凝视ADI近60年创业与壮大 探悉芯片巨头之如何成长(下)

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迎来后摩尔时代

ADI的成立时间是1965年,恰好也是摩尔定律提出的那一年。40年后的2005年,ADI的事业鼎盛,但摩尔定律已趋于极限,产业界在探讨如何延续摩尔定律? 后摩尔时代电子技术的核心需求主要分成三个方向:即more Moore、more than Moore和beyond Moore或beyond CMOS 。目前行业给出几种可能的方案:包括大热门的 chiplet/3D封装 (即SiP), 新兴器件技术 (自旋器件/量子)和 新兴架构 (量子计算/神经形态计算)等。

多样化摩尔(More than Moore)方案

模拟芯片需要什么样的工艺,例如高压、高频或高精度的工艺;在射频领域上需要什么样的工艺;在传感技术上要做什么样的工艺准备?

所以芯片技术存在多个维度:一个维度是基于高密度的数字SoC工艺,它可以基于纳米级的工艺做更多的系统集成;另一个维度可以把很多模拟工艺、不同的芯片封装在一起,形成SiP的解决方案。

未来,SoC和SiP整合在一起的方案能够在更多的维度上解决更多的问题,形成更高的价值。

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图:多样化摩尔战略

基于这样的考量,ADI有一些多样性的产品和技术解决方案。举例如下。

1)MEMS方案 。包括4个关键的技术优化和技术演进方面。① 陀螺仪、惯导类产品,会强调继续拓展高精度,进行全面的校正,同时把体积做得更小。② 超低噪声,把加速度检测的噪声干扰抑制得最低,同时保证这类产品有10年以上的生命周期,这对于很多地质灾害桥梁和房屋的损坏检测非常关键。③ 超低功耗,希望这种产品在电池供电的环境下做非常长时间的运行,例如心脏起搏器,希望推出的产品在很小电池供电环境下能实现27~30年的工作水平。④ 高温,拓展到175℃度,用于地质勘探的需求。

2)隔离 。市面上有光隔离、电容隔离等, ADI是唯一一家提供磁隔离的芯片技术公司。 磁隔离最大的两个特点是:① 可以把整个传输速度做得更高,除了把几十MHz的信号做起来,甚至能够把上GHz的信号做起来,例如ADN4654芯片;② 能量的传输,不仅使能量更有效地传递,而且可以把EMI(电磁干扰)抑制到最低水平,可以用于汽车和工业领域。

3)磁感应器。 AMR磁感应器,ADI早期有ADA4571产品,可达0.5°的误差,运动控制的角度监测甚至在电路浅表的应用里面都可以使用。

● 超越摩尔(Beyond Moore)方案

ADI的组织架构经历了3个阶段。

1)1970年—1990年 ,ADI的组织结构是按照工艺线来分的,那时所有的生产制造也是每条产品线自己来负责的。

2)1990年以后 ,ADI开始根据产品划分组织结构,包括高速ADC、高精度ADC等。

3)ADI意识到在器件级和核心技术上的创新出现了一定的瓶颈,更多的创新不仅来自于核心半导体的创新,更重要的是系统级的创新,即超越摩尔(Beyond Moore)。所以 2008年以后 ,ADI推出了新的组织结构,关注在不同应用领域里,怎么把半导体技术和系统算法与应用结合起来。例如关注到消费电子、医疗、能源、汽车电子、通讯基础设施、工业自动化方面,以此来形成ADI的发展模式。此时,ADI也开启了并购战略,以补齐产品线,扩展技术边界。

ADI 在三个指标不断突破,一来是成为某项技术的领先者;二是关注垂直领域;三是具备系统思维能力。这三项能力结合起来将实现“超越摩尔定律”(Beyond Moore)。

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并购时代

2013年5月7日,ADI任命Vincent Roche为公司总裁兼首席执行官(CEO)。如果说前任领导人是把ADI做强,Vincent在把ADI做大。

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照片 ADI的新一代掌门人Vincent Roche

尽管之前ADI也有过十几次的收购,例如在1980年—1983年,ADI投资了11家不同的高科技公司,以拓宽公司在数字信号处理电路、图像处理系统和电信仪器等领域的产品线,这也是ADI进入新产品领域的典型扩张方式。

但Vincent领导下的ADI的收购力度更大。随着收购战略的加持,ADI 2022年营收达到了创纪录的120亿美元。而2014年的营收仅为逾34亿美元,8年间成长了3.5倍!

Vincent在2015年庆祝ADI成立50周年时说,回顾历史,每个10年ADI都有不同的增长点和市场热点,比如1965—1975年发展的动力是航空航天,1975—1985主要是PC的发展,1985—1995是个人数字化,1995—2005是互联网, 2005—2015是移动互联网,这一切机遇都被ADI很好地抓住了。2015—2025乃至未来,ADI将专注于智能边缘领域。通过自然发展与并购,ADI已经准备好所需的硬件技术,包括传感器、信号链、处理器、无线连接以及电源等,未来会更多地推出结合模拟、数字和软件技术的解决方案。

实际上,模拟行业自2000年以来就开始了频繁的并购重组。但ADI近年的两次超百亿美元并购,累计并购金额最高,可谓投资最大。

表:2000年以来模拟公司的12起大型并购案[2]

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ADI发展历史上的三大半导体收购案 ,分别为2014年以20亿美元(约人民币139.98亿)收购射频芯片厂商讯泰科技(Hittite);2016年斥资143亿美元(约人民币1000.84亿)收购凌力尔特(Linear Technology),后者在高性能电源方面拥有成熟的技术经验;2021年收购美信(Maxim Integrated Products),后者在PMIC(电源管理芯片)等在内的模拟芯片方面具有很强的实力,对ADI的盈利能力和收入都产生了积极影响。[3]收购前ADI的综合毛利率为61.8%,收购完成后ADI 2022财年财报显示毛利率达到62.7%;据Gartner统计,ADI 2021财年营收84.90亿美元,收购后的2022财年达到123.91亿美元,迈入了百亿美元俱乐部。

值得一提的是,此前,ADI、Maxim和Linear是高性能模拟芯片领域的三家代表性厂商,规模比较相近,ADI在3年内收购其他两家,可谓大胆且有一定难度的举措,例如因为收购金额较高,可能会带来较高的资产负债率[3]。但是好处也是显而易见的,能够优势互补,产生规模效益等。

具体来看,2016年7月,ADI以现金和股票交易方式收购Linear,这笔交易价值143亿美元,合并后公司总市值约为300亿美元,巩固了ADI高性能模拟技术公司的地位。Linear公司2014年的收入只有14.37亿美元(如下表),利润率却达到了46.3%。据悉,Linear本来并无意出售,但ADI的出价实在太吸引公司股东。ADI瞄准的是Linear高性能电源技术。收购完成后,新成立的Power by Linear™子品牌强化了ADI的电源产品线,其中原来Linear的电源产品占到85%。此次收购使ADI 快速进入到了电源管理芯片的市场中,并一举超越英飞凌,成为仅次于德州仪器(TI)的全球第二大模拟芯片厂商。

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表:2015年十大模拟厂商(来源:IC Insights)

2021年8 月,在模拟市场排名第二的ADI正式与排名第七的Maxim合并(如下表所示),交易金额约210亿美元。据电子产品世界记者所知,早在2015年,外界已传闻ADI可能会收购Maxim,因为ADI频繁到Maxim走动,没想到2016年ADI虚晃一招,收购了Linear。现在看来,ADI是下了一盘大棋!这次合并,不仅丰富了ADI的产品组合,提高了解决方案的多样性,同时也利用合并优势增强自身的市场领导地位,为进一步扩大市场规模提供了有利保证。

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表:2020年全球十大模拟厂商排行榜

得益于整合的力量,ADI将具备提供更完善的硬件、软件和系统解决方案的能力。这也为ADI 创造新价值打下基础,这种价值不是单一的,而是多维的。ADI将从 硬件创新、系统创新、生态创新 三个层面着手和发力,在持续提升硬件创新能力的同时,超越“零件”厂商的思维,从系统创新的角度,帮助客户提升整体产品或者系统的综合表现。

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表:Vincent上任10年,ADI收购的主要公司(截至2023年7月)

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“超越一切可能”

Vincent接过领导ADI的接力棒后,推出了新的Logo,在原logo下增加了一句话: Ahead of What's Possible(超越一切可能) 。多么豪迈的话语,让人联想到影视剧中无所不能的英雄。但是科学与技术是讲究事实的,容不得半点主观意愿,因此需要“硬核”技术来支撑。

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ADI有一个信条,判定自己成功的唯一标准就是客户的成功。那么,如何帮助客户“超越一切可能”?以下举两类产品的应用案例。

● 放大器与传感器助力物理界创造奇迹

以ADI最早涉足的放大器产品为例,就在探索宇宙微弱信号的仪器方面做出了重要贡献。ADI为激光干涉仪引力波天文台 (LIGO)提供芯片,为探测引力波做出了贡献,2017年,麻省理工的雷纳·韦斯(Rainer Weiss)由于对LIGO探测器与引力波探测的决定性贡献,与Barry Barish和Kip Thorne共享了诺贝尔物理学奖[4]。

爱因斯坦100年前就有对于引力波的猜测,但是他也指出,由于引力波太微弱了,并不认为可以探测到引力波。

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图:爱因斯坦认为不可能探测到引力波

据悉,雷纳·韦斯(Rainer Weiss)1932年出生于德国柏林,1964年加入麻省理工学院,1966年设想出一种探测引力波的方法:利用一种叫做干涉仪的 L 型仪器来探测引力波。该设备可以分离激光束,把两束激光往相互垂直的探测器臂传播(如下图)。光束会在臂的末端反射回来,形成一个干涉的焦点,如果这两束光完美干涉,不应该有任何的光漏到旁边的传感器上,但如果有引力波穿过探测器,光就会发生偏移,进入传感器。通过这个实验,可以验证爱因斯坦100年前对于引力波的猜测。

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图 LIGO的实验装置

2015年9月,在爱因斯坦提出广义相对论100年后,1000名利用激光干涉引力波天文台(LIGO)开展研究的物理学家在两个巨大黑洞位于距地球10亿光年的地方相互围绕着旋转时,探测到其辐射出的脉冲波,证实了爱因斯坦广义相对论的最后一个预言。

ADI的多款高性能放大器与传感器参与到LIGO解决方案 中,其中,AD797是高精度放大器,对干涉光的正负检测和正负控制起到了关键性作用;AD590是高精度的温度传感器,使4 km长的激光真空管的温度控制得很好;ADA4700是高压放大器,帮助把静电接地控制得非常好。

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图 俯瞰LIGO

● 数据转换器助力中国创新

“超越一切可能“的另一个范例是其王牌产品——数据转换器,创建了半导体产业中第一款数据转换器IC ,此后的发展更是一路开挂,助力包括中国在内的很多市场及应用。

ADC有很多分类:Σ-Δ(低功耗),SAR(高精度),flash(超高速,低精度),pipeline(高速,高精度)等,ADI在此都留下了探索与创新的足迹。

例如,ADC最早业界的起点是8位分辨率,逐渐演进到更高精度和速度的技术产品。ADI最早推出了12位、100 kHz的ADC,解决了运动控制的数字化问题。之后又实现了14位ADC,赋能超声波、X光技术数字化。

ADI的ADC对中国的贡献方面举例如下:

早年, ADI发现Σ-Δ型ADC能够提供更高的精度,所以ADI率先推出了16位Σ-Δ型ADC。在中国,该类ADC最早用在国家电网里,通过ADE7755实现了电能计量的数字化,这也是16位Σ-Δ型ADC影响力最大的应用之一。

另一个经典应用是通过把16位Σ-Δ型ADC和高压技术相结合,实现了对汽车电池管理的监测,为此,ADI推出了系列BMS(电池管理系统)芯片。BMS使汽车电动化有了关键的技术支撑,加速中国的汽车电气化、电动汽车的发展。

之后,ADI推出了16位SAR ADC。这对于中国的国家电网应用非常契合。因为电网在电流、电压的测量上需要同步性。ADI在这个领域开发了一系列的同步采样SAR ADC。随后,凌力尔特(注:2016年被ADI收购)在SAR ADC也有了加持和突破,实现了20位1 MHz的SAR ADC,之后又拓展到了32位的精度。

由于Flash ADC的发展很快遇到了瓶颈,因此ADI最早开发出一种新的ADC结构——Pipeline ADC。Pipeline ADC精度更高、速度更快。ADI最先实现了40 MHz、12位的Pipeline ADC,在上世纪80年代末、90年代初,用于索尼的数码图像处理产品中。

随后,ADI继续把Pipeline ADC技术不断提升,把带宽做得更高,使很多设备可以用到相关的技术。还有更高精度——14位的Pipeline ADC,可以用到3G、4G、5G的基站里。Pipeline ADC的性能也继续提升,进入了25 MHz、16位的精度,使雷达等技术在此基础上得到支撑。

ADI的ADC还在不断地拓展边界,例如AD9213甚至到达10 G的采样带宽,可做直采。同样,ADI的DAC——AD9172可以做到12 G的输出带宽。

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在中国,为中国

ADI于1995年正式入驻中国,2000年在北京成立国内首个研发中心。2019年,ADI中国产品事业部成立,开始针对中国市场需求,开发本地自主决策的产品。2021年12月17日,ADI公司宣布加大对中国市场的投资,将亚德诺半导体技术(上海)有限公司升级为亚德诺投资有限公司,作为ADI在中国投资运营的总部型机构,这是对ADI 中国运营总部的升级,将核心的研发力量部署到中国,针对本地市场定义开发产品,并逐步完善本地供应链与生产合作体系。

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图:ADI及在中国的成长简史

时间推进到2023年, ADI如何看待中国市场?在中国的战略如何? ADI中国产品事业部总经理赵轶苗在2023年初接受采访时表示:在中国市场,产业现代化体系建设正在加速,几乎所有产业都在进行数字化变革,并试着走出一条以科技创新推动产业转型升级,实现绿色化、低碳化的高质量发展之路。这就为半导体产业发展带来了新的机遇,那些契合当下产业发展需求的半导体技术及产品会被市场坚定选择,尤其是支撑新能源汽车、医疗健康、数据中心、智能制造等产业发展的半导体产品及解决方案。在上述热点应用场景低时延、高可靠性和高安全性的需要下,边缘智能也将迎来高速发展。

面向中国市场,ADI 中国产品事业部秉承“技术先行,以客户为中心”的理念,同时积极兑现“在中国,为中国”的承诺,深度了解本地市场趋势,由本地团队定义开发产品,并努力实现生产制造本地化。

目前,ADI 中国产品事业部已相继推出多款由本地团队自主定义设计的产品,覆盖到上述新能源汽车、储能、健康医疗与光通信多个热点市场,如适用于可穿戴健康监测设备的ADPD6000和ADPD7000、主动降噪芯片ADAU1860 和ADAU1850、面向工业储能应用的18 通道电池管理芯片ADBMS1818,以及光模块控制器ADuCM430 等,均已被客户广泛采用并获得好评。

2023年及未来,ADI 会提供更多结合模拟、数字和软件技术的解决方案,以实现智能边缘领域的突破性创新,推动数字化工厂、汽车和数字医疗等领域的持续发展,从而应对气候变化挑战,并建立人与世界万物的可靠互联。

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科技向善

ADI的CEO Vincent指出:作为一家有社会责任的企业,要把有限的精力集中在那些对社会影响最大的、需要解决的问题上。ADI思考现在有两个非常大的需要解决的问题:第一是自身的健康;第二是地球的健康。

在医疗健康方面,每一台医疗设备的背后是一条条鲜活的生命,每一个健康产品的背后是可贵的生命质量。ADI不仅在技术研发上不断突破,也在供应商上做到特事特办。例如中国深圳的一家顶级医疗设备厂商,过去3年因为新冠疫情,他们对ADI产品的需求量激增,ADI在交付上专门开辟绿色通道,确保不会因为ADI的交付影响到客户的医疗设备出货。

ADI也非常关注气候问题。在技术方面,ADI致力于绿色节能环保,和太阳能/风能、储能、新能源汽车等行业里领军企业有广泛的合作,希望通过创新的半导体技术和创新模式架构,让绿色能源的时代早日到来。

“ADI的客户也越来越多地关注到ESG(环境、社会责任和公司治理)”。ADI中国区销售副总裁赵传禹在2023年2月深圳新办公室乔迁的新闻发布会上说,ADI与客户交流的不仅是技术和产品创新,更多的是如何做到科技向善,和客户一起用技术创新为我们的世界创造更多美好。

2023年7月,ADI发布《2022年环境、社会责任和公司治理(ESG)报告》,报告重点介绍了ADI公司的解决方案如何造福社会和地球,提出了全新的用水强度目标,并继续践行公司对透明度及准确披露的承诺。

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2022年ESG报告主要更新内容包括以下:

● ADI解决方案造福社会和地球:ADI已成为半导体设计和创新系统解决方案的领先企业,在现实世界与数字世界之间架起桥梁,造福社会和地球。ADI与客户合作创新,改善生活品质,解决工业、汽车、通信、数字医疗健康、消费电子等终端市场的紧迫挑战。2022财年,绿色营收约占ADI总营收的30%,较2021财年增长约34%;绿色研发投入约占总研发投入的30%,与2021财年持平。

ADI履行ESG承诺的关键进展包括:

● 气候: 第一类和第二类温室气体(GHG)绝对排放量较2019年减少7.2%。按收入计,第一类和第二类温室气体排放强度较2019年下降37%。ADI还首次披露了完整的第三类排放情况,这是到2050年或更早实现整个价值链净零排放目标的重要组成部分。

● 能源: 2022年,ADI制造设施所用电力的54%来自可再生能源,并有望在2025年以前实现100%的目标。

ADI首席执行官兼董事会主席Vincent Roche(注:此时Vincent已是董事长)表示:"我们对自身在环境、社会责任和公司治理方面取得的成就及努力帮助客户和合作伙伴实现其ESG目标深感骄傲。然而,我们仍面临迫切问题,不容丝毫懈怠。我们将一如既往地凭借ADI的技术为人类健康和地球环境带来积极影响。"

小结

有强烈的创新精神,擅长技术商业化,秉持“科技向善”,这就是ADI持续向前的动力源泉。

参考文章

[1]模数转换器ADC行业专题研究:模拟电路皇冠上的明珠.docx.(2022-9-4)

https://www.renrendoc.com/paper/219793786.html

[2] Steve Gu.21世纪全球模拟半导体12大并购案 - 知乎,(2021-11-17)

https://zhuanlan.zhihu.com/p/434392948

[3] 投资者称收购Maxim Integrated提升了ADI在模拟市场中的领导地位.(2022-4-22)

https://baijiahao.baidu.com/s?id=173081764957

作者:王莹 来源:公众号ID:eepwechat