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物联网产业专题研究报告:AIoT芯片投资赛道解析

来源:火狐电竞体育

2021-09-27 06:35:05

  AIoT即智慧物联网,广义上指人工智能技术与物联网技术的融合及在实际中的应用,通过在物联网的基础上加 上人工智能技术,利用物联网产生并收集的海量数据存储与人工智能技术对数据进行智能化分析,加强人与物品的交互体验以实现万物智联化。2020年,以物联网连接数超过非物联网连接数为标志,叠加疫情促使消费者和企业加速拥抱AIoT,我们认为AIoT产业正进入快速发展的阶段。

  在物联网和人工智能时代,消费领域和产业领域都面临新机遇。伴随物联网连接数的高速增长,未来数百亿的设备并发联网产生的交互需求、数 据分析需求将促使IoT和AI更深入地融合。全球物联网连接数目前正处于复合30%左右的速度快速增长。据 ABI Research 公司的数据,2019年 全球物联网终端连接数量达到49.16亿,预计到2026年物联网终端连接数量将达到237.2亿;而从市场规模看,预计2024年全球物联网市场将超 过11000亿美元,空间广阔。

  AIoT芯片对8寸产能有较大需求:一方面,AIoT芯片主要采用28nm及以下的成熟制程,对8寸晶圆产能有较大的需求;另一方面,由于成本、特 殊工艺的限制,相当多的器件难以从8英寸向12英寸转移,据国际电子商情,仅不到三分之一的模拟和混合信号器件切换至12寸。

  8寸产能增长有限:据SEMI数据显示,全球8英寸晶圆产线年,受全球金融危机影响,8英寸产线数 量开始走下坡路。产能不足直接引发了下游芯片供应紧张和大规模涨价。而8寸新产线建设又面临设备不足等难题,新建产线所需设备主要以二 手为主,据Surplus Global预估,2019年底全球市场约有700台二手的8英寸晶圆制造设备在售,但需求量在1000台以上,因此面对AIoT的广阔 需求增长仍显力不从心,加剧涨价。2020年底至2021年中,芯片出厂价至少经历了两次大幅涨价,且后续还未看见缓解趋势。

  2021年6月2日,华为鸿蒙操作系统正式面向消费者发布。鸿蒙OS是一套面向手机和IoT的操作系统,其中面向 IoT设备的部分(Open Harmony)开源开放。事实上,过去阻碍物联网推广应用的原因中,其一是B端开发成本高,通信协议复杂也导致设备间 的互联互通成为难题;其二是C端消费者面临不同品牌、不同设备之间使用割裂的问题,生态不兼容。对此,其一开源开放的鸿蒙系统能更好的 支持智能硬件厂家开发智能硬件(合作伙伴中拥有芯片、模组等上游厂商),其二通过鸿蒙有望实现生态整合,以智能家居为例,不同的品牌合 作伙伴有望通过鸿蒙实现互联互通。

  从成长性来看,物联网连接数至少是千亿级别,是超越手机空间的更广阔的市场。全球60亿的人口量级,按照人均2部手机,也就是百亿级别的存 量市场,10亿级别的增量市场。而每个人在衣食住行等各类场景所接触的需要联网的物体,人均可达5~10个,是个千亿级别的存量市场,并有望 带来百亿级别的增量市场。IOT行业是硬件科技领域未来增长最快,空间最大的赛道。而其中,芯片作为附加值最高的环节之一,投资价值凸显。

  物联网下游碎片化,这对于处于培育期的产品来说是难点,但成熟期的产品又可受益于多元化应用带来的稳健增长优势:

  碎片化应用意味着缺少大颗粒的市场,单一品类体量较小,因此对于培育期的产品来说,研发成本的摊薄是难题。

  但目前来看,AIoT赛道芯片的复用能力很强,转入多元化应用后,既能延长产品生命周期,也能实现更稳健的增长。以瑞芯微RK3288为例, 该经典产品自2014年推出后,不断拓宽应用场景,现已可用于包括平板、笔电、电子阅读器、电子书、机顶盒、商业显示、工业控制、家电 显示控制、人脸闸机及VR等多个领域,产品生命周期不断延长,实现稳健增长。A

  我们认为AIoT芯片赛道的龙头企业有望获得更强的议价能力,进而提升毛利率水平:正如前文所述,AIoT的下游碎片化,小颗粒的市场相对来说 缺少大B客户,因此芯片供应商面对下游小B客户的议价能力更强,更容易获得高毛利。

  MCU(Micro Control Unit),中文名称为微控制器,又称单片机,是指将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯 片上,形成芯片级的计算机,为不同的应用场合做不同组合控制。  从分类角度,以位数划分,MCU可分为4位、8位、16位、32位和64位;以应用划分,可分为为通用MCU、超低功耗MCU、无线MCU、汽车 MCU等;按存储器结构可分为哈佛(Harvard)结构和冯▪诺依曼(Von Neumann)结构;按指令结构,可分为CISC和RISC。

  MCU下游应用广泛,主要包含汽车电子(33%)、工业控制及医疗(25%)、计算机(23%)、消费电子(11%)等领域,汽车电子是最大的应 用领域。受益高端应用的发展,MCU市场规模稳定增长。据IC insights数据, 32位MCU出货量持续增长,预计到2021年将是4~16位之和的两 倍。整体规模来看,预计2025年MCU市场规模可达272亿美元,20-25年CAGR约5.6%。

  总体来看,MCU市场集中度高,海外龙头占据绝对优势, 2020年CR5(瑞萨电子、NXP、英飞凌、意法和微芯)达到75.6%。

  我国企业也正在个别领域不断突破壮大中,主要有中颖电子、兆易创新、灵动微电子、华大半导体等。针对具体的应用场景,如智能家居、电力 物联网、工业互联网等,开发定制化的MCU,有望在固有竞争格局下实现突破。

  MCU与传感器结合集成为智能传感器,具有与外部系统双向通信手段,用于 发送测量、状态信息,接受和处理外部命令。

  以MCU在分立式空调解决方案的应用为例:MCU在室内/室外机主控、室内/室外 风机驱动、联网通讯、显示屏驱动、遥控器等部分有广泛应用,对应控制、通信 等不同的产品形态。考虑到MCU在无线连接的应用属于通信芯片领域,本文将集 中于第四章通信芯片进行讨论。

  AIoT SoC是更多创新智能终端的主控大脑:目前AIoT 设备的主控制器一般采用 SoC形态芯片,主要原因在于相较传统MCU主控方案,SoC不 仅在功耗上具有明显优势,性能上也更能满足智能终端设备的演进趋势——日益增长的音视频处理能力、AI处理能力、丰富的外围接口。据瑞芯微招股说明书,AIoT SoC一般由多个IP模块构成,包括:CPU、GPU、DSP(如ISP等)、VPU(视频编解码)、总线、接口(如USB、 PCIe、MIPI等)、工艺物理库等。

  音视频终端作为交互入口,市场需求进一步爆发。智能家居作为AIoT落地应用较早的产业,已经开始向全屋智能体验与智慧场景有机结合的智慧 家庭阶段演进,因此从长远来看,全屋智能环境下,每一个设备都将是AIoT的入口。不过在短期来看,率先落地的入口产品包括普及程度更高的 手机、可穿戴设备等产品。进一步,当交互方式从触摸屏/手机APP 控制向语音交互、人脸识别、手势交互等方向发展,各类音视频系统终端, 如智能音箱、智能电视等需求加速爆发。而作为各类音视频终端的底层核心,各类音视频SoC充分受益。

  主控SoC是智能音箱产品的核心:从功能上,作为智能音箱的“大脑”,一方面智能交互音箱对AI算力的要求越来越高,处理器芯片算力与集成 度不断提升;另一方面,带屏智能音箱产品层出不穷,音频处理能力外,对视频编解码提出新要求。从成本上,以Google Home为例,据 TechInsights,其BOM成本为50.6美元(零组件44美元+担保与权利金6.6美元),其中SoC的成本约占9%。

  物联网利用丰富的连接技术,以实现不同场景的连接需求。仅从无线连接技术的角度,包括局域无线通信和广域无线通信两大类。局域通信技术 包括WiFi、蓝牙、Zigbee等,主要在局域网内传输数据;广域通信技术主要分为工作于非授权频谱的 LoRa、Sigfox 等技术和工作于授权频谱下 的2/3/4/5G 、NB-IoT、Cat.1等蜂窝通信技术。

  通信芯片是无线通信网络的最核心环节:不同的无线通信技术都需要通信芯片实现通信信号的调制,是无线通信网络的最核心环节,技术壁垒最 高。因此物联网连接数的增长直接推动基带芯片需求的增加,通信芯片属于必然受益环节。不同通信制式的芯片技术难度不同,其中,蜂窝WiFi蓝牙等。目前,在各个领域,都有国产公司不断突破,技术较为简单的领域已有细分全球 龙头跑出,如WiFi芯片的乐鑫科技、博通集成,蓝牙领域的泰凌微电子,全球份额都已经较高。而技术壁垒最高的蜂窝领域,有赖于华为等企业 的进一步突破。

  单芯片多协议成为一大趋势:例如,WiFi+蓝牙双模芯片的形态正逐渐成为主流,归其原因在于优化终端产品的配网体验,一方面,WiFi+BLE双 模模组大大简化产品的配网难度,终端用户无需手动设置产品配网模式,通过蓝牙连接手机端引导用户快速添加设备,做到“傻瓜级”应用。另 一方面,也优化配网的稳定性,搭载WiFi+BLE双模模组的智能设备,能大幅度解决2.4G&5G双频/混频路由环境下的配网问题,兼容性更高,速 度更快,而在WiFi断连时,通过蓝牙亦可进行本地控制,进一步加强稳定性。

  无线通信芯片产业存在一个底层逻辑,即随着无线通信制式的不断升级革新,产品均价会不断提升:以蜂窝芯片为例,受益于5G的替代,据 Strategy Analytics,2020Q2全球基带芯片均价为11.06美元,同比增长超过10%;具体看产品,以高通X55为例,据Fomalhaut拆解iPhone Pro数 据显示,其单价在90美元左右,受5G芯片出货提升,2020年高通MSM芯片均价显著提升。而叠加AIoT设备需求量的提升,通信芯片产业正进入量价齐升的周期。

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