作為信息技術產業(yè)的基礎性支撐，芯片行業(yè)的發(fā)展對于國計民生至關重要，無論是全球化受阻，還是科技強國戰(zhàn)略的實施，都需要國產芯片奮起直追，大步進位。

1、國產替代：提升研發(fā)投入是關鍵

長期以來，中國核心芯片主要依賴進口。如今，國產芯片產業(yè)發(fā)展逐漸成為中國制造的重中之重。預計2020年，國內芯片自給率要達到40%，2025年則要達到70%。然而，根據中國半導體協(xié)會與國家統(tǒng)計局統(tǒng)計數據，自2013年至2017年，中國芯片產量增速在波動中僅為15%。

在廣闊的市場發(fā)展空間與政策資金加持下，半導體國產替代迎來了前所未有的歷史機遇。

根據CVSource投中數據，近5年來，國內的芯片投融資數量與金額幾乎逐年遞增，總融資規(guī)模達到千億規(guī)模。其中，2018年，芯片行業(yè)的投融資數量高達260，成為5年之最，融資規(guī)模為451.84億元，占據總規(guī)模的近50%。

芯片制造是典型的資本密集型行業(yè)，作為具有高技術含量的重資產業(yè)務，需要投入的資金量巨大。半導體行業(yè)觀察從國內頂尖半導體公司營收與研發(fā)費用著手，對比了國內與國外領先者的差距，這也正是國內公司可以奮起直追的方向。

2、晶圓代工廠

在晶圓代工領域，臺積電是絕對的王者。有報道指出，臺積電為保持先進制程，近十年來研發(fā)投入強度不斷攀升，近10年研發(fā)營收比平均為 7%，高于多數可比公司。并且在近十年來，臺積電毛利率一直維持在50%左右。對比中國臺灣，中國大陸晶圓代工條件正逐步完善但差距尚存。但從整體上來看，市場占比依舊較小。

3、芯片設計

根據中國半導體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數據，2019年我國集成電路設計業(yè)銷售額首次突破3000億元大關，并已經超過芯片制造及封裝測試業(yè)，在全球集成電路市場的份額第一次超過10%。

芯思想研究院數據顯示，2019年全球半導體公司研發(fā)支出有20家超過10億美元，合計達到563億美元。在這其中，有三家中國半導體公司入榜前十位。分別是臺積電、華為海思、聯發(fā)科。三家公司研發(fā)投入合計約75億美元，較2018年增長21%。

4、封裝測試

在我國集成電路產業(yè)鏈中，封裝測試業(yè)是唯一能夠與國際企業(yè)全面競爭的產業(yè)，長電科技、通富微電、華天科技等三大封測廠合計全球市占率超過 20%，具備全球競爭力。

華泰證券稱，中國大陸IC封測企業(yè)未來有望將重心從通過海外并購取得高端封裝技術及市占率，轉而聚焦在開發(fā)扇出型及 SiP(系統(tǒng)級)等先進封裝技術，并積極通過客戶認證來向市場顯示自身技術，提高市場競爭力。

5、半導體設備

2019年全球半導體設備市場約576億美金，大陸地區(qū)約130億美金，占比約22.4%，僅次于中國臺灣的27%，高于韓國的18%。2019年泛半導體設備國產率約16%，IC設備國產化率約5%。

半導體設備國產化率較低，產品供應主要被應用材料、泛林、東電、ASML和科天等廠商占有。他們能獲得這樣的地位，與他們一直以來堅持的高投入研發(fā)有關。

通過對比三家刻蝕設備國際龍頭與中微半導體的財務數據發(fā)現，中微半導體作為新興的設備公司，與國際巨頭的差距主要體現在規(guī)模上。公司研發(fā)費用投入占比為 21.8%，高于競爭對手，雖然規(guī)模有一定差距，但仍有非常大的成長空間。

6、半導體材料

半導體材料作為半導體行業(yè)的最下游，對于半導體領域的發(fā)展有著牽一發(fā)而動全身的影響。

半導體材料市場處于寡頭壟斷局面，國內產業(yè)規(guī)模非常小。相比同為產業(yè)鏈上游的半導體設備市場，半導體材料市場更細分，單一產品的市場空間很小，所以少有純粹的半導體材料公司。

半導體材料往往只是某些大型材料廠商的一小塊業(yè)務，但由于半導體工藝對材料的嚴格要求，就單一半導體化學品而言，僅有少數幾家供應商可以提供產品。以半導體硅片市場為例，全球半導體硅片市場集中度較高，產品主要集中在日本、韓國、德國和中國臺灣等發(fā)達國家和地區(qū)，中國大陸廠商的生產規(guī)模普遍偏小。

半導體材料領域具有難以跨越的技術壁壘，護城河高，國內半導體材料廠商想要趕上非常困難，但差距正在不斷縮小。

分析這些企業(yè)發(fā)現，對于集成電路產業(yè)而言，保證研發(fā)投入是企業(yè)能夠入場的前提。但是，正如英特爾每年花費超過800億人民幣、臺積電每年花費超過140億人民幣研發(fā)費用去維持他們的先進性一樣，想要成為頭部廠商，必須要砸錢。同時，研發(fā)費用只是一部分，人才，技術等都缺一不可。未來，芯片的國產替代還有很長的路要走。

7、dToF開啟無限可能

今年3月，蘋果在新款iPad Pro上配備“激光雷達掃描儀”引發(fā)了外界的極大關注。目前，激光雷達(LiDAR)技術仍是自動駕駛汽車領域的關鍵技術，但高性能光電傳感器芯片研發(fā)也已與之產生交集。

根據蘋果官方的介紹，新款iPad Pro所配備的激光雷達掃描儀是“通過測量光觸及物體并反射回來所需的時間，來確定距離。特制的激光雷達掃描儀利用直接飛行時間(dToF)，測量室內或室外環(huán)境中從最遠五米處反射回來的光。它可從光子層面進行探測，并能以納秒速度運行，為增強現實及更廣泛的領域開啟無盡可能。”

iPad Pro上所搭載的激光雷達(Light Detection And Ranging)其實和手機上采用的ToF攝像頭都屬于雷達技術，以飛行時間距離(Time of Flight，飛行時間)捕捉3D圖像。

不同之處在于，新款iPad Pro所采用激光雷達掃描儀采用的是dToF(direct time of flight，直接測量飛行時間)技術，而目前手機上所采用的3D TOF模組則是基于iToF(indirect time of flight，間接測量飛行時間)技術。那么二者有何區(qū)別呢?

芯智訊指出，根據“大話成像”的介紹：iToF和dToF的區(qū)別，首先從發(fā)出信號來看，dToF是單個脈沖，iToF多是正弦波。此外，iToF和dToF在sensor和算法上也有不小的區(qū)別。

靈明光子成立于2018年，致力于應用國際領先的單光子探測器技術，研發(fā)及制造高性能光電傳感器芯片。公司總部位于深圳南山，并在美國硅谷設有研發(fā)中心。公司主要研發(fā)高效率單光子探測器(SPAD)的大規(guī)模集成芯片，目前主要有兩條產品業(yè)務線：適用于高性能激光雷達光子接收方案的硅光子倍增管(SiPM)和適用于消費級電子產品的SPAD成像傳感器(SPADIS)及整體dToF解決方案。

靈明光子CEO賈捷陽認為，單從技術方面看，dToF取代iToF存在很強的邏輯必然性。現在iToF實際應用中暴露出三個自身難以解決的問題：一是全系統(tǒng)能耗太大(因為采用連續(xù)波或寬脈沖激光)，二是準度易受干擾(如透明物體干擾、多光路干擾、反射率對比度干擾)，三是抗環(huán)境光能力差限制了戶外應用。這三個問題顯著限制了iToF的應用。

而dToF則從根本上解決了以上三個問題，實際應用的性能天花板要遠高于iToF。然而任何一項新技術的發(fā)展都不只取決于技術原理，產業(yè)鏈的成熟度、全產業(yè)鏈成本、可靠性等因素以及市場的宏觀局勢都會影響技術演進。當前的dToF產業(yè)鏈成熟度尚不如iToF，因此未來dToF是否取代iToF會取決于很多因素。3D ToF的應用場景非常多，對于某些特定應用場景，iToF跟dToF也會各自有一些優(yōu)勢。

8、消費類、汽車類產品線并駕齊驅

蘋果新款平板電腦iPad Pro搭載了基于dToF(直接飛行時間法)原理的激光雷達，該dToF傳感器由索尼(Sony)為蘋果定制生產，基于SPAD(單光子雪崩光電二極管)陣列，分辨率達到3萬像素，相比意法半導體(STMicroelectronics)的256像素和艾邁斯半導體(ams)的128像素，直接將dToF傳感器功能從“簡單測距”跨越至“距離成像”。

蘋果新款iPad Pro激光雷達中的SPAD探測器、VCSEL及其驅動芯片

在單芯片上集成SPAD陣列和測距電路的光電探測解決方案，可實現低激光功率下的遠距離探測能力，降低整體系統(tǒng)的功耗和成本，以及減小體積。但無論是對設計能力，還是對制造工藝和封裝技術，要求都非常高，因此，全球具有上述綜合能力的廠商寥寥無幾。據麥姆斯咨詢調研，在中國能提供此技術的設計企業(yè)可謂鳳毛麟角，靈明光子便是其中的佼佼者。

據麥姆斯咨詢，單光子探測技術在當前和未來有巨大的發(fā)展前景，靈明光子專注于高效率單光子探測芯片的開發(fā)，目前面向消費類和汽車類應用分別布局了相關產品。靈明光子CEO賈捷陽介紹，靈眀光子目前有兩條產品線：一是硅光子倍增管(SiPM)，主要面向激光雷達客戶，旨在取代目前在各種激光雷達上廣泛采用的雪崩光電二極管(APD);二是單光子圖像傳感器(SPADIS)，主要面向消費電子客戶，也就是業(yè)界俗稱的“dToF”芯片，未來會逐漸替代現在已經普及的“iToF”芯片。

靈眀光子已經有成熟的量產型SiPM產品，包括了單點和線陣等不同形態(tài)，同時主要參數已經達到了業(yè)界領先水平，目前已有多家激光雷達客戶正在采購或評測。SPADIS已經小范圍開放demo(演示)，并向主要客戶開始供樣，當前主要滿足客戶的dToF技術驗證需要，將結合客戶需求在2021年推出量產型產品。

賈捷陽強調，SiPM可適用于各種不同形態(tài)的激光雷達，并不僅局限于車載應用。靈眀光子SiPM同樣可以滿足包括用于掃地機器人在內的各種非車載激光雷達的需求，并且有多家非車載客戶正在積極評測。