邁入21世紀后，我國頒布了一系列集成電路扶持政策，電源管理芯片屬于國家重點支持和鼓勵的關鍵產品，不少本土廠商順勢崛起，在各個細分領域大展身手。近些年，因為受到持續緊張的地緣政治局勢以及不斷反復疫情的影響，在加劇全球“缺芯”潮的同時，進一步加快了我國電源芯片行業的發展，越來越多的企業投身于此。
目前，我國在電源芯片細分領域已涌現了晶豐明源、圣邦股份、思瑞浦、芯朋微、賽微微、英集芯等一大批領先企業。其中，就有近些年默默耕耘、踏踏實實，取得一系列技術突破的上海芯龍半導體技術股份有限公司（簡稱“芯龍技術”）。
但最近，模擬芯片巨頭德州儀器宣布了極富野心的芯片擴產計劃，在很多分析人士看來，這無疑會給國內這些國內的電源芯片廠商帶來巨大的挑戰。
“TI們”把持的市場
電源管理類模擬集成電路一般簡稱“電源芯片”，主要負責電子設備所需的電能變換、分配、檢測等管控功能，廣泛應用于各類電子產品和設備中，其性能優劣對電子產品的性能和可靠性有著直接影響，是模擬芯片最大的細分市場。
依據輸入電源屬性、工作原理、耐壓高低、輸出功率、輸出電源屬性、電源轉換方式、開關頻率等主要參數或技術指標，電源芯片可以分成以下幾類（不包括驅動控制類、保護類、負載開關驅動類等非獨立完成電源管理主要功能的輔助類電源芯片）：
其中，AC-DC 電源芯片一般用于直接使用交流市電供電的電子產品或設備中，例如電源適配器、開關電源模塊、充電器、LED 照明驅動等領域；線性降壓電源芯片（LDO）僅能實現降壓變換，大多用于輸入輸出壓差和輸出功率較小的領域；DC-DC 電源芯片功能多樣，可實現降壓、升壓、升降壓和負壓等變換，可輸出恒壓、恒流、恒壓+恒流等模式，廣泛應用于各類電子產品或設備中。
近幾年，工業物聯網、5G通訊、新能源汽車、人工智能、智能制造等新興行業快速發展，帶動著電源芯片的需求日益旺盛。根據國際市場調研機構 Transparency Market Research 分析，2026 年全球電源管理芯片市場規模將達到 565 億美元，預計 2018-2026 年期間的年復合增長率為 10.69%。
從目前全球電源芯片的競爭格局來看，這個市場主要被德州儀器、亞德諾、英飛凌等國外模擬芯片巨頭占據，雖未形成壟斷，但市場集中度較高。IC insights數據顯示，2019 年全球前十大模擬集成電路設計企業合計市場占有率高達 67%，其中，德州儀器以102億美元的模擬芯片銷售額和19％的市場份額位列第一。電源芯片市場在其中也有著類似的現狀。
圖片來源：IC insights
其實，從2017年開始，全球前十大模擬廠商就幾乎沒有發生很大的變化，TI、ADI連續三年穩居前兩名，其余廠商也無一出局。那么在電源芯片方面，他們究竟有何優勢，可以穩坐前十寶座？據筆者獲悉，這主要包括以下幾個方面：
高電壓
耐壓是DC-DC電源芯片生產制程工藝的核心指標，也是行業常用的分類標準。當功率固定時，提升電源芯片的工作電壓可降低損耗，而高耐壓產品在兼容低耐壓產品所有應用領域的同時，還可應用于工作電壓更高的領域，因此電源芯片的耐壓越高，應用領域越廣，例如新能源汽車、通信基站等電池電壓達到48V，卻需要耐壓100V的電源芯片為之供電。
但高電壓就意味著廠商不僅需要設計低損耗的功率管驅動電路，還要強化芯片的可靠性、提高散熱能力和熱穩定性，更重要的是開發特定的晶圓制造工藝。因此，耐壓越高，電源芯片的設計難度也就越大。
在DC-DC電源芯片領域，德州儀器、美國芯源、矽力杰等國外廠商的產品最高工作電壓已達100V，而國內廠商產品的最高工作電壓一般為 40V 以下，部分產品可達60V，部分如芯龍技術等國內少數企業的最高工作電壓或耐壓已經可以達到 100V。
大電流
眾所周知，電源芯片的輸出電流越大，其輸出功率也就越大。大電流產品在兼容小電流產品所有應用領域的同時，可應用于對電源芯片輸出電流要求更高的領域，因此電源芯片的輸出電流越大，應用領域越廣，例如激光照明設備的工作電流一般在10A 以上，需要大電流輸出產品為之供電。
但需要注意的是，在內部電阻不變的情況下，電源芯片的損耗也與輸出電流的平方成正比，換句話說，輸出電流越大損耗越高，并且還可能因芯片發熱量過大而影響芯片的性能和可靠性。同時，常規的封裝工藝難以滿足電源芯片對熱阻低、可靠性高、性價比高的綜合要求。種種 因素限制下，輸出電流越大，DC-DC電源芯片的設計難度也就越大。
目前，德州儀器產品的最大輸出電流為10A，但國內廠商產品最大輸出電流大多僅達6A，而芯龍技術產品的最大輸出電流可以達到12A。
大功率
功率密度指單位體積的芯片能夠輸出的最大功率，功率密度越大，芯片的驅動能力越強，能夠應用于對于電源芯片輸出能力要求更高的領域，例如汽車音響、車載電臺等設備一般需要 75W 以上的電源芯片為之供電。
但功率密度越大，芯片內部的損耗和溫升也會隨之增大，需要提高芯片的轉換效率和散熱能力以保證產品能夠正常工作，設計難度較大。同時還要求芯片設計企業在芯片的電路設計、封裝和系統設計方面融合創新，即需要在精通電路設計的基礎上，熟悉晶圓制造和封裝測試工藝。
目前，在這方面，國外廠商產品最大輸出功率為 50W 左右；國內廠商產品的最大輸出功率大多僅30W左右，而芯龍技術產品則達到了單顆芯片最大輸出功率100W的國際領先水平。
IDM模式
IDM即設計、制造、封裝一體化的生產模式，目前近六成的模擬龍頭都選擇以 IDM 模式來進行生產。原因在于，IDM 的生產模式可以幫助廠商快速調整產能、持續降低生產成本、提升自身工藝，同時通過對直銷的強化可以避免將部分利潤讓渡給代工廠，從而實現降本增效。
我們都知道，模擬芯片重在設計與制造的有效結合，強調安全而精確地實現單一功能，因此相比數字芯片對先進制程的持續追求，模擬芯片更追求產品的穩定性。隨著模擬芯片產業的長期發展，廠商之間的競爭也將會趨于成本控制和料號擴充。而在 IDM 模式下，廠商不僅可以通過合理調整自建產能持續優化成本，以提供更有競爭力的售價；還可以通過自有產線打磨自身工藝，進而提供較高端的產品設計和工藝水平。這些都有利于模擬芯片廠商的長期發展。
但IDM模式需要巨大的資金投入，僅晶圓廠的建設就需要數十億甚至百億，對于還處在起步階段的國內廠商來說負擔過重，因此目前國內廠商大多采取設計+代工的 fabless 模式，這種模式雖然可以讓廠商專注于設計環節，但顯然從模擬芯片的產品特點和商業邏輯來說存在一定的局限性。
但即使如此，國產電源管理芯片廠商依然一往無前。
國產廠商的“披荊斬棘”
當前，我國電源芯片市場規模穩步擴張，前瞻產業研究院數據顯示，2020年模擬芯片業務市場規模約1451.07億元，電源芯片作為模擬芯片的重要細分領域，初步統計2020年業務規模763億元，占模擬芯片市場規模的50%以上。
圖片來源：前瞻產業研究院
雖然國內市場長期被國際廠商占據絕大部分份額，但已有晶豐明源、圣邦股份、思瑞浦、芯朋微、賽微微、英集芯等本土廠商加入戰局，爭奪份額；也有像芯龍技術之類專注于中高電壓、中大功率DC-DC電源芯片等細分領域的企業異軍突起。
回顧國內電源芯片產業數十載的發展，可謂風雨兼程，終見彩虹。
2000年以前，國內電源管理芯片行業處于萌芽發展階段，該階段企業多以中外合資公司為主，布局電源管理芯片業務。隨著2000年《鼓勵軟件產業和集成電路產業發展的若干政策》的發布，集成電路確定為中國戰略性產業之一，加上中國通信及工業等產業的發展，國內以圣邦股份、富滿電子、晶豐明源、芯朋微等為代表的優勢企業紛紛成立，國內電源管理芯片開始進入了起步發展階段。
此后，伴隨著《進一步鼓勵軟件產業和集成電路產業發展的若干政策》、《新時期促進集成電路產業和軟件產業高質量發展的若干政策》（國發（2020）8 號）等國家政策的陸續出臺，以及發展環境逐漸優化、企業研發投入增加、中美貿易摩擦加劇等多種因素影響下，國產化和進口替代推動行業進入快速拓展階段，國內電源芯片企業市場地位、市場認可度及競爭力不斷提升。2017年我國迎來了電源芯片廠商的上市高潮期，圣邦股份、富滿電子等均在2017年獲得上市，此外芯朋微等代表企業也于2020、2021年接連上市。
圖片來源：前瞻產業研究院
但這發展過程顯然也是幾多艱辛，本土廠商頂著設計技術門檻高、人才短缺、不被終端客戶認可等壓力艱難起步。
設計技術門檻高
電源芯片的設計難點在于，研發必須同時結合電路設計和晶圓、封裝制程工藝的開發，必要時需要反復試驗、試錯迭代，才能保證產品的性能參數達到技術要求，故產品設計研發周期長、技術門檻較高，典型特點是“深積累、慢發展、重技術、長周期”。德州儀器等國外巨頭在該領域起步較早，擁有較強的先發優勢，形成了較高的市場和技術壁壘。
人才短缺
電源芯片不同于數字芯片，需要的是長年累月的技術積累，產品研發也是更多地依賴于工程師的技術和經驗，而不在于使用先進的EDA 軟件工具與IP的疊加等因素，這些特點決定了明星工程師的“單兵作戰能力”對于電源芯片產品研發至關重要。
但是，優秀的模擬工程師需要經過多年培養，原因在于模擬電路門檻相當之高，研發周期至少3-5年以上。更重要的是，國內電源芯片市場長期為國際跨國巨頭壟斷，歐美日廠商占據超80%的市場份額，龐大的份額之下國內芯片研發人才流失也隨之更為嚴重。換句話說，人才之爭讓國內電源芯片行業，尤其是高耐壓、大電流、大功率DC-DC電源芯片研發技術人才稀缺，因此人才問題成為本土廠商最大的瓶頸。
面對這樣的難題，本土廠商也是“各出奇招”。其中，晶豐明源主要采取對外股權投資以及引進、培養優秀人才等方式，其收購或投資的公司包括上海萊獅、上海芯飛、類比半導體、爻火微電子、凌鷗創芯等，覆蓋LED驅動/AC-DC/信號鏈/MCU/DC-DC等多個領域。此外，2020年，晶豐明源還實施了兩次股權激勵計劃，基本上實現全員覆蓋。
終端客戶對本土廠商缺乏信心
由于工業、醫療電子、汽車電子、測試測量儀器儀表等行業對芯片性能和質量要求較高，因此這些客戶往往直接采購國際大廠的產品，即使選擇國產高性能電源芯片也會十分謹慎。高端應用市場“試錯”機會的缺乏導致大部分國內企業只能參與一般照明設備、消費電子等中低端產品的價格競爭。
介于此，加強工業、汽車等行業系統大廠和國產芯片及上游供應鏈廠商的協同聯動合作成為關鍵。圣邦股份通過同時與國內外知名終端整機廠商、電子元器件經銷商、晶圓制造商以及封裝測試廠商建立了高效聯動機制，目前其電源IC產品已廣泛應用于消費類電子、通訊設備、工業控制、醫療儀器、汽車電子等領域，以及物聯網、新能源、智能穿戴、人工智能、智能家居、智能制造、5G通訊等新興電子產品領域。除圣邦股份外，芯龍技術也積極部署終端領域。數據顯示，目前芯龍技術超75%的產品皆已應用于汽車電子、工業控制、通信設備等工業級領域。
龍頭擴產下的大考
雖然我國電源芯片行業已進入快速拓展階段，但是龍頭德州儀器的擴產也讓本土廠商不得不再次迎接新的挑戰。
從上文我們可以知道，電源芯片巨頭大多都為IDM模式，擁有自己的晶圓廠是他們能夠領先市場的關鍵，可以實現在設計和工藝上的緊耦合。而本土廠商多以Fabless模式為主，這使得他們不僅需要自身具備有競爭力的開發能力，還需要和代工廠商進行充分交流，才能實現設計和工藝上的耦合。
業內人士告訴筆者，在此情形下，本土廠商只有專心研究，掌握核心技術優勢，才能在競爭日益激烈的電源芯片市場中立于不敗之地。
在他看來，長期以來，我國集成電路產業主要被國外大廠所壟斷，電源芯片也不例外。但由于國外巨頭起步較早，經過幾十年的發展，已經形成了較為寬泛的產品覆蓋面，產品線也覆蓋了很多領域，因此他們往往不會特別專注于某一細分領域。而這正好給了本土廠商彎道超車的機會，雖然當下我們或許仍處于初步發展階段，但是卻擁有一定的性價比優勢，對于用戶來說較為友好。
過往，德州儀器等廠商將產能聚焦在更高毛利且更具競爭力的市場，但現在，他們擴產后擁有了充足的產能，將在多個產品線與國內的模擬芯片公司競爭。依賴于過硬的技術和產品質量，如果他們用規模化效應來與國內廠商進行“價格戰”，國內電源芯片廠商現在打下的格局能否守住，也潛在很大的不確定性。
不過在上述行業人士看來，未來在電源芯片這個行業國產替代的空間還是很大的。
他指出，雖然電源芯片行業80%的份額被國外廠商壟斷，但近年來國家出臺了一系列鼓勵扶持政策，為芯片行業建立了優良的政策環境，促進芯片及以電源管理芯片為代表的細分領域的發展，因此發展前景很好。目前國內像芯龍技術、晶豐明源、圣邦股份、思瑞浦、南芯半導體等多家本土廠商都已在細分領域取得關鍵突破，有望在國產替代的大趨勢下迎來快速增長期。
其中，芯龍技術從成立之初就選擇了一條差異化技術路線，專注于研發“高電壓、大電流、大功率”的電源芯片，致力于突破技術瓶頸，早在2015年就已推出100V 耐壓產品并實現量產。高舉高打，建立起自有的技術壁壘，本土電源芯片企業走出了突圍之路。
據了解，目前，芯龍技術電源芯片的最高耐壓可達 100V，最大輸出電流為 12A，最大輸出功率為 100W，可與TI、美國芯源等國際大廠比肩，均為業內已知量產產品中的較高技術水平，得到了第三方權威機構的認定。
至于晶豐明源，則靠著自身資源、規模等優勢基本壟斷了通用LED照明市場，在國內市場占據了很大的份額，其他廠商難以撼動其地位；南芯半導體則是在移動電源市場占據了很多份額，專注于鋰電池相關的充電管理、有線/無線快速充電協議、鋰電保護等電池管理領域；此外，圣邦股份、思瑞浦也都是在電源芯片領域較為領先的企業。圣邦股份主要專注于高性能運放、LDO等模擬芯片，而思瑞浦則更致力于信號鏈模擬芯片，主要用于通信領域。
“對本土電源芯片廠商來說，應該把握機遇，專注于自己的細分領域，持續精耕細作，研發更深層次的產品，走出差異化的路線，才能取得差異化的競爭優勢，方能與國外大廠一戰。”上述行業人士強調。
寫在最后
未來，在新能源汽車、工業控制、通訊設備、消費電子、家用電器等產業的帶動下，國內電源芯片市場需求也將持續增長，或許會有越來越多的企業開始涉足電源芯片領域，市場競爭也將變得更加激烈。
面對越來越好的發展行情，本土電源芯片廠商需要找準細分領域，做大、做強、做優，才能成為“隱形冠軍”，才能與德州儀器等國外巨頭搶奪中高端領域的市場份額，才能在這暗流涌動的競爭中屹立不倒。
