电脑cpu芯片有一种叫什么名字,电脑cpu芯片有一种叫啥,电脑cpu芯片有哪些,电脑cpu芯片有多大面积

不计切割损耗也就是只需要计算面积就可以了 小正方形的总面积是 66平方厘米晶圆面积是 pi (1005/2)^2=793平方厘米答：可以切割出所需尺寸的小硅片66张

这是一篇关于半导体行业发展的长篇介绍，文中有些表达上对行业人士来说可能会存在些许不严谨，欢迎交流。

首先要解释两个概念： 芯片设计与芯片代工

它们是有区别的，在这里举个例子：高通、三星、华为都可以设计芯片。这其中，三星是可以自己生产芯片的，而高通和华为，是需要找代工的。

三星和台积电，是两家最广为人知的芯片代工厂。

比如美国高通的芯片，是自己设计的。但它并不生产芯片，比如高通的高端芯片，是交给三星来代工的，华为设计的高端芯片则是交给台积电来代工。

为什么大陆目前生产不了高端芯片？

论芯片设计，我们已经不弱了，华为的麒麟芯片就是自己研发的，在高端芯片上已经算是很强了。

但麒麟芯片的代工却没有找大陆厂商。

因为即使是大陆目前第一的中芯国际，现在也没有能力生产麒麟970芯片。

华为麒麟970芯片，工艺制程是10nm。

关于工艺制程后面会有详细介绍，就是数字越小，说明制程越先进。我们手机里的芯片，制程工艺好不好，决定了芯片的性能。

7nm的芯片，必然比10nm的强，10nm的又强于14nm工艺的。

在2017年，三星和台积电，都掌握了最先进的10nm工艺。所以现在10nm 的生产工艺，是垄断在英特尔、三星和台积电手里的。

而大陆最先进的中芯国际，只能生产最高规格28nm工艺的。

为什么大陆的生产工艺落后？

主要是光刻机： 因为芯片的生产，关键是要光刻机。 说到光刻机这个行业，就不得不提荷兰 的ASML Holding NV

简单说一下光刻机：

其实早期的光刻机的原理像幻灯机一样简单，就是把光通过带电路图的掩膜 (Mask，后来也叫光罩) 投影到涂有光敏胶的晶圆上（关于晶圆，下面芯片设计中会有详细介绍）。早期 60 年代的光刻，掩膜版是 1:1 尺寸紧贴在晶圆片上，而那时晶圆也只有 1 英寸大小。

因此，光刻那时并不是高 科技 ，半导体公司通常自己设计工装和工具，比如英特尔开始是买 16 毫米摄像机镜头拆了用。只有 GCA, K&S 和 Kasper 等很少几家公司有做过一点点相关设备。

60 年代末，日本的尼康和佳能开始进入这个领域，毕竟当时的光刻不比照相机复杂。

1978 年，GCA 推出真正现代意义的自动化步进式光刻机 (Stepper)，分辨率比投影式高 5 倍达到 1 微米。

但此时的光刻机行业依旧是个小市场，一年卖几十台的就算大厂了。因为半导体厂商就那么多，一台机器又能用好多年。这导致你的机器落后一点，就没人愿意买了。技术领先是夺取市场的关键，赢家通吃。

80 年代一开始，GCA 的 Stepper 还稍微领先，但很快尼康发售了自己首台商用 Stepper NSR-1010G，拥有更先进的光学系统极大提高了产能。两家开始一起挤压了其它厂商的份额。

到了 1984 年，在光刻行业，尼康和 GCA 平起平坐，各享三成市占率。Ultratech 占约一成，Eaton、P&E、佳能、日立等剩下几家瓜分剩下的三成。

但转折也发生在这一年，这一年飞利浦在实验室里研发出 stepper 的原型，但是不够成熟。因为光刻市场太小，飞利浦也不能确认它是否有商业价值，去美国和 P&E、GCA、Cobilt、IBM 等谈了一圈也没人愿意合作。

很巧合有家荷兰小公司叫 ASM International 的老板 Arthur Del Prado 听说了有这么回事，主动要求合作。但这家代理出身的公司只有半导体一些经验，对光刻其实不太懂，等于算半个天使投资加半个分销商。飞利浦犹豫了一年时间，最后勉强同意了设立 50:50 的合资公司。1984 年 4 月 1 日 ASML 成立的时候，只有 31 名员工，在飞利浦大厦外面的木板简易房里工作。

ASML 最早成立时的简易平房，后面的玻璃大厦是飞利浦。Credit: ASML

ASML 在 1985 年和蔡司 (Zeiss) 合作改进光学系统，终于在 1986 年推出非常棒的第二代产品 PAS-2500，并第一次卖到美国给当时的创业公司 Cypress，今天的 Nor Flash 巨头。

但接下来的一年，1986 年半导体市场大滑坡，导致美国一帮光刻机厂商都碰到严重的财务问题。ASML 规模还小，所以损失不大，还可以按既有计划开发新产品。但，GCA 和 P&E 这些老牌厂商就顶不住了，它们的新产品开发都停滞了下来。

1988 年 GCA 资金严重匮乏被 General Signal 收购，又过了几年 GCA 找不到买主而破产。1990 年，P&E 光刻部也支撑不下去被卖给 SVG。

1980 年还占据大半壁江山的美国三雄，到 80 年代末地位完全被日本双雄取代。这时 ASML 大约有 10% 的市场占有率。

忽略掉美国被边缘化的 SVG 等公司，90 年代后，一直是 ASML 和尼康的竞争，而佳能在旁边看热闹。

在后来 ASML 推出浸入式 193nm 产品，紧接着尼康也宣布自己的 157nm 产品以及 EPL 产品样机完成。然而，浸入式属于小改进大效果，产品成熟度非常高，而尼康似乎是在做实验，因此几乎没有人去订尼康的新品。

这导致后面尼康的大溃败。尼康在 2000 年还是老大，但到了 2009 年 ASML 已经市占率近 7 成遥遥领先。尼康新产品的不成熟，也间接关联了大量使用其设备的日本半导体厂商的集体衰败。

至于佳能，当它们看到尼康和 ASML 在高端光刻打得如此厉害就直接撤了。直接开发低端光刻市场，直到现在它们还在卖 350nm 和 248nm 的产品，给液晶面板以及模拟器件厂商供货。

再回来，英特尔、三星和台积电之所以能生产 10nm 工艺的芯片，首先是它们能从 ASML 进口到高端的光刻机，用于生产 10nm 芯片。

而大陆没有高端的光刻机，用中低端的光刻机又缺乏技术，所以暂时只能生产工艺相对落后的芯片。

下面我们谈一谈芯片的设计，在谈论设计之前，我们需要知道 CPU、GPU、微架构和指令集 等概念。

CPU的含义，亦即中央处理器，是负责计算机主要运算任务的组件。功能就像人的大脑。可能大家听过CPU有 x86、ARM 这样的分类，前者主要用于PC而后者主要用于手机平板等设备。

CPU执行在计算任务时都需要遵从一定的规范，程序在被执行前都需要先翻译为CPU可以理解的语言。这种语言被称为 指令集 （ISA，Instruction Set Architecture）。程序被按照某种指令集的规范翻译为CPU可识别的底层代码的过程叫做编译（compile）。像x86、ARM v8、MIPS等都是指令集的代号。同时指令集可以被扩展。厂商开发兼容某种指令集的CPU需要指令集专利持有者授权，典型例子如Intel授权AMD，使后者可以开发兼容x86指令集的CPU。

CPU的基本组成单元即为核心（core）核心的实现方式被称为 微架构 （microarchitecture）和指令集类似，像Haswell、Cortex-A15等都是微架构的代号。微架构的设计影响核心（core）可以达到的最高频率、核心在一定频率下能执行的运算量、一定工艺水平下核心的能耗水平等等。

但值得注意的是： 微架构与指令集 是两个不同的概念：指令集是CPU选择的语言，而微架构是具体的实现。

以兼容ARM指令集的芯片为例：ARM公司将自己研发的指令集叫做ARM指令集，同时它还研发具体的微架构，例如Cortex系列并对外授权。

但是，一款CPU使用了ARM指令集并不等于它就使用了ARM研发的微架构。像高通、苹果等厂商都自行开发了兼容ARM指令集的微架构，同时还有许多厂商使用ARM开发的微架构来制造CPU，比如华为的麒麟芯片。通常，业界认为 只有具备独立的微架构研发能力的企业才算具备了CPU研发能力 ，而是否使用自行研发的指令集无关紧要。微架构的研发也是IT产业技术含量最高的领域之一。

以麒麟980为例，最主要的部分就是 CPU 和 GPU 。其中 Cortex-A76 和 Mali-G76 都是华为找ARM买的微架构授权，华为可以自研微架构吗？肯定是可以的，但要想达到苹果那样应用在手机系统上还有很长一段路要走，最起码现在看来是这样，除了自身研发会遇到各种问题外，因为芯片的开发和软件开发一样，需要EDA工具，使用ARM的微构架，它们会提供很多工具，这些东西也挺核心的，所以一旦另起炉灶就需要考虑各个方面的问题。

弄清楚了这些，就可以开始设计芯片了，但这一步也是非常复杂繁琐的。

芯片制造的过程就像盖房子一样，先有 晶圆 作为地基，然后再层层往上叠，经过一系列制造流程后，就可产出必要的 IC 芯片了。

那什么是晶圆呢？

晶圆（wafer）， 是制造各种制式芯片的基础。我们可以将芯片制造看作盖房子，而晶圆就是一个平稳的地基。在固体材料中，有一种特殊的晶体结构──单晶（Monocrystalline）。它的特性就是原子一个接着一个紧密的排列，可以形成一个平整的原子表层。因此，我们采用单晶做成晶圆。但是，该如何产生这样的材料呢，主要有二个步骤，分别为 纯化以及拉晶 ，之后便能完成这样的材料。

纯化分成两个阶段，第一步是冶金级纯化，此一过程主要是加入碳，以氧化还原的方式，将氧化硅转换成 98% 以上纯度的硅。但是，98% 对于芯片制造来说依旧不够，仍需要进一步提升。因此，将再进一步采用 西门子制程（Siemens process） 作纯化，将获得半导体制程所需的高纯度多晶硅。

接着，就是 拉晶 。

首先，将前面所获得的高纯度多晶硅融化，形成液态的硅。然后，以单晶的 硅种（seed） 和液体表面接触，一边旋转一边缓慢的向上拉起。至于为何需要单晶的硅种，是因为硅原子排列就和人排队一样，会需要排头让后来的人该如何正确的排列，硅种便是重要的排头，让后来的原子知道该如何排队。最后，待离开液面的硅原子凝固后，排列整齐的单晶硅柱便完成了。

但一整条的硅柱并无法做成芯片制造的基板，为了产生一片一片的硅晶圆，接着需要以钻石刀将硅晶柱横向切成圆片，圆片再经由抛光便可形成芯片制造所需的硅晶圆。

至于8寸、12寸晶圆又代表什么东西呢？很明显就是指表面经过处理并切成薄圆片后的直径。尺寸愈大，拉晶对速度与温度的要求就更高，制作难度就越高。

经过这么多步骤，芯片基板的制造总算完成了，下一步便是芯片制造了。该如何制作芯片呢？

IC芯片，全名集成电路（Integrated Circuit），由它的命名可知它是将设计好的电路，以堆叠的方式组合起来。

从上图我们可以看出，底部蓝色的部分就是晶圆，而红色以及土**的部分，则是于 IC 制作时要设计的地方，就像盖房子要设计怎样的样式。

然后我们看 红色的部分 ，在 IC 电路中，它是整颗 IC 中最重要的部分，将由多种逻辑闸组合在一起，完成功能齐全的 IC 芯片，因此也可以看作是 根基上的根基 。

而 **的部分 ，不会有太复杂的构造，它的主要作用是将红色部分的 逻辑闸相连在一起 。之所以需要这么多层，是因为有太多线路要连结在一起，在单层无法容纳所有的线路下，就要多叠几层来达成这个目标了。在这之中，不同层的线路会上下相连以满足接线的需求。

然后开始制作这些部分：

制作 IC 时，可以简单分成4 种步骤。虽然实际制造时，制造的步骤会有差异，使用的材料也有所不同，但是大体上皆采用类似的原理。

完成这些步骤之后，最后便在一整片晶圆上完成很多 IC 芯片，接下来只要将完成的方形 IC 芯片剪下，便可送到封装厂做封装。

封装：

经过漫长的流程，终于获得一颗 IC 芯片了。然而一颗芯片相当小且薄，如果不在外施加保护，会被轻易的刮伤损坏。此外，因为芯片的尺寸微小，如果不用一个较大尺寸的外壳，不容易安置在电路板上，所以才需要最后的封装。

封装的方式有很多种，常见的有双排直立式封装（Dual Inline Package；DIP），球格阵列（Ball Grid Array，BGA）封装，SoC（System On Chip）封装以及 SiP（System In Packet）封装。

完成封装后，然后还需要进入测试阶段 ，在这个阶段是为了确认封装完的 IC 是否能正常的运作，检测没问题后便可出货给组装厂，做成我们所见的电子产品。

至此，完成整个制作流程。

是启动发动机的。车钥匙芯片按钮里面的圆片是启动发动机的。钥匙是人们生活中的一种常用的开锁工具，制作钥匙的材料主要为铜、锌、铝、铁和其它金属。钥匙的发明比锁要晚些，4000年前已在古埃及出现。钥匙种类很多，有普通钥匙、智能钥匙、遥控钥匙、电子钥匙等等。

由于工艺偏差，即使在同一圆片上的芯片，就是不同位置的器件属性会有所不同，就拿MOS管来说（电阻、电容类似)，会有FF、SS、TT、FNSP、SNFP情形，表现出来的特性除了阈值电压不一样以外，还有其他一些参数会有所不同，详情可参见Spicemodel工艺文件Foundry提供这些工艺角是因为他们的工艺在制作过程中会有所偏差，所以我们在设计芯片时需要考虑工艺偏差，在设计阶段使其在各种工艺角下都能正常工作，这样才能使最后的芯片可靠。拉扎维，模拟CMOS集成电路设计，中文版，490页 单一器件所测的结果为正态分布，均值为tt，最小最大限制值为ss与ff。

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bms发出的can线电压多少 半导体行业深度报告:电池管理（BMS、BMIC）芯片国产替代进程加速

（报告出品方/作者：安信证券，马良）

1. BMS 是电池产业链的重要组成部分

1.1. 电池相关概念及产品形态

电池产业链涉及的基本概念。电池产业链涉及概念较多，如电芯、电池模组、电池包、pack 工艺等。往往电池作为相关概念的统称，电芯、电池模组、电池包是电池制造过程中的不同 阶段。电芯是电池的最小单位，也是电能存储单元，它必须要有较高的能量密度，以尽可能 多的存储电能。当多个电芯被同一个外壳框架封装在一起，通过统一的边界与外部进行联系 时，就组成了一个电池模组。而当多个电池模组被电池管理系统（BMS）和热管理系统共同 控制或管理起来后，这个统一的整体就叫做电池包。电池 pack 工艺，指的就是把电芯、电 池模组等加工成最终电池包的工艺。电池 pack 一般也代指电池包。

电池包主要由电芯、BMS、连接器、热管理组件、结构件等组成。电池产业链中，核心部分 是电芯和BMS电路，电芯封装后再集成线束和PVC膜等构成电池模组，再加入线束连接器、 BMS 电路构成电池成品。其中，电池模组为电池包最小分组，由多个电芯串联和并联，电芯 数量越多，电池模组可靠性越弱，对电芯一致性的要求越高，因此需要通过单体电池监控管 理装Z协调，即电池管理系统、热管理系统、电气系统等，最终组成完整的电池 pack。在动 力电池中，电池热管理系统通过风冷、水冷、液冷和其他相变材料降低电池放电过程中的热 量释放，确保电池在适宜温度范围工作，主要由电池箱、传热介质、监测设备等构成。电气 系统主要由高压线束、低压线束、继电器等构成，高压线束将动力电池系统的动力不断输送 到各部件；低压线束实时传输检测信号、控制信号；继电器起自动调节、安全保护和转换电 路等作用。

电池 pack 技术主要受下游市场需求驱动而不断发展，主要应用场景包括笔记本、智能手机、 等消费电子电池，新能源汽车等动力电池。据头豹研究院，电池 pack 可按电芯正极材料、 电芯配Z方式、壳体材料、电池用途、下游应有、电池形状等不同分类标准分为多个不同种 类。其中，不同形状的电池 pack 具有不同特征，圆柱电池 pack 主要应用于数码产品，长时 间的技术演进促使其拥有更优的良率和成本，但单体电池容量小导致电芯需要以量取胜，对 BMS 要求更高；方形电池结构复杂，但更易保护电芯；软包结构电池 pack 能量密度较高， 但所使用的材料寿命较短。我国锂电池行业的不断发展推动电池 pack 行业的演化，中国电 池 pack 行业相继经历笔电电池 pack 时代、手机数码电池 pack 时代、智能手机电池 pack 时代和动力电池 pack 兴起，消费电池 pack 行业发展较为成熟，动力电池 pack 行业虽起步 于 2012 年以后，但受益于下游汽车三化的发展，市场有望高速成长。

1.2. 动力电池需求高涨助推电池 pack 市场高景气，BMS 持续受益

电芯和 BMS 是电池 pack 产业链核心。电池 pack 产业链涉及企业较多，上游由电池模组、 BMS、电池热管理系统等原材料供应厂商组成，中游由笔电电池 pack 企业、手机数码电池 pack 企业、动力电池 pack 企业组成，下游根据应用终端类型可分为 3C 企业、新能源等车 企和其他电池应用企业等。据头豹研究院，上游电芯和 BMS 占电池 pack 成本的 72%，且 生产技术含量较高，是电池 pack 的核心。BMS 自身较为复杂，涉及学科领域广，相关人才 需要掌握电池知识、整车知识等，要对电子技术、电工技术、微电子及功率器件技术、散热 技术、高压技术、通信技术、抗干扰及可靠性技术等具备专业储备。

我国消费电子电池产业链日趋成熟，动力电池产业链仍处于快速成长阶段。笔记本电脑电池 和手机数码电池组装过程涉及人工环节较多，偏向劳动密集型产业，我国是相应电池的重要 组装基地；动力电池注重技术和自动化，我国动力电池相关企业仍处于成长阶段。据头豹研 究院，消费电子电池行业龙头集中度较高，德赛电池、欣旺达、新普科技等龙头公司占据全 球大部分市场份额，下游笔记本电脑市场处于平稳状态，手机数码市场稳定发展，短期内市 场竞争程度将基本维持现有水平；动力电池领域市场份额主要集中于电芯企业，随着未来中 国动力电池行业规模不断扩大，对动力电池的技术要求不断提高，动力电池市场活力将不断 激发。

我国电池 pack 行业受动力电池需求拉动影响，市场规模有望高速增长。据中商产业研究院， 中国是更大的动力电池市场，2017 年至 2021 年间中国动力电池装机量 CAGR 达 43.5%， 随着新能源车渗透率增长和疫情有效控制，预计中国2022年动力电池装机量将达229.9GWh。 中国动力电池 pack 行业市场规模不断扩大，推动整个电池 pack 行业发展壮大。根据国家统 计局数据，2011 年国内锂电池产量约 29 亿只，2021 年突破 200 亿只，年复合增速达到 21%； 据头豹研究院，中国电池 pack 行业市场规模 2014 年为 205.4 亿元，2023 年预计为 3244.7 亿元。

2. BMS 涉及多类型芯片，市场空间广阔

2.1. BMS 系统充当电池管家、保姆角色，电池计量 IC、电池安全 IC、充电管理 IC 各司其职

BMS 即 BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，称为电池管理系统，在电池运作系统中充当 “电池保姆”的角色。BMS 系统是锂离子电池模组的必备部件和核心部件，是锂离子电池模 组的#34大脑#34，实现对锂离子电池模组中锂离子电芯（组）的监控、指挥及协调。电池管理系 统，由印制电路板(PCB)、电子元器件、嵌入式软件等部分组成，根据实时采集到的电芯状 态数据，通过特定算法来实现电池模组的电压保护、温度保护、短路保护、过流保护、绝缘 保护等功能，并实现电芯间的电压平衡管理和对外数据通讯。

BMS 中硬件为 BMIC，主要包括电池计量芯片、电池安全芯片、充电管理芯片。按芯片的功 能划分，集成电路可进一步划分为模拟、数字、射频等，其中模拟芯片根据功能的不同主要 可分为电源管理芯片和信号链芯片。电源管理芯片是实现在电子设备系统中对电能的变换、 分配检测、保护及其他电能管理功能的芯片。电池管理芯片是电源管理芯片的重要细分领域， 是电池管理系统的核心器件，包括电池安全芯片、电池计量芯片、充电管理芯片。近年来， 随着下游通讯、消费电子、工业、新能源汽车、储能等领域技术快速发展，对电池管理芯片 产品的性能要求不断提升，推动电池管理芯片不断向高精度、低功耗、微型化、智能化方向 不断发展。

电量计 IC 负责采集电池信息并计算电量，与电池保护 IC 可以分立，也可以集成。据 TI 官 网产品信息，电池包内部包含电芯、电量计 IC、保护 IC、充放电 MOSFET、保险丝 FUSE、 NTC 等元件。一级保护 IC 控制充、放电 MOSFET，保护动作是可恢复的，即当发生过充、 过放、过流、短路等安全事件时就会断开相应的充放电开关，安全事件解除后就会重新恢复 闭合开关，电池可以继续使用，一级保护可以在高边也可以在低边。二级保护控制三端保险 丝，保护动作是不可恢复的，即一旦保险丝熔断后电池不能继续使用，又称永久失效。电量 计 IC 采集电芯电压、电芯温度、电芯电流等信息，通过库仑积分和电池建模等计算电池电 量、健康度等信息，通过 I2C/ *** BUS/HDQ 等通信端口与外部主机通信。电量计 IC 与电池 保护 IC 既可分立，也可集成。

硬件、算法、固件是电量计的三大核心，pack-side 电量计更具优势。电量计的输入是电池 电压、电流和温度，然后通过对电池建模来计算输出容量信息，其三大核心是：(1)硬件，来 实现高精度采样、低功耗运行；(2)算法，来对电池建模；(3)固件，把算法编程实现，计算 输出容量信息。据 TI 官网，在选择电量计时，通常需要考虑到电芯化学类型、电芯串联数目、 通信接口、电量计放在电池包内还是放在系统板、电量计算法、是否集成电池保护均衡等功 能、支持充放电电流大小、存储介质和封装。相比 System-side 电量计，Pack-side 电量计 直接采样电芯电压，电压更准确，有利于提高电量计量、充电以及保护精度；Pack-side 采 用可集成加密认证算法的电量计综合成本更低；Pack-side 电池保护板 PCM 电压、电流、 温度校准更容易，项目开发周期更短；Pack-side 电量计面对可插拔电池时 RAM 数据不丢失 ，数据更准确。

充电管理 IC 主要负责电池的充放电管理。锂电池充电管理芯片可以有效管理每个锂电池的 充电，根据锂电池的特性自动进行预充、恒流充电、恒压充电。通过充电管理 IC 可以实现 电池充放电的恒压方式、恒流方式等，这些充电方式有益于电池，并相对比较安全。充电管 理芯片使电压、电流达到可控状态，可以有效的控制充电的各个阶段的充电状态，保护电池 过放电、过压、过充、过温，最终有利于电池的寿命延续。锂电池充电管理芯片具有功能全、 价格低、集成度高、外部电路简单、调节方便、可靠性好等特点。

充电管理芯片根据工作模式通常可分为开关模式、线性模式和开关电容模式。开关模式效率 高，适用于大电流应用，且应用较灵活，可根据需要设计为降压、升压或升降压架构，常用 的快充方案通常都是开关模式。线性模式适用于小功率便携电子产品，其对充电电流、效率 要求不高，通常不高于 1A, 但对体积、成本则有较高要求。开关电容模式可以做到更高达 97%以上的效率，但由于架构的原因，其输出电压与输入电压通常成一个固定的比例关系， 应用场景比较受限，实际应用中，通常与一个开关型充电管理芯片配合使用。

2.2. BMIC 芯片市场空间广阔，国产替代前景可期

BMS 下游包含三大电池应用，芯片技术是产业链核心。BMS 下游应用主要包括：消费电池 （3C 数码）、动力电池（电动车）和储能电池（国防军工、可再生能源、通讯、医疗健康等）， 电动汽车产业的快速成长推动 BMS 的快速发展。据前瞻产业研究院，2020 年全球 BMS 下 游应用中：动力电池应用占比达 54%，消费电池占比 22%，储能及其他电池占比 24%。BMS 系统以电池管理 IC 为基础构建，芯片技术是 BMS 产业链核心。

计量芯片是核心且价值量更高，消费电子通常采用 SoC 方案，动力电池中因 AFE（高压工 艺）、MCU 采用不同工艺，采用分立芯片形式。BMS 芯片方案主要涉及计算单元（如 MCU）、 AFE、数字隔离器等。BMS AFE 芯片（模拟前端芯片）负责采集电池电压后通过模数转换 器（ADC）转换为数字值，并送入计算单元（如 MCU）进行计算荷电状态，计算单元（如 MCU）主用来处理 AFE 收集的信息，计算 SOC、SOH 等参数，并将这些信息传送给上一 级 VCU。数字隔离器主要用在高低压之间的数字通信，比如在 BMS 主控板上的高压采样与 MCU 之间的 SPI 通信及采样板 AFE 与 MCU 的 SPI 通信，除了使用数字隔离器外，也可以 使用光耦、或者变压器隔离方案。据瑞萨授权 *** 商中印云端官网，BMS 系统芯片解决方案 通常围绕一个电池管理 IC 构建，该方案在一个封装中提供低功耗 MCU 和高性能模拟前端 （AFE），提供开发工具来支持开发安全可靠和高性能的锂离子电池管理系统，适用范围从 基础的消费级应用，如笔记本电脑、电动工具、电动摩托车等，到通信基站、电动汽车、光 伏备用电源、军事装备等工业应用都有应用案例。

消费电子领域国产化替代加速，动力电池领域芯片仍在初步布局阶段。BMIC 长期被 TI、ADI 等欧美企业垄断。据爱集微网，在消费电子和工业控制领域，虽然 TI、ADI（收购 MAXIM） 等全球龙头垄断电池管理芯片市场，但国内芯片厂商已逐渐在主流手机市场完成国产替代， 并在 TWS 耳机等新兴消费电子市场上占据优势地位；在笔记本电脑、电动自行车、电动工 具、扫地机器人以及小型储能市场，国内芯片厂商也在加紧进行验证测试，正处于国产替代 的成长期；应用在手机、平板、可穿戴设备等消费电子产品中的电池，通常为单串电池组， 仅 1 至 2 颗电芯，应用于笔记本电脑、电动工具、吸尘器、电动自行车以及智能家居等产品 中的电池，通常为多串电池组，由多颗电芯串并联组成，动力电池和储能电池领域所用电池 组远多于以上消费电池领域，技术门槛也更高，我国动力电源 BMS 芯片仍有待发展。据爱 集微网，近期，全球主流 BMS 芯片供应商 TI 产品陷入缺货涨价状态，其 BQ 系列芯片订货 交期已延伸至 2023 年，造成较大的市场缺口，叠加我国汽车三化的渗透发展，我国对国产 汽车 BMS 芯片的需求持续增长，国产动力电源芯片渗透率有望持续提升。

受益于电动汽车、消费电子等行业发展，BMS 及 BMS 芯片市场空间未来可期。受全球卫生 事件影响，2020 年全球 BMS 市场规模增速下降，但我国 BMS 市场仍占据重要地位，据华 经产业研究院，2020 年我国 BMS 市场需求规模为 97 亿元。未来随着电动汽车市场规模扩 大和电池效率要求提高，BMS 市场规模有望实现稳定增长，据 Business Wire 估计、前瞻产 业研究院整理，2021 年全球 BMS 市场规模预计为 65.12 亿美元，至 2026 年预计可达 131 亿美元，CAGR 为 15%。据 Mordor Intelligence，2024 年全球电池管理芯片市场规模预计 达 93 亿美元，市场空间广阔。

BMIC 国产替代逻辑清晰：一是技术门槛高，消费电子领域已经取得突破。该领域长期被欧 美企业垄断，但随着国内企业在电池管理技术领域持之以恒的研发投入和应用实践，消费电 子领域产品性能已经不逊色于欧美大厂，且技术难度更高的车规级 BMS 技术也在积极布局 中。二是中国具备电池产业链优势，在发展自主品牌 BMS 方面具有较强话语权。我国电产 业链完善，且国内消费电子、新能源汽车产业的强劲需求成为全球锂电池产业发展的重要动 力，且国产 pack 厂在全球市场中已经占据重要地位。三是政策积极扶持，国产替代进程加 速。我国 BMS 芯片长期依赖进口，尤其是车规级 AFE、ADC、MCU 等芯片，近年来国家 出台众多政策扶持汽车电子及电池管理芯片行业发展，电池管理芯片行业有望更上一层楼。

3. 消费电子：快充、5G、智能水平提升等助力 BMIC 快速发展

3.1. 手机：快充和 5G 趋势尽显，对高性能 BMIC 提出更高、更迫切需求

3.1.1. BMS 参与充放电全过程

手机电池大部分是锂离子电池或者锂离子聚合物电池，为提高电池使用寿命，BMS 对手机电 池的充放电起管理作用。既能防止电池过放，也能防止电池过充。在电量较低时，提醒用户充电，并关机防止过放；充电完成时，切断电池充电回路，防止电池出现过充导致电池损坏。 在电池工作的全生命周期中，电量计用于确定电池的电量状态（SoC）和健康状态（SoH）， 进行电池荷电状态估算。

普通手机充电时经历大约四个阶段，均需电池管理芯片负责监控。1）恢复性充电：指电池 电量非常低的时候，防止大电流充电给电池造成损伤，而是以小电流给电池充电，把电池的 电压给升上来。2）恒流快充：电池的电压达到一定程度后，充电器开始给手机电池大电流 恒流充电，这个过程的充电电流比较大，可以快速的提升电池的电压。3）恒压充电：当电 池的电压快接近截止电压时，以小电流恒压充电，这个阶段也叫做安全充电阶段，可以使手 机电池达到比较好的性能。4）涓流细充：这个阶段电池已充满，如果将充电回路切断的话， 因为手机自身的待机会产生待机电流，导致手机会被再次充电，为了解决这种情况，就要通 过涓流细充来解决，通过这种方式可以将手机电池的电压维持在满电状态。普通手机充电四 大阶段均需要手机 BMS 系统参与，管理手机充放电功能。（报告来源：未来智库）

3.1.2. 智能手机性能迭代对 BMIC 要求不断提升，国产芯片加速替代

快充技术可以大大降低充电时间，正成为智能手机标配。据 Battery Uni【【微信】】，根据充电时 间及速度，充电方式可分为慢充、快充（rapid）、快充（fast）和超级快充。快充在电流、电 压方面均大于慢充，对电池的伤害程度大于慢充，但由于手机电池的国际标准为在 800 次充 放电过后，手机电池保持 80%以上的性能即为合格，结合手机更换时间通常为 2-3 年，因此 快充对手机通常不会对手机电池造成太大损耗。不同厂家纷纷推出快速充电技术，如 VOOC 闪充快速充电技术、高通 【【微信】】.0 快速充电技术、联发科 Pump Express Plus 快 速充电技术等。实现快充需要满足三要素：充电器、电池、charge IC。常规充电器的输出为 5 至 10W，快充最多可将其提高八倍，据电源网，iPhone 11 Pro 和 Pro Max 配备 18W 快速 充电器，Galaxy Note 10 和 Note 10 Plus 标配 25W 充电器，三星出售超高速 45W 充电器。

BMIC 是手机快充所需大功率电池的核心器件。快充电池分为两个阶段：之一阶段是向低电 量电池施加高电压，在 10-30 分钟内将电池充电到 50%到 70%，电池快速吸收电荷，不会 对电池长期健康产生重大不利影响；第二阶段是将最后 20%或 30%的电池电量充满，所需 时间与之一阶段相似，手机制造商将充电速度放慢防止损坏电池。电池管理系统密切监视这 两个充电阶段，并在第二阶段降低充电速度，使电池有时间吸收电荷而避免出现问题，BMS 芯片是手机快充所需大功率电池的核心器件。

智能手机机身轻便性与电池续航能力成两难选择，快充弥补手机续航难问题，电池管理芯片 发挥重要作用。手机厂商提高电池容量需要扩大体积，此举会导致机身重量和尺寸的增加， 厂商从用户体验和需求的视角出发，选择逐渐缩小电池容量。为弥补续航能力弱问题，厂商 需要手机支持快充，并配合相应充电头和充电线。多数国产旗舰手机快充可达 40W，远高于 5-10W 的普通充电器，大功率快充需匹配大功率充电头；相比普通充电线，安卓快充线内分 为 5 根线工作（2 根电源线，2 根数据线，1 根接地线），数据线负责充电头与手机电池管理 芯片的通讯。

各大手机厂商相继取消附赠充电头，转向快充充电器市场，快充趋势拉动 BMS 芯片需求。 2020 年 10 月，苹果官方宣布 iPhone12 不再附赠充电器，附赠数据线接口转为 Type-C to Lightening，据充电头网，仅 iPhone12 机型就给市场增加了上亿台 USB PD 快充设备，并 让数十亿规模的 PD 快充配件的市场得到释放。小米随后推出了配备充电器和没有配备充电 器的两种版本，魅族推出“绿色焕新计划”，用户可以凭借两个旧充电器换取一个全新的魅 族18充电器，华为于2021年4月起推出不含充电器和数据线版本。各大厂商纷纷效仿苹果， 节约硬件成本、物流成本及包装成本，取消附赠充电头预计将成行业趋势，并加快布局快充、 无线充电产品，此举有望进一步拉动手机电池管理 BMS 的需求。

5G 手机渗透率提升，耗能更高，对 BMS 芯片提出更高要求。随着 5G 手机全面普及，多摄 渗透率加速、120Hz 高刷屏、更多 5G 射频元器件及高性能 CPU 迭代，不断提升手机的高 功耗。参考力芯微招股说明书，根据C *** ys 预测，2023年全球 5G 手机出货量将达到 7.74 亿部，占整个智能手机市场份额的 51.4%；其中，中国作为全球 5G *** 建设的重点区域， 将是全球更大的 5G 智能手机市场，出货量预计占全球市场的 34%。据元宇宙通信数据， 一般手机 5G 在网情况下比 4G 在网的能耗高出 20%-30%，5G 手机相较于 4G 手机更大的 区别在于增设了 5G 射频与 5G 天线模块，超高 5G 网速体验建立在更复杂、功耗更大的天 线与射频设计基础上，需要相应的电池电力驱动，此前被称为“大容量”的 4000mAh 已经 不是不可逾越的红线，4500mAh 上下是当前 5G 手机电池容量的主流。各功能模块对手机电 池管理芯片的精度、功耗等性能提出了更高要求。

手机快充需求旺盛叠加 5G 热潮，手机 BMS 芯片未来可期。5G 手机的发展渗透带动智能手 机快充市场增长，据充电头网统计，快充技术最早突破手机市场，共覆盖七大领域，2020 年全球智能手机快充设备出货量为 12.9 亿台，占总市场的 40.71%。据赛微微电招股说明书， 随着手机模块以及功能的复杂化，单部手机的电池管理芯片数量呈现出增长的趋势，高端智 能手机在电量计、电池保护、充电管理等方面对电池管理芯片的需求持续上升，平均每部智 能手机所需芯片数量达到 4 颗以上，手机 BMS 芯片市场迎来新动能。

3.2. 笔记本电脑及平板电脑：市场规模平稳，技术难度更高

笔记本电脑对电池热管理要求更高。据 battery uni【【微信】】，笔记本电脑电池一般由 3 组 2 个并联的电池串联组成，也可称为 6 芯（6 颗电池），根据电池厚薄程度也分 4 芯和 8 芯，电 芯越多，待机时间越长。对于笔记本电脑，即使连接到外部电源或线路电源，也只会在充电 不足时为电池充电，以此减少充放电的循环次数，使电池寿命更大化。由于热量，笔记本电 脑中的电池老化速度比其他应用更快。在使用过程中，笔记本电脑的内部温度会上升到 45° C，使得电池在高温下工作时的预期寿命是更温和的 20°C 或更低温度下运行的一半。笔记 本电脑上 BMS 系统的关键功能之一是管理电池系统，确保其不会过充、过放、过热。据赛 微微电招股书，目前一台笔记本电脑的电池管理芯片方案通常包括 1 颗电池安全芯片、1 颗 电池计量芯片、1 颗充电管理芯片，一台笔记本电脑的芯片方案通常包括 1 到 2 颗限流开关 芯片。

平板电脑高性能、轻薄化趋势对电池管理芯片的综合性能提出更高要求。平板电脑的原理与 与笔记本电脑的原理类似，电池管理芯片在平板电脑中起到电源管理、控制、转换、处理等 功能。平板电脑存在高性能、轻薄化趋势，有限的体积限制了芯片的面积，对电池管理芯片 在有限面积内实现低功耗、高转换效率、高精度、大功率的综合性能提出了挑战。据赛微微 电招股书，目前一台平板电脑的电池管理芯片方案通常包括 1 颗电池安全芯片、1 颗电池计 量芯片、1 颗充电管理芯片。

笔记本电脑和平板电脑出货量稳定，内Z及充电器配Z的电池管理芯片规模也预计保持平稳 态势。笔记本和平板电脑作为消费电子设备的核心市场，历年设备出货量较平稳。据 FrostSullivan 统计，2020 年受疫情影响，远程工作和学习的需求激增，全球笔记本电脑市 场的规模在 2020 年达到新高，出货量达 2.2 亿台，由于新冠肺炎疫情的不确定性持续存 在，预计未来几年全球笔记本电脑出货量将继续小幅增长，市场需求增速将在 2023 年逐渐 放缓。平板电脑市场也将维持小幅上升并逐渐饱和，据 FrostSullivan 统计，全球平板电脑 市场规模受市场需求的影响，自 2016 到 2019 年出货量规模逐渐下降。受疫情影响，2020 年平板电脑出货量有小幅上升，未来随着智能手机功能更加强大，全面屏、折叠屏等技术使 智能手机替代平板电脑的趋势不断上升，全球平板电脑市场规模预计还将平稳下降，预计到 2025 年出货量约 1.3 亿台。

3.3. 智能手表：功能多样化催生电池管理芯片需求进一步提升

主流智能手表主要采用“蓝牙 SoC+MCU+多个 IC（电池管理、射频等）”多芯片解决方案， 高续航能力对电池管理芯片提出高要求。智能手表拥有一套独立的嵌入式操作系统，有一个 数据处理中心，需要调用各类传感器收集到的信息，还要有屏幕、存储器、电池管理系统、 无线射频系统等，在内部芯片用料和结构设计上与智能手机较为相似，其中主控芯片是智能 手表的核心器件，据我爱音频网，主控芯片在智能手表中成本占比达 30%左右。智能手表存 在续航问题，而续航情况很大程度上取决于电池的能力。从智能手表功能受欢迎程度来看， 智能手表的健康监测、通话、运动管理、GPS 定位等功能有望保留并且在技术方面能够得到 持续升级迭代。从智能手表的应用来看，智能手表作为独立移动终端的趋势不断加强，这对 于智能手表的系统易用性、APP 功能应用丰富、续航时间以及功耗等提出了更高要求，进而 对电池管理芯片也提出更高要求。

智能手表市场规模持续增加，有望推动智能手表 BMS 芯片市场规模不断发展。2013 年，全 球之一款智能手表 GEAK Watch 问世，几乎在同一时间，苹果、谷歌、三星等科技巨头入局 智能手表市场。据我爱音频网，2021 年智能手表出货量品牌排行榜中，前 9 名分别为苹果、 三星、华为、iMOO、Amazfit、Garmin、Fitbit、小米、Noise，手机厂商是当前智能手表市 场的出货主力军。智能手表是智能穿戴的主要代表之一，在健康监测、记步、拨打 *** 、定 位、与智能家居联动等功能的加持下，广受欢迎。其中，从苹果 Apple Watch 4 开始，可穿 戴设备市场开始从运动健康功能向专业的医疗领域转型，苹果 Apple Watch 4