模拟晶元行业研究：高性能模拟替代渐入深水区，汽车重点突破

（报告出品方/作者：华金证券，孙远峰/王海维/王臣复）

核心观点：

模拟IC国内空间足，IC Insights预计2022年模拟IC市场规模为832亿美元，根据 Frost&Sullivan 统计，中国模拟芯片市场规模在全球范围占比达 50%以上，国内增存量市场空间足。TI重点发力汽车和工业领域，应用占比从2011年的 19%提升至65%，而个人消费类则从2013年的37%降低至20%；我们认为，TI长期战略会重点突破汽车和工业市场，消费类则保证一定毛利率水平且高ASP相关产品提升市场份额；

产品端，国内模拟IC厂商从过去聚集低端电源管理晶元逐渐拓宽产品种类至中高端产品，部分运放性能可比肩国际龙头，隔离晶元多项关键技术指标达到或优於国际竞品，模数数模转换产品陆续在通信/电表等市场发力，在产品一致性、稳定性等方面缩小与国际龙头的差距；应用端，应用从消费等级向上迭代升级至工业再到新能源汽车，根据英飞凌数据，2027年纯电单车半导体价值量会从 2021年的1000美元提升至1500美元，是传统汽车价值量的3倍，OBC/DCDC/BMS等显着带动模拟IC需求，供应链安全考虑下，一旦经过终端车企或Tier 1认证，替代趋势则不可逆转，国产品牌厂商份额提升具备确定性。

01、模拟IC龙头发力汽车工业领域，规模扩产影响几何？

1.1、2022年TI汽车工业占比65%

2022年TI整体营收为200.28亿美元，同比增9.18%，其中，模拟IC产品收入为153.39亿美元，继2021年实现29%增速後继续增长 9.17%；从下游应用看，TI重点发力汽车和工业领域，应用占比从2011年的19%提升至65%，而个人消费类则从2013年的37%降低至20%。

1.2、2026年TI产值约300亿美元

TI预计2026年公司营收约为300亿美元，2030年预计达到450亿美元，其中2022年TI有80%产能自产，预计到2030年超过90%； 2023年~2026年TI平均每年投资为50亿美元，完成R FAB2扩产和L FAB，建SMI（设备引入）,SM2，同时建Melaka 2 A/T并引入设备； 2026年以後SM2开始引入设备，建SM3,SM4。

1.3、12寸降成本约40%，直销比例进一步提升

300mm模拟产线，晶元成本降低约40%；模拟IC重视高信噪比、低失真、低功耗、高可靠性等产品特点，因此产品一旦设计定型就会有比较长的生命周期。2022年TI直销比例提升至70%，与客户建立更直接的关系； 2021年TI.com线上收入接近20亿美元。

1.4、规模扩产影响几何？

EE Times相关信息显示，TI模拟信号团队展示了几款新推出产品，包括数字隔离器 ISOW774x、乙太网 PHY DP83TG720- Q1、霍尔效应位置感测器 TMAG5170、无刷直流电机驱动器 DRV8311 和数模转换器 DAC63204，相关人员表示，至少有 2-3款产品将在新的12寸晶圆厂即R FAB2生产；从TI战略可以看出，未来TI会重点突破汽车和工业市场，消费类则保证一定毛利率水平且高ASP相关产品提升市场份额。

02、线性产品替代渐入深水区，追赶性能指标

2.1、2023年信号链市场规模118亿美元

在未来的一段时间内，摩尔定律依然有效，在其驱使下数字晶元的面积越来越小，与之配套的信号链模拟晶元也会在更多新技术的推动下朝着小型化、低功耗和高性能的方向发展；全球信号链模拟晶元的市场规模将从 2016 年的 84 亿美金增长至 2023 年的 118 亿美金，平均年化复合增长率约 5.00%。在 2019 年，放大器和比较器（线性产品类）是市场规模占比最高的品类，约占信号链模拟晶元市场规模的 39%。微弱信号、高频信号处理技术门槛非常高，国内厂商在线性产品领域不断追赶国际厂商，减小性能差距。

2.2、运算放大器

运算放大器(Operational Amplifier，Op-amp）是一种交直流耦合、差模输入、通常为单端输出的高增益电压放大器，初期应用於加法、减法、微分和积分这些模拟运算电路中，可以实现信号放大和传输等功能；运放一般工作在线性区域内；运放是一种高增益、高输入电阻、低输出电阻的放大器。

运放是一种高增益、高输入电阻（输入端没有电流流入，虚拟断路，压降小很多，电压可以全部给後段电路）、低输出电阻（小到无线接近0，电压会全部载入至负载）的放大器；开环增益无线大，越大越接近理想运放；输入端有深度负反馈後，两侧电压基本相等称为虚短；虚短和虚断都是深度负反馈的结果；处理交流信号的能力，带宽越大，放大更高频率，有更高的运行速度，不容易失真；共模抑制比CMRR，运放只放大输入信号的差值部分，对共模信号不计；无直流误差，当输入端为0时，输出端也为0。

带宽：表示运放能够处理交流信号的能力即处理信号的频率范围，带宽越高越好；压摆率（SR）：运放连接闭环条件下，将一个大信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得的输出电压的变化率。用 V/μs 表示。一般而言，低功耗的运放压摆率低，压摆率较高的运放功耗相对较大；压摆率决定信号的变换率，是高速运放的关键指标；最大差模输入电压：运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时，差分管将出现反向击穿现象；最大共模输入电压：共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力；

输入失调电压：使输出电压为零时在输入端所加的补偿电压，一般Vos约为（1～10） mV，高质量运放Vos在1mV以下；输入偏置电流：第一级放大器输入晶体管的基极直流电流。这个电流保证放大器工作在线性范围，为放大器提供直流工作点；共模抑制CMRR：当运放作於线性区时，运放差模增益与共模增益的比值，一般运放的共模抑制比在80~120dB之间。

2.3、高速MIPI开关

MIPI（Mobile Industry Processor Interface，移动行业处理器介面）的目的是把手机内部的介面如摄像头、显示屏介面、射频/基带介面等标准化，从而减小手机设计的复杂程度和增加设计灵活性，共享主晶元介面资源；手机变焦时需要在几个摄像头中切换，实现焦距从超广角到长焦的覆盖，MIPI开关负责完成摄像头的切换。一般手机平台的 CSI(Camera Serial Interface)介面有限，不可能给每个摄像头都分配CSI介面，通过MIPI开关可以共享平台的CSI介面；

模拟开关的主要功能是完成信号链路中的信号切换，其采用 MOS 管开关方式实现对信号链路关断或打开；高性能模拟开关包括： l 通用模拟开关（功耗低、速度快、一致性高、体积小、寿命长）； l 高保真音频开关（高保真，总谐波THD指标可以超过-100dB，广泛应用於全球高端耳机品牌）； l 高速 USB 开关（主要用於不同的串列信号或者模拟信号之间的切换，共享 USB Type C 介面的 D /D-数据信号线，广泛应用於手机产品）等；目前，手机、平板电脑以及超薄笔记本电脑用 Type C 介面将供电、数据传输和音视频传输三合一。

03、模数A/D和数模D/A转换晶元处起步阶段

3.1、SAR ADC

逐次逼近型ADC（Successive Approximation ADC）采用的是一种反馈比较型电路结构； SAR ADC也经常称作二进位搜索ADC，主要应用於中高解析度和中高转换速率的场合，工作原理是基於二进位演算法，通过对输入的信号进行采样，将采样值依次与DAC生成的参考电压值进行比较，最後得到由最高位到最低位的逻辑输出； SAR ADC主要分为四个部分：采样保持电路, 模拟比较器, SAR 逐次逼近寄存器和DAC 数字模拟转换器。

（Pipeline ADC）流水线模数转换器在精度、速度和功耗等方面具有很好的平衡，精度较高的同时转换速度较快，广泛应用於无线通信、数字视频等高速高精度领域；在流水线ADC中，输入信号经过采样之後，顺序地沿着流水线移动，逐渐进行数字转换，每一步转换得到一定数量的数字输出位，最高有效位最先得到，最低有效位最後得到。

模数转换阶段一：采样，衡量指标是采样速率，表示ADC晶元可以转换多大带宽的模拟信号；采样单位：每秒采样次数 SPS；例如ADC有1M sps和1G sps即分别代表每秒采样100万次和10亿次；模数转换阶段三：量化，即将采样的模拟量转换成数字信号，转换精度越高，转化出来的信号与原来的信号差距越小，转换精度单位位数Bit，解析度越高，ADC可识别更小的输入电压的变化；速率和精度两个指标相互制约，两者很难同时兼得； ADC晶元选择需要关注的参数速率、精度、量程、DNL、INL、ADC输出介面、通道数和封装。量程是指模拟信号动态范围比较大，有时可能会出现负电压的情况；ADC输出介面，分为并行输出/SPI/I2C/单线串列汇流排介面等；通道数需要满足整个采集系统的需求，封装决定了ADC及外围电路在PCB占面积大小；最低有效位和LSB和最高有效位MSB；MSB的权重是2 n-1 ，LSB的权重是1；关键动态参数：信噪比和总谐波失真体现了杂讯水平和线性度。

3.2、ADC市场格局

2022年全球ADC市场规模为33.75亿美元，Futuremarket预测2022~2032 10年复合增长率为5.5%，预计到2032年规模增长至57.62 亿美元；从具体产品类型占比看，Pipeline ADC受益於4G/5G设备应用占比从2019年的33%提升至44%；从区域划分看，2022年北美占比约34.5%，欧洲占比大约为21.1%，亚太地区大约30%；供应商还是以海外的ADI和TI为主；数模转换晶元DAC功能是将数字编码转换成离散的阶梯电压或者电流，是模拟量输出和控制的核心器件；通用性DAC晶元大多用来输出直流信号，而精密较高（12~16bit）、速度较低（＜10MHz），一般称为精密DAC；

工艺角度DAC与ADC类似，采用双极型或CMOS工艺。DAC主要供应商与ADC类似，以德州仪器、亚德诺和美信等为主；比较典型的产品DAC产品中，亚德诺AD9162采用65nmCMOS工艺，AD9164采用28nmCMOS工艺，而德州仪器的DAC38RF89采用40nm CMOS工艺。

04、驱动IC加速追赶，新能源/工业获突破

4.1、驱动晶元工作原理

推挽电路由上N下P管组成；提高MOS管的开关速度； MOS管开启时，充电电流由上管提供； MOS管关断时，放电电流由下管流通；当Vcc电压与输入电压差距较大时，N管损耗较大，发热严重，前侧引入放大电路升高输入电压；

4.2、隔离晶元

隔离器件是将输入信号进行转换并输出，以实现输入、输出两端电气隔离的一种安规器件；一般来说，涉及到高电压（强电）和低电压（弱电）之间信号传输的设备大都需要进行电气隔离并通过安规认证。隔离器件广泛应用於信息通讯、电力电表、工业控制、新能源汽车各个领域。例如新能源汽车电池电压400V~800V，需保护人身和设备安全（安规需求）；同时，性能需求杂讯与干扰隔离；根据纳芯微招股说明书，2020年数字隔离类晶元在工业领域上使用最多，占比达28.58%，其次是汽车电子行业，占比达16.84%，通信领域位居第三，占比达14.11%。2026年工业领域、汽车电子领域和通信领域在数字隔离类晶元的市场占比将分别稳定在28.80%、16.79%和14.31%。

在电机驱动等典型应用中，使用PWM脉宽控制栅极驱动或MOSFET，功率器件往往工作在硬开关状态下，若使用普通的硅基MOSFET，产生的CMTI通常在40以内，大多数隔离产品CMTI都可以满足该需求，而同样条件下，若使用第三代化合物半导体，比如SiC或者GaN，开关速度更快，特别是下降沿时会更加恶劣。随着新能源的普及，越来越多的场景使用SiC或者 GaN ，必须提高隔离产品的CMTI能力。

05、重点企业分析

5.1、圣邦股份：平台型企业，新品新领域突破

公司产品覆盖信号链和电源管理两大领域。拥有三十大类4000余款可销售型号，包括各类运算放大器及比较器、驱动器、模拟开关、温度感测器、ADC、DAC等，广泛应用於通讯设备、消费类电子、工业控制、医疗仪器和汽车电子等领域，以及物联网、新能源和人工智慧等新兴市场。产品性能和品质对标世界一流模拟晶元厂商同类产品，部分关键性能指标有所超越。公司连续十三年蝉联「十大中国IC设计公司」，是唯一连续获此殊荣的企业。

抓住国产替代机遇，步入快速发展阶段。2021年公司实现营收22.38亿元，同比增长87.07%；实现归母净利润6.99亿元，同比增长142.21%。2019年起公司凭藉国产替代的机会，营收增速不断上升；尽管2022年前三季度由於终端市场需求疲软增速放缓，但仍保持57.12%的高增速。毛利率稳中有升。公司毛利率自2016年起稳步提升，2022年前三季度公司综合毛利率为58.51%，盈利能力稳健。

5.2、纳芯微：隔离龙头，聚焦汽车/工业领域

公司围绕信号感知、系统互联、功率驱动三大板块布局，提供感测器、信号链、隔离、介面、功率驱动、电源管理等丰富的半导体产品及解决方案，并被广泛应用於汽车、工业控制、信息通讯及消费电子领域；截至2022H1，公司料号共有1100余款。2022H1出货量超过8亿颗；公司凭藉过硬的车规级晶元开发能力和丰富的量产、品控经验，积极布局应用於汽车电子领域的晶元产品，已成功进入主流汽车供应链并实现批量装车。

业务快速扩张，获高速增长：从2018年起公司营收高速增长，2022年实现营收16.73亿元，同比增长94.02%，尽管2022 年消费市场需求疲弱，但公司专注的汽车电子、光伏、电力储能、功率电机驱动等下游应用领域整体需求旺盛，公司抢抓机遇，不断推出应用於汽车、工业等高壁垒行业的晶元产品；毛利率相对稳定：公司凭藉产品的高性能、高可靠性优势获取了较强的议价能力，保持一定的毛利率水平；2021年毛利率为53.50%。

逆势加强研发：在半导体行业下行期间，公司持续追加研发支出；2022年前三季度研发支出2.50亿元，同比增长 272.25%，占营收的比例超18%，主要系公司研发人员人数及平均薪酬均有所增长。研发团队高学历，管理层技术深厚。2022H1公司研发人员共241人，占公司员工总数的比例为49.39%；研发人员中硕士及以上的人数占比为59.33%。管理层出身於清华、北大、复旦等国内顶尖高校；三名产品线总监拥有10以上的IC设计经验且都曾就职於ADI。2022年5月公司实行股权激励方案，覆盖180人。

5.3、芯朋微：高压壁垒造就AC-DC龙头，驱动/功率助力提速

公司主要产品为电源管理晶元PMIC、AC-DC、DC-DC、Gate Driver及配套的功率器件，截至2022H1产品数量达1300种，产品主要应用於家用电器、标准电源、工控功率等领域，2022年公司定增布局新能源汽车市场。公司凭藉国内领先的高压技术成为国产AC-DC龙头；2021年收购安趋电子进一步加强驱动产品能力。经营稳健：2017年起公司营收稳步增长，2022年实现营收7.20亿元，同比下降4.46%，主要原因是受半导体周期下行影响。高技术壁垒下，毛利率基本稳定：国产替代持续推进，公司产品结构不断优化，2021年毛利率提升至43.00%。2022年前三季度，公司销售毛利率为41.47%，波动幅度较小。随着公司在白电、工业、汽车等领域陆续突破，未来毛利率有望维持在较高水平。

公司注重研发，研发费用每年保持稳定增长；2021年研发费用为1.32亿元，同比增长125%。截至2022H1，公司研发人员共208人，占公司总人数的66.88%；其中硕士及以上的人员占37%。核心技术团队中包含3名博士学历人员与72名硕士学历人员。此外，公司拥有博士後企业工作站和江苏省功率集成电路工程技术中心，具备完善成熟的培训体系。

公司2008年切入小家电市场，同时2017年开始布局白电，2020年下半年量产，产品品类持续丰富。公司产品目前在空调 /冰箱/洗衣机领域均已进入到国内标杆厂商，包括美的、海尔、海信、格力、奥克斯等。AC-DC、电驱等产品在白电品牌客户的拓展，进一步确立了公司在AC-DC产品领域的充分竞争优势。 2021年收购安趋电子，覆盖驱动、功率器件及模块等产品，与公司既有AC-DC、DC-DC等产品形成整体解决方案，稳固公司在小家电、白电以及通信等领域龙头地位的同时，开拓工业、新能源等新领域，为公司长足发展奠定技术和产品基础。

5.4、南芯科技：电荷泵龙头，发力快充解决方案

公司产品覆盖充电管理晶元（电荷泵充电管理晶元、通用充电管理晶元、无线充电管理晶元）、DC-DC晶元、AC-DC晶元、充电协议晶元及锂电管理晶元，主要应用於手机、笔记本/平板电脑、电源适配器、智能穿戴设备等消费电子领域，储能电源、电动工具等工业领域及车载领域。 2021年，公司电荷泵充电管理晶元收入占比为60.41%。以2021年出货量口径计算，公司电荷泵充电管理晶元位列全球第一，升降压充电管理晶元位列全球第二、国内第一。

2021年公司实现营收9.84亿元，同比增长452%；2019-2021年，公司各产品线收入实现全面增长。营业收入主要来自於充电管理晶元；其中电荷泵产品收入增速尤为突出； 2020年，公司综合毛利率较2019年略有下降，主要系充电管理晶元毛利率下降所致。2021年，得益於各产品线毛利率的全面提升，公司综合毛利率较2020年实现一定幅度增长。公司能够提供从供电到设备端到端充电的完整解决方案，产品功率范围覆盖10W到120W。其中电荷泵大功率充电系列产品已通过国内多个知名手机品牌厂家的认证，并已实现大规模稳定量产，其它电源及电池管理晶元已在笔记本/平板电脑等各类电子产品中广泛应用；DC-DC类产品已在工业领域稳定出货；无线/有线充电类产品也已通过车规认证并实现出货，导入汽车前装市场。

5.5、帝奥微：深耕模拟十余年，产品矩阵多元

公司坚持「全产品业务线」协调发展的经营战略，提供信号链和电源管理两大系列产品，特点是高效能、低功耗、品质稳定，主要应用於消费电子、智能LED照明、通讯设备、工控和安防以及医疗器械等领域。截至2021年，公司模拟晶元产品型号已达1200余款；2021年度销量超10亿颗；其中USB2.0/3.1元件、超低功耗及高精度运算放大器元件、LED照明半导体元件、高效率电源管理元件等多项产品均属於行业内前沿产品。

公司营收韧性十足。2019-2021年公司营收保持大幅增长。2022年尽管受全球经济、疫情等因素影响，国内外市场需求疲软，但公司营收并未出现大幅下滑；全年营收5.02亿元，同比下降1.19%。盈利能力稳健，毛利率维持较高水平。2021年公司受益於晶元行业产能紧张等因素，毛利率提升至53.64%。2022年尽管市场需求疲软，2022年前三季度公司毛利率依然有一定幅度的提升，达到56.67%，同时，公司库存管理行业领先，在行业下行周期中优势凸显。

公司2022年研发支出0.71亿元，同比增长56.23%，研发支出占营收比例不断提高，2022研发支出占营收的比例为14%； 2022年公司研发人员共111人，同比增长40.51%。2021年研发人员共79人，占公司总人数的52.67%。所有员工中本科及以上人数占83.33%。3名核心技术人员，分别为鞠建宏、庄华龙和吕宇强，均拥有多年模拟集成电路领域的从业经验和较强的专业背景。

5.6、晶丰明源：DCDC/MCU等新品开启第二成长曲线

晶丰明源专注於电源管理和电机控制晶元的研发和销售，产品覆盖LED照明驱动晶元、AC/DC电源管理晶元、DC/DC电源管理晶元、电机控制驱动晶元等，广泛应用於LED照明、家电手机、个人电脑、伺服器、基站、网通、工业控制等领域。公司在LED照明驱动晶元领域具有一定的市场领先优势。 2021年公司产品出货量达70亿颗；第五代BCD-700V工艺平台进入量产阶段；在我国技术空白的大电流DC/DC行业，公司开发出国内首个具有自主知识产权的多相控制器产品，目前产品已完成客户验证，进入市场推广阶段。

2022年公司实现营收10.77亿元，同比下降53.21%，主要原因是全球局势动荡及疫情反覆导致整体经济下行和终端消费类需求萎缩，行业下游各环节及终端客户库存压力较大，公司为快速消化过剩库存、巩固市场份额，对产品价格进行大幅下调；2021年公司毛利率大幅度提升至47.93%，增加了22.48个百分点。主要原因是上游产能紧张，下游需求旺盛，为平衡客户需求，公司对产品价格进行了调整，单价的提升带动了产品综合毛利率。2022年前三季度毛利率为21.42%，随着下游需求复苏和公司产品结构的调整，毛利率有望逐渐恢复。

公司研发支出占营收比例不断提高，2022年占营收比例达25.72%。2022年部分股权激励计划未达业绩指标，剔除股份支付影响後，2022研发支出为2.77亿元，同比增长59.04%。主要原因为公司持续重视产品研发，积极开拓DC/DC、AC/DC 等电源管理晶元新业务领域，持续吸引聚集行业内优秀人才，不断加大相关领域的研发投入。2022H1公司研发人员共316人，同比增长31.67%，占公司总人数的比例为64.23%。研发人员中本科及以上人数占84.50%。公司管理层均曾在国内外知名企业任职多年，例如ST、安森美、通用电气、中兴通讯等企业；董事长胡黎强曾荣获「上海市领军人才」、「第八届上海科技企业家创新奖」等荣誉。

5.7、艾为电子：手机整体解决方案商，切入工业汽车领域

公司产品在技术领域覆盖数模混合信号、模拟、射频晶元，主要产品包括高性能数模混合晶元、电源管理、信号链等，应用於消费电子、物联网、工业、汽车领域。截至2022H1，公司已有900余款产品型号；2022年H1产品销量约21亿颗。2022年公司营收20.89亿元，同比下降10.42%，主要原因系受不利的宏观经济和半导体下行周期因素影响，终端市场需求疲软，公司销售不及预期。公司毛利率稳中有升。2021年毛利率为40.41%，主要原因系公司持续优化产品结构，所有产品毛利率均有增长；

5.8、思瑞浦：全系列产品布局，高端替代提速

聚焦泛工业，定位中高端。公司产品包括信号链模拟晶元、电源管理模拟晶元和数模混合模拟前端，并逐渐融合嵌入式处理器，为客户提供全方面的解决方案。产品应用范围涵盖信息通讯、工业控制、监控安全、医疗健康、仪器仪表、新能源和汽车等众多领域。公司现有1600余款产品，9个研发中心，3700家客户。

行业下行不改增长趋势：2019年起公司进入高速发展期，营业收入稳步增长。2022年公司实现营收17.83亿元，同比增长34.46%，实现归母净利润2.67亿元，同比下降39.85%，主要系2022年股份支付费用为2.98亿元。公司在行业不景气的条件下保持营收增长的原因主要是持续的研发投入使得产品类别及型号不断丰富，信号链产品收入稳健增长，同时随着电源类新产品不断投放市场，电源管理产品收入快速提升。毛利率维持高水平，盈利能力不断加强：2022年前三季度，公司综合毛利率为58.51%；其中信号链晶元毛利率相对较高，为62.14%，电源管理晶元毛利率相对较低，为49.84%。

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