FABIE视角 | 美国芯片采购受限,国内安防巨头何去何从

1发布 · 2019-11-06 09:57 307

国产芯片替代方案的崛起

FABIE视角



安防视频监控系统由于其特点,应用到的是前端视频抓取、压缩、传输,后端接收、存储、计算分析处理,相较于通讯行业需要应用到更复杂、多维的运算而言,其处理功能要求相对较低。所以相较于中兴通讯、华为等通讯设备企业,海康威视、大华股份用到的芯片无论是数量,还是芯片复杂程度和技术集成度,都相对于要低不少。基于此,海康、大华对芯片的依赖度相较于通讯设备商要低不少,被美列入出口管制实体清单也不会重蹈“中兴之殇”,并且在安防领域绝大多数美国芯片都可以替代,不会影响产品性能或影响较为轻微。存在少量暂时不能直接替代的物料,可能会对相应产品产生影响,但影响有限。


第一章 国内安防巨头被美列入出口管制实体清单


据美国商务部官方网站北京时间10月8日公布信息显示,国内两家安防龙头企业海康威视、大华科技均被被美列入出口管制实体清单。美国公司必须获得政府批准才能向海康威视和大华科技供应零部件。(安防监控系统里最主要的零部件是芯片,主要包括ISP芯片、DVR SoC芯片、IPC SoC芯片、NVR SoC芯片和AI芯片等。)


► 实体清单是什么?

实体清单事实上是一份黑名单,一旦被列入这个清单就失去了与美国供应商进行限制领域的贸易机会,会因此遭到技术封锁和国际供应链隔离。尽管《出口管理条例》为进入清单的实体提供了申请取消的程序,美国供应商向被列入实体清单的外国企业出口管制物项也可以申请许可,但通常不会被美国商务部工业安全署(BIS)批准。

列入实体清单受到的主要限制包括:从美国或其他国家进口美国原产的商品、技术或软件受到限制;进口其他国家商品,如果美国管制物项的价值占比超过25%,受到限制;产品利用美国原产技术或软件直接生产,或利用美国原产技术或软件建设的工厂生产,受到限制。


第二章 安防视频监控行业发展现状


► 1. 中国企业领跑全球安防市场

根据IHS数据,2018年海康威视全球市占率高达24.1%,连续八年(2011~2018)占据视频监控设备行业市占率第一名。视频监控行业市占率前几名分别为海康威视、大华、安讯士、宇视、松下、韩华等。海康威视在海外市场也有出色表现,2016年海康威视在中国、EMEA(欧洲、中东、非洲三地区的合称)、亚洲(除中国以外)市占率均为第一名,在美洲市占率为第二名。类似的,大华股份在多个地区市占率也均是前三名左右。


海康威视、大华在全球前50名收入比重由2010年的7%提升至2018年的41%。根据2018年A&S安防行业前50名排名数据看,海康威视蝉联排名榜第一名,第二名为大华股份。从前五十名的收入分布上看,2018年中国安防企业的营业收入占全球比重为47%。


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► 2. 安防视频监控系统零部件包含多种芯片,芯片在很大程度上左右着安防系统的整体功能


安防视频监控系统分为模拟视频监控系统和数字视频监控系统,不同系统使用的芯片不一样。模拟摄像机芯片为ISP芯片,主要对图像传感器的输出信号进行处理,模拟视频监控系统的架构是模拟摄像机+DVR,DVR的功能为数字化编码压缩和存储。


随着网络时代到来,NVR应运而生,产生了网络摄像机+NVR的数字视频监控系统,前端的网络摄像机将视频采集、编码压缩实现数字化,直接经由网络传输到NVR进行存储。


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当前视频监控系统有主要有5类芯片,分别是ISP芯片、DVR SoC芯片、IPC SoC芯片、NVR SoC芯片和AI芯片。其中ISP芯片和IPCSoC芯片均是视频监控前端摄像头的核心零部件,而DVR SoC芯片和NVR SoC芯片是视频监控后端存储系统的核心零部件。


(1)ISP芯片和IPC SoC芯片的区别

ISP芯片和IPC SoC芯片均是视频监控前端摄像头的核心零部件,其中ISP芯片主要应用在模拟摄像机,IPC SoC芯片主要应用在网络摄像机。


ISP芯片的主要作用是对视频监控摄像机前端的图像传感器所采集的原始图像信号进行处理,使图像得以复原和增强,经ISP芯片处理后的输出图像可直接在显示器显示或通过数字硬盘录像机(DVR)进行压缩、存储。ISP芯片的性能好坏直接决定了视频监控摄像机的成像质量。


IPC SoC芯片可以看做是ISP芯片与其他功能模块的集成,通常包含ISP模块和视频编码模块,经过摄像机前端图像传感器采集的视频原始数据经过ISP模块处理后,送到视频编码模块进行压缩。压缩后的视音频码流通过网线或者无线链路传输到后端NVR,NVR对视音频数据进行接收处理并存储,后期需要回溯时可调出存储的视音频数据进行检索回放。


▼典型的模拟摄像机监控部署方案▼

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▼ 典型的网络摄像机部署方案(数字监控方案)

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资料来源:富瀚微创业板上市招股说明书


(2)DVR SoC芯片和NVR SoC芯片的区别与联系


①DVR与NVR的区别与联系

模拟视频监控系统的架构是模拟摄像机+DVR,DVR的功能为数字化编码压缩和存储。随着网络时代到来,NVR应运而生,产生了数字视频监控系统,系统架构为网络摄像机+NVR的数字视频监控系统,前端的网络摄像机将视频采集、编码压缩实现数字化,直接经由网络传输到NVR进行存储。


DVR将模拟视频进行数字化编码压缩并储存在硬盘上,其“D”字母主要涉及的是编码及储存技术,与网络传输关系不大,因此DVR通常就近安装在模拟摄像机附近的机房内。  


NVR从网络上获取经过编码压缩的视频流然后进行存储转发,其字母“N”涉及的网络传输,因此我们在NVR设备上一般看不到视频信号的直接连接,其输入及输出的都是以及编码并添加了网络协议的IP数据。


②两款芯片的区别与联系

DVR SoC芯片和NVR SoC芯片都是视频监控后端存储系统的核心零部件,其中DVR SoC芯片应用在模拟视频监控系统中,NVR SoC芯片应用在数字视频监控系统(网络摄像机)。


DVR SoC芯片是嵌入式视频监控DVR设备的主芯片。经过前端摄像机采集的视音频数据通过线缆传输到DVR,DVR首先将视音频信号数字化,然后将数字视频信号输入DVRSoC芯片,DVRSoC芯片对视音频数据进行压缩处理并存储于硬盘等设备中,在后期需要回溯时,可调出存储的视音频数据进行检索回放。


NVR SoC芯片主要用于视频数据的分析与存储,功能相对单一,但由于多与网络摄像机联合使用,市场增长也较快。


(3)AI芯片

安防摄像头发展经历了由模拟向数字化、数字化高清到现在的数字化智能方向的发展,最新的智能摄像头除了实现简单的录、存功能外,还可以实现结构化图像数据分析。安防摄像头一天可产生20GB数据,若将全部数据回传到云数据中心将会对网络带宽和数据中心资源造成极大占用。通过在摄像头终端、网络边缘侧加装AI芯片,实现对摄像头数据的本地化实时处理,经过结构化处理、关键信息提取,仅将带有关键信息的数据回传后方,将会大大降低网络传输带宽压力。


随着安防智能化的发展,越来越多的安防监控设备里增加AI芯片,提高安防监控设备的算力,因此AI芯片成为了视频监控系统里的第5类芯片。AI芯片存在多种方案,包括GPU、FPGA、ASIC等。


第三章 安防芯片已经实现较大程度的国产替代


在安防领域,尤其在主控芯片上,国内安防企业对美国进口依存很低,“无论是DVR/NVR还是摄像机上,国产的SoC主芯片大致上占到八九成”;而在AI芯片上依赖较高,包括GPU、FPGA、CPU、DSP等器件中,国产比例很低。目前,高性能的深度学习算法加速器芯片(AI芯片)仍由国外芯片厂商提供,但其余三类处理器芯片已实现了较大程度的国产化替代。


► 1. 以华为海思为代表的国内芯片厂商在国内安防监控领域处于优势地位


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(1)前端:ISP芯片市场格局

富瀚微ISP芯片目前主要应用于安防视频监控模拟摄像机(包含模拟高清摄像机)。从全球范围看,模拟摄像机的生产制造主要在中国。模拟摄像机ISP芯片的主要市场参与者是以富瀚微为代表的国内集成电路设计企业和以NextChip为代表的韩国企业。其中富瀚微ISP芯片国内市场份额超过50%。


(2)后端:DVR SoC芯片市场格局

在视频监控领域,华为海思其产品从前端IPC SoC到后端DVR/NVR SoC全面覆盖,在台湾,韩国等地区海思也已经成为视频芯片主流供应商。海思的DVR SoC芯片国内市场占有率第一,约为70%。


(3)前端:IPC SoC芯片市场格局

IPC SoC芯片市场目前参与竞争的主要有TI、海思、安霸等,根据富瀚微上市招股说明书里披露的数据,2014年海思在IPC SoC芯片的国内市场份额达到了64%,超过TI在这一领域的市场份额。


(4)后端:NVR SoC芯片市场格局

目前主流NVR芯片解决方案厂商包括海思、TI、美满电子等,三家几乎包揽了NVR芯片的市场,但仅有海康威视比较少的高端产品使用德州电子的芯片,国内市场上大部分新上市的NVR均用的海思芯片。

注:在安防领域,前端指的是“摄像机”,包括模拟摄像机和网络摄像机,后端指的是“图像存储处理设备”,包括DVR和NVR。


► 2. AI设备目前在国内安防行业的渗透率较低,并且AI芯片存在大量的国产替代方案


AI+安防目前国内处于发展初期阶段,根据IDC数据,2018年AI摄像头渗透率较低,仅占市场支出总额的2%。


英伟达作为AI巨头在安防领域有前、后端完整软硬件解决方案,国内诸多安防厂商均采购其GPU(AI芯片),海康威视使用了英伟达的GPU以及JetsonTX1的平台,大华推出的“睿智”系列搭载的英伟达TeslaP4 GPUs,宇视科技云结构化智能分析服务器支持了80颗英伟达JetsonTX1处理器。全球GPU大部分市场被美国英伟达垄断。但是由于GPU 方案存在成本、效率、功耗三方面的瓶颈,国内出现了大量的替代方案公司,除了华为海思外,还有创业公司如:比特大陆、地平线、云天励飞和寒武纪等,甚至下游的安防厂商如海康威视、大华股份也开始自研AI芯片产品。这些国内厂商的芯片在不同程度上解决了行业痛点,应用前景广阔。

标签:  
微电子技术安防监控

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