電荷泵充電管理芯片全景調研與發展戰略研究

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1、電荷泵充電管理芯片全景調研與發展戰略研究一、 發展情況和未來發展趨勢在電源領域，電能轉換效率和待機功耗始終是核心指標之一。世界各國都推出了各類能效標準，例如美國的能源之星、德國的藍天使標準、中國中標認證中心等。業界通過研發更先進的電路拓撲和開關控制技術、更低導阻的功率器件技術、更精巧的高壓啟動技術等實現電源管理芯片及其電源系統的高效率和低功耗要求。便攜式設備的輕薄化始終是提升用戶體驗的重點需求，電源及電池管理芯片技術也表現出越來越顯著的集成化趨勢。一方面，終端產品為實現輕薄化目標，要求芯片具有更高的集成度、更少的外圍器件，以降低整個方案元器件數量，節約電路板空間，縮小整個方案尺寸；另一方面，終

2、端設備正變得越來越復雜，其更多功能特性、所使用更復雜的處理器等，都需要更先進的電源管理解決方案，要求在更小的硅芯片上集成更多功能，實現更強的系統用電性能。同時，集成化的電源及電池管理芯片可以有效降低系統成本和設計復雜性，縮短終端廠商的研發周期，同時提高系統的長期可靠性。隨著系統功能越來越復雜，對能耗的要求越來越高，系統對電源和電池運行狀態監測與控制的要求也越來越高。電源和電池管理芯片設計不再滿足于實時監控電流、電壓、溫度，還需要實現診斷電源供應情況、電池工作狀態、靈活設定輸出電壓電流參數等要求。此外，電源管理芯片在滿足系統各功能模塊供電需求的同時，也越來越多地需要和主系統之間進行實時通訊，以滿

3、足智能化的功率管理和調控需求。模擬技術和嵌入式技術相互協同，促進了電源和電池管理芯片向智能化方向發展。通過硬件和嵌入式軟件的無縫結合，可以靈活實現對電源和電池狀態的監測、控制、通訊等功能。近年來憑借調試靈活、響應快速、高集成度以及高度可控的優勢，以模擬技術和嵌入式處理技術相結合的新一代電源和電池管理芯片正逐步拓展至多個應用領域。充電器中體積占比最大的器件為變壓器，充電器小型化的關鍵在于變壓器的小型化。通常開關頻率越高，所需的變壓器體積越小。傳統Si材料的開關頻率已達上限，第三代半導體材料可以實現更快的開關速度，因此允許更高的開關頻率，進一步縮小充電器的體積。憑借開關速度快、功率密度高、耐高壓、

4、高頻等特點，基于GaN第三代功率半導體小體積充電適配器在高端機型的應用日益廣泛。根據充電頭網的統計，過去三年時間，整個GaN電源市場的容量增長了近百倍。在GaN電源市場不斷拓展的過程中，對芯片的集成度要求也越來越高。最初的GaN電源電源一般采用控制器+驅動+氮化鎵功率器件進行組合設計，不僅電路布局較為復雜，產品開發難度相對較大，而且成本也較高。近年來行業優秀芯片廠商基于其電源芯片的技術優勢，推出了內置GaN功率器件的高集成電源芯片，即合封GaN芯片。通過提高芯片集成度，進一步減少了外圍元件、縮小了充電器體積，同時也降低了系統開發調試難度，提高了產品可靠性。智能化電動化變革正在重塑傳統汽車產業鏈

5、格局，汽車電子成為推動變革的核心要素，各類模擬和嵌入式芯片、傳感器、計算芯片在電動智能車各功能模塊廣泛使用，驅動汽車電子快速發展，汽車電子供應鏈價值快速提升。根據羅蘭貝格預測，2019年-2025年汽車電子相關的BOM（物料清單）價值量將從3，130美元/車提升到7，030美元/車，其中智能化BOM價值量提升1，665美元/車，電動化BOM價值量提升2，235美元/車。在電源及電池管理芯片領域，得益于自動駕駛和智能駕駛艙等智能化功能在汽車上的廣泛應用，與數字化顯示、人車交互及ADAS相關的芯片，如顯示屏電源、背光驅動、USB車載充電、系統及攝像頭供電等需求大幅增加。電動化變革下，傳統燃油動力總

6、成系統被淘汰，電動動力總成系統采用了BMS、DC-DC轉換器等新型部件，電源及電池管理芯片需求大增。汽車電子成為繼消費領域之后，推動電源和電池管理芯片市場快速增長的另一領域。近年來由于多個國家遭受芯片短缺，包括美、日、歐洲在內的集成電路制造強國和地區重新認識到集成電路技術領先和供應安全的重要性，紛紛出臺支持性政策，加速布局包含集成電路在內的半導體產業，并強化政府對產業的支持力度，鞏固企業的競爭力。以歐洲為例，2022年2月歐盟頒布芯片法案，計劃投入超過430億歐元資金，以提振歐洲芯片產業，降低歐洲對美國和亞洲企業的依賴，提出到2030年歐洲半導體的全球市場份額翻一番。集成電路對我國信息產業的發

7、展至關重要。我國雖然是全球最大的芯片市場，但卻長期依賴進口，在全球的芯片產業中也處于弱勢的地位，尤其近些年外國斷供以來，導致中國市場受到很大影響，加快發展自有核心技術、提高芯片的自給率已經迫在眉睫。中國制造2025提出2025年中國芯片自給率要達到70%的發展目標，而2019年我國芯片自給率僅為30%左右。為了實現產業的自主可控，集成電路作為國家戰略性產業得到了政策大力扶持，產業、資本環境不斷完善。同時，隨著全球終端制造和半導體制造重心向亞太地區轉移，電源管理芯片設計領域也呈現出從歐美等地區向中國轉移的趨勢。多重因素相互作用下，越來越多的中國OEM/ODM廠商在缺貨情況下開始選擇本地供應商作為

8、二級供應商，集成電路國產化需求顯著提升。具體在電源管理芯片領域，本土電源管理芯片設計企業在中美貿易摩擦持續升級的背景下加快了技術追趕，整體技術水平和國外設計企業的差距不斷縮小，國內企業設計開發的電源管理芯片在多個應用領域，尤其是中小功率段的消費電子市場已經逐漸取代國外競爭對手的份額，出貨量逐年攀升，市占率也逐步提高。受宏觀與經濟局勢的不確定性，以及中美貿易摩擦的影響，全球集成電路產業競爭加劇，產業協同成為趨勢。隨著國際芯片巨頭軍備競賽日益激烈，集成電路行業企業核心競爭力不再只是單項優勢技術或產品，同樣也來自于對產業鏈上高度集中、高效流動的資源掌控力和運營力，產業競爭模式已正式向全產業鏈競爭轉變

9、。產業鏈協同發展有利于行業更快進步。芯片設計廠商與上游晶圓廠商、封測廠商及下游終端廠商協同更為緊密，構筑產業鏈上下游全方位的半導體生態體系更為重要。通過與下游終端廠商的協同以便更好地了解終端需求，從而指導研發方向；通過與上游晶圓廠商、封測廠商協同從而強化供應鏈能力以及共同推動晶圓制造、封測環節的技術進步。在行業產業鏈協同發展過程中，行業競爭將更側重產品、客戶、人才綜合實力的競爭，產業競爭模式朝著系統化和生態化發展。二、 電源管理芯片行業面臨的機遇與挑戰（一）電源管理芯片行業機遇1、市場空間廣闊，新興應用場景和應用領域推動電源管理芯片處于增量市場電源管理芯片作為電子產品和設備的電能供應中樞和紐帶

10、，是電子產品中不可或缺的關鍵器件，市場空間廣闊。隨著下游應用市場快速發展，新的應用場景和應用領域也不斷出現。僅手機等消費電子終端，近年來便發展起來大功率充電、第三代半導體等新的技術和應用。除手機等消費電子終端市場外，可穿戴設備、智能家電、工業應用、基站和設備、汽車電子等下游需求不斷增長。未來隨著人工智能、大數據、物聯網等新產業的發展，全球需要的電子設備數量及種類迅速增長，電源及電池管理芯片的應用范圍將更加廣泛，功能更加多樣復雜，增效節能的需求也更加突出，衍生出對電源及電池管理芯片更為豐富的需求，推動行業處于增量市場。2、電源管理芯片充電接口和充電協議歸一化近年來，隨著環保意識的增強，為了減少電

11、子垃圾、避免資源浪費，全球各界人士紛紛呼吁應該盡快統一電子設備的充電接口和充電協議。歐盟在2021年正式提交統一充電接口的議案，要求手機、平板電腦和耳機等電子產品在2024年前使用統一的USB-C充電接口。隨著USB-C的問世，USBPD快充標準也在不斷的更新。2021年5月，USB-IF協會發布了最新的USBPD31快充標準。USBPD31快充標準除了能夠滿足手機、筆記本/平板電腦等產品之外，還能應用在電動工具、安防領域POE供電、IOT物聯網設備等領域，進一步推動了充電接口和充電協議的統一。與此同時，國內手機快充技術發展迅速，成為手機標配特性。但由于各大手機品牌私有快充協議眾多，互不兼容，

12、嚴重影響了用戶快充體驗，造成資源浪費。2021年5月，工信部指導行業協會制定了移動終端融合快速充電技術規范，著力推動解決各企業快速充電技術不兼容問題。融合快速充電標準UFCS有望成為國內手機等行業通用的快充標準，實現快充市場大一統，為消費者創造快速、安全、兼容的充電使用環境。目前在設備端，USB-C接口除了在手機、筆記本/平板電腦、TWS耳機等產品中實現大規模的應用之外，在電動剃須刀、電動牙刷、潔面儀、電動手推剪、電動螺絲刀等產品領域的普及度均非常低。在政策和標準的引領下，勢必會推動諸多傳統供電接口的升級換代，加速USB-C接口的市場普及速度，并引發市場對于USB-C接口需求量的快速增加。充電

13、接口和充電協議的統一將促進USB-C接口在傳統配件中的替代，龐大的市場基數也將推動USB-C產業鏈出現新的繁榮。3、我國集成電路產業鏈日趨成熟近年來，隨著全球集成電路產業的制造重心及人才在我國的快速積聚，我國集成電路產業鏈不斷完善。全球主要晶圓制造企業紛紛在中國大陸地區建立、擴充生產線，為采用Fabless模式的國內集成電路設計企業提供了產能和工藝上的保障。我國集成電路設計行業、制造行業、封裝測試行業已經形成了相互依賴、相互促進、協同發展的良好關系。在此背景下，我國集成電路設計、制造能力與國際先進水平差距不斷縮小，封裝測試技術逐步接近國際先進水平。4、電源管理芯片中美貿易戰為提供機遇自從201

14、9年5月中美貿易戰進一步升級后，已成必然趨勢，為國內集成電路產業的發展提供重大機遇。國內模擬芯片供應商的不斷發展和創新將進一步帶動國內芯片市場份額的擴大。（二）電源管理芯片行業挑戰1、集成電路產業人才儲備相對不足集成電路設計行業是典型的技術密集行業，在電路設計、軟件開發、封裝測試等方面對創新型人才的數量和專業水平均有較高的要求。近年來，在龐大的市場規模以及政策、資本等的支持下，我國已經積累了一批中高端人才，但由于集成電路行業發展速度快且人才培養周期較長，專業人才的需求缺口仍然較大，專業能力強、技術水平高且經驗豐富的高端人才依舊緊缺。未來一段時間，高端芯片人才匱乏仍然是制約我國集成電路行業快速發

15、展的瓶頸之一。2、我國集成電路行業競爭力有待提升國際市場上主流的集成電路企業大都經歷了數十年以上的發展。盡管我國政府已加大對集成電路產業的重視，但由于國內企業資金實力相對不足、技術發展存在滯后性，與國外領先企業依然存在技術差距。因此，我國集成電路產業環境有待進一步完善，整體研發實力、創新能力有待提升。三、 集成電路行業市場規模分析集成電路產業鏈上中下游緊密聯動，EDA是產業鏈快速發展的撬動者。上游包括：集成電路設計于制造所需的自動化工具EDA;搭建SoC所需的核心功能模塊半導體IP;集成電路制造環節的核心生產設備及材料。中游包括：通過電路設計、仿真、驗證、物理實現等步驟生成版圖的IC設計廠商;

16、將版圖信息用于制造集成電路的制造廠商;為芯片提供與外部器件連接并提供物理機械保護的封裝廠商;對芯片進行功能和性能測試的測試廠商。集成電路下游應用范圍十分廣闊，下游應用場景主要包括計算機領域、汽車電子領域、工業、消費電子領域、物聯網、數據處理等領域。集成電路作為信息產業的基礎和核心，是國民經濟和社會發展的戰略性產業，國家給予了高度重視和大力支持。為推動我國集成電路產業的發展，增強信息產業創新能力和國際競爭力，國家出臺了一系列鼓勵扶持政策，為集成電路產業建立了優良的政策環境。伴隨著以5G、車聯網和云計算為代表的新技術的推廣，更多產品將會需要植入芯片、存儲器等集成電路元件，因此集成電路產業將會迎來進

17、一步發展。2020年至2025年，全球集成電路市場規模按年復合增長率60%計算，預計2025年將達到4，750億美元。四、 電源管理芯片行業電源管理芯片在電子設備系統中必不可少，擔負著對電能的變換、分配、檢測等功能，其性能和可靠性將直接影響電子設備的工作效率和使用壽命。電源管理芯片一旦失效將直接導致電子設備停止工作甚至損毀，是電子設備中的關鍵器件。不同設備對電源的功能要求不同，為了使電子設備實現最佳的工作性能，需要對電源的供電方式進行管理和調控；同一款電子設備中的不同芯片在工作中也需要配備不同的電壓、電流強度，需要電源管理芯片進行管控，因此電源管理芯片在電子設備中有著廣泛的應用。（一）全球電源

18、管理芯片行業發展情況全球電源管理芯片擁有廣闊的市場空間。2021年全球電源管理芯片市場規模約3787億美元，2017-2021年年均復合增長率為1416%。隨著5G通信、新能源汽車、物聯網等下游市場的發展，電子設備數量及種類持續增長，對于這些設備的電能應用效能的管理將愈加重要，從而帶動電源管理芯片需求的增長。另外，隨著增效節能的需求更加突出，電源管理芯片的應用范圍將更加廣泛，功能更加精細復雜，全球電源管理芯片市場將持續受益。（二）中國電源管理芯片行業發展情況手機筆記本/平板電腦等電子產品的大規模出貨帶動了對電源管理芯片的穩定需求，目前國內電源管理芯片最大的終端市場仍然是移動和消費電子產品。同時

19、，可穿戴智能設備、智能家電、5G通訊等新興應用領域市場需求逐步上升，成為市場新的增長動力。另一方面，工業應用、汽車電子等下游需求不斷增長，未來隨著人工智能、大數據、物聯網等新產業的發展，終端設備數量及種類迅速增長，在趨勢下，國內芯片設計企業有望向應用技術要求較高的領域滲透。在以上因素的影響下，預計中國電源管理芯片仍將保持增長態勢，2021-2026年增長率將達到753%，2026年市場規模預計為1，2844億元。五、 集成電路行業市場規模我國集成電路行業起步較晚，但經過多年的積累與發展，在巨大的市場需求、良好的產業政策、豐富的人口紅利、穩定的經濟增長等眾多優勢條件驅動下，我國集成電路產業實現了

20、快速發展并持續保持高速增長，整體實力顯著提升。目前，中國集成電路行業已在全球集成電路產業中占據重要市場地位。根據中國半導體行業協會數據顯示，2021年中國集成電路行業銷售額為104583億元，2022年上半年，中國集成電路產業的銷售額達到47635億元，同比增長161%，預計2023年其市場規模將達14425億元。六、 集成電路行業產量目前，我國已經成為全球最大的集成電路市場之一，集成電路產量穩步提升。據相關研究機構大數據庫顯示，2021年我國集成電路產量達35943億塊，同比增長333%；2022年1-11月，我國集成電路產量達2958億塊，同比下降12%，預計2023年我國集成電路產量將達

21、36762億塊。七、 集成電路市場前景預測（一）國家政策大力扶持集成電路產業發展集成電路產業和軟件產業是信息產業的核心，是引領新一輪科技革命和產業變革的關鍵力量。國家出臺十四五數字經濟發展規劃十四五國家信息化規劃十四五信息通信行業發展規劃等政策均提到，完成信息領域核心技術突破也要加快集成電路關鍵技術攻關，著力提升基礎軟硬件、核心電子元器件、關鍵基礎材料和生產裝備的供給水平，強化關鍵產品自給保障能力。我國集成電路產業和軟件產業快速發展，有力支撐了國家信息化建設，促進了國民經濟和社會持續健康發展。（二）應用領域多樣化，下游需求持續增長隨著下游產品功能的日益復雜和應用領域的持續拓展，其性能要求持續提

22、升，為集成電路行業帶來新的市場需求。同時，5G技術發展將為電源管理芯片帶來廣闊的市場空間。此外，以智能手環、TWS耳機為代表的智能可穿戴設備等新興消費電子產品呈現快速增長，為市場帶來了新熱點，催生新的市場需求。（三）勢在必行目前我國高端芯片幾乎完全依賴進口，嚴重威脅我國國防信息安全和通信、能源、工業、汽車和消費電子等支柱行業的產業安全。而全球電子產品90%的制造能力在中國，5G、物聯網和人工智能行業的最大市場也是在我國。在國家對集成電路設計行業大力扶持的政策下，高端芯片技術勢在必行。集成電路作為我國第一大進口商品，已經成為我國進口依賴程度較高的行業之一。集成電路產業鏈的核心環節主要為集成電路設

23、計、制造與封裝測試三大環節。其中，集成電路設計處于產業鏈上游，集成電路制造為中游環節，集成電路封裝測試為下游環節。受全球集成電路產品需求旺盛影響，我國集成電路產業保持穩定增長態勢。據中國半導體行業協會統計，2021年1-6月，我國集成電路產業銷售額為41029億元，同比增長159%。其中，設計業同比增長185%，銷售額為17664億元;制造業同比增長213%，銷售額為11718億元;封裝測試業同比增長76%，銷售額11647億元。據海關總署公布的2022年進出口主要商品數據，我國貨物貿易進口總值達272萬億美元。其中，集成電路進口總金額為415579億美元，占比達1530%。雖然集成電路進口額

24、同比下降39%，但仍然超過同期原油進口金額365512億美元，持續成為我國第一大進口商品。根據國家統計局統計數據顯示，2015-2021年，我國集成電路產量逐年提高，2021年產量創下新高，達到35943億塊，較2020年增長375%。我國作為全球電子信息產品重要的生產和出口基地，對外需求依舊巨大。受疫情影響以及下游應用端市場需求量降低，消費電子、工業等下游應用市場的變化直接傳導到集成電路產業。集成電路產業是信息產業的核心，是引領新一輪科技革命和產業變革的關鍵力量，圍繞集成電路產業發展，新年多地出臺支持性政策，或在地方兩會的政府工作報告中提及產業規劃，為新一年集成電路行業增長并帶動經濟高質量發

25、展定下主基調。據中國半導體行業協會的數據顯示，2017-2021年，中國集成電路產業銷售額呈逐年上升的趨勢，增長速度維持較高的水平。2021年是中國十四五開局之年，在國內宏觀經濟運行良好的驅動下，國內集成電路產業繼續保持快速、平穩增長態勢，2021年中國集成電路產業首次突破萬億元。根據中國半導體行業協會統計，2021年中國集成電路產業銷售額為104583億元，同比增長182%。具體來看，上海、浙江、江蘇、湖北等地紛紛從重大項目安排、行業標準制定、產業發展支持引導等不同層面，鼓勵企業創新、產業高質量發展和優勢項目突破。北京、天津、四川、重慶等省市2023年政府工作報告中均提出要發展集成電路及相關

26、產業。八、 集成電路行業發展情況集成電路行業是信息技術產業的核心，是支撐經濟社會發展和保障國家安全的戰略性、基礎性和先導性產業。集成電路產品根據功能主要可分為數字芯片和模擬芯片，其中數字芯片指基于數字邏輯設計和運行的，用于處理數字信號的集成電路芯片，包括微元件、存儲器和邏輯芯片；模擬芯片指處理連續性模擬信號的集成電路芯片。根據Frost&Sullivan統計，2021年全球集成電路行業的整體規模為4，629億美元，模擬芯片的市場規模達到741億美元，占比約為16%，是集成電路行業中的重要組成部分。我國是全球最大的集成電路需求市場，特別是對價值較高的高端芯片進口依賴仍較大，芯片進口金額遠超出口金額，顯示我國在芯片領域存在大量的進口替代空間。我國高端集成電路產業實現自主可控、進口替代，成為了亟待解決的問題。為推動芯片國產化進程，2015年5月，中國制造2025提出2025年芯片自給率要達到70%的發展目標。