中國半導(dǎo)體市場將持續(xù)增長

作者：賽迪顧問集成電路產(chǎn)業(yè)研究中心孫卓異來源：中國電子報、電子信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)

 半導(dǎo)體是當(dāng)今信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的基礎(chǔ)和原動力，已經(jīng)高度滲透并融合到了經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的各個領(lǐng)域，其技術(shù)水平和發(fā)展規(guī)模已經(jīng)成為衡量一個國家產(chǎn)業(yè)競爭力和綜合國力的重要標(biāo)志之一。

 2020年,受新冠肺炎疫情影響，全球經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)衰退，但全球半導(dǎo)體市場在居家辦公學(xué)習(xí)、遠(yuǎn)程會議等需求驅(qū)動下實現(xiàn)逆勢增長。2020年，全球半導(dǎo)體市場規(guī)模達(dá)到4400億美元，同比增長6.8%，以存儲器和專用芯片為代表的半導(dǎo)體產(chǎn)品開始進(jìn)入景氣周期;中國集成電路市場需求持續(xù)旺盛，全年集成電路市場銷售額增至16339.7億元，同比增長8.26%。預(yù)計2021年市場規(guī)模將進(jìn)一步增長。

 呈現(xiàn)“螺旋式上升”發(fā)展模式

 全球半導(dǎo)體市場發(fā)展呈現(xiàn)出螺旋式上升的發(fā)展模式，在放緩或回落后又會經(jīng)歷一次更強(qiáng)勁的復(fù)蘇。2000年，互聯(lián)網(wǎng)“泡沫”破裂，導(dǎo)致半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了兩年的調(diào)整期;之后，憑借能量的積蓄以及12寸硅片的導(dǎo)入，半導(dǎo)體市場實現(xiàn)快速發(fā)展;2008年第四季度全球金融危機(jī)的爆發(fā)，又使半導(dǎo)體市場再次進(jìn)入短暫的調(diào)整期。

 2010年起，iPhone、iPad等移動終端的崛起開啟了移動互聯(lián)網(wǎng)時代，半導(dǎo)體市場增速達(dá)到歷史高位。隨著存儲器的爆發(fā)，2017年，全球半導(dǎo)體市場突破了4000億美元。2018年下半年開始，全球半導(dǎo)體市場再次進(jìn)入調(diào)整期。2019年，由于全球固態(tài)存儲及智能手機(jī)、PC需求增長放緩，產(chǎn)品庫存高企，全球半導(dǎo)體需求市場下滑，存儲器市場價格出現(xiàn)滑坡。再加上全球貿(mào)易摩擦帶來的市場不確定性增加，2019年全球半導(dǎo)體市場大幅萎縮，跌幅達(dá)到12.0%。這也是全球半導(dǎo)體市場近15年來的最大跌幅。

 2020年，盡管受到新冠疫情的影響，全球半導(dǎo)體市場仍然強(qiáng)勁復(fù)蘇，市場規(guī)模達(dá)到4400億美元，同比增長6.8%，以存儲器和專用芯片為代表的半導(dǎo)體產(chǎn)品開始進(jìn)入景氣周期。在整個產(chǎn)業(yè)中，增長最大的是邏輯芯片(11.1%)，其次是傳感器(10.7%)和存儲器(10.4%)。

 從區(qū)域結(jié)構(gòu)來看，中國已經(jīng)連續(xù)多年成為全球最大的半導(dǎo)體消費(fèi)市場。2020年，中國市場占比最高達(dá)到34.4%。美國、歐洲、日本和其他市場的市場份額分別為21.7%、8.5%、8.3%和27.1%。其中，美國市場實現(xiàn)了21.3%的強(qiáng)勁增長，亞太市場實現(xiàn)了5.1%的增長，日本市場實現(xiàn)了1.3%的微弱增長，歐洲市場下降了5.8%。美國市場實現(xiàn)強(qiáng)勁增長的原因在于，2019年，美國市場規(guī)模下降幅度最為明顯，跌幅高達(dá)23.7%，高于全球11.7個百分點;日本的跌幅也達(dá)到了10.0%;歐洲、中國和其他地區(qū)的跌幅分別為7.4%、9.3%和8.8%。

 受疫情影響，全球聚焦辦公、遠(yuǎn)程教學(xué)等應(yīng)用快速爆發(fā)，帶動下游市場中通信和計算機(jī)產(chǎn)品快速復(fù)蘇。2020年，通信和計算機(jī)依舊占據(jù)全球半導(dǎo)體最大用量，市場份額分別達(dá)到33.5%和29.1%。受益于4G普及和5G應(yīng)用，通信芯片市場占比從2010年的22.2%增加至2020年的33.5%。與此同時，PC的市場占有率不斷被智能手機(jī)、平板電腦等新興電子產(chǎn)品超越，市場占有率從2010年的40.9%下跌至2019年的29.1%。

 市場競爭愈發(fā)激烈

 對于全球半導(dǎo)體市場來說，2020年是很值得關(guān)注的一年。IBM研發(fā)的新型2nm芯片就十分引人注目。該芯片采用納米片堆疊的晶體管，即GAA晶體管構(gòu)造。與當(dāng)今最先進(jìn)的7nm相比，該芯片將實現(xiàn)45%的性能提升或75%的能耗降低。IBM表示，采用2nm技術(shù)可以在一塊指甲大小的芯片中容納多達(dá)500億個晶體管。2nm技術(shù)的突破建立在IBM數(shù)十年來在半導(dǎo)體創(chuàng)新領(lǐng)域的領(lǐng)先地位之上，是7nm、5nm技術(shù)的“延伸”。IBM在半導(dǎo)體突破還包括實現(xiàn)首次7nm和5nm工藝技術(shù)。

 半導(dǎo)體企業(yè)的營收狀況同樣是業(yè)界關(guān)注的焦點。2020年全球前十的半導(dǎo)體企業(yè)中，美國企業(yè)有6家，占據(jù)主要份額。從營收總值來看，美國6家企業(yè)占前十大企業(yè)總值的59.2%，韓國2家企業(yè)占前十大企業(yè)總值的32.4%。

 從產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)來看，2020年全球前十的半導(dǎo)體企業(yè)中，IDM企業(yè)有6家，總銷售收入1970.9億美元，占前十大企業(yè)銷售總額的78.3%;設(shè)計企業(yè)有4家，總銷售收入547.0億美元，占據(jù)前十大企業(yè)銷售總額的21.7%。

 2020年，英特爾繼續(xù)蟬聯(lián)全球半導(dǎo)體企業(yè)營收首席。憑借這一年的收入，英特爾繼續(xù)保持全球第一大半導(dǎo)體供應(yīng)商的地位，半導(dǎo)體收入為702.44億美元，同比增加3.7%。這得益于其核心客戶端和服務(wù)器CPU業(yè)務(wù)的增長。2020年全球前十半導(dǎo)體企業(yè)中同比增幅最大的是聯(lián)發(fā)科，其次是英偉達(dá)和高通，德州儀器是全球前十企業(yè)中唯一一家收入下滑的企業(yè)。

 這一年，縱觀全球半導(dǎo)體研發(fā)支出，前十大半導(dǎo)體企業(yè)的研發(fā)投入費(fèi)用總計增加了11%，總額已達(dá)到435億美元，占行業(yè)總額的64%。這表明頭部企業(yè)的市場集中度進(jìn)一步提升，市場競爭也更加激烈。

 2020下半年，全球半導(dǎo)體領(lǐng)域共發(fā)生了五起規(guī)模較大的并購事件和十余起規(guī)模較小的并購事件，涉及總金額達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的1180億美元，2020年也因此成為半導(dǎo)體并購歷史上交易規(guī)模的最大年份。但以上并購尚未走完全部交易及審批流程。全球半導(dǎo)體行業(yè)并購金額的劇增主要是緣于各領(lǐng)域巨頭廠商的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合。

 此前，模擬芯片廠商ADI公司宣布將以210億美元的價格并購模擬信號/混合公司Maxim Integrated Products;顯卡巨頭英偉達(dá)于2020年9月宣布，將以400億美元的交易價格收購處理器架構(gòu)協(xié)議供應(yīng)商Arm公司。在這之前，Arm公司由日本的軟銀公司控股。此外，美國英特爾宣布將以90億美元的價格把在中國運(yùn)行的NAND閃存業(yè)務(wù)和300mm晶圓廠出售給韓國的SK海力士;美國AMD公司于10月29日宣布將以約350億美元的價格收購FPGA供應(yīng)商賽靈思，交易預(yù)計于2021年底完成;10月29日，美滿電子Marvell又宣布將以100億美元的現(xiàn)金和股票收購硅谷的IC供應(yīng)商Inphi，這筆交易同樣將于2021年的下半年完成。需要注意的是，上述交易尚未完成，仍在相關(guān)監(jiān)管部門審查階段。

 后摩爾時代的顛覆性技術(shù)

 異構(gòu)集成是后摩爾時代典型的發(fā)展技術(shù)。該技術(shù)被應(yīng)用于封裝領(lǐng)域，在滿足需求的情況下，采用芯粒(Chiplet)技術(shù)，可快速和有效的發(fā)揮出芯片的功能。使用該技術(shù)還具有設(shè)計難度低、制造便捷和成本低等優(yōu)勢。

 這一發(fā)展方向使得芯片發(fā)展從一味地追求功耗下降及性能增加，轉(zhuǎn)向更加務(wù)實的滿足市場需求。很多企業(yè)都對“芯?！庇兴季?。比如，英特爾推出可將邏輯芯片與存儲芯片進(jìn)行3D封裝的Foveros技術(shù);臺積電推出可以實現(xiàn)晶圓對晶圓的鍵合的多芯片堆疊SoIC技術(shù)等。同時，該項技術(shù)也是中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在后摩爾時代的重點發(fā)展技術(shù)。

 RISC-V架構(gòu)的MCU將為MCU市場格局帶來變革。RISC-V基于標(biāo)準(zhǔn)寬松的BSD許可證，可自由免費(fèi)地使用設(shè)計CPU、開發(fā)并添加自有擴(kuò)展指令集，自主選擇是否公開發(fā)行、商業(yè)銷售或更換其他許可協(xié)議，或者完全閉源使用。RISC-V當(dāng)前最適合用于AIoT應(yīng)用，有望對ARM架構(gòu)處理器形成競爭，在中國形成RISC-V生態(tài)，而MCU是RISC-V的最佳應(yīng)用領(lǐng)域之一。憑借開源、低功耗、低成本等優(yōu)勢，RISC-V架構(gòu)MCU將形成對ARM架構(gòu)MCU的沖擊，為市場帶來新變局。

 光子芯片或成為芯片發(fā)展的新賽道。光子芯片為利用光信號進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取、傳輸、計算、存儲和顯示的芯片。目前，光子芯片應(yīng)用于在光通信應(yīng)用中，特別是在數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的驅(qū)動下，硅光子學(xué)被用于將光學(xué)組件集成到硅芯片上，以利用CMOS的低成本和可擴(kuò)展性以及CMOS設(shè)備的制造和組裝的便利性。相對電子驅(qū)動的集成電路，光子芯片具有超高速率、超低功耗等特點。理論上，光子芯片規(guī)?？梢哉{(diào)制，并且光的特性先天適合線性計算，包含高密度的并行計算。在AI高速發(fā)展的當(dāng)下，光子芯片運(yùn)行矩陣乘法效果有機(jī)會比現(xiàn)有電子芯片效果好成百上千倍，吸引了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界爭相探索光子計算帶來的機(jī)會。

 受“碳中和”趨勢影響，可提升能源轉(zhuǎn)換效率的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在開啟發(fā)展加速度。隨著新冠肺炎疫情的影響逐漸減小，工業(yè)能源轉(zhuǎn)換所需零組件如逆變器、變頻器等，以及通訊基站需求回穩(wěn);其次，隨著特斯拉(Tesla)Model3電動車逆變器逐漸改采SiC(碳化硅)元件制程后，第三代半導(dǎo)體在車用市場逐漸備受重視。

 以氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC) 代表的第三代半導(dǎo)體具備耐高溫、耐高壓、高頻率、大功率等優(yōu)勢，相比硅器件可降低50%以上的能量損失，并減小75%以上的裝備體積，是助力社會節(jié)能減排，并實現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)的重要發(fā)展方向。目前，第三代半導(dǎo)體的觸角已延伸至數(shù)據(jù)中心、新能源汽車等多個關(guān)鍵領(lǐng)域，整個第三代半導(dǎo)體行業(yè)漸入佳境，有望成為綠色經(jīng)濟(jì)的中流砥柱。