半導(dǎo)體市場一路飆升至13077億美元的背后

　　最近，Market.us對未來10年的半導(dǎo)體行業(yè)進行了展望，總體來看是相當(dāng)?shù)姆e極樂觀，認為全球半導(dǎo)體市場規(guī)模有望實現(xiàn)大幅增長，回暖的2024年只是個“開胃菜”，這一年的市場總規(guī)模將達到6731億美元。預(yù)計從2023到2032年，全球銷售額將以8.8%的復(fù)合年增長率增長，到2032年，預(yù)計全球半導(dǎo)體市場規(guī)模將達到13077億美元。

　　Market.us的這份報告比較宏觀，主要說明今后這些年全球半導(dǎo)體業(yè)的總體發(fā)展態(tài)勢。實際上，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展是有周期的，不太可能在10年內(nèi)一直處于線性增長狀態(tài)，周期內(nèi)會有起伏，關(guān)于這些周期性的變化情況，這張圖沒有體現(xiàn)。

　　在經(jīng)過低迷的2022和2023年后，人們都希望半導(dǎo)體行業(yè)能在2024年恢復(fù)往日輝煌，并持久發(fā)展下去。希望是需要實實在在的應(yīng)用需求和技術(shù)支撐的，那么，如何才能發(fā)展到2032年13077億美元的市場水平呢?總體來看，需要應(yīng)用帶動、芯片元器件供給、技術(shù)創(chuàng)新，以及全球各區(qū)域市場發(fā)展這四大元素的合力驅(qū)動。

　　1、先嘗“開胃菜”

　　首先來看一下宏觀市場行情。

　　1月9日，美國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(SIA)發(fā)布了一份統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2023年11月，全球半導(dǎo)體行業(yè)銷售額總計480億美元，與2022年11月的456億美元相比增長5.3%，比2023年10月的466億美元增長2.9%。值得注意的是，這份2023年11月的數(shù)據(jù)，是自2022年8月以來首次實現(xiàn)同比正增長，這在很大程度上預(yù)示著2024年的半導(dǎo)體業(yè)將進入上升路徑。

　　據(jù)WSTS統(tǒng)計，全球半導(dǎo)體業(yè)在2023年第四季度同比增長6%，這將為2024年每個季度的兩位數(shù)同比增長奠定基礎(chǔ)。

　　到2024年，預(yù)計半導(dǎo)體市場的兩個關(guān)鍵驅(qū)動因素(手機和PC)將復(fù)蘇，IDC預(yù)測，智能手機出貨量在2023年下降5%后，2024年將增長4%，PC在2023年大幅下降14%后，2024年的出貨量將增長4%。

　　下圖所示為各大機構(gòu)對2024年全球半導(dǎo)體業(yè)的增長預(yù)測，普遍樂觀。

　　2、應(yīng)用帶動

　　必須有足夠多和新的應(yīng)用，才能帶動全球半導(dǎo)體業(yè)持續(xù)增長，主要體現(xiàn)在以下這些領(lǐng)域。

　　首先，還是智能手機、PC和平板電腦這些傳統(tǒng)消費類電子產(chǎn)品，它們雖然是紅海，增量有限，但存量巨大，肯定還是芯片元器件消費的大頭兒。另外，智能家居和可穿戴設(shè)備具有很大增量空間，目前依然是藍海，如果能在這兩個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)激增，則將對整個半導(dǎo)體業(yè)起到很大的推動作用。

　　其次，市場對高性能計算(HPC)的需求快速增加，特別是火熱的人工智能(AI)市場，對各種高性能處理器和存儲器提出更多、更高的要求。邊緣計算也越來越重要，因為海量數(shù)據(jù)對能夠在網(wǎng)絡(luò)邊緣進行本地處理和分析的需求不斷增長。邊緣設(shè)備需要具有低功耗和AI 功能的高性能芯片，很多公司都在開發(fā)邊緣計算專用芯片，以滿足這種去中心化的計算需求。

　　汽車電子也是藍海，汽車行業(yè)越來越依賴于半導(dǎo)體技術(shù)來推動電動汽車、ADAS和智能座艙技術(shù)和應(yīng)用的進步。在對高性能計算、通信和傳感器的需求推動下，汽車應(yīng)用對半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)品的需求將快速增長。

　　未來，物聯(lián)網(wǎng)將無處不在，相關(guān)設(shè)備的激增和5G技術(shù)的發(fā)展將催生對更先進、更節(jié)能的半導(dǎo)體產(chǎn)品的需求，以支持增強的連接性和功能性。這里，對傳感器的需求不斷增長，MEMS和其它傳感器芯片在消費設(shè)備、生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用、無人機、機器人等領(lǐng)域的需求量會越來越大。由于對遠程工作的需求不斷增加，未來，電信行業(yè)在半導(dǎo)體市場將占有相當(dāng)大的份額(37.0%左右)。

　　3、芯片元器件供給

　　應(yīng)用數(shù)量的增長和種類的增多，必將增加對各種芯片元器件的需求。特別是在邊緣側(cè)，以后的數(shù)據(jù)量會越來越多，到時候，恐怕難以用海量來形容了，這種情況下，大量的邊緣側(cè)設(shè)備和系統(tǒng)，對CPU、GPU、AI專用處理器，以及各種存儲器的需求肯定會大增。

　　汽車是另一大增長領(lǐng)域，就像當(dāng)年手機由功能機向智能手機進化一樣，對各種邏輯、存儲、模擬和射頻等芯片元器件的數(shù)量和性能提出更高要求，才有了近15年手機市場規(guī)模的大漲。同樣的發(fā)展路徑大概率會發(fā)生在汽車身上。

　　再有就是物聯(lián)網(wǎng)，實際上，這是一個很寬泛的概念，涉及的應(yīng)用和芯片元器件太多了，也很雜，增長空間巨大，對相應(yīng)的低功耗元器件的需求量是很大的。

　　根據(jù)Market.us的統(tǒng)計和預(yù)測，芯片元器件市場的主要增長點是存儲器、邏輯器件、模擬芯片，以及MPU和MCU。其中，MPU和MCU所占比例*，約為34%，因為它們廣泛用于各種消費類、商業(yè)和工業(yè)系統(tǒng)和設(shè)備。

　　4、技術(shù)驅(qū)動

　　應(yīng)用需求的增長，芯片元器件的推陳出新，需要創(chuàng)新技術(shù)的支持和保障。

　　未來10年，有很多創(chuàng)新技術(shù)、以及當(dāng)下已有技術(shù)的演進值得關(guān)注，下面舉一些典型例子。

　　Chiplet（小芯片）：小芯片允許在單個封裝中使用具有不同工藝節(jié)點的多個Die，這種設(shè)計可以加快原型制作，實現(xiàn)快速上市。小芯片技術(shù)非常適合具有不同復(fù)雜度的處理器和設(shè)備，例如，AMD的Radeon RX 7900 XTX和Radeon RX 7900 XT顯卡，采用了結(jié)合5nm和6nm工藝節(jié)點的小芯片設(shè)計，每瓦性能比上一代產(chǎn)品高出54%。

　　RISC-V：越來越多的IC設(shè)計公司正在轉(zhuǎn)向開放標(biāo)準(zhǔn)指令集架構(gòu)RISC-V。RISC-V的主要優(yōu)勢是節(jié)能和開源，其模塊化設(shè)計可實現(xiàn)高效的資源利用，具有成本效益。2023年，包括 Robert Bosch、Infineon、Nordic Semiconductor、NXP和Qualcomm在內(nèi)的一批芯片大廠合資成立了一家公司，目的是加快基于RISC-V的創(chuàng)新產(chǎn)品的開發(fā)和商業(yè)化。

　　增強5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星連接：5G Reduced Capability(RedCap)在3GPP第17版中引入，它在吞吐量、電池壽命、復(fù)雜性和設(shè)備密度之間實現(xiàn)了平衡。作為上一代技術(shù)，LTE Cat-4網(wǎng)絡(luò)壽命相對較短，而下一代技術(shù)5G RedCap的壽命更長。此外，結(jié)合衛(wèi)星和蜂窩技術(shù)的先進連接解決方案開始出現(xiàn)，它可以大幅降低地面網(wǎng)絡(luò)的局限性，擴大物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的覆蓋范圍。

　　AI芯片集成度不斷提高：企業(yè)對實時數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)隱私的需求正在快速增長，這種需求推動了具有高性能芯片組的新型邊緣設(shè)備的開發(fā)，使AI應(yīng)用程序能夠在本地運行，無需將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端。本地化的AI處理可減少延遲，實現(xiàn)快速決策，并保護數(shù)據(jù)。

　　芯片和云安全的進步：隨著網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備數(shù)量不斷增加，網(wǎng)絡(luò)攻擊和未經(jīng)授權(quán)訪問的風(fēng)險也在增加。芯片廠商正在積極地將安全功能整合到產(chǎn)品中，并遵守行業(yè)特定的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，獲得認證的產(chǎn)品必須從設(shè)計的早期階段就遵守特定的產(chǎn)品開發(fā)要求。

　　節(jié)能技術(shù)：隨著處理器的集成度、性能和通信帶寬的提高，對能效的要求也在不斷提高，超低功耗SoC正在興起，相關(guān)芯片企業(yè)正在利用創(chuàng)新的節(jié)能方法來延長續(xù)航時間。

　　下面談一下制程工藝，一切芯片技術(shù)都要通過制造技術(shù)實現(xiàn)，因此，未來的制程工藝發(fā)展情況也是一大看點。

　　據(jù)IC Insights統(tǒng)計和預(yù)測，隨著芯片特征尺寸微縮速度放緩，芯片設(shè)計人員也發(fā)現(xiàn)越來越難以證明較高的成本能得到合理的回報。因此，先進與成熟制程之間的利弊愈加明確，不同公司所采用的制程也愈加有針對性。這就使得各種制程都有展現(xiàn)各自優(yōu)勢的空間。

　　如上圖所示，在2019年，10nm以下先進制程的市占率僅為4.4%，而到2024年，其比例將增長到30%。在該時間段內(nèi)，10nm -20nm制程的市占率從38.8%下降到26.2%;20nm-40nm制程的市占率將從13.4%下降到6.7%;不過，從該統(tǒng)計和預(yù)測來看，40nm以上成熟制程的比例在這些年沒有出現(xiàn)明顯變化。

　　10nm以下的先進制程呈現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢，如圖所示，2020年市占率為10%，2022年超過了20%，并在2024年增加至全球產(chǎn)能的30%，主要驅(qū)動力是5nm、4nm和3nm。

　　10nm -20nm制程市場占比本來是*的，如圖所示，2019年接近40%，但隨著10nm以下先進制程的崛起，10nm -20nm的市占率正在逐漸被蠶食。該范圍內(nèi)的主力制程是16nm(主要由臺積電提供)，14nm(主要由三星和英特爾提供)，以及12nm(主要由臺積電提供)。

　　從圖中可以看出，20nm-40nm制程的市占率一直都比較低，且隨著時間的推移，將從13.4%，下降到6.7%。

　　40nm以上的成熟制程，無論是180nm以下，還是180nm以上的，市占率都很穩(wěn)定。這也正是諸多晶圓代工廠長期專注于成熟工藝，而不向先進制程投入過多資本和精力的底氣所在。

　　5、區(qū)域市場發(fā)展

　　過去幾十年，在電子半導(dǎo)體市場，美國引領(lǐng)創(chuàng)新和設(shè)計業(yè)，亞洲，特別是東亞地區(qū)主打制造，而歐洲則固守傳統(tǒng)技術(shù)和制造，介于美國和亞洲之間。

　　2023年，亞太地區(qū)(特別是韓國、中國大陸和中國臺灣)在全球芯片制造市場占據(jù)主導(dǎo)地位，份額超過51.5%。該地區(qū)主要受益于強勁的電子產(chǎn)品生產(chǎn)、熟練的勞動力以及對研發(fā)和晶圓廠建設(shè)的大量投資。

　　在芯片設(shè)計和創(chuàng)新方面，美國是尖端研究機構(gòu)和企業(yè)的所在地。歐洲更專注于汽車和工業(yè)領(lǐng)域芯片元器件的開發(fā)，強調(diào)質(zhì)量和精度。

　　拉丁美洲是新興地區(qū)，消費類電子和汽車行業(yè)的增長正在推動該地區(qū)半導(dǎo)體產(chǎn)品需求的增長。中東和非洲也在穩(wěn)步發(fā)展。

　　從近幾年的發(fā)展情況來看，全球各個地區(qū)都在追求綜合實力的提升，無論是設(shè)計，還是制造，都在強調(diào)創(chuàng)新和前沿技術(shù)和工藝。全球大市場“分工發(fā)展”的傳統(tǒng)局面正在被打破。為了補短板，實現(xiàn)綜合實力的提升，各個區(qū)域市場都在加大投入力度，尤以中國大陸、美國和歐洲最為凸出。

　　2014年，中國大陸啟動了集成電路產(chǎn)業(yè)投資 “大基金”，起初階段，在芯片制造上投入了500億美元，之后將投入資金總量增加至 1000億~1500美元，用于追趕全球技術(shù)*。

　　美國則于2022年推出了CHIPS和科學(xué)法案，提供約520億美元的政府補貼，該立法還包括 另外240億美元的芯片生產(chǎn)稅收抵免，以支持本地先進芯片制造。

　　2023年，歐盟推出了歐洲芯片法案，預(yù)計投入490億美元，用于發(fā)展本地半導(dǎo)體研發(fā)和生產(chǎn)，目標(biāo)是將歐洲芯片制造在全球的份額從10%升至20%。總投資中，約375億美元將分配給大型晶圓廠，其余部分將用于芯片設(shè)計平臺和其它基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

　　有了政府補貼和政策支持，全球各大芯片廠商開始在歐美亞三大洲積極擴產(chǎn)。

　　在美國，英特爾打算砸1000億美元，在俄亥俄州和亞利桑那州打造世界上數(shù)一數(shù)二的芯片制造園區(qū)。當(dāng)然，這1000億美元沒有全部用在美國，還包括在歐洲工廠的投資;臺積電正在亞利桑那州建設(shè)4nm制程晶圓廠，預(yù)計投入400億美元;美光計劃在未來20年內(nèi)投資1000億美元建設(shè)晶圓廠，重點在紐約州、猶他州和愛達荷州建廠;WolfSpeed要在北卡建設(shè)一座價值數(shù)十億美元的SiC(碳化硅)晶圓廠;GlobalFoundries要在紐約建第二座晶圓廠;三星電子投入170億美元在德州新建晶圓廠，用來生產(chǎn)4nm制程芯片。

　　在歐洲，英飛凌開始在德國德累斯頓(Dresden)興建一座總價50億歐元的晶圓廠，計劃在2026年投產(chǎn);臺積電也要在德累斯頓新建晶圓廠，正在等待德國政府的補貼;英特爾決定在德國新建晶圓廠，德國政府承諾補助100億歐元，這是英特爾在歐洲地區(qū)880億美元投資計劃的一部分，英特爾還在和意大利洽談新建先進封測廠;意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics)要建設(shè)一座價值7.3億歐元的碳化硅晶圓廠，計劃于2026年竣工，意法半導(dǎo)體還與GlobalFoundries合作在法國新建晶圓廠。

　　在亞洲，臺積電計劃在日本建兩座晶圓廠，臺積電還將擴充南京28nm制程產(chǎn)能，同時，加緊在中國臺灣地區(qū)建設(shè)3nm和2nm制程產(chǎn)線;三星電子計劃投資2300億美元，最晚到2042年在韓國建立全球*的芯片制造基地;印度Vedanta集團計劃投資195億美元，在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)晶圓廠和顯示面板廠。

　　6、結(jié)語

　　以2023年為終點，上一個半導(dǎo)體周期已經(jīng)過去，2024年將迎來新一輪周期，行業(yè)增長隨之而來，但具體增長過程還有待觀察。

　　總體來看，未來幾年的全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將迎來新的發(fā)展時段，在更多、更新應(yīng)用的帶動下，各種芯片元器件在數(shù)量和質(zhì)量上都會有新的表現(xiàn)，而各種設(shè)計技術(shù)、制造工藝，以及創(chuàng)新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等將保證各種半導(dǎo)體產(chǎn)品持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新。同時，在全球各個國家和地區(qū)的政策和補貼資金的支持下，眾多廠商將新建幾十個大型半導(dǎo)體工廠，以保障市場對產(chǎn)能的需求。

　　當(dāng)然，發(fā)展不可能一帆風(fēng)順，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)固有周期，以及一些盲目的產(chǎn)能建設(shè)作用下，全球半導(dǎo)體業(yè)還會在發(fā)展中遇到各種困難。