單車50顆！PMIC芯片國(guó)產(chǎn)替換，最大的機(jī)會(huì)在電動(dòng)車上

電源管理芯片作為模擬芯片中的一個(gè)大分類正受益于新能源產(chǎn)業(yè)的興起，尤其是汽車電動(dòng)化浪潮襲來(lái)后，整體需求呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。根據(jù)意法半導(dǎo)體此前公布的數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)汽車相比，一輛新能源汽車需要用到的電源管理芯片增長(zhǎng)近20%，達(dá)到50顆。

電源管理芯片在電動(dòng)汽車每個(gè)部分都能見到身影，各個(gè)域控制器，每塊MCU都需要電源管理芯片的支持。汽車成為電源管理芯片未來(lái)的增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力，F(xiàn)rost&Sullivan預(yù)計(jì)，全球汽車電源管理芯片市場(chǎng)將從2020年的17億美元增長(zhǎng)至2025年的21億美元。

中國(guó)電源管理芯片行業(yè)在2012年-2018年期間平均每年新增61家企業(yè)，2021年上半年，國(guó)內(nèi)電源管理芯片的國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到約24%，雖然效果顯著，但海外巨頭仍舊占據(jù)主導(dǎo)地位。在缺貨漲價(jià)及電動(dòng)汽車蓬勃發(fā)展的大環(huán)境下，電源管理芯片的國(guó)產(chǎn)替代又將迎來(lái)哪些新的機(jī)會(huì)？

在9月27日芯智庫(kù)【相約芯期二】第20期的“新能源汽車半導(dǎo)體在線研討會(huì)”上安波福半導(dǎo)體專家鞠峰在會(huì)上分享了電源管理芯片的發(fā)展路徑、技術(shù)趨勢(shì)以及在汽車應(yīng)用需求起來(lái)后，國(guó)內(nèi)廠商該如何抓住機(jī)遇等話題。

以下是鞠峰的分享內(nèi)容：

汽車各個(gè)部分都需要PMIC，不管是域控制，還是MCU。PMIC所屬的模擬芯片在過(guò)去20年間得到了快速發(fā)展，而電動(dòng)汽車未來(lái)是增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力，預(yù)計(jì)到2026年，PMIC將占汽車市場(chǎng)的30%。

根據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)組織（WSTS）在2020年年末公布的“產(chǎn)品分類2021”中的定義，電源管理芯片是指將電壓源轉(zhuǎn)換成可供其他集成電路使用的器件，以及控制輸出電壓能力的器件。這其中包括DC/DC、AC/DC等，一些為特定終端應(yīng)用設(shè)計(jì)的電源管理芯片應(yīng)歸類于特殊應(yīng)用模擬芯片中。PMIC中的類別有線性穩(wěn)壓器、開關(guān)式穩(wěn)壓器、參考電壓、BMS等。

汽車智能化、自動(dòng)化的當(dāng)下，各個(gè)部分都用到許多PMIC，如智能座艙、自動(dòng)駕駛、車身控制、域控制、車燈、BMS管理系統(tǒng)等。不僅每個(gè)MCU需要PMIC供電，每個(gè)ECU里面都有不同種類的PMIC。

根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)RESEARCH AND MARKETS的數(shù)據(jù)，2021年全球PMIC銷售額達(dá)到377億美元，預(yù)計(jì)到2028年將達(dá)到550億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)5.5%。另根據(jù)天風(fēng)證券報(bào)告，電源 IC增長(zhǎng)最大的是車載領(lǐng)域，復(fù)合年增長(zhǎng)率為9.0%。電動(dòng)化和自動(dòng)駕駛將成為驅(qū)動(dòng)力，特別是電動(dòng)汽車，Yole預(yù)計(jì)其到2026年將占汽車市場(chǎng)的30%，PMIC受其推動(dòng)增長(zhǎng)。此外Yole預(yù)計(jì)，到2026年，所有乘用車和80%的小型商用車至少配備Level1 ADAS，這也增加了對(duì)多通道 PMIC 的需求。我們回顧2002年1月到2021年11月的趨勢(shì)，IHS的數(shù)據(jù)表明，PMIC所屬的模擬芯片需求是不斷增加的，而MCU的增長(zhǎng)相對(duì)比較緩慢。

PMIC的主流制程還是在90nm-180nm的成熟工藝，其技術(shù)發(fā)展從一開始由IDM主控，到代工模式出現(xiàn)，如今有越來(lái)越多的代工廠轉(zhuǎn)而投入300mm晶圓，IDM也緊隨其后。

MCU的發(fā)展趨勢(shì)是向更先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)邁進(jìn)，現(xiàn)在進(jìn)入40nm節(jié)點(diǎn)，將來(lái)甚至?xí)?lái)到14nm。走大算力，高性能的SoC要用到更高端的先進(jìn)制程如7nm、5nm。對(duì)于PMIC來(lái)說(shuō)，還是停留在成熟制程，主流在90nm-180nm之間。

我們來(lái)回顧下PMIC的技術(shù)發(fā)展路徑：上世紀(jì)90年代整個(gè)PMIC技術(shù)主要掌握在IDM廠商手中，如TI、美信、ADI等；到2000年，IDM開始將一些成熟的PMIC技術(shù)轉(zhuǎn)移至代工廠，一些初創(chuàng)IC設(shè)計(jì)公司開始研發(fā)PMIC；到2010年，一些代工廠開始關(guān)注PMIC技術(shù)，開始與IDM合作開發(fā)一些特殊工藝，涉及高端的邏輯器件工藝由頭部廠家鉆研，而模擬器件大多聚焦在特色工藝的開發(fā)上；現(xiàn)在，IVR（Intergrated Voltage Regulator）也得到了廣泛的應(yīng)用，在芯片內(nèi)部集成更多的被動(dòng)器件。

在晶圓代工領(lǐng)域，格芯是全球第一家提供300mm BCD工藝的代工廠，也有越來(lái)越多的代工廠正在涌入，包括TI也是專注在300mm晶圓的開發(fā)上。

以格芯為例，早在2014年，格芯就能提供高端的工藝制程，如85V的BCD工藝，可以同時(shí)集成PLDMOS、NLDMOS等，同時(shí)還集成CMOS Baseline在里面。另外，格芯也提到了Ultra High Voltage的方案，對(duì)應(yīng)到汽車上就是一些高壓應(yīng)用。

PMIC的未來(lái)趨勢(shì)呈現(xiàn)高功率密度、低靜態(tài)電流、低電磁干擾、低噪聲、高精度、隔離、高功能安全這幾大方向。PMIC與主機(jī)廠、芯片廠商息息相關(guān)，這也是國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體發(fā)展機(jī)遇。國(guó)產(chǎn)企業(yè)要專注特色工藝開發(fā)，集成更多的功能，以此打造高性能器件來(lái)站穩(wěn)腳跟。

PMIC的未來(lái)趨勢(shì)第一個(gè)就是高功率密度。通過(guò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，電路和先進(jìn)封裝技術(shù)，使PMIC發(fā)熱量減少，體積縮小。第二個(gè)是低靜態(tài)電流。實(shí)現(xiàn)更低的待機(jī)功耗和快速響應(yīng)時(shí)間。第三個(gè)是低電磁干擾。改進(jìn)過(guò)濾器尺寸，降低成本，減少設(shè)計(jì)時(shí)間和復(fù)雜度。第四個(gè)是低噪聲和高精度，第五個(gè)是隔離，最后是功能安全。ISO 26262涉及到開發(fā)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方方面面。

目前國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體有些已經(jīng)拿到了體系認(rèn)證，甚至產(chǎn)品認(rèn)證，有些還在認(rèn)證中。但是未來(lái)想進(jìn)入汽車產(chǎn)業(yè)鏈，這些都是比較低的準(zhǔn)入門檻，安全永遠(yuǎn)是汽車的核心。

剛剛我們提到這么多的開發(fā)方向，有與代工廠合作的，也有與封裝廠合作的，最后我們還是要關(guān)注一些主機(jī)廠，貼近客戶，這其中還包括一些主流的MCU、SoC廠商，PMIC與其是息息相關(guān)的，這也是國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體發(fā)展的機(jī)遇。

我們可以分為幾個(gè)階段，第一個(gè)就是簡(jiǎn)單的替換，第二個(gè)是集成更多的功能，第三個(gè)要開發(fā)特色工藝，這個(gè)是對(duì)模擬器件，PMIC企業(yè)能夠保持競(jìng)爭(zhēng)力的根本，最后是基于上述三點(diǎn)，打造高性能產(chǎn)品，幫助國(guó)產(chǎn)廠商站穩(wěn)腳步，穩(wěn)扎穩(wěn)打。