2019年以来，得益于国产化替代趋势以及2021年的缺芯风潮，大多数中国模拟芯片厂商在2021年均实现了高速度增长。但自2022年下半年开始，随着多重负面因素叠加影响，模拟IC市场需求始终处于诸多不确定因素影响中，好在新能源汽车、工业等行业发展迅猛，让模拟IC行业看到了新的曙光。那么，2023年模拟芯片厂商应如何在整体低迷市场中前行与突破？日前，纳芯微电子产品线总监叶健就相关热点话题接受了《电子工程专辑》的采访。
纳芯微电子产品线总监叶健
模拟IC是一个空间大、需求分散、成长性高、下游应用广泛的行业，被称之为“黄金级赛道”，尤其是在汽车、工业、新能源等领域，模拟芯片更是不可或缺的重要部分。一些国际模拟芯片大厂已经扩大了在上述领域的产能，将其作为未来业绩的重要来源，并同时降低了消费电子领域的业绩占比。
叶健在接受《电子工程专辑》采访时表示，传统汽车时代，模拟芯片在动力总成、底盘和安全、车载娱乐、仪表盘、车身电子及LED电源管理等领域得到了广泛应用，而随着电动化、智能化的渗透，大小三电系统、热管理、智能座舱、自动驾驶等系统成为了模拟芯片进一步快速增长的应用领域。
相关数据显示，在全球电动化、智能化加速的新形势下，2020年，全球单车模拟芯片价值量约150美元，而到2027年，模拟芯片价值量将达到300多美元/车，年复合增长率(CAGR)超过10%。
与此同时，在碳中和的全球共识影响下，全球各国对新能源发展的要求不断提高。由于光伏发电的成本随着规模效应和技术革新正在逐渐下降，已经低于传统的能源发电成本，使得光伏领域内无论是微逆，还是组串式、集中式逆变器，以及配套储能系统，这两年的增长都非常快。
同样受到碳减排的大环境和政策影响，工业自动化市场近几年也得到了非常快速的成长机会。尤其是在我国产业不断升级、自动化水平不断提高的同时，国产化比例也在进一步提高，工业自动化前景乐观。在工控领域涉及的变频器、伺服、PLC、人机界面、机器人等具体应用中，大量使用了数字隔离、电流电压采样、接口、电源、驱动等模拟及混合信号芯片。
“从纳芯微的使命愿景来看，‘绿色’和‘智能’，是对模拟IC在汽车、工业、和消费电子等应用领域里发展趋势的概况总结。“叶健说，在“双碳目标”和“能源危机”的双重驱使下，节能减排迫在眉睫，而新能源汽车、光伏、储能以及第三代半导体材料等都是实现节能减排的关键领域。在这些领域中，纳芯微充分发挥技术优势，赋能应用系统节能减排和提高能源效率。
比如，主要用于IGBT、碳化硅、氮化镓等各种新型功率器件中的隔离门驱及非隔离门驱产品，可以助力泛能源行业客户进行更高效的功率系统设计。“逆变器和储能系统都是典型的高压大功率系统，一般都会需要驱动功率器件的驱动类芯片、用于系统检测和反馈控制的电压电流采样和传感等信号链和传感器的芯片、用于系统间通信的数字隔离及接口芯片，以及提供系统供电的电源芯片等。”
再比如电流检测，纳芯微提供了基于电容隔离技术的隔离采样芯片、基于磁场测量的单芯片电流传感器芯片、以及用于模块级电流传感器的磁传感器调理芯片，可完整覆盖客户不同电流量程、精度、速度要求的各种电流检测需求。
而在PC及服务器电源系统领域，最新的80 PLUS“钛金认证标准”对轻载情况下的电源效率提出了更高的要求，纳芯微开发的高精度、高带宽的电流采样芯片，能够帮助客户的系统满足该要求。
“智能”方面，当前，整个社会，从家电、到汽车、再到城市，都在变得越来越智能。以汽车智能化为例，纳芯微在传感器领域的领先技术在上述领域得到了充分的施展，其压力传感器用于新能源汽车电池包压力检测，在电池发生热失控时及时提供报警信息，为乘员预留安全逃生时间；温湿度传感器能用于汽车车窗防雾，等等。
作为国内汽车模拟芯片的领跑者，纳芯微在汽车领域发货规模已超1亿颗，公司2022年财报显示，汽车电子业务占总营收的比例为23.13%，比上一年提升约13个百分点。根据叶健的介绍，目前，纳芯微针对新能源汽车核心应用提供三大类型产品：传感器、信号链和电源管理芯片。
纳芯微集成式电流传感器NSM201X系列，适用于新能源汽车OBC和热管理系统中PTC加热器的隔离电流采样等。此外，针对新能源汽车的热管理电子水阀，纳芯微的角度传感器NSM301X系列的车规型号符合AEC-Q100 Grade 1级别的可靠性要求，适用于车载等严苛要求的使用环境。
新能源汽车中的强弱电路之间的信号转换，使得传输数字隔离芯片需求显著提升，例如新能源汽车的三电系统，如OBC、BMS、逆变器、电动空压机、PTC驱动器等高压模块均需要用到数字隔离芯片。同时，针对充电慢、续航短的体验痛点，当前电驱动发展的重要趋势是采用800V高压架构+碳化硅功率器件来提升电气化效率，也给隔离芯片提出了新要求。
叶健指出，新能源汽车的隔离首先是基于安规要求，在400V-800V电池电压下保护人身和设备安全，处理器等弱电器件也需要隔离芯片做到和高压侧进行电气隔离；二是共地需求，需要用隔离器件来实现电平转换功能；三是高抗噪需求，以实现更高的CMTI(共模抑制比)抗扰能力，避免出现大的噪声干扰，导致功率管误开通；特别是碳化硅的应用会使开关频率上升，出现比较大的dv/dt噪声。
在目前业界主流的隔离技术中，纳芯微采用了基于容耦的电容隔离技术。简单而言，相比光耦，容耦的传输速率更高，容易达到Mbps以上的通信速率；与磁耦相比，容耦通过电场，在低辐射方面具有优势。此外，在自有专利(Adaptive OOK)技术的加持下，隔离器芯片的抗共模噪声能力得到了大幅提升。
在新能源汽车电驱动主电机驱动应用方面，纳芯微已经量产的隔离驱动产品包含NSI6611和NSI6651智能保护增强型隔离驱动，以及增强型数字隔离器、增强型的隔离采样；NSI82X系列是高可靠性的多通道数字隔离器，宽电源电压支持直接与大多数数字接口连接，易于进行电平转换；通用车规LIN收发器芯片NCA1021，可广泛适用于汽车电子子系统的总线接口设计。
随着第三代功率半导体的兴起，更高压、更高频、更高功率密度的系统正成为新的发展趋势，这让安全性和系统集成成为了最大挑战。叶健解释说，电池管理应用挑战体现在极端环境下确保电池组的安全运行，避免过充、过放、过流和过温导致的电池性能下降或引发安全事故。同时，电池管理系统还要与整车电控系统紧密集成，实现与车辆其他系统的无缝协作，提升整车的性能优化。
在一个高压、高频的代表性应用案例中，系统在运行过程中总是容易因为dv/dt过高，导致功率管被烧坏，纳芯微的NSI6601M能很好解决这一问题。此外，单通道智能隔离式栅极驱动器NSI661/51集成10A驱动电流，适用于驱动碳化硅功率半导体等功率管，可应用于新能源汽车主驱、发电机、升压DCDC的应用场景。
在叶健看来，纳芯微在推动BMIC的国产化应用过程中，坚决贯彻了以下三方面的原则，并在长期的坚守中将其转化为自身独有的竞争优势：
一是持续围绕重点应用领域持续丰富产品组合，形成多种产品在系统中的完善配合；
二是继续增强在系统方案研究方面的能力，通过与系统厂商的深度沟通以识别终端客户在系统应用上的痛点，助力客户提升差异化竞争力。同时，纳芯微也在与行业关键客户以战略合作的形式共同定义引领行业发展的新产品；
三是坚决贯彻“可靠、可信赖”的质量方针，毕竟汽车对芯片的可靠性、安全性和稳定性提出了很高的要求。
事实上，自2016年纳芯微涉足汽车市场开始，公司就开始打造全面的质量管理体系，从产品设计，到测试，再到量产，质量管控贯穿每个环节。纳芯微特有的“双R”方针(Robust & Reliable)保障了高品质的产品和服务，实现了在多家主流新能源汽车平台的量产。
在与新能源汽车配套的充电桩领域，考虑到充电桩市场正呈现多种路线(直流快充/交流慢充)；更高功率；绿色环保(光储充一体)等显著趋势，纳芯微的思路同样是以全面的产品布局帮助客户解决系统设计挑战，包括提供完整的隔离电压、隔离电流检测，隔离驱动与隔离通信的解决方案，通过可靠稳定的高压隔离技术保证充电桩系统的安全运行，结合高精度高带宽电流采样方案，确保精准的电流控制与过流保护。
随着充电桩功率要求越来越高，对单体模块的功率密度要求也更高，随着第三代半导体的应用，纳芯微的隔离驱动产品亦可有效并安全的控制开关功率器件(MOSFET/IGBT/SiC)等，目前纳芯微针对第三代半导体的隔离驱动，已经被客户批量使用。
长期以来，中国模拟IC厂商从低端电源管理芯片开始，逐渐拓宽产品种类至中高端产品，甚至在一些指标上已经比肩国际大厂。然而，在汽车、工业领域的应用上，中国模拟IC厂商与国际大厂间还存在不小差距。
对此，叶健也给出了自己的看法——“本土厂商近几年得到了快速发展的机会，并逐渐形成各领域的头部企业。从产品布局来看，他们不仅在各自擅长的领域深耕并取得了不错的成绩，从前的“追随者”形象已经被打破，甚至在某些领域达到了国际领先的地位。”以纳芯微的隔离产品和传感器产品为例，其整体性能已经不输于国际巨头，部分新型号由于在技术创新上投入更多，性能对标国际大厂甚至还更有优势，这一点已经获得了头部客户的认可与反馈。
但他也坦承，本土公司与国际巨头在整体上仍存在差距。作为全球模拟芯片第一大市场，我国模拟芯片自给率虽在近年有所提升，但仍然偏低。领先的本土芯片公司想要扩大规模、长远发展，缩小和国际大厂的差距，还须戒骄戒躁，“静心气”，才能长足发展。
然而利好消息也很多：首先，在政策支持、高额投资、工程师红利、国内需求快速增长等一系列有利因素的促进下，中国半导体产业有望保持快速发展势头，自给率持续提升，在汽车、光伏、工业控制等我国占据大规模、高增长的市场持续突破，实现国产化和自主创新。
需求方面，由于2018年以来中美贸易摩擦加剧，终端厂商出于供应链安全问题考虑，纷纷寻求国产替代芯片产品。中国模拟芯片企业背靠最大的电子设备生产及需求市场，有望持续受益于产业链国产替代趋势。
供给方面，国内模拟芯片厂商研发与创新更多侧重于针对应用场景进行优化，符合模拟芯片场景专用化的发展趋势。随着国内模拟工程师整体技术能力提升，国内厂商逐渐从国外系统产品的简单模仿转为自主研发创新的阶段。相信在不久的将来，国内模拟芯片领域将会逐渐出现一部分由国产芯片厂家和终端客户联手自主定义的芯片，打破当前大多数国产模拟芯片都是在模仿国外竞品的局面。
如果从技术本身的角度来看，面向信号链模拟芯片高性能、高精度、多功能、集成化等发展趋势，技术挑战也同样凸显：
1）高性能：未来的信号链模拟芯片将具有更高的工作频率、更低的功耗和更高的集成度。
2）高精度：未来的信号链模拟芯片将具有更高的分辨率、更低的噪声和更高的动态范围。
3）多功能：未来的信号链模拟芯片将不仅仅用于信号处理，还将包括传感器、控制器和智能系统等功能。
4）集成化：未来的信号链模拟芯片将具有更高的集成度，它们将包括数字信号处理器、微处理器和存储器等功能，以实现更高效的信号处理。
叶健指出，模拟芯片行业的重要趋势之一是“集成整合”。得益于对市场应用和客户系统的深刻理解，纳芯微正通过与行业的头部客户深度交流，识别终端客户在系统应用上的痛点，助力客户提升差异化竞争力。同时，围绕专注的汽车、光伏、储能、工控等核心市场应用，纳芯微一方面用持续丰富产品组合来提高产品覆盖度，为客户提供更丰富的解决方案；另一方面，也在与行业关键客户以战略合作的形式共同定义引领行业发展的新产品，并以此为基石，持续夯实基础，这既包括在国产化进程、产业链协作和人才成熟度方面继续加速，也包括在产品持续性、流程完整性和质量可靠性方面继续沉淀。
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