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行业研究

金准产业研究 私募基金行业存在问题及展望分析报告 2019-06-18 18:31:24

前言

我国私募基金尽管取得不菲的成绩,但仍然存在管理粗放、支持创新能力不足和投资生态不健全等问题。私募基金规模小、数量多、专业性不强,资金来源和投资行为短期化,追求快速回报,私募基金行业多样性不够,“募资难”、“投资难”、“退出难”问题时有凸显。

一、私募基金发展特点和问题

1.1私募基金发展特点

1)投资管理更加灵活

相比较公募基金而言,私募基金组织结构精简,经营机制灵活。产品管理方面,私募基金较公募基金一般有着较长的封闭期,因而能在封闭期内对基金进行更灵活的投资,管理策略更能有效实施;投资决策方面,审核决策流程相对精简,运作高效;激励机制方面,私募基金主要以业绩收益分配作为利润来源,而非管理费,这将促使基金管理人更注重提高基金整体收益率。

2)行业集中度较高

金准产业研究团队经过调查发现,截至8月底,已登记的私募基金管理人有管理规模的共21301家,平均管理基金规模6.01亿元。管理规模100亿元以上的有233家,占比1.09%;管理规模在0.5亿元-5亿元的有6537家,占比30.69%;大量私募机构管理规模较小,特别是今年市场行情低迷状况下,小私募机构资金募集难度更大,生存压力加剧,市场二八分化格局严重。

从地域分布来看,注册在上海的私募基金管理人数最多,达到4778家;集中在上海、深圳、北京、浙江(除宁波)、广东(除深圳)的管理人,总计占比达71.75%,区域集中效应明显。

3)法律法规制度不断健全

随着行业的飞速发展,私募基金已经成为影响我国资本市场的重要参与者。但由于我国资本市场发展时间相对较短,管理经验不足,导致私募基金监管体系不够完善。2012年全国人大通过新修订《证券投资基金法》,首次将非公开募集基金(私募基金)纳入范围,对私募基金做出相关规定,意味着私募基金的法律地位得以确立;2014年证监会审议通过《私募投资基金监督管理暂行办法》进一步对私募基金监管做出全面规定;2016年基金业协会颁布《私募投资基金募集行为管理办法》明确私募募集环节多方面问题。从一部《证券投资基金法》发展至今,各金融监管机构陆续出台各项法律、法规和规章等规范性文件,涉及管理人的备案登记、产品募集、信息披露、合同指引等各方面,私募基金监管制度建设日趋完善。

1.2私募基金业存在的若干问题

目前,私募基金治理与发展中仍面临若干障碍和困境,行业治理体系有待进一步优化。

一是长期资金来源不足,投资活动短期化。在我国私募基金的资金来源中,高净值个人(含员工跟投)资金占比16.6%,机构资金占比83.4%;其中,工商企业(含合伙企业)资金占比达41.7%,各类资管计划资金占比33.8%,保险资金占比2.8%,养老金、社会公益基金、大学基金等长期资金占比仅有0.3%。形成鲜明对比的是,在美国公私募基金的资金来源中,有40%来自养老金和社会捐赠资金。以耶鲁大学捐赠基金为例,该基金一直以来重仓配置绝对收益类资产、创投和杠杆收购。截至2017年6月底,耶鲁大学捐赠基金资产总额为272亿美元,上述三类资产配置占比分别为25.1%、17.1%和14.2%;其中,创投类资产10年期年回报率达14.0%,20年期高达25.5%。从成熟市场经验看,私募基金长久期配置效果显著,对经济增长的推动作用更强。就我国而言,养老金、理财资金和保险资金是未来相当长时期内最主要的长期资金来源。养老金、保险资金本身就有长期资产配置需求,而理财资金中的相当一部分属于居民中长期可投资资产或养老储蓄,经过向配置型产品转型也将成为真正的长期资金来源。如果将长期资金配置范围扩大到私募股权和创业投资基金,能从根本上改善实体经济长期资本金来源,同时也能让老百姓(52.870,-0.48,-0.90%)真正获得与我国经济底色、经济发展潜力相一致的长期回报。

二是司法行政自律“多元共治”的协调性有待加强。从法律层面看,对私募证券、私募股权基金的监管在法理上尚未统一,对私募股权基金的治理主要依赖于行政授权。根据《基金法》和中央编办授权,中国证监会负责私募基金的监督管理,并委托基金业协会负责登记备案工作,履行自律管理职能。但是实践中,由于《基金法》在名称上主要针对证券投资基金,部分市场声音以所谓“证券基金不包含股权、创投基金”为由,认为股权、创投基金不受《基金法》约束,对行政监管和自律管理形成很大干扰;由于成文法实施严谨而《基金法》具体条文不够细致,也导致行政监管与行业自律的边界不清晰,影响治理效能。从行业层面看,对契约型基金、合伙型基金、公司型基金的治理仍未取得共识,缺少一致性规则。新《基金法》明确了基金的三种组织形式,分别为契约型、合伙型和公司型。三类组织形式的基金在投资者与基金管理人之间的法律关系结构、基金募集运作的流程设计等方面存在差异,参与各方权利义务也有所不同。根据全国人大官网释义,“公司型基金包括以下四个主要当事人:基金投资者、投资公司、基金管理人和基金托管人。这其中,基金投资者因购买基金份额成为投资公司的股东;投资公司作为一个具有独立法人资格组织与基金管理人和基金托管人签订委托协议,由基金管理人运作管理基金,基金托管人保管基金财产。实践中,还存在一种与公司型基金相类似的合伙型基金,即以进行证券投资活动为目的设立的合伙企业”。实践中,四方当事人的主体权责义务还不明确,对私募基金受托责任主体的认定存在争议,特别是保障基金财产安全的托管职责未落到实处,从认识和行为上,均存在将信义义务降低为合同义务的现象,不利于私募基金健康发展。金准产业研究团队了解到,近三年来,因涉嫌非法吸收公众存款、集资诈骗等原因,司法部门在协会调取涉及刑事案件信息的相关私募机构447家;其中,从未登记或被协会注销的机构308家,仅139家为协会登记机构,约占三分之一;这139家中,既登记又备案产品的仅有60家,多数机构未登记或者登记却未依法在协会备案相关产品。商事登记制度改革后,大量私募机构完成工商注册但未在协会登记备案;据不完全统计,北京、上海、深圳三地工商注册且经营范围中带有投资管理、资产管理字样的投资类企业超过12万家,其中,仅有2万余家在协会完成机构登记和产品备案。对于大量未登记备案机构及产品,行业协会无法实施有效的自律管理,需要自律、行政、司法之间进一步协同,形成治理合力。

三是行业发展日新月异,治理“盲区”挑战治理效能。目前在私募机构登记方面,以下问题仍比较突出。比如,首先,存在关联方从事与私募基金有利益冲突的类金融业务。在管理人登记中,部分申请机构的关联方为类金融机构,从事个体网络借贷(P2P)、民间借贷、保理、融资租赁等与私募基金属性相冲突业务。这些关联方大多未经业务主管部门批准,相关业务游离于正常监管之外。目前,私募基金自律规则对此类机构之间的关联交易管理手段有限,这类机构一旦登记为私募基金管理人,很容易将关联业务风险传导至私募行业。其次,存在集团化倾向加剧“募资难”“融资贵”的现象。在机构登记中,同一实际控制人应地方政府要求或内部管理需要,登记多家同类型私募基金管理人,或增设多级子公司不合理扩张,导致集团内部问题外部化,资金流转中多层嵌套循环,增加资金成本,加剧私募基金“募资难”、民营企业“融资贵”。再次,有些私募基金高管团队缺乏专业性。部分申请机构的高管团队缺乏与岗位要求相适应的职业操守和专业胜任能力,没有经济周期管理经验,缺乏相关从业经历,甚至对展业规划及内部制度一知半解,等等。在产品备案方面,部分业务以私募基金名义申请备案,未将受托管理、组合投资、风险自担等基金的本质要求落实到位。突出表现为:第一,名实不符,以私募基金名义从事P2P、民间借贷、担保等非私募基金管理业务;更有甚者,借私募基金之名从事非法集资、内幕交易、操纵市场等违法犯罪活动。第二,“名基实贷”,有的机构充当信贷资金通道,变相保本保收益;大量名为受托管理、实则为单一项目提供融资的资金中介业务无法得到有效管理。第三,变相自融,部分机构通过股东委派高管等方式直接独资或控股私募子公司,进而通过发行私募产品自融或为关联方提供融资。这些行为均违背了受托管理的基本要求,将基金资产置于利益冲突风险之中,严重扰乱行业治理秩序。

1.3 新环境下基金业发展面临的挑战

资管新规、理财新规落地实施,酝酿许久的大资管行业监管框架正式浮出水面,短期对行业的调整和重塑不可避免,新环境下各金融机构迎来新一轮发展挑战。对基金行业而言,新规在资金募集、产品设计、杠杆比例、投资运作管理等几个方面对其产生影响,行业发展进入调整规范期。

1)资金募集难度加大

相比较公募基金而言,银行在固收投资、渠道等方面具有一定优势,而理财新规将银行理财投资门槛降至1万使得银行理财产品与公募基金无实质性差别,这将对公募债券基金和货币基金产生一定替代效应,造成投资者分流;同时,新规对理财产品投资公募证券投资基金提出集中度限制,也加大了理财资金对接至公募基金的难度。

对于私募基金而言,资管新规消除多层嵌套和禁止资金池,使得此前私募资金的很多运作方式不再可行;同时一些银行渠道也提高了私募白名单准入标准,对其管理规模、业绩表现、回撤水平等提出更高要求,私募基金对接银行自营或者理财资金难度骤增。

2)产品发行严苛,投资管理难度增加

新规明令禁止公募产品和开放式私募产品进行份额分级,意味着曾经红极一时的分级基金或将退出历史舞台,产品创新发展难度增大。在杠杆水平管理方面,虽然可以根据不同产品的风险等级设置不同的负债杠杆,但总体降杠杆基调不变。此外,根据投资性质的不同,又将理财产品分为固定收益类、权益类、商品及金融衍生品类和混合类理财产品,并设置投资比例标准要求,也降低了基金投资灵活度,管理难度增加。

3)合规运行提出更高要求

资管新规要求去除多层嵌套、控制通道业务,并要求对投资管理进行穿透式监管,行业规范进一步提升;计提风险准备金,防范风险意识增强;提高合格投资者的标准同时强化信息披露义务,对基金行业合规运行提出更高要求。

二、私募基金内部竞争情况

2.1 私募基金规模和产品数量

2014年,由于政策的支持与放开,私募基金迎来了爆发式的增长。

截止2019年4月底,已登记私募证券投资基金管理人共8927家。

 

8927家证券私募投资基金管理人中,有一部分是管理规模很低的,有一部分已经很久没有更新净值了,有一部分已经联系不上了,等等。真正意义上的证券类私募基金管理人应该至少具备一定的管理规模,及时向投资者披露净值等。

据私募排排网统计,所有注册登记在案的证券类私募管理人中,有497家的管理规模是0,数量上占比5.57%。这些私募,除了少数刚成立的私募机构,绝大部分可能会在半年时间内被注销,所以他们不能算是真正意义上的证券私募基金管理人。

 

管理规模在1000万以下的管理人有3627家,占比40.63%。其中有1163家私募管理人的管理规模在200万或200万以下,严格地讲,属于保壳私募,不是真正意义上的私募基金管理机构。

规模在200万至1000万的私募,在券商看来,充其量是个中等的投资者,连进大户室的门槛都不够。

目前私募的维护成本较高,规模1000万以下的私募,是一批随时可能被一波熊市行情冲垮的管理人,抗风险的能力较差,也不能被算着是真正意义上的证券类私募基金管理人。

管理规模在1000万-5000万的管理人有2432家,占比27.24%家。这一类私募管理的资金基本是自有资金或身边朋友的资金,对外募集资金的难度较大,再进一步发展壮大的可能性也较低,属于解决个人就业或几个合伙人就业类型的私募,盈利基本谈不上,难以持续发展,算不上真正意义上的证券私募基金管理人。

 

据金准产业研究团队统计,管理规模在5000万以下的私募管理人有6556家,累计占比73.44%,不管他们做的是什么策略,都算不上真正意义的私募基金。

虽然投资人可能对他们更多的是观望,但他们中的一部分还是在很认真的管理基金。据统计,在这6556家私募中,共有1879家还在持续的更新净值,而其他私募基金管理人已经不再对外披露净值。

管理规模在5000万以上的私募共有2371家,其中有930家的净值更新到2019年3月底或更早,所以,市场上还在活跃的,规模在5000万以上的私募只有1441家,占总数的16.14%。真是少的很。

 

在这1441家私募中,以股票策略为主的私募占比73%,而其他策略的占比都较小。

如果我们将固定收益策略的盈亏平衡规模设定在30亿,其他策略设定在5亿的话,那么只有365家私募在这一标准之上,基本能实现收支平衡或持续盈利,其中有268家的策略是股票策略为主,占比73.42%。

总之,金准产业研究团队认为,市场上还在活跃的,规模在5000万以上的私募只有1441家,而不是8927家,能够实现收支平衡或盈利的私募只有365家,其中将近四分之三是股票策略。

2.2 私募基金分策略收益情况

根据投资策略情况将私募产品分为股票策略、相对价值策略、管理期货策略、事件驱动策略、宏观策略、固定收益、组合基金和复合策略等八大策略。

去年8月份市场行情继续下跌,沪深300单月下跌幅度达5.21%;今年以来,沪深300指数下跌高达17.28%;在此背景下,各个融智策略指数的表现也不尽如人意。今年以来,管理期货策略指数继续遥遥领先,以4.61%的正收益排名第一,其次是固定收益策略指数和相对价值策略指数,分别为0.99%和0.34%。具体的各个策略指数数据如下表:

 

2018是量化私募大年,私募股票及对冲策略均明显优于公募,绩优管理人有进化论、九章、致诚卓远等;海外私募备案和发行新私募产品呈现“加速度”局面,但业绩仍待进一步观察;全明星私募FOF产品销售火爆,但被投资私募业绩差异较大,产品总体业绩不突出;本年度共5家私募获批转为公募,分别为鹏扬、凯石、博道、弘毅远方和朱雀,“公奔私”热度降低,但仍不乏公募明星人物“奔私”。

2018年市场环境、政策等方面均利好量化私募。2018年个股的日内振幅较2017年有所好转,众多量化私募在策略中加入更高频的量价因子及“T+0”增厚收益。年底再次迎来了股指期货的进一步松绑,保证金比例,手续费和开仓限制均有所放松,对资金的利用效率和策略容量均有正面影响。券商股票交易接口有望对量化私募重新开放,有利于提高交易效率、降低交易冲击成本,提升交易的活跃度,从而增加策略的有效性。

三、私募基金投资的风险防控

3.1私募基金投资的风险

对广大私募基金投资者而言,金准产业研究团队分析,最应该警惕的私募基金风险可以分为六大类:

1)信息不透明的风险

由于私募基金没有严格的信息披露要求,因此信息不透明是最大的私募基金风险,凡是涉及投资运作及管理的过程,例如投资方案、资金转移及项目跟踪管理等过程,都存在信息披露不充分的很大可能。

2)投资者抗风险能力较低

很多投资者之所以参与私募基金投资,都是看重了私募基金的高收益,但高收益的背后也对应着高风险,很多投资者并没有相应的抗风险能力,所以投资需重点关注此类私募基金风险。

3)基金管理人能力参差不齐

由于缺乏严格的行业准入标准,基金经理门内的管理能力、行业地位及市场认同度等都存在着明显的差异,同样的市场环境,一部分基金经理能够凭借精准的投资为投资者带去收益,而一部分基金经理则可能造成投资者的损失。

4)较高的道德风险

基金项目一般是以合伙形式成立的,但受到专业、地理及时间等因素的限制,投资者并不能有效的对项目进行监督与管理,所以道德风险也是投资者经常会遇到的私募基金风险。

5)项目融资缺乏专业度的风险

项目融资一般需要很高的实务经验及专业能力等,但一些私募基金经理或管理团队能力不足,无法有效的监控、管理项目融资。

6)非法吸收公众存款的风险

部分私募基金会通过故意夸大收益、隐瞒项目等来吸引投资者参与投资,而这些私募有很大可能是在非法吸引公众存款。

3.2私募基金投资的风险控制

募股权投资的风险有很多,金准产业研究团队认为,从创建开始,风险便伴随着私募股权基金一路前行。

1)项目选择的风险及其控制

项目选择是项目投资的基础和前提,只有获得了优质项目,后续的投资管理过程才有意义。

项目选择对于项目投资至关重要,这就要求项目选择时必须严格把关,按照投资的行业标准、区域标准、项目标准进行项目筛选,对于不符合要求的项目坚决否决。

1、行业选择

PE业务的投资人期望的年投资回报率一般在20%-30%之间,PE业务应选择高回报的行业。一般认为,高回报行业当属垄断型、资源型和能源型的项目,产品具有稀缺性和垄断性,这些行业中的优质项目的年回报率一般都在40%以上。

从目前PE的实践看,行业的分布呈多元化趋势,传统行业仍然是较受青睐的行业,但也不乏规律可循,新消费品、新能源和媒体正成为潜力型行业,应该高度关注。

2、区域选择

项目投资总是发生在特定的空间地域,因此区域投资环境的优劣对投资效果必然会产生影响。优越的投资环境可以减少项目运作成本,从而增加企业的效益。

选择因素包括项目所在区域的自然地理环境、经济环境、政策环境、制度环境、法律环境等。

3、阶段选择

一般来讲,私募股权基金会根据企业种子期、初创期、成长期及成熟期各阶段的特点与自身优劣势进行匹配,侧重于特定阶段企业的投资:

私募股权投资基金还会对各种处于发展转折期的企业进行投资,即投资那些受到资金困扰、力图扭亏为盈的企业。另外,私募股权投资基金还从事MBO杠杆收购,即企业的管理层借贷大量资金或提供股份来共同购买他们所经营管理的公司,这也是一种特殊形式的投资。

4、项目选择

首先,项目市场潜力问题,是否有足够大的市场容量?是否能够持续高成长?行业平均回报率高不高?

其次,项目产品或服务核心竞争力问题,是否具有某些方面的独占性、防复制能力(壁垒)及较强的盈利能力?

再次,管理团队整体素质问题,包括团队成员是否胜任本职工作、诚信经营、团结协作等问题。

最后,项目合法性、可行性、规模性问题。即被投资企业经营手续和证件是否齐全,能否达到PE业务的预期收益率,所选项目的投资额度是否合适。

2)项目管理的风险及其控制

1、项目组合投资

如果私募股权资金的规模较大,为避免可能造成的单个项目投资彻底失败,一般情况下都要把资金投放到不同的项目中去,由此形成一个项目投资组合。如果私募股权基金投资的多个项目分属于不同的行业、不同的区域、处于不同的发展阶段,私募股权基金的整体风险就被大大分解和降低。

2、分期控制

私募股权基金可以设计一整套项目管理的风险控制体系,分为事前审查和事中控制。事前审查,就是对项目实施小组提交的投资方案、投资协议等进行严格的审查,报经投资委员会批准后实施。

事中控制就是私募股权基金对被投资企业实施非现场监控和参与重大决策等,督促被投资企业及时报告相关事项,掌握企业状况,定期制作、披露相关财务及市场信息,并保管相关原始凭证、资料等。

单个投资项目的风险控制

单个投资项目的风险控制是私募股权基金风险控制的重点,如果每个投资项目的风险都控制住了,私募股权基金的项目投资风险也就能全部控制住了。

结语

尽管我国私募基金总体上还存在小、散、弱等不足,但相当一部分私募机构已经走到专业化全球竞争的路口,依赖关系融资和资源整合盈利的市场机构将不适应经济转型和创新发展要求。金准产业研究团队认为,私募基金尤其是私募股权投资基金必须更加专注于长周期投研和投后管理能力建设,不断完善内部治理,优化组织架构、绩效考核、人才管理、风险控制,保持高效的决策和组织运作机制。只有不断专业化,才能持续提升机构声誉,提升募资能力,吸引养老金、主权财富基金等基石投资人,改善募资结构,形成募、投、管、退良性循环。

但是,私募股权投资是零和博弈的过程,投资人和融资方的利益冲突是天然存在的。投资活动短期化,利益分配的事先约定等行业规则的乱象都加剧了投资和公司履约风险。投资协议订立之初强势的一方未必一定能够从协议的最终履行中获得其预期利益,融资方完全可以通过对投资人股东的剥夺和利益转移使其目的落空。为保障履行效果,私募股权投资协议不但要预先做出复杂的条款安排,事后还要为目标公司设置现代化的公司治理结构。然而,实践中很多企业并未建立起完善的现代企业制度,公司治理水平相对落后。同时,部分企业家也会因为对现代公司治理并不熟悉而本能地逃避,进而引发各种矛盾,影响投资协议的实际执行效果。

金准产业研究 5G行业深度解析:5G生态全景图 2019-06-12 11:54:37

前言

受政策、经济、社会及技术等多重共振,“5G”成为近年来最热话题,尤其2019年被誉为“5G元年”,与此同时,各方对5G的定义和理解不一,金准产业研究团队基于全球权威数据库、结合丰富的5G项目经验、遍布全球的5G专家网络,首次撰写了5G生态全景图,将5G这一行业跨度极广、影响极其深远的产业生态进行了清晰的定义。

在这个“以标准整合服务,以服务支撑应用,以应用推动颠覆”的5G生态全景图中,5G的本质和基石仍是一套由跨国界、跨行业专家通力协作制定的通信标准。这套标准计既是全球通信及相关行业的“通用语言”,也是通信技术发展的“时代切片”。

伴随5G时代的到来,应用场景也实现“从1到3”的跨越,影响和赋能的行业将呈现指数级的增长。金准产业研究团队基于此,以“大带宽、低时延、泛连接”三大5G核心势能作为评估维度,首次构建了“5G行业影响指数” 模型,将5G技术和行业进行了链接,旨在帮助全球及中国企业直观了解5G技术对该行业的影响,并寻找到企业在5G生态中的独特定位和应对策略。

在报告中,我们聚焦“5G引领行业突破”的“工业4.0”,“5G激发行业创新”的“远程医疗”及“5G推进行业增值”的“VR/AR”三大应用领域,针对5G对该行业带来的改变、该领域企业的最新进展进行剖析,同时金准产业研究团队也已经积极参与到各行各业中,帮助企业打造5G时代的业务战略,以更好地拥抱变化、为新时代到来做好充分准备。

纵观全球,与美国、日本以企业推进5G建设不同,韩国作为一个由政府引领的全域5G商业化的成功范例,通过韩国政府清晰定义5G生态、清晰规划发展路线、明确指引创新方向、大力促进合作共赢,也以布局终端应用的方式促进5G服务的发展落地,其政企合作共赢的经验值得我们充分借鉴。

着眼中国,我国拥有极大的人口基数和密度、多元完善的产业结构、极强的创新基因,是5G技术研发、落地的最佳试验田。对于中国未来5G的发展蓝图和方向,金准产业研究团队建议应遵从“地利人和”原则,在政策制定上应当大力促进5G基础设施的建设,同时大力支持政府购买项目的落地和实施,以开放合作的姿态拥抱全世界的玩家。

一、新时代——拨开云雾,探寻5G本质内涵

1.1 5G生态:颠覆已来

5G生态是由5G标准、5G服务、5G应用组成的产业生态,是现代经济社会的重要组成部分。5G生态影响到通信产业和全体通信服务使用方,其以标准整合服务,以服务支撑应用,以应用推动颠覆,是行业跨度极广、影响极其深远的产业生态。

 

拨开整体生态的云雾,5G的本质和基石仍是一套由跨国界、跨行业专家通力协作制定的通信标准。这套标准是全球通信及相关行业的“通用语言”,也是通信技术发展的“时代切片”,其定下了通信行业的短期技术目标,即增强型移动宽带、大规模机器类通信、超可靠低时延通信。该标准也已下放至机构、企业共同研发技术、制定规范,最终引导、整合各行各业共同开发服务与应用。

而建立在5G标准上的是5G服务层,由通信网络设备商和电信运营商组成,这两大类企业通力合作为全社会提供无线通信服务。通信网络设备商包括组成核心网的5G 设备、组成承载网的光传输设备和天线、基站、光纤等无线接入设备的生产商。这些通信行业企业在标准的指引下推陈出新,共同建设满足5G技术目标的服务基础设施,最终提供符合能够支撑颠覆现有通信应用的整体通信服务。

5G应用层是5G最终呈现在人类社会中的表现形式,将极大颠覆现有社会中的生产生活方式,也是标准中的三大技术目标的最终商业化形式。其终端应用可以根据电信服务资源需求被分为大带宽使能的超感体验、多机器使能的万物互联、低时延使能的超秒智能。5G时代中通信服务的整体创新升级将驱使通信行业承载AR/VR、物联网、人工智能等尚未规模化的科技新星驶离仅限于消费者的、使能通信、网络容量小的4G港湾,驶向覆盖政企商、颠覆行业、广阔波澜的5G海域,在未来科技应用的无尽可能中扬帆起航。

这样大规模的生态运行离不开政府的宏观推动和调控,也离不开政府作为服务购买和应用创新的一员,促发产业链成型,提升民生福祉。

1.2 5G标准:“通用语言”和“时代切片”

早在1G时代,各国就自发进行通信标准的制定,如北欧地区的NMT,美国和澳洲的AMPS,英国的TACS,西德、葡萄牙及南非的C-450等。这些通信标准引导各国的通信生态参与者在同一个标准中不断更新通信相关的产品和服务。但是,单国的标准使得设备和服务难以通用,也极大程度上阻碍了国际漫游等必然发生事件的推进。因此,为了实现跨行业、跨国别的通信交互,联合国建立了下属组织国际电信联盟(ITU)进行国际通信标准的制定和发布。ITU提出愿景并收集各大组织撰写的技术规范,形成最终的通信标准建议。因此之前各国孤岛般的“地方语言”逐渐整合成为了全球通信行业及相关垂直领域的“通用语言”。

 

ITU于2012年提出了5G愿景,其旨在实现高达20Gbps 的增强型移动宽带(eMBB)、每平方公里100万台机器的大规模机器类通信(mMTC)、1ms的超可靠低时延通信(uRLLC),其愿景中也具体定义了技术项目的拆分和各项目的量化目标,预计在2020年发布全球5G标准化文件IMT-2020。

 

因此,5G并不是一项单纯的技术,而是一套由跨国界、跨行业共同编制的通信技术标准,用“通用语言”整合通信行业,使得全世界的技术专家和商界精英能够相互兼容,通力合作,推动通信行业共同达成巴比伦通天塔般的科技奇迹。

3G时代开始,通信标准就不是一蹴而就的,ITU会用约10年的时间开发新一代的通信协议标准。而行业中的企业在为3GPP等技术规范组织提供技术规范初稿时也会同步开发新一代通信技术的产品和服务。待到标准全面实施时新技术的新赛道就早已形成了千帆竞发、百舸争流的热烈氛围。通信技术的进步就在这一代又一代的更新迭代中推进。

 

以现有的5G标准为例,它仅是一个通信技术的时代切片,仅仅代表通信行业的近期目标。随着通信技术的发展,ITU可能会募集新的技术规范,涉及到更多的频谱、功能、场景,衍生出更多的技术目标,兑现更多的科技梦想,犹如一个不断进化的有机生物。所有的未来技术有可能会在5G标签下成为5G时代的产物,也有可能会被贴上下一时代的标签。

二、新生代——万物互联,赋能三大应用场景

2.1技术迭代,5G推进“从13”场景跨越

应用移动通信技术从1G、2G、3G、4G的迭代过程中裂变出越来越多的应用场景。在1G语音时代,人们只能通过模拟通信进行语音传输;2G文本时代数字通信开启,开始支持短信及低速上网、文本浏览等功能;3G图片时代,上网及社交应用愈发普遍,标志着智能手机时代开始;直至近期的4G视频时代,伴随通信速度的极大提升,在线游戏、视频、直播等更加丰富的通信功能得以实现,也推动大批移动应用类企业诞生。

 

而与前几代移动网络相比,5G的应用场景将得到跨越式的发展。不仅在移动通信领域将实现Gb/秒跨越,提供3D、超高清视频、AR/VR、云办公等浸入式交互方式的再升级,还将催生出更多全新的应用场景,如超高可靠低时延通信场景将使得移动医疗、自动驾驶、工业4.0等应用变为现实,而大规模机器类通信场景将广泛服务于智慧城市、智慧家居等。

2.2关注影响,构建5G行业影响指数模型

金准产业研究团队基于全球权威数据库,以及金准产业研究团队在全球通信标准、数字化转型、AI规划、工业4.0及车联网领域的丰富项目经验,构建了“5G行业影响指数” 模型,旨在帮助全球及中国企业直观了解5G技术对该行业的影响,寻找到企业在5G生态中的独特定位和应对策略。

5G行业影响模型中,我们以“大带宽、低时延、泛连接”三大5G核心势能作为评估维度。“大带宽”用以评估超高速、大规模据传输及相关app的诞生是否会该行业带来重要变革,“低时延”用以评估该行业的本质是否需要超高安全性、超低时延的持续性连接,“泛连接”用以评估大规模物联网设备的应用是否会提高该行业效率及效益。

在此框架下,我们应用5G行业影响指数模型针对16大行业进行评估,并根据5G对该行业的影响维度和应用潜能,将其分为“5G引领行业突破”、“5G激发行业创新”和“5G推进行业增值”三大类。

 

2.3畅想未来,5G重塑行业发展新格局

2.3.1 5G引领行业突破:以工业4.0为例

针对第一类行业,5G是行业演进过程极为缺失又极其重要的关键技术,5G技术对于该行业的发展和突破是一种必须。代表行业包括工业4.0、交通运输业、通信互联网行业、公共服务业、农业及采矿业。

以工业4.0为例,其行业的发展、应用和突破强烈依赖于5G的泛连接、低时延和低能耗等特性。5G通过强大的无线连接、边缘计算和网络切片技术,将助力无线自动化控制、工业云化机器人、预测性维护、柔性生产等行业突破,驱动工业4.0的真正落地,进一步推动未来工厂的诞生。

其中预测性维护作为工业4.0领域的关键创新点和潜在爆发点,涉及实时监控机器状态、识别异常并自动执行维修工作,可以大规模降低机器维修成本并减少停机时间,并通过数据的实时反馈以调整和优化机器设置。预测性维护对于5G的泛连接、低能耗等特性有极高需求,5G的高承载力将促使连接设备的数量增加超过100倍,从而实现对整个供应链的检测和预测性维护,协调并优化整个生产周期,同时5G芯片的低能耗也将极大降低预测性维护成本。

5G驱动工业4.0的大背景下,5G生态中各方参与者合作共赢,进行相关技术和应用研究,华为和倍福自动化股份有限公司于18年4月合作发布了一项能够实现未来智能工厂的关键技术:基于5G 技术的无线可编程逻辑控制器(PLC)。在汉诺威展会成功进行概念验证试验期间,两家公司展示了在两台协作PLC 之间采用基于5G 的无线工业网络的样机,从而取代了传统的线缆通讯方式。相对于现在的有线网络系统,PLC 中直接集成蜂窝技术将能够以更经济、环保的方式实现工业自动化。日本电信公司NTT与日本领先企业NS Solutions于18年3月公布其新款作业机械人,操作者只要通过电信公司所提供5G网络进行联机,就可以遥距离实时间地操作机械人,目前,该机械人能与操作者的上半身动作进行同步,做出相应动作,日后将会把这项技术应用在自家工厂或具危险性的环境下使用。

源于德国的金准产业研究团队作为工业4.0研究的领导者,积极参与到5G时代的工业4.0浪潮中,金准产业研究团队创造智能工厂评估模型(EPA)和工业4.0评估标准体系帮助企业进行智能工厂成熟度评估,进入工厂现场与工厂运营团队一起通过研讨会,为各领先制造企业制定5G时代的工业4.0实施计划,帮助企业进行智能车间、智慧厂区的数字化升级。

同时金准产业研究团队作为工业4.0的实践智囊团,帮助多个领先制造企业实现工业4.0转型。金准产业研究团队与博世合作项目超过100个,帮助其设计工厂自动化战略、大数据业务模型并对未来工厂进行畅想,同时通过帮助博世建立智能预测性维护方案,系统分析全价值链多维实时数据,建立大数据算法计算设备故障模式,以评估机器状态、创建维护计划,动态地执行检查和维护,以防止故障真正发生,该预测性维护系统最终帮助博世减少了高达75%的意外故障和45%的停机时间,节省了高达30%的维护成本的同时还提升了产品质量。除此之外,金准产业研究团队还帮助博世建设5G 场景下的物联网系统,有效促进生产流程全过程的集成,进一步提升工业生产的灵活性、可追溯性、多功能性和生产效率。

2.3.2 5G激发行业创新:以远程医疗为例

针对第二类行业,5G将提供卓越的创新平台,不断激发该领域创新型应用。以医疗保健行业为例,5G技术将通过其低时延、高带宽等优异性能,有望让远程医疗真正普及。

5G 给远程医疗提供了更好的技术实现条件,通过提供更快的速度,更稳定的连接、更小的时间延迟与更大的容量来改善远程医疗和远程护理。在5G 技术下,医生可以更快调取图像信息、开展远程会诊,甚至开展远程手术。而为了实现患者应用程序处理方式的改变,未来患者数据将需要采用集中存储,最终使得医院转变为数据中心,医生转型成为医疗数据专家,为整个医疗服务带来革命性的创新。

早在16年7月,爱立信即联合伦敦国王学院延时“远程控制和干预”5G医疗示例,使用探针作为生物手指的机器代表,使得外科医生在微创手术中拥有触感,并能提供软组织内硬结核的准确实时定位,该探针(机器人手指)能识别癌组织,并以触觉反馈形式将信息发送给外科医生。中国移动也联合浙医二院进行远程B超演示,其医生端与急救车上的病人端检查设备之间的时延不超过10ms。而在19年1月,美国AT&T公司与拉什大学医疗中心一起共同合作创建了美国第一家5G医院,5G作为一项重要技术,完全实施后将大规模激发现代医院的创新应用场景,并提供高质量的患者和员工体验。

金准产业研究团队也一直行动在5G赋能远程医疗的最前线,曾帮助瑞士领先的电信供应商分析5G将对其带来的创新应用场景和机会,最终从20余项创新中选择出最具备商业化应用前景和可行性的三大创新方案:慢性病远程医疗解决方案、老年人专属远程服务方案及建立电子健康协作平台。与此同时,金准产业研究团队还帮助西门子在德国建立远程健康师范项目,为5G时代寻求一种全新的医疗商业模式。据HIS 预测,5G将为全球医疗领域提供超过1万亿美元的产品和服务,而远程医疗将在2025年实现超过2300亿美元的市场规模

2.3.3 5G推进行业增值:以VR/AR为例

针对第三类行业,虽然4G环境下各应用场景已经开始展现,但5G将作为一个技术平台,持续赋能行业并推进行业增值,代表性行业包括媒体娱乐业、房地产业、酒店管理业、教育业、专业服务业等。该行业所在企业应放眼未来、敢为人先,充分挖掘5G为该行业带来的增值点,为5G时代的持续引领做好准备。

VR/AR为例,5G的出现,将为其带来产品体验提升、云端升级畅想和产品成本节约三大增值。4G环境下最先进的网络时延也在40ms左右,而5G带来的1ms及以下延迟,将有力支撑用户在移动环境中仍能得到很好的VR/AR产品体验;同时当前VR/AR产品的存储和计算功能仍主要集中在本地、对VR/AR产品的体积和重量带来了限制,5G环境下上下峰值速率将实现从20Mbps至20Gbps的跨越,更多高质量的VR/AR内容和应用将走向云端,利用云端服务器的数据存储和高速计算功能,满足用户日益增长的体验要求的同时大大降低设备价格,加速向超高体验的游戏和建模、基于云的混合现实应用等为代表的云VR/AR阶段的演进。

纵观全球,可以看到除VR/AR企业外,领先的电信、互联网企业也摩拳擦掌、积极参与到云VR/AR体系的打造中,试图在云VR/AR时代抢占先机、寻找自己独特产业定位。

亚马逊Verizon在18年洛杉矶举行的NBA全明星赛上使用具备5G功能的护目镜进行VR直播,其闪电般的速度已经可以模拟一场实时的球场赛事;AT&T在美国加州建立边缘计算试验区,将低时延、复杂的应用程序和高计算能力应用在VR/AR领域,以不断改进功能和用户体验,孵化出如云VR/AR及云驱动游戏等新型商业模式。同时,中国企业也在云VR/AR领域积极部署,19年1月,华为在上海召开华为云5G Cloud VR服务发布会,分享其Cloud VR开发套件、华为云Cloud VR连接服务和Cloud VR开发者社区三大服务模块;而中国移动5G联创合作VR企业大朋VR在西班牙世界移动通信大会(MWC2018)上积极展示其基于5G边缘云架构的PC VR 游戏大作《钢魂》。

在国内,上海移动携手华为拿出了5G DIS方案——这款在上海研发的产品是当前业界唯一可商用的5G室内产品,且已经具备批量发货能力,2019年2月份上海移动和华为公司携手打造出了全球首个采用5G室内数字系统建设的火车站——上海虹桥火车站。在2月18日的启动仪式上,上海移动和华为展示了5G室内数字系统的网络运行能力(可达1.2Gbps峰值速率),并通过智慧机器人问路、送餐等互动体验,展示了5G时代可能实现的新生活方式。

2.4拥抱变化,企业积极参与5G生态建设

中国企业作为新时代的领跑者,也应积极拥抱新时代,参与国际标准的制定、进行跨界合作创新商业模式、利用新技术提升企业运营效率都将是5G时代中的新命题。

2.4.1积极参与国际5G标准化工作

5G还在成长。中国企业应参与ITU和3GPP的5G标准化工作进程,以高质量的提案和实质性的技术创新推动5G 新版本的演进。在定义技术细则的过程中同步开发创新,在5G中抢得市场先机。

进击的高通

5G标准化过程中,高通在为3GPP提供新的创想与指引方向上,发挥了领导作用,同时还投入了巨大努力,推动5G NR的商用,其中包括推出符合3GPP 5G NR规范的原型系统,与众多系统厂商和全球运营商进行互操作测试。

高通还是定义5G一致性测试框架的领导厂商之一,该框架是2019年实现5G预商用的一个至关重要的因素。

在参与标准化的过程中,高通获得了极大的话语权,得到了绝对的先发优势。其旗下的骁龙X50 5G基带已被全球20家终端厂商选定,将用来打造第一批5G设备,同时有多家移动运营商使用骁龙X50开展6GHz以下和毫米波频段5G新空口移动试验。

2.4.2积极推动跨界创新,试水新产品

5G是企业和企业的社交。单个企业在现阶段很难独立推动新产品服务的落地,因此找到有5G应用场景共识的合作伙伴,通过跨界合作推动产品服务的创新,由此产生的全新商业模式才是5G在未来经济中的最高沸点。

华为与KUKA

全球领先的信息和通信技术(ICT)解决方案供应商华 为,今天在德国汉诺威举办的CeBIT大会上,宣布与 国际领先的机器人技术供应商库卡(KUKA)开始建立战 略合作伙伴关系,并签订了合作备忘录,共同为欧洲和中国的工业市场开发智能制造解决方案。

华为和库卡(KUKA)将通过云计算、物联网、大数据、无线技术等方面的合作,共同推动制造产业的升级,帮助更多的客户实现“智能制造”。

升级5G版企业战略,为新时代到来做好充足准备5G并不遥远。随着2019 5G元年的到来,5G将对所有企业的市场环境和内部运营方式带来变革。

各领先企业都应思考自己在5G时代的独特定位,并快速升级其企业战略,理解5G技术,开发5G产品和服务,为5G的到来做好充分的准备。理解5G影响,充分利用5G技术优势,进行企业的管理、研发、生产、运营、供应链、销售等全链条的系统升级以提升企业整体效率,打破传统环境下的企业天花板。

5G智能手机

2018年8月,美国移动运营商Verizon和联手手机制造商摩托罗拉发布了新款智能手机Moto Z3。虽就目前而言,这款新手机仍只能连接现有的3G和4G LTE网络,但当Verizon的5G移动网络准备就绪时,Moto Z3 将会有一个搭载5G调制解调器的扩展模块可以使用。5G手机的推出将是消费者第一次实际感受到5G 时代的到来。

三、新道路——以友为鉴,打造地利人合试验田

3.1全球共同的5G梦想

伴随标准的日益演进,全球政府、企业也在同步推进5G 战略制定,启动研发项目,向着5G大规模商业化落地奔进。纵观全球,我们不难看出除中国之外,韩国、美国、日本等国也是5G商业化的领跑者。

在商业化的小范围试水、大规模推广之外,大部分政府和电信运营商都会选择一个国际性事件进行技术展示,在增强市场信心的同时展现国力。2018平昌冬奥会期间,韩国电信进行了5G 360度虚拟现实体验和全息影像直播技术展示;美国在世界瞩目的2018橄榄球赛事超级碗期间由Verizon进行了180度远程立体实时直播;俄罗斯在2018年世界杯期间采用了低时延的视频助理裁判,并展示了5G环境中的VR和高清视频直播;日本预计将在2020年东京奥运会由NTT Docomo提供360度视角的8K视频流,并且利用边缘智能进行场馆入口等安防场景的人脸识别。

 

韩国——世界上第一个5G国家

韩国作为一个由政府引领的全域5G商业化奔跑的成功范例,正在代表全球人民迈出大规模5G商用化第一步。不同于往日的4G,韩国5G的开端由企业端、政府端服务开始,韩国三大运营商韩国电信(KT)、SK电信和LG U+已同步于2018年12月成功开发了第一批商用企业客户,率先拉开了“5G时代”。这一成就离不开紧密无间的政商合作。

首批商用5G企业客户

三大运营商的首批客户均为企业级客户,由三大运营为其量身定做企业级解决方案。

SK电信的首个5G客户是一家名为Myunghwa Industry 的汽车零部件厂商,Myunghwa Industry利用5G网络把生产线上的图像资料(图片/视频)传送到云端服务器,再通过人工智能分析图像,以检验产品有无缺陷,最终的目的是为提高生产线的质量

韩国电信的第一个客户是位于首尔的乐天世界大厦,该大厦共有123层楼高,是首尔观光的必经之地,其配备的观光机器人Lota便是5G服务的使用者。该机器人使用的5G套餐每月包含10G流量,仅包月费便已接近5万韩元,约合300元人民币。

为实现率先拉开“5G时代”的全球创举,韩国政府在2013年5G标准还处于制定初期时就已开始积极布局整体5G技术在韩国境内的孵化与落地。GIGA Korea1、5G智慧工厂联盟2等政府牵头的组织和项目通力合作,旨在推进由5G引领的“融合时代”(convergence era)。韩国政府清晰定义了5G生态、清晰规划了发展路线、明确指引了创新方向、大力促进了合作共赢,也以布局终端应用的方式促进了5G服务的发展落地。有条不紊的推进、事无巨细的定义使得韩国拔得5G头筹,值得我们充分借鉴。

3.2定义5G生态

5G项目落地包含技术研发、供应链改造、基础设施建设、商业化运营和下游应用开发等多方面、多业态的整体技术升级,而这一庞大、繁杂的体系需在开发初期定义清楚,并归责到各大机构和企业,以明确各个企业机构的功能和位置。

 Giga Korea功能设置

Giga Korea的核心是为支撑超大流量的网路通讯,在初期便定义了CPND五大相关方类型,划定生态边界,同时明确了这5大类利益相关方可以进行怎样的融合互促。

Contents内容生产/服务商职责:进行Giga级的内容制作(如VR影片),提供相关服务(如多方高清会议) 相关企业:除了传统的影视、体育、新闻的媒体,也囊括了全息投影、ARVR等新兴内容生产方

Platform平台方职责:提升云存储的兼容性和整体运算能力相关企业:云平台和大数据

Network网络运营方职责:提升移动网络速度相关企业:电信运营商、电信设备提供商

Device终端设备生产方 职责:推广可制作、传送、接受Giga级内容的装置 相关企业:包括3D显示设备、多屏设备、移动3D设备、全系投影设备等生产商

3.3规划清晰路线

2014年伊始,5G的技术还存在着标准不明确、负责人不清晰等诸多问题,因此在项目初期便清晰定义阶段成果和年度目标,明确规划出相关负责方应当在什么时间完成什么工作内容,设置可量化的阶段性目标,可协助相关企业和机构稳扎稳打,一步一步达成长远的目标。

 

3.4指引创新方向

韩国在5G设立之初便清晰划定自动驾驶、机器人、灾难救援、AR/VR、智慧城市、智能工厂6大方向作为优先发展方向,指哪打哪,成功避免了漫无目的的终端服务开发,也集约利用了全国的研发、制造资源。

3.4.1促进合作共赢

在国家战略层面,为保证高效推进5G落地,韩国政府下属科学和信息技术部做出了许多沟通、协商的努力。

4G的惨痛经验和5G的通力合作

2011年推出4G LTE时,韩国的三大运营商在市场宣传上斥巨资抢占“首个4G LTE服务运营商”名号,甚至不惜争抢用户、互相抹黑,造成了极大的浪费。以史为鉴,2018年4月,韩国政府提出了提供税优政策和维护服务的条件,引导韩国三大电信运营商就达成了关于5G共建共享3、同步推出的协议。在解决运营商之间利益冲突的同时,避免恶性竞争环境下重复投资建设。预计韩国将在未来十年内节省大约1万亿韩元(9.35亿美元)。

3.4.2布局终端应用

政府作为5G的客户之一也应在促进5G产业繁荣的过程中购买政府项目,促进5G产业的政府端服务发展。

首尔市政府的智能交通系统项目

首尔市政府投入254亿韩元(约合2300万美元),与SK电信合作建设首尔智能交通系统。SK电信将在首尔的主要道路安装由三星电子制造的5G传感器,并为公共汽车和出租车提供5G电信终端设备。SK电信还将建立一个控制中心,用以收集数据并提供与安全相关的信息。配备5G设备的公共汽车和出租车将联动车站和交通信号灯通信,如发现任何危险因素就立即向公交车和出租车发送通知。该服务也能通过SK电信的T Map导航应用提供给非5G的普通汽车,以降低事故风险。同时,首尔政府也能够进行实时的大数据分析,为交通体系优化提供信息。

该项目已在2019年1月开始测试,迄今已安装2000个道路传感器,并预计2020年年底交付,完全覆盖121km的城市高速路。

3.5中国——5G最佳试验田

中国有着极大的人口基数和密度、多元完善的产业结构、极强的创新基因,是5G技术研发、落地的最佳试验田。

3.5.1高人口密度

据工信部《2018年通信业统计公报》最新数据显示,我国移动网络用户总数达13.1亿户。在通信基础设施方面也已建成全球最大的4G网络,2018年新建4G 基站43.9 万个,总数达到372万个。大人口密度和好基础设施的双向支撑能够最大化5G产业的规模效应,显著节省运营商的每比特成本,最终体现在更为经济的5G产品和应用上。

3.5.2多元产业结构

5G产业正在不断进化、成型的阶段,新技术的开发、应用,以及新技术与其他行业的联动、合作对于新技术就变得至关重要。

而中国作为全球第二大经济体4、第一大工业国5、第一大农业国6、第二大服务业国7和第一大贸易国8,已经形成了世界上最大、最多样化的经济版图。对于各行各业、各种跨界的5G创新型实验都能够提供最好的商业环境和产业生态。

3.5.3强创新基因

除了夯实的产业实力之外,中国也有着领先全球的创新基因。中国的成熟企业已能直面来自于一流美国企业的竞争,如百度同谷歌、阿里巴巴同亚马逊、脸书同微信、华为同苹果。而中国的创企亦奋起直追,从人工智能到金融科技,再到虚拟现实技术和共享经济及零售电子商务,这些后起之秀在众多科技领域取得革命性的进步。“拷贝中国”正当其时,而这样一片创新的热土也是5G技术的最佳练兵场。

3.5.4中国启示

中国作为经济文化大国,在政策制定上应当大力促进5G 基础设施的建设,同时应大力支持政府购买项目的落地和实施,以开放合作的姿态拥抱全世界的玩家。

地:大力推进5G基础设施建设

借助人口密度优势和良好的网络基础,规划4G到5G的基础设施路线图,从城市中心区域逐步扩散到人口低密区域,阶梯式逐步推进5G设施的升级和完善。以三大运营商为抓手,从试点到展示到推出,快速推进5G移动网络的商业化。

利:以民为本,推进政府服务项目的5G升级

购买5G政府购项目,以民生提升为理念,加速5G科技进步对于人民群众的生产生活产生的改变。助力提升国内5G产业链的成型和成熟,高效推进5G应用在消费者、企业和政府内的渗透率。

人:协调促进国内各方的合作共赢

定义主要创新方向,并投入资源推动该应用在5G环境中的产品研发和模式创新。开设研发项目、建立行业协会、引导企业合作,传达合作共赢的发展理念,营造集约高效的产业环境。

合:开放国门,与国际企业在竞争中合作,在合作中共赢

积极参与国际标准的建设,开放拥抱各国企业来到中国实验5G的产品和服务。融入国际5G产业链,打造国际产业融合平台,推动国际合作的落地。建设开放的商业环境,传递协同创新、携手共进的友好愿景。

结语

纵观全球,5G的到来是这个时代的机遇,是未来经济发展和社会进步的重要增长动能,也是全球命运共同体在这个时代需要共同谱写的绚丽篇章。

着眼中国,中华民族是一个兼容并蓄、海纳百川的民族,合作开放的民族特征和文化精髓是中国在世界文化激荡中立足的根基,也造就了绵延5000年至今未曾中断的灿烂文明,令世界文明肃然起敬。这样的文化根基使得改革开放以来中国不断与其他经济体合作共进,一以贯之建设开放型世界经济。在这片土地上孕育的非凡创造力和敢于变革、勇于创新的文化精神也使得中国成为了推动世界经济体前进发展的重要一员。

手握着合作开放和创新驱动,中国将是未来全球5G市场不断发展、创新、突破的主旗手。无论是作为主舵国家发展方向的政治家还是齐推国家经济繁荣的企业家,都应充分理解、充分拥抱、充分抚育5G这一尚于襁褓中的新生代,以主人翁精神走出一条有中国特色的开放创新道路。

金准产业研究 中国北斗导航系统报告 2019-06-11 17:45:06

前言

北斗导航系统是我国自主建设、独立运行的卫星导航系统,打破了美国GPS系统垄断的局面,增强了我国在国际卫星导航领域的话语权和主动权。本报告中介绍了全球四大卫星导航系统及北斗导航系统产业链情况,并梳理出我国北斗导航产业链公司及科研院所。

一、北斗:国内自主的卫星导航系统迎来布局良机

1.1卫星导航系统战略意义明显,北斗建设打破GPS垄断

全球卫星导航系统由空间段、地面段及用户段三部分构成。全球卫星导航系统(GNSS),是能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的3维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统。其中,全球卫星导航系统主要包括空间段、地面段及用户段三部分:1)空间段:主要由导航卫星组成;2)地面段:由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统)、地面天线(在主控站的控制下,向卫星注入寻电文)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成;3)用户段:主要由接收机和卫星天线等组成。

建设自主的卫星导航系统战略意义明显:1)国家安全:卫星导航系统是保障国家安全、实现自主可控的重要基础,能够避免在未来的战争中受制人同时还具备了反制敌人的手段;2)经济效益:自主研发的卫星导航系统能够去原先引进国外系统的巨额资金,还能够将本国的系统低价服务国内用户,使更多的行业广泛应用,助力经济社会的发展,同时还可以将本国的系统投放到国际市场,参与国际竞争,以赚取外汇;3)技术储备:科学技术的发展永不止步,发展自己的卫星导航系统,就有了相应的技术储备,或将在新一轮科技革命中抢占制高点。

北斗导航系统是我国自主建设、独立运行的卫星导航系统,打破了美国GPS的垄断。北斗卫星导航系统(以下简称北斗系统)是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要,自主建设、独立运行的卫星导航系统,是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。北斗系统在2000年开始启动,是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统,也使我国成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家,北斗系统打破了美国GPS系统垄断的局面,增强了我国在国际卫星导航领域的话语权和主动权。

 

1.2全球四大卫星导航系统中,北斗系统后来居上

目前,比较完善的全球卫星导航系统已有四大系统,仅GPS及GLONASS完成全球组网,四大系统内呈现出多方竞争的局面:

1)美国GPS:1994年完成全球组网,高达98%的全球覆盖率。

2)俄罗斯GLONASS:前苏联于1995年完成组网,2010年正常运行。

3)欧盟Galileo:欧盟于1999年初正式推出伽利略计划,现已基本实现全球信号覆盖。

4)中国北斗:国内北斗系统建设“三步走”,预计2020年完成全球组网。

由于北斗系统具有短报文通信、高精度定位等功能,在全球四大卫星导航系统中后来者居上。

 

北斗系统具有短报文通信、高精度定位等功能,在全球四大卫星导航系统中后来者居上。

一是短报文通信:北斗卫星导航系统采用卫星无线电测定(RDSS)与卫星无线电导航(RNSS)集成体制,既能像GPS、GLONASS、GALILEO系统一样,为用户提供卫星无线电导航服务,又具有位置报告及短报文通信功能,短报文通信是北斗系统特有的功能。

短报文是指卫星定位终端和北斗卫星或北斗地面服务站之间能够通过卫星信号进行双向的信息传递,而GPS只能单向传递。短报文意味着信息传递的效率更高,比如在普通移动通讯信号不能覆盖的情况下,北斗终端就可以通过短报文进行紧急通讯。

二是高精度定位:北斗系统提供多个频点的导航信号,能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。北斗系统能够通过多频信号组合使用等方式,在形式上做到兼容、互操作其他导航系统,以提高服务精度。

同时,北斗系统空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座,与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多,抗遮挡能力强,尤其低纬度地区性能特点更为明显。2018年12月27日,北斗系统提供全球服务,全球定位精度达3.6米,亚太区域定位精度达2.6米。

 

1.3北斗2020年将完成组网,卫星密集发射或带来投资机会

北斗系统实施“三步走”发展战略:第一步,2000年建成了北斗卫星导航试验系统解决我国自主卫星导航系统的有无问题;第二步,建设北斗卫星导航系统,2012年形成区域覆盖能力;第三步,2020年左右,形成全球覆盖能力。截至目前,北斗卫星导航系统的一号和二号系统已经顺利完成组网。

2000年-2003年,北斗一号系统(3颗卫星)已经建成,向中国提供服务。1994年,我国正式立项开始北斗卫星导航试验系统的研制,“北斗一号”系统是由3颗导航定位卫星组成的,前两颗发射于2000年,第3颗发射于2003年。北斗一号的服务区域在东经70-140度之间、北纬5-55 度之间,定位精度优于20 米。北斗一号的建成解决了当时的国家对PNT服务的急需,它不仅可以定位授时,还可以进行短报文通信,为发展后续的北斗二号、北斗三号全球系统奠定了坚实基础。

2012年年底,“北斗二号”系统(16颗卫星),建设完成,向亚太地区提供服务。

2020年底,我国将全面完成北斗三号系统建设。“北斗三号”计划发射35颗卫星实现全球组网,截止2019年5月17日,“北斗三号”计划已累计发射22颗卫星,仍有13颗卫星尚待发布。而随着北斗三号卫星的发射,上游产品配套需求及下游场景应用领域将进一步得到拓展,从而带来行业整体需求持续扩大,北斗产业迎来布局良机。

 

北斗卫星密集发射,拉动产业投资机会。“北斗三号”计划发射35颗卫星实现全球组网,截止2019年5月17日,“北斗三号”计划已累计发射22颗卫星,仍有13颗卫星尚待发布。据新华网报道,2019年5月22日,第十届中国卫星导航年会在北京召开,中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其在会上透露:“我国今年还将发射6-8颗北斗三号卫星,明年计划再发射2-4颗北斗三号卫星,至2020年底全面完成北斗三号系统建设。”金准产业研究团队分析认为,随着北斗三号卫星的发射,上游产品配套需求及下游场景应用领域将进一步得到拓展,从而带来行业整体需求持续扩大,北斗产业迎来布局良机。

 

二、北斗军用系统达先进水平,民用市场爆发在即

2.1北斗是军队信息化建设的基础,2025年市场或超250亿

在军用领域,北斗是军队信息化建设的基础,预计2025年市场规模或超250亿。金准产业研究团队分析,北斗系统的优良性能可以助力军队优化作战行动流程,联接作战力量、指控系统和作战平台,实现作战指令分秒级下达,加速军队指挥控制方式向“一体化”和“扁平化”方向发展。

 

北斗三代建成后,国内军用北斗系统将达世界先进水平,兼具独立性、全球性及攻击性。随着我国国防经费总量持续增加,未来有望向装备信息化倾斜,对标美国军用GPS投入军费占比,预计2025年我国军用北斗导航市场规模有望超250亿元。

2.2北斗民用市场爆发在即,预计2020年产值超三千亿

而在民用方面,北斗系统主要有行业市场、大众市场及特殊市场三大应用市场。

 

2.2.1行业市场

1)行业市场:主要包括交通运输、电力应用及农业等行业,目前行业市场处于规模化应用发展期,未来增长速度有望加快;

金准产业研究团队了解到,目前,北斗导航的位置、导航及授时功能已经成功应用于车船监管、电力、农业等市场。当前,很多北斗行业细分市场目前仍处于起步阶段,主要成长动力来自国家政策及重点示范项目的推动,但随着交通运输、精准农业、市政管理、安全监测、电力等细分领域的稳定增长,更多市场机会将不断涌现,市场未来潜力巨大。

 

目前我国已建成全球最大的营运车辆动态监管系统,已有超过617万辆道路营运车辆,3.56万辆邮政和快递车辆,36个中心城市8万辆公交车,370艘交通运输公务船舶、近6万渔船、3230座内河导航设施,2960座海上导航设施安装使用或兼容北斗系统。

2.2.2大众市场

2)大众市场:主要包括智能网联汽车、智慧城市及可穿戴设备等市场,大众市场处于标配化应用启动期,未来增长潜力巨大;

 

在智能网联汽车行业,北斗系统主要应用于:自动驾驶、智能座舱、车路协同等方面,北斗系统的高精度定位是智能网联汽车感知的关键基础技术。

 

据《2018中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》显示,2017年我国北斗车联网的市场渗透率为7.1%,北斗在未来无人驾驶预计将达到50%的渗透率,若假设北斗车联网的市场渗透率仍达到7%,预计2021年我国北斗车联网产值将超过100亿元。

 

与此同时,在智慧城市行业,北斗系统主要应用于智慧交通、智慧养老、城镇供热、供水排水等方面,据金准产业研究团队统计,国家北斗服务网已经为全国超300座城市的各种行业应用提供北斗服务。

 

而在可穿戴市场方面,金准产业研究团队了解到,目前,小米、华为等市场主导企业的产品也已全面支持北斗系统,并于2018年上市了中国首创的“北斗芯”智能腕式手机。2021年中国穿戴式设备产值有望超500亿美元。

2.2.3特殊市场

3)特殊市场:主要包括公安、防灾减灾等市场,特殊市场处于维持稳定增长期,仍是北斗行业需求扩张的重要领域之一;

 

特殊市场涉及军用、警用、防灾减灾、应急救援、公共安全等,是国产替代最关键的领域,也是北斗应用最快、最稳定的市场之一。目前三级北斗公安应用体系已建成,2020年北斗警务车载终端的配备率预计达100%。

三、北斗产业链:三段组成,用户段市场化特征明显

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三大部分组成,导航用户段又可以细分为上中下游产业:

 

1)上游基础部件是产业自主可控的关键环节,基础部件作为自主可控最关键的部分,主要由基带芯片、射频芯片、板卡、天线等构成;

2)中游主要包括终端集成和系统集成,是产业发展的重点;

3)下游的解决方案和运维服务提供众多行业应用。

卫星导航产业链中的中间段及地面段两个环节,是国家核心基础设施,主要由国家投资完成,而导航用户段产业链环节,主要通过市场运作来满足社会需求。

目前,我国卫星导航与位置服务领域企事业单位数量保持在14000家左右,从业人员数量超过50万。截至2018年底,业内相关上市公司(含新三板)总数为51家,上市公司涉及卫星导航与位置服务的相关产值约占全国总产值的10.74%。

 

空间段由由航天科技集团下属单位主抓,地面段的研制生产以中电科集团等为主导,用户段的产品及系统市场化特征较为明显,参与主体众多,包括军工集团下属公司、地方国企参军公司及较多民参军企业。

在用户段方面,北斗系统产业链又包括北斗兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品,以及终端产品、应用系统与应用服务等。

用户段又可以细分为上中下游产业:

1)上游基础部件是产业自主可控的关键环节,基础部件作为自主可控最关键的部分,主要由基带芯片、射频芯片、板卡、天线等构成;2)中游主要包括终端集成和系统集成,是产业发展的重点;3)下游的解决方案和运维服务提供众多行业应用。

产业链上游的芯片、天线、GIS、板卡、地图、模拟源等已实现全面配套,国内自主研发的北斗芯片等基础产品,已进入规模应用阶段。

 

据中国卫星导航定位协会统计,2018年国产北斗双频SOC芯片及国产五模四合一北斗三代芯片的推出,标志着我国已经迈入导航芯片技术先进国家的行列;国产北斗兼容型芯片及模块销量已突破7000万片,性能价格比肩国际水平,国产高精度板卡和天线销量也分别占国内市场的30%和90%。

中游的手持型、车载型、船载型、指挥型等各类应用终端已经广泛使用在各个行业,品类已初具规模。

终端产品种类较多,可分为专业和大众两大领域。专业领域包括高精度测量、GIS数据采集、车辆调度终端等,大众消费领域主要有便携式自动导航系统(PND)、车载导航设备等。

在便携式或专用导航终端领域,民用市场竞争激烈、品牌众多,市场份额相对分散,军用市场进入壁垒相对较高,国内企业具有优势。

下游的运营服务和系统集成业已在各领域进行了探索应用。

下游是基于运营维护服务的各种应用领域。运营维护服务是通过对卫星信号的处理、转化,为终端用户提供综合服务,如实时路况信息、定位、导航及通信等。

 

2018年产业链各环节产值较2017年均有明显提升,其中下游产值增长最快。而2018年产业链中游产值在总产值中占比最大、下游其次、上游最小。

 

结语

金准产业研究团队认为,对于我国而言,建设自主的卫星导航系统在国家安全、经济效益、技术储备等方面有重要的战略意义。随着2020年前后,“北斗三号”计划发射35颗卫星实现全球组网,北斗导航系统将实现全球覆盖、向全球提供服务,其上游产品配套需求及下游场景应用领域将进一步得到拓展,北斗产业将迎来发展新机遇。

 

金准产业研究 中国5G自主可控技术解读 2019-06-10 19:26:03


前言

在中美博弈的大背景下,全球5G仍然如期推进,其对于构建智能物联产业的竞争力来说意义重大,而随着5G进展和全球格局的变化,不仅仅是5G设备投资,产业链重构带来的上游自主可控与包括手机、物联端、智能汽车为代表的5G终端产业创新正进入实质阶段。

在华为等民族企业的努力下,我国在5G上游网络侧上游核心领域已实现了完全的自主可控;而在IP承载网、传输网和云服务器等上游设备已实现了部分的自主可控,由此可见,我国5G的发展将势不可挡。

一、全球5G如期启动

互联网通过完成计算机之间的互联,新业态伴随网络蓬勃发展,是信息时代从无到有的里程碑。移动互联网解决了人与人之间的互联,业务与网络新形态再次勃发,ICT产业完成深度融合。

5G是界分人联与物联需求的基础设施,产业意义堪比信息高速公路。5G首次明确提出面向万物互联,将相互孤立的各类型终端、设备或子网络全面联通,从无到有的意义堪比90年代信息高速公路。5G是统一平台的整网方案,这是与前几代通信网络的核心差别。

ICT产业发展历经的关键里程碑

5G标准化与部署时间线

5G标准化工作时间表明确,过去的各里程碑节点如期达成,后续工作仍在准点推进。3GPP在2016年启动5GStudyItems,完成R14协议;2017年正式进入5GWorkItems阶段,在2017年底和2018年中NSA和SA两套方案分别确定,R15版本已在2018H2冻结。始于2018年底的预商用和商用部署都是基于R15协议,工作频段以Sub-6GHz为主,建设规模预计2021年达到高峰并将延续到2023年,称为5G第一阶段(PhaseI)。

R16版本的标准化工作已经启动,主要围绕毫米波段,产业链有望在2021年成熟,衔接5G第一阶段,投资规模和周期空前扩张。R16的标准化工作在2018年底启动,按计划将在2019年底冻结。由于主要面向毫米波段,产业链尚处于空白,需要更长时间的预商用和产业培育期,预计将在2021年开始商用部署,是谓5G第二阶段(PhaseII)。届时正值5GR15网络建设高峰,新建R16与之完美衔接,5G网络投资规模有望延续高位,开支周期空前拉长。

各主要国家和地区的5G时间表已经确定

全球主要国家和地区尽数积极参与到5G商用进程中,C频带是6GHz以下普遍采纳的工作频带,中移动正在主导推动2.6GHz产业链。国内三大运营商也颁布了实验频谱划分方案,可以对应了运营频谱的划分,其中移动获得的2.6GHz频带产业链从空白起步,18H2就已取得重大进展,有望在今年同步启动商用。工信部也已颁发5G牌照,2019年确定为5G商用的开局之年,将成为电信资本开支周期的新起点。

5G绝非仅指移动接入网,其本质是对网络能力软件化的统一平台,以满足对不同场景提供特性化的切片,实现这一目标的实效将决定5G的长期发展。金准产业研究团队分析,现有的网络由专用设备组成,没有统一平台,除了同质化的管道功能,无法实现业务定制化,在5G首要解决的就是以统一开放平台容纳通用设备并提供特性化的网络能力。运营商主导的产业联盟是主导力量,典型如中移动推动的ORAN,聚拢数十家运营商和上游厂商:一方面界定技术规范,使得设备通用化,网络架构向扁平化;另方面对下游提供开放的应用接口,运营商和B端客户能按需对网络进行编排、分配和使能。在5G第一阶段建设中达成网络功能软件化的能力,并推动与典型的B端场景融合,是真正决定5G长期发展的关键。

5G不仅仅是移动接入网,而是网络能力软件化的整体网络方案

5G将带动新一轮资本开支周期,总规模和时间跨度空前,成为未来三年通信投资的主逻辑,板块配置有望伴随5G景气向上。5G建设的前三年将复现LTE投入规模快速拉升的情形,后续增速逐步回归,但总规模将保持高位。

国内近年资本开支以及预测

无线接入网建设是拉动总开支规模的主要动力,5G产业链渐进成熟,使得无线在总开支中的占比稳步提升。2019年无线开支水平企稳回升,根据运营商预计,将接近1500亿水平,依照惯例实际实施很可能超出规划。金准产业研究团队预计2020到2023年,无线开支水平将有望快速提升,从1500亿上升到2500亿元,年复合增速达到13.67%;由于5G从全新产业起步,初始成本较高,将渐进走向成熟,无线在总开支占比有望从50%逐步上升到55%的水平,5G无线接入网投资将成为驱动总开支的主要力量。

保守估计,中国5G基站建设数全球占比将和4G类似,为全球最大5G网络。中国LTE网络在5年内完成了追赶和超越,根据金准产业研究团队统计,截止2018年底,全国4G基站数目为478万台;根据对海外各大区域的4G基站数汇总,预计海外LTE基站总数略超过200万站,国内基站数约占全球总数的68%。

4G和5G基站数规模比照

国内市场将为本土厂商提供强力支撑,华为与中兴的领先地位将得到巩固和加强。预计到2023年全球RAN市场依然为五家头部厂商分割,因受到美方压制,华为海外市场面临一定收缩,份额占比预计在25%左右;Ericsson和Nokia份额将由此获得提升,预计都在23%左右水平,三大厂商形成第一梯队;三星借助韩国5G的快速发力和美国毫米波市场,将呈现显著增长,其份额有望冲击13%;而中兴依托国内市场支持,全球份额有望冲击15%,较4G阶段更上层楼。本土厂商的产业地位将持续强化。

综上,5G资本开支向上,给全球ICT产业带来直接机遇,产业链迎来全面提振和升级,尤其本土设备商和上游供应商将空前受益。

二、自主可控成为关注重点

5月中美国以国家安全紧急状态为由,对包括华为在内的数十个企业和科研院校纳入实体清单,要求美国企业或采纳美方技术超过一定比例的外国企业不得向列举的实体提供技术、零部件和服务,掀起打击范围和力度空前的技术封锁。美方对华的遏制成为了产业最大不确定因素,因其影响范围大、跨度远,其反应将在未来一到两年逐步体现,成为市场关注的重点。

我国半导体产业起步较晚,虽然有了较完整的布局和长足发展,但因为后发,整体规模和产品层次仍处于较低水平。2016年中兴事件之后,国内对于自主可控的战略意义认同空前一致,近三年在长期投入和短期应对上准备充分。尤其通信行业,中国自主可控国产化是必需必要的,原因有两点:1、信息产业是巨大市场;2、保卫信息安全刻不容缓。龙头厂商在关键领域具有全球领先性,就有能力面对先发厂商在技术和市场上的压制。

主要地区半导体销售额占比(%,不含代工制造)

5G上游设备上,网络侧上游设备和IP承载网方面由于华为的努力,已基本完成了自主可控;5G手机上游设备的短板在于射频前端和操作系统;光网络设备和云服务器基本可控;以下我们将具体讲解。

5G网络侧上游准备较为充分,整体建设进度不会受到影响。在5G网络方面,因为属于设备商的战略领域,华为在上游替代方案上有了十余年的储备,核心部分已经完成自主可控,且技术处于全面领先,尤其在实现基带、主控和传输的嵌入式实时系统上,有深厚的积累。第一阶段5G建设不会因外部封锁而受到阻碍,反而可能在压力下加快推进。

5G手机短板在射频前端,短期难以实现追赶,有赖于海外方案,安卓系统对华为的封锁会影响海外市场,但客观讲加速移动端操作系统实现自主,风险总体可控。对于即将在明年起量的5G手机,目前国内的射频前端技术仍全面落后,中短期难以突破到商用水平,预计将以非美国替代性方案为主。禁止华为使用安卓,或将失去依赖GMS服务的海外用户,但同时促使国产移动操作系统快速自立,预计今年底华为的跨平台操作系统有望上线,在5G手机渗透窗口期取得商业突破。

光网络方面,核心器件存在一定差距但总体可控,短期有望实现突破。光网络扩容升级焦点在器件与设备,国内设备水平全球领先,但在上游器件方面存在一定差距,但产品布局完整,技术差距总体可控,芯片研制和封测技术水平坚持长期推进,在强化自主的背景下,短期有望实现重大突破,并有望伴随国内应用规模打开而持续升级。

IP承载网方面,华为在高端路由器和交换器方面已经全球领先,中兴也在国内市场取得重大突破,相关上游芯片已有一定积累。主要短板在于交换芯片、网卡芯片与系统平台,国内已有专业厂商进行了长期铺垫,在具体指标上比领先水平稍逊,但可替代性强,且相比而言技术上更易突破。

国内CPU指令集体系自主情况

云服务器方面,国内已经在多个指令集方向进行了长期探索,基于ARM体系架构自主已取得关键突破,国内庞大的市场和自主需求,将促使底层架构自主走向全面完善。华为已经获得了ARMv8的内核级永久授权并完成了对微架构的自主实现,从指令体系自主来说不存在风险,但需要注意ARM对其封锁了后续更新版本的指令集,长期发展依然受到制约。

在愈演愈烈的技术封锁环境下,国内很有可能掀起从指令集、内核微架构、操作系统,直至上层IT生态全面重建。基于新体系架构的CPU、跨平台操作系统、中间件和数据库,B端通用应用软件都存在重大的开拓性机遇,国内也有足够市场规模和内外部因素来加快体系化自主可控的完善。

综上,ICT领域发生的遏制和对立,是中美博弈的具体体现,长期看还可能继续扩大。我过在完善技术自立方面已经做好了相当程度的应对准备,风险总体可控,并将进一步推动上下游加快自主,5G建设与新业态变革将为核心领域持续突破和新体系的建立带来难得契机。

三、5G助力手机产业链打开新空间

3.1智能手机市场进入存量竞争时代

手机出货量同比继续下降,进入存量竞争时代。据IDC统计,2018年全球智能手机出货量为14.07亿部,同比下降3.7%,继2016年后,全球智能手机出货量持续下滑;国内手机出货量也出现下降,据工信部统计,2018年中国手机出货量为4.14亿部,同比下降16%。手机出货量的下降,一方面是由于智能手机质量的提升,耐用性的提高,使得用户换机周期延长,另一方面由于智能手机功能同质化趋势明显,新机型对消费者的吸引力有所下降;与此同时,5G手机大规模商用还需一段时间,据金准产业研究团队预测,2019年5G手机渗透率仅0.5%,因此,手机市场进入存量竞争时代。

历年全球智能手机出货量(百万部)

历年中国手机出货量(亿部)

3.2 5G为手机市场打开新空间

运营商积极推进5G试点。三大运营商纷纷公布了2019年5G商用试点城市名单,包括北京、天津、上海、苏州、武汉、广州等约20个城市将享受5G覆盖,其中,北京、上海、深圳均规划2019年实现大规模商用,北京计划2019年实现五环内全覆盖,上海计划2019年实现外环内中心城区室外基本全覆盖,深圳计划2019年全市各区的中心区域覆盖。

2019年三大运营商5G试点城市

5G带领全球手机用户进入换机潮。2010年海外主流运营商开始规模性建设4G基站,从4G元年到网络成熟,大概花费了4年左右时间。如今,国内4G用户规模达七成,未来十年,5G也将重复4G的发展路径,成为主流网络。目前全球智能手机市场仍在持续下降,中国手机行业已进入成熟期,据IDC预测,2019年全球5G手机出货量670万部,仅占总出货量的0.5%,到2023年,5G手机出货量将达总出货量的26%。5G手机有望带领全球手机用户走入换机潮,随着5G手机逐渐普及,智能手机销量有望逐渐攀升。

各家手机厂商抢跑5G,主力军来自中国。据GSA5G终端生态报告,截止至2019年4月底,全球共公开宣布过的5G手机共16款,其中,明确售价的5G手机共6款,其余均为原型机发布或PPT发布,这6款手机分别是摩托罗拉、三星、OPPO、华为、小米、LG,有4家厂商来自中国。今年5月8日OPPO在国内首先开启了5G友好用户招募计划,在北京、上海、深圳试点城市,国产手机品牌的5G手机第一次从展示柜中到了普通用户手中。

全球明确售价的5G手机情况

中国厂商首次参与标准制定,有望获取更多行业话语权。5G标准制定是中国手机厂商首次参与通信标准制定,OPPO、vivo、努比亚、酷派、小米都参与了5G标准制定,开始于运营商、元器件供应商等一起主导一次通信变革。尽管5G核心专利技术依旧在上游核心元器件供应商手中,但手机厂商与他们的合作方式已经不是单纯地单向购买,而是产生了更多专利交叉许可的可能。

3.3 5G对手机硬件提出三大挑战

5G对手机硬件提出三大挑战。5G时代到来,手机承载的功能将会更多,变成一个超级入口,对手机硬件提出了三大挑战:首先,海量信息交换和计算,对手机处理能力要求更高;其次,计算更多带来高功耗,对续航和散热要求更高;最后,手机元器件、天线面积增加对手机布板设计、工业设计提出更高要求。

芯片端:5G手机的核心难点。基带芯片是手机连接移动通信网络的调制解调器,与3G、4G不同的是,5G网速更快、拓展性更强,手机厂商要将一块独立的5G芯片植入手机内。在技术端,5G的终端复杂性比4G更高。5G的运算复杂度上比4G提高了近10倍,存储量提高了5倍,而5G产品的芯片处理能力必须提升至现行的5倍。5G芯片需要同时保证TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、WCDMA、GSM多种通信模式的兼容支持,同时还需要满足运营商SA组网(独立组网)和NSA组网(非独立组网)的需求,这对于天线方案以及前端架构的设计挑战非常大。目前,全球市场上,华为海思与高通正在齐头并进研发5G手机芯片,2018年12月华为发布5G终端芯片“巴龙5000”,但整体而言,高通仍处于优势地位。

射频端:射频数量大幅增加,手机成本进一步提升。手机射频前端主要包括天线、滤波器、功率放大器(PA)等器件,它是智能手机的射频收发器和天线之间的功能区域,射频器件设计难度大,材料要求特殊。在5G手机中,射频端的设计尤为关键,其成本有可能超过手机处理器平台,主要原因是5G时代,射频数量将大幅度增加,Qorvo公司高管曾指出,以5G手机为例,单部手机的射频半导体用量将达到25美金,相比4G手机近乎翻倍增长,其中滤波器从40个增加至70个,频带从15个增加至30个,接收机发射机滤波器从30个增加至75个,射频开关从10个增加至30个,载波聚合从5个增加至200个。据中国产业信息网统计及预测,全球射频前端市场规模以每年约12%的速度增长,2016年达114.88亿美元,未来将以12%以上的增长率持续高速增长,2020年接近190亿美元。

全球射频前端市场规模(亿美元)

功耗与散热:散热模组市场有望提前爆发。散热是手机正常运行必须克服的难题,5G时代,手机散热面临的挑战更为严峻。一方面,功耗方面,由于5G传输速率更快,海量数据吞吐量大大增加其功耗,5G芯片部分成为继CPU、GPU后新的手机发热源头,华为轮值CEO徐直军在接受采访时指出,5G芯片的耗电量是4G的2.5倍;另一方面,手机结构变化对散热性能也提出了更高的要求,随着5G天线数量增加和电磁波穿透能力变弱,机身材质向非金属化演进,需要额外增加散热设计,同时,5G手机内部结构设计变得更为紧凑,也增加了散热解决方案的设计难度。

5G助力手机创新技术加速发展。金准产业研究团队分析,5G开启了手机产业新一轮换机潮,有望加速带动手机创新技术的发展。在屏幕方面,近两年,手机屏幕尺寸虽仍然在增长,但增长的速度已经明显放缓,受制于当前科技水平,大屏幕产品的增速放缓,全面屏技术、折叠屏技术逐渐应用于手机屏幕,通过折叠技术既能大幅提升智能手机的屏幕尺寸,也能大幅缩小平板电脑的尺寸,增加便携性;在电池方面,5G的数据处理能力将增大电池的能耗,对手机性能提出了新要求,快充与无线充电技术迅速崛起;在安全方面,生物识别技术逐渐成熟,未来智能手机将具备面部识别,虹膜识别和指纹识别等多种传感器技术;在应用方面,AR、VR和语音技术的快速发展,拓展了手机的应用场景,是创新的重要渠道。

四、5G助力智能驾驶产业步入量产前夕

4.1网络端:5G网络切片与边缘计算助力智能驾驶发展

5G网络最大的改变是首次构建完整的物联网基础设施。移动通信2G实现从1G的模拟时代走向数字时代,3G实现从2G语音时代走向数据时代,4G实现IP化、移动互联网化,数据速率大幅提升。5G最大的改变是构建了物联网的基础网络,实现从人与人之间的通信走向人与物、物与物之间的通信。5G应用三大场景:eMBB(增强移动宽带)、mMTC(海量机器类通信)、和uRLLC(超可靠低时延通信)。(1)增强移动宽带场景指在现有移动宽带业务场景的基础上进一步提升用户体验,代表应用:4K高清视频、AR/VR、远程教育等。(2)海量机器类连接,代表应用工业物联网、智慧城市、智能家居等。(3)低时延高可靠,例如自动驾驶/辅助驾驶、远程控制等。5G的mMTC和uRLLC是针对物联网的全新场景,将推动移动互联网向万物互联时代转变。

物联网产业链

边缘计算是物联网时代的IT特征。边缘计算和网络切片是5G的典型特征,都基于整个通信网络IT化后才能实现。边缘计算是把内容和业务尽可能向用户方向下沉,尽可能部署在接入侧,使得大流量集中在边缘计算所辖范围内进行转发,以实现业务的分流,减轻核心网和传输网的负担。通过边缘计算,可以缓解两大网络业务痛点——流量与时延,IDC报告显示,到2020年将有超500亿的终端和设备联网,而在2018年就已有50%的网络面临带宽的限制,40%的数据需要在网络边缘侧分析、处理和存储。根据运营商的大致估算,若业务经由部署在区域数据中心处理和转发,时延在50ms内,若业务在本地数据中心完成处理和转发,则时延约在20ms之内,而如果放在边缘数据中心内的MEC处理,时延就能控制在10ms以内。

5G网络的切片能力与边缘计算能力让智能驾驶成为可能。5G网络的两大能力让智能驾驶成为可能。第一,5G网络的切片能力能够基于同一资源提供安全、质量可控的端到端逻辑专用网络,可灵活搭配物理资源和网元功能,未来自动驾驶系统面临的场景丰富多样,针对不同的应用场景,网络切成一片一片的虚拟通道,根据业务需求和数据优先级来分配网络,可以按需分配,也可以定制;第二,5G网络的边缘计算能力能够在移动网络边缘完成对自动驾驶系统产生的海量数据的分析处理,大幅度降低了回传链路负担,提高计算能力,满足智能驾驶的低时延要求,同时可根据智慧交通预设场景,完成实时道路感知与环境感知所需要的计算能力。

5G切片能力与边缘计算能力让智能驾驶成为可能

智能驾驶是物联网时代最确定和最有价值的市场。随着“将汽车变为第四块屏幕”—电视、电脑、手机、汽车屏幕时,智能驾驶应运而生,拥有一部搭载智能互联系统的汽车已经不再是梦想。如今,已进入智能汽车时代,“无人驾驶”的出现,将会减少交通事故的发生,挽救数千人的性命,缓解拥堵,减少燃料消耗和污染,同时将会让车主的用车生活变得更加轻松、简单。车规级前装通信模块、车队管理、UBI车险及轻型车车载终端通讯设备等,因技术要求高,市场进入壁垒高。中国车载M2M设备目前主要应用于客运车辆、货运车辆、危险品运输车辆领域。2017年全球汽车产量8730.25万辆。2018年国内广义乘用车保有量2.4亿辆,年销量2272万辆,同比下滑6%,但仍然全球销量第一,新能源车销量125万辆(新能源车100%联网),车联网渗透率在快速提升。据GSMA预测,2018年全球车联网渗透率将超过20%,2025年有望实现所有汽车联网。除了乘用车,工程车辆的资产追踪管理需求旺盛。

4.2车企端:智能驾驶产业步入量产前夕

平台层面:多家车企推出电动化平台。汽车平台是指汽车从设计开发到生产制造过程中的设计方法、设备基础、生产工艺、制造流程乃至汽车核心零部件及质量控制的一整套体系。汽车平台可以尽量使用相同生产线,降低生产制造成本,同时,基于同一平台可以提高新车型开发效率,缩短研发周期。车企推出电动汽车平台有两种策略,一种是基于传统燃油车平台改造,另一种是开发新的电动车专属平台。基于传统燃油车平台改造开发平台,虽然可以缩短开发时间,但是存在很多限制,如续航里程受限,汽车动力性受限以及内部空间和舒适性受限等。随着电动车及智能驾驶产业的快速发展,从2015年开始,各大车企陆续推出电动化汽车平台,包括奔驰的MEA平台、大众的MEB平台、吉利的PMA平台、比亚迪的e平台等等。

车企开启成本战,零部件企业将加速洗牌。随着新能源补贴逐步下滑,及技术门槛的提升,车企推出电动汽车平台。从成本上看,可以大量采用通用的零部件和模块化总成,使不同车型实现资源共享,例如,丰田明确表示80%的零部件将共享,大众的零部件通用率也将达到70%-80%,大大降低零部件的开放成本与生产成本,同时减少库存及物流成本,对于生产线而言,只需局部改造,即可共线生产,改造成本也大大降低;从时间上看,在相同的基本架构上进行产品研发与生产,可以缩短新车型的开发周期,同时对于零部件开发的设计、制造、验证、投产的周期变短。

由于零部件的大规模通用,车企的采购要求将更加严苛,对零部件企业的研发、规模化生产能力等综合实力要求更高,同时,电动汽车平台化发展后,车企的零部件供应商将从针对单一车型选择不同供应商,转变为基于某个电动汽车平台选择几个固定的零部件供应商,零部件供应商将大幅减少,加速下游竞争。

硬件层面:核心零部件成本逐步下降,产业链不断成熟。智能驾驶的三大要素“感知、决策、执行”,其中感知层包括雷达、摄像头等核心硬件,用于实现汽车与外界环境、监控系统等的连接。目前一辆通用的自动驾驶汽车中有5个短程激光雷达,8个毫米波雷达,16个摄像头和1-2个IMU,据金准产业研究团队统计,目前自动驾驶领域的投资达到20亿美元,其中约10亿美元用于感知的投入,感知传感器是智能驾驶的核心零部件。随着技术的不断进步,以Velodyne的激光雷达为例,其16线激光雷达产品由超过一万美元降至3999美元,随着产业链的不断成熟,及核心零部件的降价,未来自动驾驶系统成本将明显下降。

软件层面:互联网公司相继发布应用平台,高精度地图产业发展向好。百度、阿里、腾讯等互联网公司相继发布车联网应用平台,以百度为例,2017年4月百度发布阿波罗计划,构建自动驾驶软件的开源平台,以人工智能技术为核心,从软件、硬件、数据集和工具、专项基金、开发者社区、测试场地等提供全方位赋能。高精度地图产业发展趋势向好,据中国产业信息网预测,至2025年全球高精度地图市场规模有望达到94亿美元,高精度地图是自动驾驶快速落地并实现商业化的必由之路,目前我国北斗三号已完成全球组网,可向全球提供相关服务,北斗三号采用星间链路等新技术,空间信号精度可优于0.5米,优于现有GPS,我国将在2020年完成35颗北斗三号卫星组网,向全球用户提供服务。

4.3产业趋势:车路协同是智能驾驶全面实现的必经之路

车路协同是智能驾驶全面实现的必由之路,是无人车大规模应用的基础。从技术的角度看,面对多种类型的交通场景,单车智能有一定局限性;从成本的角度看,为实现车辆的智能,激光雷达、毫米波雷达、摄像头和IMU将作为主要的感知传感器来推动自动驾驶趋势的发展,据金准产业研究团队研究发现,2018年,一辆自动驾驶汽车成本约为20万美元,成本高昂,自动驾驶商业化需要成本可控;从安全的角度看,通过车路协同,可以帮助车辆提前知道路面情况,从而做出最优决策结果。

因此,发展车路协同将是实现智能驾驶的必要条件,通过集约式的建设智能道路,能够实现给车路减配,降低单车成本,从而降低自动驾驶系统的成本,实现大规模的智能驾驶落地。

车路协同:实现车、云、人、路间的交互,打造全新生态。车路协同是采用先进的无线通信和新一代互联网等技术,全方位实施车车、车路动态实时信息交互,并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理,充分实现人车路的有效协同,保证交通安全,提高通行效率,从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统。车路协同将构建一个全新的生态,全面融合通信、汽车、交通、信息等多领域,攻克智能路测系统、智能通讯、智能系统协同控制等几大关键性技术,在产业链上,融合软件、硬件、平台、施工等多环节,联合工信部、交通部、公安部、国家电网、运营商等多部门,形成一个全新生态。

应用节奏:先应用于特定场景,随后广泛普及。目前,主要的车路协同应用场景包括安全类、效率类和信息服务类,并将逐步向支持实现自动驾驶的协同服务类应用演进。中国汽车工程学会在工作组内进行征集,共统计出40个典型应用场景,涵盖安全、效率、信息服务三大类,其中安全类19个,效率类12个、信息服务类9个,欧洲电信标准化协会定义了52个车路协同应用场景,涉及道路安全、交通效率和其他,3GPP定义了27个车路协同应用场景。

多部门支持车路协同,行业迎来发展新风口。早在2016年,交通部指出车路协同是交通智能化的核心,相继发布实施方案、技术路线图、行动计划等全力支持车路协同,确认车路协同的核心技术支撑低位;2017年,国务院在十三五规划中明确提出开展新一代国家交通控制网,示范推广车路协同技术,应用智能车载设备,建设智能路测设施;2018年,工信部、发改委、交通部相继发布行动计划、发展战略等,选取有代表性的高速公路,以及北京冬奥会项目,开展车路信息交互、风险监测及预警、交通流监测分析等,多部门支持车路协同的发展。

结语

金准产业研究团队认为,在中美博弈的大背景下,工信部颁布了5G商用牌照,意味着包括2.6GHz产业链在内外场规模技术方案已经成熟,可以投入规模商用,产业链在国内市场庞大需求驱动下进入新一轮资本开支周期,传输网与IP承载网也将迎来大规模的扩容与升级,主设备商与上游供应商在未来5年将持续受益。面对来自外部环境的技术封锁,国内龙头厂商在网络侧核心领域已完全实现了自主可控,非核心部分的备货和替代方案也很充分,5G网络建设看来不会受到影响。


金准产业研究 芯片产业链专题:IC载板市场景气度高,国产替代正当时 2019-06-06 13:59:43

前言

IC载板或称IC基板,主要功能是作为载体承载IC,并以IC载板内部线路连接晶片与印刷电路板(PCB)之间的讯号。IC载板能够保护电路,固定线路并导散余热,是封装过程中的关键零件,占封装成本的40-50%。随着晶圆制造技术的演进,对于晶圆布线密度、传输速率及讯号干扰等性能提出了更高的需求,使得对高性能IC载板的需求也逐渐增加。

IC载板技术可分为IC与载板的连接方式及载板与PCB的连接方式。IC与载板的连接方式又分为覆晶(Flip Chip,FC)及打线(Wire Bounded,WB)。载板与PCB连接可分为BGA(Ball Grid Array,球闸阵列封装)和CSP(Chip Scale Package,晶片尺寸封装)。因此IC 载板可分为四大类:PBGA、WBCSP、FCBGA 和FC-CSP。

IC芯片应用广泛,大到航天器具小到收录音机器,所有电子产品都离不开IC芯片。金准产业研究团队认为,芯片从设计到制成工艺繁杂,其中IC载板用于芯片制作中的封装环节,属于高阶封装的一种,是芯片制造中比不可少的一步。当前,全球集成电路行业进入调整变革时期,行业发展呈现新趋势。

一、IC载板:集成电路封装关键基材,“特殊”的PCB

1.1封装技术演进的产物,分类形式多样化

集成电路封装技术趋于复杂化,先进封装技术成为主流。在集成电路产业链中,封装处于产业中下游,是在对晶圆进行切割后的“包装处理”。IC进行封装后,一方面可以提升其坚固程度,另一方面也是为了方便连接PCB或其他基板。封装技术是随着芯片技术的发展而发展的,封装技术的优劣对芯片质量有着显著的影响。根据摩尔定律,特征尺寸每3年缩小1/3,集成度每两年增加1倍。因此,集成电路的发展趋势为:尺寸增大;频率提高;发热增大;引脚变多;芯片封装技术随之发展:小型、薄型化;耐高温;高密度化;高脚位化,封装技术的变革也带来了封装材料的不断演变。

传统的集成电路(Integrated Circuit,简称IC)封装采用引线框架作为IC导通线路与支撑IC的载体,连接引脚于导线框架的两旁或四周,如双侧引脚扁平封装、四侧引脚扁平封装等。在引脚数量数量还不算太多的时候,此种封装方式还能够满足要求。

IC集成度不断提高,封装基板顺势而生。随着半导体技术的发展,IC的特征尺寸不断缩小,集成度不断提高,相应的IC封装向着超多引脚、窄节距、超小型化方向发展,传统的引线封装已经无法满足。上个世纪90年代,球栅阵列封装(Ball Grid Array,简称BGA)、芯片尺寸封装(Chip Scale Package,简称CSP)等新型IC高密度封装方式开始出现,因此IC载板顺势而生。

IC封装基板(IC Package Substrate,又称为IC封装载板)是先进封装用到的一种关键专用基础材料,在IC芯片和常规PCB之间起到提供电气导通的作用,同时为芯片提供保护、支撑、散热以及形成标准化的安装尺寸的作用。封装基板分类方式较多,主要可以通过封装工艺、材料性质和应用领域等方式来分类。

1)按照封装工艺的不同,封装基板可分为引线键合封装基板和倒装封装基板。

引线键合(WB)封装基板:使用细金属线,利用热、压力、超声波能量为使金属引线与芯片焊盘、基板焊盘紧密焊合,实现芯片与基板间的电气互连和芯片间的信息互通,大量应用于射频模块、存储芯片、微机电系统器件封装。

倒装(FC)封装基板:与引线键合不同,其采用焊球连接芯片与基板,即在芯片的焊盘上形成焊球,然后将芯片翻转贴到对应的基板上,利用加热熔融的焊球实现芯片与基板焊盘结合,该封装工艺已广泛应用于CPU、GPU及Chip set等产品封装。

球形阵列封装(BGA):全称为Ball Grid Airy,其英文缩写BGA,BGA封装的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面,多应用于引脚很多的芯片封装。

芯片级尺寸(CSP):全称为chip scale packaging,属单一晶片的封装,轻量、小型,其封装尺寸和IC本身尺寸几乎相同或稍大,适用于引脚数不多的芯片。与BGA封装相比,同等空间下CSP封装可以将存储容量提高三倍。

2)按照基板材料的不同,封装基板可以分为硬板、软板和陶瓷基板。

硬板封装载板:以环氧树脂,、BT树脂,、ABF树脂作成的刚性有机封装基板,其产值为IC载板的大多数。CTE(热膨胀系数)为13~17ppm/°C。

软板封装载板:以PI(聚酰亚胺),PE(聚酯)树脂作成的挠性基材的封装基板,CTE为13~27ppm/°C。

陶瓷基板:以氧化铝、氮化铝、碳化硅等陶瓷材料作为的封装基板。CTE很小,6~8ppm/°C。

3)按照应用领域的不同,封装基板又可分为存储芯片封装基板、微机电系统封装基板、射频模块封装基板、处理器芯片封装基板和高速通信封装基板等,主要应用于移动智能终端、服务/存储等。

1.2技术壁垒远高于普通PCB,行业玩家少

HDI发展而来,技术壁垒远高于HDI和普通PCB。IC载板是在HDI板的基础上发展而来,两者存在一定的相关性,但是IC载板的技术门槛要远高于HDI和普通PCB。IC载板可以理解为高端的PCB,具有高密度、高精度、高脚数、高性能、小型化及薄型化等特点,其在多种技术参数上都要求更高,特别是最为核心的线宽/线距参数。以移动产品处理器的芯片封装基板为例,其线宽/线距为20μm/20μm,在未来2-3年还将不断降低至15μm/15μm,10μm/10μm,而,而一般的PCB线宽/线距要在50μm/50μm以上。

与普通PCB相比,IC载板存在很多处技术难点,这些技术难点是IC载板最大的行业准入门槛,下面总结几点IC载板的技术难点。

1)芯板制作技术。IC载板的芯板很薄,极易变形,只有当板件涨缩、层压参数等工艺技术取得突破之后,才能实现超薄芯板翘曲和压合厚度的有效控制。

2)微孔技术。微孔孔径一般要达到30μm左右,远小于普通PCB和HDI的微孔孔径,叠孔层数达到3阶、4阶、5阶。

3)图形形成和镀铜技术。镀铜厚度均匀性要求高,对精细电路的闪蚀要求高。目前线宽间距要求是10-30μm。镀铜厚度均匀性要求为18±3微米,蚀刻均匀性为≥90%。

4)阻焊工艺。IC载板阻焊表面高度差小于10μm,阻焊和焊盘的表面高度差不超过15μm。

5)检测能力和产品可靠性测试技术。IC载板工厂需要配备一批与传统PCB厂不同的检测设备/仪器,还需要掌握与常规不同的可靠性检测技术。

目前IC载板和PCB的制作工艺主要有三种,分别是减成法、加成法(SAP)与改良型半加成法(MSAP)。

减成法:最传统的PCB制造工艺,首先在覆铜板上镀一定厚度的铜层,然后使用干膜将线路及导通孔保护起来,将不需要的铜皮蚀刻掉。该方法最大的问题是在刻蚀过程中,铜层侧面也会变刻蚀一部分(侧蚀)。侧蚀的存在使得PCB的最小线宽/间距只能大于50μm(2mil),从而只能用于普通的PCB和HDI等产品上。

加成法(SAP):首先在含光敏催化剂的绝缘基板上进行线路曝光,然后在曝光后的线路上进行选择性化学沉铜,从而得到完整的PCB。该方法由于不需要后期的蚀刻,可以达到很高的精度,制成可以达到20μm以下。目前该方法对基材和工艺流程要求很高,成本高企,产量不大。

改良型半加成法(MSAP):首先在覆铜板上电镀薄铜层,然后将不需要电镀的区域保护起来,再次进行电镀并涂上抗蚀图层,接下来通过闪蚀将多余的化学铜层去除,留下来的就是需要的铜层线路。由于一开始电镀的铜层很薄,闪蚀的时间很短,因此侧蚀造成的影响就很小。相比于减成法和加成法,MSAP工艺在制造精度与SAP相差不大的情况下,生产良率大幅提高,生产成本明显下降,是目前精细线路载板最主流的制造方法。

IC载板生产流程复杂,MSAP工艺是主流。IC载板最小线宽/间距普遍要小于30μm,传统的减成法工艺已经难以满足IC载板的要求,MSAP是目前IC载板制造的最普遍工艺。MSAP工艺除了在IC载板制造上得到广泛应用之外,苹果还将该工艺引入了SLP(类载板)的生产制造。目前的设计是混合使用减成蚀刻法和MSAP工艺,MSAP工艺能够应用于更薄、更小的母板设计。SLP的制成介于高阶HDI和IC载板之间,而IC载板厂商具备明显的技术优势,能够较为容易的进入SLP领域。随着消费电子集成度的持续提升,SLP将会被越来越多的厂商采用,虽然盈利能力不如IC载板,但是市场空间可观。

金准产业研究团队认为,IC载板行业壁垒高,不仅限于技术门槛。极高的技术要求和众多的专利限制已经造就了IC载板行业的高门槛,而该行业的壁垒还包括资金和客户等多方面。

1)资金壁垒

由于IC载板具有极高的技术壁垒,前期的研发投入巨大,且耗时良久,项目的开发风险大。IC载板产线的建设和后续的运营也需要巨大的资金投入,其中设备的资金投入最大。IC载板产线设备众多,单台设备价格可能就会超过1000万元,设备/仪器投资占IC载板项目总投资60%以上,这对于传统PCB厂商而言是个沉重的负担。以兴森科技为例,公司于2012开展IC载板项目,项目总投资超过4亿元,预计三年达产,达产后年产值约5亿元,然而公司IC载板项目前期开展困难,多年来亏损超4亿元,严重拖累了公司业绩,直到六年后的2018年才逐渐好转。

2)客户壁垒

IC载板客户验证体系较PCB更为严格,其关系到芯片与PCB的连接质量。行业内一般采用“合格供应商认证制度”,要求供应商有健全的运营网络,高效的信息化管理系统,丰富的行业经验和良好的品牌声誉,且需要通过严格的认证程序,认证过程复杂且周期较长。还是以兴森科技为例,经过近两年的验证合作,公司才于2018年9月通过三星认证,并且大规模为三星供货还需一段时间。

3)环保壁垒

PCB类似,IC载板的生产制造过程涉及多种化学和电化学反应,生产的材料中也包含铜、镍金、银等重金属,存在一定的环保风险。随着国家对环保重视力度的加大和环保政策的持续出台,IC载板项目的前期环评愈发困难,环保的趋严也进一步提升了行业资金门槛,资金实力不够雄厚的企业难以拿到行业准入门票。

1.3上游材料核心是基板,下游应用广泛

封装基板是IC封装最大的成本,占比超过30%。IC封装成本包括封装基板、包装材料、设备贬值和测试等,其中IC载板成本占比超过30%,是集成电路封装的成本大头,在集成电路封装中占据重要的地位。对于IC载板来说,其基板材料包括铜箔、基板、干膜(固态光阻剂)、湿膜(液态光阻剂)及金属材料(铜球、镍珠及金盐),其中基板占比要超过30%,是IC载板最大的成本端。

1)主要原材料之一:铜箔

PCB类似,IC载板所需铜箔也为电解铜箔,且需是超薄均匀性铜箔,厚度最低可达1.5μm,一般为9-25μm,而传统PCB所用铜箔厚度为18、35μm左右。超薄均匀性铜箔的价格要高于普通电解铜箔,在加工难度上也要更大一些。

2)主要原材料之二:基板

IC载板的基板类似于PCB的覆铜板,主要分为硬质基板、柔性薄膜基板和共烧陶瓷基板三大种类,其中硬质基板和柔性基板具备更大的发展空间,而共烧陶瓷基板发展趋于减缓。IC载板基材主要考虑的因素包括尺寸稳定性、高频特性、耐热性和热传导性等多种要求,目前硬质封装基板主要有三种材料,分别是BT材料、ABF材料和MIS材料;柔性封装基板基板材料主要包括PI(聚酰亚胺)和PE(聚酯)树脂;陶瓷封装基板材料主要为氧化铝、氮化铝、碳化硅等陶瓷材料。

硬质基板材料:BT、ABF、MIS

1、BT树脂

BT树脂全称为“双马来酰亚胺三嗪树脂”,由日本三菱瓦斯公司研发,虽

BT树脂专利期已过,但三菱瓦斯公司在BT树脂研发和应用方面仍处于全球领先地位。BT树脂具备高Tg、高耐热性、抗湿性、低介电常数(Dk)和低散失因素(Df)等多种优势,但是由于具有玻纤纱层,较ABF材质的FC基板更硬,且布线较麻烦,雷射钻孔的难度较高,无法满足细线路要求,但可以稳定尺寸,防止热胀冷缩而影响线路良率,因此BT材质多用于对于可靠度要求较高的网路晶片及可程式逻辑晶片。目前,BT基板多用于手机MEMS芯片、通信芯片和内存芯片等产品,随着LED芯片的快速发展,BT基板在LED芯片封装上的应用也在快速发展。

2、ABF

ABF材料是由Intel主导研发的材料,用于导入Flip Chip等高阶载板的生产。相比于BT基材,ABF材质可做线路较细、适合高脚数高传输的IC,多用于CPU、GPU和晶片组等大型高端芯片。ABF作为增层材料,铜箔基板上面直接附着ABF就可以作线路,也不需要热压合过程。过去,ABFFC有厚度上的问题,不过由于铜箔基板的技术越来越先进,ABFFC只要采用薄板,就可以解决厚度的问题。早期ABF载板应用在电脑、游戏机的CPU居多,随着智慧型手机崛起和封装技术改变,ABF产业曾陷入低潮,但在近年网路速度提升与技术突破,高效能运算新应用浮上台面,ABF需求再次放大。从产业的趋势来看,ABF基材可以跟上半导体先进制程的脚步,达到细线路、细线宽/线距的要求,未来市场成长潜力可期。

产能受限,行业龙头开始扩产。2019年5月,欣兴宣布,预计自2019年至2022年投资200亿元来扩增高阶IC覆晶载板厂,大力发展ABF基板。其他台厂方面,景硕预计将类载板转往生产ABF,南电也在持续增加产能。

3、MIS

MIS基板封装技术是一种新型技术,目前在模拟、功率IC、及数字货币等市场领域迅速发展。MIS与传统的基板不同,包含一层或多层预包封结构,每一层都通过电镀铜来进行互连,以提供在封装过程中的电性连接。MIS可以替代一些传统的如QFN封装或基于引线框的封装,因为MIS具有更细的布线能力,更优的电和热性能,和更小的外形。

柔性基板材料:PI、PE

PI、PE树脂在挠性PCB和IC载板中得到了广泛的使用,尤其在带式IC载板中应用最多。挠性薄膜基板主要分为三层有胶基板和二层无胶基板。三层有胶板最初主要用于运载火箭、巡航导弹、空间卫星等军工电子产品,后来也扩展到各种民用电子产品芯片;无胶板厚度更小,适合于高密度布线,在耐热性、细线化和薄型化具有明显的优势,产品广泛应用于消费电子、汽车电子等领域,是未来挠性封装基板主要发展方向。

金准产业研究团队分析认为,上游基板材料生产厂商较多,国内技术相对薄弱。IC载板核心材料基板种类较多,上游生产厂商多为外资企业。以使用量最大的BT材料和ABF材料为例,全球BT树脂主要生产厂商为日企三菱瓦斯化学和日立化成,中国主要是台湾地区产能较大,包括景硕、欣兴和南电等,大陆企业涉及的很少;ABF材料龙头包括南电、Ibiden、Shinko、Semco等,欣兴正积极赶进度,中国大陆内资企业少有涉及。就中国企业而言,生益科技走在了IC载板基材研发生产前列。公司于2018年5月发布公告称,对“年产1,700万平方米覆铜板及2,200万米商品粘结片建设项目”进行变更,原项目实施地点地块将规划建设封装载板用基板材料生产线。公司在IC载板基材端的布局有望突破外资巨头的技术包围,加速PCB和IC载板的国产替代进程。

IC载板应用领域广泛。主流封装基板产品大致分为五类,分别为存储芯片封装基板、微机电系统封装基板、射频模块封装基板、处理器芯片封装基板和高速通信封装基板,这些芯片由于集成度高,基本都已经采用基板封装方案,随着IC集成度的不断提升,其他芯片采用IC载板的的比例也会越来越高。

二、日韩等三足鼎立,市场集中度高

2.1从日本开始,发展至日韩等三足鼎立

行业格局为日韩台三足鼎立,内资企业实力弱。IC载板技术起源于日本,后来韩国和中国台湾相继崛起,最终行业格局变为日韩台三足鼎立,近年中国大陆企业有崛起趋势。从20世纪80年代末IC载板被研发出来至今,全球IC载板发展大致可以分为三个阶段:

第一阶段:1980s-20世纪90年代末

此阶段为IC载板发展初期,由于日本是IC载板技术的开创者,日本此时的IC载板技术全球领先。日本主要产品为有机树脂封装基板(以BT基板为主),占据全球绝大部分的市场。日本由此诞生了多家行业领先的IC载板企业,包括Ibidegn、Shinko和Eastern等。

第二阶段:20世纪90年代末-21世纪初

随着《美日半导体协议》的签署,处于浪潮之巅的日本半导体芯片产业掉头滑向深渊。日本的半导体存储产业从全球市占率第一直接降到忽略不计,而与此同时,韩国和中国台湾彻底抱上美国大腿,日本半导体产业基本出局。在这种时代背景下,辅以韩国和中国台湾的人工成本优势,这两个地区的IC载板行业开始崛起,到21世纪初,全球IC载板行业基本形成了日韩台“三足鼎立”的格局。韩国和台湾也相继出现优质的IC载板企业,比如韩国的三星机电和台湾的欣兴电子、景硕科技等。

第三阶段:21世纪初—至今

行业格局奠定之后,行业内主要是技术的演进分化。在此阶段,更高技术水平的MCP(多芯片封装)和SiP(系统封装)用CSP封装基板得到较大发展,这个台湾、韩国占居了PBGA封装基板的大部分市场,日本占据了倒芯片安装的BGA、PGA型封装基板的一半多市场。近年来,由于中国玩家的逐渐入局,IC载板市场格局又开始有所变动。

目前全球封装基板企业集中于日韩台地区,日本IC载板龙头包括揖斐电、新光电气和京瓷,三者创立时间远早于其他地区企业,目前日本占据了FCBGA、FCCSP、埋入式基板等高端市场,客户多为三星、苹果和Intel这种行业巨头。韩国和中国台湾的情况比较类似,两者发达的半导体产业催生了巨大的内需(韩国存储产业发达,台湾晶圆代工产业发达),因此均与本地产业链有密切联系。韩国拥有三星电机、信泰、大德和伊诺特等IC载板企业,中国台湾拥有欣兴电子、景硕、日月光材料和南亚等企业,两个地区的载板产品从低端到高端具有所覆盖,客户种类也很全面。

从各厂家生产的产品来看的话,有些厂商生产的IC载板产品种类齐全,而有些厂商专注于生产特定领域的基板。大多数公司生产的都是FCBGA、FCCSP这些主流基板,而有些实力强大的企业还会涉及引线键合基板、COF、COP等,比如欣兴电子和景硕科技等,还有些企业专注于某一种类型基板,比如我国珠海越亚的RFModule基板表现突出。

2.2市场集中度高,大陆发展潜力大

全球排名前十企业产值占比超80%,内资企业不见踪影。根据金准数据,2017年全球前十大IC载板企业总产值占比达到83%,行业集中度极高。其中欣兴电子产值占比达到14.8%,全球排名第一,排名前列的还有IBIDEN、三星电机、景硕和南亚等企业,而大陆企业在榜单中难觅踪影。

从全球IC载板龙头企业的主营业务来看,从PCB业务发展而来的占绝大多数。目前,从全球IC载板企业类型来看,主要可以分为三种:

1)由PCB企业发展而来。由于封装基板是从高阶HDI板发展而来,两者在制造工艺上有共通支出,因此很多PCB厂商能在此基础上延伸发展出IC载板业务。从金准统计数据来看的话,目前绝大多数IC载板企业都是由这种方式发展而来,比如我国台湾的欣兴电子(联电下属企业)、南亚和华通电脑等,大陆地区的深南电路和兴森科技也属于这个范畴。

2)由封装厂发展而来。IC载板也属于封装材料的一种,封装厂为了降低成本和吸引客户,也会向上游发展,比较具有代表性的有日月光材料(日月光集团旗下企业)和全懋精密(硅品科技公司投资)等。

3)单纯的IC载板企业。IC载板门槛高,还拥有巨大的发展潜力,因此就有一些大型企业设立了基板子公司,比如隶属于华硕集团的景硕科技和我国的珠海越亚(北大方正集团旗下公司)等。

内资IC载板企业市占率低,奋起直追正当时。中国大陆IC载板市场企业数量不算少,台企占绝大多数,欣兴电子、景硕科技和南亚电路等台企在大陆都有设厂。金准产业研究团队分析,就内资企业而言,大体上有四家,分别是深南电路、兴森科技、珠海越亚和丹邦科技,这些企业涉足IC载板的时间基本上都是2005年之后,在整个IC载板行业属于“后起之秀”。虽然我国封装基板行业起步晚,但是受益于全球PCB产能的中移和中国半导体封测及电子制造业的崛起,行业发展正处于加速阶段,未来发展潜力很大。

三、行业发展形式明朗,国产替代潜力大

3.1从全球来看:芯片尺寸的提升带来行业持续增长

全球PCB行业稳定增长,IC载板占比快速提升。金准产业研究团队统计的数据显示,2018年全球PCB产值约为623.96亿美元,同比增长6%,2017-2022年全球PCB产值复合增长率约为3.2%,整个PCB行业近年来维持稳定增长。从产品结构来看,多层板占比始终维持在35%以上,仍占据主流地位,近两年增长最为迅速的是IC载板。IC载板在2017年之前的占比比较稳定甚至稍有下降,但是从2017年开始迅速提升,占比从2016年的12.12%提升至2018年的20%,提升了近8个百分点,份额提升的原因包括汽车电子和个人终端等领域需求的提升,但更主要是受内存芯片景气周期的影响。

IC载板占PCB市场份额达到12%,个人设备占比最高。根据Prismark数据,2018年IC下游市场规模占比最高的仍为移动终端和个人电脑,占比分别达到26%、21%。在电子设备持续向更轻、更薄追求的趋势下,单个电子设备(尤其是个人设备)采用的IC载板数量也在持续提升,未来移动终端的IC载板市场规模有望持续提升。

2016年探底后,全球IC载板市场规模稳定增长。由于IC载板具有半导体属性,所以其受半导体行业景气度影响,具备一定的周期性。IC载板的市场规模从2011年开始下降,一直降低至2016年最低点(65亿美元)后开始逐渐回升,根据ASIACHEM数据,2018年IC载板市场规模达到了约74亿美元,预计2022年将突破100亿美元,5年CAGR近8%,远超全球PCB市场增速。

封装技术不断演进,芯片面积与封装面积比例越来越接近1。随着集成电路的迅速发展,IC封装技术也在不断演进。封装大致发展历程:TO→DIP→PLCC→QFP→PGA→BGA→CSP→MCM,其中较为先进的CSP封装技术可以让芯片面积与封装面积之比超过1:1.14,未来芯片面积与封装面积比例肯定会越来越接近1,因此未来封装基板面积的增长将主要来自于芯片面积的增长。

摩尔定律逐渐失效,芯片尺寸提升是大势所趋。在过去的十几年时间里,集成电路内晶体管数量从几千万到几亿,再到如今的近百亿个,芯片的性能每年都突飞猛进。得益于摩尔定律的存在,虽然芯片集中度越来越高,但是芯片的尺寸却越来越小,目前7nm芯片已经进入量产阶段,5nm也开始试产。然而近年来摩尔定律正逐渐失效,芯片制成的提升已经进入瓶颈,未来3nm工艺可能就是现有工艺下的极限。在这种状况下,芯片性能的提升将越来越依赖于芯片体积的提升。

出于对成本的考虑,芯片Die的尺寸不能提升太多,因此CPU性能的提升可以通过堆积Die个数来完成。以AMD最新最高端的CPU-EPYC为例,EPYC采取一个Package封装4个独立Die的做法,从而实现了单CPU拥有64核心128线程的目标。该做法最大的影响是CPU的封装面积明显增大,EPYC尺寸可与成年人巴掌相比,其IC载板面积是普通CPU的4倍还多。金准产业研究团队认为,随着线程提升瓶颈的出现,消费者对更高性能芯片的需求势必将刺激芯片封装尺寸的增大,而此种趋势将显著提升IC载板的用料,未来IC载板市场的需求将随着芯片尺寸的提升而不断增长。

3.2从中国来看:国产替代+内资晶圆厂建设推动行业发展

全球半导体市场规模快速增长,中国已经是全球最大的市场。2018年,全球半导体市场销售总额达到4700亿美元,较2017年同比大增14%;中国大陆半导体市场销售总额达到近1600亿美元,是全球最大的半导体销售单一市场,占比近三分之一。

我国半导体产业逆差持续扩大,国产化刻不容缓。虽然我国已经是全球第一大半导体市场,但是2018年我国集成电路产业进口总额达到3120.58亿美元,贸易逆差达到2274.22亿美元,占全球集成电路市场总额近一半。我国集成电路进口额超2000亿美元已有6年,对于内资企业而言,金准产业研究团队认为,无论是从家国情怀,还是从商人逐利而言,这都是一个巨大的市场,随着国际形势的瞬息万变,我国半导体产业的国产化已经是刻不容缓。

IC载板是半导体产业重要基材,产业转移可类比PCB行业。根据金准数据,2000年我国PCB产值全球占比只有8%,而2018年我国PCB产值占比达到了52.4%,产值规模在全球遥遥领先,是全球最大的PCB出产国。受益于全球PCB产能的中移,中国诞生了深南电路、沪电股份等PCB巨头,还诞生了生益科技这种行业上游材料巨头。我们认为,IC载板可以看做是高端的PCB产品,一旦技术壁垒被内资企业打破,必将复制PCB的产业转移历史。同时,IC载板是先进集成电路封装的重要基材,是中国集成电路国产化的重要一环,其国产化是必然且必须的,我国也必将诞生全球IC载板巨头。

据金准产业研究团队统计,中国IC载板市场规模近300亿,内资企业占比低。由于中国IC载板市场规模没有可靠的公开数据,本文以中国PCB产值在全球占比乘以全球IC载板市场规模,得出大致的中国IC载板市场规模(2018年我国IC载板市场规模约为260亿元)。2018年,A股上市公司深南电路和兴森科技的IC载板业务营收之和为11.83亿元,预计内资公司IC载板总营收15亿元左右(珠海越亚2013年营收为3.5亿元),占国内市场总规模不足5%。相比于产值全球遥遥领先的PCB产业,内资IC载板行业具有极大的国产化空间。

国内晶圆厂扩产带来巨额增量空间,内资IC载板龙头有望充分受益。在国家意志的驱动下,我国半导体制造业开始飞速发展,大量晶圆厂正处于建设阶段或者被规划建设阶段。截止2018年末,我国拥有近50条正在建设或准备建设的晶圆产线,其中大部分为12寸晶圆产线,少部分为8寸产线和化合物半导体产线,其中存储芯片厂更是重中之重。目前我国在建的存储芯片厂建设方主要有三个,分别长江存储、合肥长鑫和紫光集团,总计划产能为50+万平米/月,预计内资存储厂扩产空间就将带来20亿元以上的IC载板增量空间,如果将其余晶圆产线考虑在内,那么单单内资半导体市场的IC载板需求就有极大潜力可挖。

结语

极高的技术要求和众多的专利限制已经造就了IC载板行业的高门槛,而该行业的门槛还包括资金壁垒、客户壁垒和环保壁垒等,这些要求的存在让IC载板行业玩家稀少。金准产业研究团队认为,虽然我国IC载板行业起步晚,但是受益于全球PCB产能向中国转移和中国半导体封测及电子制造业的崛起,行业发展正处于加速阶段,未来发展潜力很大。从中国来看,国内晶圆厂扩产为行业带来了巨额增量空间,再加上国产替代市场,内资IC载板龙头有望充分受益。

金准产业研究 芯片产业研究报告(下) 2019-06-04 16:54:47

四、模拟IC---通信、5G等新兴技术产业发展急先锋

信号可分为模拟信号和数字信号。现实中一切的信号,包括光热力声电等都属于模拟信号,例如麦克风能将声音的大小转换成电压的大小,可得到一个连续的电压变化,这种连续的信号称为模拟信号,用来处理模拟信号的集成电路称为模拟芯片。

模拟芯片产品已经遍布生活中的各个角落,无论是网络通信、消费电子、工业控制、医疗设备还是汽车电子,都会用到模拟芯片,同时,现在的许多新兴应用,包括共享单车、AR/VR无人机等也都会用到模拟芯片。

全球模拟芯片应用领域份额

模拟芯片作为电子产品的重要组成部分,市场需求随着各类电子产品的快速发展而不断扩大。模拟产品生命周期较长,可达10年之久,同时,模拟芯片市场不易受单一产业景气变动影响,因此价格波动远没有存储芯片和逻辑电路等数字芯片的变化大,市场波动幅度也相对较小。根据WSTS统计,2017年全球模拟芯片销售额为527亿美金,约占半导体总体规模的12.8%。据金准产业研究团队预测,在未来五年内,模拟芯片的销售量预计将在主要集成电路细分市场中增长最为强劲,以6.6%的年复合增长率快速增长。金准产业研究团队预计到2022年,全球模拟芯片市场规模可达到748亿美元。模拟芯片是预测中增长最快的主要产品类别,电源管理IC,专用模拟芯片和信号转换器组件的强劲销售预计将成为未来五年模拟增长的主要推动力。

4.1射频器件 

射频器件是无线连接的核心,凡是需要无线连接的地方必备射频器件,进入了5G时代,其背后牵动的价值尤为重要。

通常情况下,一部手机主板使用的射频芯片占整个线路面板的30%--40%。随着智能手机迭代加快,射频芯片也将迎来新一波高峰。目前,全球约95%的市场被控制在欧美厂商手中,甚至没有一家亚洲厂商能进入产业顶尖行列。在物联网应用推动下,未来全球无线连接数量将成倍的增长。同时,未来由4G+,5G,物联网等对射频器件的爆发性需求会加速它的发展。

归结起来,射频器件主要三大细分领域为射频滤波器、射频开关、PA芯片(功率放大器芯片)。射频前端芯片是移动智能终端产品的核心组成部分,追求低功耗、高性能、低成本是其技术升级的主要驱动力,也是芯片设计研发的主要方向。

射频前端结构示意图

从已有数据看来,滤波器是射频前端市场中最大的业务板块,其市场规模将从2016年的52亿美元增长至2022年的163亿美元。滤波器市场的驱动力来自于新型天线对额外滤波的需求,以及多载波聚合(CA)对更多的体声波(BAW)滤波器的需求。

功率放大器(PA)和低噪声放大器(LNA)是射频前端市场中第二大的业务板块,由于新型天线的出现和增长,低噪声放大器市场将稳步发展。开关是射频前端市场中第三大的业务板块,其市场规模将从2016年的10亿美元增长至2022年的20亿美元。该市场将主要由天线开关业务驱动而增长。

4.2 AD/DA(模数/数模)相关产品

近年来,数字技术,特别是计算机技术飞速发展与普及,在现代军事和商用控制、通信等领域有着广泛的应用。为了提高系统的性能指标,对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由于系统的实际对象都是模拟量,如温度、压力、位移、图像等,需要将这些模拟信号转换成数字信号才能使计算机或者数字仪表识别、处理这些信号;而经计算机分析、处理后输出的数字量往往也需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。由此,就需要能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路,即模数和数模转换器。

A/D是模拟量到数字量的转换,依靠的是模数转换器(Analog to Digital Converter),简称ADC。D/A是数字量到模拟量的转换,依靠的是数模转换器(Digital to Analog Converter),简称DAC。它们的道理是完全一样的,只是转换方向不同。

如今的电子产品中,数模芯片几乎无处不在。数模芯片主要用在汽车专用模拟芯片中,近年来自动驾驶与电动汽车技术发展,都是汽车模拟芯片市场的增长保障。目前生产AD/DA的主要厂家有ADI、TI、BB、PHILIP、MOTOROLA等。

数模转换器结构示意图

得益于目前4G、5G通信的建设,移动基站的部署等行业因素推动,移动通信终端和便携式移动互联设备的增长等等推动,通信与消费电子领域仍然是信号转换模拟芯片的最大终端应用市场。同时,汽车电子也成为继网络通信领域之后带动数模芯片市场增长的另一大领域。全球AD/DA转换中高端市场主要由ADI、TI等美国厂商占据,我们从上文分析TI和ADI等大型模拟芯片厂商近年的运营情况看来,其对汽车电子应用市场相关领域的投入是支持这些公司不断壮大的支撑。

我国目前在部分品种芯片的研发和生产方面已经具备基本的自给自足的能力,但芯片的设计和生产工艺与美国相比,仍存在整体差距,尤其是在高端核心芯片,比如高速数模转换芯片、射频芯片等方面,对外依赖度较高。

5G时代,对器件标准提出了更高要求,而同时5G时代有望加速发展的物联网则对数模中低端器件的需求全面提升。我们认为,5G高端需求在数模转换器件领域有望实现突破,而国内厂商则有望在中低端器件的需求中,探索出该领域升级和突破的新思路。

4.3电源管理产品

如今,我们的生活中随处可看到电子设备的激增,从收音机到电视机、智能手机、无人机、智能手表或者电动汽车,对电子设备的需求正影响和惠及不同的市场,尤其是电力管理设备。事实上,任何电子设备都需要电源管理装置。作为电子设备的关键部件,电源管理芯片担负起对电能的变换、分配、检测及其它电能管理的职责,其性能的优劣对于整机系统性能具有重要意义。因此,电源管理产品市场的发展遵循最终用户需求的大趋势也非常明显。2017年全球模拟芯片销售情况中,电源管理芯片占模拟芯片销售份额接近三成,并持续保持增长态势。

对于电源管理芯片而言,其主要的应用领域包括汽车、通信、工业、消费类、计算等方面。据金准产业研究团队统计数据显示,2017年模拟市场的总销售额为545亿美元,其中电源管理芯片占比接近三成,并持续保持增长态势。据Yole预测,电源IC将从多个关键终端市场获益,到2023年电源IC市场规模将增长至227亿美元,2017~2023年期间的复合年增长率(CAGR)将达4.6%。

通信市场占据了最主要的市场份额,尤其是即将到来的5G大规模布局,将进一步提升通信领域电源管理芯片的需求。同时,汽车电气化以及工业4.0升级,也将成为电源管理芯片的助推剂。相对而言,消费类及计算方面应用需求变化并不显著。

进入2018年,全球电源管理芯片领域也表现的非常活跃。先是,微控制器领域的有力竞争者Renesas(瑞萨)收购了Intersil,后者的产品组合包括稳压器和其他模拟产品。通过收购,Renesas获得了原本缺乏的电源管理、接口和栅极驱动器产品组合。而后,苹果与Dialog也达成6亿美元交易,Dialog将授权其电源管理技术、转移部分资产以及输送300名研发工程师给苹果。自此,苹果也具备了电源芯片开发能力,后续产品也将搭载自主产品。

海外厂商,如美国、日本厂商,仍然占据着移动通信器件的垄断地位,全球数模转换中高端市场主要由ADI和TI等美国厂商占据,国内厂商在相关领域的研制仍处在低阶阶段,未来将会存在相关公司研发、扩展和资本合作,这个阶段将会带给优秀公司高速成长的机会。综合看来,伴随着全球科技、经济、军事等领域的快速发展,模拟芯片市场正迎来新的爆发期。尤其是其中的射频关键器件、AD/DA数模/模数转换器将成为5G产业发展带来的关键突破点。同时,全球各大厂商的并购、重组等利用各种资源对产业链进行整合和提升,为行业的发展提供更多元化的发展思路。

结语

金准产业研究团队认为,全球半导体行业步入超级周期、同时面临中美科技摩擦、中国集成电路产业扶持政策力度加大等多因素叠加,前景向好。半导体是信息产业的明珠,具备技术密集、资本密集特性和劳务密集型三个特点,是信息产业根本所在。近些年来以来,由于人工智能、可折叠手机等新兴应用的崛起,全球半导体行业进入超级周期。而且,最近随着中美科技摩擦频发,美方对中国投资及核心技术获取施加限制,中国半导体行业正处于产业升级的历史窗口期。

金准产业研究 芯片产业研究报告(上) 2019-06-04 16:54:21

前言

芯片行业是资本密集、人才密集、技术密集的行业,也是整个信息产业的核心部件和基石。中兴事件的发生,揭示了目前国内芯片产业的现状,即国产芯片的应用主要在中低端领域,高端通用芯片市场的自给率近乎为零。同时,中兴事件也令社会各界深刻认识到掌握芯片核心科技自主性的重要性。一方面,芯片产业代表了高端制造业的最前沿水平,不可否认的是目前我国在芯片领域与西方国家之间仍存在着一定的代差;另一方面,中国要摆脱对高端芯片进口的过度依赖,推动国内制造业从中低端向高端制造业全面升级刻不容缓。显然,芯片制造技术是当今世界最高水平的微细加工技术的体现,也是全球高科技国力竞争的战略制高点。

一、半导体的前世今生

1.1半导体历史沿革

芯片是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构;其中所有元件在结构上已组成一个整体,使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。

自从1958年德州仪器发明出世界上第一块集成电路以来,集成电路迅猛发展,历史上大致从西从东形成转移。从上世纪50年代发展至今,集成电路大体经历了三次产业变迁,分别是:在美国发明起源——在日本加速发展——在韩国台湾分化发展。

全球半导体产业三次变迁历程

纵贯全球半导体产业发展的时间轴,可以划分出七大时间节点:20世纪40-50年代晶体管时代及IC的诞生;60年代集成电路制造进入量产阶段,IC进入了商用阶段;70年代个人计算机出现,大规模集成电路进入民用领域;80年代PC普及,整个行业基本都在围绕PC发展;90年代PC进入成熟阶段;21世纪前10年互联网大范围推广,网络泡沫和移动通讯时代来临,消费电子取代PC成为半导体产业新驱动因素;2010年至今大数据时代到来,半导体产业经历了增速放缓逐步进入成熟。

全球半导体产业发展历程

1.2半导体的产业链全景

半导体是许多工业整机设备的核心,普遍应用于计算机、消费类电子、网络通信、汽车电子等核心领域。半导体主要分为四部分:集成电路、分立器件、光电子器件、微型传感器,其中集成电路按其功能可分为微处理器、逻辑IC、存储器、模拟电路。其中集成电路占到整个市场的80%以上,可按其功能分为计算类、储存类和模拟类集成电路。

把整个半导体生产流程简化了看,我们可得出下图,芯片在出厂前主要经历了设计、制造阶段、封测,最后流向终端产品领域。

半导体生产流程

半导体产业链庞大而复杂,可以分为上游支撑产业链,包括半导体设备、材料、生产环境;中游核心产业链,包括IC设计、IC制造、IC封装测试;下游需求产业链,覆盖汽车电子、消费电子、通信、计算机。从产业链分布的公司来看:美国、日本、欧洲、台湾公司形成对上中游核心产业全覆盖,依靠技术自主可控垄断半导体产业。

半导体产业链全景图

从全球集成电路市场看,随着PC应用市场萎缩,4G手机市场逐渐饱和,全球集成电路市场的增长步伐放缓,但2018年全球集成电路销售额仍保持了15.94%的增长,达到4779.36亿美元。从1999年到2018年,全球半导体销售额从1494亿美元增长至了4779.36亿美元,年复合增长率为6.31%。

据金准产业研究团队统计数据显示,三星电子和苹果仍然是2018年两大半导体芯片买家,占全球市场总量的17.9%,与上一年相比下降了1.6%。受出货量和平均销售价格增长的推动,英特尔去年的半导体营收较2017年增长了13.8%。此外,其他主要内存芯片厂商去年的表现也较为强劲,包括SK海力士和美光。

二、计算类IC——硬核科技的代表

计算类芯片也称逻辑电路,是一种离散信号的传递和处理,以二进制为原理、实现数字信号逻辑运算和操作的电路,它们在计算机、数字控制、通信、自动化和仪表等方面中被大量运用。逻辑电路可以分为标准化和非标准化两大类。

纵观全球半导体,作为资金与技术高度密集行业,半导体目前形成深化的专业分工、细分领域高度集中的特点,逻辑IC作为半导体行业的核心,自上世纪末开始,近20年来持续保持增长态势,CAGR达到8.51%,2018年逻辑IC市场规模达到新高1093亿美金,约占全球半导体市场总值的四分之一。 

1999—2018全球逻辑IC销量及增速(亿美元,%)

金准产业研究团队了解到,目前世界范围内主流标准化逻辑电路有四种:CPU、GPU、ASIC、FPGA。由于西方国家电子信息化拥有先发优势,形成了对革命性产品的垄断,逻辑IC行业形成了较高市场准入门槛,四个主流领域多被欧美发达国家的电子巨头所控制。

全球大型逻辑IC公司分类

2.1 CPU

CPU从1971年发展至今已经有四十七年的历史了,提起CPU不得不说Intel公司的发展史就是CPU的发展简史。英特尔公司最早有三位创始人:罗伯特·诺宜斯、高登·摩尔、安迪·葛洛夫。集成电路技术的发展一直遵循摩尔定律,高登·摩尔就是摩尔定律创始人。

CPU是一块超大规模的集成电路,是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计算机软件中的数据。CPU的结构主要包括控制单元、运算器、高速缓存器、动态随机存取存储器四个部分,分别对应控制、运算、高速数据交换存储、短暂存储四个用途。

CPU微架构示意图

多年来,随着电子信息技术发展,CPU在集成电路领域仍保持强大的竞争优势,源于CPU诸多优势,其一CPU是通用类计算芯片,能适应不同应用场景,包括手机、汽车、工业制造、计算机等。其二性能上稳定性好、运算能力突出、功耗适中、开发周期相对较短、成本较低。

CPU可分为桌面CPU和移动CPU两大类。桌面CPU行业目前形成传统霸主英特尔与后起之秀AMD两强争霸的局面。

主要CPU公司介绍

工艺制程方面,目前CPU顶级的工艺制程为14nm,正在向10nm推进。AMD通过多年研发投入,从不同等级产品的核心数、基频、主频、缓存、工艺制程等多项技术参数上看已经不落后于Intel,但缺陷也是明显的,AMD产品工作主频往往产生较高发热量,功耗过大,反映了AMD追求低成本工艺制作与Intel追求极致工艺制作的较大差距。

应用领域上,CPU作为任何电子终端产品的核心部件,被大规模应用在个人PC、平板电脑、大型服务器、商用无人机、移动设备上。

CPU主要应用领域

移动CPU领域呈现一超多强的局面,美国高通公司一直在高端移动处理器市场中占据垄统治地位,至今这种优势依旧难以打破。其竞争对手主要包括美国苹果电脑、台湾联发科和韩国三星电子。

主要移动CPU公司介绍

2.2 GPU

由于CPU的架构中需要大量的空间去放置存储单元和控制单元,相比之下计算单元只占据了很小的一部分,所以它在大规模并行计算能力上极受限制,而更擅长于逻辑控制。但是随着人们对更大规模与更快处理速度的需求增加,CPU无法满足,因此诞生了GPU。

GPU是图形处理器,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,拥有很强的浮点运算能力。它与CPU有明显区别:一是相比于CPU串行计算,GPU是并行计算,同时使用大量运算器解决计算问题的过程,有效提高计算机系统计算速度和处理能力,它的基本思想是用多个处理器来共同求解同一问题,即将被求解的问题分解成若干个部分,各部分均由一个独立的处理机来并行计算。二是GPU的结构中没有控制器,所以GPU无法单独工作,必须由CPU进行控制调用才能工作,GPU更适合简单大量的处理类型统一的数据。

GPU可以解决的问题以及应用领域

虽然GPU是为了图像处理而生的,但是我们通过对GPU微架构示意图观察,认为GPU在结构上并没有专门为图像服务的部件,只是对CPU的结构进行了优化与调整,所以GPU也可以称为专用CPU。

GPU微架构示意图

谈到GPU,可能首先想到的是NVIDIA,这是一颗GPU领域的璀璨明星,NVIDIA成立于1993年,由黄仁勋等三人创办,从1995年开始推出自己的显卡NV1和NV2,但并不成功,真正让NVIDIA崭露头角的是1997年推出的RIVA128,这款显卡像素填充率为100Mpiexl/s,支持微软的Direct3D标准,在能效上超越了3Dfx的Voodoo和ATI的RagePro,加上价格低廉获得了很多整机厂的青睐,随后NVIDIA乘胜推出了RIVATNT及GeForce256,彻底将3Dfx和S3这些昔日的霸主抛在身后,此时唯一能与之相争的只有ATI的Radeon,ATI的Radeon系列与NVIDIA的GeForce系列的对抗直到2006年才罢场,AMD成功收购ATI,独立GPU市场形成NVIDIA和AMD两大巨头的格局。

从产品上来看,两家公司GPU特点和优势完全不同,这缘于研发思路存在差异:NVIDIA产品特点主要有四点:一是设计思路归于高性能、低功耗;二是性能强大,经常垄断高端旗舰级市场,高端N卡占据优势比较明显;三是支持PhysX、TXAA、FXAA等多个技术;四是驱动程序完善。

AMD的产品特点在于:一是芯片单一性能突出,功耗普遍较大;二是主打入门级的产品,性价比高,覆盖中低端市场;三是支持AMDEyefinity宽屏技术;四是挖矿性能相当突出。总之,N卡主要有低功耗、驱动成熟、追求极致性能,产品线完善等优势,A卡则主要是性价比相对更高,计算能力强,绘图、挖矿更有优势,画质较好,但高端产品线较少。

2.3 ASIC

近年随着以比特币为代表的虚拟货币市场的火爆,催生了一大批生产“挖掘”虚拟货币设备的矿机厂商,相较于我们常见的CPU、GPU等通用型芯片来说,ASIC芯片的计算能力和计算效率都直接根据特定的需要进行定制,所以其可以实现体积小、功耗低、高可靠性、保密性强、计算性能高、计算效率高等优势,特别适合矿机这种对芯片算力要求高、功耗要求小的特定应用领域。缺点是ASIC不同于GPU和FPGA的灵活性,定制化的ASIC一旦制造完成将不能更改设计要求高、初期成本高、开发周期长。

比特大陆蚂蚁矿机S15以及ASIC矿机芯片

由于挖矿属于边缘应用领域,AI仍是ASIC的主要应用领域,随着人工智能时代到来,传统的神经网络算法在通用芯片(CPU、GPU)上效率不高,功耗比较大,因此从芯片的设计角度来说,通用型往往意味着更高的成本。为了提升效率,降低功耗,ASIC应运而生。目前从全球范围来看,基于人工智能方向的ASIC领域并未出现“一家独大”的局面,反而呈现出国内外电子科技巨头、科研院所和国内初创型公司互相竞争的格局,国外以Google、IBM、Intel、斯坦福大学为首,国内有中星微电子、寒武纪科技、启英泰伦。

2.4 FPGA

通用处理器的摩尔定律已入暮年,而机器学习和Web服务的规模却在指数级增长。人们使用定制硬件来加速常见的计算任务,然而日新月异的行业又要求这些定制的硬件可被重新编程来执行新类型的计算任务。FPGA正是一种硬件可重构的体系结构,常年来被用作高计算领域专用芯片(ASIC)的小批量替代品。

FPGA指现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

FPGA内部结构图

FPGA能部分替代ASIC是有原因的,一是FPGA并行运算,二是硬件结构可变,三是运行中可更修改。

FPGA可小批量替代ASIC的原因

FPGA的核心优势,主要有五个方面:可编程灵活度高、并行运算效率高、开发周期较短、稳定性好、长期维护。

全球FPGA市场被国外四大巨头Xilinx(赛灵思),Altera(阿尔特拉已被英特尔收购)、Lattice(莱迪思)、Microsemi(美高森美)垄断。 
从产品上看,赛灵思公司多年来保持FPGA行业霸主地位,源于产品超强的竞争力,一是赛灵思FPGA在集成上不断突破,工艺制程一直保持领先,芯片效率高、功耗小。二是产品定位于高端市场,应用领域覆盖汽车、数据中心、消费类电子、高性能计算、医疗、有线通信等附加值高的行业。三是技术专利数量庞大,形成了抵御同业对手的天然壁垒。

2.5 DSP

除了以上四种主要标准化电路,非标准化逻辑电路也在各种应用领域被大量应用,DSP是应用领域比较广泛的一种。

区别于FPGA适用于系统高速取样速率、高数据率、框图方式编程、处理任务固定或重复、使用定点。适合于高速采样频率下,特别是任务比较固定或重复的情况以及试制样机、系统开发的场合。DSP,也称数字信号处理器,适用于系统较低取样速率、低数据率、多条件操作、处理复杂的多算法任务、使用C语言编程、系统使用浮点。适合于较低采样速率下多条件进程、特别是复杂的多算法任务。DSP是由通用计算机中的CPU演变而来的,和工业控制计算机相比,DSP这种单片机具有多重优势:一是系统结构简单,使用方便,实现模块化;二是可靠性高,可保持长时间无故障工作;三是处理功能强,速度快;四是控制功能强;五是环境适应能力强。

DSP内部结构图

DSP凭借卓越的性能,在图形图像处理,语音处理,信号处理等通信领域起到越来越重要的作用,被广泛应用于移动通信、电机控制、汽车毫米波雷达图像处理、测量仪表等领域。

DSP重要应用领域

目前,全球范围内上生产DSP的大型厂商包括德州仪器、亚德诺半导体、恩智浦半导体。

DSP主要公司介绍

依据DSP主流厂商产品的特点,可以预计未来DSP技术将向以下几个方面继续发展与更新:一是DSP芯核集成度越来越高,通过缩小DSP芯片尺寸,实现了DSP系统级的集成电路;二是为了面向复杂应用领域,可编程DSP芯片将成为未来主导;三是定点DSP仍占据主流,随着DSP定点运算器件成本的不断低,能耗越来越小的优势日渐明显,未来定点DSP芯片仍将是市场的主角。

总体上来看,通过对多种计算类芯片全方位对比,计算类芯片经过几十年的发展,CPU不再一枝独秀,多种新应用领域对复杂计算产生强大需求,由此产生专注于图像处理的芯片GPU;可以灵活编程,大幅缩短开发周期的芯片FPGA;进行了定制设计优化,在特定应用场景下功耗及量产成本较低的ASIC芯片;以及融合数字信号处理算法,专用于数字信号处理领域的DSP芯片等都得到了广泛的应用与快速的发展。

目前,计算类芯片已经形成了以CPU、GPU、FPGA、ASIC、DSP并行发展的新趋势,可以预见,随着未来5G通讯、传感器(MEMS)、可穿戴设备、物联网、工业机器人、VR/AR以及人工智能等新兴领域市场的发展扩大,对计算类芯片性能、技术、能耗等方面的需求将继续驱动各种计算类芯片在技术上得到更加快速的发展。

三、存储IC——现代信息技术的基石

存储器可以说是大数据时代的基石。存储器就类似于钢铁之于现代工业,是名副其实的电子行业“原材料”。计算机中的全部信息,包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。

从大类上看,存储器可以分为光学存储器、半导体存储器、磁性存储器。半导体存储器是目前最主要的存储器类别,以断电后存储数据是否丢失为标准,半导体存储芯片可分两类:一类是非易失性存储器,这一类存储器断电后数据能够存储,主要以NAND Flash为代表,常见于SSD(固态硬盘);另一类是易失性存储器,这一类存储器断电后数据不能储存,主要以DRAM为代表,常用于电脑、手机内存。除了NAND Flash和DRAM,还包含其他门类,例如Nor Flash、SRAM、RRAM、MRAM、FRAM等 。

存储器的分类

存储器行业属于强周期性行业,从历史表现上看,存储器行业总是处于交替出现的涨跌循环之中。存储器行业的波动剧烈,其产业周期强于电子市场及电子元器件市场整体的周期性,暴涨暴跌的情况可谓常态。

从产值构成来看,DRAM、NAND Flash、NOR Flash是存储器产业的核心部分。这缘于一方面性能不断提升的手机操作系统及日益丰富的应用软件极大地依赖于手机嵌入式闪存的容量;另一方面,万物互联等新技术的涌现推动数据量的急速膨胀。

主要存储器产品

受益于上述两因素,2018年全球半导体营收去年达4779.36亿美元,主要贡献来自于存储芯片。存储芯片占半导体总营收的比重从2017年的31%上升至了2018年的34.8%,占比最大。CAGR明显高于集成电路整体市场CAGR,从存储芯片内部结构看,DRAM占比57.1%,NAND Flash占比39.49%,NOR Flash占比3.41%。

3.1 DRAM

在半导体科技极为发达的台湾,内存和显存被统称为记忆体,即动态随机存取记忆体(DRAM),DRAM是最常见的存储器,只能将数据保持很短的时间。为了保持数据,使用电容存储,所以必须隔一段时间刷新一次,如果存储单元没有被刷新,存储的信息就会丢失。

DRAM是相对于SRAM而产生的,SRAM(静态随机存储器)是随机访问存储器的一种,这种存储器只要保持通电,里面储存的数据就可以恒常保持。SARM的优势是访问速度快、功耗非常低,缺陷是单位存储密度不足,成本较高,因而不适合用于更高储存密度低成本的应用,如PC内存。DRAM除了兼具SRAM特点外还拥有非常高的密度,单位体积的容量较高,因此成本较低,几乎适用于任何带有计算平台的个人消费类或工业设备,从笔记本电脑和台式电脑到智能手机和许多其他类型的电子产品等。

SRAM和DRAM内部结构图

随着CPU性能的不断提高,终端产品内存也需要逐步升级,高性能的内存搭配高性能的CPU才能最大的发挥它的价值与优势,DRAM发展到现在已历经了五代,从第一代SDRAM,到如今的第五代DDR4SDRAM。DRAM沿着传输速率更大,总线计时器更多,预读取量更大,数据传送速率更快,供电电压更小的方向发展。

SRAM、DRAM、SDRAM、DDR3、DDR4参数对比

DRAM传输速度跟随CPU性能提升不断提高

从行业上看,早期计算机应用占了整个DRAM产业高达90%份额,2016年开始伴随大容量智能手机崛起,手机逐渐取代PC成为DRAM产业的主流,同时云服务器DRAM需求涌现的带动是功不可没的推手,包括Facebook、Google、Amazon、腾讯、阿里巴巴等不断扩充网路存储系统,对于云存储、云计算的需求提升,都带动服务器DRAM需求起飞,目前DRAM行业一直被美韩三大存储器公司垄断,三星、海力
士、美光占据了全球市场的95%以上。

主要DRAM存储器公司

DRAM节点尺寸目前是由器件上最小的半间距来定义的,美光DRAM基于字线,三星和SK海力士则基于主动晶体管,美光科技、三星和SK海力士作为DRAM市场的主导厂商,这三家公司拥有各自的工艺节点。由于解决了这些技术节点问题,美韩三大厂商凭借领先的工艺水平拉开了与其它存储器厂商的差距。

3.2 NAND Flash

NAND Flash是Flash存储器中最重要的一种,其内部采用非线性宏单元模式,为固态大容量内存的实现提供了廉价有效的解决方案。NAND Flash存储器具有容量较大,改写速度快等优点,适用于大量数据的存储。

Flash的内部由金属氧化层、半导体、场效晶体管(MOSFET)构成,里面有个悬浮门(Floating Gate),是真正存储数据的单元。数据在Flash内存单元中是以电荷(electrical charge)形式存储的。存储电荷的多少,取决于图中的控制门(Control gate)所被施加的电压,它控制的是向存储单元中冲入电荷还是使其释放电荷。而数据的表示,以所存储的电荷的电压是否超过一个特定的阈值Vth来表示。对于NAND Flash的写入(编程),就是控制Control Gate去充电(对Control Gate加压),使得悬浮门存储的电荷够多,超过阈值Vth,就表示0。对于NAND Flash的擦除(Erase),就是对悬浮门放电,低于阀值Vth,就表示1。

Flash的内部存储结构

NAND Flash架构图

NAND FLASH内部依靠存储颗粒实现存储,里面存放数据的最小单位叫cell。每个储存单元内储存1个信息位(bit),称为单阶储存单元(SLC),SLC闪存的优点是传输速度更快,功率消耗更低和储存单元的寿命更长,成本也就更高。每个储存单元内储存2个bit,称为多阶储存单元(MLC),与SLC相比,MLC成本较低,其传输速度较慢,功率消耗较高和储存单元的寿命较低。每个储存单元内储存3个bit称为三阶储存单元(TLC),存储的数据密度相对MLC和SLC更大,所以价格也就更便宜,但使用寿命和性能也就更低。由于存储数据量的不用,导致SSD从可擦写次数、读取时间、编程时间、擦写时间存在差异。

闪存芯片存储原理

从工艺上看,NAND Flash可以分为2D工艺和3D工艺,传统的2D工艺类似于“一张纸”,但“一张纸”的容量是有瓶颈的,三星、英特尔、美光、东芝四家闪存大厂为了满足大容量终端需求,均开始研发多层闪存(3DNAND Flash),英特尔和美光引入市场的3DXpoint是自NAND Flash推出以来,最具突破性的一项存储技术,它通过单层存储器堆叠突破了2DNAND存储芯片容量的极限,大幅提升了存储器容量,因此技术3DNAND具备了四个优势:一是比2DNAND Flash快1000倍;二是成本只有DRAM的一半;三是使用寿命是2DNAND的1000倍;四是密度是传统存储的10倍。

除了传统存储巨头三星电子、SK海力士、美光科技,东芝和西部数据也是NAND Flash领域不可忽视的重要力量。

主要NAND FLASH公司

应用领域看,NAND-FLASH广泛应用于固态硬盘(SSD),固态硬盘按照存放数据最小单位bit来划分主要可以分为SLC-SSD、MLC-SSD和TLC-SSD三类。SLC-SSD具有高速写入,低出错率,长耐久度特性,主要针对军工、企业级存储。MLC-SSD和TLC-SSD固态硬盘的应用主要针对消费级存储,有着2倍、3倍容量于SLC-SSD,同时具备低成本优势,适合USB闪盘,手机等。

NAND FLASH主要应用领域

整体上来看,DRAM和NAND Flash占据了存储芯片市场96%以上的份额,NORFlash由于存储容量小,应用领域偏重于代码存储,在消费级存储应用上已出现被NAND闪存替代的趋势,目前仅应用于功能性手机,机顶盒、网络设备、工业生产线控制上。

由于存储行业终端用户的IT需求往往是综合计算、网络、存储三方面,广泛分布于所有对数据存储有需求的各行各业,涵盖了国民经济的大部分领域,市场规模和发展潜力巨大。

公司层面,由于未来以DRAM和NAND Flash为主导的存储器行业趋势仍将延续,海外存储器巨头三星电子、SK海力士、美光科技、西部数据、东芝凭借三个先发优势:国家资本支持,数量庞大的技术专利,对下游终端行业多年的渗透,控制了中高端存储器市场,未来仍将继续角逐存储器行业。