钟表芯片：电子系统“脉搏”的产业化挑战和机遇
钟表芯片存在于大多数电子系统中，在整个电子系统中起着“脉搏”的重要作用，目前，国产化仍然很低，而且取代门槛极高。。本论文分享了时钟芯片的主要功能、下游应用和未来发展机遇，期待时钟芯片在政策支持和AI浪潮下不断加快国产化进程。，尽快实现产业链全国产化的目标，欢迎交流。
钟表芯片在整个电子系统中起着“脉搏”的重要作用
时钟芯片为不同的芯片和功能模块提供了统一的节奏，在电子系统中发挥了“脉搏”的重要作用，在大多数电子系统中，保证系统的协调和稳定运行。在同一设备内部，时钟信号是每个芯片协调的基础；在整个系统中，时钟信号是每个设备之间协调的基础。时钟信号的质量直接影响数据传输的稳定性。
从广义上讲，时钟产品包括振荡器（Oscillators）、实时时钟（RTC）、时钟驱动器（Clock Buffer)、时钟发生器（Clock Generator)、去抖时钟(Jitter Attenuation)、时间同步芯片（Network Synchronization PLL）等。在狭义上，时钟芯片只包括时钟驱动、时钟发生器、去抖时钟和时频同步芯片。
从技术难度和性能要求来看，振荡器和实时时钟RTC的技术门槛相对较低，其次是时钟驱动器和时钟发生器，最难及时摇动时钟，同步芯片。所以，去抖时钟及时同步芯片被业界认可为高端时钟芯片。
图表：时钟芯片分类及功能
钟表芯片发挥了多通道分发、频率变化、抖动清除、时间同步等关键用途。
在设备运行过程中，时钟振荡器可以首先提供一个固定的、低频的时钟信号，时钟发生器可以将信号调整到每个芯片所需的不同频率并输出。
图表：时钟发生器功能示意示意
如果需要多路同频的时钟信号，则可以使用时钟驱动器来增加时钟信号的输出路数。
图表：时钟驱动功能示意示意
有些设备需要使用外部输入时钟信号，而外部输入时钟信号很容易受到影响。因此，时钟芯片不仅需要将输入时钟的频率转换成所需的各种频率，还需要能够清除外部输入时钟信号上携带的影响，将导出提升为高性能时钟信号，以满足后续需求。在推进时钟推广的基础上，去抖时钟可以取代时钟发生器和时钟驱动器的功能，因此技术门槛极高，能够实现稳定量产的供应商极少，是时钟芯片制造商的主要竞争领域。
图片：去抖时钟功能示意示意
去抖时钟的性能要求与数据传输速率高度有关。例如，当SerDes接口的传输速度为10Gbps时，钟信号的抖动只需达到500fs-1000fs。；当传输速度提高到112Gbps时，时钟信号要求提高到100fs。通信基础设施，如5G通信基站、AI数据中心等，都需要抖时钟保证符合5G等高速通信要求。不同的应用领域对时钟导出抖动有不同的要求。消费产品只需要3ps，基站需要100fs，要求最高，所以ic设计也是最难的。
图表：SerDes接口需要时钟芯片。
如果需要与上游设备信号同步，则需要按照国际通用协议标准，频繁同步芯片处理不同设备之间的时间同步信息，保证系统的时间精度。 就像去抖时钟一样，时间同步芯片技术门槛极高，能实现稳定量产的供应商非常少。
全球时钟芯片市场规模超过百亿
基于Market Data Forecast数据，2022年时钟发生器、时钟驱动器和去抖时钟三种时钟芯片(无振荡器、实时时钟RTC等)总市场规模为20.3亿美元，预计到2027年将达到30.2亿美元。
信息来源：Market Data Forecast
基站等通信设备是时钟芯片下游应用最大的市场，AI浪潮带动数据中心应用快速增长
时钟系统通常有两种存在方式。对于系统集成度要求较高但数据处理速度和准确性要求较低的使用场景，时钟系统通常以集成的方式设计或包装在SoC芯片中，如手机、智能手环等消费电子。对于数据处理速度和准确性要求较高的使用场景，时钟系统通常需要以独立芯片或模块的形式存在，例如基站、数据中心(服务器、交换机等)、汽车等。
高档通信设备(难度最大，国产替代需求最迫切)
下游应用程序包括基站等通信设备，对时钟芯片的需求最大，性能要求最高。通常在宏基站设备上使用超过30个时钟芯片。
截至2023年底，全球5G基站布署总量已超过517万个， 其中，中国有337.7万个5G基站。爱立信CEO在2024年达沃斯论坛期间表示。"电信业仍处于开发5G移动网络的‘非常，非常，非常早期’时期。
华为于2024年2月正式发布了5.5G智能核心网络解决方案，中国移动将从今年开始完善5.5G基础设施，预计到2026年底将实现5.5G全面商业化。产业达成共识5.5G应用将成为时钟芯片基站市场新的增量需求，“2024年将成为5.5G商用元年”。
根据Omdia的最新统计，尽管面临欧洲市场退出的压力，华为在2023年再次以31.3%的市场份额夺得全球通信设备市场冠军。其次是爱立信，其市场份额为24.3%，中兴以13.9%的市场份额位居世界第四。此外，2022年烽火通信系统设备收入209亿元，是中国市场第三大供应商。
新时代的背景下，兼顾价格、技术、产业链优势，中国通信设备供应商在海外业务拓展方面取得了显著成效。华为是中国最早布局全球化的通信设备企业之一，出海收入遥遥领先。近年来，美洲的出海成绩大幅提升。自2019年以来，中兴逐步摆脱制裁影响，企业海外收入不断增加，其中欧美、大洋洲、亚洲的海外收入已达100亿。2019-2022年篝火通信，企业海外收入规模和比例逐年增加。伴随着国内通信设备供应商出海进程的深入，通信设备核心设备—国产时钟芯片也随之开启了出海时代。
信息来源：Choice
数据中心服务器
一般来说，服务器需要单独的时钟芯片商品，单个服务器通常需要10个上下时钟芯片。
根据IDC数据，2022年全球服务器出货量超过1516万台，同比增长12%，2022年中国服务器出货量约为448万台。
据IDC数据显示，2022年浪潮服务器市场份额达到28.1%，新华三市场份额为17.2%，超聚变市场份额为10.1%(原华为X86服务器业务，2021年由华为独立运营)。根据公开披露的信息 ，潮流、超聚变等头部厂商已经开始批量使用国产时钟芯片方案。
资料来源：IDC咨询
值得注意的是，根据机构调查，预计2023年20年基于ARM的华为鲲鹏服务器 CPU）华为升腾服务器(基于AI算率芯片)出货额度超过200亿元，约100亿元。预计2024年鲲鹏服务器收入将实现快速增长，华为升腾将保持数倍增长，成为全球第二大AI芯片供应商，超过AMD。
为满足2023年第三季度的要求生成式人工智能应用需求爆发，全球超大型数据中心和企业级数据中心的采购预算优先转换为价格较高的AI服务器。据MIC和Trendforce计算，2023年全球AI服务器出货量超过125万台，同比增长47%以上，2024年增长至194万台。IDC预测，到2027年，中国AI服务器市场将达到164亿美元。2024年，随着AIGC的逐步应用，以及各行业数字智能化的不断深入，通用服务器和人工智能服务器的购买需求将会增加，全球服务器市场需求将全面增长。
数据中心交换机
数据中心场景下，时钟芯片也广泛应用于交换机中。
根据IDC数据，2023年中国交换机市场同比增长0.7%，其中数据中心交换机同比增长2.2%。由于近两年互联网行业持续下滑，企业网数据中心交换机主要影响投资，自2022年以来，运营商数据中心交换机的建设一直在上升。ChatGPT走红后，数据中心的超大型组网需求接踵而至。
从市场竞争格局来看，交换机行业集中度较高，思科、华为、新华等少数公司占据绝大多数市场份额。在中国市场，华为和新华占70%以上，其次是锐捷网络。从下游客户的反馈来看，时钟芯片今年也将大规模实现国产化。
资料来源：IDC咨询
加快国产时钟芯片替代加速加速
TI、瑞萨电子(IDT收购)、Skyworks(购买Silicon Labs）、ADI等国际大型模拟芯片企业是时钟芯片行业的龙头企业， 凭借深厚的技术积累和产品性能优势，占据了全球大部分市场份额。现在一家时钟芯片上市公司在国内还没有跑出来，作为一个规模100亿、国内替代需求强的市场，有机会培育出一家市值至少100亿的芯片公司。国内相关创业目标包括 新港海岸的奥拉半导体 (获得哈勃投资、篝火通信、华勤技术等战略投资)等。据悉，除上述领先的国际模拟芯片企业外，国内通信行业前三大客户只有奥拉半导体和新港海岸两家实现了去抖时钟等高端时钟芯片的批量供应。
过去，时钟芯片的国产化几乎为零。，由于其高科技含量和时钟芯片是系统稳定性的重要保证，客户专注于使用国际制造商的完善计划。之后，因为中兴、华为等厂商纷纷被列入出口管制“实体名单”，为了保证供应链的安全性和稳定性，通信设备上游零部件供应存在缺口，奥拉半导体和时钟芯片制造商的国内新港海岸得到了迅速的帮助。
国内时钟芯片替代门槛极高，首先，需要行业内稀缺的高速数模混合人才团队；其次， 对可靠性、适应性要求较高， 当供应商和客户需要配合消费数万人时，需要进行R&D验证测试、系统验证和抗老化测试。一般来说，时钟芯片需要2-3年的时间，从用户送样到正式导入量产。，一旦进入供应链，就很难更换； ， 顾客相对集中，前期需要与头部客户进行深入预研另外，时钟芯片下游通信设备、数据中心客户都有产业化要求，以确保大规模生产；代工供应链是否是国产的同时也是一个重要的关注因素， 国内时钟芯片公司基于国产工艺量产与海外厂商齐平的产品性能和可靠品质，也成为一大挑战。
本文来源于微信微信官方账号“云邈资本”（ID：winsoulcapital），作者：帮助硬科技，36氪经授权发布。
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