在全球集成电路产业重心转移的浪潮下,我国集成电路产业链逐步成熟,大量的晶圆制造及封装测试企业投产,为境内集成电路设计行业发展提供保障。2019年以来,境内企业对于芯片供应链国产化的需求日益增强,特别是信创产业相关项目已进入规模化实施阶段,根据海比研究院数据显示,预计2025 年将达到8,000 亿元规模。
|时钟芯片及行业背景
时钟芯片
时钟芯片是一种主要用于计算机、电子设备、通信设备和家居电器等电子产品中的核心部件。该芯片能够产生稳定的时钟信号,并通过与系统同步来提供准确的时间基准,保证电子设备的正常运行。
时钟信号
时钟信号是集成电路运转的节拍器,在电子系统中扮演着“脉搏”的重要角色。时钟信号为按照一定时间间隔连续发出的脉冲信号,两次脉冲信号之间的时间间隔称为一个时钟周期,在单位时间内所产生的脉冲个数称为时钟信号的频率。时钟信号是集成电路运算的基本条件,在“时钟”的控制下,芯片内部各个电路按照时钟信号的节拍以及规定的时序相互配合,从而完成芯片在电子系统中所承担的功能。
时钟信号质量影响电子系统数据处理效率和准确率。然而,受石英晶体性能波动、噪声干扰、半导体材料纯度和均匀度、信息传输介质及距离等因素的影响,时钟信号从产生到传递再到读取,每一个环节都不可避免的存在各种干扰,导致时钟信号质量下降。时钟信号质量的下降主要表现为频率精度的下降(频率漂移)和时钟周期抖动的增加(相位漂移)。
时钟芯片系统模块和产品种类
电子设备对时钟信号的需求主要包括“产生时钟信号”、“时钟信号同步”及“时钟信号去抖”。各类需求下,根据细分功能的不同,又衍生出了不同类型的时钟产品。
时钟源
时钟源是用来为环形脉冲发生器提供频率稳定且电平匹配的方波时钟脉冲信号,它通常由石英晶体振荡器和与非门组成的正反馈振荡电路组成,其输出送至环形脉冲发生器,其他时钟源很少用或只在特殊要求下使用。
根据国际电信行业网络同步时钟标准GR-1244-CORE,时钟源根据其精度定义为四个等级,一般也称为一级钟、二级钟、三级钟及四级钟,其精度随着等级的变大而降低。
|产业格局
石英晶振行业竞争格局
全球石英晶振行业竞争激烈,行业集中趋势明显,前五厂商占据全球接近半数市场份额。根据晶技年报援引QYR Research,2021年,全球前三大石英晶振企业分别为TXC、Epson、NDK,TXC晶技占比11.7%,前十大合计占比64.1%。细分来看,高稳定时钟海外寡头垄断,低稳定时钟海内外充分竞争,竞争层次分明且稳定。
时钟芯片行业竞争格局
时钟芯片国产化率更低,低端晶振所有芯片仍同样是日本、欧美居于主导地位,国内厂商在各个领域逐渐开始突破。
IC自主可控是降本的根本路径
有源晶振受限于IC 材料紧缺,市场供给难以在短时间内大幅提升,交期仍需要8 至 12周。此外,TC-IC的精细温度补偿算法攻克成高性能晶振研究重心。随着5G、6G时代的到来,下一代通信设备对时钟同步产品要求精度更高、功耗更低、尺寸更小,需求量也更大,而传统恒温晶振(OCXO)成本较高,无法满足未来市场的发展和需求。通信设备、移动终端、IoT、导航定位以及仪器仪表等众多领域也会随着通信制式的升级,形成对温补晶振(TCXO)产品体积更小、相噪更低、温度稳定度要求更精准的需求。TCXO芯片(TC-IC)是用于温补晶振(TCXO)中温度补偿的芯片,结合晶体生产高稳定的时钟信号源。因此实现完成TC-IC 的精细温度补偿算法将是满足上述领域应用的研究攻克重点。
|驱动因素
下游应用变化拉动高端产品需求,有望量价齐升
从市场应用角度看,晶振为电子产品提供稳定的时钟频率,其精度和稳定度对下游产品的质量、性能具有至关重要的影响,在基站、移动终端、网络设备等领域发挥重要作用。同时,低功耗设备成近年来双碳政策下电子产品的共同趋势,下游应用市场的整体节能发展趋势必然要求下游产品各个功能组件具有更低功耗,基站、汽车等应用亦要求晶振向高精度、低功耗方向发展。2022年台湾晶技产品应用结构中基站/手机通讯/其他消费电子/汽车分别占比40%/31%/16%/13%。
5G通信:高稳时钟是必然趋势
时钟频率信号在无线通信中被用于实现系统间同步。具体而言,在通信中作用主要包括:频率发生器、产生时钟信号至数据处理设备、提供基准信号等。5G对钟守时能力的要求达到了±1.5uS/24H,即本地时钟漂移需优于±1.74E-11/24H,这对于本地晶振在稳定度、宽温、低相噪指标上提出了更高要求。
汽车电子:受益于电动化、智能化
在汽车电子领域,时钟产品主要运用在娱乐与远程通信系统、安全电子系统、胎压监测系统、安全电子系统、车身系统、高级驾驶员辅助系统、电池管理系统中。随着汽车的电动化、智能化、网联化趋势确立,汽车内部电子元件的种类和应用数量也不断提高,根据晶技统计,传统燃油车对晶振数量要求约为60-100 片,电动车则要求提升至100-180 片,不同领域均对产品提出了更高要求。
物联网:需要高精度、超低功耗时钟解决方案
IoT应用对设备功耗、时间保持能力的要求严格, 优异的时钟产品将助力 IoT设备减少功耗。针对组网所必备的低功耗、广覆盖、大容量等要求,IoT设备需依赖高精度、超低功耗实时时钟(RTC)芯片产品解决,如:为延长电池寿命,实时时钟(RTC)芯片的功耗需要低到1uA(100mAh的电池能够支持10 万小时待机);实时时钟(RTC)芯片精度则决定了IoT设备的时间保持能力以及计时准确性,与整个网络中终端所需预留的时间窗口大小有着紧密联系,高精度性能参数指标能够缩短预留时间窗口大小,直接影响整个网络所支持的终端容量。
军工:时频产品是信息化国防的重要基础
协同作战,精确制导,智能作战、数据链的实现都需要精确的时间参数和极高同步率。以防空导弹为例,各系统之间的时间一致是提高整个系统反应速度,实现目标打击的基础所在。高精准高稳定时间频率源与时间同步系统是作为核心设备将植入各武器装备终端并联通整体武器系统。
目前国内天奥电子是核心的军工视频产品供应商。在铷原子钟、CPT原子钟、铯原子钟等高精度一二级钟领域打破国外垄断。公司时频产品出货50%配套军机,预计未来十年机载时频产品市场空间接近150 亿元,年均市场空间近15 亿元。预计未来5 年弹载时频产品市场空间约39 亿元。
竞泰投资建议|时钟服务器国内以低端为主,中高端国产替代进行中
上游芯片:量价齐升+高端突破国产替代逻辑。上游时钟芯片国产化率极低,高端产品仍需要突破,处于国产替代起步期,且暂无独立上市公司,存在较多的早中期创业机会。头部企业大普技术(科创板报会)、奥拉电子(科创板报会),中期项目有新港海岸(C轮)、赛思电子(C轮)、有容微(B轮)、核芯互联(B轮)、上海锐星微等,早期项目有南京极景微(Pre-A)、电科星拓(A轮)、华时嘉库(天使轮)等。纯做时钟芯片的公司较少,大部分作为公司模拟芯片或数模混合芯片的一种。
中游晶振:产业链垂直化和中高端国产替代逻辑。目前市场仍以无源晶振为主,无源晶振出货量9成以上,市占率60%以上,未来随着应用需求变化和产品成本优化,有源晶振占比持续上升,高精度、高稳时钟产品市场不断拓展。此外,我国低端晶振已经供大于求,中高端晶振及时钟产品需求旺盛且国产化率较低,有着广泛的国产替代需求。IC自主是降本和竞争的根本路径,上、中游垂直化整合趋势确定。晶振二级市场多家上市,代表企业有泰晶科技、惠伦晶体等,未上市项目有扬兴科技、晶宝时频等,主要做石英产业链和业务集成,不作为关注重点。