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      《全球半導體市場發展趨勢白皮書》解讀

      類別:業界要聞  出處:中國電子報  發布于:2019-05-25 09:32:55 | 174 次閱讀

         當前,大數據、云計算、物聯網、人工智能等信息產業技術快速發展,持續為半導體產業提供強勁市場需求,全球集成電路產業將迎來新一輪的發展機遇。
        全球半導體貿易協會(WSTS)數據顯示,2018年全球半導體市場規模達到4688億美元,同比增長13.7%。模擬芯片、微處理器、邏輯芯片和存儲器市場規模分別為588億美元、672億美元、1093億美元和1580億美元。2018年全球存儲器市場增速依舊領跑,達到27.4%;模擬芯片市場增速為10.7%,處理器電路市場增速為5.2%,邏輯芯片市場增速為6.9%。
        全球半導體市場現狀
        從全球半導體市場規模與增速來看,2018年全球半導體市場規模達4688億美元,增速達到13.7%。
        半導體產品可分為集成電路、光電子器件、分立器件和傳感器四類。其中,集成電路是半導體工業的核心。作為半導體產業主導類型,集成電路自誕生以來,帶動了全球半導體產業自20世紀60年代至90年代的迅猛增長,集成電路產業發展一直呈上升趨勢,但其生產和需求并不平穩。從半導體銷售額同比增速來看,全球半導體行業大致以4~6年為一個“硅周期”,景氣周期與宏觀經濟、下游應用需求以及自身產能庫存等因素密切相關。
        過去20年半導體市場經歷了數次跌宕起伏,2000年的互聯網泡沫破裂,導致產業有兩年的調整,通過積聚能量之后直至2004年時再次躍起。此后由于12英寸硅片的導入,產業開始又一輪的產能擴充競賽,直至2008年,全球半導體市場出現了負增長,2009年上半年更是大幅下滑了25%。隨著終端電子產品市場如蘋果的iPhone、iPad等興起,并且來勢十分強勁,2010年半導體業進入又一個歷史性的高點。半導體市場到2016年之前一直徘徊在3000億美元左右,到2017年突破了4000億美元。全球半導體貿易協會數據顯示,2018年全球半導體市場規模達到4688億美元,同比增長13.7%,是2010年以來增長最快的年份之一。
        從全球半導體細分產品市場規模來看,存儲器連續兩年成為最大應用領域。
        從具體產品來看,2018年,集成電路、分立器件、光電器件和傳感器這四大類產品市場規模分別為3933億美元、241億美元、380億美元、134億美元。集成電路市場規模增速回落,達到14.59%;分立器件市場規模增速小幅回落,達到11.1%;光電器件市場規模繼續保持增長,增速達到9.2%;傳感器市場規模大幅下降,增速僅為6.3%。
        集成電路產品分為模擬芯片、微處理器、邏輯芯片和存儲器,2018年市場規模分別為588億美元、672億美元、1093億美元、1580億美元,分別占集成電路市場份額的14.95%、17.09%、27.79%、40.17%。2018年全球存儲器市場增速依舊領跑,達到27.4%;模擬芯片市場增速為10.7%,微處理器市場增速為5.2%,邏輯芯片市場增速為6.9%。
        從全球主要國家和地區半導體市場規模來看,2018年中國半導體市場規模及增速領跑全球。從區域市場結構來看,2018年中國占比最高達到33.8%,美國、歐洲、日本、其他環太平洋區域分別占22%、9.2%、8.5%和26.5%。從增速來看,2018年中國依舊領先全球,增速達到20.5%,高于全球增速6.8個百分點。美國、歐洲、日本和其他環太平洋區域增速分別為16.4%、12.3%、9.3%和6.1%。
        從全球半導體終端應用市場規模來看,2018年通信和計算機兩大細分市場規模占比最高。
        通信和計算機已經占據全球半導體最大用量,2018年占比分別達到32.4%和30.8%。受益于新一代通信技術的普及和應用,通信用芯片的占比從1999年的21.2%增加至2018年的32.4%。電腦的市場占有率不斷被智能手機、平板電腦等新興電子產品取代,電腦用芯片的市場占有率從1999年的50.4%下跌至2018年的30.8%。
        隨著汽車電子化程度的普及,電子化、電動化和智能化逐漸成為汽車半導體發展的趨勢,使得汽車半導體占比從1999年的5.9%增加至2018年的11.5%。此外,隨著全球工業4.0進程的加速,工業設備數字化、網絡化、智能化程度的不斷增加,工業領域對于半導體的需求日益旺盛,其占比從1999年的7.6%增加至2018年的12%。
        全球半導體市場未來展望
        全球半導體市場在2018年增長13.7%至4688億美元,創歷史新高。預計2019年將下降3.0%,為4545億美元,預計到2020年將適度增長并回歸。
        預計2019年,美國,歐洲和亞太地區應用規模經過連續兩年的強勁增長后將出現負增長。存儲器市場規模將下降14.2%,其他產品市場增速將放緩。
        驅動全球半導體市場未來發展的主要因素包括器件創新、技術創新、產品創新。
        器件創新。基于近平衡態物理的半導體產業已經成熟,半導體產業技術逼近極限。盡管目前依賴于特征尺寸不斷縮小的硅基CMOS技術發展遇到越來越多的挑戰,但不依賴于特征尺寸的器件創新此起彼伏。特別是MEMS器件和系統級封裝技術(SIP)的發展促使集成電路的“集成”涵義更為廣泛。2004年石墨烯的發現,對于下一代工作速度更快、更大規模、成本更低、功耗更小的集成電路提供了最可能的路徑。雖然目前利用石墨烯制備FET(場效應晶體管)還有許多困難,但從石墨烯固有的卓越本征電子屬性以及近年來對石墨烯FET開發的進展程度來看,碳基集成電路可能會成為一個重要的發展趨勢。
        技術創新。與以往相比,當前硅基CMOS技術面臨著許多前所未有的重大挑戰。從28nm向22nm,甚至更小特征尺寸過渡時,平面MOSFET被立體的FinFET所替代。為加工更細的線寬,EUV(極紫外)光刻技術或電子束光刻技術將替代目前的193nm浸沒式光刻技術。從經濟生產規模出發,采用18英寸(450nm)晶圓和建設單片晶圓全自動生產線或將是新的解決方案。可以想象到5/3nm及以下特征尺寸時,半導體芯片工藝又將進入一個相對全新的時代。
        產品創新。產品創新是推動半導體產業發展的永恒動力。即使摩爾定律趨于失效,但產品創新仍是引領半導體產業維持高速發展的主導因素。目前世界集成電路產品在經歷了Tr(晶體管)、ASSP(標準通用產品)、MPU(微處理器)、ASIC(專用IC)、FPGA(現場可編程門陣列)、SoC(系統級芯片)的產品特征循環周期,目前正在向U-SoC(超系統級芯片)過渡。新一代信息技術的每一個需求都可能激發半導體新一代產品的誕生。
        全球半導體市場發展趨勢
        全球半導體市場未來發展將呈現出以下五方面的主要趨勢。
        一是5G、AI等新興應用成為市場增長的驅動力。隨著傳統PC市場進一步萎縮和移動智能終端需求的下降,5G、AI、汽車電子、IoT等新興應用成為半導體市場新的重要增長點。5G方面,5G網絡設備和終端發展將為芯片帶來巨大的市場需求,業界認為2020年5G將會實現大規模商用,將帶動千億美元的半導體市場。在5G商用初期,運營商大規模開展網絡建設,5G網絡建設投資帶來的設備制造上收入將成為5G直接經濟產出的主要來源。預計2020年,網絡設備和終端設備收入將超過5000億元,大幅拉動半導體市場需求。人工智能方面,人工智能計算任務可借助GPU、FPGA、ASIC等芯片結合軟件算法庫實現加速,為集成電路領域帶來新的市場增長空間。同時,人工智能芯片與深度學習算法和特定場景融合,為全球芯片初創企業提供新的發展機遇。
        二是摩爾定律持續成為技術發展的關鍵驅動力。雖然摩爾定律在過去兩年有放緩的趨勢,但很多物理極限仍被不斷打破和刷新,半導體產業依然沿著摩爾定律不斷推進。目前最先進的量產工藝已經達到7nm、5nm,工藝產業化已取得重大突破,并有望繼續推進至3nm工藝。英特爾、臺積電、三星等領軍企業在先進工藝方面持續推進。英特爾2018年量產10nm,2020年以后預計推出7nm。臺積電和三星都宣布采用深紫外(EUV)光刻技術,臺積電已經投資新建5nm生產線,2020年后將啟動建設3nm制程工廠。
        三是圍繞超越摩爾定律的產品技術創新活躍。在半導體技術繼續延續摩爾定律發展的同時,以新材料、新結構、新器件為特點的超越摩爾定律為半導體產業提供了新的發展方向。一方面,三維異質器件系統集成成為發展趨勢,英特爾、三星、臺積電等企業在三維器件制造與封裝領域發展迅速。英特爾聯合鎂光推出革命性的3D Xpoint新技術;三星實現多層3D NAND閃存,成為存儲領域的顛覆性產品;臺積電的整合扇出晶圓級封裝技術(InFowlp)應用于蘋果公司最新的處理器中。另一方面,微電子學、計算機科學等多學科與信息技術的交叉滲透日益深入,促使新型微機電系統工藝、寬禁帶半導體材料器件、二維材料與神經計算、量子信息器件等創新技術的集中涌現,拓展了半導體技術發展方向。超越摩爾產業不追求器件的尺寸,而是通過研究新原理、新工藝、新材料、新器件以及新裝備加速促進處理器、存儲器、模擬器件、功率器件等實現變革,推動半導體產業持續快速發展。
        四是產業綜合競爭能力向體系化、生態化演進。隨著產品競爭日益加劇,產業競爭模式正在向體系化、生態化方向演進變革。一方面,圍繞新興領域生態布局的兼并重組活躍。軟銀收購ARM布局物聯網領域,三星收購汽車電子零部件供應商哈曼公司進入汽車電子行業,英特爾收購以色列公司Mobileye打造無人駕駛領域的整體解決方案。另一方面,整機和互聯網等應用企業涉足上游芯片領域成為產業發展新特征。終端企業為了維持綜合競爭實力,通過使用定制化芯片產品,實現整機產品具備差異化與系統化優勢。繼蘋果公司后,谷歌、亞馬遜、Facebook、特斯拉等應用企業紛紛進入半導體領域,自研或者聯合開發芯片產品。
        五是全球主要國家和地區圍繞芯片競爭態勢加劇。美、歐、日、韓等半導體制造強國/地區發布相關政策,加快半導體產業的布局,進一步強化政府對產業的支撐力度,鞏固先發優勢和競爭地位。2016年7月,創新英國技術戰略委員會成立“化合物半導體應用創新研究中心”;2016年,由韓國三星、海力士聯合成立總規模超過2000億韓元“半導體希望基金”;2017年美國發布《持續鞏固美國半導體產業領導地位》報告。近期美國DARPA提出了“電子復興計劃”,計劃未來5年投入超過20億美元,組織開發用于電子設備的新材料,開發將電子設備集成到復雜電路中的新體系結構。
        全球主要國家和地區半導體產業發展概況
        美國:在全球市場中占據舉足輕重地位
        自1959年美國人基爾比和諾伊斯發明了第一塊集成電路以來,美國半導體產業在全球一直處于領導地位。盡管在20世紀80年代,面對全球半導體產業技術轉移趨勢和日本半導體企業的競爭,美國半導體廠商喪失了部分市場份額。但隨著美國半導體產業由工藝為主轉向設計為主的重大結構調整,以英特爾為代表的一些企業,主動放棄存儲器市場,開始大力發展微處理器,促使美國重新奪回世界半導體霸主地位。
        半導體產業為美國帶來了持續且穩定的經濟利益,并為美國創造了超過100萬個就業崗位。另外,從美國和全球半導體市場規模的對比中可以看出,美國半導體產業在全球市場中占據舉足輕重的地位,其產業運行狀況直接表現為全球半導體市場的“晴雨表”,全面影響全球半導體市場形勢。美國半導體產業除了產業規模優勢之外,在企業競爭力方面同樣具有霸主地位。
        歐洲:在特定領域形成市場和技術優勢
        自1987年以來,歐洲“三巨頭”幾乎從未跌出過全球半導體企業20強。其間,荷蘭飛利浦半導體和德國西門子半導體分別脫離了原有公司獨立發展成為了恩智浦(NXP)和英飛凌(Infineon),意法半導體集團(SGS-Thomson)也更名成為了意法半導體有限公司(ST)。在過去近30年中,歐洲半導體產業依托歐洲在機械工程和汽車工業上的傳統優勢,歐洲半導體廠商進行了一系列的戰略調整和對部分業務的主動放棄,進而聚焦于細分市場并且在特定領域形成巨大的市場和技術優勢。此外,設備巨頭ASML和ASM,以及IP巨頭ARM也均是歐洲半導體產業中的重要成員。
        歐洲是全球半導體產業的重要組成部分,2018年,歐洲半導體銷售金額達到430億美元,較2017年的383億美元增長12.1%。2018年歐洲強勁增長的主要驅動力是存儲器、邏輯芯片、模擬芯片和分立器件等的快速增長。
        日本:產品和細分市場呈現穩定增長態勢
        20世紀80年代,日本半導體一度超過美國,在全球半導體市場份額占比第一。隨著全球半導體市場的增長趨勢,2018年日本半導體市場規模時隔6年再次突破400億美元,增速達到9.3%,連續3年保持增長。
        產品和細分市場呈現穩定的增長的態勢。得益于消費電子和汽車領域需求旺盛,存儲芯片增長最快,達到創紀錄的40.3%;MPU芯片增長次之,達到21.4%。得益于汽車和工業的巨大需求,MOSDRAM增速達到19.5%。
        韓國:逐漸縮小與先進國家差距
        20世紀80年代,在韓國政府的支持下,三星、LG、現代(2001年分離出為海力士)、大宇(1997年亞洲金融危機中破產)四大財閥開始進軍半導體產業。韓國抓住PC時代與移動通信時代高速發展期對存儲器的巨大需求缺口,推動成立類似日本VLSI的國家項目研究組,通過技術引進-模仿-創新完成學習過程,逐漸縮小與先進國家的差距。
        2018年,韓國市場規模達到1147億美元,同比增長24.3%。市場主要由存儲器產品主導,其價值達到1016億美元。2018年韓國市場銷量主要由大數據、高端手機和高容量內存推動。
        中國:持續保持快速發展勢頭
        在政策支持、高額投資、工程師紅利、國內需求快速增長等一系列有利因素的促進下,中國半導體產業持續保持快速發展勢頭。在部分細分領域,如智能卡芯片、通信芯片、移動智能終端芯片設計等方面,中國企業的產品技術和質量能夠比肩世界先進水平。但在高端通用芯片領域,如CPU、DSP、FPGA、存儲器、模擬芯片等,中國企業在研發、設計和制造方面與全球領軍企業還存在較大差距。
        2018年,中國半導體銷售額達到2422億美元,較2017年的2124億美元增長14.0%。在終端領域,2018年中國市場強勁增長的主要驅動力是網絡通信,占總份額的31.3%,其次是計算機,占比27%。2017年到2018年,所有主要終端應用領域實現了同比增長,增速都在11%~15%之間。

      關鍵詞:半導體 

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