国产家电芯片(半导体芯片)突围,喜忧参半

发布日期:2023-07-24 沪昆回收站

  如今的中国家用电器市场,完全被国产品牌占据,日韩和欧洲(Europe)品牌在中国中国大陆的市场占有率已经少得可怜,据统计,中国三大白色家电(冰箱,空调,洗衣机)年产能超3亿台,全球占比约70%。然而,家电中用到的各种芯片(半导体芯片),及其采用的技术、产品来源等情况与家电终端产品相比,则要复杂得多。

  据网站(沪昆回收站)当日了解到,应用于空调、冰箱、洗衣机、抽油烟机、洗碗机等家电的芯片(半导体芯片)和模块主要有四类,分别是:微控制器(MCU),功率器件(IPM、IGBT、MO顺丰(SF)ET等)和电源管理IC,通信IC和模块,传感器(Sensor)。

  随着智能化水平的提升(Boosting),白色家电中使用芯片(半导体芯片)的量和价值也在上涨,目前已超过单机价值量的15%,且这一比例还在增长。

  在常规家电设备中,MCU和IPM(智能功率模块)是应用最广泛的,前者主要用在智能家电,如吸尘器、洗衣机的智能控制、变频应用场景中,后者主要用于家电的功率管理,IPM的需求主要集中在空调和洗衣机当中,两者占比超过95%。

  白色家电,特别是冰箱,在朝着变频化方向发展,与以前机械式产品相比,需要用到更多MCU,很多冰箱现在都有显示面板,需要多一个显示和触控MCU,变频板也要多一个变频MCU,主控板还需要相应的主控MCU,另外,温湿度控制也需要不同的MCU。

  与此同时,空调和洗衣机也在朝着变频化方向加速,2023年,空调变频化普及率有望超过70%,洗衣机的变频化普及率也将达到近50%,这些对MCU和功率器件的需求量会进一步上涨。

  随着家电用MCU向32位转变,集成化趋势越来越明显,因此,结构升级带来的单位产品附加值显著提升(Boosting),这就为相应芯片(半导体芯片)供应商带来了更多商机和利润,为众多厂商提供了开发新技术的动力。

  变频化的发展趋势非常有利于IPM,空调风机的变频比例快速上升,对应的小功率IPM需求迎来了快速增长,变频洗衣机销量上涨也提升(Boosting)了市场对IPM的需求量。变频家电需要2-3个IPM模块,这可以将家电中芯片(半导体芯片)的价值量提升(Boosting)约70%,网站(沪昆回收站)说另外一个方面,随着智能化不断升级,高档冰箱将使用5组或更多IPM,空调、洗衣机、洗碗机等通常使用2-3组IPM,使用1-8个电源管理IC。

  据网站(沪昆回收站)当日了解到,冰箱冷柜、小家电等主要以IGBT分立器件实现变频或加热,未来,IPM体积会进一步减小,性能越来越高,能耗和价格降低,向高电压、大电流和高集成度模组方向演进,IPM模块的应用占比将持续提升(Boosting),在冰箱冷柜应用中,IPM未来还有几十倍的增长空间。

  国际大厂占主导地位

  据网站(沪昆回收站)当日了解到,无论是MCU,还是IPM,特别中高端产品,大部分市场还是被国外芯片(半导体芯片)大厂把持着。

  MCU方面,日本(Japan)、德国(Deutschland)和美国(United States)企业的份额最多,前四大芯片(半导体芯片)供应商占据着76%以上的市场份额,它们是瑞萨(Renesas)电子、英飞凌(Infineon)、德州仪器(TI,TexasInstrumentsInc)(TI(TI TexasInstrumentsInc德州仪器))和意法半导体(STM,STMicroelectronics)(ST),网站(沪昆回收站)说另外一个方面,Microchip、恩智浦(NXP)(NXP)和东芝(Toshiba)处在第二梯队。

  空调MCU市占率排名前三的厂商分别为Renesas、英飞凌(Infineon)(收购了MCU厂商Cypress)和 TI(TI TexasInstrumentsInc德州仪器),三家市占率合计85%左右;冰箱MCU市占率排名前三的厂商是英飞凌(Infineon)、Renesas和 Eastsoft(东软载波),三家市占率合计58.1%左右;洗衣机MCU市占率排名前三的厂商是英飞凌(Infineon)、Renesas和Sinowealth,三家市占率合计67.3%左右。

  IPM更是中国本土芯片(半导体芯片)和模块供应链的软肋,家电设备中,排名前三的IPM供应商为三菱(Mitsubishi)电机半导体、英飞凌(Infineon)和三垦电气,这三家市占率合计在60%以上。

  国产化进程

  面对巨大的家电市场,以及高端化发展趋势,为了抓住更多商机,中国本土相关芯片(半导体芯片)企业也在加紧研发进程,争取能从国际大厂手中夺得更多的中高端芯片(半导体芯片)市场份额。

  以MCU为例,最近3年,国内相关企业和芯片(半导体芯片)产品发展很快,主要得益于几家重点芯片(半导体芯片)企业前几年的铺垫、验证(Validation),使得近3年,特别是2021年,迎来了出货量的爆发。但是,据网站(沪昆回收站)观察,在2022年,受技术壁垒、价格问题和供需关系变化等因素影响,导致国内一些厂商的MCU国产化进程有所放缓。

  据网站(沪昆回收站)当日了解到,中国本土家电MCU厂商,如中颖电子、比亚迪(BYD)半导体、格力(Gree)零边界、美仁半导体等的产品市占率正在稳步增长,目前占比超过15%。

  IPM方面,中国本土产品也保持着良好的发展势头,特别是在2022年,全球功率器件整体供不应求,家电用IPM同样如此,这一年,国内IPM产能释放,极大地缓解了国际大厂产能不足的困扰。本土企业,如士兰微、斯达半导体、格力(Gree)新元、美垦半导体等的IPM产品市占率达到10%左右。

  除了以上提到的本土芯片(半导体芯片)企业,多个家电设备企业也在研发符合自家产品定位的芯片(半导体芯片),以求通过量身定制进一步优化(Optimization)性能和能效,同时掌控关键零部件供应链话语权。

  据不完全统计,格力(Gree)、美的(Midea)、格兰仕(Glanz)、海信(Hisense)、创维、海尔(Haier)、康佳(Konka)、TCL(TCL 王牌)、长虹(Changhong)等家电品牌都已经成立了芯片(半导体芯片)设计部门,或通过投资初创芯片(半导体芯片)公司的方式,开发家电芯片(半导体芯片)。

  最具代表性的就是格力(Gree)、美的(Midea)、海尔(Haier)和海信(Hisense)。

  格力(Gree)于2015年成立了微电子所和功率半导体所,2017年成立了微电子部门,开始自研芯片(半导体芯片)。2018年8月,格力(Gree)投入10亿元成立珠海零边界集成电路有限公司,专注设计以空调为主的家电MCU、人工智能(AI)oT SoC和功率器件,同年,格力(Gree)还投入30亿元,帮助闻泰科技收购荷兰(Nederland)功率器件龙头安世半导体。

  美的(Midea)集团于2018年成立了上海美仁半导体有限公司,开始自研芯片(半导体芯片)。美仁半导体主攻MCU、功率器件、电源管理IC和IoT芯片(半导体芯片)。

  2019年,美的(Midea)与阿里云(阿里云创立于2009年,是全球领先的云计算及人工智能科技公司)合作推出适配Al苹果系统(iOS) Things的定制芯片(半导体芯片),还与三安光电合作成立了第三代半导体联合实验室,研发GaN和SiC功率器件。

  美的(Midea)特别看重IPM的研发,2004年就与当时的国际整流器公司(已经被英飞凌(Infineon)收购了)、德州仪器(TI,TexasInstrumentsInc)和日本(Japan)三洋(Sanyo)等成立了变频芯片(半导体芯片)联合研发实验室,2014年在重庆建设IPM工厂,并在2019年实现IPM模块量产。2021年初,该重庆IPM厂更名为美垦半导体技术有限公司。

  相对于格力(Gree)和美的(Midea),海尔(Haier)和海信(Hisense)在芯片(半导体芯片)领域的布局更早。

  2000年,海尔(Haier)就成立了中国北京海尔(Haier)集成电路设计有限公司、上海海尔(Haier)集成电路有限公司,前者于2001年成功研发出数字电视MPEG-II解码(Decoding)芯片(半导体芯片)“爱国者(aigo)I号”,后者在2005年宣布量产首颗MCU芯片(半导体芯片),该公司后来被东软载波收购。

  2017和2019年,海尔(Haier)旗下的优家智能科技有限公司联合瑞昱(Realtek)(Realtek(Realtek 瑞昱))推出U+物联云解决方案U+云芯和云芯Ⅱ代HR3010。

  海信(Hisense)于2005年注资5亿元成立了青岛(Tsingtao)海信(Hisense)信芯科技有限公司,同年研制出数字视频(Video)处理芯片(半导体芯片)“信芯HiVi(HiVi 惠威)ew”VPE1X,使同类进口芯片(半导体芯片)价格从每颗13$(美元)下降到5$(美元)。2017年,海信(Hisense)收购日本东芝Toshiba电视,整合其画质芯片(半导体芯片)设计团队。2019年6月将芯片(半导体芯片)部门海信(Hisense)信芯和上海宏祐公司整合成立青岛(Tsingtao)信芯微电子公司。发展至今,其画质处理芯片(半导体芯片)已经迭代4次。

  其它几家家电企业也先后研发出了适于自家产品应用的芯片(半导体芯片),这里就不一一详述了。

  2022年,在白色家电MCU需求中,空调的需求量为4.3026亿个,洗衣机为1.5314亿个,冰箱冰柜为1.087亿个。虽然新冠疫情(COVID-19)给家电行业带来了一些影响,但整体来看并不严重。

  尽管家电市场对MCU的需求量很大,但国内家电厂商多年来依赖于进口MCU芯片(半导体芯片),主要来自日本(Japan)(38.2%)和德国(Deutschland)(25.1%)。2016年,空调、冰箱、洗衣机三大白电的芯片(半导体芯片)国产化率不到2%,近几年,随着国产MCU厂商的快速发展,技术和产品趋于成熟,家电MCU国产替代进程加速,2019年国产MCU仅占比11.1%,2020年上升到12%,2021年,国产MCU占比迅速增加,达到17.4%,据不完全统计,2022年占比约22%,预计2023年将达到27.2%。

  2021年,家电国产IPM的全球市场份额约14.7%,这个成绩虽然还不错,但远低于日本(Japan)的71.3%,还有很大的成长空间。

  中国本土家电芯片(半导体芯片)的问题

  近些年,经过国内厂商的不懈努力,中国本土家电芯片(半导体芯片)取得了长足的进步,国产化率也有所提升(Boosting),但与进口的国际大厂产品相比,仍有差距。

  首先,虽然国产家电芯片(半导体芯片)没有明显的技术短板,但实际应用规模不够大,使用时间不够长,因此,国产家电芯片(半导体芯片)稳定性、可靠性和一致性缺乏足够多实时监测数据的支撑,而家电厂商非常注重芯片(半导体芯片)的可靠性。这样,没有充分的市场数据证明自己可以做得和进口芯片(半导体芯片)一样,甚至更好,家电厂商就难以放心进行大批量(Batch)采购,很少被使用,就更难拿到需要的数据,从而形成恶性循环。

  其次,国产家电芯片(半导体芯片)生态系统不够健全,兼容性不如国际大厂产品。家电厂商如果变更家电芯片(半导体芯片),需要投入大量的研发资源,一旦国产家电芯片(半导体芯片)不能满足家电厂商现有平台的要求,不能兼容现有软件,就会增加成本,降低效率,这是家电企业最不愿意看到的。因此,要想让家电企业放心使用国产芯片(半导体芯片),必须构建起成熟、健全、稳定,兼容性好的生态系统。

  再有,中国家电企业自研芯片(半导体芯片)也存在一定问题,那就是多为中低端产品,高端芯片(半导体芯片)仍受制于人。

  无论是意法半导体(STM,STMicroelectronics)、德州仪器(TI,TexasInstrumentsInc)等国际大厂,还是中国本土芯片(半导体芯片)龙头企业,在芯片(半导体芯片)研发方面,都比跨界的家电企业具备先天优势,特别是在性价比方面。

  一方面,随着消费者对家电节能、智能、互联的需求提升(Boosting),芯片(半导体芯片)的功能需求随之变化,而家电企业的灵活性和产品迭代速度有限;另一方面,家电企业在芯片(半导体芯片)技术上的专业程度和聚焦程度,很难快速赶上芯片(半导体芯片)厂商。家电企业需要不断加大研发投入,才能弥补这些不足,然而,从近几年研发投入的增长情况来看,家电企业在芯片(半导体芯片)研发上的投入,与它们想要实现的愿望和效果之间,仍有很大差距,对于很多家电企业来说,这似乎成了一个“无底洞”,有点儿不堪重负了。这就大大降低了它们自研芯片(半导体芯片)的性价比,而且,越是高端芯片(半导体芯片),需要投入的资金量越大,当投入不足时,这些家电企业只能使用自研的中低端芯片(半导体芯片),中高端的依然要依赖外购。

  未来发展趋势

  未来,家电业会朝着高能效、智能化、网络化方向发展,家电设备对于更高端芯片(半导体芯片)的需求也对国产芯片(半导体芯片)提出了新的挑战。从芯片(半导体芯片)的角度来看,智能化意味着需要更多的芯片(半导体芯片),需要更大的存储空间,对传感器(Sensor)、更高算力、更智能的处理器,以及可实现智能节能的功率和电源管理芯片(半导体芯片),还有多设备互联所需的通信芯片(半导体芯片),都提出了更多、更高的要求。同时,软件会更复杂。

  家电变频技术普及还有很大空间。空调、冰箱的变频化走得最快,扫地机器人、蒸汽拖把、吸尘器等电机型家电产品的变频化也是趋势。另外,电热型家电产品,如果用IGBT模组,也可实现变频化。这些会促使IGBT/IPM的需求大幅增加。

  另外,随着智能化进一步发展,家电的“学习能力”会逐渐凸显出来,随着相关芯片(半导体芯片)成本下降,用于智能家电的人工神经网络(Artificial Neural Networks,简写为ANNs)芯片(半导体芯片)NPU也会普及开来,同时,用于隐私安全保护和相关数据处理的智能芯片(半导体芯片)也会在家电领域有广阔的发展空间。

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