【Invoering】In vergelijking met digitale chips hebben analoge chips relatief weinig aandacht gekregen, maar analoge chips vormen een zeer belangrijk onderdeel van de geïntegreerde schakelingen. AD/DA-chips zijn een belangrijke tak van analoge chips en hebbenHoge technische drempel en grote waardeNaast andere kenmerken is de kerntechnologie lange tijd gemonopoliseerd door buitenlandse landen. Dit artikel analyseert eerst de markt voor analoge chips, gaat vervolgens dieper in op AD/DA-chips, inclusief de definitie, categorieën, markten, toepassingen, enz. van AD/DA, en onderzoekt ten slotte het lokalisatieproces van AD/DA in ons land.Wij zijn van mening dat AD/DA, als een van de hoogwaardige, universele chips, een breed ontwikkelingspotentieel en een belangrijke strategische positie heeft en de aandacht van de industrie en investeringskringen verdient.
De analoge chip is een spoor met lange hellingen en dikke sneeuw.
Als we het over halfgeleiders hebben, denken mensen al snel aan kerncomponenten zoals CPU's en geheugen. Deze chips vallen allemaal onder de categorie digitale chips. Naast digitale chips is er nog een belangrijk gebied binnen de halfgeleiderindustrie: analoge chips, die een grote invloed hebben gehad op de ontwikkeling en evolutie van technologie. In dit hoofdstuk analyseren we eerst de analoge chipindustrie.
(1) Wat is een analoge chip?
De meeste signalen in ons dagelijks leven zijn analoge signalen, zoals geluid, licht, temperatuur, enzovoort. Digitale chips kunnen deze signalen niet rechtstreeks verwerken; ze moeten eerst door analoge chips worden verwerkt. Analoge geïntegreerde schakelingen verwijzen daarom voornamelijk naar geïntegreerde schakelingen die analoge circuits, bestaande uit weerstanden, condensatoren, transistors, enzovoort, integreren om continue functionele analoge signalen (zoals geluid, licht, temperatuur, enzovoort) te verwerken.
(2) Omvang van de markt voor analoge chips
Wat de marktomvang betreft, bedroeg de wereldwijde markt voor analoge chips in 2021 circa 61.2 miljard dollar. De Chinese markt voor analoge chips had in 2021 een omvang van ongeveer 223.4 miljard yuan. Naar verwachting zal de marktomvang in 2024 261.8 miljard yuan bereiken. China vertegenwoordigt meer dan 50% van de wereldwijde markt voor analoge chips.
Figuur 1 Omvang van de markt voor analoge chips
(3) Vergelijking tussen analoge chips en digitale chips
Kernvisie 1: Analoge chips kunnen een langere technologiecyclus overbruggen.
Digitale chip: Digitale chips vertonen typische padafhankelijkheidskenmerken. Wanneer processors evolueren van x86 in het pc-tijdperk, naar ARM in het tijdperk van mobiele terminals en IoT, naar de huidige AI-chips, dan blijven de concurrentievoordelen van processorchips beperkt tot hun respectievelijke korte-termijn technologiecycli. Digitale chips leggen de nadruk op de verhouding tussen rekensnelheid en kosten, terwijl de wet van Moore in de chipfabricage de productiteraties van fabrikanten van digitale chips beperkt.
Analoge chip: Analoge chips dienen niet direct de implementatie van algoritmen. Ze realiseren een stabiele technologische ontwikkeling op basis van relatief vaste circuitparameters zoals spanning, stroom, vermogen, energieverbruik en nauwkeurigheid, en zijn niet gebonden aan technologische cycli. Analoge chips zijn niet onderhevig aan de wet van Moore. Naast doelstellingen zoals omvang en energieverbruik, streven ze ook naar een balans tussen een hoge signaal-ruisverhouding, lage vervorming en hoge betrouwbaarheid.
Kernpunt twee: Analoge chips vereisen een technisch team met meer ervaring.
Digitale chip:Het ontwerpen en produceren van digitale chips vertoont veel overeenkomsten met lopende bandprocessen. Dankzij uitgebreide ontwerpmodules, efficiënte EDA-software voor simulatie en gestandaardiseerde procesplatformen kan het ontwerp van een krachtige chip in korte tijd worden voltooid. De ontwikkeling van EDA-tools heeft innovatie gebracht in de gehele ontwerparchitectuur voor de onderliggende IP-kern.
Analoge chip:EDA-tools spelen slechts een zeer beperkte rol in het ontwerp en de simulatie van analoge chips. Analoge chips vereisen ontwerpers met ruime ervaring en nauwe communicatie en samenwerking tussen ontwerpingenieurs en procesingenieurs. Bedrijven die analoge chips produceren hebben niet veel technisch personeel nodig, maar vooral het vermogen om zelfstandig te opereren. Daarom is het niveau van de oprichter van groot belang. Chinese bedrijven zoals Zhuoshengwei en Seripu zijn begonnen met een team van slechts een tiental mensen en hebben een marktwaarde van tientallen miljarden bereikt.
Kernvisie drie: Analoge chipfabrikanten hebben een hogere winstgevendheid, stabielere prestaties en hogere waarderingen.
In de afgelopen twintig jaar zijn er wereldwijd analoge chipgiganten zoals Texas Instruments (TI) en Analog Devices (ADI) opgekomen, evenals digitale chipgiganten zoals Intel (Intel) en AMD (AMD). Een vergelijking van de historische winstgevendheid van deze bedrijven laat zien dat analoge chipfabrikanten ook hoge brutowinstmarges en nettowinstmarges hebben en beter bestand zijn tegen conjunctuurschommelingen dan digitale chipfabrikanten.
Figuur 2. Vergelijking van de brutowinstmarge en de nettowinstmarge van analoge/digitale chipbedrijven.
Analoge chip is eenZware sneeuwval op lange hellingenDe sector kent extreem hoge technologische en talentvolle drempels, waardoor de waardering van analoge chipbedrijven in binnen- en buitenland over het algemeen hoger ligt dan die van digitale chipbedrijven.
Figuur 3. Vergelijking van de waarderingsniveaus van analoge/digitale chipbedrijven.
AD/DA-chips vormen de brug tussen de echte wereld en de digitale wereld.
(1) Wat is een AD/DA-chip?
De AD/DA-chip realiseert hoofdzakelijk de wederzijdse conversie tussen analoge signalen zoals temperatuur, druk, debiet, snelheid, lichtintensiteit en digitale signalen (spanning, stroomsterkte, enz.). De AD-chip (ADC) wordt gebruikt om analoge signalen om te zetten in digitale signalen, en de DA-chip (DAC) wordt gebruikt om digitale signalen om te zetten in analoge signalen.
In een complete signaalketen verzamelt de sensor natuurlijke signalen uit de echte wereld, zoals elektromagnetische golven, geluiden, beelden, temperatuur, lichtsignalen, enz., en zet deze natuurlijke signalen om in gesimuleerde elektrische signalen. Vervolgens versterkt de versterker het analoge signaal en zet de ADC het analoge signaal om in een digitaal signaal. Nadat het digitale signaal is verwerkt door een MCU, CPU of DSP, wordt het via de DAC weer omgezet in een analoog signaal en naar de echte wereld gestuurd via uitvoerapparaten zoals luidsprekers, motoren en LED's.
Figuur 4: Hoe het signaalketensysteem werkt
(2) Prestatie-indicatoren van AD/DA-chips
De belangrijkste prestatie-indicatoren van AD/DA-chips zijn onder andere de bemonsteringssnelheid en nauwkeurigheid. Andere indicatoren zijn bijvoorbeeld het stroomverbruik, de conversiesnelheid, de signaal-ruisverhouding en de foutmarge.
Bemonsteringssnelheid:Gemeten in samples per seconde (SPS), geeft dit de bandbreedte van het analoge signaal aan die de ADC kan converteren. Snelle AD/DA-converters kunnen signalen met hogere frequenties analyseren.
Nauwkeurigheid:Gemeten in bits, wordt het gebruikt om het verschil weer te geven tussen het omgezette digitale signaal en het oorspronkelijke analoge signaal. Hoe hoger het aantal bits, hoe hoger de nauwkeurigheid van de AD/DA-chip.
(3) Categorieën ADC-chips
Afhankelijk van de bemonsteringssnelheid en nauwkeurigheid kunnen ADC-chips worden onderverdeeld in de volgende vier typen:
Flits-ADC:Flash-ADC's hebben doorgaans een nauwkeurigheid van maximaal 8 bits, maar bieden de hoogste snelheid en kunnen snelheden van meer dan 56 GHz bereiken.
Pijpleiding ADC:Pipeline-ADC's zijn het moeilijkst te ontwikkelen; de snelheid overschrijdt doorgaans de 10 GHz niet en de nauwkeurigheid kan 14-16 bits bereiken.
SAR ADC:De snelheid van de Successive Approximation (SAR) ADC bedraagt ongeveer 100 MHz, maar de nauwkeurigheid kan meer dan 18 bits bedragen.
Sigma-Delta ADC:Sigma-delta ADC's hebben de hoogste nauwkeurigheid, tot 24 bits, maar de snelheid ligt meestal rond de 1K tot 10M.
Figuur 5 ADC-chipcategorie
De toepassingen van ADC-chips omvatten onder andere militaire, industriële en consumententoepassingen. Verschillende toepassingsscenario's stellen verschillende eisen aan de bemonsteringssnelheid en nauwkeurigheid.
Figuur 6. Verschillende typen ADC's hebben verschillende toepassingsscenario's.
(4) AD/DA-chipmarktsituatie
Marktomvang:AD/DA-chips kunnen worden onderverdeeld in ADC-chips en DAC-chips, waarbij ADC-chips een groter aandeel uitmaken. Volgens gegevens van Zhiyan Consulting bedroeg de wereldwijde markt voor ADC- en DAC-chips in 2019 US$ 3.155 miljard. Volgens Statistica zal de wereldwijde markt voor ADC-chips in 2021 ongeveer US$ 2.75 miljard bedragen en in 2027 ongeveer US$ 4.09 miljard.
Figuur 7: Omvang van de wereldwijde ADC-chipmarkt (USD 100 miljoen)
Competitief landschap:Vanuit het perspectief van het wereldwijde concurrentielandschap heeft ADI het grootste marktaandeel in de AD/DA-sector, en de Verenigde Staten hebben een absoluut monopolie op dit gebied. De top vijf bedrijven zijn allemaal Amerikaanse bedrijven.
Figuur 8: Wereldwijd marktaandeel van AD/DA-chips
Toepassingsscenario's: AD/DA-chips dekken een breed scala aan verbruiksbehoeften.
Toepassingsgebieden zoals de industrie, communicatie en de militaire industrie.
Afgaande op het aandeel van de downstream-toepassingen van wereldwijde AD/DA-chips, vormen de communicatie- en industriële/medische sector de grootste toepassingsmarkten, goed voor respectievelijk 35% en 31%, gevolgd door de consumenten- en automobielmarkt, die beide 12% vertegenwoordigen.
Figuur 9. Proportie van de downstream-toepassingen van AD/DA-chips
Vervolgens zullen we de toepassing van AD/DA in deze scenario's toelichten, zodat iedereen een beter inzicht krijgt in de rol van AD/DA.
(1) Consumentencategorie: Voornamelijk gebruikt in armbanden, horloges, TWS-headsets en mobiele telefoons/tablets
In consumententoepassingen worden voornamelijk ADC-chips gebruikt, die lagere eisen stellen aan de bemonsteringssnelheid maar hogere eisen aan de nauwkeurigheid. Volgens schattingen bedraagt de markt voor AD/DA-chips (voornamelijk ADC) in de consumentenmarkt van mijn land meer dan 5 miljard yuan. Met de opkomst van consumentenelektronica zoals armbanden, horloges en TWS-headsets is er een sterke vraag naar deze markt, die bovendien een relatief stabiele cashflow kent.
Armbandhorloge:ADC-chips worden voornamelijk gebruikt voor het meten van hartslag, ECG en zuurstofverzadiging in het bloed. De nauwkeurigheidseisen zijn hoog, meestal 16-24 bits. Omdat hartslagmeting geen hoge frequentie vereist, zijn de eisen aan de bemonsteringssnelheid laag.
TWS-koptelefoons:De ADC-chip wordt voornamelijk gebruikt voor de detectie van geluid in het oor, en de ruisonderdrukkingsfunctie van hoogwaardige hoofdtelefoons maakt ook gebruik van ADC. Er zijn twee oplossingen voor detectie in het oor: SAR en lichtdetectie, met een nauwkeurigheid van ongeveer 12-16 bits.
Mobiele telefoon/tablet:ADC-chips worden voornamelijk gebruikt voor het aanpassen van de schermhelderheid en de stralingsregeling. Mobiele telefoons die in Europa en de Verenigde Staten worden verkocht, moeten standaard zijn uitgerust met SAR-chips (stralingsregeling), en mobiele telefoons vormen tevens het belangrijkste toepassingsgebied voor deze chips voor consumenten.
Figuur 10: Toepassingsscenario voor de consument
(2) Industrieel: AD/DA zal worden gebruikt in scenario's zoals het bewaken van hoogspanningsleidingen en het besturen van robotarmen.
Industriële AD/DA-systemen stellen sterk uiteenlopende eisen aan de bemonsteringssnelheid en nauwkeurigheid in verschillende specifieke toepassingen, maar over het algemeen streven industriële AD/DA-systemen naar een hoge nauwkeurigheid bij een bepaalde bemonsteringssnelheid. Bijvoorbeeld:Stroomleidingbewaking, wat een ADC-toepassing is met lage snelheid en hoge precisie;Robotarmbesturing:Het is een SAR ADC die in de tijd kan samplen met een frequentie tussen 1K en 10M.
Er bestaat ook een type Sigma-Delta ADC. De nauwkeurigheid van dit type ADC ligt tussen de 16 en 24 bits, maar de snelheid is meestal slechts enkele Hz tot enkele kHz. Het snelste ADC-product haalt slechts 2.5 MHz, waardoor de instapdrempel relatief laag is. In de industrie kan het worden gebruikt voor procescontrole in fabrieken, geavanceerde elektronische weegschalen, enzovoort, en in de geneeskunde voor röntgenonderzoek, ECG-detectie, enzovoort.
Figuur 11: Scenario voor industriële toepassing
(3) Automotive: Voornamelijk gebruikt in audiosystemen en batterijbeheer van elektrische voertuigen
In de automobielindustrie worden ADC's voornamelijk gebruikt in audiosystemen en batterijbeheersystemen van elektrische voertuigen. Het batterijbeheersysteem (BMS) in elektrische voertuigen maakt gebruik van de ADC-producten van SAR. Naarmate de verkoop van elektrische voertuigen explosief groeit, zal de vraag naar automotive ADC's blijven toenemen.
(4) Militaire industrie: voornamelijk gebruikt in radar en andere militaire apparatuur
Militaire wapens en uitrusting vereisen het gebruik van snelle ADC's (Application Delivery Controllers). De snelheidseisen voor ADC's liggen doorgaans boven de 250 meter, en ook de nauwkeurigheidseisen zijn hoog.
Radar is het belangrijkste toepassingsgebied voor AD/DA in de militaire industrie. De technische eisen voor ADC's zijn extreem hoog en vereisen een prestatie van 2.5G/12Bit. Momenteel wordt de AD/DA-markt in dit segment gemonopoliseerd door buitenlandse fabrikanten en valt deze onder een embargo. Eén radarkanaal vereist één AD/DA-converter, terwijl grote radarsystemen tienduizenden kanalen hebben en kleinere systemen er ook duizenden. Dit resulteert in een gemiddelde prijs van enkele duizenden Amerikaanse dollars per stuk, wat enorme marktkansen biedt.
(5) Communicatie: Voornamelijk gebruikt in basisstations en optische communicatie
5G-basisstations moeten beschikken over snelle AD/DA-conversie. Tegenwoordig staan er om de paar honderd meter 5G-basisstations, en elk basisstation heeft AD/DA-producten nodig. De belangrijkste leveranciers zijn momenteel ADI en TI. De Chinese marktleider op dit gebied is Huawei HiSilicon, maar dit bedrijf kampt momenteel met sancties; ZTE probeert het ook.
Hoe verloopt het lokalisatieproces van AD/DA-chips?
Volgens de Overeenkomst van Wassenaar zijn sommige hoogwaardige AD/DA-chips die worden gebruikt in militaire, ruimtevaart- en andere toepassingen verboden voor China. Neem bijvoorbeeld phased array-radars. De AD/DA-chips die in Chinese phased array-radars worden gebruikt, zijn sterk afhankelijk van buitenlandse technologie. Als deze chips in het buitenland worden verboden, zal de positie van de militaire industrie ongetwijfeld worden aangetast.
Figuur 12 Omvang van de door de Verenigde Staten opgelegde embargo op snelle AD-chiptechnologie voor China.
Buitenlandse sancties tegen China op het gebied van luchtverdediging en -detectie (AD/DA) benadrukken niet alleen de status van AD/DA als strijdterrein voor militaire strategen, maar weerspiegelen ook de hoge productiebarrières. Waarom is het dan zo moeilijk om binnenlandse AD/DA-chips te produceren? Wij denken dat er twee belangrijke barrières zijn: technologie en talent.
Technische barrières:AD/DA-chips voor militaire en communicatietoepassingen stellen zeer hoge eisen aan de bemonsteringssnelheid. Snelle AD/DA-conversie is lastiger en de technologie hiervoor wordt grotendeels beheerst door de Verenigde Staten. Gangbare industriële AD/DA-chips voldoen niet aan de hoge snelheidseisen van de militaire en communicatie-industrie, maar streven naar nauwkeurigheid bij hogere snelheden; de meest geavanceerde industriële chips in de AD/DA-sector kunnen een nauwkeurigheid van 20 bits bereiken bij een snelheid van 65 MHz, en een typische pipeline-ADC kan 14 bits/2.4 GHz halen.
Belemmeringen voor talent:Het AD/DA-gebied is het moeilijkste onderdeel van analoge chips. Het vereist extreem veel R&D-ervaring van de kernontwerpers. Er zijn slechts een handvol Chinese wetenschappers met R&D-capaciteiten op het gebied van snelle en zeer nauwkeurige AD/DA-conversie. Volgens onvolledige statistieken zijn er mogelijk niet meer dan 10 mensen met daadwerkelijke ervaring op dit gebied.
Er bestaat grote weerstand tegen de ontwikkeling van hoogwaardige AD/DA-chips in China, wat blijkt uit het feit dat het moeilijk is om dergelijke projecten in China te realiseren en dat de toepassingsdrempel erg hoog ligt.De binnenlandse markt voor snelle en zeer nauwkeurige AD/DA-conversie bevindt zich nog in een beginstadium, wat resulteert in een gebrek aan ondersteunende faciliteiten in de bijbehorende industriële keten en de moeilijkheid om de downstreammarkt te ontwikkelen. Momenteel vindt het onderzoek en de ontwikkeling van hoogwaardige AD/DA-chips in China voornamelijk plaats binnen wetenschappelijke onderzoeksinstellingen. Huawei HiSilicon beschikte ooit over de R&D-capaciteiten voor hoogwaardige AD/DA-chips van industriële en communicatiekwaliteit en had het sterkste R&D-team van het land. Na de sancties van de Verenigde Staten werd de ontwikkeling van het team van Huawei HiSilicon echter bemoeilijkt. Sommige start-ups positioneerden zich aanvankelijk om snelle en zeer nauwkeurige AD/DA-chips te produceren, maar vanwege de grote kapitaalinvestering en de lange ontwikkeltijd was het moeilijk om het team te onderhouden. Daarom stapten de meesten over naar de markt voor consumentenchips met lage snelheden, ondersteunden ze het team met een stabiele cashflow en stapten ze vervolgens geleidelijk over naar de markt voor snelle AD/DA-conversie.
De afgelopen jaren, met de voortschrijdende trend van binnenlandse productievervanging, zijn er in het land enkele zeer capabele ondernemersteams ontstaan.Dit is mede te danken aan de veranderingen in de Chinees-Amerikaanse betrekkingen. Sommige Chinese teams van ADI en TI verlieten het bedrijf om terug te keren naar China en daar bedrijven op te richten. Er ontstonden binnenlandse ondernemersteams op het gebied van analoge chips. Net zoals de Everest AD/DA in de analoge chipsector, kregen ook gerelateerde bedrijven in deze sector nieuwe kansen.
Momenteel zijn er ook enkele beursgenoteerde bedrijven in China die zich voornamelijk richten op de productie van AD/DA-chips, zoals Shengbang Micro, Seripu en Chipsea Technology. Deze bedrijven zijn populair op de kapitaalmarkt en worden hoog gewaardeerd.
Shenbang Wei:Het bedrijf is een toonaangevende fabrikant van analoge chips in China, waarbij producten voor energiebeheer en signaalverwerkingsproducten ongeveer 7:3 van de omzet uitmaken. Het bedrijf beschikt over zeer nauwkeurige ADC-capaciteiten en produceert AD/DA-chips van industriële kwaliteit op grote schaal. De omzet van het bedrijf bedroeg in 2020 1.2 miljard yuan.De huidige marktwaarde bedraagt 46.09 miljard yuan, de koers-winstverhouding (TTM) is 137.50x en de koers-omzetverhouding (TTM) is 32.27x.
Sirip:De hoofdactiviteit van het bedrijf is de productie van analoge signaalchips, goed voor 97.92% van de omzet. Converterproducten (waaronder AD/DA-chips) vertegenwoordigen 35.72% van de omzet. De industriële AD/DA-chips van het bedrijf zijn momenteel marktleider in China. De omzet van het bedrijf bedroeg in 2020 570 miljoen yuan.De huidige marktwaarde bedraagt 45.04 miljard yuan, de koers-winstverhouding (TTM) is 156.34x en de koers-omzetverhouding (TTM) is 50.95x.
Chipsea-technologie:De belangrijkste bedrijfsactiviteiten van het bedrijf zijn AIoT-chips voor gezondheidsmetingen, analoge signaalketenchips en MCU-chips, die respectievelijk 36.00%, 34.26% en 28.60% van de omzet uitmaken. Op het gebied van AD/DA-conversie richt het bedrijf zich op het ontwerpen en ontwikkelen van zeer nauwkeurige ADC's en zeer betrouwbare MCU's.De omzet van het bedrijf bedroeg in 2020 360 miljoen yuan. De huidige marktwaarde is 8.86 miljard yuan, de koers-winstverhouding (TTM) is 54.05x en de koers-omzetverhouding (TTM) is 13.28x.
De binnenlandse vervanging van AD/DA-systemen versnelt en is de moeite waard om in te zetten.
De analoge chipindustrie is een pad met lange hellingen en dikke sneeuw, dat jarenlange technologische ontwikkeling vereist om tot een "sneeuwbal" te komen. Als belangrijke tak van analoge chips vormt AD/DA een brug tussen de fysieke en de digitale wereld. De technische drempel is extreem hoog en de waarde ervan is enorm. AD/DA-chips in de consumentenmarkt zijn relevant voor ons dagelijks leven, terwijl AD/DA-chips in de militaire/communicatiesector direct verband houden met de militaire slagkracht van ons land. Hun belang spreekt voor zich.
Net als de Mount Everest op het gebied van analoge chips, zal het in eigen land moeilijk zijn om AD/DA-chips te vervangen. Momenteel wordt de kern van de AD/DA-technologie beheerst door analoge chipgiganten zoals ADI en TI in de Verenigde Staten, waardoor de ontwikkeling van dit vakgebied in ons land wordt belemmerd door een gebrek aan technologie en talent. Momenteel zijn er slechts een handvol hooggekwalificeerde AD/DA-specialisten in eigen land.
Voor de binnenlandse vervanging van AD/DA-chips moeten we geduld hebben. De analoge sector zelf vereist jarenlange technologische ontwikkeling en het inhalen van buitenlandse landen gebeurt niet van de ene op de andere dag. Dankzij deze golf van lokalisatie en de enorme omvang van de Chinese markt hebben we echter gezien dat enkele start-ups in de AD/DA-sector doorbraken hebben geboekt in de consumentenmarkt en concurreren met internationale giganten zoals TI in bepaalde marktsegmenten. Dit is al een zeer waardevolle prestatie. We hebben nog een lange weg te gaan voor AD/DA-chips in de militaire/communicatiesector, maar zolang de basis er is, kunnen we uitkijken naar de dag dat ze vruchten zullen afwerpen.
Disclaimer: Dit artikel is overgenomen van het "CDH Baifu Platform". Dit artikel geeft uitsluitend de persoonlijke mening van de auteur weer en vertegenwoordigt niet de standpunten van Sacco Micro en de sector. Het is uitsluitend bedoeld voor herpublicatie en verspreiding ter ondersteuning van de bescherming van intellectuele eigendomsrechten. Vermeld bij herpublicatie de oorspronkelijke bron en auteur. Neem bij inbreuk contact met ons op zodat we het artikel kunnen verwijderen.
粤公网安备44030002007346号