SOC芯片行业研究:行业概况、产业链、成长驱能源

SOC芯片行业研究:行业概况、产业链、成长驱能源

(报告出品方/作家:海通国际,郑宏达、华晋书)

1. SoC概况

SoC简介:SoC在一块芯片上集成通盘信息处理系统

片上系统SoC(System on Chip),即在一块芯片上集成一通盘信息处理系统,通俗来说 SoC芯片是在中央处理器CPU的 基础上推广音视频功能和专用接口的超大范围集成电路,是智能竖立的“大脑”。

应用处理器AP(Application Processor)是SoC中包含CPU在内的通盘计较芯片的集成物。智高手机SoC时常包含AP和基带 处理器BP等,AP负责应用尺度的运行,BP负责收发无线信号。无意将AP和SoC混用。

跟着半导体工艺的发展,传统MCU依然弗成完全兴隆智能末端的需求,SoC应时而生,凭借其性能强、功耗低、机动度 高的特质,使单芯片不祥完成无缺的电子系统。SoC在迁移计较(举例智高手机和平板电脑)和旯旮计较市荟萃格外普 遍。它们也常用于镶嵌式系统,如WiFi路由器和物联网。

面前 SoC已成为功能最丰富的硬件,集成了 CPU、GPU、RAM、ADC、DAC、Modem、高速DSP 等各个功能模块,部分 SoC还集成了电源经管模块、各式外部竖立的纵脱模块,同期还需要研讨各总线的散播行使等。

SoC简介:ARM教唆结构已发展到第九代

ARM开垦了ARM架构并授权其他公司使用并自主开垦SoC,面前ARM架构在迁移端中枢CPU占据十足主导份额。从1985 年ARMv1架构出生起到2021年,ARM架构已发展到第九代。2021年负责推出的ARMv9教唆集,在兼容ARMv8的基础上 进一步升迁处理器性能、安全性、矢量计较、机器学习和数字信号处理。基于ARMv9发开的处理器将在2022年负责商 用,可能应用于下一代骁龙等SoC。

SoC简介:RISC-V教唆结构

AI、5G、旯旮计较的发展对计较本领忽视新的需求,但绝大多数教唆集架构都受到专利保护,如x86、MIPS、Alpha,休止 了改进发展。先前的教唆集架构较复杂,且应用规模较单一,且未便于对特定应用进行自界说推广,难题适用于多个规模 的合伙架构。为此,加州大学伯克利分校研究人员筹划了新的教唆集架构RISC-V,并以BSD授权的形貌开源。近两年RISC-V 架构大热,生态也发展较快,比较恰当低功耗的应用场景,其开源、精简、可修改等特质决定了RISC-V将在物联网时期拥 有宽绰的发展远景,昔时很可能发展成为宇宙主流教唆结构之一。

SoC发展历程及昔时发展趋势

单干细化:部分IC筹划厂商专注于IP核筹划,部分厂商将不同功能的 IP 核集成,筹划出妥贴市集需求的SoC芯片。

制程迭代:SoC一直征服摩尔所指点的轨则鼓吹,如今硅芯片已迫临物理和经济老本上的极限,半导体发展制程迭代放缓 ,投入后摩尔时期。

高端SoC不停追求算力升迁:SoC的发展是性能、算力、功耗、工艺难度几方面的均衡。面前AI成为各大SoC厂商的必争之 地,同期对算法忽视更高条目,在功耗受限的场景下已毕AI算法成为要道,算力后果(单元算力的老本和功耗)极为伏击 。以苹果A14SoC为例,A14使用5nm工艺,和A13比拟CPU性能升迁16%,GPU升迁10%傍边,AI加快器Neural Engine的性能 升迁则接近100%。昔时应用于手机、平板、功绩器等高端SoC将陆续朝高性能发展。

昔时公共处理器市集范围将接续扩大

SoC在追求高性能和低功耗的智高手机、平板电脑等芯片规模已占据主导地位,在自动驾驶、AIoT等规模也已取得应用, 跟着AIoT、5G的不停发展,昔时还将向更为繁密的应用规模推广。此外,数据大爆炸时期对旯旮计较算力忽视更高条目, 智能硬件需求量也将接续上升。据Yole瞻望,2019年公共应用处理器 AP市集范围为340亿美元,2025年将增长到560亿美 元,复合增长率8.7%,市集范围有望接续扩大。

不祥收拢趋势精确布局的IC筹划厂商将在市集大潮中快速占领市集份额。从国内厂商来看,瑞芯微、全志科技等在平板 电脑市集、晶晨股份等在机顶盒市集、国科微等在卫星电视市集、富瀚微等在模拟监控录像头ISP芯片市集、博通集成等 在2019年汽车ETC市集都收拢了契机。

2. SoC产业链

产业链上游概况:筹划用具寡头竞争

筹划用具寡头竞争,上游议价才气强。 SoC产业链上游可分为学问产权核(IP核)和联系EDA用具;学问产权核主要公司有 ARM、Synopsys、Cadence 等, EDA用具的中枢企业有Cadence、Synopsys 和Mentor Graphics。 上游筹划用具行业鸠合度较高,面前公共中枢IP 主要由 ARM、Synopsys、Cadence 提供,悉数占比近 65% ,全 球 EDA 产业主要由Cadence、Synopsys 和西门子旗下的 Mentor Graphics 左右,三大 EDA 企业占公共市集的份额 逾越 60%,上游厂商议价才气较强。

产业链上游概况:IP核行业行业鸠合度高

行业鸠合度高,国内厂商市占率较低。 公共IP核供应商以海外厂商为主,行业鸠合度相对 较高:国内集成电路筹划企业所需的IP核大多来自 境外供应商,每年入口金额10亿美元以上,占全 球市集的1/3傍边。 中国大陆的IP核供应商有50家傍边,深广实力较 弱。国内也有范围较大的企业,如总部在上海的 芯原( Verisilicon),市集占有率已踏进公共前 十,但与泰西“三巨头”比拟还有很大差距。IP 核自己是产业链不停专科化的产物,是芯片设 计学问产权的伏击体现,亦然半导体产业链下一 步升级的伏击标的。产业每一轮专科化升级都有 其内在的供需原因,且时常是追求范围老本效应 的收尾。

产业链上游概况:国内EDA 企业在部分细分规模具有上风

经由三十余年长足发展,现在三大EDA 企业占公共市集的份额逾越60%。在中国市集,EDA 销售额的70%以 上由大 EDA 企业平分,还有部分被Ansys 等其它番邦公司占据,但国内EDA 企业在部分细分规模具有上风, 个别点用具功能强盛。

产业链中游情况:高端SoC芯片架构中枢起程点进

现在高端SoC芯片多以一个超大中枢增多个中中枢、小中枢架构筹划,经由多年来迭代更新,基于ARM的CPU 中枢不停升级,在制程工艺、主频、性能上大幅度升迁。同期高端SoC芯片尤其是迁移端芯片一般会添加集成 式或外挂式基带,综合新闻以此已毕迁移接入、电话等传统迁移末端功能。

高端SoC芯片如天玑1200收受A78构架,1个A78主频3.0GHz的大中枢,3个A78主频2.6GHz的中中枢和4个A55主 频2.04GHz的小中枢。骁龙865CPU收受Cortex A77主频2.84GHz超等大核和三个Cortex A77 2.84GHz泛泛大核+四 个Cortex A55 1.8GHz小中枢架构。麒麟9000 CPU架构为一个3.13GHz A77大中枢、三个2.54GHz A77中中枢、四个 2.04GHz A55小中枢。

产业链下流:芯片制造头部效应显然

晶圆制造圭表手脚半导体产业链中至关伏击的工序,制造工艺上下平直影响半导体产业先进度度。 Fabless+Foundry+OSAT的形态成为趋势,Foundry在通盘产业链中的伏击程度也邋遢升迁。

同期半导体制造行业呈现格外显然的头部效应,凭据IC Insights的数据显露,在公共前十大代工场商中,台积电 一家占据了逾越一半的市集份额,前八家市集份额接近90%。

产业链末端应用:下流需求决定市集范围

SoC芯片应用规模平凡,耗尽电子和 智能物联是SoC芯片需求的两大领 域。在耗尽电子市集,智高手机、 平板电脑等耗尽类电子的爆发式增 长,催生出深广芯片需求,推动了 芯片行业的宽绰发展;贤惠商显、 智能零卖、汽车电子等新的应用场 景和应用规模不停出现,为芯片设 计厂商提供了讲求的发展机遇;物 联网及人工智能时期,改进科技产 品的出生为集成电路筹划行业带来 了更为繁密的市集契机。

3. 成长驱能源

汽车:汽车平台昔时需要高算力

汽车半导体涵盖了汽车芯片、功率器件、传感器等伏击电子零部件。汽车的计较芯片包括传统的MCU芯片和SoC芯片。 MCU芯片一般包含CPU一个处理器单元;而汽车SoC一般包含多个处理单元。 ECU(Electronic Control Unit)即电子纵脱单元,跟着汽车市集范围的渐渐扩大,ECU需求赶紧上升,带动MCU芯片需求 接续增加。需求的推动加上芯片产能不及导致近期汽车MCU芯片供不应求。 跟着汽车算法算力和交互后果的不停升迁,汽车电子不停发展,倒逼MCU芯片升级为SoC芯以承载深广非结构化算力需 求。汽车SoC一般应用于高等驾驶援手系统(ADAS)、自动驾驶两大规模。

汽车:昔时汽车电子市集范围将接续扩大

自动驾驶本领、IoT的发展促使汽车电子渗入率不停提高。凭据中国产业信息网数据,2020年汽车电子占整车比重将 达到50%,现在汽车电子在纯电动汽车中国占比最高(65%),跟着昔时新能源汽车的进修和普及,汽车电子渗入率 有望陆续提高。 智能汽车、车联网、无人驾驶等改进本领不停发展的配景下,我国汽车电子的市集范围及发展远景宽绰。公共汽车 电子市集范围2017-2022 CAGR为8%,到2022年将达到21399亿元范围;中国汽车电子市集范围2017-2022 CAGR为 12.6%,到2022年将达到9783亿元范围,中国增速高于公共。

智高手机:智高手机是SoC最大的末端应用市集

智高手机是SoC最大的应用市集。智高手机CPU都基于Arm架构,时常以八核、六核的树立出现,其中大核具有强盛性 能,兴隆多种应用尺度运行需求,小核则均衡发烧和耗电问题。现在,最常用的智高手机CPU有苹果A系,骁龙系列, 三星猎户座,华为海思麒麟,联发科以及小米的滂湃系列等。 手机SoC规模中主要GPU为Arm的Mali,高通Adreno,以及苹果GPU。

平板、条记本电脑:宅经济+疫情推动平板电脑需求,ARM为主流架构

2010年苹果推出第一代ipad后,公共平板电脑市集快速增长。2015年驱动,智高手机渐渐挤占平板电脑的份额,出货 量逐年下落;2020年,受疫情影响,居家办公和学习再次推动平板电脑的需求。凭据Wind数据显露,2020年公共平板 电脑出货量1.641亿台,同比增长13.6%。 凭据Business wire数据显露,2020Q2,苹果在平板电脑处理器市集占据当先地位,占比高达43%,随后区别为英特尔 (18%)和高通(15%)。公共平板电脑CPU主要收受ARM架构,仅有小部分追求高性能的Windows系统平板电脑收受 英特尔X86架构。

功绩器:功绩器市集范围呈上升趋势

比年来,IoT、5G、大数据的发展推动了功绩器市集范围的增长。凭据IDC数据显露,2010-2020年公同功绩器市集范围总 体呈增长态势,天然2019年受公共交易摩擦的影响市集范围呈现小幅下落,但2020年市集范围保持稳步上升,达到910.2 亿美元。 2020Q3,戴尔以16.65%占据功绩器厂商最大的市集份额,随后区别为惠普(15.94%)、海浪(9.37%)、盼愿(5.88%) 和华为(4.87%)。跟着我国新基建的发展和对国产功绩器的部署,中国厂商市集份额有望进一步升迁。

AIoT:AI+IoT成为势在必行,新应用规模不停拓展

AIoT在物联网的基础上加入AI本领,比年来发展速率迅猛。物联竖立快速增长,公共智能硬件厂商争相布局,凭据 Transforma Insights数据,2030年公共物联竖立将逾越254亿台。凭据艾瑞征询数据,2018年中国AIoT市集范围达2590亿 元,2022年AIoT业务将逾越7500亿元。

商用安防:正朝数字化、高清化和智能化标的发展

视频监控是安防行业最伏击的业务之 一。视频监控系统分为模拟监控系统 分为模拟监控和相聚监控,其对应的 前端芯片区别为ISP芯片、IPC SoC芯 片,后端芯片区别为DVR SoC芯片、 NVR SoC芯片。前端竖立负责相聚图 像、语音等视频信号,传输到监控系 统中;后端竖立负责纵脱视频信号的 显露切换、对末端竖立输出显露,以 及存储。

VR/AR:市集有望迎来新一轮增长

5G、AI、超高清视频、云计较的高速发展升迁了VR/AR竖立的体验感,跟着文娱、医疗、训诲培训等应用需求不停增长, VR/AR产业有望迎来新一轮增长。凭据BCG、 MordorIntelligence数据显露,2020年VR/AR产业市集范围为307亿美元,2024 年将达到2969亿美元。VR/AR家具需要高集成化半导体元件相沿,有望推动主控SoC发展。

报告节选:

(本文仅供参考,不代表咱们的任何投资建议。如需使用联系信息,请参阅报告原文。)

精选报告开首:【昔时智库】。



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