ASIC芯片为运算精度升级提供解决方案

ASIC芯片针对固定算法做最优化设计，是针对用户对特定电子系统的需求，从底层算法架构设计、制造的专有应用程序芯片。相对CPU、GPU、FPGA等芯片，ASIC芯片在体积、能耗、价格、制造成本等方面具备多元优势。在深度学习等领域海量数据并行运算需求推动下，ASIC芯片设计和制造工艺不断升级。远期ASIC芯片将在自动驾驶、智慧安防、智慧工业等场景发挥更大作用，提升智慧设备运算精度。

ASIC芯片定义及分类

ASIC（Application Specific Integrated Circuit）芯片是专用集成电路，是针对用户对特定电子系统的需求，从根级设计、制造的专有应用程序芯片，其计算能力和计算效率可根据算法需要进行定制，是固定算法最优化设计的产物。ASIC芯片模块可广泛应用于人工智能设备、虚拟货币挖矿设备、耗材打印设备、军事国防设备等智慧终端。在硬件层面，ASIC芯片由基本硅材料、磷化镓、砷化镓、氮化镓等材料构成。在物理结构层面，ASIC芯片模块通常包括32位微处理器、存储器块、网络电路等。

根据定制程度不同，ASIC芯片可被分为全定制ASIC芯片、半定制ASIC芯片及可编程ASIC芯片。

ASIC芯片分类

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中国ASIC芯片行业产业链分析

中国ASIC芯片行业产业链由上游底层算法设计企业、IP核授权企业、晶圆和流片代工厂、专用材料及装备供应商，中游各类ASIC芯片产品制造企业、封测企业及下游包括移动设备制造商、智能家电制造商、工业设备制造商等在内的终端智慧设备制造企业组成。

中国ASIC芯片行业产业链

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上游：

上游算法设计企业及IP核授权企业为中游ASIC芯片企业提供芯片算法底层架构，流片代工厂负责测试芯片算法成功率。晶圆代工厂及其他专用材料、装备供应商为中游企业提供制造芯片所需硬件。ASIC芯片制造商委托上游企业进行算法开发的费用平均约为200万元。当前中国主流晶圆厂约30家，在规格上分别涵盖8英寸晶圆、12英寸晶圆。其中，8英寸晶圆厂相对12英寸晶圆厂数量较多。

中游：

中游ASIC芯片企业负责设计、制造、测试芯片产品。实力较强的ASIC芯片企业可扩展业务至底层算法架构设计环节，整合芯片、模块及终端产品形态一体式解决方案向下游各类终端设备制造企业提供全定制或半定制运算产品和服务。中游不具备芯片设计能力的ASIC芯片企业平均盈利水平较低。

下游：

下游各领域智慧终端设备制造商是ASIC芯片产业链的变现终端。智能移动通信设备、智慧家电设备、高端区块链运算设备、智慧工业设备等领域制造企业对中游ASIC芯片稳定性、高效性、低耗能等要求不断提高。未来随5G移动网络、自动驾驶、法定电子货币等领域产业发展，下游各类商业客户可依托不断升级的ASIC芯片产品布局新营收点。

ASIC芯片行业市场规模分析

全球ASIC芯片销售规模增速缓慢。2014年至2018年，全球范围ASIC芯片产品销售规模年复合增长率约为14.5%。2018年，中国ASIC芯片产品销售规模约占全球销售规模3.2%，约超过60亿元。中国ASIC芯片产品销售规模预计于2023年接近全球销售规模10%。中国ASIC芯片销售规模可能于未来几年持续增长，影响因素包括边缘计算领域推动、消费性电子产品市场扩张等。

全球ASIC芯片产品销售规模，2014-2023年预测

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中国ASIC芯片行业驱动因素分析

Ø 深度学习运算驱动ASIC芯片工艺升级

深度学习场景下，机器算法训练模型对芯片运算速度、效率、能耗等层面要求提高，驱动ASIC芯片设计和制造工艺经历多轮升级，向自动化和小制程方向演进。现阶段商用ASIC芯片开始从40纳米、55纳米等制程规格向14纳米、7纳米规格迈进。随制造工艺升级，芯片算力呈现指数级增长趋势。伴随机器训练技术和电子信息技术快速发展，ASIC芯片设计方式从全手工模式逐渐过渡到计算机辅助设计模式，并不断向电子自动化设计模式升级。

Ø MEMS协同设计推动ASIC算法开发

MEMS器件制造过程与集成电路类似，采用批处理式微制造技术。因制造工艺相似，MEMS器件与ASIC芯片集成潜力较高，协同设计有助于提升可编程类ASIC芯片性能。高性能MEMS传感器件中，ASIC芯片成本约达到33%。在算法融合需求驱动下，MEMS器件中ASIC芯片结构趋于复杂，成本占比将持续走高。ASIC芯片与MEMS器件协同封装可加速推动可编程ASIC芯片开发。

中国ASIC芯片行业驱动因素

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中国ASIC芯片行业发展趋势

Ø 算法优化提高ASIC芯片通用性

ASIC芯片相对传统芯片在专用算法领域具备更高效能，但现阶段市场上ASIC模块产品算法差异度高，缺乏通用性。远期随专用算法软、硬件优化，ASIC芯片通用性能提升将成为行业发展一大趋势。如思科推出防火墙专用ASIC芯片在算法上采用网络加速协议，高通推出基带专用ASIC芯片采用通信协议、傅里叶变换等优化算法。

Ø ASIC将成自动驾驶系统核心

基于固定算法最优化设计的ASIC芯片将成自动驾驶运算系统主流核心模块。该趋势取决于但不限于以下因素：

（1）      高速自动驾驶环境下运算量爆发，ASIC可排除冗余信息，满足系统对运算精度的要求。

（2）      ASIC芯片可实现高性能实时计算，有助于提升自动驾驶核心计算时效性和决策能力。

（3）      ASIC芯片模块能耗低，产生热量低，有利于维持驾驶系统稳定性。

（4）     ASIC芯片模块可保证驾驶系统在不良天气条件、温度条件下保持计算稳定性。

中国ASIC芯片行业发展趋势

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深度见解

2019年下半年起，中国ASIC芯片市场开始进入初步成熟期，厂商数量激增。中国ASIC芯片行业预计于2020年下半年进入洗牌期，一批实力较弱的企业或被淘汰。2021年下半年后，该行业将迈入相对稳定竞争阶段。未来随智慧终端设备尺寸减小，复杂度提升，ASIC芯片设计人员需克服芯片灵活性与小尺寸之间的冲突，以更加优化的电路空间设计，为用户提供以专用度为主，灵活度为辅的高效运算解决方案，引领异构计算升级潮流。

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