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中信证券-电子行业模拟芯片系列深度报告之(二):AI应用拉动长期需求扩张,多相电源国产替代正当时-230613.pdf
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中信证券-电子行业模拟芯片系列深度报告之(二):AI应用拉动长期需求扩张,多相电源国产替代正当时-230613
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AI 应用拉动长期需求扩张,多相电源国产替
代正当时
模拟芯片系列深度报告之(二)|2023.6.13
中信证券研究部
核心观点
徐涛
科技产业联席首席
分析师
S1010517080003
夏胤磊
半导体分析师
S1010521080005
多相电源是专为 CPU 等主芯片供电的大电流 DC-DC 芯片,属于模拟芯片中门
槛较高的细分赛道,在产品技术和主芯片厂商认证方面具备双重壁垒。目前多
相电源产品主要应用于 PC 和服务器市场,AI 技术加速发展背景下,AI 服务器
和自动驾驶有望成为长期需求增量来源,我们测算全球多相电源市场空间约为
20~30 亿美元。由于多相电源壁垒较高,目前全球市场仍由 TI、英飞凌、MPS
等海外大厂主导,但受益于旺盛的本土客户需求以及本土主芯片厂商逐步起量
(如龙芯中科、海光信息、寒武纪等),国内多相电源厂商正逐步实现突破。
建议关注杰华特等技术实力雄厚且多相电源(多相控制器+DrMOS)产品进展
顺利的国内优质模拟芯片厂商。
▍概览:多相电源为 CPU/GPU 等供电需求而生。多相电源属于模拟芯片领域门
槛较高的细分赛道,其功能定位是为 CPU/GPU 等大负载主芯片供电,可满足
主芯片高功率、大电流、精细化的供电要求。从结构上看,多相电源由多相控制
器和 DrMOS 构成,其中多相控制器负责提供 PWM 控制信号,DrMOS 负责完
成电流升降压转换,最终提供主芯片所需的特定规格工作电流。具体应用中,一
套多相电源产品包括一颗多相控制器和多颗 DrMOS(具体数量取决于相数)。
多相电源主要有两大壁垒:1)主芯片厂认证许可:多相电源负责给 CPU/GPU
供电,对主芯片性能发挥及工作稳定性有直接影响,因此 Intel 等主芯片厂商会
专门对多相电源厂商进行产品认证,PC/服务器品牌厂商一般只采购被主芯片厂
商列入参考设计目录的多相电源产品,而想要获得主芯片厂商的认证许可难度较
大(受技术实力、商务关系等多维度因素的影响);2)产品本身的技术难度:
多相控制器难点在于精准的信号调控,对拓扑结构等设计方面要求更加突出;
DrMOS 属于大电流 DC-DC,需要在高集成度的前提下实现大电流稳定控制,
在产品设计、高压 BCD 工艺、芯片封装等环节都对芯片厂商提出较高要求。
▍空间:PC 和服务器是基本盘,我们测算全球市场规模约 20~30 亿美元,AI 服
务器+自动驾驶有望成为长期增量。其中:1)PC 市场:根据 IDC 数据,全球
PC 年均出货约 3 亿台,而单位多相电源我们测算价值量约为 4~5 美元(若考虑
独显则我们测算单机价值量提升至 6~7 美元),对应市场空间 12~13 亿美元;
2)服务器市场:根据 IDC 数据,2022 年全球服务器出货量达 1516 万台,而我
们测算单台服务器的多相电源价值量约 50~70 美元,因而当前服务器市场约对
应 7~10 亿美元的多相电源需求;AIGC 浪潮下 AI 服务器加速渗透,有望带动服
务器领域多相电源需求进一步扩张:英伟达最新 H100 芯片单颗芯片对多相电
源需求达 50 美元,若 AI 服务器平均搭载 4 张 GPU,则测算其多相电源单机价
值量较通用服务器提升 3~4 倍左右;3)自动驾驶市场:高级别自动驾驶需搭载
大算力自动驾驶芯片,催生多相电源增量需求,且车规产品单价更高,我们测算
单车价值量 60~100 美元,预计远期有望带来 10 亿美元量级的增量市场。
▍格局:TI、英飞凌、MPS 等海外龙头长期主导,国内杰华特等玩家逐步突破。
多相电源产品强调技术沉淀及客户资源积累,当前海外大厂主导市场,其中有
TI、英飞凌、瑞萨等 IDM 大厂,也有 MPS、Richtek 等头部模拟芯片设计公司。
国产厂商布局较晚,目前多相电源领域国产化基本为零。我国是全球重要的 PC/
服务器/智能汽车消费市场及生产基地,本土配套需求旺盛;与此同时,近年来
国内芯片厂商在 CPU/GPU/AI 芯片领域实现突破(如龙芯中科、海光信息、寒
武纪等),部分降低了本土多相电源厂商的进入门槛(相比 Intel、NVIDIA 等海
外主芯片厂商,获得国产主芯片厂商认证许可难度相对较低)。近年来,杰华特、
电子行业
评级
强于大市(维持)
仅供内部参考,请勿外传
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模拟芯片系列深度报告之(二)|2023.6.13
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晶丰明源、长工微、芯朋微等模拟芯片厂商积极布局多相控制器及 DrMOS 领域,
东微半导、新洁能、华润微等功率器件厂商也积极布局 DrMOS 市场。受益于旺
盛的本土客户需求以及本土主芯片厂商逐步起量,本土厂商正逐步切入多相电源
市场,实现国产替代从 0 到 1 的突破。
▍风险因素:PC 市场需求增速放缓;AI 大模型发展不及预期以至于相关服务器需
求不及预期;自动驾驶渗透节奏不及预期;国内厂商多相电源产品开发不及预期;
国内厂商产品获得主芯片厂商认证不及预期。
▍投资策略:多相电源专为 CPU/GPU 等大负载芯片供电而生,属于模拟芯片中
门槛较高的核心赛道。多相电源主要应用于 PC 和服务器领域,我们测算全球市
场空间约 20~30 亿美元,AI 趋势下 AI 服务器和自动驾驶渗透率提升,进一步驱
动多相电源市场空间扩张。多相电源行业进入门槛较高,由 TI、英飞凌、MPS
等海外大厂长期主导,国产化基本为零。近年来,杰华特、晶丰明源、长工微、
芯朋微等模拟芯片厂商积极布局多相电源(多相控制器及 DrMOS)领域,东微
半导、新洁能、华润微等功率器件厂商也积极布局 DrMOS 市场。建议关注杰华
特等积极布局多相电源并有望逐步取得突破的优质本土厂商。
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3
目录
概览:多相电源为 CPU/GPU 等供电需求而生 ................................................................. 6
行业概览:多相电源是为大负载芯片核心供电的高效方案 ............................................... 6
核心壁垒:认证许可+制造工艺构筑双重门槛 ................................................................... 8
空间:我们测算全球市场约 20~30 亿美元,AI 应用拉动需求扩张 ................................ 11
PC 市场:全球出货量约 3 亿台,是多相电源市场基本盘............................................... 12
服务器市场:全球出货量约 1500 万台,AIGC 驱动多相电源需求扩张 .......................... 15
自动驾驶市场:静待需求爆发,远期有望形成 10 亿美元量级增量市场 ......................... 19
格局:TI、MPS 等海外龙头长期主导,杰华特等本土厂商逐步突破 ............................. 22
风险因素 ......................................................................................................................... 28
投资建议 ......................................................................................................................... 29
仅供内部参考,请勿外传
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4
插图目录
图 1:处理器芯片性能及功率要求逐步提升 ...................................................................... 6
图 2:服务器/PC 中多相电源供电版图 ............................................................................. 7
图 3:多相电源中控制器+DrMOS 的结构图 ..................................................................... 8
图 4:DrMOS 方案与传统分立方案 .................................................................................. 8
图 5:多相控制器电路结构图 ............................................................................................ 8
图 6:面向 PC 应用的 DC/DC 电源解决方案 .................................................................... 8
图 7:Intel SVID 协议拓扑要求 ......................................................................................... 9
图 8:MPS 根据不同芯片厂商产品推出的对应电源方案(注:非最新方案) ................ 10
图 9:MPS 单晶方案及其等效电路图 ............................................................................. 11
图 10:单晶方案在电流检测领域相较于传统 DCR 方式的优势 ...................................... 11
图 11:全球多相电源市场需求测算 ................................................................................. 12
图 12:2015-2022 年全球 PC 出货量 ............................................................................. 12
图 13:2015-2021 年中国 PC 出货量 ............................................................................. 12
图 14:全球 PC 市场多相电源市场空间测算 .................................................................. 13
图 15:2021 年全球市场 PC 品牌市场格局 .................................................................... 14
图 16:2021 年中国市场 PC 品牌市场格局 .................................................................... 14
图 17:2021 年全球笔记本电脑主要 ODM 厂商的各自份额占比 .................................... 14
图 18:全球桌面电脑 X86 CPU 市场格局 ....................................................................... 15
图 19:全球笔记本电脑 X86 CPU 市场格局 ................................................................... 15
图 20:龙芯中科 CPU 产品推出时间与 Intel 同类产品推出时间对比 .............................. 15
图 21:2015-2022 年全球服务器出货量 ......................................................................... 16
图 22:2015-2022 年中国市场服务器出货量 .................................................................. 16
图 23:全球 AI 服务器出货量及预测 ............................................................................... 16
图 24:全球服务器多相电源市场空间测算 ..................................................................... 17
图 25:MPS 对于服务器领域电源管理 IC 市场空间的测算,2023 年 ............................ 17
图 26:2020 年 X86 全球服务器市场格局 ...................................................................... 18
图 27:2021 年 X86 中国服务器市场格局 ...................................................................... 18
图 28:全球服务器 CPU 市场格局(按出货量) ............................................................ 18
图 29:自动驾驶算力平台需搭载多相电源产品 .............................................................. 20
图 30:主流自动驾驶芯片厂商产品推出节点及性能 ....................................................... 21
图 31:MPS 在不同下游市场的产品布局........................................................................ 24
图 32:MPS 在计算机领域的产品布局 ........................................................................... 24
图 33:MPS BCD plus 技术发展及适用领域 .................................................................. 24
图 34:MPS 根据不同芯片厂商产品推出的对应电源方案(注:非最新方案) .............. 24
表格目录
表 1:针对不同芯片平台的负载电流规范 ......................................................................... 9
表 2:不同芯片厂商的多相电源协议规范 ....................................................................... 10
表 3:单晶 DrMOS 及合封 DrMOS 方案的对比 .............................................................. 11
表 4:中国大陆本土 CPU 厂商对比 ................................................................................ 18
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5
表 5:国内 GPGPU、AI 加速芯片产品梳理及与国外 GPGPU 产品对比 ........................ 19
表 6:英伟达自动驾驶芯片合作车型 ............................................................................... 20
表 7:海外玩家 DrMOS 产品规格对比(部分) ............................................................. 22
表 8:海外玩家多相控制器产品规格对比(部分) ......................................................... 23
表 9:杰华特智能功率级模块(DC-DC,DrMOS)同业竞品比较 ................................. 25
表 10:国内玩家在多相电源领域的布局 ......................................................................... 25
表 11:国内玩家 DrMOS 产品规格对比(部分) ........................................................... 26
表 12:国内玩家多相控制器产品规格对比(部分) ....................................................... 26
表 13:截止 2022 年 9 月,全球 NB 代工厂产能分布及对应厂商、客户情况 ................ 27
表 14:国内外玩家 CPU 产品比较 .................................................................................. 27
表 15:国内外自动驾驶平台及对应芯片的对比 .............................................................. 27
仅供内部参考,请勿外传
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