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芯片产业应对启示(上):全球芯片行业合作紧密,华为将如何应对上游供应?

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20 李颖诗 ? 2019-07-12 16:20:48  来源:前瞻产业?#33455;?#38498; E5472G0

目前,全球芯片产业发展主要为IDM模式和垂直分工模式。我国的芯片企业主要以垂直分工模式为主。供应链上各个环节独立分工,华为作为中游领域无晶圆制造的设计企业,其芯片设计依赖上游的EDA工具及IP核,将芯片设计出后再通过晶圆代工厂制造出不同应用领域的芯片产品。

全球芯片产业两种发展模式,华为向美企采购达50亿美元

全球芯片产业主要有两种发展模式:IDM(Integrated Device Manufacture,集成器件制造)模式和垂直分工模式(主要包括Fabless(无晶圆制造的设计公司)+Foundry(晶圆代工厂)+OSAT(封装测试企业)),另外还有IP核(Intellectual Property Core)提供方等)。

IDM模式涵盖设计、制造、封测等整个芯片生产流程,这类企业一般具有规模庞大、技术全面、积累深厚的特点。而垂直分工模式中则是芯片设计、芯片制造、芯片封装测试环节分离,IP核供应商提供专业的知识产权模块,设计公司(Fabless)直?#29992;?#23545;客户需求,但只从事设计,将制造和封装测试外包,即晶圆代工厂(Foundry)、封装测试企业和IP核供应商为设计公司服务。

图表1:全球芯片产业发展模式

根据 Gartner的统计数据显示,2018年全球芯片行业主要为IDM模式的芯片巨头企业所垄断。第一名的三星凭借758.54亿美元的营收,占全球芯片行业的15.9%;其?#38382;?#33521;特尔,实现658.62亿美元的营收,市占率为13.8%;第三为SK海力士,营收占整体的7.6%。

图表2:2018年全球芯片行业竞争格局(单位:%)

虽然华为海思近年来发展迅猛,但综合整个芯片行业,海思未能进入全球前十强。华为作为芯片设计企业,供应链上游包括原材料硅片、设备、EDA、IP核;中游为芯片设计、制造和封测;下游则?#21069;?#19981;同应用领域划分的芯片产品。目前华为在产业上一些关键的领域依然大量依赖美企供应。据统计,2018年华为在半导体细分子行业分立器件和集成电路上向美国供应商共采购了高达50亿美元,其中存储器采购额超过45亿美元。

图表3:2018年华为在集成电路、分立器件领域向美企采购情况(单位:百万美元)

图表4:华为芯片供应链情况

另外,在整个供应链上,IP核是具有知识产权的、功能具体、接口规范?#30446;?#20197;在多个集成电?#20998;?#37325;?#35789;?#29992;的功能模块,是实现系统芯片的基本构件;而EDA是芯片结构设计的主要依靠。这两个作为芯片供应链上游的核?#27169;?#23545;华为芯片的设计起着极其关键的作用。

EDA遭美企垄断,华为积极联系国内供应商

EDA是电子设计自动化软件的简称,为芯片产业链最上游、最高端的子行业,利用EDA工具,芯片的电路设计、性能分析等整个过程都可以由计算机自动处理完成。目前,能涵盖整个芯片设计和生产环节的EDA提供商只有楷登电子科技Cadence和新思科技Synopsys,全球芯片龙头企业都需要向这两家公司采购软件和服务。我国企业目前与EDA三大巨?#20998;?#38388;存在较大的技术差距。国内EDA市场,有95%以上的份额是被国际供应商占据。

图表5:全球EDA行业竞争格局(单位:%)

根据华为供应链情况及彭博社数据显示,2018年海?#21450;?#23548;体的EDA主要向楷登电子科技Cadence购入服务,采购金额达到4105万美元,华为对该公司的业务营收占比为1.92%。由于EDA工具和芯片工艺制程高度相关,随着制程进步而不?#32454;?#26032;升级。若EDA厂商停止向华为提供服务,华为的EDA工具在证书?#34892;?#26399;内仍可继续使用,但无法获得EDA厂商支持进行升级换代,对于华为后期技术发展将带来一定影响。

图表6:2018年华为芯片供应链上游EDA采购情况(单位:%,万美元)

虽然,华为在芯片设计的EDA领域上短期依然可控,但长期受影响性较大。目前,我国EDA领域三大巨头华大九天、芯禾科技以及广立微电子对华为芯片设计上游EDA的自给率不足1%,受华美?#24405;?#30340;影响下,必将加速国内EDA巨头的研发进程,华为也将加大对国内潜在供应商的发掘与培育。

图表7:华为芯片供应链上EDA领域国内替代厂商

IP核依赖ARM架构授权,华为积极联系国内供应商

IP核即知识产权核,是用于ASIC或FPGA中的预先设计好的电路功能模块。利用IP核设计电子系统,引用方便,修改基本元件的功能容易。目前,高通、三星以及华为等全球知名芯片厂商的芯片架构都源于ARM。其中,?#36824;?#39640;通、三星是指令集授权;华为是架构授权,且已拥有最新的商用架构ARM V8架构的永久授权。若ARM停止服务,华为仍能采用ARM V8及之前公版架构进行设计,但未来无法使用ARM推出的?#24405;?#26500;,影响其行业竞争力。

图表8:2018年华为芯片供应链上游IP核情况

?#23548;?#19978;,华为海思大部分IP都实现了自主设计,但手机芯片IP主要来自ARM。未来,华为或将在ARM V8架构基础上进行自主研发,对该架构独立完成升级工作,如华为最新推出的手机搭配的达芬奇架构,其就是基于ARM架构,但在ARM架构基础之上研发的NPU。华为也将可能选择开源的RISC-V和Imagination的GPU核作为备选方案。

图表9:华为芯片供应链上IP领域应对策略

以上数据及分析来源参考前瞻产业?#33455;?#38498;发布的《中国芯片行业市场需求与投资规划分析报告》。

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