美国为了彻底封死中国芯片产业，进一步拉拢日本、荷兰两大半导体设备、材料强国作为帮手，于1月27日在华盛顿进行磋商，并达成了美国希望的“共识”——实行更严格的对华出口管制。尽管协议详细的细节内容还未公开，但据报道，浸润式深紫外线光刻机（DUV）将会被禁止，而2019年，荷兰已经在美国压力下不再向中国出售更先进的极紫外线光刻机（EUV）。

  2022年阿斯麦的DUV在中国市场的销售额总计约 21.6 亿欧元（159.3 亿元人民币），占总收入14%，与2021年21.7亿欧元的销售额相比好歹维持住了规模。但如果DUV也被禁售，原本还抱着中国市场2023年维持不变期望的阿斯麦，也将失去中国市场这七分之一的重要份额。

  绳索越套越紧，为了回击，商务部会同科技部等部门也对《中国禁止出口限制出口技术目录》进行修订。尽管在半导体器件制造的少数领域，中国也有技术回击的实力，但半导体行业整体短期内仍难以破解美国强压的桎梏。

  不过美国半导体行业也不好过。英特尔2022财年归母净利润仅有80.14亿美元，同比下降59.66%。六成的净利润跌幅，在美国半导体行业中并不夸张，半导体大厂股价大跌以及裁员几百、几千者比比皆是：

  2023年Lam将解雇1300名全职工人和 1400名临时工，美光计划裁员4800人，IBM计划裁员3900人，半导体材料商3M计划裁员2500人……

  但美国政府仍然不会放松管制，哪怕敲碎全球半导体市场也要重整半导体产业链。再看看众多大厂的难看财报，一个地位如此重要、需求仍然旺盛的行业竟然要在2023年黯淡下来，令很多人唏嘘。

  春节档热门科幻电影《流浪地球2》中，行星发动机喷射出直插天际的等离子体巨柱，壮观的形象也让电影的科幻色彩更加浓厚。但电影中中国救援队入水重启北京根服务器遇阻，控制中心屏幕实时显示马兆、图恒宇等队员心跳参数相继归零的场面，也同样令人热泪盈眶。

  测量心跳、血氧需要穿戴式心电仪、血氧仪，这一些数据实时上传也需要远距离低功耗无线数据传输技术，低功耗的要求贯穿每一步。无论是电影中的航天员训练、任务执行人员生理状态检测，还是现实世界中可穿戴设备的火热，不能离开超低功耗芯片的支持。

  可穿戴设备是一个巨大的市场，包括智能手表、智能手环、智能眼镜、TWS耳机等诸多细致划分领域。据IDC数据，2021年可穿戴设备市场规模达到777.8亿美元，2025年将达到 1063.50亿美元，复合增长率达到 9.9%。

  也许10%左右的年复合增长率看起来并不惊人，但细分到医用级智能穿戴设备，2023年获得倍增发展将非常有可能。毕竟，放开管控之后，心电（ECG）监测、血氧检测设备需求井喷。1药网多个方面数据显示，该平台2022年12月上半月血氧仪销量接近整个11月销量的6倍；据京东健康多个方面数据显示2022年12月14日至20日血氧仪成交额更是同比增长61倍。

  2023全年当然不会有如此夸张的增幅，但重视监测生理数据的习惯开始在更多人群中养成。血氧仪市场增长之下，也将给更多芯片供应商带来机会。

  据了解，家用血氧仪大致上可以分为指夹式、手腕式、臂式、手持式、可穿戴式等，涉及鱼跃、康泰、美菱、乐普、海尔、欧姆龙、飞利浦、可孚等国内外品牌。以疫情期间抢购最火的指夹式血氧仪为例，其售价多为几十元，也有少数定价几百元。价格不相同的背后，除了品牌溢价不同之外，主要就在于其芯片等级的不同。

  血氧仪主要由LED光源部分、滤波放大器件、ADC/DAC（数模转换器/模数转换器）、MCU（微控制器）、显示部分和电源部分所组成。不论其是否可穿戴设备，超低功耗芯片都是核心元器件。

  中信证券就在近日指出，目前指脉血氧仪国内市场规模为十亿元，若新增五千万到一个亿的市场需求量，预测新增市场规模可达二十亿元到四十亿元。这也预示着血氧仪所需的MCU、存储芯片等器件需求增长。

  此前血氧仪芯片依赖进口，但疫情中已有中国企业攻克技术难关。据报道，湃芯微电子2020年成功研发出血氧仪核心芯片，并成为指脉血氧仪同类芯片的国内主要供应厂商，出货量已经占到国内总量的60%以上；且湃芯微电子也陆续研发出原本为国外芯片企业垄断的有创血压传感器等

  不过，血氧仪这种单价不高的设备，所用的超低功耗芯片也多是廉价芯片，产业链价值有限。血氧仪芯片国内供应商湃芯微相关业务负责人司春阳2022年2月曾透露，公司血氧仪芯片年销售约1000万颗，产值约4000万元。据此可知芯片出货价约4元，不到血氧仪市场售价的十分之一。

  当然，市场小并不代表不重要。疫情前血氧仪芯片为国外垄断，但疫情期间爆发的需求给了国内企业后来居上的机遇。其实湃芯微电子2018年就研发出血氧仪芯片，但也是在2020年之后才大量为国内医疗器械企业使用，慢慢的变成为指脉血氧仪同类芯片的国内主要供应厂商。

  疫情消退、管控放开，给整个经济体系带来更多活力。但美国制裁愈加严格，国内半导体行业不仅缺少关键设备，也在内卷之下陷入盈利焦虑。

  相比半导体行业整体的黯淡，超低功耗芯片领域还是有着更多高价值领域可挖。在具体剖析之前，我们应该对超低功耗芯片有一个更明确的认识。

  芯片的功耗，一般可分为千瓦级、瓦级、毫瓦（mW）级、微瓦（μW）级、纳瓦（nW）级五个级别。千瓦和瓦级功耗的芯片一般被排除在超低功耗之外，只有毫瓦级以下才会被认为是超低功耗芯片（Ultra-Low-Power Chips）。

  具体到数值，究竟低于100毫瓦还是低于200毫瓦才属于超低功耗？目前行业并没有统一定义。以嵌入式微处理基准协会（EEMBC）2014年3月提出的ULPMark标准为例，该标准大多数都用在评价低功耗微控制器的功耗特性，包括两个版本的能耗测试方法：ULPMark-CoreProfile和ULPMark-PeripheralProfile。

  该标准中必备的能量监视器电压范围1800mV 至 3300mV，电流范围为 50nA 至50mA。尽管标准中没明确最低能耗芯片的功耗定义，但最大电流乘以最大电压，可知该仪器最大测试功耗为165毫瓦（mW）。

  亿欧认为参照该标准，芯片工作最大功耗低于165毫瓦即可称为超低功耗芯片。

  除了功率，电流也是行业中常见的衡量超低功耗芯片能耗的指标之一，如超低静态电流（IQ）。

  IoT产品的大部分时间，都处于静态/不工作/监控状况下，静态功耗甚至比动态功耗更重要，如果静态电流做得更小，也能降低能耗，延长电池使用寿命。如德州仪器的低压降线性稳压器（LDO）产品，2016年静态电流能做到1.2μA水平，2018年进步到1μA水平，2019年进步到25 nA，比前代直接降低40倍。德州仪器还计划在2023年逐步降低产品的静态电流值，当然，除了超低静态电流之外，超低功耗稳压芯片还需要对瞬态电流响应快，面对动态负载变化能够支持系统正常运行。如果动态负载变化场景远超静态，动态时间比静态时间更多，则可以将LDO更换为开关DC/DC芯片。

  LDO以及开关DC/DC芯片属于模拟芯片范畴。可以说，半导体中无论是集成电路、分立器件、光电子器件还是传感器，集成电路中无论是逻辑芯片、存储芯片还是模拟芯片、微控制单元（MCU），低功耗都是很重要的设计原则。

  超低功耗芯片需要在功耗、延迟、吞吐量、算力、成本等各方面取得平衡。比如，面向智能物联网（AIoT）对低功耗唤醒芯片的迫切需求，如何仅用几十nW的功耗实现信号特征提取，如何借助时域帧生成器、卷积神经网络等AI技术，提高边缘芯片的推断精度等。物联网场景外，超低功耗芯片还有非常多新场景值得开拓。

  在C端市场，哪些产品对芯片功耗有着超低的极限要求呢？TWS耳机就是很大一块场景。

  数据显示，2021年全球TWS耳机出货量为3.1亿台，同比增长24.84%。而不同于手机市场的饱和和衰退，TWS近几年预期仍将维持一个较高的增速。有机构预测，随着TWS耳机渗透加速,中国TWS耳机市场有望在2024年达105.9亿美元。

  TWS耳机市场的爆发，也给超低功耗TWS耳机音频芯片带来非常大的成长空间。TWS耳机由于小巧的外形，单耳机电池容量多在50毫安时以内，播放音乐或者通话状态下的功耗需要控制在十几毫瓦甚至更低，待机状态功耗控制在1毫瓦以内，才能维持几个小时至更多时间的续航。

  作为TWS的核心，其主控芯片从根本上决定了不同耳机间的性能表现与特色功能。目前，除了苹果、华为等手机生产厂商，还有博通、高通等国际大厂，瑞昱、络达科技等台湾厂商，恒玄科技、中科蓝讯、紫光展锐等大陆厂商入局。百亿美元级别的TWS耳机赛道，留给上游超低功耗芯片厂商的市场规模也会是十亿美元级别，足够支撑10家相关芯片设计企业存活、生长。

  尽管超低功耗芯片的下游不少领域依然处于较高增速区间，但还能像曾经那样倍增吗？

  回顾2022年，倍增的产业或赛道也并非没有，如2022年新能源汽车出口67.9万辆，同比增长120%，国内新能源汽车产量也稳居全球第一。

  成倍增长的行业，一般都不会只是一家公司爆发，而是多家企业百花齐放，产业链整体更成熟。2022年的新能源汽车虽然比亚迪收获最大，但其他车企也均有代表性产品获得市场认可。

  不过，车用MCU功耗也不会很大，但并不是超低功耗MCU的主力市场。而且，车用MCU市场仍为海外巨头占据，国内企业市场占有率较小。

  中国市场增速更快。据IHS数据，2015-2020年中国MCU市场CAGR为8.4%，同期全球市场就没有增长，2021年中国MCU市场更是增长了36%（高于全球市场增速的23.4%）至365亿元。

  尽管整体盘子并没有倍增的高速，但2021年缺芯涨价潮却给了国产厂商切入原本海外巨头垄断领域的机会。从消费到工控、汽车等领域，国产厂商已经积累了大量客户群体。2021年全球MCU销售额排行中，七巨头之外，中国企业兆易创新就首次位列第八。

  有数据预测，低功耗MCU约占全球MCU市场的15%到20％。据MarketsandMarkets的报告，超低功耗MCU全球市场规模预测2019年为44亿美元，到2024年将增长到129亿美元，年复合增长率（CAGR）为24.1%。

  推动超低功耗MCU市场增长的一个主要的因素就是物联网的发展，但物料网市场有着碎片化特点，有着穿戴电子、便携式医疗电子、传感器终端、远程测控等多种物联网应用，很难有一款通用芯片能够覆盖多个应用市场。这在某种程度上预示着市场需要高定制化、高集成度的超低功耗产品，既包括超低功耗MCU，也包括相关网络芯片、电源管理芯片、传感器等。

  瑞萨半导体于2019年底推出的超低功耗微控制器RE系列，其电流消耗在工作状态下可低至25μA/MHz，待机状态下可低至400nA。该芯片可用于自供电类应用，只需通过从环境中采集微弱能量（例如光、振动或液体流动）就可以实现智能设备的永久续航。

  意法半导体也在2021年推出超低功耗的旗舰产品STM32U5系列，采用全新的40nm工艺制程，动态功耗能够更好的降低到19uA/MHz以下。

  北京大学黄如院士团队2021年围绕“超低功耗智能物联网芯片”方向与业界合作，提出了异步事件驱动型AIoT芯片架构、基于功耗自感知技术（Power-Aware）的悬浮反相器型放大器阵列等新型技术路线；并研制出长时待命功耗仅148nW，可供5mm纽扣电池（2mAh）使用5年的通用型AIoT唤醒芯片，平均功耗仅1.5μW，可供8mm纽扣电池（42mAh）使用4年的CMOS湿度传感芯片等。

  中科芯蕊2021年5月推出的XRM32UL051超低功耗芯片更是在当时的ULP-Mark功耗评测取得451分，在同类内核中排名全球第一。该芯片基于Cortex-M0+内核，采用亚阈值电路设计、异步电路设计等技术，运行模式的功耗低至20uA/MHz，深度睡眠的功耗低至0.7uA。

  兆易创新也于2021年10月推出其首款超低功耗微控制器GD32L233系列，与意法半导体旗舰产品同样采用40nm超低功耗（ULP）工艺制程，据报道其运行功耗最低66uA/MHz，深度睡眠模式最低2uA左右。

  众多企业入局并推出新产品，也是因2021年中国MCU市场36%的增速太过诱人，如果2023年还能维持这样的增速，且新增市场空间中有一半能够为国内企业获取，那也是相当于2021年18%的规模。再叠加抢占部分国外大厂原有市场的可能，对于原本占国内市场不到20%的MCU厂商来说，这就是倍增的可能。

  这当然不是一间容易的事情。但中国的超低功耗芯片市场已是数百亿元的规模，能在多久达到千亿元级别，就看国内企业的创新与开拓了。

  如何在有限的电池容量实现更持久的续航、更强的算力；如何在各类工业互联网、物联网、可穿戴电子等场域中拓展市场；如何在定制化产品中收获更高溢价、在标准化产品中收获更高规模；如何在5G、蓝牙、WiFi、UWB、NFC、NB-IoT、eMTC、ZigBee、LoRa、tuner、GNSS、LNB 、Laki等各种新型无线连接技术中，分别根据各自在传输距离、吞吐量、功耗、成本、拓扑结构等方面的不同优势设计适切的超低功耗芯片？

  超低功耗芯片的设计，很考验研发人员的功底。而超低芯片应用场域的开拓，也有赖相关企业的商业嗅觉。

  2023年开年，芯片行业整体的黯淡，让很多人忽略了最近几年超低功耗芯片领域的多个造富神话。其实，能够抓住时代风口、迅速跟进并逐渐积累客户、在别人还在摩拳擦掌时自己已经赚得盆满钵满的案例并不少，TWS耳机芯片领域的中科蓝讯、恒玄科技就很典型。