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手机半导体产业链深度解读
2016/11/14 9:38:00   dz-z.com      关键字:芯片,半导体,高通,手机      浏览量:
手机半导体,因智能机的盛行而大放光彩,消费者对手机各种功能的需求推进了手机半导体的发展,基于ARM架构设计的芯片种类异彩纷呈。本篇主要从手机处理器的IC设计、制造、封测对应的半导体上中下游三大领域展开,分析当前形势以及未来趋势。

    全文概览:

①芯片设计领域ARM公司一家独大,未来很长时间内领先优势不会变。

②联发科根本没打算做高端手机芯片,都是低成本廉价解决方案,控制成本。

③高通在3G4G时代技术实力大大领先,到5G优势会受到削弱,全网通优势不再明显。

④英特尔在半导体工艺上的领先优势逐渐不明显,7nm量产时间会被三星、台积电反超。

⑤物联网会带来前所未有的机会,半导体公司抓住机遇大有可为。中国企业亦可弯道超车。

IC设计:百家争鸣

手机IC设计领域,目前几乎被ARM垄断,市面上99%的手机都是用ARM架构的芯片,不过ARM只参与架构设计,设计出公版架构然后授权给其他芯片公司,芯片公司可以根据ARM架构进行定制,比如高通骁龙820上的Kryo架构;或者直接采用公版架构,比如华为海思麒麟950,直接采用ARM公版A72+A53。而半导体龙头企业英特尔在手机芯片领域的努力基本宣告失败,连一向很支持英特尔的华硕今年的新机也都抛弃英特尔芯片。而日本软银巨资收购ARM正是看中其在物联网芯片方面的优势。

现在手机Soc看的是集成度,看谁能提供一体化的解决方案,看谁能提供差异化的东西,毕竟ARM公版架构处理器的门槛在降低。

伴随着前辈德州仪器、英伟达的身影逐渐远去,留下的高通和联发科各自占据着高、低端市场,而新加入的半导体厂商大多都是手机厂商,比如三星、华为,是有一定自身需求且不想受制于人的。

高通

行业龙头高通的实力最强,而且每个点都很强,CPU、GPU、基带各个方面在移动领域都是佼佼者,高通提供AP(Application Processor)+BP(Baseband Processor)一整套解决方案,连苹果都采用高通基带,在基带领域高通一家独大,尤其是CDMA基带,除了高通目前还有台湾威盛有授权,其他厂商想做全网通那CDMA是迈步过去的坎,比如三星在中美两国发布的S7系列旗舰机是采用高通而不是自家处理器,而在对于全网通没有需求的欧洲,韩国本土,东南亚等地都是用自家Exynos 8890芯片,这其中有很大一部分原因就是三星的香农系列基带不支持CDMA。CDMA这张王牌为高通立下了汗马功劳,目前能生产CDMA基带的半导体企业寥寥无几,而像中国美国依然有CDMA网络在商用,全网通目前仍然是必不可少的。

但随着时间的发展,据传言三星在明年或者后年便能商用全网通的手机基带,搞定了CDMA,而过几年5G商用之后CDMA也会逐渐退网,全网通的需求可能就模糊了,高通在全网通方面的优势也不明显了。

拥有最快下载速率的高通骁龙820芯片

联发科

高通之外就是联发科,联发科的芯片大多是低成本的廉价解决方案,联发科至今在高端市场没有建树不能怪手机厂商,是自身问题,比如今年主打的Helio X20,其10核处理器的规格除了核心多,但单核性能等其他参数都不强,更像是为了营销而做十核,GPU不强,基带也一般,有人调侃10核处理器说“十台除草机凑在一起也成不了法拉利”。

首先要明白一个概念,高端芯片≠高端手机,但高端手机往往采用高端芯片。

笔者研究了很久,发现联发科没能在高端手机芯片市场占一席之地的原因是其根本没打算做高端,主要原因有一下几点:

①没有技术优势:芯片设计能力偏弱,GPU自己没能力做,基带能力也比不过高通。

②成本没优势:IC制造都是代工的,用最先进的工艺成本不比高通便宜,所以一款高端芯片最后做出来单价并不比高通便宜多少,而且技术没高通先进,谁买单?

③风险大,芯片的研发需要巨额资金长期投入,而且投入之后不一定有对等的产出,显然不符合联发科大股东的利益。

由此可以看出,联发科定位精准,知道自身优劣势,努力树立高端品牌形象,奈何自身产品要考量成本的局限性,至今未有所突破。预计未来联发科仍然不会进军高端芯片领域(高端芯片不等于高端手机),仍然不会在高端市场分一杯羹。

联发科Helio X20芯片

英特尔

半导体巨头英特尔,由于十年前对于移动芯片的轻视,导致在目前移动芯片市场举步维艰,基本上宣告失败,英特尔开发的手机芯片基于X86架构,非ARM架构,所以兼容性不如ARM,芯片集成度也不高,GPU用的是Imigination的Power VR系列。今年4月份负责移动芯片部门的高管离职,英特尔基本停止了手机芯片的研发;之前英特尔补贴平板芯片,几十亿打了水漂,虽然市场份额提升,但并没有什么用户粘度。不过英特尔据说今年得到了新一代iPhone基带的订单,多少缓解了尴尬的局面。

除了以上几家IC设计公司, 剩下的多数是手机厂商:苹果、三星、华为。

苹果

苹果的优势在于自主架构CPU单核性能强,基带是采用高通的,今年首次采用英特尔基带,iPhone大多采用Imagination的GPU,有传言苹果正在开发自主架构GPU,毕竟芯片的集成度一直是各厂商努力的重点。

三星

三星芯片CPU、GPU都很强,今年首次推出自主猫鼬架构CPU,进步很大,三星还自行设计基带,其香农Shannon基带跟高通基带的规格几乎一致,唯一欠缺的是对CDMA的支持,三星S7,魅族Pro 6国内不采用8890的原因便在于此,尤其是联通电信签署基站共享协议之后,要求入网机器必须支持WCDMA和CDMA,所以在国内市场全网通是硬需。

华为

华为在半导体领域的风格是不激进, 追求稳定,保守。华为海思麒麟芯片把续航放在优先位置,不追求极致性能。海思的定制内核能力稍弱,CPU是ARM公版架构,不过ISP、协处理器是自己做的,海思的核心技术还有待加强。目前海思麒麟芯片主要是供应自家使用,未来华为有可能把海思芯片供应给国内其他手机厂商使用。

总结:未来手机IC设计领域依然会是ARM架构主导,定制内核盛行,高通的地位受到挑战,三星、华为等手机厂商自主芯片有很大发展空间。

IC制造:三分天下

IC制造领域格局相对固定,因为像晶圆制造工艺这些技术都需要巨额资金长期投入才能确保技术领先。目前晶圆制造领域格局是三分天下:英特尔、台积电、三星电子。

台积电

行业龙头台积电,执掌台积电的是85岁高龄有“台湾半导体教父”之称的张忠谋,台积电也是台湾代表性的企业,其专注于半导体工艺技术,不涉及IC设计,所以客户不用担心半导体技术相关商业机密的泄密,这是很多厂商选择台积电的原因之一(比如苹果),台积电在晶圆代工领域市场份额位居第一。台积电半导体代工最突出的优点是良品率高,工艺稳定,这有助于降低成本。

台湾半导体教父台积电张忠谋

三星电子

三星电子最近几年在半导体领域投资巨大,最近又花重金从艾司摩尔(ASML)引进最新的NXE3400光刻机,光刻机是开发新制程最重要的装备,采购NXE3400光刻机是为7nm制程量产作准备,NXE3400单台设备造价高达9000万欧元。三星电子不仅是在设备上投资,还到处挖人,比如在北美成立研发部招揽美国半导体人才,同时还从台积电挖来一员大将—原台积电研发处处长梁孟松,梁孟松的恩师与博士指导教授,正是曾任台积电技术长的柏克莱电机系教授胡正明,举世知名的FinFET发明人。坊间消息称三星电子14nmFinfet工艺能这么快推出,梁的贡献功不可没。三星电子作为目前台积电的主要竞争对手,瓜分了iPhone 6s系列上搭载的A9芯片。

三星预计明年一季度量产10nm工艺,时间点上是最快的,台积电要稍晚一些,而英特尔预计更晚,传言高通骁龙830采用的正是三星电子10nm工艺,三星Galaxy S8有望成为第一批搭载10纳米芯片的手机。

拥有高通/三星双处理器平台的三星Note7

高通从骁龙820开始部分转向三星电子的晶圆代工阵营,而由于良品率、生产成本等因素未达预期,有传言高通7nm制程节点打算重回台积电,这也是综合考量的结果,毕竟换平台不是一件说走就走的旅行,芯片设计初始阶段就要考虑到制作工艺等细节。三星明年GALAXY S8可能依然会在中美市场采用高通处理器,但伴随三星自家CDMA基带的成熟以及高通转向台积电,预计三星Galaxy S9会全部采用自家芯片。

英特尔

英特尔在14nm之前一直是半导体制程领域的领导者, 沿着摩尔定律走,固定的Tick-Tock路线:Tick年(工艺年)更新制作工艺,Tock年(架构年)更新微架构,英特尔的14nm工艺比台积电和三星电子的16/14nm工艺都要先进,单芯片面积要比后两者小很多。然而英特尔到了14nm工艺步调就慢了下来,由两年改为三年才更新一次制程,采取更加稳健的策略,所以英特尔的10nm以及工艺时间节点都要晚于台积电和三星电子,而到了7nm更是晚,英特尔预计其7nm要跳票到2022年。

说完三大主流厂商,接着谈一下处于二线的GlobalFoundries以及国产半导体企业。

GlobalFoundries

从AMD独立出来的GlobalFoundries,因其简称GF与girlfriend相似所以许多人喜欢用“女朋友”称呼它,GF技术实力相对较弱,最新的14nm工艺是跟三星电子合作然后三星授权的,目前处于半导体制造的第二梯队。

中国半导体企业

中国的晶圆制造技术实力就又落后一个梯队了,跟国际主流还有很大差距,比如有代表性的中芯国际,其最先进的制程还停留在28nm,而第一梯队的英特尔,台积电以及三星电子分别是14/16/14nm,明年又会量产10nm,进入1×nm最重要的技术是Finfet,全称鳍式场效晶体管,是3D立体工艺,开发难度很大,对中芯国际这些国产半导体公司来说挑战不小。

由于中国每年进口的半导体芯片花的钱比进口石油还要多,所以咱们政府就看不下去了,积极研究应对政策,拨款设立半导体产业大基金,帮助国内半导体产业发展;紫光集团去年开始势头凶猛的收购就跟半导体产业基金的扶持有一定关系,笔者印象最深刻的是紫光集团董事长赵伟国三天两头一次入股某某半导体公司,直到收购美光科技时遭拒才消停下来,笔者认为,拿钱是买不来技术的,最终还是需要自己开发,不过半导体技术的开发不是一蹴而就的,需要漫长的成长过程。

总结:IC制造领域英特尔、台积电、三星电子三分天下的格局在未来一段时间还会保持不变,毕竟晶圆制造技术不是一两天的功夫能掌握的,国内的中芯国际等企业实力差距明显,落后至少两代制程工艺,任重而道远。

IC封测:并购趋势明显

作为集成电路领域的下游,封测相对于设计制造来说技术含量是最低的,但做好也不容易,台湾IC封测业产值占全球比重达55.2%,持续维持龙头宝座,代表性的有行业份额第一日月光等,短期内没有任何国家能取代台湾的地位。IC封测领域最近几年合并趋势明显,中国的长电科技收购全球第四大IC封测厂商星科金朋,中国IC封测实力已经跻身国际主流水平。

在国家政策扶持下,中国长电科技 、华天科技 、通富微电在全球封测企业排名已分别上升至第三位、第六位、第十位,华天科技收购了美国 FCI;通富微电收购了苏州AMD和马来西亚槟城AMD各85%股权;同方国芯认购台湾力成和南茂增发股份后获得两家公司各25%股份。

总结 :虽然封测处于半导体产业的下游,但做好并不容易,中国IC封测在国际上已经能够占据一席之地,对中国来说IC封测领域是比较容易的突破口。

物联网是未来

半导体行业的格局相对稳定,不太会出现黑马类型的企业,因为半导体技术进步需要大量资金日复一年地投资才能取得大突破,且有时候投入大量资金也不一定能有多大的产出,取得突破的企业一般都是循序渐进的。

对半导体产业来说,物联网是未来,也是个重要的转折点,是行业洗牌的起点,谁抓住了物联网谁就能赢得未来,高通、三星电子、联发科目前都在布局物联网。从2020年开始,随着5G技术的普及,物联网会逐渐走向千家万户,而物联网最重要的两个因素是网络+传感器,所以未来半导体产业还会经历繁荣期。

目前制约物联网普及的因素除了网络还有传感器价格,传感器作为物联网最基本的构成部分,几乎每一个联网的设备都需要传感器的支持,而当前传感器的价格,功耗,大小,精准度等都有待提高,目前的主流IC厂商都在为进军物联网做准备,比如联发科收购立锜科技强化物联网布局,三星出低功耗物联网芯片,高通5G芯片等。

物联网芯片的量级是巨大的。物联网的风口,预计是中国半导体产业崛起的东风,中国坚实的制造业基础为半导体产业的起飞做了很好的铺垫,再加上国家大力扶持,国内市场需求大,未来中国企业在物联网领域大有作为。

德州仪器和英伟达非常有前瞻性,知道自己在手机处理器领域的弱点:集成度低,所以果断转型,英伟达虽然要比德州仪器转型晚,不过效果更显着些,像宝马、奥迪、奔驰、福特、沃尔沃都有跟英伟达合作,英伟达今年发布的自动驾驶平台Drive PX 2参数也非常强,目前英伟达在车载计算芯片领域处于领先地位。

英伟达创始人/CEO黄仁勋展示NVIDIA车载芯片

对于专注于手机半导体开发的企业来说,即使现在输了手机SOC也不代表输了未来,随着5G在2020年后开始普及,物联网芯片种类繁多,机会也是前所未有的多,半导体厂商专注于某一领域,比如英伟达的车载芯片,积极开拓新技术,如果能做到某个细分行业比如车载芯片行业的第一,依然可以有很大作为。

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