新冠疫情客观上带动了健康医疗相关电子产品的发展,比如2020年前后市场对测温枪的需求大增——国内不少传感器、MCU等供应商企业在此期间拉动了一把供给。这波市场行情中,加入到防疫市场需求供应体系、颇具代表性的一家企业是杭州晶华微电子股份有限公司。这家公司医疗健康SoC芯片中的红外测温信号处理芯片终端需求于疫情期间激增。受到下游红外测温枪企业市场份额的利好影响,2020年,晶华微医疗健康SoC芯片销量同比增长超过300%。
最近,杭州晶华微电子股份有限公司总经理兼技术总监罗伟绍在接受我们采访时也谈到:“疫情来临时刻,晶华微厚积薄发,红外测温方案成功满足防疫市场需求。当时的市占率一度达到50%以上。”
不过在红外测温信号处理芯片之外,晶华微原本就有不同领域的市场斩获,且在此之前就颇具影响力。比如其自主研发的工控HART调制解调器芯片和高精度4~20mA电流环DAC芯片突破了国际大厂垄断;多功能数字万用表专用芯片的市占率接近50%;医疗健康衡器芯片产品市场率则在30%左右等等。
3月9日,晶华微科创板IPO成功过会;从其招股说明书来看,这家公司2021年度营业收入1.73亿元人民币,预计2022 Q1营收5000-5500万元,同比当有7.2%-17.9%的增长。经中国证监会《关于同意杭州晶华微电子股份有限公司首次公开发行股票注册的批复》(证监许可〔2022〕1203号)核准,同意公司首次公开发行股票的注册申请。今天(7月29日),晶华微正式在上海证券交易所科创板挂牌上市,股票简称:晶华微,上交所科创板证券代码:688130。晶华微董事长、总经理及各界同仁出席了上市仪式。
晶华微这些年的发展情况和IPO布局,多少都有国产半导体企业崛起的影子。晶华微也将于今年8月,作为展商参与将由Aspencore主办的IIC 2022(2022国际集成电路展览会暨研讨会)。对晶华微的进一步了解,及对罗伟绍的采访,也更利于我们从中把握半导体市场脉搏和相应领域的发展现状。而晶华微IPO的故事实则远不是红外测温芯片大卖这么简单。
红外测温市场,不是天上掉馅饼
2020年,晶华微的红外测温信号处理芯片大热,带动其全年营收高速增长。但这并不是一蹴而就的。“红外测温枪产品解决方案为2020年初的疫情控制做出了重要的贡献。”罗伟绍谈到,“公司从2015年就已经深入红外测温应用领域。我们很早就实现了单芯片解决方案,系统集成度高、测温稳定,抗环境温度的干扰、软件校正方案成熟简单精度高,便于客户批量生产和校准操作,降低成本。”
“疫情来临时刻,公司厚积薄发,红外测温方案成功满足防疫市场需求。所以当时的市占率一度达到50%以上。”显然这一市场机会的把握,并不是一时一刻达成的,而是多年技术挖掘的结果。从晶华微的产品布局来看,红外测温方案受到市场追捧与晶华微在“高精度ADC及其SoC”技术方面的长期投入有着相当大的关系。
罗伟绍介绍说:“公司产品技术主要两个方面:第一,高精度ADC及其SoC技术;第二,工业控制及仪表芯片技术。”实际上,这两者衍生了当前晶华微芯片产品的几个主要应用领域,其中一个方向就是医疗健康——红外测温应用属于该方向的一个具体分支。
“红外测温信号处理芯片作为红外测温仪的核心部件,ADC的精度与稳定性直接关系到测量的准确性。如我们的红外测温信号处理芯片是将一个有效位数18位的高精度ADC、低功耗MCU和其他模/数混合信号处理电路、通讯接口及LCD/LED显示驱动等全部集中在一颗芯片上,单颗芯片即可完成温度信号测量、模/数转换、数据处理、通讯传输以及LCD/LED显示等功能。”
“红外测温信号处理芯片与红外热电堆传感器的适配校准是红外测温方案的关键。”罗伟绍谈到,“大量实践表明:传感器信号和环境温度补偿的软件算法的优劣,也显著影响测量的准确度和一致性。晶华微在便携式测温枪/耳温仪方案开发有多年的实际应用经验与临床验证积累,客户量产测温仪已超千万支,其效果已达国际标准水平。”
这是晶华微的红外测温信号处理芯片,能够将测温误差控制在±0.1℃的基础;也是在新冠病毒肆虐期间,2020年仅这一种芯片销量就超过了6000万颗的前提。可见围绕自家优势技术,在市场需要时进入主流供应链,并占据过半的市场乃是顺势而为。多年的技术储备在此时发挥了作用。销量和营收的增长非偶然或一夕之功。
两个方向、三个应用领域的深耕
自2005年,罗伟绍博士回国创办晶华微以来,上述两个主要技术方向都在晶华微延续至今的产品上持续深耕。2019年的Sensor China展会上,罗伟绍在接受采访时就给我们着重介绍了带ADC的混合信号处理SoC在衡器上的应用——当时晶华微在中国的秤械领域,已经有了大约一半的市场份额;另外展会上还展示了晶华微最引以为傲、实现了国产化替代的工控HART调制解调芯片和高精度4~20mA电流环DAC芯片——当时罗伟绍提到:“那时候(2008年)国家对集成电路行业的重视程度没有现在这么高,也没享受相关的扶持政策,市场环境恶劣并不能影响我们打破国外垄断的决心,当时全中国就只有我们一家在做。”
围绕高精度ADC及其SoC技术,以及工业控制及仪表芯片技术这两个方向,晶华微将其应用于医疗健康、工业控制、仪器仪表、智能家居等领域。当前晶华微的三大系列产品主要包括医疗健康SoC芯片、工业控制及仪表芯片、智能感知SoC芯片。前文提及的红外测温信号处理芯片就属于其中的医疗健康应用。
上面这张图给出了三大系列产品,及三者间的共性与各自的技术侧重点。从技术共性来看,“公司全系列产品均基于高性能模拟信号链电路技术,集成高精度ADC,电压基准源、电流源、运放、比较器、电源管理、振荡器等模拟信号链电路资源以及内置算法,以实现高精度传感器信号测量和信号处理为目标,向下游应用领域和客户提供差异化、高性价比的芯片以及解决方案。”罗伟绍说。
仍以其中的红外测温信号处理芯片为例,这是“高精度ADC及其SoC技术”的应用之一。实际上高精度ADC及其SoC技术的应用领域很广泛,“特别适用于高精度传感器信号的测量与信号处理。”罗伟绍表示,“具体的产品种类一直就包含了健康衡器、红外测温枪、智能感知类PIR产品等。”
“公司的高精度ADC技术主要以Sigma-Delta电路结构为基础,针对下游应用领域的应用需求,研究和创新电路细节,在特定工艺及成本的条件下实现高精度、低噪声等性能,并完善其他相关高性能模拟信号链电路资源设计、辅以内置算法,形成全系列产品的共性技术。”
“在共性技术基础上,公司进一步研发推出面向具体应用的高集成度SoC芯片设计架构,其内嵌8位/32位CPU核的MCU模块,根据具体应用功能、功耗、成本等需求做优化裁剪,辅以RAM/ROM和其他关键外围资源,设计软硬件协同,并与高精度ADC、模拟信号链电路资源以及算法形成集成和组合。”也就有了面向不同应用方向的医疗健康SoC芯片、数字万用表(DMM)SoC芯片、智能感知芯片。
在发挥晶华微原有技术优势的基础上,不仅持续深耕,而且面向客户提供更具定制化的服务和产品,应该是晶华微在这一领域持续迈进、一路走来的不二法门。
而另一个方向,即工业控制芯片,罗伟绍又详述道:“我们的HART调制解调器及4~20mA电流环DAC芯片,仍包含重要模拟电路技术如高精度ADC/DAC,运放、比较器、电压基准源、电流源、电源管理、振荡器等模拟信号链资源。”他特别给我们呈现了上面这张图,“以这张图所示的HART调制解调器芯片为例,除了虚线框内的数字逻辑电路之外,其余均系公司已在三品类产品中使用的高精度ADC、高性能模拟信号电路资源等共性技术。”
可见两大方向,和三类应用都与晶华微创立之初至今的技术储备有莫大关联,三个主要应用都是建立在两个方向的技术积累基础之上的。这也是当前晶华微芯片、解决方案及其应用领域得以铺开的业务逻辑。也从一个侧面表明,晶华微本质上是家技术驱动型企业——围绕某一个特定技术做扩展,并根据不同应用的特点做市场覆盖。这与罗伟绍于美国华盛顿大学电机工程学专业博士的学术背景密切相关。
罗伟绍也总结说:“公司主要产品系基于长期积累的模拟信号链技术,在针对下游应用场景具体设计过程中,以共性技术为基础,运用高集成度的SoC芯片设计架构,同时满足不同应用领域的不同功能需求,在细节技术上又各有侧重。”而且当前晶华微还在积极围绕高精度ADC及其SoC技术,拓展更多领域的应用。
从晶华微的招股说明书来看,2021年度医疗健康SoC芯片占到其总营收的69.29%,工业控制及仪表芯片则占到29.95%,还有1.76%来自智能感知SoC芯片。随着新冠疫情趋于平缓,医疗健康类SoC类别的营收占比当会逐渐下降。不过从晶华微报告的数字来看,剔除红外测温信号处理芯片影响,其营收增长整体也是比较健康的。而且罗伟绍也特别谈到了当前社会对医疗健康应用的需求未来一定会有显著增长空间,所以未来业务仍有拉出第二条上扬曲线的空间。
抓住市场,打破垄断局面
在晶华微现有产品中,除了在某些应用市场已经占据主导地位的芯片和解决方案之外,值得称道是其自主研发的工控仪表类芯片(HART通讯调制解调芯片、4~20mA电流环DAC芯片)。2020年,晶华微获得“浙江省专精特新中小企业”称号。罗伟绍介绍道,公司在工控仪表类芯片领域投入和研发超过了15年。这类芯片属于《工业强基工程师实施指南(2016~2020)》“四基”的集成电路领域中的核心基础零部件(元器件):智能终端核心芯片方向。
“公司的SD2017/SD2057/SD2085/SD2421芯片对国内工控产业链关键领域‘补短板’,填补国内空白或者替代部分进口芯片。”罗伟绍为我们科普了这个系列的产品及其市场现状,“HART是迄今为止应用于流程工业的最多的数字通信技术,它是所有通信协议中数量最大的。根据HART基金会相关数据,目前全球累计安装了支持HART通讯协议的现场仪表超过4000万个。”
“4-20mA DAC的主要推广方向是工业现场仪表,如温度变送器、压力变送器、流量计、HART手操器等。根据工控网出具的《2020中国压力变送器市场研究报告》,2019年度国内压力变送器市场规模为40.2亿元。”这个赛道的主要竞争对手包括ADI、TI等国际模拟芯片公司。
在缺芯大潮的影响下,进口芯片交货一再延期,与此同时国产芯片技术指标及稳定性日益提高。这是国产进驻市场的大好时机,国产芯片企业有了机会获得客户的认可。工控芯片国产化脚步逐渐加快。这是当前晶华微的工控仪表类芯片有进一步发展空间的市场机遇。只不过如前所述,这样的替代过程也不是这两年中美贸易摩擦以后才发生的。晶华微在该领域的技术与市场投入早在十多年以前。对技术的专注,让晶华微在中美贸易摩擦大环境下有了一展拳脚的机会。
工控HART调制解调芯片和4~20mA电流环DAC芯片“从2006年开始就立项研发,2008年首次流片验证。2009年第一版工控HART调制解调芯片开始供货。16位高精度4~20mA电流环DAC芯片难度较高,研发周期较长,2013年开始量产供货。”
“公司的工控HART调制解调芯片和4~20mA电流环DAC芯片已经成功实现国产化替代,打破国际垄断局面,在低功耗和低误码率方面取得了长足的进展。”罗伟绍多次强调。长时间的研发投入,才在机会出现时做到高度把握。
前年的Sensor China展会上,晶华微曾展示过一款“工控压力/温度传感器信号调理和变送输出专用芯片”。当时这颗芯片刚刚进入样片测试阶段。罗伟绍在本次采访中也提到,目前这款芯片已经量产,并制作多种典型应用demo推广。“现有30多家客户非常认可芯片和demo样机的性能参数指标,有意愿采购产品方案和合作。随着国内工控行业的不断发展,预测未来市场需求旺盛。”
“国产芯片在工控领域未来的机会更大,不仅要在低端应用占领更多市场,中高端应用上国产芯片也会逐渐渗透。当前的中美形势也一定程度推进了国产渗透。工控领域的芯片特点是品种多,但每一品种的年销量来讲比较少,而且对芯片的可靠性要求非常高。”罗伟绍总结道,“晶华微的战略定位是在该领域长期投入,深耕厚植,逐步建立更加齐全的产品线照顾客户各种需求。” 这是晶华微在工控仪表类芯片看到的市场潜力。
未来的市场契机在哪儿
固然有多年的技术积累和平稳的营收来源,对于技术驱动型企业而言,一个比较大的问题是因骤然间的市场需求让营收上了新台阶,如何抓住下一波机遇令企业规模更上一层楼。所以对现在的晶华微而言,我们认为其重点仍在于疫情平稳后,原本高增长的医疗健康应用市场需求不再如此旺盛,如何保持业绩的持续增长。罗伟绍对于晶华微的未来仍然保持着相当的乐观。
以医疗健康应用为例,“随着人口老龄化发展,社会成员日益富裕,对自身的健康情况会更关心,要求更多、更准确的信息。这部分需求将是长期的。除了红外测温芯片,公司也会继续推出更多芯片产品满足医疗电子行业的需求。”比如我们关注到晶华微当前所推的一款热门产品“带有高精度ADC和32位MCU的人体健康参数测量SoC芯片”,这是针对血压、血糖、血氧以及高端八电极交流体脂测量的定制化SoC。基于共性技术、加上针对不同应用有针对性的侧重,原本就是晶华微这么多年来擅长的。发掘新的应用市场想必也会是晶华微未来的发展重点。
即便只是红外测温技术,它在“智能家居、热释红外、智慧医疗等应用场景也不断涌现。科技创新发展,测温仪产品将令家电产品更智能。测温仪会进一步融入智能家居、智慧医疗等应用中。比如红外测温和热释红外相结合,以非接触又快速测温的方法来实现人体存在和温度探测功能,用在家电或医疗产品上智能又方便。”加上IoT的万物互联需求,智能家居的测温数据将上传至云端网络实现更广泛的联动,市场的未来还会更加广阔。
扩展开去,“5G和大数据的发展,促进了智能传感器和物联网的快速发展,带动了与此相关的模拟信号链芯片的旺盛需求。以ADC+MCU架构的信号处理SoC芯片又是这类芯片产品的主力,一定会有巨大的市场需求。”“晶华微的传感器信号处理芯片在不断适应数字经济的浪潮和需求。”
“未来继续看好和持续加强高精度ADC和模拟信号链芯片技术的研发,拓展智慧健康医疗电子、工业控制及仪表芯片,高精度PGA/ADC等模拟信号链芯片的应用市场。借助5G、大数据、物联网等国家大战略,实现公司下一阶段的飞跃发展。”
早在2004年下半年,罗伟绍就与合伙人决定回国做芯片,“做一些支持国内产业技术的事”。杭州晶华微电子股份有限公司便于2005年成立。这家公司十多年的发展历程和市场布局,其实无处不体现着罗伟绍本人技术出身特点:立足于技术,深耕于技术。所以两块核心技术、三个应用领域就能将晶华微的业务逻辑说清楚——只不过这背后的付出,是厚重、深刻的。
晶华微的IPO是技术积累和积淀的成果表征。中国国内的芯片市场就是需要这样脚踏实地的企业为行业更多地增光添彩;在更多领域做到半导体产品的国产化。而IPO将为晶华微提供更广阔的技术发展空间。
在罗伟绍看来,ADI公司是晶华微看齐的方向。“对于未来公司的发展,希望可以带领着公司成为像ADI那样优秀的企业——一个非常全面的,能够做出多种多样的且高质量产品的集成电路设计公司。”罗伟绍说,“同时,期望中国芯也能够一步一步实现多点突破,出现更多优秀伟大的企业。”
“至于如何达成这个‘宏大的目标’,无论是大踏步奔跑,还是小碎步前进,关键是每一步都不能踏空。”罗伟绍对晶华微未来设想,“所以,先一步一步‘做好未来三五年的事’,然后朝着这个方向坚定地‘一路走到底就是了’。”