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專業(yè)從事泛半導(dǎo)體材料切、磨、拋設(shè)備和自動化設(shè)備研發(fā)制造
來源:內(nèi)容來自公眾號「中國電子報 」,作者: 賽迪顧問 ,謝謝。
當(dāng)前,大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)快速發(fā)展,持續(xù)為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供強勁市場需求,全球集成電路產(chǎn)業(yè)將迎來新一輪的發(fā)展機遇。
全球半導(dǎo)體貿(mào)易協(xié)會(WSTS)數(shù)據(jù)顯示,2018年全球半導(dǎo)體市場規(guī)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(guī)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(lǐng)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%。
從全球半導(dǎo)體市場規(guī)模與增速來看,2018年全球半導(dǎo)體市場規(guī)模達4688億美元,增速達到13.7%。
半導(dǎo)體產(chǎn)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(dǎo)體工業(yè)的核心。作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)類型,集成電路自誕生以來,帶動了全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自20世紀60年代至90年代的迅猛增長,集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展一直呈上升趨勢,但其生產(chǎn)和需求并不平穩(wěn)。從半導(dǎo)體銷售額同比增速來看,全球半導(dǎo)體行業(yè)大致以4~6年為一個“硅周期”,景氣周期與宏觀經(jīng)濟、下游應(yīng)用需求以及自身產(chǎn)能庫存等因素密切相關(guān)。
過去20年半導(dǎo)體市場經(jīng)歷了數(shù)次跌宕起伏,2000年的互聯(lián)網(wǎng)泡沫破裂,導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)有兩年的調(diào)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(dǎo)入,產(chǎn)業(yè)開始又一輪的產(chǎn)能擴充競賽,直至2008年,全球半導(dǎo)體市場出現(xiàn)了負增長,2009年上半年更是大幅下滑了25%。隨著終端電子產(chǎn)品市場如蘋果的iPhone、iPad等興起,并且來勢十分強勁,2010年半導(dǎo)體業(yè)進入又一個歷史性的高點。半導(dǎo)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(dǎo)體貿(mào)易協(xié)會數(shù)據(jù)顯示,2018年全球半導(dǎo)體市場規(guī)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(dǎo)體細分產(chǎn)品市場規(guī)模來看,存儲器連續(xù)兩年成為最大應(yīng)用領(lǐng)域。
從具體產(chǎn)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(chǎn)品市場規(guī)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(guī)模增速回落,達到14.59%;分立器件市場規(guī)模增速小幅回落,達到11.1%;光電器件市場規(guī)模繼續(xù)保持增長,增速達到9.2%;傳感器市場規(guī)模大幅下降,增速僅為6.3%。
集成電路產(chǎn)品分為模擬芯片、微處理器、邏輯芯片和存儲器,2018年市場規(guī)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(lǐng)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(qū)半導(dǎo)體市場規(guī)模來看,2018年中國半導(dǎo)體市場規(guī)模及增速領(lǐng)跑全球。從區(qū)域市場結(jié)構(gòu)來看,2018年中國占比最高達到33.8%,美國、歐洲、日本、其他環(huán)太平洋區(qū)域分別占22%、9.2%、8.5%和26.5%。從增速來看,2018年中國依舊領(lǐng)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(huán)太平洋區(qū)域增速分別為16.4%、12.3%、9.3%和6.1%。
從全球半導(dǎo)體終端應(yīng)用市場規(guī)模來看,2018年通信和計算機兩大細分市場規(guī)模占比最高。
通信和計算機已經(jīng)占據(jù)全球半導(dǎo)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(shù)的普及和應(yīng)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(chǎn)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(dǎo)體發(fā)展的趨勢,使得汽車半導(dǎo)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(yè)4.0進程的加速,工業(yè)設(shè)備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化程度的不斷增加,工業(yè)領(lǐng)域?qū)τ诎雽?dǎo)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(dǎo)體市場在2018年增長13.7%至4688億美元,創(chuàng)歷史新高。預(yù)計2019年將下降3.0%,為4545億美元,預(yù)計到2020年將適度增長并回歸。
預(yù)計2019年,美國,歐洲和亞太地區(qū)應(yīng)用規(guī)模經(jīng)過連續(xù)兩年的強勁增長后將出現(xiàn)負增長。存儲器市場規(guī)模將下降14.2%,其他產(chǎn)品市場增速將放緩。
驅(qū)動全球半導(dǎo)體市場未來發(fā)展的主要因素包括器件創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新。
器件創(chuàng)新?;诮胶鈶B(tài)物理的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成熟,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)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(shù)發(fā)展遇到越來越多的挑戰(zhàn),但不依賴于特征尺寸的器件創(chuàng)新此起彼伏。特別是MEMS器件和系統(tǒng)級封裝技術(shù)(SIP)的發(fā)展促使集成電路的“集成”涵義更為廣泛。2004年石墨烯的發(fā)現(xiàn),對于下一代工作速度更快、更大規(guī)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(yīng)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(fā)的進展程度來看,碳基集成電路可能會成為一個重要的發(fā)展趨勢。
技術(shù)創(chuàng)新。與以往相比,當(dāng)前硅基CMOS技術(shù)面臨著許多前所未有的重大挑戰(zhàn)。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(shù)或電子束光刻技術(shù)將替代目前的193nm浸沒式光刻技術(shù)。從經(jīng)濟生產(chǎn)規(guī)模出發(fā),采用18英寸(450nm)晶圓和建設(shè)單片晶圓全自動生產(chǎn)線或?qū)⑹切碌慕鉀Q方案??梢韵胂蟮?/3nm及以下特征尺寸時,半導(dǎo)體芯片工藝又將進入一個相對全新的時代。
產(chǎn)品創(chuàng)新。產(chǎn)品創(chuàng)新是推動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的永恒動力。即使摩爾定律趨于失效,但產(chǎn)品創(chuàng)新仍是引領(lǐng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)維持高速發(fā)展的主導(dǎo)因素。目前世界集成電路產(chǎn)品在經(jīng)歷了Tr(晶體管)、ASSP(標(biāo)準通用產(chǎn)品)、MPU(微處理器)、ASIC(專用IC)、FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)、SoC(系統(tǒng)級芯片)的產(chǎn)品特征循環(huán)周期,目前正在向U-SoC(超系統(tǒng)級芯片)過渡。新一代信息技術(shù)的每一個需求都可能激發(fā)半導(dǎo)體新一代產(chǎn)品的誕生。
全球半導(dǎo)體市場未來發(fā)展將呈現(xiàn)出以下五方面的主要趨勢。
一是5G、AI等新興應(yīng)用成為市場增長的驅(qū)動力。隨著傳統(tǒng)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(yīng)用成為半導(dǎo)體市場新的重要增長點。5G方面,5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和終端發(fā)展將為芯片帶來巨大的市場需求,業(yè)界認為2020年5G將會實現(xiàn)大規(guī)模商用,將帶動千億美元的半導(dǎo)體市場。在5G商用初期,運營商大規(guī)模開展網(wǎng)絡(luò)建設(shè),5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資帶來的設(shè)備制造上收入將成為5G直接經(jīng)濟產(chǎn)出的主要來源。預(yù)計2020年,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和終端設(shè)備收入將超過5000億元,大幅拉動半導(dǎo)體市場需求。人工智能方面,人工智能計算任務(wù)可借助GPU、FPGA、ASIC等芯片結(jié)合軟件算法庫實現(xiàn)加速,為集成電路領(lǐng)域帶來新的市場增長空間。同時,人工智能芯片與深度學(xué)習(xí)算法和特定場景融合,為全球芯片初創(chuàng)企業(yè)提供新的發(fā)展機遇。
二是摩爾定律持續(xù)成為技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)依然沿著摩爾定律不斷推進。目前最先進的量產(chǎn)工藝已經(jīng)達到7nm、5nm,工藝產(chǎn)業(yè)化已取得重大突破,并有望繼續(xù)推進至3nm工藝。英特爾、臺積電、三星等領(lǐng)軍企業(yè)在先進工藝方面持續(xù)推進。英特爾2018年量產(chǎn)10nm,2020年以后預(yù)計推出7nm。臺積電和三星都宣布采用深紫外(EUV)光刻技術(shù),臺積電已經(jīng)投資新建5nm生產(chǎn)線,2020年后將啟動建設(shè)3nm制程工廠。
三是圍繞超越摩爾定律的產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新活躍。在半導(dǎo)體技術(shù)繼續(xù)延續(xù)摩爾定律發(fā)展的同時,以新材料、新結(jié)構(gòu)、新器件為特點的超越摩爾定律為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供了新的發(fā)展方向。一方面,三維異質(zhì)器件系統(tǒng)集成成為發(fā)展趨勢,英特爾、三星、臺積電等企業(yè)在三維器件制造與封裝領(lǐng)域發(fā)展迅速。英特爾聯(lián)合鎂光推出革命性的3D Xpoint新技術(shù);三星實現(xiàn)多層3D NAND閃存,成為存儲領(lǐng)域的顛覆性產(chǎn)品;臺積電的整合扇出晶圓級封裝技術(shù)(InFowlp)應(yīng)用于蘋果公司最新的處理器中。另一方面,微電子學(xué)、計算機科學(xué)等多學(xué)科與信息技術(shù)的交叉滲透日益深入,促使新型微機電系統(tǒng)工藝、寬禁帶半導(dǎo)體材料器件、二維材料與神經(jīng)計算、量子信息器件等創(chuàng)新技術(shù)的集中涌現(xiàn),拓展了半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展方向。超越摩爾產(chǎn)業(yè)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(xiàn)變革,推動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展。
四是產(chǎn)業(yè)綜合競爭能力向體系化、生態(tài)化演進。隨著產(chǎn)品競爭日益加劇,產(chǎn)業(yè)競爭模式正在向體系化、生態(tài)化方向演進變革。一方面,圍繞新興領(lǐng)域生態(tài)布局的兼并重組活躍。軟銀收購ARM布局物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域,三星收購汽車電子零部件供應(yīng)商哈曼公司進入汽車電子行業(yè),英特爾收購以色列公司Mobileye打造無人駕駛領(lǐng)域的整體解決方案。另一方面,整機和互聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用企業(yè)涉足上游芯片領(lǐng)域成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展新特征。終端企業(yè)為了維持綜合競爭實力,通過使用定制化芯片產(chǎn)品,實現(xiàn)整機產(chǎn)品具備差異化與系統(tǒng)化優(yōu)勢。繼蘋果公司后,谷歌、亞馬遜、Facebook、特斯拉等應(yīng)用企業(yè)紛紛進入半導(dǎo)體領(lǐng)域,自研或者聯(lián)合開發(fā)芯片產(chǎn)品。
五是全球主要國家和地區(qū)圍繞芯片競爭態(tài)勢加劇。美、歐、日、韓等半導(dǎo)體制造強國/地區(qū)發(fā)布相關(guān)政策,加快半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的布局,進一步強化政府對產(chǎn)業(yè)的支撐力度,鞏固先發(fā)優(yōu)勢和競爭地位。2016年7月,創(chuàng)新英國技術(shù)戰(zhàn)略委員會成立“化合物半導(dǎo)體應(yīng)用創(chuàng)新研究中心”;2016年,由韓國三星、海力士聯(lián)合成立總規(guī)模超過2000億韓元“半導(dǎo)體希望基金”;2017年美國發(fā)布《持續(xù)鞏固美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位》報告。近期美國DARPA提出了“電子復(fù)興計劃”,計劃未來5年投入超過20億美元,組織開發(fā)用于電子設(shè)備的新材料,開發(fā)將電子設(shè)備集成到復(fù)雜電路中的新體系結(jié)構(gòu)。
自1959年美國人基爾比和諾伊斯發(fā)明了第一塊集成電路以來,美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在全球一直處于領(lǐng)導(dǎo)地位。盡管在20世紀80年代,面對全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)移趨勢和日本半導(dǎo)體企業(yè)的競爭,美國半導(dǎo)體廠商喪失了部分市場份額。但隨著美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)由工藝為主轉(zhuǎn)向設(shè)計為主的重大結(jié)構(gòu)調(diào)整,以英特爾為代表的一些企業(yè),主動放棄存儲器市場,開始大力發(fā)展微處理器,促使美國重新奪回世界半導(dǎo)體霸主地位。
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)為美國帶來了持續(xù)且穩(wěn)定的經(jīng)濟利益,并為美國創(chuàng)造了超過100萬個就業(yè)崗位。另外,從美國和全球半導(dǎo)體市場規(guī)模的對比中可以看出,美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在全球市場中占據(jù)舉足輕重的地位,其產(chǎn)業(yè)運行狀況直接表現(xiàn)為全球半導(dǎo)體市場的“晴雨表”,全面影響全球半導(dǎo)體市場形勢。美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)除了產(chǎn)業(yè)規(guī)模優(yōu)勢之外,在企業(yè)競爭力方面同樣具有霸主地位。
自1987年以來,歐洲“三巨頭”幾乎從未跌出過全球半導(dǎo)體企業(yè)20強。其間,荷蘭飛利浦半導(dǎo)體和德國西門子半導(dǎo)體分別脫離了原有公司獨立發(fā)展成為了恩智浦(NXP)和英飛凌(Infineon),意法半導(dǎo)體集團(SGS-Thomson)也更名成為了意法半導(dǎo)體有限公司(ST)。在過去近30年中,歐洲半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)依托歐洲在機械工程和汽車工業(yè)上的傳統(tǒng)優(yōu)勢,歐洲半導(dǎo)體廠商進行了一系列的戰(zhàn)略調(diào)整和對部分業(yè)務(wù)的主動放棄,進而聚焦于細分市場并且在特定領(lǐng)域形成巨大的市場和技術(shù)優(yōu)勢。此外,設(shè)備巨頭ASML和ASM,以及IP巨頭ARM也均是歐洲半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的重要成員。
歐洲是全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,2018年,歐洲半導(dǎo)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(qū)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。
20世紀80年代,日本半導(dǎo)體一度超過美國,在全球半導(dǎo)體市場份額占比第一。隨著全球半導(dǎo)體市場的增長趨勢,2018年日本半導(dǎo)體市場規(guī)模時隔6年再次突破400億美元,增速達到9.3%,連續(xù)3年保持增長。
產(chǎn)品和細分市場呈現(xiàn)穩(wěn)定的增長的態(tài)勢。得益于消費電子和汽車領(lǐng)域需求旺盛,存儲芯片增長最快,達到創(chuàng)紀錄的40.3%;MPU芯片增長次之,達到21.4%。得益于汽車和工業(yè)的巨大需求,MOSDRAM增速達到19.5%。
20世紀80年代,在韓國政府的支持下,三星、LG、現(xiàn)代(2001年分離出為海力士)、大宇(1997年亞洲金融危機中破產(chǎn))四大財閥開始進軍半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。韓國抓住PC時代與移動通信時代高速發(fā)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(shù)引進-模仿-創(chuàng)新完成學(xué)習(xí)過程,逐漸縮小與先進國家的差距。
2018年,韓國市場規(guī)模達到1147億美元,同比增長24.3%。市場主要由存儲器產(chǎn)品主導(dǎo),其價值達到1016億美元。2018年韓國市場銷量主要由大數(shù)據(jù)、高端手機和高容量內(nèi)存推動。
在政策支持、高額投資、工程師紅利、國內(nèi)需求快速增長等一系列有利因素的促進下,中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)持續(xù)保持快速發(fā)展勢頭。在部分細分領(lǐng)域,如智能卡芯片、通信芯片、移動智能終端芯片設(shè)計等方面,中國企業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)和質(zhì)量能夠比肩世界先進水平。但在高端通用芯片領(lǐng)域,如CPU、DSP、FPGA、存儲器、模擬芯片等,中國企業(yè)在研發(fā)、設(shè)計和制造方面與全球領(lǐng)軍企業(yè)還存在較大差距。
2018年,中國半導(dǎo)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(lǐng)域,2018年中國市場強勁增長的主要驅(qū)動力是網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了同比增長,增速都在11%~15%之間。
*免責(zé)聲明:本文由作者原創(chuàng)。文章內(nèi)容系作者個人觀點,半導(dǎo)體行業(yè)觀察轉(zhuǎn)載僅為了傳達一種不同的觀點,不代表半導(dǎo)體行業(yè)觀察對該觀點贊同或支持,如果有任何異議,歡迎聯(lián)系半導(dǎo)體行業(yè)觀察。