一文讀懂全球半導(dǎo)體市場(chǎng)

作者：孫卓異來(lái)源：中國(guó)電子報(bào)、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(dòng)力，已經(jīng)高度滲透并融合到了經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的各個(gè)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(gè)國(guó)家產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和綜合國(guó)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(chǎng)在居家辦公學(xué)習(xí)、遠(yuǎn)程會(huì)議等需求驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)逆勢(shì)增長(zhǎng)。2020年，全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到4400億美元，同比增長(zhǎng)6.8%，以存儲(chǔ)器和專(zhuān)用芯片為代表的半導(dǎo)體產(chǎn)品開(kāi)始進(jìn)入景氣周期；中國(guó)集成電路市場(chǎng)需求持續(xù)旺盛，全年集成電路市場(chǎng)銷(xiāo)售額增至16339.7億元，同比增長(zhǎng)8.26%。預(yù)計(jì)2021年市場(chǎng)規(guī)模將進(jìn)一步增長(zhǎng)。

 呈“螺旋式上升”發(fā)展模式

 全球半導(dǎo)體市場(chǎng)發(fā)展呈現(xiàn)“螺旋式上升”模式，在放緩或回落后會(huì)經(jīng)歷又一次更強(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英寸硅片的導(dǎo)入，半導(dǎo)體市場(chǎng)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(chǎng)進(jìn)入短暫的調(diào)整期。

 自2010年起，iPhone、iPad等移動(dòng)終端的崛起開(kāi)啟了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，半導(dǎo)體市場(chǎng)增速達(dá)到歷史高位。隨著存儲(chǔ)器市場(chǎng)的爆發(fā)，2017年，全球半導(dǎo)體市場(chǎng)突破了4000億美元。2018年下半年，全球半導(dǎo)體市場(chǎng)再次進(jìn)入調(diào)整期。2019年，由于固態(tài)存儲(chǔ)及智能手機(jī)、PC需求增長(zhǎng)放緩，產(chǎn)品庫(kù)存高企，全球半導(dǎo)體需求下滑，存儲(chǔ)器市場(chǎng)價(jià)格出現(xiàn)滑坡。再加上全球貿(mào)易摩擦帶來(lái)的不確定性增加，2019年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)大幅萎縮，跌幅達(dá)到12.0%。這也是全球半導(dǎo)體市場(chǎng)近15年來(lái)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(chǎng)仍然強(qiáng)勁復(fù)蘇，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到4400億美元，同比增長(zhǎng)6.8%，以存儲(chǔ)器和專(zhuān)用芯片為代表的半導(dǎo)體產(chǎn)品進(jìn)入景氣周期。在整個(gè)產(chǎn)業(yè)中，增長(zhǎng)最大的是邏輯芯片（11.1％），其次是傳感器（10.7％）和存儲(chǔ)器（10.4％）。

 從區(qū)域結(jié)構(gòu)看，中國(guó)已連續(xù)多年成為全球最大的半導(dǎo)體消費(fèi)市場(chǎng)。2020年，中國(guó)市場(chǎng)占比最高達(dá)到34.4%。美國(guó)、歐洲、日本和其他市場(chǎng)的份額分別為21.7%、8.5%、8.3%和27.1%。其中，美國(guó)市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了21.3％的強(qiáng)勁增長(zhǎng)，亞太市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了5.1%的增長(zhǎng)，日本市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了1.3%的微弱增長(zhǎng)，歐洲市場(chǎng)下降了5.8％。美國(guó)市場(chǎng)強(qiáng)勁增長(zhǎng)的原因是，2019年美國(guó)市場(chǎng)規(guī)模下降幅度最大，跌幅高達(dá)23.7%，高于全球11.7個(gè)百分點(diǎn)；日本跌幅也達(dá)到10.0%；歐洲、中國(guó)和其他地區(qū)的跌幅分別為7.4%、9.3%和8.8%。

 受疫情影響，辦公、遠(yuǎn)程教學(xué)等應(yīng)用快速爆發(fā)，帶動(dòng)下游市場(chǎng)中通信和計(jì)算機(jī)產(chǎn)品快速?gòu)?fù)蘇。2020年，通信和計(jì)算機(jī)依舊占據(jù)全球半導(dǎo)體最大用量，市場(chǎng)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(chǎng)占比從2010年的22.2%增加至2020年的33.5%。與此同時(shí)，PC的市場(chǎng)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，占有率從2010年的40.9%跌至2019年的29.1%。

 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈

 對(duì)于全球半導(dǎo)體市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，2020年是很值得關(guān)注的一年。IBM研發(fā)的新型2nm芯片引人注目。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(shí)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(gè)晶體管。

 半導(dǎo)體企業(yè)的營(yíng)收狀況同樣是業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。2020年全球前十的半導(dǎo)體企業(yè)中，美國(guó)企業(yè)占6家。從營(yíng)收總值來(lái)看，美國(guó)6家企業(yè)占前十大企業(yè)總值的59.2%，韓國(guó)2家企業(yè)占前十大企業(yè)總值的32.4%。

 從產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)來(lái)看，2020年全球前十的半導(dǎo)體企業(yè)中，IDM企業(yè)6家，總銷(xiāo)售收入1970.9億美元，占前十大企業(yè)銷(xiāo)售總額78.3%；設(shè)計(jì)企業(yè)有4家，總銷(xiāo)售收入547.0億美元，占前十大企業(yè)銷(xiāo)售總額21.7%。

 2020年，英特爾繼續(xù)蟬聯(lián)全球半導(dǎo)體企業(yè)營(yíng)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(zhǎng)。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，德州儀器是其中唯一收入下滑的企業(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(jì)增加11%，總額達(dá)435億美元，占行業(yè)總額的64％。這表明頭部企業(yè)的市場(chǎng)集中度進(jìn)一步提升，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也更加激烈。

 2020下半年，全球半導(dǎo)體領(lǐng)域共發(fā)生五起規(guī)模較大的并購(gòu)事件和十余起規(guī)模較小的并購(gòu)事件，涉及金額達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的1180億美元，2020年也因此成為半導(dǎo)體并購(gòu)史上交易規(guī)模最大的年份。但以上并購(gòu)尚未走完全部交易及審批流程。全球半導(dǎo)體行業(yè)并購(gòu)金額的劇增主要緣于各領(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(jià)格并購(gòu)模擬信號(hào)/混合公司Maxim Integrated Products；顯卡巨頭英偉達(dá)于2020年9月宣布，以400億美元的交易價(jià)格收購(gòu)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(guó)英特爾宣布將以90億美元的價(jià)格把在中國(guó)運(yùn)行的NAND閃存業(yè)務(wù)和300mm晶圓廠出售給韓國(guó)的SK海力士；美國(guó)AMD公司于2020年10月29日宣布將以約350億美元的價(jià)格收購(gòu)FPGA供應(yīng)商賽靈思，交易預(yù)計(jì)于2021年底完成；同日，美滿電子Marvell宣布將以100億美元的現(xiàn)金和股票收購(gòu)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。上述交易尚未完成，仍在相關(guān)監(jiān)管部門(mén)審查階段。

 后摩爾時(shí)代的顛覆性技術(shù)

 異構(gòu)集成是后摩爾時(shí)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)，可快速有效地發(fā)揮出芯片功能。使用該技術(shù)還有設(shè)計(jì)難度低、制造便捷和成本低等優(yōu)勢(shì)。

 這一方向使芯片發(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(shí)的滿足市場(chǎng)需求。很多企業(yè)都對(duì)“芯?！庇兴季?。比如，英特爾推出可將邏輯芯片與存儲(chǔ)芯片進(jìn)行3D封裝的Foveros技術(shù)；臺(tái)積電推出可以實(shí)現(xiàn)晶圓對(duì)晶圓鍵合的多芯片堆疊SoIC技術(shù)等。同時(shí)，該項(xiàng)技術(shù)也是中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在后摩爾時(shí)代的重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)。

 RISC-V架構(gòu)的MCU將為MCU市場(chǎng)格局帶來(lái)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(jì)CPU、開(kāi)發(fā)并添加自有擴(kuò)展指令集，自主選擇是否公開(kāi)發(fā)行、商業(yè)銷(xiāo)售或更換其他許可協(xié)議，或者完全閉源使用。RISC-V當(dāng)前最適用于AIoT，有望對(duì)ARM架構(gòu)處理器形成競(jìng)爭(zhēng)，在中國(guó)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(kāi)源、低功耗、低成本等優(yōu)勢(shì)，RISC-V架構(gòu)MCU將形成對(duì)ARM架構(gòu)MCU的沖擊，為市場(chǎng)帶來(lái)新變局。

 光子芯片或成為芯片發(fā)展的新賽道。光子芯片是利用光信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取、傳輸、計(jì)算、存儲(chǔ)和顯示的芯片。目前，光子芯片應(yīng)用于光通信中，特別是在建設(shè)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的驅(qū)動(dòng)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、可擴(kuò)展性以及CMOS設(shè)備的制造和組裝的便利性。相對(duì)電子驅(qū)動(dòng)的集成電路，光子芯片具有超高速率、超低功耗等特點(diǎn)。理論上，光子芯片規(guī)模可以調(diào)制，并且光的特性先天適合線性計(jì)算，包含高密度的并行計(jì)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(huì)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(zhēng)相探索光子計(jì)算帶來(lái)的機(jī)會(huì)。

 受“碳中和”趨勢(shì)影響，可提升能源轉(zhuǎn)換效率的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在加速發(fā)展。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，以及通信基站需求回穩(wěn)。隨著特斯拉（Tesla）Model3電動(dòng)車(chē)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(chē)用市場(chǎng)逐漸備受重視。

 以氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）為代表的第三代半導(dǎo)體具備耐高溫、耐高壓、高頻率、大功率等優(yōu)勢(shì)，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，是助力節(jié)能減排，并實(shí)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(chē)等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，整個(gè)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。

 作者孫卓異，供職于賽迪顧問(wèn)集成電路產(chǎn)業(yè)研究中心