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【制造/封测】这一年,半导体行业风云变幻

来源:中国电子报    原作者:陈炳欣    

2020年,半导体行业可以说是风云变幻的一年。在新冠肺炎疫情的冲击下,市场先抑后扬,从一度悲观预测的负增长,转为5.1%的正增长。资本领域更是提速换挡,美国费城半导体指数从2020年年初的1800点到年底的2800点,涨幅超过1000点。中国半导体产业发展同样精彩,全年增长率保持在两位数以上,在部分关键领域取得实质性突破。

先抑后扬,年终骤现“缺芯”潮

半导体产业表现一向与全球经济“正相关”,即全球经济增长,半导体市场也同步增长,如果全球经济萎缩,也会在半导体市场上表现出来。然而2020年的情况却有些特殊,受到新冠肺炎疫情冲击,年初的时候市场分析机构纷纷下调对半导体行业的预期,普遍认为将出现负增长。Gartner预测下降0.9%,麦肯锡预测下降5%。

然而,令人意外的是,年中之际半导体市场的表现便已好于人们预期。尽管那时智能手机、汽车等需求仍不乐观,但是“宅经济”已经初步发威,平板电脑、中小尺寸电视的需求不断增加,数据中心、云服务器对芯片的需求增长更快。到了年底,半导体领域更是刮起一轮“缺芯”潮,从电源管理芯片、显示驱动芯片,到MOSFET功率半导体、MCU,均出现了大面积缺货。“缺芯”潮向上游延伸,不仅台积电10纳米以下先进工艺产能被争抢,8英寸传统工艺产能供给同样严重不足,考验着半导体的供应链。采访中,和舰芯片销售副总经理林伟圣预测,这种供不应求的情况将持续到2021年上半年。

之所以出现这样的情况,与以下几点原因有关:首先是新冠肺炎疫情爆发下的“宅经济”加速了全球数字化转型,云服务、服务器、笔记本电脑、游戏和健康医疗的需求不断上升,5G、物联网、汽车、人工智能和机器学习等快速发展,这些都推动了市场对半导体产品的需求。其次是新冠肺炎疫情冲击了全球供应链,加剧了供需矛盾。相对来说,中国更早复工复产,使得中国厂商获得更多的市场机会,但也加剧了国内供应的紧张程度。此外,恐慌性备货和逐利性炒货也加剧了芯片荒的程度。

本轮芯片荒和晶圆产能不足,对中小企业的影响最大。四川和芯微电子股份有限公司董事长兼CEO邹铮贤指出,中国有数量非常多的中小IC设计企业,他们需要的是稳定通用的产品。大起大落的市场动荡很容易打乱发展的节奏,不利于产业的发展。因此,要认真分析中国设计企业的本土需求、未来战略、产能布局、技术规划等,当产能紧缺的压力来袭时,企业家们应该透过表面,看清深层次的原因,应该扛住盲目扩充产能的压力,做精准化规划。既要避免一拥而上、从众囤货带来的挤兑潮,又要规避规划不足对整机系统出货带来的压力。

热点转换,算力普及化时代将临

多年来,智能手机一向是拉动芯片产业发展的应用市场,2020年除智能手机之外,来自个人电脑、云端服务器、汽车电子、物联网等方面的需求都在涌现,计算力的普及化时代正在到来。

根据赛迪顾问发布的《5G终端产业白皮书(2020年)》,5G已经成为“新基建”信息基础设施的驱动力。预计2021年智能手机出货量3.65亿部,其中5G手机渗透率将达90%。5G的应用也在不断扩展,各种垂直行业的应用不断被开发出来,包括新型消费电子,以及更为广阔的企业AIoT市场等。紫光展锐高级副总裁黄宇宁指出,工业电子领域多、产业链条长,作为芯片的原厂要在不同的行业领域去开拓,切入一些新的行业。5G以及其他相关芯片将被搭载在需求更多样化、要求更高的设备上,支撑整个数字化的生态。

数据中心市场方面,2019年度全球Top 10云服务提供商年度总支出为660亿美元,2020年将实现更高的增长。数据中心市场正在成为芯片龙头厂商争夺的焦点,英伟达收购ARM,AMD收购赛灵思,均是以争夺数据中心处理器市场为目标。英伟达创始人兼首席执行官黄仁勋表示,数据中心是推动未来计算变革的重要力量,而云计算和AI的强大趋势正在推动数据中心设计的结构性转变,过去的纯CPU服务器正在被高效的加速计算基础架构所取代。

汽车行业也正在经历着历史的变革,智能化、电动化、网联化成为汽车产业不可逆转的趋势。这些都是驱动车用半导体市场成长的关键。拓墣产业研究院预估,2020年全球车用芯片产值可达186.7亿美元;2021年将达到210亿美元,年增长率12.5%。

台积电(中国)副总经理陈平指出,从集成电路产业发展的历程来看,以应用划分,大致经历了大型机时代、PC机时代,2010年以后进入移动计算时代。2016年以后移动计算的拉动作用虽有所弱化,但是近年来随着5G、AI以及IoT的发展,市场对芯片的需求又在迅速提高,一个普及计算(Ubiquitous Computing)的时代正在来临。进入普及计算时代之后,主要的应用市场将从移动计算时代的智能手机为主逐渐演变为移动计算、高效计算、智能车载、物联网这四个平台共同发展。这四个计算平台交互加成,将让半导体产业重回指数级高速增长的状态。

并购频发,深度影响未来产业格局

在高估值与高流动性的推动下,2020年半导体领域的大型并购再次发力,具备一定规模和影响力的大型并购案至少有6起,包括英伟达以400亿美元收购ARM,SK海力士90亿美元收购英特尔NAND闪存业务,AMD公司350亿美元收购赛灵思,ADI公司210亿美元收购美信,Marvell公司100亿美元收购Inphi公司,环球晶圆 45 亿美元收购 Siltronic AG。仅这6起收购案宣布的交易额便高达1195亿美元,已经超过2015年全球半导体界掀起的并购热潮。根据IC Insights的数据,当年交易额为1077亿美元。

分析此轮并购浪潮出现的原因,与新冠肺炎疫情也脱不开关系。年初暴发的疫情对全球经济造成了重大冲击,为了挽回经济损失,欧美各国均采取了宽松的货币政策,资本市场获得了更高的流动性,进而推升股市,导致科技股不断翻红。飘高的股价必然会对企业管理层形成更强的业绩压力,而并购正是一个最容易见效的、推升业绩的手段。Gartner研究副总裁盛陵海便指出,这是资本热度推升的结果,同时股票价格的飙涨也为相关企业实施并购创造了条件。

半导体专家莫大康也指出,半导体作为基础产业已经上升为许多国家的重要战略,孕育出许多富有技术和创新能力的企业。借助并购,企业可以轻易踏过半导体产业的高门槛,成为不可忽视的发展策略。这些都是推动企业实施并购的重要原因。

大型并购对于产业格局的影响巨大。一旦英伟达对ARM的收购得以达成,影响所涉范围,将从移动设备扩展到数据中心、智能物联、自动驾驶等不同领域,处理器的产业格局都将重塑。AMD对赛灵思的收购同样不容忽视。如果并购得以达成,市场将没有大型的FPGA独立供应商,影响将涉及通信、数据中心、工业、汽车等行业。SK海力士对英特尔NAND业务的收购则影响着存储器产业的格局与走势。总之,大型并购案的频频出现显示出国际资本对半导体产业的影响正在加深。并购依然是推动半导体行业发展的重要手段,大者恒大的总体趋势不会改变。

不过需要注意的是,受中美贸易摩擦等因素的影响,全球对于半导体行业发展的重视越来越高,各国相关部门均收紧了对并购案的监管审核,尤其是半导体领域。2020年所发起的这几项并购后续发展并非一路坦途。

技术演进,第三代半导体材料受关注

2020年,半导体领域的技术创新持续推进。全球范围内,实现量产的先进工艺达到5nm节点。同时,异构集成成为显学,英特尔、高通、AMD、英伟达等芯片巨头不断在架构上寻求创新。特别值得注意的是,第三代半导体材料的影响越来越深入和广泛。在阿里巴巴达摩院发布的《2021十大科技趋势》中认为,未来几年,以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体材料将在材料生长、器件制备等技术上实现突破,并应用于5G基站、新能源汽车、特高压、数据中心等“新基建”场景。

此前,由于制造设备、制备工艺特别是材料成本上的劣势,第三代半导体材料只在小范围内得到应用。直至近几年这一局面才得以打破:一方面,在5G、新能源汽车等新兴市场中,Si基半导体的性能已无法完全满足需求,第三代半导体的性能优势被放大;另一方面,制备技术特别是大尺寸材料生长技术不断突破,SiC和GaN两种材料均从4英寸换代到6英寸并已研发出8英寸样品,加之器件制备技术逐步提升,使得第三代半导体器件性能日益稳定且成本不断下降,性价比优势逐渐显现。

从技术发展来看,随着硅基器件的趋近成本效益临界点,近年来主流功率半导体器件厂商纷纷围绕碳化硅和氮化镓等第三代半导体材料进行探索。第三代半导体材料具备宽禁带、低功率损耗等特性,迅速在高压高频率等新场景下发展壮大,成为功率半导体器件领域未来的重要发展趋势之一。

以新能源汽车充电桩为例,随着新能源汽车使用率提高,消费者对方便、快速充电的需求也越来越高,因此需要扩大基础设施建设,增加充电站数量并提供更快的充电服务。先进的功率技术和新材料如SiC在新能源汽车中起着重要作用。车载充电器和逆变器正在推动半导体公司投资新的宽禁带半导体技术和新型IGBT,并研发新的功率封装解决方案,以最大程度地利用这种高端硅技术的优势。数据显示,2018—2025年SiC MOSFET在充电桩等工业领域预计将保持12%的平均增长速度。随着应用范围的扩大,未来第三代半导体材料还将有着更大的发展。

需求牵引,中国实现“两位数”高增长

2020年,中国半导体产业走出了优于全球的好成绩。中国半导体行业协会统计数据,前三季度中国集成电路产业销售额为5905.8亿元,同比增长16.9%。相比而言,全球半导体市场同期销售额增长为5.9%。中国在高端芯片领域取得的成绩尤为明显。2020年,长江存储发布业内首款128层QLC3D NAND闪存,基本追平国际先进水平,在某些领域甚至有所领先。国产FPGA芯片全面进入通信和整机市场,在关键时刻起到决定性的支撑作用。国产EDA工具领域,继模拟全流程设计工具进入市场参与竞争后,在数字电路流程上也形成了一系列重要的单点工具。再经过几年的努力,相信我国也可以拥有自己的数字电路全流程设计工具。

之所以能够取得如此快速的进步,与中国市场对半导体产品的巨大需求关系密切。2020年“新基建”实施,有力推动了半导体产业的发展。“新基建”主要包括5G基站建设、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网等重点领域。这些领域都离不开半导体产品作为关键核心支撑。“新基建”带来的大量新增需求,也通过需求牵引加速驱动了国产半导体工业体系的建设,推进设计、晶园、封装、测试以及配套设备、材料等更多环节的协同发展。

赛迪顾问副总裁李珂指出,中国已经成为全球最大的电子产品制造基地,多年来对集成电路产品的市场需求均保持快速增长。从区域市场结构来看,中国在全球主要国家和地区半导体市场规模中占比最高,2019年达到35%,美国、欧洲、日本、其他环太平洋区域分别为19%、9.7%、8.7%和27.5%。

当然,应当注意的是,尽管取得了一定成绩,但中国在处理器、存储器、模拟芯片、光器件、配套设备材料和工艺、EDA/IP和软件方面与国际先进水平之间的差距仍十分明显,特别是在EDA、设备与材料领域依然存在严重的卡脖子现象。2020年,美国商务部升级了对华为等企业的管制措施。非美国公司只要使用美国的技术、软件、设备等给华为生产芯片也将受到管制,需先得到美国政府批准。

但是也应看到,美国已经无法通过限购和技术封锁彻底消灭中国半导体产业。美国半导体企业需要依赖来自中国市场的销售和利润,才能维持巨额的科研投入。对中国企业实施管制封锁,或能取得一时之利,但亦将打乱美国企业的发展节奏。这一作法还会威胁全球供应链的安全,对整个半导体产业的健康发展都是不利的。

对于中国企业来说,则应充分利用我国是全球最大的内生应用市场这一优势,做好面向内需循环的供给工作,同时重视知识产权,以应用为引领,扩大开放合作,积极融入全球产业链当中,实现互利共赢。

封面图片来源:拍信网