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【军工芯片:军工核心赛道,产业格局全解析(附股)】

近日国资委党委召开扩大会议,会议强调,以更大力度鼓励支持中央军工企业做强做优做大,指导中央企业立足自身所能积极支持国防军队建设,助力实现国家战略能力最大化。

当前以信息技术为核心的新军事革命正在引起军事领域的深刻变革。

在军工产业链中,军用集成电路是实现国产替代且下游空间足够大的领域。

我国在2000年后将军用集成电路的发展上升到了国家安全战略的高度,促成集成电路产业链发展,尤其是加强军用集成电路的国产化工作。

军用芯片是该领域的基础技术,围绕芯片的大国竞争将贯穿未来军队现代化建设全过程。

01

军用集成电路产业链概览

军工电子产品的应用环境较为恶劣,尤其是应用于现代化武器作战平台上的核心电子组件和小型系统级产品,一般为定制化军用大规模集成电路,绝大多数军用集成电路属于专用集成电路的范畴分类。

据统计,在美国国防部研制的新型电子系统(包括导弹制导装置、雷达、战斗机载电子设备等)中,将近80%的非存储器电路都是专用集成电路。

军用集成电路指的是在军用领域实现特定功能的电路,可以分为两个层级:

第一,芯片/元器件,如CPU(中央处理器)、GPU(图形处理器)、DSP(数字信号处理器)、MCU(微处理器)和FPGA(现场可编程门阵列)等。

第二,模块层级,通常属于混合集成电路,以军用芯片为核心和外围元件的二次集成,即在同一基片上将分立的半导体芯片、单片集成电路或微型元件通过膜工艺进行混合组装,这些模块可直接安装于不同的设备和系统中,可独立或协同完成系统所规定的总体工作目标。

02

军用芯片行业概览

军用芯片是信息化武器装备整机零部件的核心元器件,从根本上而言,军用芯片是整个军工电子产业的基石。先进军用芯片决定了未来信息化战争中装备的作战效能。

芯片根据功能不同,可具体分为传感芯片、通信芯片、控制芯片、存储一般而言,芯片根据功能不同,可具体分为传感芯片、通信芯片、控制芯片、存储芯片、功率芯片及其他芯片。

军用芯片产业链上游以原材料供应商、设备供应商为主;中游为芯片产品制造商,具体包括芯片设计、芯片制造及芯片封装与测试;下游即需求端,主要包含卫星、军机、舰船、军用计算机、导弹、雷达、运载火箭等。

市场格局方面来看,“国家队”与民参军企业构建芯片全产业链布局。

军用芯片价格往往较民品高很多,更高的利润空间给予了军用芯片更加宽裕的研制空间。

国内多数军用芯片以垂直产业链为主,即设计、制造及封测阶段在不同企业进行。

部分军工集团根据自身技术、经济实力等为追求规模效益独自包揽产业链中游的所有或绝大多数环节,即集芯片设计、芯片制造、芯片封装各环节为一体,也称为IDM模式。

03

军用芯片核心环节

受益于武器装备信息化,军用FPGA芯片、DSP芯片、GPU芯片、IGBT芯片、射频芯片、MEMS传感器芯片、红外焦平面探测器芯片以及存储芯片等武器装备信息化核心电子元器件发展机遇凸显,国产替代市场空间巨大。

1. FPGA 芯片

FPGA是在硅片上预先设计实现的具有可编程特性的集成电路,它能够按照设计人员的需求配置为指定的电路结构,不必依赖芯片制造商设计制造的专用芯片。

FPGA在军工领域广泛使用于雷达/航电系统/卫星/电子战武器等军事装备中。

在军用雷达方面,FPGA是相控阵雷达中T/R组件的核心;在航电系统方面,FPGA大量存在于数据处理和传输总线中;在军用卫星方面,FPGA大量应用于卫星的导航仪和信息处理平台;在电子战武器方面,FPGA广泛用于微波的射频前端。

FPGA壁垒较高,全世界只有为数不多的公司有能力进行FPGA的生产。

全球FPGA市场被赛灵思和Altera所垄断,目前市占率分别为52%和35%;其次为Lattice和Microsemi,份额均为5%。

我国的FPGA厂商技术上与国际龙头差距较大,尚处于起步阶段。

因FPGA在信息化武器装备广泛使用,大量依赖进口存在重大的国防安全隐患。近年来受益于IC产业政策和资金的扶持,FPGA同样得到了迅速发展,未来有望在军用领域率先启动国产替代。

紫光同创Titan系列是中国第一款国产自主产权千万门级高性能FPGA产品,采用40nm CMOS工艺和自主产权的体系结构,广泛适用于通信网络、信息安全、数据中心、工业控制等领域。性能比起国外Xilinx和Altera的产品仍有较大差距。

国内FPGA厂商中紫光国微、复旦微电和安路科技受益于国产化加速推进。

2.CPU 芯片

CPU芯片采用自研指令集或购买永久指令集设计开发自主可控芯片,生态系统偏小,多用于专用领域。

受限于先进制程芯片的生产需要用到国外先进的光刻机,自主可控芯片主要还是低制程芯片。

国内海光信息、海思半导体、龙芯中科、上海兆芯、天津飞腾、成都申威等为国产处理器研发的主要企业。

其中,以龙芯和申威为代表,分别获得MIPS和Alpha架构授权,并在此基础上进行自主研发,形成自有的指令集架构,安全可控程度极高。

国内自主研发的龙芯系列CPU已经广泛的应用在航天、车载导航、交换机、军用电脑等领域。国产陆军和海军装备上的北斗导航一体化终端设备使用的是“龙芯1B”嵌入式CPU。除了军用电脑使用龙芯CPU,指挥员的指挥机、单兵使用的终端机以及保密通信专用机均使用“龙芯”CPU。

3. GPU 芯片

GPU即图形处理器,是计算机中用来处理可视化效果尤其是3D效果的处理器。

GPU是现代武器装备中多种信息融合和人机交互的图形系统中的重要单元。

在数字化的战场上,军事决策者、战士和特遣队日益依赖于视频和图像情报,以及战场上负责获取、处理、存储、保护和传输数据的电子基础设施。

国内厂商中,景嘉微的国产军用GPU完成了对美国ATI公司产品的替代。其成功研发的JM5400打破国外长期垄断GPU 市场的局面,成功取代M9、M54、IMX6等进口芯片运用于军用显示器上;GPUJM7200已获得中电科下属单位的订单。

DSP芯片:信息化武器国产雷达等之“芯”

DSP即数字信号处理器,是对数字信号进行实时高速处理的微处理器。

国产DSP已经运用在军用雷达上。

国产主流DSP有中电科38所的“魂芯”系列和中电科14所的“华睿”系列。

中电科38所研制的DSP“魂芯一号”号已经成功运用在我国空警-500预警机雷达等多个国防科技装备上。“魂芯二号A”相比“魂芯一号”性能提升了6倍。

“华睿1号”是中国首款具有国际先进水平的高端四核DSP芯片,填补了我国在多核DSP领域的空白。由中国电子科技集团公司第14研究所、北京国睿中数科技股份有限公司以及清华大学联合研发,已经成功应用于中国军队十多个型号雷达产品中。

“华睿2号”芯片采用40纳米工艺,工作主频为1GHz,每秒可完成4000亿次浮点运算,支持64位标准双精度,综合处理性能优于国际主流DSP芯片。

该领域主要参考者主要为国家队,四创电子(中电科38所)、国睿科技(中电科14所),两家公司实际控制人均为中国电子科技集团有限公司。

射频芯片

射频芯片是通信、雷达、电子战等系统的基础,严格意义上指0.8GHz以上频段工作的模拟电路,包括微波和毫米波电路。

有源相控阵雷达的T/R组件中需要能在微波频段工作的射频芯片,即单片微波集成电路(MMIC),可较大提升雷达的抗干扰性能,但我国的MMIC芯片基本依赖进口。

军用射频芯片重视第三代半导体材料,据YoleDevelopment预测,军用氮化镓(GaN)射频器件市场规模将在2024年增长至97.72亿美元。

亚光科技收购亚光电子,成为国内体量最大的军用微波射频芯片、元器件、组件和微系统上市公司,是我国军用微波集成电路的主要生产定点厂家之一。

通信芯片中,北斗芯片作为卫星导航定位产品的核心部件,是我国自主可控代表型芯片之一,主要包括射频芯片和基带芯片。主要厂商有海格通信、振芯科技、合众思壮和北斗星通等;基带芯片参与者同样众多,包括海格通信、华力创通、北斗星通、振芯科技等。

4. MEMS 传感器芯片

MEMS传感器是MEMS芯片中一种,指应用了MEMS工艺的传感器芯片。

MEMS传感器在信息化战争中具有出色应用价值。

MEMS传感器具有体积小、重量轻、品质高、能耗低以及计算能力强大的优点,能有效提高作战武器的性能。

国内从事MEMS器件研发的单位包括中国电科13所、24所、49所等;该环节主要参与厂商还包括耐威科技、高德红外和星网宇达等。

长期以来,军工电子产业的“国家队”—中国电子科技集团有限公司承接大量军方项目及订单。除中国电子科技集团有限公司之外,中国电子信息产业集团、陕西电子信息产业集团以及中国航天科技集团下属的航天电子技术研究院(九院)也有许多与军工芯片产业相关的企业与厂所。

军工集团下属主要芯片研制企业上海贝岭、振华科技、成都华微电子、航天电子等也深度参与到军工芯片产业链环节。

当前军工集团供应链体系独立,芯片供应商竞争有序。虽然芯片作为核心元器件,可在信息化装备大规模运用,但由于军工芯片针对不同武器装备定制化设计和生产,芯片供应商难以在多领域拓展业务。

此外,我国现有的十大军工集团相对独立,各间分工明确,竞争有序。从产业链体系而言,各个集团都拥有自己的全套或者大部分供应商体系,彼此的认证评审体系各不相同。在细分领域竞争有序的现状下,芯片供应商较难横向拓展业务,因此下游空间大的公司具有更大潜力。

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