半导体投资指南之SoC芯片

SoC芯片(System on Chip)又称系统级芯片,片上系统,简单的理解就是把几种不同类型的芯片集成到一块芯片上,比如把CPU、GPU、存储器、蓝牙芯片等集成到一个芯片上。如果说CPU是大脑,那么SoC芯片就是大脑、心脏、眼睛和手的系统。通常,SoC芯片中包含一个或多个处理器、存储器、模拟电路模块、数模混合信号模块以及片上可编程逻辑。SoC芯片可以有效地降低电子/信息系统产品的开发成本,缩短开发周期,提高产品的竞争力。

SoC按指令集来划分,主要分x86系列(如SiS550) 、ARM 系列(如OMAP) 、M IPS系列(如Au1500 ) 和类指令系列(如M 3Core)等几类,每一类都各有千秋。
主要厂商有:高通、海思、联发科、三星、紫光展锐等。国内上市公司有:博通集成、富瀚微、国科微、恒玄科技、晶晨股份、乐鑫科技、瑞芯微、全志科技等。

行业特点:
⚫模块多,复杂度高。
SoC 上集成了 CPU、GPU、RAM、ADC/DAC、Modem、高速 DSP 等各个功能模块,部分
SoC 上还集成了电源管理模块、各种外部设备的控制模块,同时还需要考虑各总线的分布利用等。例如,平板应用处理器除了需要集成 CPU、GPU、VPU外,还需要集成液晶屏显示接口以及音频 ADC、DAC 模块。
比如,卫星导航SoC芯片集成射频芯片和基带芯片:

手机上的SoC芯片,包括:中央处理器CPU、图形处理器GPU、基带Modem、处理摄像头的ISP模块、音频模块:

恒玄科技的智能音频 SoC 芯片集成了多核 CPU、蓝牙基带和射频、音频 CODEC、电源管理、存储、嵌入式语音 AI 和主动降噪等多个功能模块,是智能音频设备的主控平台芯片。

SoC需要集成度非常高地处理音频、视频、蓝牙等等不同媒介的信息,所以对研发设计、制造工艺以及软硬件协同开发技术的要求较高。在SoC设计中,仿真与验证是SoC设计流程中最复杂、最耗时的环节,约占整个芯片开发周期的50%~80% ,采用先进的设计与仿真验证方法成为SoC设计成功的关键。
⚫依赖IP核
IP 核(Intellectual Property Core),即知识产权核,在集成电路设计行业中指已验证、可重复利用、具有某种确定功能的芯片设计模块。IP 核可以划分为CPU、GPU、DSP、VPU、总线、接口、工艺物理库等7个类别,各类别 IP 核的主要功能如下:

由于SoC芯片集成很多个模块,每个模块都由自己开发是不划算的,成本也太高,所以出现专门卖IP核的第三方。
瑞芯微一边自主研发 IP 核,包括视频编解码(VPU)、图像处理器、显示控制器、存储器
接口及处理单元、电源管理单元(PMU)等,另外向外采购基于 ARM 架构的 CPU、GPU等通用模块 IP 核。
晶晨股份IP核的主要供应商是ARM。

⚫迭代速度快
比如我们的手机,一年就可以出一个大的新版本。迭代速度快,产品生命周期越来越短,市场竞争也越来越激烈。
所以,SoC芯片需要对市场有很敏锐的感觉,能够提前预判好,进行精准布局。
很多上市的Soc芯片公司,就抓住了一波大机会,很多市场机会都错失掉,因为市场更新换代快,太难了。
瑞芯微抓住了平板电脑的机遇, 晶晨股份抓住了机顶盒市场的机会,国科微是村村通用的卫星电视,富瀚微是模拟监控摄像头用ISP芯片,博通集成抓住了2019年汽车ETC的机会。但是呢,市场大潮一过,业绩就会下滑严重。

⚫先进工艺非常重要
制程工艺是指芯片内电路与电路之间的距离、金属线的宽度。更先进的制程工艺,意味着更高的电路密度,在同样大小面积的芯片中,可以容纳密度更高、功能更复杂的电子元器件。SoC技术的发展与进步,要靠工艺技术的不断改进,使得元器件的尺寸不断缩小,功耗不断降低,集成度不断提高,性能持续提高。在摩尔定律的作用下,工艺制程不断提升,从 0.35μm、
0.18μm、0.13μm、65nm、40nm、28nm、22nm、14nm 一直发展到当今前沿的7nm。
国内很多还在28nm以上,少部分采用14nm,国外的苹果iPhone 12搭载的A14处理器已经采用台积电5nm工艺打造。

⚫投资要点

选择具有先进制程工艺的。比如 恒玄科技的蓝牙音频芯片,采用28nm制程,虽然不如苹果的16nm,但是高于高通的40nm和联发科的55nm。当然,这并不是说高通的芯片比恒玄科技差。只是说具有先进制程工艺的SoC企业未来潜力更大。

晶晨股份的三类产品均已采用行业内最先进的12nm工艺,均支持 4K、8K 解码能力,并且在推向 7nm 的技术进程。 可以预期其产品的竞争力会得到增强,未来毛利率会提升。
而目前最先进的制程只有台积电和三星有能力实现。因此,还可以看芯片企业的晶圆代工厂:台积电优于中芯国际、华虹半导体等。
下游是正处于发展初期、增长潜力非常大的领域,比如TWS 、汽车电子。如果是机顶盒或者平板电脑这些已经成熟领域,增长空间不大。所以,做TWS主控芯片的恒玄科技近几年营收高增长,而全志科技、富瀚微、国科微等则露出疲态。所以,大家都争相布局汽车电子这个未来最具前景空间最大的领域。
产品能够矩阵化,不仅仅是布局多个领域,而且是收入能够多元化,在多个芯片领域能够都具有稳定收入,这样 能够持续高增长。目前很多短期高增长的,其实都依赖单一市场,长期的风险较大,比如 乐鑫科技就靠 Wi-Fi MCU 通信芯片、恒玄科技则是TWS耳机。

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发表时间 2021-03-12 00:00

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