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《2023中國電源管理芯片行業(yè)研究報(bào)告》專訪

時(shí)間:2023-09-04 來源: 芯洲科技

電源管理芯片,在電子設(shè)備系統(tǒng)中承擔(dān)對電能的變換、分配、檢測及其他電能管理職責(zé)的芯片。供電是所有電子產(chǎn)品和設(shè)備的必備功能,高效轉(zhuǎn)換和安全穩(wěn)定是對所有電源管理芯片和功率器件的要求。

作為電子設(shè)備的關(guān)鍵器件,電源管理芯片的性能優(yōu)劣極大地影響電子產(chǎn)品的性能及可靠性,是模擬芯片最大的細(xì)分市場之一。以下是億歐智庫基于《2023中國電源管理芯片行業(yè)研究報(bào)告》對芯洲科技副總經(jīng)理梁俊鋒做的專訪:

1. 電源管理芯片作為模擬芯片的一大類,行業(yè)整體有什么特點(diǎn)?國產(chǎn)化上面有哪些突破優(yōu)勢?

梁俊鋒:談及電源管理芯片,首先要聊的不是芯片本身,因?yàn)殡娫垂芾硇酒陔娮釉O(shè)備系統(tǒng)中負(fù)責(zé)電能的變換、分配、檢測等。本質(zhì)上在整個產(chǎn)品里多數(shù)情況屬于供電部分,所以談電源管理芯片要圍繞應(yīng)用場景。

從整個行業(yè)來看,電源管理芯片應(yīng)用場景豐富,主要涵蓋消費(fèi)電子和便攜式設(shè)備、計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制和機(jī)器人、汽車電子、醫(yī)療設(shè)備及物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)。不同領(lǐng)域需求的芯片種類繁多,需求差別和特點(diǎn)相差巨大。

電子產(chǎn)品的特寫

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梁俊鋒:國產(chǎn)電源管理芯片面臨的挑戰(zhàn)主要有兩個方面:

一個是功率挑戰(zhàn),聚焦在大功率集成,即高功率密度、高效率、高集成的電源管理功率器件。例如在通訊行業(yè),超大電流集成 MOS的電源管理芯片目前仍受制于工藝的限制。

二是技術(shù)的設(shè)計(jì)門檻,比如汽車電子里一些功能安全高等級產(chǎn)品,再如在汽車電源里面對工藝和技術(shù)要求很高的大電流功率開關(guān)方面,也是目前行業(yè)比較難達(dá)到的。

作為國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司,芯洲的破局在于更好的服務(wù)國內(nèi)領(lǐng)先的市場及客戶,與客戶共同解決發(fā)展中遇到的技術(shù)痛點(diǎn),并持之以恒地以此為目標(biāo)開發(fā)更符合市場應(yīng)用的創(chuàng)新型產(chǎn)品。我們深刻認(rèn)識到企業(yè)生存和發(fā)展的基石在于產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性,堅(jiān)持以質(zhì)量為中心打造設(shè)計(jì)確保、制造可靠、質(zhì)量管控三位一體的質(zhì)量體系。


2. 電源管理芯片在不同應(yīng)用領(lǐng)域有哪些特征,客戶對產(chǎn)品的要求有哪些不一樣的特點(diǎn)?

梁俊鋒:不同行業(yè)間的需求差別非常大:

消費(fèi)市場

消費(fèi)是現(xiàn)在規(guī)模最大的市場,手機(jī)是整個消費(fèi)類先進(jìn)性的最有代表性的終端產(chǎn)品。電源管理芯片需要滿足手機(jī)尺寸的限制和用戶對于性能提升以及續(xù)航時(shí)間的要求。那么對電源管理IC帶來的核心訴求就是:

第一,持續(xù)地追求高效率;

第二,如何能做到用更小的封裝來實(shí)現(xiàn)高功率密度;

第三,在待機(jī)時(shí)候需要具有更低的功耗;

同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)更小的尺寸對于頻率要求也是持續(xù)地提升。

所以在效率、尺寸、功耗、頻率等方面對電源管理IC提出持續(xù)的要求。

圖表, 氣泡圖

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資料來源:status of power IC:technology,Industry and Trends report,Yole Development

工業(yè)市場

工業(yè)領(lǐng)域每一個細(xì)分市場的需求也不同,所以和消費(fèi)市場一樣,我們?nèi)フ勊铑I(lǐng)先的部分,它具有一定的代表性和領(lǐng)先性。目前主要集中在工業(yè)自動化、機(jī)器人等領(lǐng)域。

工業(yè)自動化的終極目標(biāo)是讓生產(chǎn)效率更高。這考驗(yàn)信息的快速響應(yīng)能力,要求整個控制過程更精準(zhǔn)、更快速。電源管理IC一方面要求具有非常大的電流處理能力,一方面有尺寸的要求,因此逐漸向著集成化電源產(chǎn)品(PMIC)的方向發(fā)展。

圖片包含 室內(nèi), 桌子, 廚房, 小

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機(jī)器人的需求更為極致,像物流機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人等。這里脫離有線電源供電,直接利用電池供電,以36V-48V供電為主。這要求電源管理IC具備100V的高壓能力,從而處理更大更復(fù)雜的電源場景。芯洲科技在100V的產(chǎn)品系列有近20顆產(chǎn)品,基本可以滿足各種市場及應(yīng)用場景的需求,同時(shí)配套提供了高可靠性的驅(qū)動芯片方案。

光伏逆變儲能的電源管理需求在于功率器件、主控芯片以及驅(qū)動和相關(guān)輔源。功率器件主流的碳化硅方案朝著更高效率、更高工作頻率的方向去發(fā)展和衍生。驅(qū)動芯片轉(zhuǎn)向高可靠性的隔離驅(qū)動芯片。


汽車電子

汽車電子是國產(chǎn)半導(dǎo)體公司做的相對領(lǐng)先的行業(yè),一般分為幾個域:智能座艙、ADAS域、車身域、動力域、底盤域等,國產(chǎn)電源管理芯片在上述幾大域的覆蓋率依次降低。因?yàn)?strong>越靠后,對安全性的要求越高,國產(chǎn)公司的差距越大。主要壁壘在于工藝門檻、及滿足功能安全等級的產(chǎn)品設(shè)計(jì)門檻。芯洲科技目前可以覆蓋80%車載電源芯片應(yīng)用,并取得了ISO 26262功能安全管理體系ASIL D等級認(rèn)證證書。

文本

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目前國產(chǎn)車規(guī)級電源管理IC聚焦在DCDC、LDO、PMIC等。隨著新能源汽車電氣化、智能化、共享化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展,對于算力的需求在持續(xù)增加,對于車載電源帶來單板功率的持續(xù)增加、要求更高的功率密度、更好的熱處理能力、有效規(guī)避器件干擾的能力等。在功能需求逐漸豐富以后主機(jī)廠也會帶來更多差異化的電源需求。


通訊市場

通訊也是電源里一個領(lǐng)先的領(lǐng)域,不僅包括對于高功率密度的要求、超高頻率的要求,它還提出了各種各樣的訴求:集成化的電源管理方向、系統(tǒng)電源管理的持續(xù)控制、超低噪聲的LDO等。

通訊市場的第一大特點(diǎn)是持續(xù)快速的提升數(shù)據(jù)吞吐容量從4G到5G甚至6G,對于基站布局有更高密度的要求,電源管理IC的數(shù)量成比例的增加;第二個特點(diǎn)就是大容量數(shù)據(jù)吞吐帶來的數(shù)據(jù)處理能力要求的提升,需要有更大密度、更高效率的電源管理 IC。因?yàn)橥ㄓ崒业碾娋W(wǎng)電力消耗非常巨大,如果能有效地提升效率的話,可以更好的節(jié)約能源,符合國家的雙碳戰(zhàn)略。所以電源IC在通訊領(lǐng)域未來要實(shí)現(xiàn)集成功率管的超大電流能力,同時(shí)尺寸越來越小,這些能力芯洲在長期耕耘。

梁俊鋒:其他比如云計(jì)算領(lǐng)域對電源管理需求體現(xiàn)在大電流、高功率密度、高動態(tài)響應(yīng)能力,對電源需求主要體現(xiàn)在多相控制器、大電流DrMOS、E-fuse等。再比如醫(yī)療行業(yè)對電源的要求,主要在可靠性、尺寸及高精度低噪音等指標(biāo),有大量集成化電源模塊的需求。


3.從設(shè)計(jì)研發(fā)方面來講,您覺得目前國產(chǎn)的電源管理芯片的技術(shù)迭代現(xiàn)狀是怎樣的?同一些龍頭企業(yè),比如德州儀器這些企業(yè)相比有什么差距?

梁俊鋒:現(xiàn)在的國產(chǎn)電源半導(dǎo)體公司,相比TI、ADI和ST等歐美公司,基本專注在某一產(chǎn)品方向。國外大廠的產(chǎn)品體系龐大且齊全,基本任何一個設(shè)備里需要的電源管理芯片都有對應(yīng)的方案,目前還沒有國產(chǎn)芯片公司達(dá)到國外廠家產(chǎn)品覆蓋度的階段,這是其中的一個特點(diǎn)。

圖表, 旭日形

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全球電源管理芯片市場競爭格局

數(shù)據(jù)來源:IC Insights、華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院

第二個特點(diǎn),由于國內(nèi)半導(dǎo)體公司成立時(shí)間普遍不長,大部分國內(nèi)半導(dǎo)體公司還沒做產(chǎn)品持續(xù)迭代的工作,多數(shù)在持續(xù)完善品類,為擴(kuò)大在市場應(yīng)用的產(chǎn)品占有率的角度做業(yè)務(wù)規(guī)劃。這帶來的問題是當(dāng)不同的客戶市場出現(xiàn)新問題的時(shí)候,并不一定有資源馬上去做迭代。

芯洲科技專注中高壓功率轉(zhuǎn)換,目前產(chǎn)品已經(jīng)迭到第三代,相對而言在國產(chǎn)半導(dǎo)體公司里屬于走得比較深的。

梁俊鋒:另外,像海外大廠都有一些前沿的研究室、研究院或研究中心,持續(xù)地去觀察市場的新興領(lǐng)域,投入大量資源去研發(fā)新技術(shù)方向,目前國產(chǎn)公司大部分以跟隨為主。模擬芯片不同于數(shù)字芯片,7nm、5nm、2nm…每兩年都有大的一個迭代。模擬芯片在工藝迭代上時(shí)間周期相對比較長,因此模擬芯片大廠的緊迫感在于如果他們不能持續(xù)地開發(fā)領(lǐng)先于市場的技術(shù),那么后面公司的追趕速度會非???。

但是我們需要看到,清楚差距可以更容易明確目標(biāo),跟著目標(biāo)走我們可以看到希望,從與國外大廠并駕齊驅(qū)到實(shí)現(xiàn)超車,這需要國內(nèi)同仁在未來的集體努力。


4. 除了技術(shù)方面,電源管理IC工藝上的突破點(diǎn)和難點(diǎn)有哪些?

梁俊鋒:對于半導(dǎo)體來說,數(shù)字芯片追求的是制程工藝,持續(xù)優(yōu)化制程工藝,提升處理密度。而模擬芯片對工藝優(yōu)化能力要求非常強(qiáng),這體現(xiàn)在研發(fā)周期、研發(fā)成本和研發(fā)效率方面。比如MOSFET有一個標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)FOM值,代表電源功率半導(dǎo)體先進(jìn)工藝的一個核心指標(biāo)。國產(chǎn)電源芯片的現(xiàn)狀更多依賴于晶圓廠制程工藝的先進(jìn)性來提升自己在產(chǎn)品的性能參數(shù),國內(nèi)電源IC公司未來的發(fā)展擁有自己的先進(jìn)工藝或者優(yōu)化制程工藝能力是必經(jīng)之路。

 芯洲科技在產(chǎn)品性能上提升工藝有兩個方向,一是圍繞著如何有效地解決客戶和市場的需求痛點(diǎn),通過與上游晶圓廠合作實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的芯片設(shè)計(jì);二是通過協(xié)作提升制程工藝能力,在單位面積里面提供更優(yōu)化的性能給客戶。


5. 未來行業(yè)生態(tài)可能會分為橫向和縱向,比如整個模擬芯片行業(yè)是國際龍頭從并購不斷發(fā)展而來的。您認(rèn)為這兩個方向的發(fā)展對這個行業(yè)而言會有哪些機(jī)會和挑戰(zhàn)?

梁俊鋒:一般來說,有三種企業(yè)未來能在這個市場生存,如果這三種能力都不具備的話,就必然面臨并購整合的結(jié)局。

一是提升品類,持續(xù)填補(bǔ)國產(chǎn)電源管理芯片領(lǐng)域空白。在寬泛消費(fèi)類市場中,電源管理芯片準(zhǔn)入門檻較低,客戶關(guān)注性價(jià)比。而在其他領(lǐng)域,電源管理芯片準(zhǔn)入門檻相對較高,國產(chǎn)電源管理芯片的空白較多,因此首要策略為解決該領(lǐng)域空白問題,后續(xù)再通過創(chuàng)新迭代提升質(zhì)量。二是圍繞客戶需求,持續(xù)迭代優(yōu)化并打造差異化產(chǎn)品。在國外領(lǐng)先行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,國產(chǎn)電源管理芯片首先是以產(chǎn)品兼容設(shè)計(jì)為主,在積累一定的產(chǎn)品性能認(rèn)可和質(zhì)量口碑后,了解客戶需求并圍繞需求進(jìn)行迭代升級。對于目前國內(nèi)部分已處于全球領(lǐng)先位置的行業(yè),如新能源汽車、光伏逆變儲能、邊緣計(jì)算等,國內(nèi)電源管理芯片企業(yè)應(yīng)把握優(yōu)勢,促進(jìn)行業(yè)需求溝通,打造差異化定制化的產(chǎn)品。

三是聯(lián)動上游供應(yīng)鏈,提升半導(dǎo)體工藝,降低產(chǎn)品成本,從而提升產(chǎn)品性價(jià)比。電源管理芯片對工藝優(yōu)化要求較高。通過與晶圓廠合作,溝通需求、優(yōu)化工藝可以有效提升產(chǎn)品性能,有效參與晶圓制造,做好過程管控和質(zhì)量管控等工作。

樹狀圖

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梁俊鋒
:芯洲基于上述的戰(zhàn)略思考。一方面提升自己品類策略,以填補(bǔ)國內(nèi)空白的產(chǎn)品作為企業(yè)發(fā)展的重要方向,比如超低噪聲LDO的開發(fā)、高功率密度高集成度的PMIC、中高壓電源管理芯片等。一方面持續(xù)迭代,開發(fā)出滿足國內(nèi)新能源汽車、工業(yè)、通訊等主要市場賽道的產(chǎn)品,從客戶需求出發(fā)持續(xù)升級優(yōu)化。第三個方面我們和上游供應(yīng)鏈緊密合作提升自己在半導(dǎo)體工藝上面的能力,從而大幅提升產(chǎn)品的性能。

最后最重要的一點(diǎn)是芯洲對于質(zhì)量持續(xù)提升的自我要求。如何能擺脫國產(chǎn)半導(dǎo)體比國外大廠價(jià)格要低的認(rèn)知怪圈,首先一定要提供可靠性和質(zhì)量與國外大廠相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品,在這個基礎(chǔ)上持續(xù)地去開發(fā)迭代符合中國領(lǐng)先市場需求的高性能產(chǎn)品,這也是一家有追求的國產(chǎn)半導(dǎo)體公司共同明確的目標(biāo)。

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