一文讀懂全球半導體市場

作者：孫卓異來源：中國電子報、電子信息產業網

        半導體是當今信息技術產業高速發展的基礎和原動力，已經高度滲透并融合到了經濟、社會發展的各個領域，其技術水平和發展規模已經成為衡量一個國家產業競爭力和綜合國力的重要標志之一。

 2020年，受新冠肺炎疫情影響，全球經濟出現衰退，但全球半導體市場在居家辦公學習、遠程會議等需求驅動下實現逆勢增長。2020年，全球半導體市場規模達到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體產品開始進入景氣周期；中國集成電路市場需求持續旺盛，全年集成電路市場銷售額增至16339.7億元，同比增長8.26%。預計2021年市場規模將進一步增長。

 呈“螺旋式上升”發展模式

 全球半導體市場發展呈現“螺旋式上升”模式，在放緩或回落后會經歷又一次更強勁的復蘇。2000年，互聯網泡沫破裂，導致半導體產業經歷了兩年的調整期；之后，憑借能量的積蓄以及12英寸硅片的導入，半導體市場快速發展；2008年第四季度全球金融危機的爆發，又使半導體市場進入短暫的調整期。

 自2010年起，iPhone、iPad等移動終端的崛起開啟了移動互聯網時代，半導體市場增速達到歷史高位。隨著存儲器市場的爆發，2017年，全球半導體市場突破了4000億美元。2018年下半年，全球半導體市場再次進入調整期。2019年，由于固態存儲及智能手機、PC需求增長放緩，產品庫存高企，全球半導體需求下滑，存儲器市場價格出現滑坡。再加上全球貿易摩擦帶來的不確定性增加，2019年全球半導體市場大幅萎縮，跌幅達到12.0%。這也是全球半導體市場近15年來的最大跌幅。

 2020年，盡管受到新冠疫情的影響，全球半導體市場仍然強勁復蘇，市場規模達到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體產品進入景氣周期。在整個產業中，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％）。

 從區域結構看，中國已連續多年成為全球最大的半導體消費市場。2020年，中國市場占比最高達到34.4%。美國、歐洲、日本和其他市場的份額分別為21.7%、8.5%、8.3%和27.1%。其中，美國市場實現了21.3％的強勁增長，亞太市場實現了5.1%的增長，日本市場實現了1.3%的微弱增長，歐洲市場下降了5.8％。美國市場強勁增長的原因是，2019年美國市場規模下降幅度最大，跌幅高達23.7%，高于全球11.7個百分點；日本跌幅也達到10.0%；歐洲、中國和其他地區的跌幅分別為7.4%、9.3%和8.8%。

 受疫情影響，辦公、遠程教學等應用快速爆發，帶動下游市場中通信和計算機產品快速復蘇。2020年，通信和計算機依舊占據全球半導體最大用量，市場份額分別達到33.5%和29.1%。受益于4G普及和5G應用，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、平板電腦等新興電子產品超越，占有率從2010年的40.9%跌至2019年的29.1%。

 市場競爭愈發激烈

 對于全球半導體市場來說，2020年是很值得關注的一年。IBM研發的新型2nm芯片引人注目。該芯片采用納米片堆疊的晶體管，即GAA晶體管構造。與當今最先進的7nm相比，該芯片將實現45％的性能提升或75％的能耗降低。IBM表示，采用2nm技術可以在一塊指甲大小的芯片中容納多達500億個晶體管。

 半導體企業的營收狀況同樣是業界關注的焦點。2020年全球前十的半導體企業中，美國企業占6家。從營收總值來看，美國6家企業占前十大企業總值的59.2%，韓國2家企業占前十大企業總值的32.4%。

 從產業鏈環節來看，2020年全球前十的半導體企業中，IDM企業6家，總銷售收入1970.9億美元，占前十大企業銷售總額78.3%；設計企業有4家，總銷售收入547.0億美元，占前十大企業銷售總額21.7%。

 2020年，英特爾繼續蟬聯全球半導體企業營收首席。憑借這一年的收入，英特爾繼續保持全球第一大半導體供應商的地位，半導體收入為702.44億美元，同比增加3.7%。這得益于其核心客戶端和服務器CPU業務的增長。2020年全球前十半導體企業中同比增幅最大的是聯發科，其次是英偉達和高通，德州儀器是其中唯一收入下滑的企業。

 這一年，縱觀全球半導體研發支出，前十大半導體企業的研發投入費用總計增加11%，總額達435億美元，占行業總額的64％。這表明頭部企業的市場集中度進一步提升，市場競爭也更加激烈。

 2020下半年，全球半導體領域共發生五起規模較大的并購事件和十余起規模較小的并購事件，涉及金額達到創紀錄的1180億美元，2020年也因此成為半導體并購史上交易規模最大的年份。但以上并購尚未走完全部交易及審批流程。全球半導體行業并購金額的劇增主要緣于各領域巨頭廠商的強強聯合。

 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；顯卡巨頭英偉達于2020年9月宣布，以400億美元的交易價格收購處理器架構協議供應商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行的NAND閃存業務和300mm晶圓廠出售給韓國的SK海力士；美國AMD公司于2020年10月29日宣布將以約350億美元的價格收購FPGA供應商賽靈思，交易預計于2021年底完成；同日，美滿電子Marvell宣布將以100億美元的現金和股票收購硅谷的IC供應商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，仍在相關監管部門審查階段。

 后摩爾時代的顛覆性技術

 異構集成是后摩爾時代典型的發展技術。該技術被應用于封裝領域，在滿足需求的情況下，采用芯粒（Chiplet）技術，可快速有效地發揮出芯片功能。使用該技術還有設計難度低、制造便捷和成本低等優勢。

 這一方向使芯片發展從一味地追求功耗下降及性能增加，轉向更加務實的滿足市場需求。很多企業都對“芯粒”有所布局。比如，英特爾推出可將邏輯芯片與存儲芯片進行3D封裝的Foveros技術；臺積電推出可以實現晶圓對晶圓鍵合的多芯片堆疊SoIC技術等。同時，該項技術也是中國半導體產業在后摩爾時代的重點發展技術。

 RISC-V架構的MCU將為MCU市場格局帶來變革。RISC-V基于標準寬松的BSD許可證，可自由免費地使用設計CPU、開發并添加自有擴展指令集，自主選擇是否公開發行、商業銷售或更換其他許可協議，或者完全閉源使用。RISC-V當前最適用于AIoT，有望對ARM架構處理器形成競爭，在中國形成RISC-V生態，而MCU是RISC-V的最佳應用領域之一。憑借開源、低功耗、低成本等優勢，RISC-V架構MCU將形成對ARM架構MCU的沖擊，為市場帶來新變局。

 光子芯片或成為芯片發展的新賽道。光子芯片是利用光信號進行數據獲取、傳輸、計算、存儲和顯示的芯片。目前，光子芯片應用于光通信中，特別是在建設數據中心基礎設施的驅動下，硅光子學被用于將光學組件集成到硅芯片上，以利用CMOS的低成本、可擴展性以及CMOS設備的制造和組裝的便利性。相對電子驅動的集成電路，光子芯片具有超高速率、超低功耗等特點。理論上，光子芯片規模可以調制，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高速發展的當下，光子芯片運行矩陣乘法效果有機會比現有電子芯片效果好成百上千倍，吸引了學術界和產業界爭相探索光子計算帶來的機會。

 受“碳中和”趨勢影響，可提升能源轉換效率的第三代半導體產業正在加速發展。隨著新冠肺炎疫情的影響逐漸減小，工業能源轉換所需零組件如逆變器、變頻器等，以及通信基站需求回穩。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，第三代半導體在車用市場逐漸備受重視。

 以氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）為代表的第三代半導體具備耐高溫、耐高壓、高頻率、大功率等優勢，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，是助力節能減排，并實現“碳中和”目標的重要發展方向。目前，第三代半導體的觸角已延伸至數據中心、新能源汽車等多個關鍵領域，整個第三代半導體行業漸入佳境，有望成為綠色經濟的中流砥柱。

 作者孫卓異，供職于賽迪顧問集成電路產業研究中心