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  芯片可以分為數(shù)字芯片和模擬芯片兩個(gè)大類，數(shù)字芯片主要進(jìn)行邏輯運(yùn)算，包括CPU、內(nèi)存芯片、和各種DSP芯片等;模擬芯片主要處理模擬信號(hào)，種類細(xì)且繁。包括模數(shù)轉(zhuǎn)換芯(ADC)、放大器芯片、電源管理芯片、PLL等等。

  模擬芯片是處理外界信號(hào)的第一關(guān)，所有數(shù)據(jù)的源頭是模擬信號(hào)，模擬芯片是集成的模擬電路，用于處理模擬信號(hào)。模擬信號(hào)是在時(shí)間和幅值上都連續(xù)的信號(hào)，數(shù)字信號(hào)則是時(shí)間和幅值上都不連續(xù)的信號(hào)。外界信號(hào)經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后，是模擬信號(hào)，在模擬芯片構(gòu)成的系統(tǒng)里進(jìn)行進(jìn)一步的放大、濾波等處理。處理后的模擬信號(hào)既可以通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器輸出到數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行處理，也可以直接輸出到執(zhí)行器。

一、模擬芯片的兩大主要用途

  1、信號(hào)鏈-連接真實(shí)世界與數(shù)字世界的橋梁。

  現(xiàn)實(shí)世界的信號(hào)鏈續(xù)的線性信號(hào)方式出現(xiàn)，比如輻射(光和顏色)、運(yùn)動(dòng)(位臵、速度和加速度)、聲音、壓力等，而在數(shù)字世界中信號(hào)是瞬時(shí)變化的，比如數(shù)字芯片僅能識(shí)別0伏狀態(tài)或五伏狀態(tài)，而不識(shí)別介于兩者之間的信號(hào)，因此需要由傳感器收集信號(hào)，然后模擬芯片將這類可量化的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)(0和1)，再交由數(shù)字芯片處理。主要包括三大類，即線性產(chǎn)品放大器等)、轉(zhuǎn)換器(ADC等)、接口。

  2、電源鏈-管理和分配電源。

  電源鏈產(chǎn)品可以提供電路保護(hù)，并為內(nèi)部的各種組件提供穩(wěn)定、適當(dāng)?shù)碾妷汉碗娏鳎浒ㄋ拇箢?，一是以市?/span>AC為電源的AC/ DC芯片、二是以電池DC為電源的電池管理芯片、三是通用負(fù)載解決方案(DC/DC轉(zhuǎn)換)、四是特殊負(fù)載解決方案(LED驅(qū)動(dòng)為代表)。

  模擬下游應(yīng)用市場(chǎng)占比基本穩(wěn)定，2020年通信(36%)>汽車(24%)>工業(yè)(21%)>消費(fèi)(18%)，市場(chǎng)規(guī)模分別為通信201億美元、汽車135億美元、工業(yè)114億美元、消費(fèi)99億美元。其中汽車近年略有提升，從2014年的20%提升到2020年的24%;消費(fèi)略有下滑，從2014年的23%下降至18%。

  行業(yè)格局穩(wěn)定，TI、ADI為雙龍頭。TI(強(qiáng)于電源鏈和ADI(強(qiáng)于信號(hào)鏈)為模擬市場(chǎng)雙龍頭，2020年分別占模擬市場(chǎng)的19%、9%，2020年CR6=52%。模擬市場(chǎng)具備產(chǎn)品具備“常青樹”特性，加之下游應(yīng)用分散，因此客戶粘性極強(qiáng)，行業(yè)格局穩(wěn)定，行業(yè)內(nèi)部的格局變化多來自于兼并收購。

二、模擬芯片特點(diǎn)

  1、應(yīng)用領(lǐng)域繁雜:模擬集成電路按細(xì)分功能可進(jìn)一步分為線性器件(如放大器、模擬開關(guān)、比較器等)、信號(hào)接口、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、電源管理器件等諸多品類，每一品類根據(jù)終端產(chǎn)品性能需求的差異又有不同的系列，在現(xiàn)今電子產(chǎn)品中幾乎無處不在。

  2、生命周期長(zhǎng):數(shù)字集成電路強(qiáng)調(diào)運(yùn)算速度與成本比，必須不斷采用新設(shè)計(jì)或新工藝，而模擬集成電路強(qiáng)調(diào)可靠性和穩(wěn)定性。一經(jīng)量產(chǎn)往往具備長(zhǎng)久生命力。

  3、人才培養(yǎng)時(shí)間長(zhǎng):模擬集成電路的設(shè)計(jì)需要額外考慮噪聲、匹配、干擾等諸多因素，要求其設(shè)計(jì)者既要熟悉集成電路設(shè)計(jì)和晶圓制造的工藝流程，又需要熟悉大部分元器件的電特性和物理特性。加上模擬集成電路的輔助設(shè)計(jì)工具少、測(cè)試周期長(zhǎng)等原因，培養(yǎng)一名優(yōu)秀的模擬集成電路設(shè)計(jì)師往往需要10年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。

  4、低價(jià)但穩(wěn)定:模擬集成電路的設(shè)計(jì)更依賴于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)5與數(shù)字集成電路相比，在新工藝的開發(fā)或新設(shè)備的購置上資金投入更少，加之擁有更長(zhǎng)的生命周期，單款模擬集成電路的平均價(jià)格往往低于同世代的數(shù)字集成電路，但由于功能細(xì)分多，模擬集成電路市場(chǎng)不易受單一產(chǎn)業(yè)景氣變動(dòng)影響，因此價(jià)格波動(dòng)幅度相對(duì)較小。

三、一年數(shù)字，十年模擬

  與數(shù)字芯片依賴工具、軍團(tuán)作戰(zhàn)不同，模擬芯片設(shè)計(jì)極度依賴工程師個(gè)人經(jīng)驗(yàn)。

  從晶體管規(guī)模看，數(shù)字芯片遠(yuǎn)大于模擬芯片，但這并不意味著模擬芯片設(shè)計(jì)難度更低。恰恰相反，數(shù)字芯片能夠通過“軍團(tuán)式”作戰(zhàn)較快的堆疊出芯片，而模擬芯片則更依賴于工程師個(gè)人，通常一名工程師3-5年才能找到感覺，10年以上才能在某一領(lǐng)域擁有足夠的經(jīng)驗(yàn)，因此模擬工程師常被戲稱為“老中醫(yī)”。

四、模擬芯片極度吃經(jīng)驗(yàn)的主要原因

  1、與數(shù)字追求運(yùn)算速度與成本的平衡不同，模擬芯片需要平衡的因素很多，比如信號(hào)鏈需要考慮信噪比/失真/濾波能力/漂移/能耗/可靠性/穩(wěn)定性，電源鏈需要考慮效率/精度和漂移/紋波/電磁干擾/動(dòng)態(tài)響應(yīng)/安全性/可靠性/穩(wěn)定性。

  2、數(shù)字芯片的設(shè)計(jì)過程高度流程化，能夠使用到很多規(guī)范化的EDA設(shè)計(jì)工具、IP等。而模擬芯片實(shí)現(xiàn)同一功能能夠有多種路徑實(shí)現(xiàn)，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

  3、模擬芯片寄生效應(yīng)較多+同一功能的實(shí)現(xiàn)路徑較多A因此仿真無法覆蓋所有場(chǎng)景，只有通過流片后看到真是表現(xiàn)再做調(diào)整。

  因此模擬芯片的設(shè)計(jì)過程，是一個(gè)反復(fù)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、迭代的過程，工程師在經(jīng)驗(yàn)積累過程中形成的“感性直覺”往往是不能用公式、甚至語言描述的。而這些經(jīng)驗(yàn)，需要實(shí)打?qū)嵶鲞^多個(gè)項(xiàng)目，經(jīng)歷流片、封測(cè)和量產(chǎn)，從眾多坑中爬出來才能積累。