注册

2023年十大科技产业脉动:晶圆代工、内存、闪存有何趋势?

来源:TrendForce集邦咨询    原作者:集邦咨询    

全球市场研究机构TrendForce集邦咨询针对2023年科技产业发展,整理十大科技产业脉动,精彩内容请见下方:

01
晶圆代工先进制程步入晶体管结构转换期,成熟制程聚焦特殊制程多元发展

纯晶圆代工厂制程由16nm开始从平面式晶体管结构(Planar Transistor)进入FinFET世代,发展至7nm制程导入EUV微影技术后,FinFET结构自3nm开始面临物理极限。先进制程两大龙头自此出现分歧,TSMC延续FinFET结构于2022下半年量产3奈米产品,预计2023上半年正式产出问世,并逐季提升量产规模,2023年产品包含PC CPU及智能手机SoC等;而Samsung由3nm开始导入基于GAAFET的MBCFET架构 (Multi-Bridge Channel Field-Effect Transistor),于2022年正式量产,初代产品为加密货币挖矿芯片,2023年将致力于第二代3nm制程,目标量产智能手机SoC。两者3nm量产初期皆仍集中在对提高效能、降低功耗、缩小芯片面积等有较高要求的高效能运算和智能型手机平台。

成熟制程如28nm及以上方面,晶圆代工业者聚焦特殊制程多角化发展,由逻辑制程衍伸出包括HV(High Voltage)、Analog、Mix-signal、eNVM、BCD、RF等技术平台,用以专业化生产智能手机、消费性电子、高效能运算、车用、工业控制等领域所需周边IC,如电源管理IC、驱动IC、微控制器(MCU)、RF(Radio Frequency)等,在5G通讯、高效能运算、新能源车与车用电子等半导体特殊元件消耗增加趋势下,亟需仰赖多元特殊制程支持,使其更专精于达到各领域所需之特殊用途。

02
DRAM存储器新世代逐渐成形,NAND Flash加速200层以上技术发展

DRAM方面,伴随疫情带动企业数位转型加速,除了服务器出货更聚焦于数据中心外,也让新型态的存储器模块开始聚拢,其中尤以CXL 规范的模块为主。由于服务器系统的插槽数量有限,因此透过CXL的采用使整机高速运算时能够避开该限制,增加可支援系统运用的DRAM数量。2023年server CPU如Intel Sapphire Rapids与AMD Genoa不但将支援CXL 1.0,以及DRAM模块将采用DDR5,再者,为了使AI与ML(Machine Learning)的运算有效运行,部分server GPU也将导入新一代的HBM3规格,因此在存储器厂商与多家主芯片提供者的规划下,新一代存储器世代已经逐渐形成,期望在2023年陆续斩获市场。

NAND Flash方面,2023年堆栈层数加速,预计将有四家供应商迈向200层以上技术,甚至部分厂商也将量产PLC(Penta Level Cell),期望在单位成长进一步优化下,有机会取代HDD在服务器上的应用。在SSD传输界面上,2023年随着Intel Sapphire Rapids及AMD Genoa的量产,enterprise SSD界面将进一步提升至PCIe 5.0,而传输速度更可达32GT/s,用以AI/ML等高速运算需求,也有助于enterprise SSD平均搭载容量的快速提升。

03
深耕车用IC设计为趋势,第三类半导体则崭露头角

全球汽车产业朝C-A-S-E趋势前进,带动车用半导体强劲需求,车用半导体主要分为IDM与Fabless两大类别。IDM身为传统车用芯片供应商,在各类ECU的布局相当完整,并逐渐从传统分散式架构演进为域控制器(Domain Control Unit,DCU)与区域控制器(Zone Control Unit,ZCU)架构;而Fabless则持续深耕车用高效能运算领域,发展车载资通讯系统与处理自驾运算的SoC。伴随汽车功能复杂化,驱使ECU中的32-Bit MCU跃升为市场主流规格,2023年其渗透率将超过60%,产值达74亿美元,并将朝向28nm(含)以下制程发展。此外,自驾车需具备高效能运算AI SoC,持续朝5nm(含)以下先进制程开发、算力将达到1,000 TOPS迈进,与MCU等芯片共同加速全球汽车产业升级。

随着800V汽车电驱系统、高压直流充电桩、高效绿色数据中心等领域的快速兴起,SiC、GaN功率元件已进入高速发展阶段。TrendForce集邦咨询预估2022到2026年SiC、GaN功率元件市场规模年复合增长率将分别达到35%与61%。而当电动汽车对于快速补能以及更为优越的动力性能需求愈加迫切之后,预计2023年将有更多车企提前将SiC技术引入主逆变器,其中高可靠性、高性能、低成本SiC MOSFET作为竞逐关键点。GaN于低功率消费电子应用则已进入红海市场,三星在2022年推出了首款45W GaN快速充电器,再度提振了市场热情。而随着技术、供应链不断成熟以及成本下降,GaN功率元件正朝着中大功率储能、数据中心、户用微型逆变器、通讯基站以及汽车等领域拓展。其中,在欧盟钛金级能效要求和中国东数西算工程背景下,数据中心电源和服务器制造商已深切意识到GaN技术重要性,预计2023年GaN功率元件将大规模释放至此。

04
展望2023年,5G智能手机的占比可望正式突破五成

以智能手机演进来看,以往多专注于硬件规格提升,但随着近年来创新幅度降低,品牌更致力于软件演算以及周边服务的推升,像是与光学巨头蔡司、徕卡等合作影像演算,以及提供支付、影音串流等服务等,除了突显品牌差异外,同时也透过增加周边服务带进营收双赢。

展望2023年,5G智能手机的占比可望提升至六成。随着显示技术的推进,预估2022年OLED折叠手机渗透率将达1.1%。随着品牌旗舰折叠新机陆续推出,在规格提升、价格更具竞争力的带动下,2023年渗透率可望来到1.8%,有机会为通胀导致消费气氛低迷的市场,注入一股活水,带动折叠手机进入主流市场。

05
受惠于先进驾驶辅助系统渗透率提升,加速车规MLCC发展

目前先进驾驶辅助系统(ADAS)逐渐成为新车标配,L1/L2是现阶主要配置等级,车规MLCC用量约1,800~2,200颗。随着半导体IDM厂发展ADAS专属MCU、Sensor IC等越趋成熟,2023年起L3等级ADAS 系统将成为众多车厂主要高阶车款升级目标,而在MLCC用量将大幅跃升至3000~3500颗。其中0402尺寸刚好满足车边监控模块有限空间,成为主要应用尺寸。

而电动车在消费者对提升续航力的需求,以及优化充放电效能与电能回收系统,成为各车厂主要研究发展重点之一,逆变器、电池管理系统、直流电源转换器三项次系统更是核心,在高容值(10u 以上)、高耐温(X7S/R)车规MLCC用量约在2,000~2,500颗。日厂村田(muRata)在2022年初正式量产1206尺寸,能达到22u 16V 的车规高容值、高耐压的新产品,包含TDK、太阳诱电、三星、国巨等业者也正积极抢进。

06
碳中和加速交通电动化转型,电动车电池战持续,补贴减少后成本问题重回前线

多种造车所需的原物料在俄乌冲突后出现上涨,尤其是电池相关材料更是涨幅惊人且快速传导至终端车价上,加上经历两年的车用半导体短缺问题,使得强化供应链韧性、弹性与稳定性成为车厂要务。车厂希冀缩短电池供应链以避免断链发生,各国则在政治考量下积极促使电池供应链本地化,一方面提出优惠招商条件,同时也要求车辆零部件在地化比例进行软硬兼施,电池厂因此在全球遍地开花。而随着多国开始减少或取消电动车的购车补贴,成本问题再度浮上台面,要在兼顾安全与性能的前提下生产出具成本竞争力的车款,绕不开在电池上下功夫,预期电池会往统一化、多元化、整合化发展。

电池组装统一化,以强化电池生产管理与提升共享性;技术多元化,按车等级导入不同技术的电池并藉此分散供货风险与降低成本;设计整合化,cell-to-pack(CTP)、cell-to-chassis(CTC)等高整合度的设计使电池与底盘模块化程度提高。

另一方面,在全球净零碳排目标的驱动下,动力电池作为电动汽车的心脏,需求量迅猛增长,促使相关企业加速产能扩张,2023年全球动力电池产能规模将超过TWh(Terawatt-hour,百万兆瓦时),产值将接近1200亿美元。目前动力电池产业链的快速扩张受到最上游锂、钴、镍等矿产资源端扩产周期的制约,导致近年来动力电池制造成本攀升,磷酸铁锂电池凭借性价比优势,全球市占率有望在2023年超过三元电池。

07
产能与技术逐渐到位,中国面板厂在小尺寸AMOLED市场影响力扩大

随着中国柔性AMOLED产能的逐渐扩大,在小尺寸手机市场的发展也渐渐提升其影响力。在旗舰定位的折叠手机市场中,过去主要是以韩系面板厂与品牌为主要领导厂商,不过随着中国本土手机品牌也开始陆续推出折叠手机下,中国面板厂的折叠AMOLED面板也开始崭露头角,同时搭配着供应链本土化的策略,预期中国本土手机品牌将会逐渐扩大采用本土面板厂的折叠AMOLED面板。

为了去化庞大的柔性AMOLED产能,面板厂积极进行成本的优化。预期AMOLED驱动IC将转为RAM less架构,降低成本,配合柔性AMOLED面板结构的调整,让一部分柔性AMOLED面板产品的成本与报价有机会可以降低至对标Rigid AMOLED面板,用以瞄准具备较大市场比重的中阶手机机种市场。

另一个中尺寸市场则为笔电,预估2022年AMOLED笔电约占整体笔电市场的1.2%,2023年则约1.7%,而中尺寸市场加速往AMOLED面板发展的决定性关键则来自于Apple未来在iPad以及Macbook系列产品的规划,而Apple已经开始考虑采用AMOLED面板。然现阶段的AMOLED面板仍受制于产线尺寸仍在六代线,在切割效率上不那么经济,加上笔电对于面板的使用寿命要求较一般手机来得长,因此衍生出Tandem(双层发光层)的架构的开发。预期未来1~2年,面板厂仍会以既有的产能与技术,聚焦中尺寸笔电产品的开发,并做为为往大世代产能发展的基础。同时也会进行8.5代线RGB蒸镀AMOLED产能与技术的讨论与规划。

08
电视与车用显示器将成为推动Mini LED背光渗透的两大关键应用,而Micro LED触角将延伸至更多元的应用场景

2022年Mini LED背光显示器出货总量约1,680万台,年增74%,其中电视是最多品牌布局的应用,主要原因有三:首先,Mini LED技术是改善LCD对比最佳的解决方案;其次,由于OLED产能受限,预计2023年仍有高达95%以上的电视采用LCD技术,Mini LED为LCD电视提供了规格提升与产品回春的最佳路径;最后,中国厂商在Mini LED上中下游积极布局,搭配以量制价的策略,得以用更高的性价比加速Mini LED背光在电视市场的渗透,预估2023年Mini LED电视出货量将来到440万台, 年增约13%。

车用显示器则是另一个Mini LED背光应用场域的孵化温床。相较于消费型显示器,车用显示器对于亮度、对比以及信赖性的要求更高,Mini LED背光的相关特性有助于提升行车安全性。在新能源车积极追求更高显示效果以及数位仪表显示趋势的刺激下,Mini LED背光也将优先在新能源车上广泛被搭载,预估2023年Mini LED车用显示器出货约30万台,年增约50%。

2023年智能手表将是继大型显示器后,Micro LED下一个导入量产的应用,而高单价的运动手表为出发点,未来则将以Micro LED搭配可挠背板为设计主轴。在微型显示器的穿透式AR智慧眼镜应用方面,虽然极小尺寸(5um以下)的Micro LED势必得优先克服全彩化方案与红光芯片外部量子效率等棘手挑战,但在LED整体行业奠定的深厚技术基础下,有机会加速Micro LED微型显示器的发展。

在车用显示器方面,为了让驾驶者能沉浸在高智能车舱进行人机界面的互动,车载显示发展涵盖了大尺寸化、曲面化、透明显示、高动态对比、甚至是结合更多感测元件以达到智能化功能,Micro LED十分适合应用在高阶车载环境。在抬头显示器(HUD)应用方面,HUD将仪表板信息以及导航系统信息整合投影在前挡风玻璃前方,降低驾驶人低头的机会,以达到行车安全的目的。而Micro LED搭配主动式驱动方案直接显示在透明玻璃背板上亦可达HUD的功能。2023年是相关厂商进入产品设计与验证的关键阶段,将为Micro LED车用智慧驾驶座舱及透明显示器建立长远的发展基础。

09
AR/VR产品成绿色生产要角,加速元宇宙普及

元宇宙议题将促使品牌厂商加速投入AR/VR产品发展,在2023年将会有更多品牌厂商的产品问世,而与此同时各种元宇宙应用服务也将成为厂商积极推动的目标,以便透过平台服务来带动AR/VR硬件市场的需求,再以硬件装置的虚拟互动体验来提升元宇宙应用的效益。

在消费市场,虚拟社群、游戏、虚拟人物直播等将会是厂商聚焦的应用,而商业远距交流、远距教育亦能透过元宇宙平台提供比2D视讯更多元的交流互动功能,而在使用者逐渐尝试这些互动、娱乐应用后,将会逐渐提升对于视觉、人机互动的需求。

因此,也会带动如Micro OLED、MiniLED、Pancake镜片等新显示、光学元件的采用;操作模式也会从原本搭配控制器,朝向影像辨识、或是穿戴装置应用的方向发展,进而带动更多影像感测元件、MEMS元件的搭载,以此透过人体数据的分析,达到自然的人机操作效果,促使不少厂商将投入相关的操作设计、分析算法的技术与专利发展。

除此之外,AR/VR应用亦会在智慧制造、智慧交通、智慧城市等领域扮演重要的地位,尤其在节能减碳的绿色产业趋势下,透过元宇宙平台所带来的虚拟模拟功能,能减少在真实世界试验、使用所产生的浪费,包括产品的设计与检验、生产线的安排与试行、交通的模拟与规划、城市设施的虚拟导览等领域,再搭配AI应用与运算效能的辅助,将能降低企业与政府的成本,也将会提升使用意愿,加速元宇宙的普及率。

10
2023年全球5G FWA实现大规模商用,加速家庭宽带普及

由于5G FWA可支援家庭和商业应用,带来更大频宽和低延迟连接,成为固定宽带连接之替代方案之一。目前全球已有超过45个国家及地区的83家营运商推出符合3GPP的5G FWA服务,FWA营运商需以尽可能低的总拥有成本(Total Cost of Ownership,TCO)提供数据,同时保证网络和整个广泛生态系统的未来发展。

2023年全球运营商纷纷投入资金发展宽带建设,加上监管机构将无线视为有线连接之替代方案,亦使得运营商正考虑扩大FWA服务部署,加速提供宽带互联网服务,以无线通讯技术进步而提高传输速率。部署5G FWA服务上市时间更短,成本更低,因此透过结合5G技术,在更短时间内提供高速、低延迟的宽带服务,加上提供多个频段新频谱及逐步让家庭负担得起的服务价格,成为2023年5G FWA发展驱动因素。

封面图片来源:拍信网