移动终端应用处理器发展之路

中国信息化周报 / 2018年11月27日 16:08

手机

应用处理器是移动互联网终端的核心芯片,引导着移动互联网终端的发展方向,其性能的高低也是影响终端处理能力、体验感以及价格等级的主要因素。近几年,随着智能手机、平板电脑的广泛普及,移动互联网市场取得了长足的发展,同时中国移动互联网终端应用处理器产业也在快速发展。

应用处理器产业发展趋势

随着移动互联网终端应用处理器市场的不断增长,越来越多的半导体厂商看好这一领域的发展,国际半导体巨头也推出具有竞争力的产品,如Intel、Nvidia、Qualcomm、SamsungMTK等。

依托国内手机和平板电脑产业的快速发展,国内半导体企业也纷纷进入移动互联终端处理器芯片市场,按企业类型可以分成三类企业:传统手机芯片提供商,如展讯、联芯;消费电子终端处理器提供商,如中星微、君正、盈方微、瑞芯微、全志等;除此之外还有一些在机顶盒芯片、CMMB芯片等领域的企业也进入到或正准备进入到该市场中,如海思、创毅视讯等。

虽然中国移动互联网终端应用处理器产业在近几年快速发展,相关IC设计公司也有快速成长,但是与国际企业相比,无论是从产品性能还是市场占有率方面中国本土企业仍存在较大差距。

中国集成电路产业蓬勃发展的背后是产业环境的不断完善。基于集成电路对于国民经济和国家安全的高度重要性,政府对集成电路产业的发展给予了一贯的关注,先后制定了多项优惠措施(如表)。

除政策明确支持外,《集成电路产业“十二五”发展规划》的正式发布也为为中国集成电路产业的持续发展提供新的动力。移动互联网终端应用处理器领域是国内集成电路产业的重要组成部分。国家对于集成电路产业发展的扶持政策,对于移动互联网终端应用处理器行业的发展至关重要。

经过多年发展,中国已经成为全球移动互联网终端生产制造基地,其中智能手机产量占全球产量的60%以上。由于移动互联网终端制造是劳动密集型产业,国外终端品牌如Apple、Samsung、Nokia、Motorala等为了降低成本,纷纷在中国建设生产厂,或寻求富士康、东信等电子制造服务(EMS)企业代工。中国移动互联网终端的产量也随之迅速增长。在快速增长的终端产量的拉动下,国内移动互联网终端应用处理器市场规模也在逐年迅速扩大。2011年中国移动互联网终端应用处理器市场规模达到328.1亿元,同比增长232.9%。中国企业在技术积累、市场进入以及下游客户等方面与国际企业都有一定的差距,在2011年市场占有率仅为6%。 应用处理器产业发展方向

与传统PC处理器相比,移动互联网终端应用处理器在功耗、体积上有着非常高的要求,这是由移动终端电池续航能力和体积所决定的。未来移动互联网终端应用处理器技术将向以下几个方向发展。

产品工艺迈向28nm

智能手机功能的不断增多必将迫使应用处理器的集成度向更高方向发展,制造工艺向更低线程方向发展。目前,65nm、45nm线程的移动互联网终端应用处理器开始大规模商用,28nm产品也已研发成功。网络级芯片(NoC)的设计思想已开始进入集成电路设计领域,3D封装和系统级封装(SiP)将逐渐成为主流。总之,从工艺尺寸的角度来看,移动互联网终端应用处理器产品和多数芯片产品都将向更小尺寸工艺方向发展。

产品架构将以ARM为主

移动互联网终端应用处理器目前主要以ARM架构为主,而X86架构也有了较大的发展。作为全球领先的芯片IP和服务供应商,ARM的核心架构已经渗透入80%以上的智能手机中。随着Intel凭借Atom处理器进入移动互联网终端应用处理器市场,X86架构也将出现在该市场中,但其功耗相对较高。在可以预见的将来,移动互联网终端应用处理器的架构仍将以ARM为主。

芯片集成度不断提高

随着功能的不断丰富,移动互联网终端将更多的采用单芯片解决方案,这就使芯片集成度不断提高。例如智能手机的单芯片解决方案,将使主芯片数量由7片减少到4片,硬件架构大为简化,整机成本下降约15美元以上;其次,由于减少了额外的应用处理器芯片等,PCB面积会减少30%,智能手机将更轻、更薄;再次,单芯片智能方案使手机整体BOM减少140个器件,整体BOM数量下降约26%;第四,简化软硬件设计,协议栈和操作系统统一完整预置,将使智能手机设计更加简化。

产品将具更低功耗

低功耗一直是集成电路产品发展的主要方向之一。特别是移动终端产品,对降低功耗的需求就更加明显。降低微处理器功耗除了可以节能外,还能延长电池使用寿命。以智能手机单芯片解决方案为例,手机整体功耗可下降40%以上,特别是在多媒体业务方面,功耗降低约150mA,这将克服当前智能手机功耗大的缺陷。因此,低功耗将会是未来移动互联网终端应用处理器的主要发展方向之一。

应用处理器产业链重点环节

移动互联网终端应用处理器是中国集成电路产品中的一类,其产业链、产业模式与大多数芯片产品基本相同,都是先设计芯片,然后流片、封装,接着销售给下游IDH厂商或者终端厂商。终端厂商利用处理器生产出相应的智能手机和平板电脑产品,最后再销售给最终客户使用。这样一个产业运营模式几乎对绝大多数芯片产品都是适用的。下面将针对移动互联网终端应用处理器所处的集成电路产业链和下游需求进行相应的分析。

集成电路产业链构成

集成电路产业链主要由上游的IC设计、中游IC制造以及下游IC封装测试组成。企业类型主要包括IDM、Fabless、Foundry以及封装测试企业。其中,IDM企业的业务涵盖了芯片设计、芯片制造以及封装测试整个流程。Fabless即IC设计公司,其业务主要是进行集成电路的设计工作,之后将设计版图交给集成电路制造厂进行加工,再由制造厂将芯片交给封装厂进行封装测试。Foundry则是专业的集成电路制造商,为不同类型的IC设计公司加工符合客户的产品。

集成电路产业链各环节发展现状 (一) IDM发展现状

一般来讲,IDM与Fabless相比具有规模大,技术领先和市场掌控能力强等特点。首先,集成电路发展初期的企业大都属于IDM类型,IDM企业涉入芯片设计、生产制造、封装测试,有些企业还涉及芯片应用的整机产品,如IBM、Samsung、Sony等,此类企业规模庞大,整体投入巨大,由于不受上下游不稳定因素的影响,因此其抗风险能力强。

其次,IDM企业具有较完善的IP库和数量庞大的技术团队,无论是设计能力还是制造技术都处于领先地位。IDM是市场的发展过程中自然形成的,在长期的市场博弈中,这些企业几乎在整个半导体产业链上都拥有自己的产品,使得其市场掌控能力最强。以集成电路市场为例,目前世界半导体企业前10名的销售额已经占到了世界半导体市场的近50%,而这十家企业基本上都是IDM。

但是IDM也有一定的劣势,例如一次性投入规模巨大,投资风险较高,此外,由于业务规模庞大,经营业务的灵活性相对较差。

(二) Fabless产业发展现状

Fabless专门做IC设计,一般来说具有投资规模小、人员素质要求高、市场敏感性高等特点。首先,对于IC设计公司来说,只需要研发中心和测试实验室,无须购置大量的厂房和昂贵的生产设备,而人员方面也比较灵活,一般来说一个IC设计公司根据不同的业务规模,其人数从十几人到几百人不等,因此,Fabless具有投资规模小的特点。

其次,IC设计作为集成电路产业的前段环节,其技术含量最高,企业创新能力也最强,因此就需要素质较高的人员团队。最后,优秀的IC设计企业都具有较强的市场敏感性,Fabless模式可以专注的思考市场所需的产品,因此,一般情况下优秀的Fabless企业总能快速响应市场需求,推出适合市场发展的新产品。

(三) Foundry产业发展现状

Foundry是只负责芯片生产代工的工厂,一般来说具有投资集中、业务灵活和与上下游合作紧密等特点。

首先,Foundry主要专注于为IC设计公司加工制造他们的产品,主要集中在制造过程,因此其投资也主要集中在制造环节,Foundry的技术门槛相对较低,但投资较大,一般的8英寸和12英寸晶圆厂投资仍然高达几亿至十几亿美元。其次,Foundry不仅为Fabless公司制造产品,同时也为IDM厂商提供代工服务。客户的多元化使得Foundry可以根据自己的产能、工艺技术情况制造处理器、逻辑器件、存储器件以及模拟IC等产品。

最后,Foundry处于IC产业链的中间环节,主要业务是来自于IC设计公司,因此与上游设计公司存在紧密的合作关系,随着IC特征尺寸的越来越小,Foundry与设计公司之间的相互影响程度也会越来越深。

(四) 封装测试产业发展现状

封装测试是集成电路产业链的最后一个环节,作用是通过各种流程,将制作好的集成电路晶圆进行切割,并封装成为最终的集成电路产品。目前封装测试产业以外资厂商占主导地位,外资厂商主要有两种形式,分别是IDM的封装生产线和外资的封装代工厂,这二者中又以IDM厂商为主,这些厂商相对国内厂商在技术上有较大的领先优势。专业封装测试厂中中国台湾厂商较强,全球最大的封装厂日月光就是台湾厂商。

长电科技、华天科技、南通富士通和华润安盛是中国封装厂商中的传统四强,其中前三家企业是上市公司。除了这四家企业以外,还有一些规模较小的企业,这些企业一般规模不大,技术实力相对落后,产品也主要集中在中低端领域,目前来看,还不能够对这四家企业形成较大的威胁。

移动互联网终端应用处理器产业链各环节主要厂商

集成电路产业发展到今天,在产业链的各个环节都有众多厂商,因此对于移动互联网终端应用处理器厂商,尤其是开发移动互联网终端应用处理器的Fabless来说,在对于下游的Foundry厂和封装测试厂的选择上有很大自由度,一般可以把设计好的芯片产品放到多家Foundry和封装测试厂进行生产,以分散风险。也就是说,移动互联网终端应用处理器设计公司在产业链中整体上还是处于主动地位的,可以根据需求选择下游的生产厂商。

应用处理器产业发展战略建议

政府建议

(一) 尽快出台产业政策实施细则

“落实难”是18号文件执行过程中遇到的突出问题。国家已充分意识到这一问题,并在4号文件突出强调政策的细化与落实。18号文件规定:“各地人民政府和国务院有关部门要根据《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》的要求,抓紧研究制定相应的实施细则和配套政策,尽快组织实施。”4号文件则进一步强调:“各地区、各有关部门要高度重视,加强组织领导和协调配合,抓紧制定实施细则和配套措施,切实抓好落实工作。”

新政策不仅强调要“高度重视”、“抓紧制定细则”、“切实落实”、“确保实效”,更明确了督促政策实施的具体部门,可说是极大的注重实效。因此,建议国家有关部门按照4号文件的要求,尽快制定并实施相关配套政策,使落到实处。

(二) 继续深入探索制度创新

国务院4号文件重点提出了对制度创新的要求,对象涵盖了国家、地方、相关机构、以及行业企业等多个层面。具体来看,在国家层面主要包括增值税进项税额占用资金问题、国家规划布局内的集成电路设计企业享受所得税优惠政策的问题,集成电路封装、测试、关键专用材料企业以及集成电路专用设备相关企业给予企业所得税优惠的问题等。

在地方及相关机构层面,则包括设置创业投资引导基金、建立地方贷款风险补偿机制以及商业银行创新信贷品种等等。在企业层面,则包括加快完善人才激励机制等,因此,建议相关政府部门、机构与企业以国务院4号文件的要求作为出发点,加快相关制度创新的深度与广度,为集成电路产业的进一步发展创造良好的制度氛围。

企业建议

(一) 准确定位,细分市场找机遇

在移动互联网终端应用处理器市场逐渐发展的过程中,能在该市场取得一定成绩的企业除具有技术实力外,准确的产品定位也是成功关键所在。目前来看,应用处理器芯片市场竞争格局在不断变化,但是新兴企业特别是本土企业要想在该领域占据一席之地仍然有较大的难度。本土企业应根据自身产品技术明确市场定位,首先在国际竞争对手无暇顾及的中低端市场布局,待产品、技术、服务等能力逐渐完善后再进入利润更高的产品领域。

(二) 技术创新,完善系统解决方案

移动互联网终端应用处理器是系统核心芯片,在产品性能、功耗等方面都有较高的要求,而对于国内集成电路设计企业来说,对如智能手机、平板电脑这种相对复杂的系统级控制缺乏系统级解决方案及应用经验,因此国内企业在加强核心芯片产品性能的同时,也应该注重配套芯片整合,如移动通信芯片、射频芯片,电源管理芯片、无线连接芯片等。在移动互联网终端应用处理器竞争日趋激烈的情况下,如Qualcomm、MTK等国际厂商都越来越重视解决方案的完善,中国本土企业也应在价格优势的基础上提供更为优秀的系统级解决方案。

(本文摘自《中国移动互联网产业发展及应用实践》一书,由电子工业出版社出版)

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