【導言】和數(shù)字芯片相比，模擬芯片受到的關(guān)注度較為有限，但模擬芯片是集成電路中非常重要的一個賽道。AD/DA芯片是模擬芯片中重要的分支，具有技術(shù)門檻高、價值量大等特點，核心技術(shù)長期被國外壟斷。本文首先對模擬芯片大賽道進行分析，再對AD/DA芯片進行深入探究，包括AD/DA的定義、類別、市場、應用等，最后探究我國AD/DA的國產(chǎn)化進程。我們認為，作為幾大高端通用的芯片之一，AD/DA的發(fā)展空間廣闊，戰(zhàn)略地位顯著，值得產(chǎn)業(yè)界和投資界的布局。
說起半導體，人們首先聯(lián)想到的是CPU、存儲器等核心部件，這些芯片都屬于數(shù)字芯片的范疇。除了數(shù)字芯片，半導體領域還有一塊重要的版圖——模擬芯片，對科技的發(fā)展演進產(chǎn)生了重要的影響，本章節(jié)我們先對模擬芯片行業(yè)進行分析。
我們?nèi)粘Ｉ钪械拇蠖鄶?shù)信號都是模擬信號，比如聲音、光線、溫度等，數(shù)字芯片無法直接處理這些信號，需要首先由模擬芯片對其進行處理。因此，模擬集成電路主要是指由電阻、電容、晶體管等組成的模擬電路集成在一起用來處理連續(xù)函數(shù)形式模擬信號（如聲音、光線、溫度等）的集成電路。
從市場規(guī)模來看，2021年全球模擬芯片市場規(guī)模約為612億美元，2021年中國模擬芯片市場規(guī)模約為2,234億元，預計2024年市場規(guī)模將達到2,618億元，中國模擬芯片市場規(guī)模全球占比超過50%。
數(shù)字芯片： 數(shù)字芯片具有典型的路徑依賴特征，當處理器從PC時代的x86，到移動終端和IoT時代的ARM，再到如今的AI芯片，處理器芯片的護城河都僅屬于各自短暫的科技周期。數(shù)字芯片強調(diào)的是運算速度與成本比，而芯片制程的摩爾定律限制著數(shù)字芯片設計廠商的產(chǎn)品迭代。
模擬芯片： 模擬芯片不直接服務于算法的落地，在電壓、電流、功率、功耗、精度等較為固定的電路參數(shù)上實現(xiàn)技術(shù)路徑的穩(wěn)定衍進，不受科技周期的限制。模擬芯片不受制于摩爾定律，除了尺寸、功耗等目標，還追求高信噪比、低失真、高可靠性之間的平衡性。
核心觀點二：模擬芯片需要更為資深的技術(shù)團隊
數(shù)字芯片： 數(shù)字芯片的設計和生產(chǎn)更類似于流水線作業(yè)，可以通過豐富的設計模塊、高效的EDA軟件仿真、標準化的工藝平臺，在短時間內(nèi)完成一款高算力芯片的設計；EDA工具的發(fā)展為底層IP核帶來整個設計架構(gòu)的創(chuàng)新。
模擬芯片： EDA工具對模擬芯片的設計和仿真所能起到的作用都極為有限，模擬芯片需要設計師具有豐富的經(jīng)驗積累，以及設計工程師和工藝工程師的緊密溝通配合。模擬芯片公司需要的技術(shù)人員不多，更需要的是單兵作戰(zhàn)的能力，因此創(chuàng)始人水平很重要。國內(nèi)卓勝微、思瑞浦當初都是只有十幾個人的團隊做起來，做到大幾百億市值。
核心觀點三：模擬芯片公司的盈利能力更強、業(yè)績更穩(wěn)定、估值更高
過去20年中，全球范圍內(nèi)崛起了包括德州儀器（TI）、亞德諾（ADI）等在內(nèi)的模擬芯片巨頭廠商，以及英特爾（Intel）、超威（AMD）等數(shù)字芯片巨頭。對比這幾家公司歷史盈利能力情況，可以看出模擬芯片廠商同樣具備很高的毛利率與凈利率水平，且相比數(shù)字芯片更加抗周期。
Figure2 模擬/數(shù)字芯片公司毛利率和凈利率對比
模擬芯片是一個長坡厚雪的賽道，擁有極高的技術(shù)和人才壁壘，因此國內(nèi)外給予模擬芯片公司的估值水平普遍高于數(shù)字芯片公司。
Figure3 模擬/數(shù)字芯片公司估值水平對比
AD/DA芯片是連接真實世界與數(shù)字世界的橋梁
AD/DA芯片主要是實現(xiàn)溫度、壓力、流量、速度、光強等模擬信號和數(shù)字信號（電壓、電流等）之間的相互轉(zhuǎn)換。其中AD芯片（ADC）用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，DA 芯片（DAC）用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。
在一個完整的信號鏈中，傳感器采集到真實世界的自然信號，如電磁波、聲音、圖像、溫度、光信號等，并將這些自然信號轉(zhuǎn)化成模擬的電信號。然后放大器把模擬信號放大，ADC把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；數(shù)字信號經(jīng)過MCU或CPU或DSP等處理后，再經(jīng)由DAC還原為模擬信號，通過揚聲器、馬達、LED等輸出設備輸出到真實世界。
AD/DA芯片主要性能指標包括采樣速度和精度，其余指標還包括功耗、轉(zhuǎn)換速率、信噪比、誤差等。
采樣速度： 用Sample Per Second（SPS）衡量，代表ADC可以轉(zhuǎn)換多大帶寬的模擬信號，高速AD/DA能夠解析更高頻率的信號。
精度： 用bit單位衡量，用來表征轉(zhuǎn)換出來的數(shù)字信號與原來的模擬信號之前的差距，bit數(shù)越高的AD/DA芯片的精度也越高。
根據(jù)不同的采樣速度和精度，ADC芯片可以分為以下四種：
Flash ADC： 閃爍型（Flash）ADC通常精度不超過8位，但速度高最快，可達56GHz以上。
Pipeline ADC： 管道型ADC研發(fā)難度[敏感詞]，速度通常不超過10GHz，精度可達14-16位。
SAR ADC： 逐次逼近型（SAR）ADC速度約在100MHz左右，但精度可超過18位。
Sigma-Delta ADC： Sigma-Delta ADC具有[敏感詞]的精度，可達24位，但通常速度僅在1K~10M。
ADC芯片的下游應用包括[敏感詞]、工業(yè)、消費級等，不同應用場景對于采樣速度與精度均有不同的性能追求。
Figure6 不同類型的ADC具有不同的應用場景
市場規(guī)模： AD/DA芯片可分為ADC芯片和DAC芯片，其中ADC芯片占比較大。根據(jù)智研咨詢數(shù)據(jù)，2019年ADC、DAC芯片全球市場規(guī)模為31.55億美元。根據(jù)Statistica，2021年全球ADC芯片的市場規(guī)模約為27.5億美元，2027年全球ADC芯片的市場規(guī)模約為40.9億美元。
Figure7 全球ADC芯片市場規(guī)模（億美元）
競爭格局： 從全球競爭格局來看，ADI在AD/DA領域擁有[敏感詞]的市場份額，美國在該領域擁有[敏感詞]的壟斷力，前5大公司均為美國公司。
從全球AD/DA芯片的下游應用占比來看，通訊和工業(yè)/醫(yī)療是[敏感詞]的應用市場，占比達到35%和31%，消費和汽車市場緊隨其后，均占據(jù)12%的份額。
接下來，我們將分別介紹AD/DA在這些場景中的應用，以讓大家對AD/DA的作用有更直觀的感受。
（1）消費類：主要應用于手環(huán)手表、TWS耳機和手機/平板
在消費類應用場景中，主要會用到ADC芯片，對采樣速度的要求較低，但對精度的要求較高。據(jù)測算，我國消費類場景的AD/DA芯片（主要是ADC）市場規(guī)模超過50億元人民幣，且隨著手環(huán)手表、TWS耳機等消費電子的興起，該塊市場需求強勁，是現(xiàn)金流較為穩(wěn)定的市場。
手環(huán)手表： ADC芯片主要用于測心率、心電和血氧，精度要求較高，通常是16-24Bit，而由于心率采集不需要很快的頻率，因此對采樣速度要求低。
TWS耳機： ADC芯片主要用于入耳檢測功能，高端耳機的降噪功能也會用到ADC。入耳檢測有SAR和光感兩種方案，精度在12-16Bit左右。
手機/平板： ADC芯片主要用于屏幕亮度調(diào)節(jié)和輻射調(diào)節(jié)。銷售到歐美的手機需要標配SAR芯片（輻射調(diào)節(jié)），手機也是消費級最主要的應用場景。
（2）工業(yè)類：電力線監(jiān)控、機器人手臂控制等場景都會用到AD/DA
工業(yè)類的AD/DA在不同的具體應用中，對采樣速度和精度的要求差異較大，但總體而言，工業(yè)類AD/DA追求在一定采樣速度下的高精度。比如電力線監(jiān)控，屬于低速高精度的ADC應用；機器人手臂控制：屬于SAR ADC，能夠及時采樣，速率在1K-10M之間。
還有一類屬于Sigma-Delta型ADC，這類ADC精度在16-24比特，但速度通常只有幾赫茲到幾K，最快ADI的產(chǎn)品也只到2.5M，進入門檻相對較低。在工業(yè)中可以用于廠房的過程控制、高端電子秤等，在醫(yī)療中可以用于X光射線采樣、心電檢測等。
（3）汽車類：主要應用于音頻系統(tǒng)和新能源汽車的電池管理
在汽車領域，ADC主要應用于汽車的音頻系統(tǒng)和新能源汽車的電池管理。新能源車內(nèi)部的BMS系統(tǒng)（電池管理系統(tǒng)）會用到SAR的ADC產(chǎn)品，隨著新能源汽車銷量的井噴，汽車用ADC的需求量會持續(xù)增加。
（4）[敏感詞]類：主要應用于雷達等[敏感詞]設備
[敏感詞][敏感詞]裝需要用到高速度ADC，對ADC的速度要求通常在250M以上，對精度的要求也較高。
雷達是[敏感詞]領域AD/DA應用的主要場景，其對ADC的技術(shù)要求極高，需要2.5G/12Bit的性能。目前該領域AD/DA被國外廠商壟斷，且屬于禁運范圍；雷達中1個通道需要1個AD/DA，而大型雷達有數(shù)萬個通道，小型雷達也有幾千個，對應平均幾千美金的單價，有較大的市場機會。
5G基站需要集成高速的AD/DA，如今5G基站每隔幾百米一個，每個基站都有AD/DA產(chǎn)品的需求。目前主流的供應商就是ADI和TI，國內(nèi)在該領域比較領先的是華為海思，但目前受到制裁困擾；中興也在嘗試做。
《瓦森納協(xié)議》下，[敏感詞]、航空航天等場景中使用的部分高性能的AD/DA芯片被禁運到中國。以相控陣雷達為例，國內(nèi)相控陣雷達中用的AD/DA芯片嚴重依賴國外技術(shù)，芯片被國外禁運后，[敏感詞]實力勢必會受到影響。
Figure12 美國對中國禁運的高速AD芯片技術(shù)范圍
國外在AD/DA領域?qū)χ袊闹撇?，一方面凸顯了AD/DA兵家必爭之地的地位，另一方面也體現(xiàn)出其制造壁壘之高。那么，為什么國產(chǎn)AD/DA芯片那么難造？我們認為主要有來自技術(shù)和人才的兩方面壁壘：
技術(shù)壁壘： [敏感詞]類、通訊類AD/DA芯片對于采樣速度的要求很高，高速度AD/DA的難度更高，技術(shù)基本被美國把控。常用的工業(yè)類AD.DA芯片對于速度沒有[敏感詞]與通訊的高要求，但追求在較高速度下的精度；ADI業(yè)界[敏感詞]的工業(yè)類芯片在65MHz的速度下可以實現(xiàn)20bit精度，典型的Pipeline ADC可以實現(xiàn)14位/2.4GHz。
人才壁壘： AD/DA領域?qū)儆谀M芯片中最難的部分，對于核心設計人員的研發(fā)經(jīng)驗要求極高，國內(nèi)具有高速高精度AD/DA研發(fā)能力的科學家屈指可數(shù)，據(jù)不完全統(tǒng)計可能不超過10個人真正具備高速高精度AD/DA的經(jīng)驗。
國產(chǎn)高性能AD/DA芯片發(fā)展阻力較大，體現(xiàn)在高性能AD/DA芯片項目國內(nèi)落地很難，應用門檻非常高。國內(nèi)高速高精度AD/DA在起步階段，這導致相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈配套很少，下游市場培育很困難。目前國產(chǎn)高性能AD/DA芯片的研發(fā)主要在科研院所內(nèi)部。華為海思曾經(jīng)具備工業(yè)級、通訊級高性能AD/DA的研發(fā)能力，擁有國內(nèi)研發(fā)實力最強的團隊，但被美國制裁后，華為海思團隊發(fā)展艱難。部分初創(chuàng)公司早期定位做高速高精度的AD/DA芯片，但由于資金投入太大、周期太長，很難養(yǎng)活團隊，所以大部分切入到低速的消費級領域，通過穩(wěn)定的現(xiàn)金流養(yǎng)活團隊，再逐步切入高速AD/DA領域。
近年來，隨著國產(chǎn)替代浪潮的持續(xù)推進，國內(nèi)也涌現(xiàn)出一些高水平創(chuàng)業(yè)團隊。這也得益于中美關(guān)系變化后，ADI、TI有部分華人團隊離開公司回國創(chuàng)業(yè)，國內(nèi)的模擬芯片領域的創(chuàng)業(yè)團隊開始出現(xiàn)，而作為模擬芯片領域珠穆朗瑪峰的AD/DA，該領域的相關(guān)公司也迎來了新的機會。
目前，國內(nèi)也有一些上市公司主要做AD/DA芯片，比如圣邦微、思瑞浦和芯海科技等，這些公司收到了資本市場的追捧，市場均給出了較高的估值水平。
圣邦微： 公司是國內(nèi)領先的模擬芯片公司，其中電源管理產(chǎn)品和信號鏈產(chǎn)品占比約為7:3。公司具備高精度ADC能力，工業(yè)級AD/DA芯片已有量產(chǎn)。公司2020年收入12億元。目前市值460.9億元，P/E（TTM）為137.50x，P/S（TTM）為32.27x。
思瑞浦： 公司主要業(yè)務為信號鏈模擬芯片，營收占比達97.92%。轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品（AD/DA芯片包含在其中）營收占比為35.72%，公司的工業(yè)級AD/DA芯片目前在國內(nèi)領先。公司2020年收入5.7億元。目前市值450.4億元，P/E（TTM）為156.34x，P/S（TTM）為50.95x。
芯?？萍迹?/span> 公司主要業(yè)務為健康測量AIoT芯片、模擬信號鏈芯片和MCU芯片，占比分別為36.00%、34.26%和28.60%。在AD/DA領域，公司專注于高精度ADC、高可靠性MCU的設計研發(fā)。公司2020年收入3.6億元。目前市值88.6億元，P/E（TTM）為54.05x，P/S（TTM）為13.28x。
AD/DA國產(chǎn)替代加速推進，值得布局
模擬芯片行業(yè)是一個長坡厚雪的賽道，需要多年時間的技術(shù)積累進行“滾雪球”。AD/DA作為模擬芯片的重要分支，是連接現(xiàn)實世界和數(shù)字世界的橋梁，技術(shù)門檻極高，價值含量極大。消費領域的AD/DA芯片關(guān)乎我們?nèi)粘Ｉ?，[敏感詞]/通訊領域的AD/DA芯片直接關(guān)乎到我國軍力，重要性不言而喻。
作為模擬芯片領域的珠穆朗瑪峰，AD/DA芯片的國產(chǎn)替代注定不易，目前AD/DA核心技術(shù)被美國的ADI、TI等模擬芯片巨頭所掌握，且對我國這一領域的發(fā)展進行了技術(shù)和人才的雙重封鎖，目前國內(nèi)的高端AD/DA人才屈指可數(shù)。
對于AD/DA的國產(chǎn)替代，我們需要耐心，模擬領域本身就需要長年的技術(shù)積累，趕超國外的步伐不是一蹴而就的。不過得益于這一輪國產(chǎn)化替代的熱潮以及中國龐大的市場規(guī)模，我們已經(jīng)看到一些初創(chuàng)AD/DA公司在消費級領域取得突破，在細分市場可以達到與TI等國際巨頭同臺競技，這已經(jīng)是非常難能可貴的成果。未來在[敏感詞]/通訊領域的AD/DA芯片我們還有一段路要走，但是有種子在，我們就可以期待開花結(jié)果的那一天。
免責聲明：本文轉(zhuǎn)載自“鼎暉百孚平臺”，本文僅代表作者個人觀點，不代表薩科微及行業(yè)觀點，只為轉(zhuǎn)載與分享，支持保護知識產(chǎn)權(quán)，轉(zhuǎn)載請注明原出處及作者，如有侵權(quán)請聯(lián)系我們刪除。
