鐘表芯片存在于大多數(shù)電子系統(tǒng)中，在整個電子系統(tǒng)中起著“脈搏”的重要作用，目前，國產(chǎn)化仍然很低，而且取代門檻極高。。本論文分享了時鐘芯片的主要功能、下游應(yīng)用和未來發(fā)展機遇，期待時鐘芯片在政策支持和AI浪潮下不斷加快國產(chǎn)化進(jìn)程。，盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈全國產(chǎn)化的目標(biāo)，歡迎交流。

鐘表芯片在整個電子系統(tǒng)中起著“脈搏”的重要作用

時鐘芯片為不同的芯片和功能模塊提供了統(tǒng)一的節(jié)奏，在電子系統(tǒng)中發(fā)揮了“脈搏”的重要作用，在大多數(shù)電子系統(tǒng)中，保證系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和穩(wěn)定運行。在同一設(shè)備內(nèi)部，時鐘信號是每個芯片協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)；在整個系統(tǒng)中，時鐘信號是每個設(shè)備之間協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)。時鐘信號的質(zhì)量直接影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

從廣義上講，時鐘產(chǎn)品包括振蕩器（Oscillators）、實時時鐘（RTC）、時鐘驅(qū)動器（Clock Buffer)、時鐘發(fā)生器（Clock Generator)、去抖時鐘(Jitter Attenuation)、時間同步芯片（Network Synchronization PLL）等。在狹義上，時鐘芯片只包括時鐘驅(qū)動、時鐘發(fā)生器、去抖時鐘和時頻同步芯片。

從技術(shù)難度和性能要求來看，振蕩器和實時時鐘RTC的技術(shù)門檻相對較低，其次是時鐘驅(qū)動器和時鐘發(fā)生器，最難及時搖動時鐘，同步芯片。所以，去抖時鐘及時同步芯片被業(yè)界認(rèn)可為高端時鐘芯片。

圖表：時鐘芯片分類及功能

鐘表芯片發(fā)揮了多通道分發(fā)、頻率變化、抖動清除、時間同步等關(guān)鍵用途。

在設(shè)備運行過程中，時鐘振蕩器可以首先提供一個固定的、低頻的時鐘信號，時鐘發(fā)生器可以將信號調(diào)整到每個芯片所需的不同頻率并輸出。

圖表：時鐘發(fā)生器功能示意示意

如果需要多路同頻的時鐘信號，則可以使用時鐘驅(qū)動器來增加時鐘信號的輸出路數(shù)。

圖表：時鐘驅(qū)動功能示意示意

有些設(shè)備需要使用外部輸入時鐘信號，而外部輸入時鐘信號很容易受到影響。因此，時鐘芯片不僅需要將輸入時鐘的頻率轉(zhuǎn)換成所需的各種頻率，還需要能夠清除外部輸入時鐘信號上攜帶的影響，將導(dǎo)出提升為高性能時鐘信號，以滿足后續(xù)需求。在推進(jìn)時鐘推廣的基礎(chǔ)上，去抖時鐘可以取代時鐘發(fā)生器和時鐘驅(qū)動器的功能，因此技術(shù)門檻極高，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn)的供應(yīng)商極少，是時鐘芯片制造商的主要競爭領(lǐng)域。

圖片：去抖時鐘功能示意示意

去抖時鐘的性能要求與數(shù)據(jù)傳輸速率高度有關(guān)。例如，當(dāng)SerDes接口的傳輸速度為10Gbps時，鐘信號的抖動只需達(dá)到500fs-1000fs。；當(dāng)傳輸速度提高到112Gbps時，時鐘信號要求提高到100fs。通信基礎(chǔ)設(shè)施，如5G通信基站、AI數(shù)據(jù)中心等，都需要抖時鐘保證符合5G等高速通信要求。不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)r鐘導(dǎo)出抖動有不同的要求。消費產(chǎn)品只需要3ps，基站需要100fs，要求最高，所以ic設(shè)計也是最難的。

圖表：SerDes接口需要時鐘芯片。

如果需要與上游設(shè)備信號同步，則需要按照國際通用協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，頻繁同步芯片處理不同設(shè)備之間的時間同步信息，保證系統(tǒng)的時間精度。 就像去抖時鐘一樣，時間同步芯片技術(shù)門檻極高，能實現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn)的供應(yīng)商非常少。

全球時鐘芯片市場規(guī)模超過百億

基于Market Data Forecast數(shù)據(jù)，2022年時鐘發(fā)生器、時鐘驅(qū)動器和去抖時鐘三種時鐘芯片(無振蕩器、實時時鐘RTC等)總市場規(guī)模為20.3億美元，預(yù)計到2027年將達(dá)到30.2億美元。

信息來源：Market Data Forecast

基站等通信設(shè)備是時鐘芯片下游應(yīng)用最大的市場，AI浪潮帶動數(shù)據(jù)中心應(yīng)用快速增長

時鐘系統(tǒng)通常有兩種存在方式。對于系統(tǒng)集成度要求較高但數(shù)據(jù)處理速度和準(zhǔn)確性要求較低的使用場景，時鐘系統(tǒng)通常以集成的方式設(shè)計或包裝在SoC芯片中，如手機、智能手環(huán)等消費電子。對于數(shù)據(jù)處理速度和準(zhǔn)確性要求較高的使用場景，時鐘系統(tǒng)通常需要以獨立芯片或模塊的形式存在，例如基站、數(shù)據(jù)中心(服務(wù)器、交換機等)、汽車等。

高檔通信設(shè)備(難度最大，國產(chǎn)替代需求最迫切)

下游應(yīng)用程序包括基站等通信設(shè)備，對時鐘芯片的需求最大，性能要求最高。通常在宏基站設(shè)備上使用超過30個時鐘芯片。

截至2023年底，全球5G基站布署總量已超過517萬個， 其中，中國有337.7萬個5G基站。愛立信CEO在2024年達(dá)沃斯論壇期間表示。"電信業(yè)仍處于開發(fā)5G移動網(wǎng)絡(luò)的‘非常，非常，非常早期’時期。

華為于2024年2月正式發(fā)布了5.5G智能核心網(wǎng)絡(luò)解決方案，中國移動將從今年開始完善5.5G基礎(chǔ)設(shè)施，預(yù)計到2026年底將實現(xiàn)5.5G全面商業(yè)化。產(chǎn)業(yè)達(dá)成共識5.5G應(yīng)用將成為時鐘芯片基站市場新的增量需求，“2024年將成為5.5G商用元年”。

根據(jù)Omdia的最新統(tǒng)計，盡管面臨歐洲市場退出的壓力，華為在2023年再次以31.3%的市場份額奪得全球通信設(shè)備市場冠軍。其次是愛立信，其市場份額為24.3%，中興以13.9%的市場份額位居世界第四。此外，2022年烽火通信系統(tǒng)設(shè)備收入209億元，是中國市場第三大供應(yīng)商。

新時代的背景下，兼顧價格、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢，中國通信設(shè)備供應(yīng)商在海外業(yè)務(wù)拓展方面取得了顯著成效。華為是中國最早布局全球化的通信設(shè)備企業(yè)之一，出海收入遙遙領(lǐng)先。近年來，美洲的出海成績大幅提升。自2019年以來，中興逐步擺脫制裁影響，企業(yè)海外收入不斷增加，其中歐美、大洋洲、亞洲的海外收入已達(dá)100億。2019-2022年篝火通信，企業(yè)海外收入規(guī)模和比例逐年增加。伴隨著國內(nèi)通信設(shè)備供應(yīng)商出海進(jìn)程的深入，通信設(shè)備核心設(shè)備—國產(chǎn)時鐘芯片也隨之開啟了出海時代。

信息來源：Choice

數(shù)據(jù)中心服務(wù)器

一般來說，服務(wù)器需要單獨的時鐘芯片商品，單個服務(wù)器通常需要10個上下時鐘芯片。

根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2022年全球服務(wù)器出貨量超過1516萬臺，同比增長12%，2022年中國服務(wù)器出貨量約為448萬臺。

據(jù)IDC數(shù)據(jù)顯示，2022年浪潮服務(wù)器市場份額達(dá)到28.1%，新華三市場份額為17.2%，超聚變市場份額為10.1%(原華為X86服務(wù)器業(yè)務(wù)，2021年由華為獨立運營)。根據(jù)公開披露的信息 ，潮流、超聚變等頭部廠商已經(jīng)開始批量使用國產(chǎn)時鐘芯片方案。

資料來源：IDC咨詢

值得注意的是，根據(jù)機構(gòu)調(diào)查，預(yù)計2023年20年基于ARM的華為鯤鵬服務(wù)器 CPU）華為升騰服務(wù)器(基于AI算率芯片)出貨額度超過200億元，約100億元。預(yù)計2024年鯤鵬服務(wù)器收入將實現(xiàn)快速增長，華為升騰將保持?jǐn)?shù)倍增長，成為全球第二大AI芯片供應(yīng)商，超過AMD。

為滿足2023年第三季度的要求生成式人工智能應(yīng)用需求爆發(fā)，全球超大型數(shù)據(jù)中心和企業(yè)級數(shù)據(jù)中心的采購預(yù)算優(yōu)先轉(zhuǎn)換為價格較高的AI服務(wù)器。據(jù)MIC和Trendforce計算，2023年全球AI服務(wù)器出貨量超過125萬臺，同比增長47%以上，2024年增長至194萬臺。IDC預(yù)測，到2027年，中國AI服務(wù)器市場將達(dá)到164億美元。2024年，隨著AIGC的逐步應(yīng)用，以及各行業(yè)數(shù)字智能化的不斷深入，通用服務(wù)器和人工智能服務(wù)器的購買需求將會增加，全球服務(wù)器市場需求將全面增長。

數(shù)據(jù)中心交換機

數(shù)據(jù)中心場景下，時鐘芯片也廣泛應(yīng)用于交換機中。

根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2023年中國交換機市場同比增長0.7%，其中數(shù)據(jù)中心交換機同比增長2.2%。由于近兩年互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)持續(xù)下滑，企業(yè)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心交換機主要影響投資，自2022年以來，運營商數(shù)據(jù)中心交換機的建設(shè)一直在上升。ChatGPT走紅后，數(shù)據(jù)中心的超大型組網(wǎng)需求接踵而至。

從市場競爭格局來看，交換機行業(yè)集中度較高，思科、華為、新華等少數(shù)公司占據(jù)絕大多數(shù)市場份額。在中國市場，華為和新華占70%以上，其次是銳捷網(wǎng)絡(luò)。從下游客戶的反饋來看，時鐘芯片今年也將大規(guī)模實現(xiàn)國產(chǎn)化。

資料來源：IDC咨詢

加快國產(chǎn)時鐘芯片替代加速加速

TI、瑞薩電子(IDT收購)、Skyworks(購買Silicon Labs）、ADI等國際大型模擬芯片企業(yè)是時鐘芯片行業(yè)的龍頭企業(yè)， 憑借深厚的技術(shù)積累和產(chǎn)品性能優(yōu)勢，占據(jù)了全球大部分市場份額?，F(xiàn)在一家時鐘芯片上市公司在國內(nèi)還沒有跑出來，作為一個規(guī)模100億、國內(nèi)替代需求強的市場，有機會培育出一家市值至少100億的芯片公司。國內(nèi)相關(guān)創(chuàng)業(yè)目標(biāo)包括 新港海岸的奧拉半導(dǎo)體 (獲得哈勃投資、篝火通信、華勤技術(shù)等戰(zhàn)略投資)等。據(jù)悉，除上述領(lǐng)先的國際模擬芯片企業(yè)外，國內(nèi)通信行業(yè)前三大客戶只有奧拉半導(dǎo)體和新港海岸兩家實現(xiàn)了去抖時鐘等高端時鐘芯片的批量供應(yīng)。

過去，時鐘芯片的國產(chǎn)化幾乎為零。，由于其高科技含量和時鐘芯片是系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要保證，客戶專注于使用國際制造商的完善計劃。之后，因為中興、華為等廠商紛紛被列入出口管制“實體名單”，為了保證供應(yīng)鏈的安全性和穩(wěn)定性，通信設(shè)備上游零部件供應(yīng)存在缺口，奧拉半導(dǎo)體和時鐘芯片制造商的國內(nèi)新港海岸得到了迅速的幫助。

國內(nèi)時鐘芯片替代門檻極高，首先，需要行業(yè)內(nèi)稀缺的高速數(shù)?；旌先瞬艌F隊；其次， 對可靠性、適應(yīng)性要求較高， 當(dāng)供應(yīng)商和客戶需要配合消費數(shù)萬人時，需要進(jìn)行R&D驗證測試、系統(tǒng)驗證和抗老化測試。一般來說，時鐘芯片需要2-3年的時間，從用戶送樣到正式導(dǎo)入量產(chǎn)。，一旦進(jìn)入供應(yīng)鏈，就很難更換； ， 顧客相對集中，前期需要與頭部客戶進(jìn)行深入預(yù)研另外，時鐘芯片下游通信設(shè)備、數(shù)據(jù)中心客戶都有產(chǎn)業(yè)化要求，以確保大規(guī)模生產(chǎn)；代工供應(yīng)鏈?zhǔn)欠袷菄a(chǎn)的同時也是一個重要的關(guān)注因素， 國內(nèi)時鐘芯片公司基于國產(chǎn)工藝量產(chǎn)與海外廠商齊平的產(chǎn)品性能和可靠品質(zhì)，也成為一大挑戰(zhàn)。

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