解析时钟芯片：电子系统脉搏的关键角色与国产化进程

时钟芯片存在于几乎所有电子系统当中，承担着整个电子系统“脉搏”的重要角色，目前国产化率仍较低，且替代门槛极高。本文分享了时钟芯片的主要功能、下游应用及未来发展机遇，期待时钟芯片在政策支持和AI浪潮下国产化进程不断加速，早日实现产业链全国产化的目标，欢迎交流。

时钟芯片承担着整个电子系统“脉搏”的重要角色

在电子系统中，时钟芯片为不同的芯片和功能模组提供一个统一的节拍，发挥“脉搏”的重要作用，保障系统协调、稳定运行，存在于几乎所有电子系统当中。在同一设备的内部，时钟信号是各个芯片的协同工作的基础；在整个系统内部，时钟信号是各个设备之间的协同工作的基础。时钟信号的质量直接影响到数据传输的可靠性。

广义上的时钟产品包括振荡器（）、实时时钟（RTC）、时钟驱动器（Clock )、时钟发生器（Clock )、去抖时钟( )、时频同步芯片（ PLL）等。狭义上的时钟芯片仅包括时钟驱动器、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上来看，振荡器和实时时钟RTC的技术门槛相对较低，时钟驱动器、时钟发生器次之，去抖时钟及时频同步芯片难度最高。因此，去抖时钟及时频同步芯片被行业内公认为高端时钟芯片。

图：时钟芯片分类及功能

时钟芯片发挥着多路分发、改变频率、去除抖动、时间同步等重要用途

在系统运行时，可以先由时钟振荡器提供一个固定的、较低频率的时钟信号，由时钟发生器将该信号调整至各芯片所需的不同频率并进行输出。

图：时钟发生器功能示意

若需要多路同频率的时钟信号，则可以用时钟驱动器增加该频率时钟信号的输出路数。

图：时钟驱动器功能示意

某些设备需要使用外部输入的时钟信号，而外部输入的时钟信号易被干扰，因此需要时钟芯片除了具备将输入时钟频率变换为需要的各种频率之外，还需要有能力消除外部输入的时钟信号上携带的干扰，将输出优化为满足后级需求的高性能时钟信号。去抖时钟可以在实现时钟优化的基础上替代时钟发生器和时钟驱动器的功能，因此技术门槛极高，可以实现稳定量产的供应商极少，是时钟芯片厂商主要竞争的领域。

图：去抖时钟功能示意

去抖时钟的性能需求与数据传输速率高度相关。比如当接口传输速率为时，时钟信号的抖动只需要达到500fs-；当传输速率增加到时，时钟信号要求提升至100fs。在5G通信基站、AI数据中心等通信基础设施，都需要去抖时钟保障符合5G等高速通信要求。不同应用场景对时钟输出抖动要求也有所不同，消费类产品只要求达到3ps，而基站则需达到100fs，要求最高，因此芯片设计难度也最高。

图：接口对时钟芯片的要求

若需要与上游设备信号进行同步，则需要时频同步芯片按照国际通用的协议标准，处理不同设备间的时间同步信息，保障系统时间精度。 与去抖时钟一样，时频同步芯片技术门槛极高，可以实现稳定量产的供应商极少。

时钟芯片全球市场规模超百亿

根据 Data 的数据，2022年时钟发生器、时钟驱动器和去抖时钟三类时钟芯片（不含振荡器、实时时钟RTC等）的市场规模合计为20.3亿美元，预计到2027年可达到30.2亿美元。

数据来源： Data

基站等通信设备为时钟芯片下游应用最大市场，AI浪潮拉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、但数据处理速率与准确度需求较低的应用场景，时钟系统通常以集成的方式设计或封装入SoC芯片中，如手机、智能手环等消费电子。而对于数据处理速率与准确度需求较高的应用场景，往往需要时钟系统以独立芯片或模块的形式存在，如基站、数据中心（服务器、交换机等）、汽车等。

高端通信设备（难度最高、国产替代需求最迫切）

基站等通信设备是时钟芯片需求量最大、性能要求最高的下游应用。在宏基站设备中，一般会用到30颗以上的时钟芯片。

截止2023年底，全球5G基站部署总量超过517万个， 其中中国5G基站总数达337.7万个。在2024年达沃斯论坛期间，爱立信CEO表示“电信行业仍处于开发5G移动网络的‘非常、非常、非常早期’的阶段”。

2024年2月华为正式发布了5.5G智能核心网解决方案，中国移动将从今年开始完善5.5G基础设施，预计2026年底实现5.5G的全量商用。行业形成共识“2024年将成为5.5G商用元年”，5.5G应用成为时钟芯片基站市场新的增量需求。

据Omdia的最新统计数据，尽管面临欧洲市场退出的压力，华为以31.3%的市场份额再次蝉联2023年全球通信设备市场的冠军。紧随其后的是爱立信，市场份额为24.3%，中兴通讯以13.9%的市场份额位列全球第四。此外，烽火通信2022年通信系统设备收入209亿元，为中国市场第三大供应商。

在新的时代背景下，中国通信设备供应商兼具价格、技术、产业链优势，出海业务拓展取得显著成效。华为是全球化布局最早的中国通信设备企业之一，出海收入规模遥遥领先，近年美洲地区出海成果显著提升。2019年至今，中兴通讯逐步摆脱制裁影响，公司海外营收规模逐渐上升，其中欧美及大洋洲、亚洲地区的出海收入规模已达百亿级。烽火通信2019至2022年，公司海外营收规模和占比逐年提升。随着国产通信设备供应商出海进程深化，通信设备核心器件—国产时钟芯片也随之开启出海时代。