設計和電路設計,將設定的芯片規格形成設計版圖的過程。設計版圖是一款芯片產品的最初形態,決定了芯片的性能、功能和成本,因此在芯片的生產過程中處于至關重要的地位,是集成電路設計企業技術水平的體現。設計版圖完成后進行光罩制作,形成模版,光罩成功則表明芯片設計成功,可以進入晶圓生產環節。

2.晶圓生產

   晶圓生產過程是利用晶圓裸片,將光罩上的電路圖形信息大批量復制到晶圓裸片上,在晶圓裸片上形成電路的過程,即晶圓的量產。晶圓生產后通常要進行晶圓測試,檢測晶圓的電路功能和性能,將不合格的晶粒標識出來。

3.芯片封裝

   芯片封裝是將生產出來的合格晶圓進行切割、焊線、塑封,使芯片電路與外部器件實現電氣連接,并為芯片提供機械物理保護的工藝過程。

4.芯片測試

   芯片測試是指利用集成電路設計企業提供的測試工具,對封裝完畢的芯片進行功能和性能測試。測試合格后,即形成可供整機產品使用的芯片產品。

   上述過程是芯片生產的一般流程,不同的集成電路設計企業,或者針對不同的芯片產品,在生產流程上可能存在一定差異。例如,在晶圓生產的良率有充分保障的情況下,集成電路設計企業出于成本的考慮,可以選擇在晶圓生產環節后不進行晶圓測試;有的芯片需要在封裝后寫入軟件程序,因此在程序燒錄后再對整顆芯片進行測試。

芯片廠商的三個類別

   總體來講,現今芯片廠商分為三種類別:

   自身不生產移動設備,單純出售芯片。典型有高通(HTC大部分芯片都是高通,Windows Phone 7/webOS目前也僅僅支持高通芯片)、德州儀器(黑莓Playbook等)。

   自身生產移動設備,也出售芯片。典型有索尼愛立信(自家的Nova系列芯片)、三星(魅族M8/M9芯片和iPhone 3GS芯片都是由三星提供的)。

   自身生產移動設備,但不出售芯片。目前只有蘋果這樣做。

主流架構

   指令的強弱是衡量CPU 性能的重要指標,從現階段的主流體系結構看,指令集可分為復雜指令集(CISC)和精簡指令集(RISC)兩部分,代表架構分別是X86、ARM 和MIPS,其中CISC體系主要用于服務器、PC、網絡設備等高性能處理器CPU,RISC 體系多用于非X86 陣營的高性能微處理器CPU。

ARM 架構成為新興霸主

   隨著全球芯片消費市場向移動化遷移的趨勢愈加明顯,ARM 的領先優勢不斷增強并逐步成為新興霸主。近幾年來,ARM 授權合作企業規模和芯片出貨量持續高速增長,截至2014 年第一季度,ARM 授權企業規模達到1100 家,單季度出貨達到30 億顆,同比增長20%以上,在移動市場占比高達95%。當前智能手機、平板電腦芯片的大多數供應商,如高通、MTK、蘋果、博通、三星、全志、瑞芯微等,均基于ARM 技術構架開發相關產品。

   ARM 借由低功耗優勢快速切入新興可穿戴市場,以多設備協同加速生態圈構建。ARM 架構處理器因其低功耗優勢不僅廣泛根植于傳統嵌入式應用領域,更是當下國際主流知名可穿戴產品的首選。在傳統設備領域,ARM Cortex-M 系列產品在全球有40 多個合作伙伴,應用場景包括智能測量、人機接口設備、汽車和工業控制系統、大型家用電器、消費性產品和醫療器械等。

   在移動可穿戴領域,ARM 依舊占據主導,目前主要應用場景包括智能眼鏡、智能手表和智能腕帶三類產品,且知名產品居多,如谷歌眼鏡、Pebble 智能手表、Fitbit 等。

X86 架構面向新興市場轉型

   英特爾是PC 和企業級處理器市場的王者,當前正努力向移動智能終端市場延伸滲透。Intel在過去幾十年里,一直主導高利潤率的個人PC 及企業市場處理器的生產制造,也正是豐厚的毛利率使得Intel 持續付出高昂的代價研發下一代處理器技術和生產線制程,從而保持領先競爭對手至少一個代際的技術優勢。

   進入移動互聯網時代,一片處理器僅售幾美元,利潤率微薄,英特爾“高研發、高毛利相互驅動”的商業模式無法維持,布局移動芯片缺乏核心利益驅動,導致低功耗、低單價的Atom 處理器在技術工藝上始終比最先進的Core 處理器落后一兩代。

   此外,移動SoC(系統級芯片)市場公司之間的合作模式也不適合Intel,為了節省制造成本和降低功耗,移動SoC 經常需要將多廠商IP 塊集成到一片上,這對英特爾架構授權模式提出嚴峻的挑戰。而ARM 設計和生產是分離的,設計的IP 塊可以單獨授權給各廠商自行定制整合,制造采用比較成熟的生產線,成本低、可選廠家多。

   種種原因使得英特爾X86 在移動芯片市場徹底失利,以至于近兩年不得不通過加大資金補貼和技術支持力度來維系客戶、拓展市場。

MIPS 架構搶占可穿戴市場

   MIPS 長期耕耘數字家庭產品市場,錯失了移動互聯網的發展先機。MIPS 允許芯片商對架構進行自由更改,授權模式相較ARM 更為開放靈活,但“學院派”基因使得MIPS 商業化運作能力偏弱,從而錯過了移動智能終端市場的爆發期。

MIPS 占據智能手表發展先機,加速向健康醫療和健身設備拓展。Imagination 作為AndroidWear 生態唯一的IP 供應商,使得MIPS 架構在智能手表領域占據了主動,隨著更多芯片商的加盟,醫療健康和健身設備也將成為發力重點。

   目前,Imagination 已將旗下MIPS、PowerVR、Ensigma(RPU)等核心技術產品列入Android Wear 生態,并聯合產業界多方力量推出基于MIPS 核心的參考設計方案及各種硬體平臺,加速可穿戴產品上市。

應用領域



   市場調研機構BusinessInsider-Intelligence近期發布了一個虛擬現實市場的研究預測報告。該機構預測,從2015年到 2020年,虛擬現實頭盔的銷售量將每年呈現99%的復合年度增長率。到2020年,虛擬現實頭盔市場的容量,將達到28億美元,遠高于2015年的 3700萬美元。Gartner預測,2016年,全球VR/AR設備的出貨量將增長10倍達到140萬臺。

   而在這場設備之戰的背后,自然也少不了上游芯片廠商的一番廝殺。



國產芯片

   根據摩根士丹利的估算,上世紀90年代后半葉,在早期政策扶持下,政府向芯片業的投入資金不到10億美元。而2014年宣布的一項政策計劃表明,此次政府將拿出1000億~1500億美元來推動我國在2030年之前從技術上趕超世界領先企業。其中,從事各類芯片設計、裝配以及封裝的企業都能夠得到政府扶持。

   不僅如此,2015年我國政府又進一步提出了新的目標:要在10年之內,把芯片自制率提升到70%。

   中國目前有三家手機芯片企業,華為海思、展訊和聯芯,背靠華為公司的華為海思實力毋庸置疑是實力最強大;展訊被紫光并購后獲得了國家300億元資金扶持,其今年在3G基帶市場上超過聯發科成為全球第二大;這當中聯芯的實力最弱,收購Marvell無疑能有效增強聯芯的研發實力。

潛在機會

   中國每年用于進口芯片的花費為2000多億美元,高居全球第一,已超過進口石油的花費。我國芯片產業發展比較緩慢,尤其在CPU方面幾乎一片空白,而且我國的芯片進口不設置任何門檻,甚至允許國外公司直銷,直接掌握每臺機器的信息,因此國外芯片廠商有可能通過芯片植入木馬來竊取商業機密,也可通過病毒、惡意軟件來操控控制系統,引發安全事故。

   進口芯片造成了這么多的困局,原因又在哪里?

原因主要有兩點。

   第一,我國一直以來處于選擇全球產業鏈的下層位置,國內企業制造的芯片普遍是粗糙,而且成本也無法降下來。

   第二,因為我們這些年來過于追求實現進口替代,以至于在芯片產業發展的理解上,過于簡單、急于求成,缺什么做什么,前些年的CPU、存儲器,這些年的移動互聯技術、傳感器,都是頭疼醫頭、腳疼醫腳。

   芯片強國的建立僅靠掌握一兩項核心技術或一兩個產品突破是不管用的。只有真正建立起自主可控的信息產業體系,就像“兩彈一星”時代我們的先輩建立起自主可控的工業體系一樣,才是中國集成電路振興的時刻。

   第一,以手機市場為例,NVIDIA、Marvell、英飛凌等,都曾是芯片領域的主流企業,這個市場,特別是高端市場,已經被高通占據了,總銷售額超過基帶芯片市場60%,留給華為、展訊們等國有廠商的空間有限。如果不能利用4G的機會有大幅提升,那芯片之路幾乎非常艱難。如果高通達到當初Intel在CPU領域的地位,整個芯片產業系統上,中國企業只能望洋興嘆。

   第二,要注意資本市場上的戰爭。不久前,Intel與瑞芯微達成了合作,但是,這里讓人生疑的是,它到底是借重于瑞芯微強大的渠道能力、一起做大,還是另有所圖?有傳言稱,Intel最終目的是將其收購。再者如mtk與msta的合并,這無疑在電視芯片、低端手機芯片對大陸廠商形成了更大的擠壓。這些對于中國企業來說,雖然在技術領域剛剛找到機會,但在資本市場上還是小孩子。

   第三,在智能手機市場,以小米、中興為首的很多國產廠商的旗艦機型都處于缺貨狀態,尤其是4G產品,為何?因為28nm的芯片生產幾乎都要等待臺積電的產能!IC生產環節的瓶頸變得比IC設計環節更大。而且除了技術因素,行業的資本消耗也太過巨大。

   據報告顯示,當半導體工藝制程為22nm/20nm時,它的建廠費用45-60億美元,工藝研發費用10-13億美元,產品出貨量至少在1億片以上才能盈虧平和,如果在14nm以下,其投資金額大到絕大多數企業難以負擔,而中國最大、全球第五大的代工廠中芯國際2013年營收才20.7億美金!

   過去十年在政策支持和終端市場需求強勁的雙重動力推動下實現了持續快速增長,是半導體產業鏈上發展最快的一環。

   目前,國內已經涌現出華為海思、展訊等具備全球競爭力的IC設計公司。華為海思最近發布的麒麟Kirin920性能卓越,有望沖擊移動應用處理器第一陣營。紫光集團私有化收購展訊和銳迪科實施強強聯合,并提出了要打造世界級芯片巨頭的宏偉目標。(本文轉載自網絡)

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