最近，Market.us對(duì)未來(lái)10年的半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)行了展望，總體來(lái)看是相當(dāng)?shù)姆e極樂(lè)觀，認(rèn)為全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模有望實(shí)現(xiàn)大幅增長(zhǎng)，回暖的2024年只是個(gè)“開胃菜”，這一年的市場(chǎng)總規(guī)模將達(dá)到6731億美元。
Market.us的這份報(bào)告比較宏觀，主要說(shuō)明今后這些年全球半導(dǎo)體業(yè)的總體發(fā)展態(tài)勢(shì)。實(shí)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(zhǎng)狀態(tài)，周期內(nèi)會(huì)有起伏，關(guān)于這些周期性的變化情況，這張圖沒(méi)有體現(xiàn)。
在經(jīng)過(guò)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(shí)實(shí)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(chǎng)水平呢？總體來(lái)看，需要應(yīng)用帶動(dòng)、芯片元器件供給、技術(shù)創(chuàng)新，以及全球各區(qū)域市場(chǎng)發(fā)展這四大元素的合力驅(qū)動(dòng)。
01 先嘗“開胃菜”
首先來(lái)看一下宏觀市場(chǎng)行情。
1月9日，美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）發(fā)布了一份統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2023年11月，全球半導(dǎo)體行業(yè)銷售額總計(jì)480億美元，與2022年11月的456億美元相比增長(zhǎng)5.3%，比2023年10月的466億美元增長(zhǎng)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(lái)首次實(shí)現(xiàn)同比正增長(zhǎng)，這在很大程度上預(yù)示著2024年的半導(dǎo)體業(yè)將進(jìn)入上升路徑。
據(jù)WSTS統(tǒng)計(jì)，全球半導(dǎo)體業(yè)在2023年第四季度同比增長(zhǎng)6%，這將為2024年每個(gè)季度的兩位數(shù)同比增長(zhǎng)奠定基礎(chǔ)。
下圖所示為各大機(jī)構(gòu)對(duì)2024年全球半導(dǎo)體業(yè)的增長(zhǎng)預(yù)測(cè)，普遍樂(lè)觀。
02 應(yīng)用帶動(dòng)
必須有足夠多和新的應(yīng)用，才能帶動(dòng)全球半導(dǎo)體業(yè)持續(xù)增長(zhǎng)，主要體現(xiàn)在以下這些領(lǐng)域。
首先，還是智能手機(jī)、PC和平板電腦這些傳統(tǒng)消費(fèi)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(fèi)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(lán)海，如果能在這兩個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)激增，則將對(duì)整個(gè)半導(dǎo)體業(yè)起到很大的推動(dòng)作用。
其次，市場(chǎng)對(duì)高性能計(jì)算（HPC）的需求快速增加，特別是火熱的人工智能（AI）市場(chǎng)，對(duì)各種高性能處理器和存儲(chǔ)器提出更多、更高的要求。邊緣計(jì)算也越來(lái)越重要，因?yàn)楹Ａ繑?shù)據(jù)對(duì)能夠在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行本地處理和分析的需求不斷增長(zhǎng)。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(jì)算專用芯片，以滿足這種去中心化的計(jì)算需求。
汽車電子也是藍(lán)海，汽車行業(yè)越來(lái)越依賴于半導(dǎo)體技術(shù)來(lái)推動(dòng)電動(dòng)汽車、ADAS和智能座艙技術(shù)和應(yīng)用的進(jìn)步。在對(duì)高性能計(jì)算、通信和傳感器的需求推動(dòng)下，汽車應(yīng)用對(duì)半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)品的需求將快速增長(zhǎng)。
未來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)將無(wú)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(duì)更先進(jìn)、更節(jié)能的半導(dǎo)體產(chǎn)品的需求，以支持增強(qiáng)的連接性和功能性。這里，對(duì)傳感器的需求不斷增長(zhǎng)，MEMS和其它傳感器芯片在消費(fèi)設(shè)備、生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人等領(lǐng)域的需求量會(huì)越來(lái)越大。由于對(duì)遠(yuǎn)程工作的需求不斷增加，未來(lái)，電信行業(yè)在半導(dǎo)體市場(chǎng)將占有相當(dāng)大的份額（37.0%左右）。
03 芯片元器件供給
應(yīng)用數(shù)量的增長(zhǎng)和種類的增多，必將增加對(duì)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(huì)越來(lái)越多，到時(shí)候，恐怕難以用海量來(lái)形容了，這種情況下，大量的邊緣側(cè)設(shè)備和系統(tǒng)，對(duì)CPU、GPU、AI專用處理器，以及各種存儲(chǔ)器的需求肯定會(huì)大增。
汽車是另一大增長(zhǎng)領(lǐng)域，就像當(dāng)年手機(jī)由功能機(jī)向智能手機(jī)進(jìn)化一樣，對(duì)各種邏輯、存儲(chǔ)、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(jī)市場(chǎng)規(guī)模的大漲。同樣的發(fā)展路徑大概率會(huì)發(fā)生在汽車身上。
再有就是物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)際上，這是一個(gè)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(zhǎng)空間巨大，對(duì)相應(yīng)的低功耗元器件的需求量是很大的。
04 技術(shù)驅(qū)動(dòng)
應(yīng)用需求的增長(zhǎng)，芯片元器件的推陳出新，需要?jiǎng)?chuàng)新技術(shù)的支持和保障。
未來(lái)10年，有很多創(chuàng)新技術(shù)、以及當(dāng)下已有技術(shù)的演進(jìn)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(gè)封裝中使用具有不同工藝節(jié)點(diǎn)的多個(gè)Die，這種設(shè)計(jì)可以加快原型制作，實(shí)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(diǎn)的小芯片設(shè)計(jì)，每瓦性能比上一代產(chǎn)品高出54%。
RISC-V：越來(lái)越多的IC設(shè)計(jì)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(shì)是節(jié)能和開源，其模塊化設(shè)計(jì)可實(shí)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)了平衡。作為上一代技術(shù)，LTE Cat-4網(wǎng)絡(luò)壽命相對(duì)較短，而下一代技術(shù)5G RedCap的壽命更長(zhǎng)。此外，結(jié)合衛(wèi)星和蜂窩技術(shù)的先進(jìn)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(kuò)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(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)隱私的需求正在快速增長(zhǎng)，這種需求推動(dòng)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(yùn)行，無(wú)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(shí)現(xiàn)快速?zèng)Q策，并保護(hù)數(shù)據(jù)。
芯片和云安全的進(jìn)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(wèn)的風(fēng)險(xiǎn)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(rèn)證的產(chǎn)品必須從設(shè)計(jì)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(duì)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(lái)延長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間。
下面談一下制程工藝，一切芯片技術(shù)都要通過(guò)制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)，因此，未來(lái)的制程工藝發(fā)展情況也是一大看點(diǎn)。
因此，先進(jìn)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(duì)性。這就使得各種制程都有展現(xiàn)各自優(yōu)勢(shì)的空間。
如上圖所示，在2019年，10nm以下先進(jìn)制程的市占率僅為4.4%，而到2024年，其比例將增長(zhǎng)到30％。在該時(shí)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(guò)，從該統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)來(lái)看，40nm以上成熟制程的比例在這些年沒(méi)有出現(xiàn)明顯變化。
10nm以下的先進(jìn)制程呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，如圖所示，2020年市占率為10％，2022年超過(guò)了20％，并在2024年增加至全球產(chǎn)能的30％，主要驅(qū)動(dòng)力是5nm、4nm和3nm。
10nm -20nm制程市場(chǎng)占比本來(lái)是最大的，如圖所示，2019年接近40%，但隨著10nm以下先進(jìn)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(tái)積電提供），14nm（主要由三星和英特爾提供），以及12nm（主要由臺(tái)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(shí)間的推移，將從13.4%，下降到6.7%。
40nm以上的成熟制程，無(wú)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(zhǎng)期專注于成熟工藝，而不向先進(jìn)制程投入過(guò)多資本和精力的底氣所在。
05 區(qū)域市場(chǎng)發(fā)展
過(guò)去幾十年，在電子半導(dǎo)體市場(chǎng)，美國(guó)引領(lǐng)創(chuàng)新和設(shè)計(jì)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(guó)和亞洲之間。
2023年，亞太地區(qū)（特別是韓國(guó)、中國(guó)大陸和中國(guó)臺(tái)灣）在全球芯片制造市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，份額超過(guò)51.5%。該地區(qū)主要受益于強(qiáng)勁的電子產(chǎn)品生產(chǎn)、熟練的勞動(dòng)力以及對(duì)研發(fā)和晶圓廠建設(shè)的大量投資。
在芯片設(shè)計(jì)和創(chuàng)新方面，美國(guó)是尖端研究機(jī)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(qiáng)調(diào)質(zhì)量和精度。
拉丁美洲是新興地區(qū)，消費(fèi)類電子和汽車行業(yè)的增長(zhǎng)正在推動(dòng)該地區(qū)半導(dǎo)體產(chǎn)品需求的增長(zhǎng)。中東和非洲也在穩(wěn)步發(fā)展。
從近幾年的發(fā)展情況來(lái)看，全球各個(gè)地區(qū)都在追求綜合實(shí)力的提升，無(wú)論是設(shè)計(jì)，還是制造，都在強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新和前沿技術(shù)和工藝。全球大市場(chǎng)“分工發(fā)展”的傳統(tǒng)局面正在被打破。為了補(bǔ)短板，實(shí)現(xiàn)綜合實(shí)力的提升，各個(gè)區(qū)域市場(chǎng)都在加大投入力度，尤以中國(guó)大陸、美國(guó)和歐洲最為凸出。
2014年，中國(guó)大陸啟動(dòng)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)領(lǐng)導(dǎo)者。
美國(guó)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(bǔ)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(jìn)芯片制造。
2023年，歐盟推出了歐洲芯片法案，預(yù)計(jì)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%?？偼顿Y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(jì)平臺(tái)和其它基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。
有了政府補(bǔ)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(kuò)產(chǎn)。
在美國(guó)，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(méi)有全部用在美國(guó)，還包括在歐洲工廠的投資；臺(tái)積電正在亞利桑那州建設(shè)4nm制程晶圓廠，預(yù)計(jì)投入400億美元；美光計(jì)劃在未來(lái)20年內(nèi)投資1000億美元建設(shè)晶圓廠，重點(diǎn)在紐約州、猶他州和愛達(dá)荷州建廠；WolfSpeed要在北卡建設(shè)一座價(jià)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(lái)生產(chǎn)4nm制程芯片。
在歐洲，英飛凌開始在德國(guó)德累斯頓（Dresden）興建一座總價(jià)50億歐元的晶圓廠，計(jì)劃在2026年投產(chǎn)；臺(tái)積電也要在德累斯頓新建晶圓廠，正在等待德國(guó)政府的補(bǔ)貼；英特爾決定在德國(guó)新建晶圓廠，德國(guó)政府承諾補(bǔ)助100億歐元，這是英特爾在歐洲地區(qū)880億美元投資計(jì)劃的一部分，英特爾還在和意大利洽談新建先進(jìn)封測(cè)廠；意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）要建設(shè)一座價(jià)值7.3億歐元的碳化硅晶圓廠，計(jì)劃于2026年竣工，意法半導(dǎo)體還與GlobalFoundries合作在法國(guó)新建晶圓廠。
在亞洲，臺(tái)積電計(jì)劃在日本建兩座晶圓廠，臺(tái)積電還將擴(kuò)充南京28nm制程產(chǎn)能，同時(shí)，加緊在中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)建設(shè)3nm和2nm制程產(chǎn)線；三星電子計(jì)劃投資2300億美元，最晚到2042年在韓國(guó)建立全球最大的芯片制造基地；印度Vedanta集團(tuán)計(jì)劃投資195億美元，在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)晶圓廠和顯示面板廠。
06 結(jié)語(yǔ)
以2023年為終點(diǎn)，上一個(gè)半導(dǎo)體周期已經(jīng)過(guò)去，2024年將迎來(lái)新一輪周期，行業(yè)增長(zhǎng)隨之而來(lái)，但具體增長(zhǎng)過(guò)程還有待觀察。
總體來(lái)看，未來(lái)幾年的全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)新的發(fā)展時(shí)段，在更多、更新應(yīng)用的帶動(dòng)下，各種芯片元器件在數(shù)量和質(zhì)量上都會(huì)有新的表現(xiàn)，而各種設(shè)計(jì)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(shí)，在全球各個(gè)國(guó)家和地區(qū)的政策和補(bǔ)貼資金的支持下，眾多廠商將新建幾十個(gè)大型半導(dǎo)體工廠，以保障市場(chǎng)對(duì)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(huì)在發(fā)展中遇到各種困難。
