聽聞近期元器件分銷商的芯片庫存普遍拉高，而全球缺芯的余威尚存，除了不斷與原廠Check新的Leadtime，還有簽了NCNR訂單與終端需求不及預(yù)期的矛盾風(fēng)險(xiǎn)。芯片現(xiàn)貨市場(chǎng)捂盤探價(jià)的需求也徒增了不少。以實(shí)際需求為例，我們有個(gè)供應(yīng)商庫存的三顆料：VL6180V1NR/1、ATTINY406-MFR、AH3781-SA-7，需要有個(gè)簡(jiǎn)單分析。

1、VL6180V1NR/1是意法半導(dǎo)體的第一代ToF測(cè)距傳感器，這顆三合一芯片集成VCSEL光源、接近傳感器和環(huán)境光傳感器，采用850nm的波長(zhǎng)激光，最大測(cè)距大于40cm;此前的主要應(yīng)用場(chǎng)景是智能手機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦輔助系統(tǒng)。該芯片還可應(yīng)用在投影儀輔助對(duì)焦、掃地機(jī)避障、智能衛(wèi)浴、自動(dòng)皂液器、智能馬桶、無人機(jī)和機(jī)器人等產(chǎn)品里。市場(chǎng)單價(jià)當(dāng)前在10~50元之間。

圖1、ToF傳感器工作原理(圖源：貿(mào)澤)

但意法半導(dǎo)體已推出了VL53L0、VL53L1、VL53L3、VL53L5等新一代ToF測(cè)距傳感器。VL6180V或許還能贏在性價(jià)比。

圖2、意法半導(dǎo)體ToF傳感器(圖源：ST)

2、ATTINY406-MFR是微芯/愛特梅爾的一款工業(yè)級(jí)8位MCU芯片，誕生于1997年的AVR單片機(jī)至今歷久彌新，廣泛應(yīng)用于儀器儀表、工業(yè)控制和醫(yī)療電子領(lǐng)域。市場(chǎng)單價(jià)當(dāng)前是4~10元之間。

3、AH3781-SA-7是美臺(tái)的一款工業(yè)級(jí)霍爾開關(guān)，搭配電機(jī)使用，可廣泛用在運(yùn)動(dòng)控制器、工業(yè)機(jī)器人、鼓風(fēng)機(jī)、工業(yè)電動(dòng)工具等產(chǎn)品里。市場(chǎng)單價(jià)當(dāng)前在2~7元之間。

ATTINY406-MFR和AH3781-SA-7兩顆芯片均可工作在-40℃-125℃環(huán)境溫度下，達(dá)到了工業(yè)級(jí)和車規(guī)級(jí)適用范圍。工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)π酒囊箅m然低于車規(guī)級(jí)、軍工級(jí)和宇航級(jí)，但也要求終端產(chǎn)品能夠防水、防塵、防潮并在-40℃~+85℃寬溫條件下正常工作。工業(yè)控制領(lǐng)域常見的產(chǎn)品有：工控機(jī)、PLC、伺服變頻器、運(yùn)動(dòng)控制器、工業(yè)機(jī)器人、機(jī)器視覺、數(shù)控機(jī)床等。終端產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景包括：電機(jī)控制、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)(現(xiàn)場(chǎng)總線、以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器、工業(yè)集線器)、人機(jī)接口(HMI)、傳感器、儀表等。

芯片一般按溫度適應(yīng)能力及可靠性要求，大致分為四類：商業(yè)級(jí)(0℃-70℃)、工業(yè)級(jí)(-40℃-85℃)、車規(guī)級(jí)(-40℃-120℃)、軍工級(jí)(-55℃-150℃)。芯片可靠性指標(biāo)的嚴(yán)苛程度和溫度要求超過商業(yè)級(jí)別，符合工業(yè)級(jí)應(yīng)用即為工業(yè)芯片。工業(yè)芯片處于整個(gè)工業(yè)體系架構(gòu)的基礎(chǔ)部分，解決感知、互聯(lián)、計(jì)算、存儲(chǔ)等基礎(chǔ)問題和執(zhí)行問題，在工業(yè)生產(chǎn)中起著重要作用。下面是《CIC集成電路》對(duì)工業(yè)芯片的發(fā)展特點(diǎn)、全球規(guī)模和國產(chǎn)化現(xiàn)狀的一篇總結(jié)，發(fā)表于2020年，至今仍有參考意義。

參考物聯(lián)網(wǎng)的感知層、傳輸層、應(yīng)用層三個(gè)層級(jí)，可將工業(yè)芯片劃分為計(jì)算及控制類芯片(中央處理器、嵌入式控制、FPGA等)、通信類芯片(有線/無線連接、RF射頻)、模擬類芯片(ADC、OPA、時(shí)鐘和定時(shí)器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口和隔離芯片、功率器件、電源管理芯片、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等)、存儲(chǔ)器、傳感器及安全芯片六大類?？梢哉f，工業(yè)芯片已經(jīng)成為新工業(yè)革命和新基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的關(guān)鍵支撐，工業(yè)芯片的設(shè)計(jì)和制造水平是衡量一個(gè)國家整體制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的真正試金石。

1、工業(yè)芯片的發(fā)展特點(diǎn)

工業(yè)芯片主要有以下特點(diǎn)：

一是工業(yè)產(chǎn)品長(zhǎng)期處于極高/低溫、高濕、強(qiáng)鹽霧和電磁輻射的惡劣環(huán)境，使用環(huán)境較苛刻，因此工業(yè)芯片必須具備高穩(wěn)定性、高可靠性和高安全性，且具備長(zhǎng)服役壽命(以電力為例，要求工業(yè)芯片應(yīng)用失效率<百萬分之一，某些關(guān)鍵產(chǎn)品要求“0”失效率，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)壽命要求7*24小時(shí)，10-20年連續(xù)運(yùn)行。而消費(fèi)類電子失效率為千分之三，設(shè)計(jì)壽命為1-3年)，方可滿足工業(yè)應(yīng)用要求。因此工業(yè)芯片的設(shè)計(jì)和制造要保證嚴(yán)格的良品率控制，要求數(shù)億芯片的質(zhì)量一致性保證能力，部分工業(yè)級(jí)產(chǎn)品甚至需要定制專用的生產(chǎn)工藝。

二是工業(yè)芯片要滿足不同產(chǎn)品的定制需求，因此不具備消費(fèi)級(jí)芯片追求通用、標(biāo)準(zhǔn)化、價(jià)格敏感的特點(diǎn)，工業(yè)芯片往往是品類多樣化，單品類規(guī)模小量但具備高附加值，需要研發(fā)與應(yīng)用要緊密結(jié)合，要針對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行研發(fā)，要與應(yīng)用方形成解決方案，所以應(yīng)用創(chuàng)新與技術(shù)創(chuàng)新同等重要。整個(gè)工業(yè)芯片市場(chǎng)不易受單一產(chǎn)業(yè)景氣變動(dòng)影響。因此價(jià)格波動(dòng)遠(yuǎn)沒有存儲(chǔ)芯片、邏輯電路等數(shù)字芯片的變化大，市場(chǎng)波動(dòng)幅度相對(duì)較小。全球最大的工業(yè)芯片廠商德州儀器的工業(yè)類產(chǎn)品線高達(dá)萬余種，產(chǎn)品毛利高達(dá)60%以上，而每年的收入增長(zhǎng)也相對(duì)穩(wěn)定。

三是工業(yè)芯片企業(yè)的主要發(fā)展模式為IDM模式。工業(yè)芯片性能差別很大。用到很多特殊工藝，比如BCD (Biploar、CMOS、DMOS)，高頻領(lǐng)域還有SiGe(鍺硅)和GaAs(砷化鎵)，很多性能在自建產(chǎn)線上才能體現(xiàn)的更好，因此往往需要定制化工藝和封裝，并且設(shè)計(jì)與工藝深度結(jié)合，以滿足特殊的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景需求。而IDM模式可以通過定制化的制造工藝來提升產(chǎn)品性能并降低生產(chǎn)成本，因此成為全球領(lǐng)先工業(yè)芯片企業(yè)的首選發(fā)展模式。2019年全球工業(yè)芯片接近485.6億美元的銷售收入中，370億美元的收入是由IDM企業(yè)貢獻(xiàn)的，而全球前20大工業(yè)芯片企業(yè)中，18家都是IDM企業(yè)。

四是工業(yè)芯片企業(yè)的市場(chǎng)集中度較高，大者恒大的局面長(zhǎng)期穩(wěn)定。由于工業(yè)芯片市場(chǎng)的過度分散特性，具有一定整合能力，具有專用工藝和產(chǎn)能的大企業(yè)往往占據(jù)著主要市場(chǎng)份額，且不斷通過收購做大做強(qiáng)規(guī)模和優(yōu)勢(shì)。另外由于工業(yè)芯片行業(yè)普遍產(chǎn)品更新?lián)Q代慢，導(dǎo)致新增進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域的企業(yè)減少，行業(yè)壟斷格局不斷強(qiáng)化。因此整個(gè)工業(yè)芯片市場(chǎng)格局呈現(xiàn)出“大者恒大，市場(chǎng)壟斷效應(yīng)顯著”的特點(diǎn)。目前全球前四十家工業(yè)芯片企業(yè)占據(jù)全部市場(chǎng)份額的80%，而美國工業(yè)芯片市場(chǎng)中，前20大美國廠商貢獻(xiàn)了92.8%的市場(chǎng)份額。

2 、工業(yè)芯片全球市場(chǎng)規(guī)模和格局

從產(chǎn)業(yè)規(guī)模上看，來自市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Gartner的數(shù)據(jù)顯示，全球工業(yè)芯片市場(chǎng)2019年銷售規(guī)模達(dá)485.6億美元，預(yù)計(jì)2022年達(dá)到705億美元，2019-2022年復(fù)合增長(zhǎng)率在13%左右。其中，美國工業(yè)芯片2019年產(chǎn)值達(dá)到221億美元，占到全球工業(yè)芯片總產(chǎn)值的45.5%。日本貢獻(xiàn)了全球第二大工業(yè)芯片收入規(guī)模，達(dá)到76.69億美元，占全球15.8%。歐洲工業(yè)芯片2019年產(chǎn)值達(dá)到69.56億美元，占比在14.3%。中國大陸2019年工業(yè)芯片實(shí)現(xiàn)銷售收入33.61億美元，占比在7%左右。

目前全球工業(yè)芯片市場(chǎng)由歐美日等國的巨頭企業(yè)占據(jù)壟斷地位，其整體水平和市場(chǎng)影響力領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)明顯。美國企業(yè)優(yōu)勢(shì)最為明顯，在全球前50大工業(yè)芯片廠商中，美國企業(yè)數(shù)量達(dá)到21家，占據(jù)60%市場(chǎng)份額。并且在工業(yè)用處理器及FPGA、工業(yè)模擬芯片、工業(yè)用DSP、工業(yè)存儲(chǔ)器、工業(yè)通信及射頻等高端工業(yè)芯片領(lǐng)域領(lǐng)域，美國企業(yè)具有市占超過80%的壟斷優(yōu)勢(shì)。歐洲方面，英飛凌、恩智浦、意法半導(dǎo)體三家企業(yè)在工業(yè)用功率器件、MEMS傳感器方面占據(jù)引領(lǐng)地位，且正在不斷加大在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的投入力度。韓國三星憑借在存儲(chǔ)器上的優(yōu)勢(shì)躋身全球工業(yè)芯片前五，而日本瑞薩是工業(yè)用控制器的霸主、索尼則是工業(yè)圖像傳感器(攝像頭芯片)和機(jī)器視覺芯片的全球領(lǐng)先者。

圖3、工業(yè)芯片市場(chǎng)規(guī)模(圖源：北京半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì))

3、我國工業(yè)芯片發(fā)展情況和主要問題

隨著我國對(duì)新基建和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的大力推動(dòng)，我國工業(yè)芯片市場(chǎng)規(guī)模也將迎來快速增長(zhǎng)。到2025年，預(yù)計(jì)我國電力電網(wǎng)、軌道交通、能源化工、市政等工業(yè)領(lǐng)域芯片年需求量將接近2000億元人民幣。按照2025年我國芯片行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模突破2萬億測(cè)算，僅工業(yè)芯片的需求就占到10%。其中工業(yè)用計(jì)算及控制類芯片、模擬類芯片以及傳感器的需求總量占比超過60%。

相比之下，我國雖是工業(yè)大國，但在基礎(chǔ)芯片環(huán)節(jié)則遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后。目前，我國已經(jīng)擁有一批工業(yè)芯片企業(yè)，數(shù)量還是不少的，但總體比較分散，還未形成合力，綜合競(jìng)爭(zhēng)力弱于國外大廠，且產(chǎn)品仍然集中在中低端市場(chǎng)。不過在電力和高鐵等某幾個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域和功率半導(dǎo)體等產(chǎn)品線，已經(jīng)具有一定的國產(chǎn)替代能力。例如國內(nèi)IPM、MOSFET和IGBT功率器件廠商在高鐵和地鐵、電動(dòng)車和充電樁、變頻家電和變頻空調(diào)、保障性安居工程、節(jié)能設(shè)備以及市政管網(wǎng)建設(shè)等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有了一定突破。但總體而言，目前國內(nèi)工業(yè)芯片中高端市場(chǎng)長(zhǎng)期被歐美日等國的國際巨頭企業(yè)占據(jù)的局面仍然沒有根本性改變，電力能源、軌道交通等關(guān)鍵工業(yè)領(lǐng)域芯片自主化率仍不足10%。高端工業(yè)計(jì)算類芯片如FPGA、高精度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器ADC、多相高效電源管理芯片、通信射頻等中高端工業(yè)芯片國產(chǎn)化率低于1%。

我國在工業(yè)芯片上的問題主要表現(xiàn)在以下幾方面：

一是缺乏IDM。IDM模式已經(jīng)被驗(yàn)證為工業(yè)芯片企業(yè)發(fā)展壯大的最主流模式，但我國工業(yè)芯片企業(yè)普遍弱小而分散，產(chǎn)品線少，資金實(shí)力不強(qiáng)，不具備打造IDM的基礎(chǔ)，也缺乏運(yùn)營IDM的經(jīng)驗(yàn)。IDM的缺乏造成我國工業(yè)芯片企業(yè)長(zhǎng)期面臨“低端鎖定”的困局，無法通過專用工藝和產(chǎn)能保障，提升工業(yè)芯片的差異化品質(zhì)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

二是缺乏應(yīng)用帶動(dòng)。工業(yè)場(chǎng)景繁多復(fù)雜，涉及多個(gè)技術(shù)和工程領(lǐng)域，多學(xué)科交叉、融合的特點(diǎn)明顯，從基礎(chǔ)研發(fā)到工程化應(yīng)用的創(chuàng)新鏈也很長(zhǎng)，因此需要應(yīng)用帶動(dòng)才能真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)芯片以點(diǎn)帶面的有效突破。但國產(chǎn)工業(yè)芯片的設(shè)計(jì)與最終的系統(tǒng)應(yīng)用長(zhǎng)期存在脫節(jié)的現(xiàn)象，一方面由于國內(nèi)芯片廠商主要根據(jù)客戶的定義去進(jìn)行研發(fā)，由于存在行業(yè)壁壘，導(dǎo)致芯片產(chǎn)品無法跟其他行業(yè)解決方案有機(jī)結(jié)合，推廣應(yīng)用方面嚴(yán)重受限。另一方面，國內(nèi)工業(yè)系統(tǒng)級(jí)廠商由于長(zhǎng)期采購性能更加穩(wěn)定可靠的進(jìn)口芯片，出于保險(xiǎn)原則對(duì)采納***形成自主供應(yīng)鏈的意愿不足，造成***無法獲得在系統(tǒng)端進(jìn)行驗(yàn)證和迭代升級(jí)的機(jī)會(huì)，產(chǎn)業(yè)鏈上下游各自為政，協(xié)同不足導(dǎo)致目前我國在工業(yè)芯片-系統(tǒng)領(lǐng)域缺少有國際競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)生態(tài)和圍繞在生態(tài)周邊的企業(yè)群落。

三是缺乏共性技術(shù)研發(fā)能力。目前我國工業(yè)芯片關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)與發(fā)達(dá)國家相比，與制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的要求相比，還存在較大差距。工業(yè)芯片關(guān)鍵共性技術(shù)供給體系整體上仍面臨著國家層面的發(fā)展戰(zhàn)略缺乏統(tǒng)籌，研發(fā)資源分散和低效率、共性技術(shù)研發(fā)主體缺位等諸多問題，造成我國工業(yè)芯片產(chǎn)業(yè)在基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)方面無法對(duì)我國工業(yè)以及新基建的發(fā)展提供有力支撐，進(jìn)一步削弱了我國在工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展上的競(jìng)爭(zhēng)力。

四是缺乏標(biāo)準(zhǔn)化和檢測(cè)驗(yàn)證等配套服務(wù)體系。由于我國工業(yè)長(zhǎng)期依賴國際供應(yīng)鏈，產(chǎn)線上各種接口和操作標(biāo)準(zhǔn)都是由國外廠商定義。國內(nèi)工業(yè)產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)工業(yè)芯片進(jìn)行指導(dǎo)，不僅會(huì)面臨專利和標(biāo)準(zhǔn)方面的諸多阻力，也會(huì)造成國內(nèi)工業(yè)芯片企業(yè)在技術(shù)性能、質(zhì)量保障、規(guī)模量產(chǎn)一致性等方面遇到諸多難題，極大阻礙行業(yè)和市場(chǎng)推動(dòng)工業(yè)芯片的國產(chǎn)化進(jìn)程。此外，國內(nèi)工業(yè)級(jí)芯片的研發(fā)往往由于缺乏檢測(cè)驗(yàn)證環(huán)境，導(dǎo)致無法進(jìn)行可靠性、安全性的技術(shù)迭代。

五是缺乏對(duì)工業(yè)芯片關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品的創(chuàng)新引領(lǐng)意愿。當(dāng)前，國家競(jìng)爭(zhēng)和工業(yè)發(fā)展迫切需要前沿和新興技術(shù)的重大突破來提供強(qiáng)大支撐，而芯片產(chǎn)業(yè)自身演進(jìn)恰逢又一次進(jìn)入關(guān)鍵時(shí)期，新興技術(shù)的產(chǎn)生會(huì)使原本的技術(shù)生命周期斷裂，并形成新的技術(shù)軌道，引發(fā)的變革速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越預(yù)期。對(duì)工業(yè)芯片領(lǐng)域新興的替代性技術(shù)進(jìn)行前沿布局會(huì)為我國在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)換道超車帶來可能。但目前我國工業(yè)芯片企業(yè)往往更加熱衷于短期內(nèi)能夠取得經(jīng)濟(jì)效益的競(jìng)爭(zhēng)性技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)研發(fā)，而對(duì)于技術(shù)和市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)較大、投入較多的前沿新興技術(shù)的研發(fā)缺乏積極性，不愿也無力涉足。加之我國工業(yè)芯片領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新和深度融合不夠，大量的創(chuàng)新成果停留在論文、專利階段，沒有轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)力。

由于工業(yè)及新基建對(duì)集成電路的依賴極大，芯片作為硬件載體，直接決定工業(yè)領(lǐng)域的信息化、數(shù)字化，智能化的水平，以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“賦能”傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的能力。因此工業(yè)芯片進(jìn)口依賴問題嚴(yán)重影響我國工業(yè)安全和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略性推進(jìn)進(jìn)程，其國產(chǎn)化的迫切性最為強(qiáng)烈。

目前中國已經(jīng)擁有一批工業(yè)芯片企業(yè)，數(shù)量還是不少的，但總體比較分散，還未形成合力，綜合競(jìng)爭(zhēng)力弱于國外大廠，且產(chǎn)品仍然集中在中低端市場(chǎng)。中國本土工業(yè)芯片廠商，產(chǎn)品還是以功率器件、工控類MCU、傳感器為主，而在其它大類的工業(yè)芯片方面，如高性能的模擬產(chǎn)品、ADC、CPU、FPGA、工業(yè)存儲(chǔ)等，我國企業(yè)與國際大廠還有較大差距。中國光電子器件方面長(zhǎng)期以來主要靠仿制、靠低勞動(dòng)力成本生存被動(dòng)局面的有效途徑。國內(nèi)光通信系統(tǒng)設(shè)備商對(duì)國外的依賴程度很高，其所需的核心光電子器件，仍然需要依賴進(jìn)口。

碎片化的工控控制芯片市場(chǎng)，以終端產(chǎn)品會(huì)長(zhǎng)期運(yùn)行在極高/低溫、高濕、強(qiáng)鹽霧和電磁輻射的惡劣環(huán)境中為前提，所以在穩(wěn)定性、可靠性和安全性方面要求會(huì)比商業(yè)級(jí)高。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平臺(tái)，過去數(shù)年已積累了豐富的工業(yè)芯片的優(yōu)勢(shì)貨源。我們聚焦服務(wù)元器件長(zhǎng)尾客戶群，讓每一家芯片原廠或分銷商的每一款芯片，在Design In、Design Win和流通中更高效，幫助工程師的方案選型、試樣及采購，為電子產(chǎn)業(yè)供需略盡綿薄之力。

審核編輯黃宇