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期的矛盾風險。芯片現(xiàn)貨市場捂盤探價的需求也徒增了不少。以實際需求為例，我們有個供應商庫存的三顆料：VL6180V1NR/1、ATTINY406-MFR、AH3781-SA-7，需要有個簡單分析。

　　1、VL6180V1NR/1是意法半導體的第一代ToF測距傳感器，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的波長激光，最大測距大于40cm;此前的主要應用場景是智能手機的自動對焦輔助系統(tǒng)。該芯片還可應用在投影儀輔助對焦、掃地機避障、智能衛(wèi)浴、自動皂液器、智能馬桶、無人機和機器人等產品里。市場單價當前在10~50元之間。

　　圖1、ToF傳感器工作原理(圖源：貿澤)

　　但意法半導體已推出了VL53L0、VL53L1、VL53L3、VL53L5等新一代ToF測距傳感器。VL6180V或許還能贏在性價比。

　　圖2、意法半導體ToF傳感器(圖源：ST)

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

　　3、AH3781-SA-7是美臺的一款工業(yè)級霍爾開關，搭配電機使用，可廣泛用在運動控制器、工業(yè)機器人、鼓風機、工業(yè)電動工具等產品里。市場單價當前在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，達到了工業(yè)級和車規(guī)級適用范圍。工業(yè)控制領域對芯片的要求雖然低于車規(guī)級、軍工級和宇航級，但也要求終端產品能夠防水、防塵、防潮并在-40℃~+85℃寬溫條件下正常工作。工業(yè)控制領域常見的產品有：工控機、PLC、伺服變頻器、運動控制器、工業(yè)機器人、機器視覺、數(shù)控機床等。終端產品應用場景包括：電機控制、工業(yè)網絡(現(xiàn)場總線、以太網網關、以太網轉換器、工業(yè)集線器)、人機接口(HMI)、傳感器、儀表等。

　　芯片一般按溫度適應能力及可靠性要求，大致分為四類：商業(yè)級(0℃-70℃)、工業(yè)級(-40℃-85℃)、車規(guī)級(-40℃-120℃)、軍工級(-55℃-150℃)。芯片可靠性指標的嚴苛程度和溫度要求超過商業(yè)級別，符合工業(yè)級應用即為工業(yè)芯片。工業(yè)芯片處于整個工業(yè)體系架構的基礎部分，解決感知、互聯(lián)、計算、存儲等基礎問題和執(zhí)行問題，在工業(yè)生產中起著重要作用。下面是《CIC集成電路》對工業(yè)芯片的發(fā)展特點、全球規(guī)模和國產化現(xiàn)狀的一篇總結，發(fā)表于2020年，至今仍有參考意義。

　　參考物聯(lián)網的感知層、傳輸層、應用層三個層級，可將工業(yè)芯片劃分為計算及控制類芯片(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、時鐘和定時器、數(shù)據(jù)轉換器、接口和隔離芯片、功率器件、電源管理芯片、電機驅動等)、存儲器、傳感器及安全芯片六大類。可以說，工業(yè)芯片已經成為新工業(yè)革命和新基礎設施建設的關鍵支撐，工業(yè)芯片的設計和制造水平是衡量一個國家整體制造業(yè)競爭力的真正試金石。

　　1、工業(yè)芯片的發(fā)展特點

　　工業(yè)芯片主要有以下特點：

　　一是工業(yè)產品長期處于極高/低溫、高濕、強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，且具備長服役壽命(以電力為例，要求工業(yè)芯片應用失效率<百萬分之一，某些關鍵產品要求“0”失效率，產品的設計壽命要求7*24小時，10-20年連續(xù)運行。而消費類電子失效率為千分之三，設計壽命為1-3年)，方可滿足工業(yè)應用要求。因此工業(yè)芯片的設計和制造要保證嚴格的良品率控制，要求數(shù)億芯片的質量一致性保證能力，部分工業(yè)級產品甚至需要定制專用的生產工藝。

　　二是工業(yè)芯片要滿足不同產品的定制需求，因此不具備消費級芯片追求通用、標準化、價格敏感的特點，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)與應用要緊密結合，要針對應用場景進行研發(fā)，要與應用方形成解決方案，所以應用創(chuàng)新與技術創(chuàng)新同等重要。整個工業(yè)芯片市場不易受單一產業(yè)景氣變動影響。因此價格波動遠沒有存儲芯片、邏輯電路等數(shù)字芯片的變化大，市場波動幅度相對較小。全球最大的工業(yè)芯片廠商德州儀器的工業(yè)類產品線高達萬余種，產品毛利高達60%以上，而每年的收入增長也相對穩(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)，高頻領域還有SiGe(鍺硅)和GaAs(砷化鎵)，很多性能在自建產線上才能體現(xiàn)的更好，因此往往需要定制化工藝和封裝，并且設計與工藝深度結合，以滿足特殊的工業(yè)應用場景需求。而IDM模式可以通過定制化的制造工藝來提升產品性能并降低生產成本，因此成為全球領先工業(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)的市場集中度較高，大者恒大的局面長期穩(wěn)定。由于工業(yè)芯片市場的過度分散特性，具有一定整合能力，具有專用工藝和產能的大企業(yè)往往占據(jù)著主要市場份額，且不斷通過收購做大做強規(guī)模和優(yōu)勢。另外由于工業(yè)芯片行業(yè)普遍產品更新?lián)Q代慢，導致新增進入這個領域的企業(yè)減少，行業(yè)壟斷格局不斷強化。因此整個工業(yè)芯片市場格局呈現(xiàn)出“大者恒大，市場壟斷效應顯著”的特點。目前全球前四十家工業(yè)芯片企業(yè)占據(jù)全部市場份額的80%，而美國工業(yè)芯片市場中，前20大美國廠商貢獻了92.8%的市場份額。

　　2 、工業(yè)芯片全球市場規(guī)模和格局

　　從產業(yè)規(guī)模上看，來自市場研究機構Gartner的數(shù)據(jù)顯示，全球工業(yè)芯片市場2019年銷售規(guī)模達485.6億美元，預計2022年達到705億美元，2019-2022年復合增長率在13%左右。其中，美國工業(yè)芯片2019年產值達到221億美元，占到全球工業(yè)芯片總產值的45.5%。日本貢獻了全球第二大工業(yè)芯片收入規(guī)模，達到76.69億美元，占全球15.8%。歐洲工業(yè)芯片2019年產值達到69.56億美元，占比在14.3%。中國大陸2019年工業(yè)芯片實現(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，其整體水平和市場影響力領先優(yōu)勢明顯。美國企業(yè)優(yōu)勢最為明顯，在全球前50大工業(yè)芯片廠商中，美國企業(yè)數(shù)量達到21家，占據(jù)60%市場份額。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)存儲器、工業(yè)通信及射頻等高端工業(yè)芯片領域領域，美國企業(yè)具有市占超過80%的壟斷優(yōu)勢。歐洲方面，英飛凌、恩智浦、意法半導體三家企業(yè)在工業(yè)用功率器件、MEMS傳感器方面占據(jù)引領地位，且正在不斷加大在工業(yè)應用領域的投入力度。韓國三星憑借在存儲器上的優(yōu)勢躋身全球工業(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)和機器視覺芯片的全球領先者。

　　圖3、工業(yè)芯片市場規(guī)模(圖源：北京半導體行業(yè)協(xié)會)

　　3、我國工業(yè)芯片發(fā)展情況和主要問題

　　隨著我國對新基建和工業(yè)互聯(lián)網的大力推動，我國工業(yè)芯片市場規(guī)模也將迎來快速增長。到2025年，預計我國電力電網、軌道交通、能源化工、市政等工業(yè)領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)市場規(guī)模突破2萬億測算，僅工業(yè)芯片的需求就占到10%。其中工業(yè)用計算及控制類芯片、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，但在基礎芯片環(huán)節(jié)則遠遠落后。目前，我國已經擁有一批工業(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，綜合競爭力弱于國外大廠，且產品仍然集中在中低端市場。不過在電力和高鐵等某幾個應用領域和功率半導體等產品線，已經具有一定的國產替代能力。例如國內IPM、MOSFET和IGBT功率器件廠商在高鐵和地鐵、電動車和充電樁、變頻家電和變頻空調、保障性安居工程、節(jié)能設備以及市政管網建設等領域的應用已經有了一定突破。但總體而言，目前國內工業(yè)芯片中高端市場長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、軌道交通等關鍵工業(yè)領域芯片自主化率仍不足10%。高端工業(yè)計算類芯片如FPGA、高精度數(shù)據(jù)轉換器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模式已經被驗證為工業(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，產品線少，資金實力不強，不具備打造IDM的基礎，也缺乏運營IDM的經驗。IDM的缺乏造成我國工業(yè)芯片企業(yè)長期面臨“低端鎖定”的困局，無法通過專用工藝和產能保障，提升工業(yè)芯片的差異化品質和市場競爭力。

　　二是缺乏應用帶動。工業(yè)場景繁多復雜，涉及多個技術和工程領域，多學科交叉、融合的特點明顯，從基礎研發(fā)到工程化應用的創(chuàng)新鏈也很長，因此需要應用帶動才能真正實現(xiàn)工業(yè)芯片以點帶面的有效突破。但國產工業(yè)芯片的設計與最終的系統(tǒng)應用長期存在脫節(jié)的現(xiàn)象，一方面由于國內芯片廠商主要根據(jù)客戶的定義去進行研發(fā)，由于存在行業(yè)壁壘，導致芯片產品無法跟其他行業(yè)解決方案有機結合，推廣應用方面嚴重受限。另一方面，國內工業(yè)系統(tǒng)級廠商由于長期采購性能更加穩(wěn)定可靠的進口芯片，出于保險原則對采納國產芯片形成自主供應鏈的意愿不足，造成國產芯片無法獲得在系統(tǒng)端進行驗證和迭代升級的機會，產業(yè)鏈上下游各自為政，協(xié)同不足導致目前我國在工業(yè)芯片-系統(tǒng)領域缺少有國際競爭力的產業(yè)生態(tài)和圍繞在生態(tài)周邊的企業(yè)群落。

　　三是缺乏共性技術研發(fā)能力。目前我國工業(yè)芯片關鍵共性技術研發(fā)與發(fā)達國家相比，與制造業(yè)高質量發(fā)展的要求相比，還存在較大差距。工業(yè)芯片關鍵共性技術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、共性技術研發(fā)主體缺位等諸多問題，造成我國工業(yè)芯片產業(yè)在基礎技術研發(fā)方面無法對我國工業(yè)以及新基建的發(fā)展提供有力支撐，進一步削弱了我國在工業(yè)高質量發(fā)展上的競爭力。

　　四是缺乏標準化和檢測驗證等配套服務體系。由于我國工業(yè)長期依賴國際供應鏈，產線上各種接口和操作標準都是由國外廠商定義。國內工業(yè)產業(yè)長期缺乏統(tǒng)一的標準體系對工業(yè)芯片進行指導，不僅會面臨專利和標準方面的諸多阻力，也會造成國內工業(yè)芯片企業(yè)在技術性能、質量保障、規(guī)模量產一致性等方面遇到諸多難題，極大阻礙行業(yè)和市場推動工業(yè)芯片的國產化進程。此外，國內工業(yè)級芯片的研發(fā)往往由于缺乏檢測驗證環(huán)境，導致無法進行可靠性、安全性的技術迭代。

　　五是缺乏對工業(yè)芯片關鍵技術和產品的創(chuàng)新引領意愿。當前，國家競爭和工業(yè)發(fā)展迫切需要前沿和新興技術的重大突破來提供強大支撐，而芯片產業(yè)自身演進恰逢又一次進入關鍵時期，新興技術的產生會使原本的技術生命周期斷裂，并形成新的技術軌道，引發(fā)的變革速度遠遠超越預期。對工業(yè)芯片領域新興的替代性技術進行前沿布局會為我國在該領域實現(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能夠取得經濟效益的競爭性技術和應用技術研發(fā)，而對于技術和市場風險較大、投入較多的前沿新興技術的研發(fā)缺乏積極性，不愿也無力涉足。加之我國工業(yè)芯片領域產學研用協(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，沒有轉化為現(xiàn)實的生產力。

　　由于工業(yè)及新基建對集成電路的依賴極大，芯片作為硬件載體，直接決定工業(yè)領域的信息化、數(shù)字化，智能化的水平，以及工業(yè)互聯(lián)網“賦能”傳統(tǒng)產業(yè)的能力。因此工業(yè)芯片進口依賴問題嚴重影響我國工業(yè)安全和工業(yè)互聯(lián)網的戰(zhàn)略性推進進程，其國產化的迫切性最為強烈。

　　目前中國已經擁有一批工業(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，綜合競爭力弱于國外大廠，且產品仍然集中在中低端市場。中國本土工業(yè)芯片廠商，產品還是以功率器件、工控類MCU、傳感器為主，而在其它大類的工業(yè)芯片方面，如高性能的模擬產品、ADC、CPU、FPGA、工業(yè)存儲等，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期以來主要靠仿制、靠低勞動力成本生存被動局面的有效途徑。國內光通信系統(tǒng)設備商對國外的依賴程度很高，其所需的核心光電子器件，仍然需要依賴進口。

　　碎片化的工控控制芯片市場，以終端產品會長期運行在極高/低溫、高濕、強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比商業(yè)級高。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平臺，過去數(shù)年已積累了豐富的工業(yè)芯片的優(yōu)勢貨源。我們聚焦服務元器件長尾客戶群，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，為電子產業(yè)供需略盡綿薄之力。

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