半导体集成电路设计行业分析报告Word格式.docx

1、预计我国半导体投资将持续围绕国家战略和新兴行业进行投资规划，比如智能汽车、智能电网、人工智能、物联网、5G等，并对装备材料业给予支持，助推国内集成电路产业发展。IC设计行业百花齐放，高端领域有待突破：我国IC设计行业目前蓬勃发展。从需求来看，人工智能应用正在快速普及，由于人工智能应用对于芯片算力的需求远超以往传统应用，未来有望成为IC设计的发展的重要推动力。从供给来看，我国IC设计企业的产品已经覆盖比较全面，涵盖手机Soc、基带芯片、指纹识别以及银行安全芯片等，在一些细分领域也位居全球前列。而在高端芯片领域，尤其在PC和服务器的芯片领域，我国与芯片的占有率相对低，和国际巨头差距明显。一、行业概

2、况集成电路设计领域处于集成电路产业上游，是指以集成电路为目标的设计流程。集成电路设计涉及对电子器件（例如晶体管、电阻器、电容器等）、器件间互连线模型的建立，市场主要由下游终端需求决定。IC（Integrated Circuit）设计从模式来看，主要分为Fabless和IDM，IDM为集芯片设计、制造、封测一体的企业，Fabless为只做芯片设计的企业。最开始的大部分芯片企业都是IDM，1982年全球第一家Fabless公司LSI Logic成立，1987年第一家Pure-playFoundry公司台积电成立。随着芯片制造技术的提升，有能力的承担巨额投资的企业越来越少，很多IDM企业纷纷剥离其制

3、造业务，专注于IC设计。再往后，随着集成电路行业分工进一步细化，产业链形成IP、设计、晶圆、封装的上下游体系。从IDM模式与Fabless模式的对比来看，Fabless由于专注于设计，投资额较小，适合创业者进入，但也会面临难以找到代工厂的问题，而IDM模式属于重资产模式，投资额大，由于只服务自家产品，如果自家场面市场需求面临变化，会出现产能利用率不足的问题。此外，IDM具有资源整合的优势，由于不需要进行硅验证，IDM企业从IC设计到IC制造需要的时间较短，而Fabless由于与Foundry的工艺流程难以及时对接，产品上市时间较慢。从Fabless和IDM企业销售对比来看，2000年Fable

4、ss和IDM企业销售额分别为170亿美金和1718亿美金，2017年分别为1000亿美金和2636亿美金。2000-2017年Fabless企业的收入CAGR为10.9%，而IDM企业为2.6%，Fabless企业增速显著高于IDM企业。从过去历年收入增速的对比图来看，大部分时间的Fabless的收入规模增速都高于IDM。2017年由于存储器价格暴涨，存储厂商营收大增，而大部分存储厂商都是IDM模式，因而IDM厂商总体营收增速显著高于Fabless厂商。Fabless模式的蓬勃发展，正是IC设计行业的飞速进步的体现。芯片设计流程可以分为前端和后端设计，前端设计定义了芯片的功能、性能等。后端设计

5、处理电压，时钟等问题，是耗电的直接因素。以数字芯片为例，从前端设计来看，一般设计一颗芯片需要经历以下几个步骤：（1）规格制定：根据下游客户的需求，定义芯片的具体功能和性能。（2）详细设计：根据芯片的功能规格要求，提出实现的架构以及模块功能的划分。（3）RTL编写：用硬体描述语言（HDL）将电路功能用代码的形式描述出来。（4）仿真验证：对上一步编写的代码进行验证，反复迭代检查代码是否符合规格制定部分提出的要求。（5）逻辑综合：将HDL编写的代码通过EDA软件转换成逻辑电路图。转换之后，还需要反复确认该逻辑电路图是否符合规格设计的要求。（6）STA和形式验证：静态时序验证（STA）检查是否存在建立

6、时间和保持时间的违例，形式验证从功能上进行验证，确保逻辑综合后的电路没有改变HDL描述的功能。IC设计的各个环节均需要用到EDA（Electronic Design Automation）工具，EDA行业现在已形成了Synopsys、Cadence和Mentor Graphics三足鼎立之势，2017年这三巨头的收入占据了全球EDA行业总收入的70%。我国EDA企业与三巨头存在较大差距，国内目前从事该行业的主要有华大九天、广立微、芯禾科技。IP核为具有知识产权的可以移植到别的芯片中的模块，一个芯片往往需要多个IP的组合来实现不同的功能。处理器IP授权和接口IP 授权是IP授权服务最大的构成部分

7、，2016年两者合计占比625。处理器IP中ARM的市场份额最大，接口IP中Synopsys是其中的王者。芯片设计企业所用的EDA工具和IP核均存在外包情况，其中EDA工具几乎全部都是外包，IP授权将近60%-70%外包，一些技术实力强劲的企业会自己使用自己的IP。根据集成电路的功能的不同，可以将集成电路可以分为CPU、GPU、FPGA、AISC、存储器、模拟电路等，各类集成电路如果从设计的角度来看，主要分为以下产品种类：1、CPU中央处理器（CPU，Central Processing Unit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心和控制核心。它的功能主要是解释计算机指令以及处理

8、计算机软件中的数据。CPU根据架构的不同主要可以分为四类：X86：适合windows系统，专利在英特尔和AMD的手中，其他厂商很难取得授权。ARM：适合手机和平板上的安卓和IOS系统，专利在ARM公司手中，需要付费使用。MIPS、RISC-V：开源的指令集，可以免费使用，但是支持的应用生态较少。PowerPC：PowerPC架构CPU主要被IBM用于其小型机上。从目前的CPU市场来看，国内在各类架构的CPU均有企业涉足，其中ARM架构的CPU海思取得了较大成功，MIPS架构的CPU北京君正的在物联网领域有较大优势。2、GPU图形处理器（英语：Graphics Processing Unit，缩

9、写：GPU），又称显示核心、视觉处理器、显示芯片，是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备（如平板电脑、智能手机等）上图像运算工作的微处理器。目前，在桌面GPU市场，全球市场份额基本被英伟达和AMD占据，在手机GPU市场，以苹果、高通和ARM的GPU为主。3、FPGAFPGA是现场可编程门阵列，是指一切通过软件手段更改、配置器件内部连接结构和逻辑单元，完成既定设计功能的数字集成电路，又称为“万能芯片”。FPGA的一大特点是可以通过编程实现任意芯片的逻辑功能，包括ASIC、DSP甚至PC处理器等。目前，FPGA市场已经被Xilinx和Atlera两大巨头垄断，合计占据90%市场，拥有6

10、000多项专利对后来者形成了巨大的专利壁垒。我国目前FPGA领域的参与者主要有紫光同创（紫光集团的子公司）、高云半导体、上海安路、京微齐力，与国际巨头还有较大差距，主要以中低密度FPGA为主，国内市场占有率不足3%。4、AISCAISC是一种为专门目的而设计的集成电路，特点是面向特定用户的需求，ASIC在批量生产时与通用集成电路相比具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。5、存储芯片与前面几种相比，存储芯片每个存储单元基本相同，设计环节难度较小、主要在制造环节难度较大。目前全球存储芯片市场上，DRAM基本被三星、海力士和美光垄断，国内紫光集团、长江存储、福建晋

11、华、兆易创新、合肥长鑫在进行DRAM相关的研发，未来随着产能释放有望实现国产化替代。6、模拟芯片模拟电路是处理模拟信号的电路，如话筒里的声音信号，电视信号和VCD输出的图像信号、温度采集的模拟信号和其它模拟量的信号处理的集成模块。与数字电路不同，模拟芯片研发周期较长、更新换代较慢，设计软件较少，注重设计人员的经验。模拟芯片企业很少采用Fabless模式，以IDM模式为主。从全球的模拟芯片企业来看，目前全球前10大企业均为国外公司，还没有中国公司入围。二、全球芯片设计产业情况1、全球IC设计产业概况：轻资产模式快速增长从全球的IC设计产业来看，近年来行业规模能保持5%左右的增速，在集成电路总产值

12、中的占比约在30%左右。2017年IC设计产值达到1006亿美元，同比增长6.5%，占集成电路总产值比重为29.3%。2018年IC设计产值比2017年增长83亿美元，同比增长8.3%，达到了1089亿美元。从全球IC设计产业市场占有率来看，美国公司在全球IC设计中的产值销售额占比领先地位非常稳固，2018年占比为68%，与2010年相比仅低了一个百分点。中国进步迅速，2018年占比达到了13%，在2010年占比仅为5%，提高了8个百分点。另外，从全球排名前50的Fabless模式的IC供应商的数量来看，中国进步也非常迅速，2009年国内仅有海思一家进入全球前50，2017年有10家公司进入全

13、球前50。2018年全球前10大Fabless模式IC设计公司中，博通排名第一，取代了此前一直被高通占据的榜首位置，主要是因为高通受累于智能手机行业的不景气，营收出现负增长，而博通对手机业务的依赖相对较低。海思营收增速最快，达到34.3%，位列第五，相比2017年的第7名提升了2名，海思的高速增长主要来自华为手机出货量大增。紫光集团在2017年排名第10，2018年未进入排行榜前10。全球Fabless模式主要公司简介如下：（1）博通博通是全球领先的有线和无线通信半导体公司，前身为安华高科技，产品为有线和无线通讯半导体，总部设在美国。公司有2000多项美国专利和800多项外国专利，当前也是全球

14、最大的WLAN芯片厂商。（2）高通高通是移动端处理器与移动通信技术领导厂商，以其CDMA（码分多址）数字技术为基础，开发并提供富于创意的数字无线通信产品和服务。业务涵盖技术领先的3G、4G芯片组、系统软件以及开发工具和产品，持有大量3G、4G基础必要专利，通过专利组合，授权给手机终端厂商使用。（3）英伟达公司是一家以设计智核芯片组为主的无晶圆IC半导体公司，是图形处理技术的市场领袖，专注于打造能够增强个人和专业计算平台的人机交互体验的产品。公司的图形和通信处理器已被多种多样的计算平台采用，包括个人数字媒体PC、商用PC、专业工作站等。（4）联发科公司是全球著名IC设计厂商，专注于无线通讯及数字

15、多媒体等技术领域。其提供的芯片整合系统解决方案，包含无线通讯、高清数字电视、光储存、DVD及蓝光等相关产品（5）海思半导体公司成立于2004年10月，前身是创建于1991年的华为集成电路设计中心。海思的产品覆盖无线网络、固定网络、数字媒体等领域的芯片及解决方案。在数字媒体领域，已推出SoC网络监控芯片及解决方案、可视电话芯片及解决方案、DVB芯片及解决方案和IPTV芯片及解决方案。（6）AMD公司是一家专门为计算机、通信和消费电子行业设计和制造各种创新的微处理器（CPU、GPU、APU、主板芯片组、电视卡芯片等）、闪存和低功率处理器解决方案的公司。公司自2009年超微将自家晶圆厂拆分为现今的GlobalFoundrie