2021年全球车载摄像头行业市场现状,将受益于ADAS的渗透升级,增长空间广阔「图」-不锈钢3D打印工厂

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一、车载摄像头行业概述

1、发展历程

车载摄像头通过镜头和图像传感器实现图像信息的采集功能,是最早使用也是目前发展最成熟的自动驾驶感知设备。1956年,首个引入摄像技术的概念车型Centurion由别克推出,使用后臵广角摄像头拍摄车后影像并显示在控制台屏幕以替代后视镜。1991年,丰田Soarer推出倒车辅助摄像头,推动车载摄像头商用化发展。1999年,斯巴鲁公司首次将双目摄像头技术应用到量产车的ADA(主动辅助驾驶系统)上。2006年,360全景环视系统概念诞生,车载摄像头作为主要传感器快速发展。2021年,800万像素摄像头被搭载于21款理想ONE上,首次量产使用。

车载摄像头主要发展历程

2021年全球车载摄像头行业市场现状,将受益于ADAS的渗透升级,增长空间广阔「图」

资料来源:瞰瞰智能,华经产业研究院整理

2、分类及功能

车载摄像头主要组成部件包括镜头组、CMOS芯片和DSP芯片。车载摄像头按用途分类,可分为用于被动安全的成像类镜头与用于主动探测的感知类镜头。成像类镜头主要负责将拍摄到的影像存储或发给用户,而感知类镜头则主要用于ADAS系统;按照安装位置可主要分为内视摄像头、后视摄像头、前视摄像头、侧视摄像头、环视摄像头等。摄像头作为ADAS辅助驾驶时代的主力传感器,广泛应用于车道检测、交通标志识别、障碍物监测、行人识别、疲劳驾驶监测、乘员监测、后视镜替代、倒车影像、360度全景等方面。

车载摄像头主要分类及功能

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资料来源:公开资料整理

二、车载摄像头行业产业链

1、产业链示意图

车载摄像头主要由镜头组、图像传感器(CIS)、数字图像信号处理(DSP)组成。三者均处于产业链中游位置,其中图像传感器是是车载摄像头核心技术。镜头组、胶合材料、图像传感器经封装构成镜头模组,镜头模组将光电信号传递至DSP进行图像信号处理;DSP将模拟信号转化为数字信号,并与镜头模组封装集成,形成终端系统。DSP市场的海外厂商集中度较高,车载摄像头模组封装格局较为分散,海外厂商占据主导地位。

车载摄像头产业链

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资料来源:智能汽车俱乐部,华经产业研究院整理

2、成本结构

从成本结构来看,据ON SEMI数据,图像传感器是车载摄像头模组最主要的成本组成,占比可达50%,模组封装和光学镜头占比分别为25%、14%。

车载摄像头行业成本构成

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资料来源:ON SEMI,华经产业研究院整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2022-2027年中国车载摄像头行业市场运行现状及投资规划建议报告》

三、车载摄像头行业发展背景

1、汽车产销量

车载摄像头,某种程度而言已经成为汽车最为重要的传感器。汽车产销量的增长是车载摄像头行业发展的基础,据中国汽车工业协会数据,2021年我国汽车产量达到2608万辆,同比增长3.4%;销量达到2628万辆,同比增长3.8%。

2012-2021年中国汽车产销量变化情况

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资料来源:中国汽车工业协会,华经产业研究院整理

2、汽车电子

随着汽车高端新型汽车系统渗透率的提升和智能网联汽车行业整体的发展,我国汽车电子行业市场规模持续扩大。中国汽车电子市场在2017-2021年间持续增长,CAGR为8.6%,2021年达到约1104亿美元。在汽车电子和安防技术的飞速发展下,车载摄像头成为交通安全不可缺少的硬件。

2017-2021年中国汽车电子行业市场规模及增速

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资料来源:公开资料整理

3、智能驾驶

高阶智能驾驶对于摄像头的需求更高。数据显示,L2级别至少需要6颗摄像头(1前视+1后视+4个环视),L3级别至少需要7颗(2前视+1后视+4环视),L4级别需求量将高达13颗。高阶智能驾驶对单车摄像头需求量的拉动将驱动车载摄像头市场规模迅速增长。

智能驾驶不同级别对摄像头个数需求

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资料来源:YOLE,华经产业研究院整理

四、车载摄像头行业市场现状

(一)全球市场

1、市场规模

车载摄像头市场包括前装(整车厂完成组装)及后装(整车出货后组装)。据统计,2021年全球车载摄像头前装市场规模约为122亿美元,同比增长67.12%,后装市场规模约51亿美元,同比减少12.07%。未来,随着智能汽车渗透率的逐步提高,摄像头将在工厂阶段配置,后装市场的比重将逐渐下降,预计至2026年,全球车载摄像头市场规模将达到355亿美元。

2020-2026年全球车载摄像头市场规模及预测

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资料来源:ICV Tank,华经产业研究院整理

2、出货量

前装市场是车载摄像头模组最重要的部分,2021年全球前装车载摄像头出货量约为1.65亿颗,同比增长65%,预计2026年将提升至3.7亿颗,期间年均复合增长率为17.5。

2020-2026年全球前装车载摄像头出货量及增速

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资料来源:ICV Tank,华经产业研究院整理

3、平均搭载量

2020年全球平均搭载摄像头数量约为2.2颗,预计随着ADAS逐渐升级和加速渗透,叠加各车企硬件配臵冗余性高,车载摄像头的量增将超预期,2030年平均单车搭载量有望达到8.9颗。

2020-2030年全球车载摄像头平均搭载量测算

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资料来源:YOLE,华经产业研究院整理

4、车载CIS

CIS是车载摄像头的核心部件,市场规模与车载摄像头紧密相关。数据显示,2021年全球车载CIS市场规模约为38.1亿美元,同比增长56.8%。预计2026年有望达90.7亿美元,CAGR为18.94%。

2020-2026年全球车载CIS市场规模及增长趋势

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资料来源:ICV Tank,电子发烧友网,华经产业研究院整理

(二)中国市场

近年来中国车载摄像头市场规模增长迅速,从2016年的20亿元上升至2020年的64亿元,期间年均复合增速达33.8%。预计2025年市场规模将保持高速增长到287美元,2020-2025年CAGR约为29%。

2016-2025年中国车载摄像头市场规模及预测

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资料来源:ICV Tank,华经产业研究院整理

五、车载摄像头行业竞争格局

目前全球车载摄像头整体竞争格局仍然较为分散,除松下市场份额在20%左右,其余主要供应商的市场份额在8%至11%之间,未出现具备明显优势的供应商。由于车载摄像头技术门槛整体相对较低,国内供应商具有较大的发展机会。凭借成本优势、服务反应速度优势等,未来国内供应商份额有望逐步提升。

全球车载摄像头市场份额情况

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资料来源:公开资料整理

六、车载摄像头行业前景

智能驾驶方兴未艾,预计未来十年ADAS将进入加速普及阶段,同时在各厂商的推动下,ADAS结构升级也成为确定性趋势。车载摄像头作为ADAS感知层的核心传感器,将受益于ADAS的渗透升级,实现量价齐升,增长空间广阔。下游市场高成长带来中上游布局机会,车载CIS、镜头及模组等主要产业链环节具备大空间、高壁垒两大特点,相关龙头厂商将充分受益行业增长。

华经产业研究院对中国车载摄像头行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析,对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析,最大限度地降低企业投资风险与经营成本,提高企业竞争力;并运用多种数据分析技术,对行业发展趋势进行预测,以便企业能及时抢占市场先机;更多详细内容,请关注华经产业研究院出版的《2022-2027年中国车载摄像头行业市场调研及投资战略规划建议报告》。

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2021年全球及中国六亚甲基二异氰酸酯(HDI)市场供需现状及趋势分析,聚氨酯涂料势在必行「图」-不锈钢3D打印工厂

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一、HDI综述

六亚甲基二异氰酸酯(HDI)是一类脂肪族异氰酸酯,是目前最主要,应用最多的脂肪族二异氰酸酯,具有较高的反应活性,可提供制品的初粘性。主要用于生产聚氨酯涂料,如高铁面漆、汽车修补漆、舰船和风电叶片等使用的复合涂料,此外还用于生产胶粘剂、交联剂、弹性体等。由于其单体毒性较大,一般将其制备成HDI类衍生物,主要包括HDI缩二脲和HDI三聚体。由于HDI内部分子结构中不含苯环等不饱和键,因此其下游产品具备抗老化、耐黄变等性能。

异氰酸酯分类及产品应用情况

2021年全球及中国六亚甲基二异氰酸酯(HDI)市场供需现状及趋势分析,聚氨酯涂料势在必行「图」

资料来源:公开资料整理

二、HDI行业发展背景

由于HDI分子结构中不饱和键较少,因此以HDI制备的聚氨酯材料具有极其优异的抗老化、耐暴晒耐黄变性能,是支撑航天军工、高端装备、汽车等产业发展的关键性基础材料,也是涂料、胶黏剂、人造革等传统产业绿色化升级的关键原料。国家也高度关注ADI产业的发展,根据《产业结构调整指导目录(2019年修订版)》,“万吨级脂肪族异氰酸酯生产技术开发与应用”项目为国家重点鼓励类项目。

中国HDI行业下游相关领域政策梳理

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资料来源:政府公开报告,华经产业研究院整理

水性聚氨酯环保涂料带动HDI需求的增长。虽然近年来我国涂料市场低速增长,但随着市场对涂料产品环保的要求越来越高,涂料市场结构正悄然发生变化,其中的聚氨酯水性涂料快速增长,带动以HDI为代表的脂肪族异氰酸酯需求。

2011-2022年中国水性涂料需求量及增速情况

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资料来源:公开资料整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2022-2027年中国六亚甲基二异氰酸酯行业发展监测及发展战略规划报告》

三、HDI生产工艺

从生产工艺来看,目前全世界90%以上的HDI产品仍采用光气法生产,将己二胺加热气化后与溶剂氯苯混合进入反应容器,与光气反应生成HDI和副产物HCl。反应排气中过量的光气和蒸发的部分溶剂经洗涤塔洗涤、冷凝后重新进入反应器循环使用;反应液送入浓缩装臵脱除光气、氯苯等杂质制得粗产品,再经过产品精馏获得纯度在99%以上的HDI产品。根据下游需要进一步聚合成二聚体(HDI缩二脲)或三聚体等。

HDI生产工艺

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资料来源:公开资料整理

从上游原材料丙烯腈供需情况来看,国内丙烯腈原料供需保持逐年上涨。据统计,2021年中国丙烯腈行业产量为261万吨,消费量和产量基本一致,为260.7万吨。

2017-2021年中国丙烯腈行业产量及消费量情况

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资料来源:公开资料整理

四、HDI行业现状分析

1、市场供需情况

从HDI行业产能来看,近年来全球HDI单体产能保持在35-40万吨区间。根据相关数据统计,2021年全球HDI单体产能为38.4万吨。

2012-2021年全球HDI单体产能情况

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资料来源:公开资料整理

由于HDI单体有较大挥发性和毒性,因此一般将其制备成HDI类衍生物进行销售,如加聚合后的HDI三聚体或HDI缩二脲,一般情况下,直接以HDI域单体形式使用的产品约占消费领域10%,以缩二脲和三聚体形式存在,以缩二脲和三聚体形式存在的约占90%。

HDI市场需求及消费结构情况(单位:%)

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资料来源:公开资料整理

目前全球HDI单体及其衍生物年需求量约22万吨,增速在5%以上,中国需求约8万吨左右,中国需求增速10%以上,高于全球需求增速。

2021-2025年全球HDI市场需求量情况

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资料来源:公开资料整理

HDI主要需求集中在汽车和工业涂料领域,一般用于生产汽车原装/修补涂料、塑料涂料、高档木器涂料、工业涂料和防腐涂料用的固化剂,胶黏剂、美缝剂等高端产品。由于其分子结构饱和,空间位阻较小,使其具有不泛黄、保色、保光、抗粉化、耐油、耐磨等物理化学特性,所以其制成的漆膜硬且柔韧,能满足抗石击、耐刮擦乃至自修复等功能,十分匹配汽车漆面的使用要求,因此其份额在全球不断增长。

全球HDI行业下游应用领域分布情况(单位:%)

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资料来源:公开资料整理

2、进出口情况

“六亚甲基二异氰酸酯”海关编码“29291040”。从进出口贸易来看,近年来中国HDI进口量波动向上的同时,出口量近年持续下降,说明国内HDI需求的旺盛。具体来看,根据中国海关数据,2021年我国HDI进口数量为7640吨,进口金额达到3155万美元;出口数量为6424吨,出口金额为3448万美元。

2015-2021年中国HDI进出口数量情况统计

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资料来源:中国海关,华经产业研究院整理

从进出口均价来看,市场价格基本保持稳定,出口价格高于进口。据统计,2021年中国HDI进口均价为0.41万美元/吨,出口均价为0.54万美元/吨。

2015-2021年中国HDI进出口均价变动情况

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资料来源:中国海关,华经产业研究院整理

从进口数量地区分布情况来看,日本是我国主要进口国。2021年我国HDI日本进口数量占比达到95.9%。

2021年中国HDI进口数量地区分布情况

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资料来源:中国海关,华经产业研究院整理

五、HDI行业竞争格局情况

HDI供应呈现高度垄断的格局,供应呈现高度垄断的格局,万华化学已成为全球第二大生产商。全球供应商主要有科思创、康睿、巴斯夫、旭化成和万华。2011年宁波万华聚氨酯有限公司完成3000吨/年HDI中试,于2012年投产1.5万吨/年HDI三聚体固化剂,目前经过多次技改与扩建,万华宁波与烟台基地拥有产能8万吨/年,并计划在宁波基地继续新建5万吨/年HDI产能,预计2024年万华化学HDI年产能爬升至13万吨。

2021年全球HDI单体产能分布情况

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资料来源:公开资料整理

六、HDI行业未来发展趋势

2019年下半年以来,美国英威达、巴斯夫、奥升德等装臵出现不同程度不可抗力影响,全球己二腈/己二胺供应持续紧张。自2020年9月份以来,成本推动下HDI从35000/吨的低价一路上涨,在2021年4月底,HDI三聚体上涨到130000元/吨。伴随着原材料己二腈供给端持续环节,HDI三聚体价格逐步回落至70000元/吨。

随着HDI价格的下降,其应用领域将进一步推广。目前国际上在涂料和胶粘剂行业使用的聚氨酯固化剂约80%为TDI(甲苯二异氰酸酯)与TMP(甲基丙烷)的预聚物,仍然是有机溶剂体系,虽然有着原物料价格便宜、粘度低、成膜反应快等优势,但溶剂型聚氨酯涂料的挥发性有机化合物含量高,在制造和施工过程严重的污染了环境,随着人们环保意识以及环保法规的加强,开发低和无体系的聚氨酯涂料已势在必行。

华经产业研究院对中国六亚甲基二异氰酸酯行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析,对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析,最大限度地降低企业投资风险与经营成本,提高企业竞争力;并运用多种数据分析技术,对行业发展趋势进行预测,以便企业能及时抢占市场先机;更多详细内容,请关注华经产业研究院出版的《2022-2027年中国六亚甲基二异氰酸酯市场竞争态势及行业投资潜力预测报告》。

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2021年中国稀土废料回收行业现状及前景分析,有效缓解国内稀土行业供需矛盾「图」-不锈钢3D打印工厂

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一、稀土回收综述

稀土产业链可分为上游开采、中游冶炼、下游加工和终端应用4部分,稀土资源经开采后获得稀土矿石、稀土精矿、碳酸稀土、氯化稀土等,经冶炼得到稀土化合物、稀土氧化物、单一稀土金属、稀土金属合金等,再经加工得到稀土磁性材料、稀土催化材料、稀土发光材料、稀土贮氢材料等多种产品,广泛应用于风力发电、新能源车、变频空调、节能电梯、智能制造等行业中。

稀土废料回收利用是稀土供给的重要补充。作为不可再生的矿产资源,随着近年来稀土矿被大量开采,全球稀土储量越来越少。中国等稀土储量大国近年来加强了对于稀土资源和环境的保护,稀土开采和供应正在减少。在稀土资源开采总量得到保护性控制,而市场应用需求量却持续稳定增长的背景下,稀土回收企业通过对稀土永磁材料生产过程中产生的钕铁硼边角废料进行回收、加工,生产出再生稀土氧化物,使得稀土废料回收利用成为了稀土供给的重要补充。

稀土产业链

2021年中国稀土废料回收行业现状及前景分析,有效缓解国内稀土行业供需矛盾「图」

资料来源:公开资料整理

二、稀土回收行业政策梳理

近年来,国家对稀土资源的开采实行指令性计划,进行保护性开发,并提出了逐步提高稀土资源利用率的政策要求。在资源开采总量得到保护性控制和市场应用需求量稳定的市场形势下,发展循环经济、提高资源综合利用率成为唯一可行的模式。因此,从各种含稀土的工业废料、渣料中提取利用稀土元素,转化成工业形态的稀土产品,对实现我国稀土资源可持续利用、节约能源和保护环境,具有重要意义。

近年来中国稀土废料回收行业相关政策梳理

2021年中国稀土废料回收行业现状及前景分析,有效缓解国内稀土行业供需矛盾「图」

资料来源:政府公开报告,华经产业研究院整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2022-2027年中国稀土废料回收市场全景评估及投资规划建议报告》

三、稀土回收产业链

当前稀土回收利用行业主要的磁材废料来源于磁材生产商的机加工环节,这一环节大约会产生占总产出30%的材料损耗,主要由个体户进行收集,此外磁材生产的熔炼、制粉、烧结等环节也会产生一定的损耗,如能全部利用,则未来整体回收料的占比有望提升到产出50%的水平。具体产业链情形如下:

稀土回收行业产业链

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资料来源:公开资料整理

四、稀土回收行业现状分析

1、稀土市场现状

从稀土产量情况来看,我国是稀土矿第一大生产国,产量占全球总产量60%。截至2021年末,据USGS数据,中国稀土矿产量为16.8万吨,产量位居全球第一,占全球总产量60%。

2016-2021年中国稀土矿产量及增速情况

2021年中国稀土废料回收行业现状及前景分析,有效缓解国内稀土行业供需矛盾「图」

资料来源:USGS,华经产业研究院整理

从下游应用情况来看,2021年我国稀土主要应用在永磁材料、冶金/机械、石油石化等领域。其中永磁材料是稀土下游最大消费板块,2021年在消费结构中占比42%。

2021年中国稀土行业下游应用领域分布情况

2021年中国稀土废料回收行业现状及前景分析,有效缓解国内稀土行业供需矛盾「图」

资料来源:公开资料整理

2、稀土市场回收现状

从稀土回收行业现状来看,据统计,2021年中国稀土氧化物产量为168000吨,稀土市场废料回收为92000吨。预计2024年稀土氧化物废料回收达到15.2万吨。

2020-2024年中国稀土氧化物产量及废料回收数量

2021年中国稀土废料回收行业现状及前景分析,有效缓解国内稀土行业供需矛盾「图」

资料来源:公开资料整理

从细分品种氧化镨钕市场来看,据统计,2021年中国氧化镨钕产量为32337吨,稀土市场回收量为23000吨,行业总供给为55337吨。预计2024年中国氧化镨钕市场回收达到3.8万吨。

2020-2024年中国氧化镨钕产量及废料回收数量

2021年中国稀土废料回收行业现状及前景分析,有效缓解国内稀土行业供需矛盾「图」

资料来源:公开资料整理

五、稀土回收行业竞争格局

1、市场竞争格局

伴随国家持续清理整顿不合法不合规的稀土资源回收利用项目,淘汰部分回收利用企业;同时伴随大集团、资本市场介入,导致更具资金、技术等优势的稀土资源回收企业在竞争中成功,预计稀土资源回收行业集中度将逐步提高。目前,明确具备扩产条件以及扩产预期的公司仅有华宏科技以及恒源科技两家,其中恒源科技新增废料处理产能3300吨,华宏科技新增废料处理产能达到28000吨。根据2020年稀土回收数据显示,氧化镨钕回收量为20000吨,华宏科技占比20%(鑫泰15%,万宏5%),前十大回收厂占比达到71%。预计2024年,华宏科技占比进一步提升至34%,前十大企业占比达到80%。

2020-2024年中国稀土回收企业产量占比情况

2021年中国稀土废料回收行业现状及前景分析,有效缓解国内稀土行业供需矛盾「图」

资料来源:稀土协会,华经产业研究院整理

2、企业分布情况

从企业分布情况来看,我国稀土回收企业主要有39家,其中主要分布在江西、江苏,分别拥有23、6家稀土回收企业。从产量分布情况来看,江西省稀土回收企业回收产量占比达到67%。

中国稀土回收产量省份分布情况(单位:%)

2021年中国稀土废料回收行业现状及前景分析,有效缓解国内稀土行业供需矛盾「图」

资料来源:稀土协会,华经产业研究院整理

六、稀土回收行业未来发展前景

1、资源再生和循环经济产业受到国家政策大力支持

十九大报告强调建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计,必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念。国家大力贯彻绿色发展理念,倡导生态文明建设,提倡再生资源回收循环利用。近年来,国家出台了大量的法律法规和优惠政策来大力扶持发展循环经济产业,鼓励按照“减量化、再利用、资源化”原则,采取各种有效措施,以尽可能少的资源消耗和尽可能小的环境代价,取得最大的经济产出和最少的废物排放,实现经济、环境和社会效益相统一,建设资源节约型和环境友好型社会。

2、稀土资源综合利用是落实国家循环经济政策的有益实践

相比原矿生产同类产品,稀土废料回收利用具有众多的优越性,工序缩短、成本降低、“三废”减少,合理利用了资源,减少环境污染,有效地保护了国家的稀土资源。发展循环经济、提高资源综合利用率成为满足下游市场需求重要补充。就稀土产业链的均衡健康发展而言,也必须建立以资源、能源高效利用为核心,以低消耗、低成本、低排放、高技术、高效率、高效益为基本特征的稀土产业增长模式,搞好稀土资源的合理开发利用,提高资源利用率,发展循环经济。近年来,我国稀土产业也已经将推动资源节约和综合利用工作作为稀土产业升级调整的优先方向,并且已经取得了积极成效。

3、有效缓解国内稀土行业供需矛盾

伴随着稀土材料加工和下游应用产业的发展,稀土工业废料的产生日益增多,其中含有大量的稀土和其他有价金属元素,因此,对各种稀土工业废料进行高效清洁利用有望成为缓解我国稀土供需矛盾的重要途径。以氧化镨钕为例,2021年国内回收氧化镨钕占总供给的31%,可以大幅缓解供需缺口。具体来看,2021年全球氧化镨钕产量约为7.3万吨,其中国内矿产出氧化镨钕31000吨,国外矿产出氧化镨钕19000吨,钕铁硼回收产出氧化镨钕23000吨。受总量控制指标影响,原矿端供给增速极为有限,但下游钕铁硼磁材需求增速明显,从而导致钕铁硼氧化物产量出现供给缺口,回收产业产能扩张将有效缓解行业供需缺口。

华经产业研究院对中国稀土回收利用行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析,对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析,最大限度地降低企业投资风险与经营成本,提高企业竞争力;并运用多种数据分析技术,对行业发展趋势进行预测,以便企业能及时抢占市场先机;更多详细内容,请关注华经产业研究院出版的《2022-2027年中国稀土行业市场全景评估及发展战略规划报告》。

✅大唐盛世是一站式金属3D打印服务平台,长年专注于金属3D打印的设计、定制加工、小批量生产及后工序处理,拥有多年精密零件金属3D打印成型经验,旗下的大型金属3D打印生产基地位于东莞大朗镇光辉高新产业园,上万平米的打印生产制造车间,50多台高精度金属3D打印设备,CNC加工中心、4轴加工中心、5轴加工中心、三轴加工中心、铣床、数控车床、三坐标、精雕机、电火花机、钻攻机等配套设备上百台,擅长小公差、复杂结构原型、高精密度的金属零件小批量生产。为新老用户提供钛合金3D打印、铝合金3D打印、不锈钢3D打印、模具钢3D打印等近百种金属3D打印加工服务及综合解决方案。通过我们3D打印加工的产品被广泛应用于机械、医疗、通讯、电子、电器、汽车、航空航天等各行各业。公司自成立以来始终坚持:为客户提供满意的产品和服务的基本质量方针,严格执行ISO9001质量管理体系,加强6S质量体系的内部实施,并且通过全体员工的共同努力,让每一位客户对我们的服务及产品质量都表示满意。金属3D打印定制就到大唐盛世!

让部件保持长寿命,橡树岭实验室开发出一种抗蠕变3D打印铝合金-金属3D打印工厂

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让部件保持长寿命,橡树岭实验室开发出一种抗蠕变3D打印铝合金

铝合金的蠕变变形对于长寿命部件至关重要,尤其是在与导热和导电性能相关的应用中。随着铝合金3D打印应用的增加,了解这种工艺如何影响蠕变行为非常重要,特别是在200–450°C温度范围内。当前一些研究过的3D打印铝合金的抗蠕变性并不乐观,例如3D打印的Al-Mg-Zr在400°C峰值时效处理或260°C蠕变过程中的,蠕变阈值应力降低了65%;同样,3D打印的Al-Mg-Si在225℃施加100–130MPa的压缩载荷,样品只保持了65小时。3D打印铝合金的蠕变主要归因于两个问题:合金中存在的细化晶粒可能导致晶界滑动,以及缺乏抗粗化强化相。

近日,来自橡树岭橡树岭国家实验室的研究团队提出了一种新的基于Al-Ce-Ni得共晶体系。在铸造文献中,基于该体系的三元共晶合金具有高体积分数(>20%)的亚微米Al11Ce3和Al3Ni析出物,这些析出物在高达400°C的温度下具有抗粗化能力,有助于在时效至400°C后保持铸态硬度。由于这种三元共晶系统显示出在高温应用方面的前景,因此它被选择用于增材制造研究,如Jackson-Hunt模型所述,通过高凝固速度的微观结构细化可以增强共晶合金的强度。

让部件保持长寿命,橡树岭实验室开发出一种抗蠕变3D打印铝合金

已经开发出多种适用于增材制造工艺的铝合金

由于3D打印的Al-Ce-Ni-Mn合金不可热处理,也就是说,预计不会发生沉淀硬化,强度只会随着暴露在高温下的颗粒粗化而减少。因此,抗粗化性能和经过精细的微观结构的结合对AM-Al-Ce-Ni-Mn合金的高温性能至关重要。

通过跨多个长度尺度的微观结构分析以及对环境和高温机械性能的评估,研究人员发现Al-Ce-Ni-Mn合金确实是一种有前途的耐高温应用轻质铝合金,可在250-400°C温度范围内应用。与传统铸造高温合金相比,抗蠕变性在300-400°C时特别出色,考虑到10-100μm的小晶粒尺寸,这是一个意想不到的结果。考虑到现有的3D打印铝合金普遍存在的低蠕变性能,本文的结果颇出人意料,从而为未来抗蠕变3D打印铝合金的设计提供了几个重要的考虑因素。

让部件保持长寿命,橡树岭实验室开发出一种抗蠕变3D打印铝合金

铝合金3D打印应用

通过对微观结构和力学行为的广泛表征,得出以下结论:

1.合金在应力消除后微观结构很复杂,含有高体积分数(~35%)的球化亚微米金属间相。通过原子探针断层扫描,发现了至少四种不同的金属间化合物相,观察到的相的组成与热力学计算一致。铝晶粒大部分呈柱状并与构建方向对齐,晶粒宽约10微米,长约100微米。

2.在450°C下进行2小时的去应力退火会产生抗粗化的微观结构,因为在350°C下无载荷退火下,初始平均析出物半径118±29nm保持不变长达200小时。在400°C等温时效200小时后,平均析出物半径增加17%。在蠕变载荷条件下,抗粗化能力略有下降,在350°C下测试312小时后,析出物半径增加了37%,在400°C下测试747小时后,析出物半径增加了82%。

让部件保持长寿命,橡树岭实验室开发出一种抗蠕变3D打印铝合金

不同测试环境下铝合金的性能

让部件保持长寿命,橡树岭实验室开发出一种抗蠕变3D打印铝合金

不同测试环境下铝合金的性能

3.室温屈服强度为258±4Mpa,与在考虑晶界、固溶体和Orowan强化时所计算的结果接近,并预计载荷传递会带来额外的贡献。在室温下获得了可观的10±1%的拉伸延展性。400°C时的屈服强度为70±1MPa,比该温度下的Al-10Si-0.3Mg高约60MPa。消除应力后,在300和350°C等温时效200小时后,显微硬度保持在~110HV不变。在400°C时效200小时后,显微硬度略有下降11%。

4.3D打印的Al-Ce-Ni-Mn合金在300-400℃的抗蠕变性优于铸造高温铝合金如Al-12.5Ce、Al-6.4Cu-0.19Mn-0.13Zr和Al-0.10Sc-0.12Er。源自高体积分数的抗粗化亚微米析出物,这些析出物是扩散控制位错爬升的有效屏障,同时还提供负载转移。这些微观结构特征为未来抗蠕变3D打印铝合金的设计指明了方向。在T≤350°C的应力水平下没有观察到扩散蠕变,这表明晶界处的析出物是扩散流动的有效屏障。

除了Al-Ce共晶体系,也包括基于Al-Ni、Al-Fe和Al-Cu共晶体系。这些体系不仅具有固有的抗热裂性,3D打印加工相关的快速凝固还可以细化这些合金中的共晶结构,从而产生与Al-Si-Mg相当的室温机械性能。除了可打印性之外,新型共晶合金还有另一个优势。与Al-Si-Mg合金不同,几种合金中的强化相抗高温粗化,表明它们将具有优异的高温机械性能。由于共晶合金不含昂贵元素,例如Sc,它们是一种成本较低的替代Al-Sc基高温合金的材料。
注:本文内容由3D打印技术参考整理编辑,转载请点击转载须知
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卢秉恒院士:3D打印技术的产业化,需要有战略眼光的资金支持-金属3D打印工厂

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卢秉恒院士:3D打印技术的产业化,需要有战略眼光的资金支持

8.11日,3D打印技术参考注意到,上海证券报刊登了卢秉恒院士的相关访谈内容。卢院士表示:“3D打印技术的产业化,需要有战略眼光的资金支持。”

卢院士接触3D打印纯属偶然。1992年,其前往美国交流学习,在参观汽车模具企业时,一台3D打印设备引起了他的注意:“只要将产品的CAD数据输进去,就可以把原型做出来。卢秉恒当即决定,把3D打印列入研究对象。

卢院士表示,中国企业生产能力很强,但是产品开发能力不足,开发速度慢,这项技术能帮助企业快速、低成本地实现新产品开发。起初卢院士想引进3D打印设备,但当时一台核心部件激光器要卖3万美元。卢院士决定自己造一台。他带着学生跑遍了全西安,找协作方加工关键部件,没有现成的就开机床自己做。1997年底,中国自主研发的第一台3D打印原型机诞生。2000年,由卢院士主持完成的“快速成型制造的若干关键技术及其设备”获国家科技进步二等奖。

3D打印需要资本助力

3D打印技术类似燕子衔泥造窝,材料一点一点累加,造出三维物体,又称增材制造。3D打印在新产品开发、首件制造等方面,能大幅简化流程、缩短周期、降低成本。

卢院士介绍,在材料、主流工艺与装备、关键零部件、控制软件及各领域工程应用等方面,3D打印已初步形成创新链与产业链。3D打印应用范围极广,未来将大有可为。国内3D打印订单大多是个性化、多品种、小批量、技术复杂的产品,一时难以产生显著的经济效益及投资回报。目前,3D打印缺乏资本支持,这不利于产业长期发展。

“有些投资人更看重赚快钱,对于一些技术难度大、投资额较大或回报期比较长的技术或产品,缺乏投资意愿。”

一项新技术,从研发到应用推广要经历较长时间。以应用于航空和医疗领域的3D打印产品为例,航空构件须符合适航条件,包括材料、工艺、检测、强度、高低温等,这需要大量实验数据进行验证。3D打印医疗产品被核准临床应用前,须收集大量实验数据,其间不能对病人收费,这意味着研发耗费的资金量较大。

“3D打印产业还有很长的路要走,希望更多有战略眼光的民间资本参与3D打印技术的研发和产业化。”卢秉恒院士表示。

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2022年中国GPU(图形显示器)国产化进程及景嘉微、摩尔线程等主要企业对比「图」-不锈钢3D打印工厂

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一、GPU产业定位及概述

1、GPU产业地位

GPU(Graphic Processing Unit)即图形处理器,属于半导体中集成电路中最复杂,技术水平要求最高的逻辑器件领域,属于大规模IC产品,是国产化水平最低的领域,其核心优势在于解决数据并行计算问题,主要应用于PC显卡(集显和独显)和AI计算等。

GPU位于半导体地位

2022年中国GPU(图形显示器)国产化进程及景嘉微、摩尔线程等主要企业对比「图」

资料来源:华经产业研究院整理

2、分类对比情况

与CPU相比,GPU拥有更多的算数单元,从下游主要应用方式而言,在计算机中CPU和GPU分别作用于计算机的逻辑计算和图形显示,按照可分为带核显的CPU(GPU和CPU集成在同一块电路)和不带核显的CPU+独立显卡。CPU虽然有多核,但总数仍停留在两位数内(目前最高可达56核心),每个核都有足够大的缓存和足够多的数字和逻辑运算单元,并辅助有很多加速分支判断甚至更复杂的逻辑判断的硬件;GPU的核数远超CPU,被称为众核(目前英伟达最高核心数已突破五位数)。每个核拥有的缓存大小相对小,数字逻辑运算单元也少而简单。

CPU和GPU主要区别及示意图

2022年中国GPU(图形显示器)国产化进程及景嘉微、摩尔线程等主要企业对比「图」

资料来源:中关村在线,华经产业研究院整理

二、全球GPU产业现状

1、GPU出货量

就整体显卡市场变动情况而言,2020年下半年“挖矿”带动全球独显需求爆发式上升,GPU出货量出现持续增长趋势,整体GPU出货量波动情况和比特币价格高度相似,一度在比特币高点的Q2达到近年来季度最高值,Q4比特币价格回升后再度下降,均价高于Q3,出货量也表现为小幅度回升趋势,2022年来看,中国作为全球最大的挖矿市场“禁矿”政策趋严,叠加以太坊合并和比特币价格下降,全球GPU需求持续较大幅度下降。整年来看,2021年全球GPU出货量约为4.53亿块,同比2020年增长超10%。

2020-2022年Q1全球GPU 细分季度出货量变动

2022年中国GPU(图形显示器)国产化进程及景嘉微、摩尔线程等主要企业对比「图」

注:仅包括PC领域

资料来源:JPR,华经产业研究院整理

2、竞争格局

英特尔是全球最大的中央处理器(CPU)厂商,而带GPU的CPU成本和技术水平较低,仍占据主要GPU需求故而GPU仍主要由英特尔主导,AMD和英伟达市场主要集中在独立显卡,工艺水平更高的背景下整体出货量虽少,但市场份额持续提高。英特尔GPU出货量占比持续下降,2020年Q4季度受“挖矿”需求大增,成本更低的英特尔GPU需求量大涨,占比一度提升7个百分点左右,随后市场供需形成新平衡,英特尔份额再次持续走低。

2020-2022年Q1全球PC GPU竞争格局走势图

2022年中国GPU(图形显示器)国产化进程及景嘉微、摩尔线程等主要企业对比「图」

资料来源:JPR,华经产业研究院整理

从独立GPU格局来看,英伟达占据独立CPU主要市场份额,AMD独立GPU和集成GPU总出货量可与英伟达相较,但但从独立CPU领域来看,英伟达拥有绝对的领导地位,独立GPU应用于独立显卡,整体价值更高,随着高端软件办公用户、游戏和电竞用户需求持续提升,独立GPU需求占比持续提升。

2021-2022年Q1全球独立GPU竞争格局情况

2022年中国GPU(图形显示器)国产化进程及景嘉微、摩尔线程等主要企业对比「图」

资料来源:JPR,华经产业研究院整理

三、GPU国产化热度

随着中国贸易关系持续恶化,美国对国内半导体产业发展持续限制,导致国内整体半导体国产化热度持续提升,同时受虚拟货币“挖矿”高额效益驱动,我国GPU产业热度持续高涨,市场对于GPU国产化的期望值持续提高,带动我国GPU投融资数量及金额快速扩张,从而加快我国GPU国产化进程。

2020-2021年中国GPU投融资事件数量及规模变动

2022年中国GPU(图形显示器)国产化进程及景嘉微、摩尔线程等主要企业对比「图」

资料来源:IT桔子,华经产业研究院整理

四、国产GPU企业分析

1、景嘉微

景嘉微是我国GPU发展较早的企业,主要产品为图形显控、小型专用化雷达领域的核心模块及系统级产品。其中图形显控模块、图形处理芯片、加固显示器、加固电子盘和加固计算机等应用于军事装备的显控系统;空中防撞雷达核心组件、主动防护雷达系统及弹载雷达微波射频前端核心组件等主要应用于军事装备的雷达系统;芯片领域而言,自主研发GPU 并规模化商用,是国内显示控制市场主要参与者。从经营来看,数据显示,2021年因JM7系列的量产,景嘉微业绩爆发,,2020-2021年企业盈利水较高,GPU芯片营收达到4.47亿元,2022年上半年下游近期度下降,景嘉微GPU芯片营收小幅度下降,毛率水平却有小幅度提升。

2017-2022年景嘉微芯片领域产品营收及毛利率

2022年中国GPU(图形显示器)国产化进程及景嘉微、摩尔线程等主要企业对比「图」

资料来源:企业公报,华经产业研究院整理

2017-2021年景嘉微图形线控领域产品营收及毛利率

2022年中国GPU(图形显示器)国产化进程及景嘉微、摩尔线程等主要企业对比「图」

资料来源:企业公报,华经产业研究院整理

景嘉微产品早期主要用于军工领域,第二代产品JM7200于2018年8月流片成功,制程工艺28nm,核心频率1.2GHz,搭配4GB DDR3 显存,性能与Nvidia的GT640显卡相近,随着推出功耗更低,更小型化的JM7201。2021年9月,JM9系列成功流片,并于2021年11月完成性能测试,2022年5月JM9系列第二款产品成功流片,就当前参数预测性能而言,相较此前比较的GTX1080水平仍有较大差距。

景嘉微已量产GPU产品与英伟达 GT640性能对比

2022年中国GPU(图形显示器)国产化进程及景嘉微、摩尔线程等主要企业对比「图」

资料来源:公开资料整理

2、摩尔线程

摩尔线程发展时间极短,其创始人兼CEO曾担任英伟达全球副总裁、中国区总经理,尽管发展时间较短,国内GPU热度持续在2020-2021年持续高涨背景下,先后融资多轮,总资金高达数十个亿,对此摩尔线程在2022年3月交出了基于全新统一系统架构“MUSA”第一代多功能GPU芯片苏提的答卷,并同步推出分别应用于PC端和服务器的MTT S60和MTT S2000,其中MTT S60官方介绍可在1080P最高渲染下游玩《英雄联盟》,6月份消息来看,MTT S60已交付台式机厂商。

摩尔线程融资发展历程

2022年中国GPU(图形显示器)国产化进程及景嘉微、摩尔线程等主要企业对比「图」

资料来源:华经产业研究院整理

3、芯动科技

芯动科技成立于2007年,聚焦计算、存储和连接等三大赛道,提供主流工艺厂(台积电/三星/格芯/中芯国际/联华电子/英特尔/华力)从55纳米到5纳米的IP和芯片定制解决方案。在GPU赛道,芯动科技在2021年11月和2022年8月分别推出“风华1号”和“风华2号”GPU,为国产桌面级CPU增加新成员,整体市场竞争力和量产效果仍存在各种可能性。

芯动科技GPU发展历程

2022年中国GPU(图形显示器)国产化进程及景嘉微、摩尔线程等主要企业对比「图」

资料来源:华经产业研究院整理

4、壁仞科技

壁仞科技自2019年成立,经过多轮融资后,于2022年8月份交出其首款GP GPU BR100的答卷,从主要参数来看,算力、能效比等整体相对较高,但国产GPU想要脱离英伟达等已成熟的产业生态仍存在较大差距,对于真正想要市场竞争的芯片企业而言,产品性能固然重要,但整体软硬件生态体验才是用户真正的需求提现,即核心竞争力,壁仞科技的方式是在研发自身生态的同时与国内其他企业共创(加入由百度飞桨发起的硬件生态共创计划)。

壁仞科技融资及GPU发展历程

2022年中国GPU(图形显示器)国产化进程及景嘉微、摩尔线程等主要企业对比「图」

资料来源:华经产业研究院整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2022-2027年中国GPU行业市场调研及未来发展趋势预测报告》

虽然从已知基本参数对比来看相差跟英伟达最先进GP GPU产品相差较小,但鉴于壁仞科技首款产品仍存在理论,生态环境差别较大背景下,整体产品的量产水平和市场竞争力仍有待市场检验,同时GP GPU(通用GPU)不同于多功能GPU主打图形渲染,GP GPU主要用于云端数据中心场景的AI计算及通用科学计算。

壁仞BR100和英伟达H100基本参数对比

2022年中国GPU(图形显示器)国产化进程及景嘉微、摩尔线程等主要企业对比「图」

资料来源:华经产业研究院整理

5、登临科技

登临科技成立于2017年11月,主要产品是以芯片为核心的系统解决方案。经历三轮融资,其第一代产品 Goldwasser™️ (通用GPU)已在 2020 年三季度量产,已在安防、交通、医疗、金融、能源电力、智能驾驶、在线教育、互联网等行业实现商业化落地,并顺利实现规模化量产供货。

6、沐曦

沐曦成立于2020年9月,发展仅两年经历五次融资,致力于为异构计算提供高性能GPU产品和解决方案,目前在研产品包括面向人工智能、科学计算、数据中心和云渲染等应用领域,主要面向GP GPU。其7nm工艺的异构GPU产品于2022年1月流片,预计将于2023年初实现规模量产

沐曦近年来投融资历程

2022年中国GPU(图形显示器)国产化进程及景嘉微、摩尔线程等主要企业对比「图」

资料来源:华经产业研究院整理

7、整体简析

目前国内GPU企业主要细分多功能GPU和通用GPU企业,主要分布应用PC端和AI计算端,但大多企业仍主要停留在研发及待商用化阶段,部分发布产品就性能而言在国际水平存在一定的竞争力,但整体生态,上游IP依赖仍是国产CPU发展难题,实际商用化和市场竞争力仍存在理论水平,目前实际商用化的仅景嘉微一家,且经营状况相对较好,就投资热度而言,2022年虽然上半年GPU投资热度下降,下半年市场热度有所回升,就趋势而言,国产GPU企业数量持续增长,GPU发布产品数量持续增长,国产GPU程度稳步推进。

华经产业研究院对中国GPU行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析,对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析,最大限度地降低企业投资风险与经营成本,提高企业竞争力;并运用多种数据分析技术,对行业发展趋势进行预测,以便企业能及时抢占市场先机;更多详细内容,请关注华经产业研究院出版的《2022-2027年中国GPU行业市场深度分析及投资战略规划报告》。

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2021年中国FPGA芯片现状及趋势分析,头部受益国产替代加速「图」-不锈钢3D打印工厂

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一、FPGA产业概述

1、产业概述

FPGA,现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array),是基于通用逻辑电路阵列的集成电路芯片,其最大的特点是芯片的具体功能是在制造完成以后由用户配置决定,因此得名“现场可编程”。用户配置通过 FPGA 专用 EDA 软件实现,软件接受用硬件描述语言描述的用户功能,编译生成二进制位流数据,最后将位流下载到芯片中实现用户描述的功能。

FPGA产业地位

2021年中国FPGA芯片现状及趋势分析,头部受益国产替代加速「图」

资料来源:公开资料整理

2、分类对比

人工智能领域作为加速计算的分支,同样要求低延时性和并行性,FPGA在人工智能领域有高处理效率和灵活性的优势,与ASIC等其他竞品来看,FPGA灵活性更强、系统扩展性较好、并行运算加速表现出色,且FPGA产品的开发周期相对较小,又能够与CPU搭配起到加速卡的作用,在相同性能下比GPU的单位能耗低,因此FPGA在人工智能领域是更优选择。目前,CPU+FPGA+AI或者CPU+FPGA+GPU融合架构的PSoC芯片兼具了SOC的灵活性和通用性、FPGA的硬件可编程性和专用AI加速核或GPU的的高效性,有极好的能效加成,因而逐渐成为主流发展趋势。

FGPA在各类AI芯片中的优劣势对比

2021年中国FPGA芯片现状及趋势分析,头部受益国产替代加速「图」

资料来源:公开资料整理

三、FPGA上下游影响分析

1、上游端

FPGA芯片产业链上游主要包括基本的制造材料、EDA设计软件、IP授权,目前国内EDA软件和IP相对薄弱,本土厂商使用的EDA软件和IP基本都是依靠国外授权。经过验证可复用的成熟IP模块使芯片设计公司无需独立完成芯片上所有IP的设计,可以将更多资源集中在打造核心产品竞争力的研发中。据数据,英国ARM公司和美国新思科技2020年以41%、19.2%的高市占率稳居全球CR2位置,中国大陆仅有芯原股份以2%的全球市占率挤进前十名。

2020年全球半导体IP供应商市占率

2021年中国FPGA芯片现状及趋势分析,头部受益国产替代加速「图」

资料来源:IPnest,华经产业研究院整理

从全球市场竞争格局来看,EDA行业呈现明显的寡头趋势。全球EDA市场被Synopsys ( 新思科技)、Cadence ( 楷登电子)和西门子EDA主导,三家厂商的市场份额估计超过70%。从产品和服务情况看,新思科技、楷登电子竞争力比较强,能够覆盖电子设计全部流程;西门子EDA在PCB (印刷电路板)设计工具领域的优势明显。从国内来看,国际三大EDA巨头新思科技、楷登电子和西门子EDA在国内市场占据明显的头部优势,国产龙头华大九天占比4.8%左右市场份额。

2020年全球和中国EDA市场格局情况

2021年中国FPGA芯片现状及趋势分析,头部受益国产替代加速「图」

资料来源:公开资料整理

2、下游结构

就下游应用结构而言,FPFA芯片作为适用性,下游应用广泛,通信和工业为主要应用领域。数据显示,2020年通信领域和工业领域占据了FPGA73%的应用市场,其中通信领域应用最广,主要得益于 FPGA 内部结构特点可以实现分布式的算法结构,无线通信中的高速数字信号处理十分有益,可以有效地实现大量滤波运算的乘和累加操作。

2020年中国FPGA应用结构占比

2021年中国FPGA芯片现状及趋势分析,头部受益国产替代加速「图」

资料来源:弗若斯特沙利文,华经产业研究院整理

三、政策背景

虽然集成电路全球化分工日益严重,中美半导体领域持续竞争背景下,我国集成电路技术突破受到美国的持续封锁,为避免像中芯国际和华为等先进制程突破受影响,集成电路产业链整体国产化是我国集成电路突破封锁的关键,政策推动背景下,我国集成电路国产化进程持续加速,逻辑电路作为集成电路产品关键领域受益快速突破,而FPGA 相较CPU和GPU技术要求相对较低,国产化速度更快。

近年来中国集成电路政策

2021年中国FPGA芯片现状及趋势分析,头部受益国产替代加速「图」

资料来源:公开资料整理

四、中国FPGA产业现状

随着下游通讯和工业领域需求稳步发展,新兴领域如汽车电子等领域高速扩张,我国FPGA芯片市场规模整体表现为快速增长,数据显示2020年我国FPGA芯片市场规模达150.3亿元,同比2019年增长16%。就趋势而言,随着5G基站和AI领域持续发展,FPGA有望受益持续高增速发展。

2016-2021年中国FPGA芯片市场规模及预测

2021年中国FPGA芯片现状及趋势分析,头部受益国产替代加速「图」

资料来源:公开资料整理

1、产品结构

不同FPGA工艺节点对应不同的主流应用场景,国际第一大FPGA厂商赛灵思将28nm以上制程产品均定义为先进产品,目前国内能够实现28nm工艺节点FPGA量产的公司较少,市场的主要份额仍由赛灵思等行业龙头占领。目前所有国产厂商在国内市场的营收份额占比很少,而复旦微电是国内首家研发出28nm FPGA产品的公司,就市场结构而言,目前FPGA芯片28nm仅在2成以上,仍有较大渗透空间。

中国FPGA市场细分芯片制程结构

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资料来源:公开资料整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2022-2027年中国FPGA芯片行业市场深度分析及投资规划建议报告》

五、FPGA竞争格局

1、市场集中度

2020年全球FPGA市场被赛灵思和英特尔(Altera)合计占有率高达83%左右,再加上Lattice和MicroChip合计13%的市场份额,前四家美国公司即占据了全世界96%以上的FPGA供应市场,同时在硬件设计和高端的EDA软件设计上美国公司都形成了极强的技术封锁。国内主要的FPGA企业为安路科技、复旦微电子、成都华微、紫光同创等,其中FPGA占比国内市场份额6%左右。

中国FPGA芯片市场竞争格局占比

2021年中国FPGA芯片现状及趋势分析,头部受益国产替代加速「图」

资料来源:安路科技招股书,华经产业研究院整理

Xilinx、Microchip、Lattice 均为全球领先的 FPGA 企业,赛灵思(Xilinx)作为全球FPGA龙头,主流制程已从28nm工艺制程的芯片产品向16nm的Ultrascale+系列聚集,并在7nm工艺制程上推出了量产Versal芯片产品,技术领先全球,毛利水平最高,虽然近年产业竞争加剧背景下小幅度下降,仍在65%以上;莱迪斯半导体(Lattice)主要产品包括通用型FPGA、视频桥接FPGA等,毛利水平略低于赛灵思;微芯科技从事FPGA业务子公司Microsemi专注于高性能模拟和混合信号集成电路及高可靠性半导体设计、制造,毛利水平略高于莱蒂思,安路科技虽然技术水平仍有差距,但国内市场整体占据成本和竞争优势,毛利水平可达同一水平。

2018-2021年H1全球主要企业和安路科技毛利对比

2021年中国FPGA芯片现状及趋势分析,头部受益国产替代加速「图」

资料来源:安路科技招股书,华经产业研究院整理

2、主要FPGA国内企业现状对比

安路科技的28nm制程FPGA已经量产,是国内首批具有28nm FPGA芯片设计和量产能力的企业,且已开展FinFET工艺产品预研工作。复旦微电子在2018年推出了采用28nm制程工艺的亿门级FPGA产品,其SerDes传输速率最高达13.1Gbps,已向国内数百家客户发货。紫光同创的Titan系列(40nm)、Logos系列(40nm)均实现了量产与商业化,采用28nm制程的千万门级(4000万)FPGA量产工作也在推进过程当中。

国内主要FPGA企业技术水平

2021年中国FPGA芯片现状及趋势分析,头部受益国产替代加速「图」

资料来源:公开资料整理

2021年安路科技FPGA整年营收6.79亿元,同比2020年增长141.44%,其中FPGA产品营收占比95%左右,安路科技FPGA产品可分为EAGLE 系列、ELF 系列和PHOENIX系列,其中前两种价格较低均价在14-17元/颗,整体销量较高,PHOENIX系列面向高性能可编程逻辑市场,销量相对较低,价格在170元/颗左右。

2021年安路科技FPGA细分产品销量及营收

2021年中国FPGA芯片现状及趋势分析,头部受益国产替代加速「图」

资料来源:安路科技公报,华经产业研究院整理

六、FPGA发展趋势

1、先进制程需求持续增长

随着5G时代通信设施的部署、汽车辅助驾驶技术的成熟、不断增长的数据中心需求、人工智能领域的开拓创新,以及要求的高速率、超精密的技术,28nm、14/16nm工艺制程FPGA将获得更大的市场空间。

2、国产替代加速

我国半导体整体发展较全球先进水平较晚,高端芯片设计研发人才、设备、材料皆相对落后,尤其是集成电路设计领域高端设计人才是技术突破的核心,目前国内头部企业如紫光同创和复旦微电背靠国内优秀大学,具备较强的人才资源优势,有望借此填补高端人才劣势,随着国内集成电路政策持续推进,FPGA产业有望受益加速国产替代,尤其是头部企业将快速发展。

华经产业研究院对中国FPGA芯片行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析,对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析,最大限度地降低企业投资风险与经营成本,提高企业竞争力;并运用多种数据分析技术,对行业发展趋势进行预测,以便企业能及时抢占市场先机;更多详细内容,请关注华经产业研究院出版的《2022-2027年中国FPGA芯片市场规模现状及投资规划建议报告》。

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2021年全球和中国离子注入机发展现状分析,美国进口需求持续增长「图」-不锈钢3D打印工厂

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一、离子注入机产业地位及概述

1、产业定位

离子注入机主要应用于半导体和光伏领域,半导体领域中属于晶圆制造设备,主要用于晶圆制造流程中的注入(掺杂)工序,主要方式和目的是通过加入少量杂质使得原本导电性能很差的纯净硅变为一种有用的半导体。通过离子注入机的加速和引导,将需掺杂离子以离子束形式入射到材料中去,发生一系列理化反应从而优化材料表面性能。

晶圆制造流程及主要设备

2021年全球和中国离子注入机发展现状分析,美国进口需求持续增长「图」

资料来源:公开资料整理

2、分类状况

离子注入相较以往的高温热扩散法存在精确控制能量和剂量、均匀性好、纯度高等优点,已基本取代高温热扩散法成为主流工艺。根据离子束电流和束流能量范围,一般可以把离子注入机分为低能大束流离子注入机、高能离子注入机和中低束离子注入机,应用存在区别,如高能离子注入机因电子束能量较高,主要用于深埋层。

离子注入机的分类及应用情况

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资料来源:公开资料整理

二、国内离子注入机政策背景

在中美持续对弈、中方政策高度重视、国有基金资金助力的情况下,离子注入机的国产化进程正在加速到来。由于离子注入机在集成电路制造前道设备中的不可替代性和目前被美日龙头企业垄断的市场现状,我国在政策上对离子注入机重视程度较高,在多项政策中将离子注入机的研发列为战略发展目标。

国内离子注入机的相关政策

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资料来源:公开资料整理

三、全球半导体设备整体现状

下游消费电子需求回暖,叠加汽车电子产业快速扩张,全球半导体产业景气度高涨带动半导体设备市场规模持续扩张,数据显示,2021年全球半导体设备市场规模达1026.4亿美元,经历了2019年产业的整体萎缩,产业回弹规模更快

细分产品类型而言,晶圆制造设备种类众多且技术壁垒深厚,如光刻机等产品价格极高,是半导体设备的主要组成部分,相较2020年结构(晶圆制造设备占比84%、封装和测试分别占比9%和6%),封装设备因销售额同比增长87%左右,远高于晶圆设备增速(44%)和测试设备(30%),占比提升至12%左右。离子注入机属于半导体设备的关键设备,占比晶圆制造设备价值量4-6%左右。

2015-2021年全球半导体设备市场规模及增长率

2021年全球和中国离子注入机发展现状分析,美国进口需求持续增长「图」

资料来源:SEMI,华经产业研究院整理

2021年全球半导体设备细分类型结构占比

2021年全球和中国离子注入机发展现状分析,美国进口需求持续增长「图」

资料来源:SEMI,华经产业研究院整理

四、全球离子注入机现状

1、市场规模

随着下游消费电子领域回升和汽车电子等需求持续增长,2020-2021年全球半导体产业景气度回升,离子注入机市场规模快速扩张,2019年达18亿美元左右,根据半导体设备总体规模变化情况预测,预计2021年全球离子注入机市场规模将超过30亿美元,2022年上半年来看,主要晶圆厂订单减少,预计整体半导体设备领域增长将降速,离子注入机需求增长有限。

2013-2021年全球离子注入机市场规模及预测

2021年全球和中国离子注入机发展现状分析,美国进口需求持续增长「图」

资料来源:SEMI,华经产业研究院整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2022-2027年中国离子注入机行业市场调研及未来发展趋势预测报告》

2、市场结构

目前,全球离子注入机仍以大束流离子注入机为主,数据显示,大束流离子注入机占全部离子注入机市场份额的61%,中低束流离子注入机及高能离子注入机分别占比20%和18%。主要原因是

不同离子注入机细分类型结构占比

2021年全球和中国离子注入机发展现状分析,美国进口需求持续增长「图」

资料来源:公开资料整理

五、中国离子注入机现状

1、市场规模

2016年中国离子注入机的市场规模约为23.22亿元,2020年增长至44.53亿元,年复合增长率为17.68%,近3年复合增长率为28.23%。从过去市场表现来看,国内市场规模增速均高于行业增速,未来随着国内晶圆厂加速扩张,对离子注入机的采购需求将随之快速增长,中国市场有望持续领跑全球增速。

2016-2020年中国离子注入机市场规模及增长率

2021年全球和中国离子注入机发展现状分析,美国进口需求持续增长「图」

资料来源:公开资料整理

2、进出口

目前高端集成电路离子注入机仍严重依赖进口,就数量而言,进口和出口整体皆表现为稳步增长趋势,进口增速略高于出口增速,尤其2021年国内半导体产也需求大幅度上升背景下,离子注入机进口量增加154台,进口金额增长48.5%至9.13亿美元,出口而言虽然出口量有所上升,但产品主要为中低端产品,对比进出口均价而言,单台离子注入机进口均价是出口均价的40倍以上。

2015-2021年中国离子注入机进出口数量对比

2021年全球和中国离子注入机发展现状分析,美国进口需求持续增长「图」

资料来源:海关总署,华经产业研究院整理

3、进口来源地

就我国离子注入机进口来源分布而言,美国是最大供给国,数据显示2021年我国从美国进口234台离子注入机,金额达6.11亿美元,除此之外,日韩等半导体发展较快的发达国家也是进口关键来源国,分别从日本和韩国进口74和35台。

2021年中国离子注入机进口来源地分布

2021年全球和中国离子注入机发展现状分析,美国进口需求持续增长「图」

资料来源:海关总署,华经产业研究院整理

六、离子注入机竞争格局

全球离子注入机的领先企业主要分布在中国、美国和日本,其中,中国大陆拥有凯世通和中科信两家离子注入机行业的龙头企业,凯世通在光伏离子注入机方面遥遥领先。而美国则拥有近乎垄断IC离子注入机市场的应用材料,以及Axcelis、等企业,前者占据了70%左右的市场份额,而后者则占据了20%左右的市场份额。日本也拥有日新、日本真空、住友重工等离子注入机知名厂商。凯世通作为万业企业旗下子公司,2020年受疫情影响离子注入机营收大幅度下降,2021年产业回暖,达1.23亿元,毛利水平整体较高。

2018-2021年万业企业专用设备制造营收及毛利率

2021年全球和中国离子注入机发展现状分析,美国进口需求持续增长「图」

资料来源:企业公报,华经产业研究院整理

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超硬材料创新弄潮儿-不锈钢3D打印工厂

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在河南新源超硬材料有限公司,技术员苏彦宾是名副其实的“专利王”。他勤思笃学,善于总结,通过理论与实践结合,采用持续创新的管理方法,使该公司产品始终处于技术*地位。

每当公司立项新项目,苏彦宾都会*时间实地了解工件磨削加工情况,查找现磨削加工难点与制约产量质量瓶颈。回来后,就组建工程技术团队进行磨削方案设计,筛选出关键技术控制点,进行攻坚克难。

以河南省重大科技专项项目——新型玻璃加工专用金刚石工具研发及产业化为例,他带领团队2015年开始实施,目前已建成年产8万片金属陶瓷复合结合剂砂轮产业化生产线,实现了年销售收入7000多万元,并逐步替代进口,培养超硬材料及制品领域技术人才16人。

苏彦宾近年来先后研发了压缩机磨削用陶瓷CBN砂轮和数控CNC专用金刚石砂轮产业化等项目,不仅达到了工作效率与环境保护的兼得,也为企业带来了丰厚的收入。作为全国磨料磨具标准化技术委员,苏彦宾目前已开发了30余项新产品,获得国家专利21项,获得科学技术成果1项,在中国核心学术期刊发表论文多篇,均被CNKI收录。先后荣获商丘市第四届职工经济技术创新成果一等奖,市级科技攻关项目二等奖、三等奖;承担省级科技攻关项目3项,承担市级科技攻关项目2项。

与此同时,苏彦宾以“提效降本、精益求精”为己任,在生产一线大胆创新,改造设备优化生产工艺,大幅提高公司的生产效率,降低车间员工劳动强度,为公司“精简成本、节能降耗”作出了重大贡献。例如,为加快公司自动化设备改造步伐,建成了粉末成型用自动称重投刮料装置,该装置集称重、投料、刮料于一体,改造前3位员工一天可制作砂轮30片,改造后该设备在无人运行的情况下,一天可生产砂轮200余片,使得公司核心竞争力持续提升。

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国家制造业转型升级基金,在机床产业链布局持续深化-不锈钢3D打印工厂

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近日有消息显示,国家制造业转型升级基金(业内俗称“制造业大基金”)战略入股了苏州长城精工科技股份有限公司(简称“长城精工”;即原常熟长城轴承有限公司,简称“长城轴承”)。由此,这家国内精密轴承企业获得来自制造业大基金及通用高端装备基金、常熟市发展投资有限公司等三家机构的近2亿元投资。

2022年7月,长城轴承完成股份制改革后更名为苏州长城精工科技股份有限公司。长城轴承的前身是成立于1957年的常熟县通用机械厂。经过65年的发展,目前已成长为国内精密轴承行业先进企业,产品主要应用于数控机床、工业机器人、航空航天等领域。公司多次获得中国机械工业科学技术奖,并承担过工业和信息化部“工业强基”项目。

协会全媒体平台此前报道显示,制造业大基金格外关注机床工具领域,先后投资了日发精机、大连科德、中科微精、创世纪等多家机床企业。本次制造业大基金战略投资长城精工,显示其投资布局向机床工具核心零部件领域延伸。精密轴承*重要的下游市场之一就是数控机床,主要应用于机床主轴、丝杠导轨及附属传动系统。精密轴承是机床主轴的核心零部件,轴承的精度在很大程度上影响着机床的加工精度。长城精工凭借良好的设计、加工、热处理和批量化生产能力,近年来在精密轴承市场有较大突破,不但成功供货北京精雕、海德曼、爱贝科等国内机床工具*企业,还打入国际知名企业的供应链。

可以预见,本次制造业大基金战略投资长城精工,不仅将帮助其加强精密轴承研发制造能力,还将助力机床产品质量提升,进而带来良好的产业链协同效应。

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