全球半導體現(xiàn)狀如何？全球半導體的機會又將如何？

最近幾年， 半導體產(chǎn)業(yè)風起云涌。 一方面， 中國半導體異軍突起， 另一方面， 全球產(chǎn)業(yè)面臨超級周期，加上人工智能等新興應(yīng)用的崛起，中美科技摩擦頻發(fā)，全球半導體現(xiàn)狀如何？全球半導體的機會又將如何？

半導體的前世今生

1、半導體歷史沿革

芯片是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)；其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個整體，使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進了一大步。

自從 1958 年德州儀器發(fā)明出世界上第一塊集成電路以來，集成電路迅猛發(fā)展，歷史上大致從西從東形成轉(zhuǎn)移。 從上世紀 50 年代發(fā)展至今，集成電路大體經(jīng)歷了三次產(chǎn)業(yè)變遷， 分別是： 在美國發(fā)明起源——在日本加速發(fā)展——在韓國***分化發(fā)展。

▲全球半導體產(chǎn)業(yè)三次變遷歷程

縱貫全球半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的時間軸，可以劃分出七大時間節(jié)點： 20 世紀 40-50 年代晶體管時代及 IC的誕生； 60 年代集成電路制造進入量產(chǎn)階段， IC 進入了商用階段； 70 年代個人計算機出現(xiàn)，大規(guī)模集成電路進入民用領(lǐng)域； 80 年代 PC 普及， 整個行業(yè)基本都在圍繞 PC 發(fā)展； 90 年代 PC 進入成熟階段； 21 世紀前 10 年互聯(lián)網(wǎng)大范圍推廣， 網(wǎng)絡(luò)泡沫和移動通訊時代來臨， 消費電子取代 PC 成為半導體產(chǎn)業(yè)新驅(qū)動因素； 2010 年至今大數(shù)據(jù)時代到來，半導體產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了增速放緩逐步進入成熟。

▲ 全球半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程

2、半導體的產(chǎn)業(yè)鏈全景

半導體是許多工業(yè)整機設(shè)備的核心， 普遍應(yīng)用于計算機、 消費類電子、 網(wǎng)絡(luò)通信、 汽車電子等核心領(lǐng)域。 半導體主要分為四部分： 集成電路、 分立器件、 光電子器件、 微型傳感器，其中集成電路按其功能可分為微處理器、邏輯 IC、存儲器、模擬電路。 其中集成電路占到整個市場的 80%以上， 可按其功能分為計算類、 儲存類和模擬類集成電路。

把整個半導體生產(chǎn)流程簡化了看，我們可得出下圖，芯片在出廠前主要經(jīng)歷了設(shè)計、制造階段、封測，最后流向終端產(chǎn)品領(lǐng)域。

▲半導體生產(chǎn)流程

半導體產(chǎn)業(yè)鏈龐大而復雜，可以分為上游支撐產(chǎn)業(yè)鏈，包括半導體設(shè)備、材料、生產(chǎn)環(huán)境；中游核心產(chǎn)業(yè)鏈，包括 IC 設(shè)計、 IC 制造、 IC 封裝測試；下游需求產(chǎn)業(yè)鏈，覆蓋汽車電子、消費電子、通信、計算機。從產(chǎn)業(yè)鏈分布的公司來看：美國、日本、歐洲、***公司形成對上中游核心產(chǎn)業(yè)全覆蓋，依靠技術(shù)自主可控壟斷半導體產(chǎn)業(yè)。

▲半導體產(chǎn)業(yè)鏈全景圖

從全球集成電路市場看，隨著 PC 應(yīng)用市場萎縮， 4G 手機市場逐漸飽和，全球集成電路市場的增長步伐放緩，但 2018 年全球集成電路銷售額仍保持了 15.94%的增長，達到 4779.36 億美元。從 1999 年到2018 年，全球半導體銷售額從 1494 億美元增長至了 4779.36 億美元，年復合增長率為 6.31%。

據(jù) Gartner 公司的數(shù)據(jù)顯示，三星電子和蘋果仍然是 2018 年兩大半導體芯片買家，占全球市場總量的17.9%，與上一年相比下降了 1.6%。受出貨量和平均銷售價格增長的推動，英特爾去年的半導體營收較 2017年增長了 13.8%。此外，其他主要內(nèi)存芯片廠商去年的表現(xiàn)也較為強勁，包括 SK 海力士和美光。

計算類 IC——硬核科技的代表

計算類芯片也稱邏輯電路，是一種離散信號的傳遞和處理，以二進制為原理、實現(xiàn)數(shù)字信號邏輯運算和操作的電路, 它們在計算機、數(shù)字控制、通信、自動化和儀表等方面中被大量運用。邏輯電路可以分為標準化和非標準化兩大類。

縱觀全球半導體，作為資金與技術(shù)高度密集行業(yè)，半導體目前形成深化的專業(yè)分工、細分領(lǐng)域高度集中的特點，邏輯 IC 作為半導體行業(yè)的核心，自上世紀末開始，近 20 年來持續(xù)保持增長態(tài)勢， CAGR 達到8.51%， 2018 年邏輯 IC 市場規(guī)模達到新高 1093 億美金，約占全球半導體市場總值的四分之一。

▲1999—2018 全球邏輯 IC 銷量及增速（億美元， %）

目前世界范圍內(nèi)主流標準化邏輯電路有四種： CPU、 GPU、 ASIC、 FPGA。由于西方國家電子信息化擁有先發(fā)優(yōu)勢，形成了對革命性產(chǎn)品的壟斷，邏輯 IC 行業(yè)形成了較高市場準入門檻，四個主流領(lǐng)域多被歐美發(fā)達國家的電子巨頭所控制。

▲全球大型邏輯 IC 公司分類

1、 CPU

CPU 從 1971 年發(fā)展至今已經(jīng)有四十七年的歷史了，提起 CPU 不得不說 Intel 公司的發(fā)展史就是 CPU的發(fā)展簡史。英特爾公司最早有三位創(chuàng)始人：羅伯特·諾宜斯、高登·摩爾、安迪·葛洛夫。集成電路技術(shù)的發(fā)展一直遵循摩爾定律，高登·摩爾就是摩爾定律創(chuàng)始人。

CPU 是一塊超大規(guī)模的集成電路，是計算機的運算核心和控制核心。它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據(jù)。 CPU 的結(jié)構(gòu)主要包括控制單元、運算器、高速緩存器、動態(tài)隨機存取存儲器四個部分，分別對應(yīng)控制、運算、高速數(shù)據(jù)交換存儲、短暫存儲四個用途。

▲CPU 微架構(gòu)示意圖

多年來，隨著電子信息技術(shù)發(fā)展， CPU 在集成電路領(lǐng)域仍保持強大的競爭優(yōu)勢，源于 CPU 諸多優(yōu)勢，其一 CPU 是通用類計算芯片，能適應(yīng)不同應(yīng)用場景，包括手機、汽車、工業(yè)制造、計算機等。其二性能上穩(wěn)定性好、運算能力突出、功耗適中、開發(fā)周期相對較短、成本較低。

CPU 可分為桌面 CPU 和移動 CPU 兩大類。桌面 CPU 行業(yè)目前形成傳統(tǒng)霸主英特爾與后起之秀 AMD兩強爭霸的局面。

▲主要 CPU 公司介紹

工藝制程方面，目前 CPU 頂級的工藝制程為 14nm, 正在向 10nm 推進。 AMD 通過多年研發(fā)投入，從不同等級產(chǎn)品的核心數(shù)、基頻、主頻、緩存、工藝制程等多項技術(shù)參數(shù)上看已經(jīng)不落后于 Intel, 但缺陷也是明顯的， AMD 產(chǎn)品工作主頻往往產(chǎn)生較高發(fā)熱量，功耗過大，反映了 AMD 追求低成本工藝制作與 Intel追求極致工藝制作的較大差距。

應(yīng)用領(lǐng)域上， CPU 作為任何電子終端產(chǎn)品的核心部件，被大規(guī)模應(yīng)用在個人 PC、平板電腦、大型服務(wù)器、商用無人機、移動設(shè)備上。

▲CPU 主要應(yīng)用領(lǐng)域

移動 CPU 領(lǐng)域呈現(xiàn)一超多強的局面，美國高通公司一直在高端移動處理器市場中占據(jù)壟統(tǒng)治地位，至今這種優(yōu)勢依舊難以打破。其競爭對手主要包括美國蘋果電腦、***聯(lián)發(fā)科和韓國三星電子。

▲主要移動 CPU 公司介紹

2、 GPU

由于 CPU 的架構(gòu)中需要大量的空間去放置存儲單元和控制單元，相比之下計算單元只占據(jù)了很小的一部分，所以它在大規(guī)模并行計算能力上極受限制，而更擅長于邏輯控制。但是隨著人們對更大規(guī)模與更快處理速度的需求增加， CPU 無法滿足，因此誕生了 GPU。

GPU 是圖形處理器，是一種專門在個人電腦、工作站、游戲機和一些移動設(shè)備（如平板電腦、智能手機等）上圖像運算工作的微處理器，擁有很強的浮點運算能力。它與 CPU 有明顯區(qū)別：一是相比于 CPU串行計算， GPU 是并行計算，同時使用大量運算器解決計算問題的過程，有效提高計算機系統(tǒng)計算速度和處理能力，它的基本思想是用多個處理器來共同求解同一問題，即將被求解的問題分解成若干個部分，各部分均由一個獨立的處理機來并行計算。二是 GPU 的結(jié)構(gòu)中沒有控制器，所以 GPU 無法單獨工作，必須由 CPU 進行控制調(diào)用才能工作， GPU 更適合簡單大量的處理類型統(tǒng)一的數(shù)據(jù)。

▲GPU 可以解決的問題以及應(yīng)用領(lǐng)域

雖然 GPU 是為了圖像處理而生的，但是我們通過對 GPU 微架構(gòu)示意圖觀察，認為 GPU 在結(jié)構(gòu)上并沒有專門為圖像服務(wù)的部件，只是對 CPU 的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化與調(diào)整，所以 GPU 也可以稱為專用 CPU。

▲GPU 微架構(gòu)示意圖

談到 GPU，可能首先想到的是 NVIDIA，這是一顆 GPU 領(lǐng)域的璀璨明星， NVIDIA 成立于 1993 年，由黃仁勛等三人創(chuàng)辦，從 1995 年開始推出自己的顯卡 NV1 和 NV2，但并不成功，真正讓 NVIDIA 嶄露頭角的是 1997 年推出的 RIVA128，這款顯卡像素填充率為 100 Mpiexl/s，支持微軟的 Direct 3D 標準，在能效上超越了 3Dfx 的 Voodoo 和 ATI 的 Rage Pro，加上價格低廉獲得了很多整機廠的青睞，隨后 NVIDIA 乘勝推出了 RIVA TNT 及 GeForce 256，徹底將 3Dfx 和 S3 這些昔日的霸主拋在身后，此時唯一能與之相爭的只有 ATI 的 Radeon， ATI 的Radeon 系列與 NVIDIA 的 GeForce 系列的對抗直到 2006 年才罷場， AMD成功收購 ATI，獨立 GPU 市場形成 NVIDIA 和 AMD 兩大巨頭的格局。

從產(chǎn)品上來看，兩家公司 GPU 特點和優(yōu)勢完全不同,這緣于研發(fā)思路存在差異：NVIDIA 產(chǎn)品特點主要有四點：一是設(shè)計思路歸于高性能、低功耗；二是性能強大，經(jīng)常壟斷高端旗艦級市場，高端 N 卡占據(jù)優(yōu)勢比較明顯；三是支持 PhysX、 TXAA、 FXAA 等多個技術(shù)；四是驅(qū)動程序完善。

AMD 的產(chǎn)品特點在于：一是芯片單一性能突出，功耗普遍較大；二是主打入門級的產(chǎn)品，性價比高，覆蓋中低端市場；三是支持 AMD Eyefinity 寬屏技術(shù)；四是挖礦性能相當突出。總之， N 卡主要有低功耗、驅(qū)動成熟、追求極致性能，產(chǎn)品線完善等優(yōu)勢， A 卡則主要是性價比相對更高，計算能力強，繪圖、挖礦更有優(yōu)勢，畫質(zhì)較好，但高端產(chǎn)品線較少。

3、ASIC

近年隨著以比特幣為代表的虛擬貨幣市場的火爆， 催生了一大批生產(chǎn)“挖掘”虛擬貨幣設(shè)備的礦機廠商，相較于我們常見的 CPU、 GPU 等通用型芯片來說， ASIC 芯片的計算能力和計算效率都直接根據(jù)特定的需要進行定制，所以其可以實現(xiàn)體積小、功耗低、高可靠性、保密性強、計算性能高、計算效率高等優(yōu)勢，特別適合礦機這種對芯片算力要求高、功耗要求小的特定應(yīng)用領(lǐng)域。缺點是 ASIC 不同于 GPU 和FPGA 的靈活性，定制化的 ASIC 一旦制造完成將不能更改設(shè)計要求高、初期成本高、開發(fā)周期長。

▲比特大陸螞蟻礦機 S15以及ASIC 礦機芯片

由于挖礦屬于邊緣應(yīng)用領(lǐng)域， AI 仍是 ASIC 的主要應(yīng)用領(lǐng)域，隨著人工智能時代到來，傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在通用芯片(CPU 、 GPU)上效率不高，功耗比較大，因此從芯片的設(shè)計角度來說，通用型往往意味著更高的成本。為了提升效率，降低功耗， ASIC 應(yīng)運而生。目前從全球范圍來看，基于人工智能方向的ASIC 領(lǐng)域并未出現(xiàn)“一家獨大”的局面，反而呈現(xiàn)出國內(nèi)外電子科技巨頭、科研院所和國內(nèi)初創(chuàng)型公司互相競爭的格局，國外以 Google、 IBM、 Intel、斯坦福大學為首，國內(nèi)有中星微電子、寒武紀科技、啟英泰倫。

4、FPGA

通用處理器的摩爾定律已入暮年，而機器學習和 Web 服務(wù)的規(guī)模卻在指數(shù)級增長。人們使用定制硬件來加速常見的計算任務(wù)，然而日新月異的行業(yè)又要求這些定制的硬件可被重新編程來執(zhí)行新類型的計算任務(wù)。 FPGA 正是一種硬件可重構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)，常年來被用作高計算領(lǐng)域?qū)Ｓ眯酒ˋSIC）的小批量替代品。

FPGA 指現(xiàn)場可編程門陣列，它是在 PAL、 GAL、 CPLD 等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。

▲FPGA 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

FPGA 能部分替代 ASIC 是有原因的，一是 FPGA 并行運算，二是硬件結(jié)構(gòu)可變，三是運行中可更修改。

▲FPGA 可小批量替代 ASIC 的原因

FPGA 的核心優(yōu)勢，主要有五個方面：可編程靈活度高、并行運算效率高、開發(fā)周期較短、穩(wěn)定性好、長期維護。

全球 FPGA 市場被國外四大巨頭 Xilinx（賽靈思）， Altera（阿爾特拉已被英特爾收購）、 Lattice（萊迪思）、 Microsemi(美高森美)壟斷。從產(chǎn)品上看，賽靈思公司多年來保持 FPGA 行業(yè)霸主地位，源于產(chǎn)品超強的競爭力，一是賽靈思 FPGA在集成上不斷突破，工藝制程一直保持領(lǐng)先，芯片效率高、功耗小。二是產(chǎn)品定位于高端市場，應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋汽車、數(shù)據(jù)中心、消費類電子、高性能計算、醫(yī)療、有線通信等附加值高的行業(yè)。三是技術(shù)專利數(shù)量龐大，形成了抵御同業(yè)對手的天然壁壘。

5、DSP

除了以上四種主要標準化電路，非標準化邏輯電路也在各種應(yīng)用領(lǐng)域被大量應(yīng)用， DSP 是應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛的一種。

區(qū)別于 FPGA 適用于系統(tǒng)高速取樣速率、高數(shù)據(jù)率、框圖方式編程、處理任務(wù)固定或重復、使用定點。適合于高速采樣頻率下，特別是任務(wù)比較固定或重復的情況以及試制樣機、系統(tǒng)開發(fā)的場合。 DSP，也稱數(shù)字信號處理器，適用于系統(tǒng)較低取樣速率、低數(shù)據(jù)率、多條件操作、處理復雜的多算法任務(wù)、使用 C 語言編程、系統(tǒng)使用浮點。適合于較低采樣速率下多條件進程、特別是復雜的多算法任務(wù)。 DSP 是由通用計算機中的 CPU 演變而來的，和工業(yè)控制計算機相比， DSP 這種單片機具有多重優(yōu)勢：一是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實現(xiàn)模塊化；二是可靠性高，可保持長時間無故障工作；三是處理功能強，速度快；四是控制功能強；五是環(huán)境適應(yīng)能力強。

▲DSP 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

DSP 憑借卓越的性能，在圖形圖像處理，語音處理，信號處理等通信領(lǐng)域起到越來越重要的作用，被廣泛應(yīng)用于移動通信、電機控制、汽車毫米波雷達圖像處理、測量儀表等領(lǐng)域。

▲DSP 重要應(yīng)用領(lǐng)域

目前，全球范圍內(nèi)上生產(chǎn) DSP 的大型廠商包括德州儀器、亞德諾半導體、恩智浦半導體。

▲DSP 主要公司介紹

依據(jù) DSP 主流廠商產(chǎn)品的特點，可以預計未來 DSP 技術(shù)將向以下幾個方面繼續(xù)發(fā)展與更新：一是DSP 芯核集成度越來越高，通過縮小 DSP 芯片尺寸，實現(xiàn)了 DSP 系統(tǒng)級的集成電路；二是為了面向復雜應(yīng)用領(lǐng)域，可編程 DSP 芯片將成為未來主導；三是定點 DSP 仍占據(jù)主流，隨著 DSP 定點運算器件成本的不斷低，能耗越來越小的優(yōu)勢日漸明顯，未來定點 DSP 芯片仍將是市場的主角。

總體上來看，通過對多種計算類芯片全方位對比，計算類芯片經(jīng)過幾十年的發(fā)展， CPU 不再一枝獨秀，多種新應(yīng)用領(lǐng)域?qū)碗s計算產(chǎn)生強大需求，由此產(chǎn)生專注于圖像處理的芯片 GPU；可以靈活編程，大幅縮短開發(fā)周期的芯片 FPGA；進行了定制設(shè)計優(yōu)化，在特定應(yīng)用場景下功耗及量產(chǎn)成本較低的 ASIC 芯片；以及融合數(shù)字信號處理算法，專用于數(shù)字信號處理領(lǐng)域的 DSP 芯片等都得到了廣泛的應(yīng)用與快速的發(fā)展。

目前，計算類芯片已經(jīng)形成了以 CPU、 GPU、 FPGA、 ASIC、 DSP 并行發(fā)展的新趨勢，可以預見，隨著未來 5G 通訊、傳感器（MEMS）、可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機器人、 VR/AR 以及人工智能等新興領(lǐng)域市場的發(fā)展擴大，對計算類芯片性能、技術(shù)、能耗等方面的需求將繼續(xù)驅(qū)動各種計算類芯片在技術(shù)上得到更加快速的發(fā)展。

存儲 IC——現(xiàn)代信息技術(shù)的基石

存儲器可以說是大數(shù)據(jù)時代的基石。存儲器就類似于鋼鐵之于現(xiàn)代工業(yè)，是名副其實的電子行業(yè)“原材料”。計算機中的全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計算機程序、中間運行結(jié)果和最終運行結(jié)果都保存在存儲器中。

從大類上看，存儲器可以分為光學存儲器、半導體存儲器、磁性存儲器。半導體存儲器是目前最主要的存儲器類別， 以斷電后存儲數(shù)據(jù)是否丟失為標準， 半導體存儲芯片可分兩類：一類是非易失性存儲器，這一類存儲器斷電后數(shù)據(jù)能夠存儲，主要以 NAND Flash 為代表，常見于 SSD（固態(tài)硬盤)；另一類是易失性存儲器，這一類存儲器斷電后數(shù)據(jù)不能儲存，主要以 DRAM 為代表，常用于電腦、手機內(nèi)存。除了 NAND Flash 和 DRAM，還包含其他門類，例如 Nor Flash、 SRAM、 RRAM、 MRAM、 FRAM 等。

▲存儲器的分類

存儲器行業(yè)屬于強周期性行業(yè)，從歷史表現(xiàn)上看，存儲器行業(yè)總是處于交替出現(xiàn)的漲跌循環(huán)之中。存儲器行業(yè)的波動劇烈，其產(chǎn)業(yè)周期強于電子市場及電子元器件市場整體的周期性，暴漲暴跌的情況可謂常態(tài)。

從產(chǎn)值構(gòu)成來看， DRAM、 NAND Flash、 NOR Flash 是存儲器產(chǎn)業(yè)的核心部分。這緣于一方面性能不斷提升的手機操作系統(tǒng)及日益豐富的應(yīng)用軟件極大地依賴于手機嵌入式閃存的容量；另一方面，萬物互聯(lián)等新技術(shù)的涌現(xiàn)推動數(shù)據(jù)量的急速膨脹。

▲主要存儲器產(chǎn)品

受益于上述兩因素， 2018 年全球半導體營收去年達 4779.36 億美元，主要貢獻來自于存儲芯片。存儲芯片占半導體總營收的比重從 2017 年的 31%上升至了 2018 年的 34.8%，占比最大。 CAGR 明顯高于集成電路整體市場 CAGR，從存儲芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)看， DRAM 占比 57.1%， NAND Flash 占比 39.49%， NOR Flash占比 3.41%。

1、DRAM

在半導體科技極為發(fā)達的***，內(nèi)存和顯存被統(tǒng)稱為記憶體，即動態(tài)隨機存取記憶體(DRAM)， DRAM是最常見的存儲器，只能將數(shù)據(jù)保持很短的時間。為了保持數(shù)據(jù)，使用電容存儲，所以必須隔一段時間刷新一次，如果存儲單元沒有被刷新，存儲的信息就會丟失。

DRAM 是相對于 SRAM 而產(chǎn)生的， SRAM（靜態(tài)隨機存儲器)是隨機訪問存儲器的一種, 這種存儲器只要保持通電，里面儲存的數(shù)據(jù)就可以恒常保持。 SARM 的優(yōu)勢是訪問速度快、功耗非常低，缺陷是單位存儲密度不足，成本較高, 因而不適合用于更高儲存密度低成本的應(yīng)用，如 PC 內(nèi)存。 DRAM 除了兼具SRAM 特點外還擁有非常高的密度，單位體積的容量較高，因此成本較低，幾乎適用于任何帶有計算平臺的個人消費類或工業(yè)設(shè)備，從筆記本電腦和臺式電腦到智能手機和許多其他類型的電子產(chǎn)品等。

▲SRAM和DRAM 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

隨著 CPU 性能的不斷提高，終端產(chǎn)品內(nèi)存也需要逐步升級，高性能的內(nèi)存搭配高性能的 CPU 才能最大的發(fā)揮它的價值與優(yōu)勢， DRAM 發(fā)展到現(xiàn)在已歷經(jīng)了五代，從第一代 SDRAM，到如今的第五代 DDR4SDRAM。 DRAM 沿著傳輸速率更大，總線計時器更多，預讀取量更大，數(shù)據(jù)傳送速率更快，供電電壓更小的方向發(fā)展。

▲SRAM、 DRAM、 SDRAM、 DDR3、 DDR4 參數(shù)對比

▲DRAM 傳輸速度跟隨 CPU 性能提升不斷提高

從行業(yè)上看，早期計算機應(yīng)用占了整個 DRAM 產(chǎn)業(yè)高達 90%份額， 2016 年開始伴隨大容量智能手機崛起，手機逐漸取代 PC 成為 DRAM 產(chǎn)業(yè)的主流，同時云服務(wù)器 DRAM 需求涌現(xiàn)的帶動是功不可沒的推手，包括 Facebook、 Google、 Amazon、騰訊、阿里巴巴等不斷擴充網(wǎng)路存儲系統(tǒng)，對于云存儲、云計算的 需求提升，都帶動服務(wù)器 DRAM 需求起飛，目前 DRAM 行業(yè)一直被美韓三大存儲器公司壟斷,三星、海力士、美光占據(jù)了全球市場的 95%以上。

▲主要 DRAM 存儲器公司

DRAM 節(jié)點尺寸目前是由器件上最小的半間距來定義的，美光 DRAM 基于字線，三星和 SK 海力士則基于主動晶體管，美光科技、 三星和 SK 海力士作為 DRAM 市場的主導廠商，這三家公司擁有各自的工藝節(jié)點。由于解決了這些技術(shù)節(jié)點問題，美韓三大廠商憑借領(lǐng)先的工藝水平拉開了與其它存儲器廠商的差距。

2、 NAND Flash

NAND Flash 是 Flash 存儲器中最重要的一種，其內(nèi)部采用非線性宏單元模式，為固態(tài)大容量內(nèi)存的實現(xiàn)提供了廉價有效的解決方案。 NAND Flash 存儲器具有容量較大，改寫速度快等優(yōu)點，適用于大量數(shù)據(jù)的存儲。

Flash 的內(nèi)部由金屬氧化層、半導體、場效晶體管(MOSFET)構(gòu)成，里面有個懸浮門(Floating Gate)，是真正存儲數(shù)據(jù)的單元。數(shù)據(jù)在 Flash 內(nèi)存單元中是以電荷(electrical charge) 形式存儲的。存儲電荷的多少，取決于圖中的控制門（Control gate）所被施加的電壓，它控制的是向存儲單元中沖入電荷還是使其釋放電荷。而數(shù)據(jù)的表示，以所存儲的電荷的電壓是否超過一個特定的閾值 Vth 來表示。對于 NAND Flash 的寫入（編程)，就是控制 Control Gate 去充電（對 Control Gate 加壓），使得懸浮門存儲的電荷夠多，超過閾值Vth，就表示 0。對于 NAND Flash 的擦除(Erase)，就是對懸浮門放電，低于閥值 Vth，就表示 1。

▲Flash 的內(nèi)部存儲結(jié)構(gòu)

▲NAND Flash 架構(gòu)圖

NAND FLASH 內(nèi)部依靠存儲顆粒實現(xiàn)存儲，里面存放數(shù)據(jù)的最小單位叫 cell。每個儲存單元內(nèi)儲存 1 個信息位（bit），稱為單階儲存單元（SLC）， SLC 閃存的優(yōu)點是傳輸速度更快，功率消耗更低和儲存單元的壽命更長，成本也就更高。每個儲存單元內(nèi)儲存 2 個 bit，稱為多階儲存單元（MLC），與 SLC 相比，MLC 成本較低，其傳輸速度較慢，功率消耗較高和儲存單元的壽命較低。每個儲存單元內(nèi)儲存 3 個 bit 稱為三階儲存單元（TLC），存儲的數(shù)據(jù)密度相對 MLC 和 SLC 更大，所以價格也就更便宜，但使用壽命和性能也就更低。由于存儲數(shù)據(jù)量的不用，導致 SSD 從可擦寫次數(shù)、讀取時間、編程時間、擦寫時間存在差異。

▲閃存芯片存儲原理

▲SLC、 MLC、 TLC 性能對比

從工藝上看， NAND Flash 可以分為 2D 工藝和 3D 工藝，傳統(tǒng)的 2D 工藝類似于“一張紙”，但“一張紙”的容量是有瓶頸的，三星、英特爾、美光、東芝四家閃存大廠為了滿足大容量終端需求，均開始研發(fā)多層閃存（3D NAND Flash），英特爾和美光引入市場的 3D Xpoint 是自 NAND Flash 推出以來，最具突破性的一項存儲技術(shù)，它通過單層存儲器堆疊突破了 2D NAND 存儲芯片容量的極限，大幅提升了存儲器容量，因此技術(shù) 3D NAND 具備了四個優(yōu)勢：一是比 2D NAND Flash 快 1000 倍；二是成本只有 DRAM 的一半；三是使用壽命是 2D NAND 的 1000 倍；四是密度是傳統(tǒng)存儲的 10 倍。

除了傳統(tǒng)存儲巨頭三星電子、 SK 海力士、美光科技，東芝和西部數(shù)據(jù)也是 NAND FLASH 領(lǐng)域不可忽視的重要力量。

▲主要 NAND FLASH 公司

應(yīng)用領(lǐng)域看， NAND-FLASH 廣泛應(yīng)用于固態(tài)硬盤(SSD), 固態(tài)硬盤按照存放數(shù)據(jù)最小單位 bit 來劃分主要可以分為 SLC-SSD、 MLC-SSD 和 TLC-SSD 三類。 SLC-SSD 具有高速寫入，低出錯率，長耐久度特性，主要針對軍工、企業(yè)級存儲。 MLC-SSD 和 TLC-SSD 固態(tài)硬盤的應(yīng)用主要針對消費級存儲，有著 2倍、 3 倍容量于 SLC-SSD， 同時具備低成本優(yōu)勢，適合 USB 閃盤，手機等。

▲NAND FLASH 主要應(yīng)用領(lǐng)域

整體上來看， DRAM 和 NAND FLASH 占據(jù)了存儲芯片市場 96%以上的份額， NOR Flash 由于存儲容量小，應(yīng)用領(lǐng)域偏重于代碼存儲，在消費級存儲應(yīng)用上已出現(xiàn)被 NAND 閃存替代的趨勢，目前僅應(yīng)用于功能性手機，機頂盒、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、工業(yè)生產(chǎn)線控制上。

由于存儲行業(yè)終端用戶的 IT 需求往往是綜合計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲三方面，廣泛分布于所有對數(shù)據(jù)存儲有需求的各行各業(yè)，涵蓋了國民經(jīng)濟的大部分領(lǐng)域，市場規(guī)模和發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

公司層面，由于未來以 DRAM 和 NAND FLASH 為主導的存儲器行業(yè)趨勢仍將延續(xù)，海外存儲器巨頭三星電子、 SK 海力士、美光科技、西部數(shù)據(jù)、東芝憑借三個先發(fā)優(yōu)勢：國家資本支持，數(shù)量龐大的技術(shù)專利，對下游終端行業(yè)多年的滲透，控制了中高端存儲器市場，未來仍將繼續(xù)角逐存儲器行業(yè)。

模擬 IC---通信、 5G 等新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展急先鋒

信號可分為模擬信號和數(shù)字信號?，F(xiàn)實中一切的信號，包括光熱力聲電等都屬于模擬信號，例如麥克風能將聲音的大小轉(zhuǎn)換成電壓的大小， 可得到一個連續(xù)的電壓變化，這種連續(xù)的信號稱為模擬信號，用來處理模擬信號的集成電路稱為模擬芯片。

模擬芯片產(chǎn)品已經(jīng)遍布生活中的各個角落， 無論是網(wǎng)絡(luò)通信、 消費電子、 工業(yè)控制、 醫(yī)療設(shè)備還是汽車電子， 都會用到模擬芯片，同時，現(xiàn)在的許多新興應(yīng)用，包括共享單車、 AR/VR 無人機等也都會用到模擬芯片。

▲全球模擬芯片應(yīng)用領(lǐng)域份額

模擬芯片作為電子產(chǎn)品的重要組成部分， 市場需求隨著各類電子產(chǎn)品的快速發(fā)展而不斷擴大。模擬產(chǎn)品生命周期較長， 可達 10 年之久， 同時， 模擬芯片市場不易受單一產(chǎn)業(yè)景氣變動影響，因此價格波動遠沒有存儲芯片和邏輯電路等數(shù)字芯片的變化大，市場波動幅度也相對較小。根據(jù) WSTS 統(tǒng)計， 2017 年全球模擬芯片銷售額為 527 億美金，約占半導體總體規(guī)模的 12.8％。據(jù) ICInsights 預測，在未來五年內(nèi)，模擬芯片的銷售量預計將在主要集成電路細分市場中增長最為強勁，以 6.6％的年復合增長率快速增長。預計到2022 年，全球模擬芯片市場規(guī)?？蛇_到 748 億美元。模擬芯片是預測中增長最快的主要產(chǎn)品類別，電源管理 IC，專用模擬芯片和信號轉(zhuǎn)換器組件的強勁銷售預計將成為未來五年模擬增長的主要推動力。

1、射頻器件

射頻器件是無線連接的核心，凡是需要無線連接的地方必備射頻器件，進入了 5G 時代，其背后牽動的價值尤為重要。

通常情況下，一部手機主板使用的射頻芯片占整個線路面板的 30%--40%。隨著智能手機迭代加快，射頻芯片也將迎來新一波高峰。目前，全球約 95%的市場被控制在歐美廠商手中，甚至沒有一家亞洲廠商能進入產(chǎn)業(yè)頂尖行列。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推動下，未來全球無線連接數(shù)量將成倍的增長。 同時，未來由 4G+，5G，物聯(lián)網(wǎng)等對射頻器件的爆發(fā)性需求會加速它的發(fā)展。

歸結(jié)起來，射頻器件主要三大細分領(lǐng)域為射頻濾波器、射頻開關(guān)、 PA 芯片（功率放大器芯片）。射頻前端芯片是移動智能終端產(chǎn)品的核心組成部分，追求低功耗、高性能、低成本是其技術(shù)升級的主要驅(qū)動力，也是芯片設(shè)計研發(fā)的主要方向。

▲射頻前端結(jié)構(gòu)示意圖

從已有數(shù)據(jù)看來， 濾波器是射頻前端市場中最大的業(yè)務(wù)板塊，其市場規(guī)模將從 2016 年的 52 億美元增長至 2022年的 163億美元。濾波器市場的驅(qū)動力來自于新型天線對額外濾波的需求，以及多載波聚合（CA）對更多的體聲波（BAW）濾波器的需求。

功率放大器（PA）和低噪聲放大器（LNA）是射頻前端市場中第二大的業(yè)務(wù)板塊，由于新型天線的出 現(xiàn)和增長，低噪聲放大器市場將穩(wěn)步發(fā)展。開關(guān)是射頻前端市場中第三大的業(yè)務(wù)板塊，其市場規(guī)模將從 2016 年的 10 億美元增長至 2022 年的 20億美元。該市場將主要由天線開關(guān)業(yè)務(wù)驅(qū)動而增長。

2、AD/DA(模數(shù)/數(shù)模)相關(guān)產(chǎn)品

近年來，數(shù)字技術(shù)，特別是計算機技術(shù)飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代軍事和商用控制、通信等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。為了提高系統(tǒng)的性能指標，對信號的處理廣泛采用了數(shù)字計算機技術(shù)。由于系統(tǒng)的實際對象都是模擬量，如溫度、壓力、位移、圖像等，需要將這些模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能使計算機或者數(shù)字儀表識別、處理這些信號；而經(jīng)計算機分析、處理后輸出的數(shù)字量往往也需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬信號才能為執(zhí)行機構(gòu)所接受。由此，就需要能在模擬信號與數(shù)字信號之間起橋梁作用的電路，即模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

A/D 是模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，依靠的是模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog to Digital Converter），簡稱 ADC。 D/A 是數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，依靠的是數(shù)模轉(zhuǎn)換器（Digital to Analog Converter），簡稱 DAC。它們的道理是完全一樣的，只是轉(zhuǎn)換方向不同。

如今的電子產(chǎn)品中， 數(shù)模芯片幾乎無處不在。數(shù)模芯片主要用在汽車專用模擬芯片中，近年來自動駕駛與電動汽車技術(shù)發(fā)展，都是汽車模擬芯片市場的增長保障。 目前生產(chǎn) AD/DA 的主要廠家有 ADI、 TI、BB、 PHILIP、 MOTOROLA 等。

▲數(shù)模轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意圖

得益于目前 4G、 5G 通信的建設(shè)， 移動基站的部署等行業(yè)因素推動， 移動通信終端和便攜式移動互聯(lián)設(shè)備的增長等等推動， 通信與消費電子領(lǐng)域仍然是信號轉(zhuǎn)換模擬芯片的最大終端應(yīng)用市場。同時，汽車電子也成為繼網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域之后帶動數(shù)模芯片市場增長的另一大領(lǐng)域。全球AD/DA 轉(zhuǎn)換中高端市場主要由ADI、 TI 等美國廠商占據(jù)，我們從上文分析 TI 和 ADI 等大型模擬芯片廠商近年的運營情況看來，其對汽車電子應(yīng)用市場相關(guān)領(lǐng)域的投入是支持這些公司不斷壯大的支撐。

我國目前在部分品種芯片的研發(fā)和生產(chǎn)方面已經(jīng)具備基本的自給自足的能力，但芯片的設(shè)計和生產(chǎn)工藝與美國相比，仍存在整體差距，尤其是在高端核心芯片，比如高速數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、射頻芯片等方面，對外依賴度較高。

在 5G 時代，對器件標準提出了更高要求，而同時 5G 時代有望加速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)則對數(shù)模中低端器件的需求全面提升。我們認為， 5G 高端需求在數(shù)模轉(zhuǎn)換器件領(lǐng)域有望實現(xiàn)突破， 而國內(nèi)廠商則有望在中低端器件的需求中，探索出該領(lǐng)域升級和突破的新思路。

3、 電源管理產(chǎn)品

如今，我們的生活中隨處可看到電子設(shè)備的激增，從收音機到電視機、智能手機、無人機、智能手表或者電動汽車，對電子設(shè)備的需求正影響和惠及不同的市場，尤其是電力管理設(shè)備。事實上，任何電子設(shè)備都需要電源管理裝置。 作為電子設(shè)備的關(guān)鍵部件，電源管理芯片擔負起對電能的變換、分配、檢測及其它電能管理的職責，其性能的優(yōu)劣對于整機系統(tǒng)性能具有重要意義。 因此，電源管理產(chǎn)品市場的發(fā)展遵循最終用戶需求的大趨勢也非常明顯。 2017 年全球模擬芯片銷售情況中， 電源管理芯片占模擬芯片銷售份額接近三成， 并持續(xù)保持增長態(tài)勢。

對于電源管理芯片而言，其主要的應(yīng)用領(lǐng)域包括汽車、通信、工業(yè)、消費類、計算等方面。據(jù) IC insights的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示， 2017 年模擬市場的總銷售額為 545 億美元，其中電源管理芯片占比接近三成，并持續(xù)保持增長態(tài)勢。據(jù) Yole 預測， 電源 IC 將從多個關(guān)鍵終端市場獲益，到 2023 年電源 IC 市場規(guī)模將增長至 227億美元， 2017~2023 年期間的復合年增長率（CAGR）將達 4.6%。

通信市場占據(jù)了最主要的市場份額，尤其是即將到來的 5G 大規(guī)模布局， 將進一步提升通信領(lǐng)域電源管理芯片的需求。 同時， 汽車電氣化以及工業(yè) 4.0 升級， 也將成為電源管理芯片的助推劑。 相對而言，消費類及計算方面應(yīng)用需求變化并不顯著。

進入 2018 年，全球電源管理芯片領(lǐng)域也表現(xiàn)的非?；钴S。先是，微控制器領(lǐng)域的有力競爭者 Renesas（瑞薩）收購了 Intersil，后者的產(chǎn)品組合包括穩(wěn)壓器和其他模擬產(chǎn)品。通過收購， Renesas 獲得了原本缺乏的電源管理、接口和柵極驅(qū)動器產(chǎn)品組合。而后，蘋果與 Dialog 也達成6 億美元交易， Dialog 將授權(quán)其 電源管理技術(shù)、轉(zhuǎn)移部分資產(chǎn)以及輸送 300 名研發(fā)工程師給蘋果。自此，蘋果也具備了電源芯片開發(fā)能力，后續(xù)產(chǎn)品也將搭載自主產(chǎn)品。

海外廠商，如美國、日本廠商，仍然占據(jù)著移動通信器件的壟斷地位，全球數(shù)模轉(zhuǎn)換中高端市場主要由 ADI 和 TI 等美國廠商占據(jù)，國內(nèi)廠商在相關(guān)領(lǐng)域的研制仍處在低階階段，未來將會存在相關(guān)公司研發(fā)、擴展和資本合作，這個階段將會帶給優(yōu)秀公司高速成長的機會。 綜合看來，伴隨著全球科技、經(jīng)濟、軍事等領(lǐng)域的快速發(fā)展，模擬芯片市場正迎來新的爆發(fā)期。尤其是其中的射頻關(guān)鍵器件、 AD/DA 數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換器將成為 5G 產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來的關(guān)鍵突破點。 同時，全球各大廠商的并購、重組等利用各種資源對產(chǎn)業(yè)鏈進行整合和提升，為行業(yè)的發(fā)展提供更多元化的發(fā)展思路。

全球半導體行業(yè)步入超級周期、同時面臨中美科技摩擦、中國集成電路產(chǎn)業(yè)扶持政策力度加大等多因素疊加，前景向好。半導體是信息產(chǎn)業(yè)的明珠，具備技術(shù)密集、資本密集特性和勞務(wù)密集型三個特點，是信息產(chǎn)業(yè)根本所在。近些年來以來，由于人工智能、可折疊手機等新興應(yīng)用的崛起，全球半導體行業(yè)進入超級周期。而且，最近隨著中美科技摩擦頻發(fā)，美方對中國投資及核心技術(shù)獲取施加限制，中國半導體行業(yè)正處于產(chǎn)業(yè)升級的歷史窗口期。