进入智能电网终端设备芯片行业的壁垒分析

进入智能电网终端设备芯片行业的壁垒分析 一、 进入本行业的壁垒 1、技术壁垒 智能电网终端设备芯片的设计人员不仅需要掌握一般集成电路设计领域的知识，还需要学习、掌握其周边零部件规格性能及下游应用领域的相关知识。此外，从产业化角度来看，智能电网终端设备芯片往往需要集成多个复杂的功能模块IP，特别是模拟电路，往往要与实际环境相结合，只有依靠多年的经验和产品积累，才能调试出有效的解决方案。因此，企业只有具备了多学科融合的研发人才以及针对中国电力行业和集成电路设计的深厚实践经验，才能够在行业中立足并建立竞争优势。新进企业由于缺乏技术沉淀和经验积累，很难在短期内取得技术竞争优势并对现有竞争格局产生冲击。智能电网终端设备芯片设计高度的系统复杂性和专业性决定了进入本行业具有很高的技术壁垒。 2、人才壁垒 智能电网终端设备芯片设计属于知识密集型行业，不仅需要具备复合型的专业技术背景，还必须通过长时间的实践形成经验积累。同时，芯片产品不是一个孤立的标准化产品，往往需要和其它周边零部件相结合，芯片企业也往往需要向客户提供全面的解决方案或参考方案，必须对相关零部件的性能非常熟悉。因此，智能电网终端设备芯片领域的研发和销售人员不但需要掌握集成电路设计所需的一般知识，还需要掌握下游电力行业的相关技术要求，并了解国内电力行业的基本特征，对相关人才的要求与其他一般集成电路设计行业有所不同。因此，该行业具备较高的人才壁垒。 3、资金壁垒 在智能电网终端设备芯片领域，新产品从开始研发到最终批量销售的周期较长，一般至少需要两年以上的时间。同时，芯片产品设计开发成本较高，企业要在该行业发展并获取丰厚回报，需要投入大量的资金进行研发设计，若无雄厚资金支持，则难以承担较长投资回报期的投资风险。此外，芯片设计企业所培养的芯片设计人才团队，也是通过企业大量资金投入所换来的。 4、市场壁垒 智能电网终端设备在智能电网运行中发挥着重要作用，智能电网终端设备中电能表的质量直接影响电力公司对用户用电数据计量的精确性，同时，许多终端产品使用环境非常恶劣，电力企业对终端设备的功能、性能、稳定性和可靠性有较高要求。而芯片作为终端设备中的核心元器件，是其功能、性能、稳定性和可靠性的重要决定因素之一。芯片作为电表产品的核心部件，将直接影响最终产品的各项性能指标，客户导入新产品并在该平台上投入相关研发资源之前，往往非常慎重，要经过严苛及长期的验证和测试程序。因此，客户通常会认可质量可靠、技术先进的领先厂商，并对自己认可的芯片品牌形成一定的忠诚度。近年来，优势品牌厂商的产品性能稳定，市场份额持续扩大，已经形成了一定的品牌优势，行业的新进入者通常难以在短期内取得客户认同，突破现有市场竞争格局。 二、 电能计量芯片市场概况 1、电能计量芯片市场现状 电能计量芯片作为智能电表的核心器件，直接关系到智能电表的计量精度和工作可靠性、稳定性等产品品质。根据产品构成的不同，电能计量芯片可以分为单芯片产品和SoC芯片产品。其中，单芯片产品只包含了电能计量模块；SoC芯片产品则集成了微处理器（MCU）、时钟芯片（RTC）等电能表所需的各种功能模块，能够提供完整的智能电表方案并有效降低智能电表的芯片成本。目前，国内两网公司招标的智能电表主要采用单芯片设计，SoC芯片则主要应用于出口的智能电表，且以单相智能电表为主。 根据应用对象的不同，单芯片电能计量产品可以分为单相计量芯片和三相计量芯片。其中，单相计量芯片主要用于居民家庭用的单相电能表，单价相对较低；三相计量芯片主要用于工业企业使用的三相电能表，同时也可用于专变采集终端和集中器等终端设备上，单价相对较高。 由于我国家庭用户数量庞大，工业区和办公楼用户相对较少，因此国家电网招标市场以单相表为主，单相计量芯片的市场需求占比更大。从国家电网2021年招标情况来看，单相计量芯片对应的单相表占招标总量的83.42%，三相计量芯片对应的三相表等产品的招标占比则为16.58%。 2、电能计量芯片市场空间 （1）单相计量芯片市场空间 2018年起智能电表新一轮更换周期的到来，对国内单相智能电表及单相计量芯片的需求量形成持续的支撑。2018年和2019年国家电网各类单相表需求量同比分别增长40.21%和41.65%。2020年受疫情影响，国网建设进度放缓，单相智能电表需求量出现明显下降。2021年市场需求出现明显反弹，同比增长28.25%。2022年上半年，国网单相表招标量同比继续增长8.77%。 （2）三相计量芯片市场空间 2018年至2019年国网三相表需求量同比持续增长。2020年受疫情影响，三相表需求出现下降后至2021年又同比回升。2022年上半年，国网三相表招标量提升更为明显，同比增幅高达81.90%。 相比国、南网统招市场，出口市场对于三相表的需求近年来呈现快速增长趋势，2017年至2021年的年均复合增长率达到了16.21%，成为了近年来成长速度最快的市场,并且自2020年起和国网统招市场一同成为三相计量芯片最主要的目标市场。2020年，由于下游表厂出口交付的沙特项目全部采用三相表方案，使得当年出口数量异常飙升，剔除相关影响后，出口三相表市场需求仍然处于持续提升的态势。 （3）计量SoC芯片的市场空间 当前市场对于计量SoC芯片的运用以出口单相电表中的单相SoC芯片为主。2017年至2021年年均复合增长率达到5.18%，市场需求整体稳中带升。出口市场的电能计量芯片一贯采用以SoC为主的芯片方案，主要源于目标市场的电网企业对于计量模块是否独立一般无特殊要求。并且，采用SoC方案可将计量和MCU集成在一颗芯片内和一块电路板上，电表整体造价更低。同时，部分发展中国家窃电、断电情况比较严重，SoC方案在特殊情况下也能保持较低的功耗维持计量数据不丢失。因此，基于成本考量和防窃电的考量，出口市场的电表厂商更倾向于采用SoC方案。 与国内市场相同，出口市场的下游需求也主要来源于居民用户所安装的单相智能电表，因而出口电表采用的电能计量SoC芯片也以单相为主。三相智能电表的出口数量与单相智能电表相比存在巨大差距，三相SoC芯片的市场容量较小，因而芯片设计企业持续投入研发的动力不强。加之三相智能电表造价和销售单价都显著高于单相表，表厂采用三相SoC方案相比采用三相计量+MCU双芯方案对于利润的提升并不明显，因此表厂普遍采用与国内市场相同的计量+MCU方案，由此使得出口市场采用的SoC芯片又以单相SoC占绝对多数。 3、电能计量芯片市场的发展趋势 未来，随着基于IR46标准的下一代智能物联表技术规范的完善及逐步实施，电表方案将发生本质的变化，双芯模组设计方案将成为智能电表技术的升级方向，以SoC结构设计的单、三相计量芯片的售价将大幅提升，市场容量将快速扩充。另外在出口市场，随着“一带一路”合作的持续推进以及国内电表企业综合实力和产品竞争力的不断提升，海外电表市场也将带来更多的增量需求。 三、 行业面临的机遇与挑战 1、面临的机遇 （1）国家政策推动集成电路设计行业加速发展 集成电路设计是集成电路产业链价值最高的环节，其技术水平是一个国家科技实力的重要体现，对国家安全具有举足轻重的战略意义。近年来，国家各部门相继推出了鼓励政策支持集成电路设计行业的发展。 2014年6月，国务院发布《国家集成电路产业发展推进纲要》，提出着力发展集成电路设计业，围绕重点领域产业链，强化集成电路设计、软件开发、系统集成、内容与服务协同创新，以设计业的快速增长带动制造业的发展，分领域、分门类逐步突破智能卡、智能电网等关键集成电路及嵌入式软件，提高对信息化与工业化深度融合的支撑能力。2015年5月，国务院发布《中国制造2025》，将集成电路产业列为实现突破发展的重点领域，明确提出要着力提升集成电路设计水平；2016年7月国务院发布《“十三五”国家科技创新规划》，要求持续攻克核心电子器件、高端通用芯片、基础软件、集成电路装备等关键核心技术，着力解决制约经济社会发展和事关国家安全的重大科技问题。2016年11月国务院发布《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》，要求加快先进制造工艺、存储器、特色工艺等生产线建设，提升安全可靠CPU、数模/模数转换芯片、数字信号处理芯片等关键产品设计开发能力和应用水平，推动封装测试、关键装备和材料等产业快速发展。2020年7月，国务院发布《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》（国发〔2020〕8号），从财税、投融资、研究开发、进出口、人才、知识产权、市场应用、国际合作八方面提出政策措施，进一步优化集成电路产业发展环境，深化产业国际合作，提升产业创新能力和发展质量，鼓励集成电路设计企业发展。 集成电路设计行业是国家政策强力支持的行业，在当前中美贸易摩擦，美国架起高科技封锁的大背景下，国产芯片需要加速完成替代。在未来相当长的时间内，我国将持续保持集成电路设计行业的政策支持力度。 （2）全球领先的智能电表制造产业为市场发展提供了坚实的基础 目前，我国智能电表行业已经形成了较大的生产规模，且研发能力强劲，技术标准已经达到或接近发达国家的技术标准，是全球智能电表生产制造基地。在世界范围内智能电网建设需求的推动下，中国智能电表企业所面对的国内、外市场将稳定发展，并对上游电表芯片产生持续的需求，国内电表芯片市场将稳定增长。 （3）智能电表标准逐步向IR46标准转换 2012年，国际法制计量组织（OIML）的第12技术委员会“电量测量仪器技术委员会”制定了IR46《有功电能表》标准，要求电能表电子设备与组件分离，计量功能与其他功能相互独立，负责不同功能的芯片软件需从物理方式上互相隔离，不受外界影响；非计量部分软件在线升级不影响计量部分的准确性和稳定性。IR46标准对电能表的计量防护要求较高，体现在电表计量部分的软件与硬件均不可被仪表其他部分影响。我国作为OIML的成员国，必须采纳并执行IR46标准，而目前我国集中招标的电能表依据的GB/T17215国家标准体系主要根据IEC标准而制定。 为实现新标准本土化落地，针对我国现有情况，近年行业有关部门积极讨论并制订多个新一代智能电表设计协议与方案以指引双芯模组化智能电表行业新产品开发方向。2016年，国家电网发布了《基于IR46理念的“双芯”智能电能表设计方案》，此后相关单位、企业开始着力研究双芯模组化智能电表的相关技术与方案，并于2019年举办了多场研讨会、交流会，针对新一代双芯模组化智能电表技术与方案进行深度交流探讨。2020年8月，国家电网正式发布了单、三相智能物联表通用技术规范，智能物联表在产品结构设计上完全符合国际IR46标准。随着符合IR46标准的新型智能物联表技术规范的落地，未来几年，新一轮智能物联表的大规模招标有望开启，双芯模组化智能电表的采购需求将逐步扩大，市场前景广阔。 （4）智能电表海外市场空间广阔 东欧、拉美、东南亚、中亚和西非等地区的智能电表和用电信息采集起步较晚，落后国内约5-10年。同时，国内智能电表在全球市场具备较强竞争力，随着“一带一路”合作的深入，已参与多个沿线国家智能电网建设，未来海外市场将继续成为国内智能电表行业新的增长点。随着我国智能电表海外市场规模的扩张，我国智能电网终端芯片产品的海外需求将持续释放，带动行业快速发展。 2、面临的挑战 （1）我国集成电路设计人才紧缺 集成电路设计作为技术密集型行业，对核心技术、人才和创新能力有较大的依赖性，对研发人员的理论水平、技术的深度和广度以及经验均有很高要求。但与此同时，我国集成电路设计行业起步较晚，高素质复合型人才较为匮乏，深度掌握相关技术基础及具有丰富经验的技术人员较少，使得我国集成电路设计企业在技术人员招募上较为困难，进而制约了集成电路设计行业的发展。 （2）集成电路设计行业融资难题突出 采用Fabless模式的集成电路设计企业通常规模较小，具有轻资产的特点，凭借资产融资的难度较大，无法通过贷款等方式获取研发投入所需要的大量资金。同时，集成电路设计