中国Fabless可以从高通危机学到什么

阿芯2018年3月13日
从市场规模上看,数字芯片市场占集成电路市场的比例稳定在83%左右,体量约4倍于模拟芯片市场。

数字芯片和模拟芯片共同组成了集成电路市场。其中,数字芯片是主要处理数字量的集成电路,包括存储器、逻辑芯片和微处理器等;模拟芯片是指会涉及到处理电压、电流、光等模拟量的集成电路,主要包括电源管理芯片、数/模转换芯片等。从市场规模上看,数字芯片市场占集成电路市场的比例稳定在83%左右,体量约4倍于模拟芯片市场。


因为数字芯片的看重运算速度的提升、功耗的降低,即能耗比要够大,而更迭迅速的架构、工艺和制程的提升对芯片能耗比提升效果明显,所以目前数字芯片紧跟先进制程的步伐,产品生命周期较短,通常为1~2年。例如高通骁龙800系列每年至少进行一次换代,制程平均每两代提升一次,据GeekBench分数统计,骁龙800系列单核和多核性能平均每年分别提升13%和17%,五年来单核和多核性能分别提升2.4和3.3倍。


模拟芯片则强调高信噪比、低失真和高稳定性。由于涉及到处理大电压,先进制程下模拟芯片的驱动能力会受较大影响,故模拟芯片在先进制程下的设计难度更高。据Semico估计, 65nm制程下,模拟芯片设计所需的IP数量远大于SoC内其他模块。故模拟芯片不严格遵守摩尔定律,常常不会采用最先进的制程,生命周期较长,有的产品可超过十年。而模拟芯片厂商ADI更是将产品生命周期长作为公司的立足之本,据统计,其2010财年约67%营收是由2005年之前推出的产品贡献,这对于数字芯片厂商是无法想象的。


因为产品通常采用最先进制程且生命周期短,整个生命周期内生产规模受限,可供平摊的产品规模有限,所以数字芯片的单位售价较高;相反地,模拟芯片平均售价比数字芯片低。据IC Insights,2012年模拟和数字芯片产品平均单价分别是0.45和2.19美元,数字芯片ASP是模拟芯片的近5倍。正是因为数字芯片和模拟芯片的单价差异比较大,两者出货量几乎相同的情况下,数字市场规模是模拟芯片规模的5倍多。


数字芯片产品生命周期十分短,供应商若想在这较短的时间内回收成本、实现盈利,则必须找准一个规模够大的市场,而不会去打入规模较小的细分市场,因此数字芯片的终端应用较为单一。例如MPU市场十分依赖PC和智能手机两大应用,据Databeans预测,2018年微处理器MPU的终端应用中PC和智能手机合计将占去79%。以移动处理器为主的高通设备及服务业务就极为依赖智能手机应用,其营收增速与全球智能手机出货量增速很相似。当一款应用成为爆款时,数字芯片厂商业绩飞速提升,当应用需求下行时,数字芯片厂商业绩增速也会立即随之放缓。


由于产品单价高,依赖单一应用,数字芯片设计厂商业绩波动较大,如数字芯片厂商高通的设备业务,其营收同比增长具有较大的弹性,2011至今的波动范围超过了45%。相反,模拟芯片产品应用范围广,模拟芯片设计厂商基本不存在对某种单一应用的依赖,业绩增长较为稳定,但同时因为产品更新慢,单价低,模拟芯片公司业绩弹性通常不大。如2011至今TI模拟业务营收同比增长介于2%到17%,年复合增长率仅为7.5%。

中国半导体企业正处于起步成长阶段,由于产业链条较长,各个企业的需求千差万别。大基金根据企业自身情况,进行了针对性、差异化的支持,经过梳理,大基金的投资模式主要有以下几种方式:


正因为数字芯片设计公司广泛具有业绩受单一应用影响较大的特点,所以数字芯片设计公司便和某种应用绑定,但应用总有市场饱和的一天,公司便可能随之增长放缓甚至走向衰败,因此,数字芯片设计公司若想长期健康发展,必须学会如何避免这种特性给公司带来不良影响。而在这方面全球Fabless龙头高通有着其自己的扬长避短之道,下面我们就以其史为鉴,看看能给大陆芯片设计公司带来哪些启发。

历经三十二载沉浮,Fab龙头在危机中拥抱机遇

高通,美国无线电通信技术研发公司,1985年成立于美国圣地亚哥,围绕其推广商用的CDMA数字通信技术开发并提供了各种数字无线通信产品及服务。业务涵盖技术领先的3G、4G芯片组、系统软件以及开发工具和产品,技术许可的授予等。历经32载,高通从当初一家只有7人组成的小公司成长为现在全球规模最大的Fabless,营收与净利润从1987财年的655万美元和20.8万美元分别增长到2017财年的223亿美元和24.7亿美元,复合增长率分别达到30%和36%。尽管高通业绩增长十分亮眼,但在其发展过程中包括当下(18Q1 QTL营收和税前利润同比下滑分别为28%和41%),却历经了数次危机和挑战。考虑到芯片设计公司位于产业链最上游,受终端应用影响严重(如指纹识别),且部分具有监管风险(如挖矿机芯片)。因此通过对其过往历史的分析,我们来看芯片设计公司如何应对危机。对当前大陆芯片设计公司会有一定的指向作用。

高通的三次危机及应对

1989-1993:公司核心技术CDMA推广遇阻,自下而上引领变革

由于第一代通信技术采用的频分多址(FDMA)模拟通信技术并不能很好地适应高容量的通信需求,1988年9月,美国蜂窝电信工业协会(下称“CTIA”)鼓励业界开发一种比FDMA容量更大的数字无线通信标准。有两种方案被提了出来,一种是能够在同一个信道(频段)分时段容纳并传输多条通话的时分多频技术(TDMA),由于其既未对原有的通信频谱做出较大改变同时又能够将网络容量提高3~4倍,当时运营商以及CTIA都认为TDMA具有很大的吸引力。与此同时,根植于数字通信的高通也抓住机会,正式提出码分多址方案(CDMA),该方案是一种能很好适应扩容需求的技术(理论上可将容量扩大15~20倍),但因其采用了高频率的跳频和扩频技术,很多工程师认为其复杂性是当时的技术无法实现的。在实际应用中,仅仅编码的工作就需要硬件有更高水平的处理能力,基于编码的移动硬件会很庞大且十分耗电。另外,CDMA系统还面临着远近干扰以及基站切换过程复杂化等问题,这些问题对商业通信来说都是致命的。所以尽管当时高通努力倡导码分多址技术,美国电信工业协会(TIA)还是在1989年1月投票选择将TDMA作为数字通信方法,这是通信行业数字化的关键决议,其权威性几乎等同于实际法律,若之后有公司不予遵守,也意味着其将很难进入主流市场。而此时,高通为测试CDMA的资金已经就位,因此,可以说CTIA对TDMA的支持对高通形成的打击是毁灭性的。

中国半导体企业正处于起步成长阶段,由于产业链条较长,各个企业的需求千差万别。大基金根据企业自身情况,进行了针对性、差异化的支持,经过梳理,大基金的投资模式主要有以下几种方式:


面对上层的否定,高通选择自下而上推广,主要在以下两个方面进行了努力。

(1)用创新技术打破不可能。针对远近场效应问题,高通提出了开、闭环功率控制方案来避免离基站较远设备发送的信号被近处设备更大的信号淹没;又采用软切换方案使设备在不同基站间的切换过程中保持与两个或多个基站的联系,实现平滑切换,提高语音质量。面对质疑,高通并未选择逃避,而是苦心孤诣在技术上寻求突破,凭技术说话。而高通在技术上的努力也为其之后专利拳的打出奠定了坚实的基础。

(2)宣传上重点突破+深入浅出。有了技术上的支持,公司对CDMA的未来充满信心,竭尽全力致力于CDMA的推广,一方面,高通选择从更贴近用户的运营商入手,公司高管亲自登门拜访了多家地方运营商并向其阐述CDMA在网络容量方面的巨大优势,其中,他们成功说服运营商PacTel的CEO让其重新审视他们的技术,并获得了来自PacTel 100万美元的初期注资以支持公司试验样机的开发;另一方面公司针对大众市场推广制定了“鸡尾酒晚会”比喻,形象生动地向大众展示了CDMA的优势。

而为此进行的各种努力最后也被证明是有效的,1993年7月,在历经多轮投票和辩论之后,CDMA终于被TIA接受成为正式的通信标准,并被作为过渡标准IS-95发布施行。这是一场完全依靠高通自身,一家创立刚刚4年的企业自下而上完成的通信标准变革。


1998-1999:专注核心业务,果断舍弃拖累业务

制造部门业绩不佳,高通深受拖累。90年代中期为了向运营商推广CDMA设备,高通先后成立相关部门并开始涉足CDMA手机以及基础设施(如无线发射塔以及交换中心设备)的制造。但是因为这两个部门是高通的非核心部门,本身规模较小,导致公司元件采购成本较爱立信、诺基亚和摩托罗拉等规模较大的手机制造商高,再加上高通管理层没有经营生产业务的经验,导致两个部门毛利微薄。如高通在1998年销售了七百万部手机,而当年诺基亚仅仅6120这个型号手机的出货量就高达2100万部。


卸下制造业务的高通走得更好。针对这种情况,高通毅然选择放弃这两块业务,并在1999年3月将基础设施产品部门以2.4亿美元出售给爱立信,同年12月将手机业务部门出售给日本京瓷。这样做给高通带来了两大好处,一是消除设备厂商的顾虑,即高通有可能会将最新最经济的技术方案优先给自己生产的设备使用,来制造差异化打压其他设备商;二,对高通自身来说,业务瘦身不仅让其卸下了一个烧钱机器,还有助于其将更多的精力放在自身擅长的CDMA核心技术研发和芯片设计领域。售出基础设施业务财年(1999财年)高通的毛利率便从25.5%上升到36.9%,售出手机业务财年(2000财年)毛利率更是上升到52.9%。而高通股价更是反映剧烈,1999年3月和11月分别大涨70%和63%。


2016~:来自商业模式和监管机构的压力,加大5G投入开辟新赛道

高通当前业务主要由芯片设计及销售部门QCT以及专利授权业务部门QTL组成,其商业模式为:手机制造商若要购买高通的芯片,不仅需要支付芯片及专利使用费用(QCT和QTL强制绑定销售),还必须与高通签订反向授权协议,即同意高通及高通客户免费使用其所有专利;而对于竞争对手高通则拒绝向其授权一些必要的通信专利,导致其在基带芯片设计制造中掣肘较多。这种独特的商业模式虽帮助高通在智能手机时代称霸基带芯片市场,却一直饱受争议。

长久以来这种不对等的商业模式带来的负面效应似乎在近期爆发得尤为密集。对高通的反垄断调查从中国大陆到台湾,再蔓延到韩国和欧盟,截止2018年1月24日,高通受到的罚款数额已经超过约合38亿美元。2016年公司与魅族的官司以及2017年年初与其最大客户苹果之间的纠纷更是将高通的商业模式置于舆论的负面。特别是受与苹果专利纠纷的影响,2017年公司的QTL业务营收水平同比出现了明显下滑。


除此之外,博通(AVGO)也趁高通陷入纠纷之际于2017年11月初对其发起并购要约,目前并购进程已经经历多次反转(博通要约,高通否决,博通提名董事会候选人,博通提高对高通收购报价,高通提高对NXP收购报价,博通降低对高通收购报价等),利益相关方的加入也使得局势也变得越来越复杂。


而高通也采取一系列动作来应对此次危机:(1)持续加大研发投入,提前布局5G;(2)加强RF前端设计能力,进一步巩固基带芯片优势;(3)通过并购切入汽车电子、IoT等新市场。

(1)前瞻布局5G,公司预计19年推出5G产品。据IHS预测,到2035年,全球5G价值链能创造高达3.5万亿美元的产出。从2G到3G,再到4G,手握多项通信关键专利的高通受益于每一代通信标准的转换,而这次,高通依旧打算先发制人,继续从行业领先地位中获益。为此,公司不断加大研发投入,公司高管也在18Q1财报会上坦言,过去几年公司不断加大对5G的研发投入以期在5G时代继续保持领先优势,公司也准备在19年就研发出成熟的5G设备来抢占全球5G市场,并且在1月底的中国技术峰会上与联想,OPPO,VIVO,小米,中兴和闻泰科技签署了名为“5G先锋计划”的合作协议,目标为在2019年共同研发出先进的5G移动设备。公司预计5G将在2020年贡献营收。


(2)与TDK成立联合公司RF 360(高通持股51%),进军射频前端市场。随着智能手机所需支持的制式和频段数越来越多,用来收发信号的射频前端部分也变得越来越复杂,此模块的价值量也随着通信标准革新也成倍提升。据HIS,目前射频前端芯片市场规模为136亿美元,预计到2019年可能会突破基带芯片2016的市场规模,达到约230亿美元。在2018年的CES大会上,公司宣布将为谷歌、三星和索尼的新旗舰手机设计射频前端模块;在1月底的中国技术峰会上,联想,OPPO,Vivo和小米共同宣布购买公司的射频前端解决方案,产品总计超过20亿美元。我们预计今年公司在射频前端的市场份额将会有显著提升。


(3)通过并购NXP切入汽车电子、IoT等新市场。根据IC Insights预计,2017年全球汽车半导体市场的总体规模约为280亿美元,预计2016年-2021年,汽车以及IoT用半导体的产值将会以每年约13.5%的速度增长,达到各项应用中最高水平。而目前高通也正在向高速增长的物联网(IOT)、汽车电子等领域布局,收购汽车电子第一大供应商NXP则可加速此进程。公司预计在完成收购NXP之后收入将突破300亿美元。据公司18Q1财报会透露,目前并购已获得欧洲和韩国批准,仅剩中国的决议还未收到;此外,目前公司在汽车电子应用上的订单已经超过30亿美元,其中仅信息娱乐方面的订单就超过10亿美元。同时,在今年CES大会上,公司宣布将参与本田、捷豹路虎和中国比亚迪新车型的设计,我们预计公司在汽车电子市场的份额也会继续增加。


挑战的背面也是机会(2006-2015):加大研发夯实竞争壁垒,智能手机时代市占率大幅提升

谈到高通,自然绕不开其目前如日中天的SoC产品线——移动平台处理器骁龙系列。高通在2007年进军智能手机SoC市场,通过加大研发投入与独特的商业模式,高通在这场由智能手机带来的挑战中抓住发展机遇将竞争对手挤出市场。

智能机取代功能机浪潮给手机芯片设计厂商带来了巨大的挑战。功能较简单(仅涉及打电话和收发短信等)的功能机芯片一般只由负责通讯的基带芯片构成,而功能复杂的智能机芯片不仅包括基带芯片,还包括了用于安装和运行操作系统、应用程序的应用芯片(Application Processor)(如CPU,GPU,DSP等),目前主流方案是将这些芯片整合为一个独立芯片,即SoC(System on Chip),这样既能减小芯片面积、又能降低芯片功耗。其中AP的主要组成部分是CPU,考虑到功耗因素,移动设备的CPU大多采用的是ARM架构,而ARM架构IP授权使用模式使移动设备CPU的设计门槛降低,这种情况之下,SoC上其余芯片的性能差异化便决定了SoC的竞争力。

除此之外,博通(AVGO)也趁高通陷入纠纷之际于2017年11月初对其发起并购要约,目前并购进程已经经历多次反转(博通要约,高通否决,博通提名董事会候选人,博通提高对高通收购报价,高通提高对NXP收购报价,博通降低对高通收购报价等),利益相关方的加入也使得局势也变得越来越复杂。

据IHS,从2G到3G再到4G,每一次通信标准的革新都将为基带芯片带来约50亿美元的新增市场。由于客户更新设备的滞后性以及各地区不同运营商采用通信协议可能不同,全球多种通信标准(如2G:GSM;3G:WCDMA;4G:LTE-A)共存已经成为常态,这就对手机通信功能提出了更高的要求(尽量兼容多制式和多频段)。而决定移动终端支持何种网络制式与频段的正是基带芯片,制式和频段的多样化让基带芯片设计难度不断加大,基带芯片价值量得以提升,进而促进基带芯片市场规模成长。同时基带芯片设计壁垒的提高也使得SoC中基带芯片的性能成为决定一款移动处理器好坏的重要因素。


高通利用自身优势化挑战为机遇,实现业绩新突破。基带芯片的设计恰好是高通的主场,因为主流的3G和4G通信标准CDMA2000/WCDMA/LTE均绕不开与CDMA相关的关键专利,所以以CDMA通信标准起家的高通凭借其持有的大量且关键的CDMA专利在基带芯片设计上拥有绝对的优势。而高通也抓住此次机会,充分发挥自己在通信领域的这种领先优势,加大研发投入,致力于将各种通信标准整合进一块基带芯片。公司于2013年成功推出全球首款全模全频基带芯片X5 LTE Modem,此后更是在基带芯片产品上一骑绝尘,领先对手多个世代。


此外,高通还通过独特的商业模式在基带芯片的领先地位中进一步受益。如前文所述,公司通过将QTL与QCT业务绑定实现自身芯片产品更高的附加值,同时要求客户签署反授权协议来扩大自己的专利范围, 此外,公司还通过拒绝为竞争者提供基带芯片必要专利授权来将对手逐出市场。凭借这种独特的业务模式,高通实现了近70%的市占率水平。

一些“老玩家”则未能抓住此次机遇。如TI,一方面因为其对智能手机芯片市场不够重视,不仅没有及时跟进研发投资,还在智能手机出货量剧烈上升时缩减了研发投资;另一方面则是因为无法从高通处得到设计基带芯片必需的通信标准授权,因此TI的SoC芯片内无法内置基带芯片,进而无法像高通那样为手机制造商提供一整套智能手机芯片解决方案,导致TI处理器对手机制造商的吸引力降低,其市场占有率也从2008年的近23%下降到2012年不足2%,直至最后退出市场。

从高通看Fabless成长经验

Fabless营收容易受到集中的下游应用影响,导致利润波动较大。Fabless所在的IC设计产业作为半导体产业链的较为上游的一端,受长尾效应的影响较重,因此波动较大,抗冲击性比较差。


从高通成长历程中我们也可以看出这家Fabless典范的生存之道。

(1)优选广阔赛道,卸下拖累业务包袱。随着信息社会产生的数据量越来越大,人们对于无线数据传输速度似乎永不满足,因此无线通信技术标准的发展前景依旧十分广阔,而正是因为这个市场够宽够大,公司选择在此发力,才能够无限拓宽自己的成长空间。在这个市场上,公司从根源上控制关键技术(CDMA),引领全球无线通信纵向加深,为新一代通信标准蓄势,立足于此,公司又横向延伸出芯片设计业务(基带芯片),将核心技术倾注于实物芯片上,且牢牢抓住智能手机兴起的契机,实现公司业绩新突破;而对于自身不擅长的设备制造业务,公司选择毅然舍弃,事实证明,丢掉拖累业务包袱之后的公司走得更远也更好;

(2)巨大的研发投入。客观上,高通所处的两个行业——通信和半导体设计产业的共同特征之一就是技术密集性,若未及时跟进行业技术便有被挤出市场的风险,如前文中提到的TI;主观上,高通的七位创始人均为纯技术背景,对技术自是格外重视。高通每年研发费用占比超过20%,一直处于半导体产业领先的位置,而这种对技术的深耕回馈给高通的不仅是亮眼的营收以及芯片市场份额,更有直面各种新技术挑战(如5G、汽车电子、物联网等)时的底气;

(3)高超的商业模式。技术好不代表一定能得到外界认可,更不代表能够据此盈利,而高通则既有好技术,也有好的商业模式。高通并未只采用专利授权,而是将芯片销售和专利授权相互绑定,一方面降低(专利转化为芯片)技术泄漏的风险,另一方面也提高了自家芯片产品的附加值,将技术充分变现;此外,高通也十分重视“合作”的力量,这一点在其建立的“专利保护伞”上能够得到体现,高通最高明的地方在于利用自己的商业模式搭建了一个专利共享平台,尽管进入平台的要价不菲(产品费用+专利费用+贡献自己的专利),但却十分吸引人(使用一整套SoC解决方案+免费使用其余厂家的专利),而且随着加入这个平台的公司越来越多,拥有的共享专利也越多,其对其他未加入厂商的吸引力会越来越大,若没有监管这几乎将成为一个没有缺陷的平台,而位于平台中央的高通自是深度受益。

来源:张天闻 国泰君安证券电子(半导体分析师)、半导体行业观察

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