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芯片产业迈向万亿美元大关

2022/04/29
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文︱ED SPERLING

来源︱Semiconductor Engineering

编译︱编辑部

未来十年内,芯片产业有望突破万亿美元大关。虽然确切的时间取决于各种因素,但整体趋势似乎很稳定。数据数字化、技术数字化以及整体细分市场的持续扩张,共同推动着芯片产业在未来几年的大规模增长。

从供应链薄弱到经济衰退,芯片产业突破万亿美元营收的进程,与诸多因素息息相关。按照当前的发展趋势,芯片行业最早可能在2028年达到这一里程碑。根据多份报告显示,全球芯片市场2021年总收入约为6000亿美元。然而,由于芯片短缺迟迟未能缓解,加上地缘政治因素影响,给芯片产业带来了更多的不确定性,万亿美元的目标也可能推迟数年。尽管如此,市场对于芯片的需求量持续增长,即便可能受到一些影响,但预计增长趋势将会长期持续。

“以汽车为例,2030年的汽车将会是什么样子?”麦肯锡公司高级合伙人、半导体和商业技术业务负责人之一Ondrej Burkackey表示。“我们预计,到2030年,每辆汽车的芯片搭载量将翻一番。与传统动力总成相比,汽车的任何电气化、任何新功能都需要更多的半导体芯片来实现。例如驾驶辅助功能,汽车不必是完全自主,不必达到自动驾驶最高等级。但是,谁来设计芯片,谁来制造芯片呢?我们也看到产业价值链发生了一些变化,OEM正在自主研发芯片。此外,由于芯片短缺,OEM更倾向于直接向芯片制造商购买芯片,而跳过了曾经是价值链一部分的Tier1和Tier2。”

汽车只是经历这些变化的众多细分市场之一。AI/ML、AR/VR、5/6G、异构系统级封装,以及用Chiplet取代SoC等也都经历着价值链的变化,芯片需求量越来越多,并将在许多垂直市场创造新的机会,包括一些过去很少使用芯片的市场。

“计算和数据存储仍然是全球芯片市场占比最大的部分,”Burkackey称。“如今,计算和数据存储大约占全球芯片市场的40%。根据预测,如果该细分领域增长5%,将为额外4000亿美元提供最大的贡献。无线通信是第二大细分市场,约占该行业的30%。这一数字正在增长5%至6%,这与其说是由每部手机的更多内容推动的,不如说是由中间部分的更多设备推动的。因此,当查看智能手机市场结构时,是按照高端、中端和低端分布的。随着社会经济水平的提高,市场逐渐从低端市场转向中端市场。如今,汽车产业仅占全球芯片市场的8%左右,但预计未来几年内汽车市场占比将增长到15%左右。”

图1:全球芯片市场按垂直行业划分(十亿美元)(图源:麦肯锡公司)

这种增长很大程度上是由新的特性和功能推动的。但是,越来越多的传感器安装至边缘和云端,对高效率、高灵活性的诉求,推动了海量数据的爆发式增长。

“由于我们正面临着艰巨的数据过载难题,对系统的效率也提出了更高的要求,”AMD首席技术官Mark Papermaster在最近的一次演讲中指出。“如果回到四五年前,数据是应用程序生成的。它是由检索数据的人生成的。您让制造操作员创建数据,通过业务交易输入数据。这是为特定分析而获取的数据。这就是过去数据生成的方式。但这一切都变了。我们今天处理的大量数据是自动生成的。在制造和设计过程中,到处都是摄像头、智能城市等收集的数据,这些数据由此大规模生成出来。物联网已经将智能设备嵌入了我们生活的方方面面。”

深受疫情影响

新冠疫情封锁和居家办公推动了2021年下半年消费电子产品和计算机周边设备的销售热潮。虽然分析师表示,随着员工重返办公室,一些细分市场正在疲软,但芯片整体市场的发展趋势仍然强劲。许多行业仍面临着芯片短缺难题,但全球范围内的芯片需求量仍持续上升。

但在基础设施方面也发生了重大变化。如今,芯片制造商正获取更多相关终端客户的芯片使用信息,并为芯片架构构建更大的灵活性,以允许一种设计服务于多个终端市场。

“疫情改变了很多事情,”瑞萨电子执行副总裁Sailesh Chittipeddi表示。“一方面,终端客户与ODM的透明度水平发生了变化,而且已经永远改变了。现在,我们可以更深入地了解我们可以为其构建的内容。过去,我们和介于两者之间的客户打交道。现在我们正在处理一个更高的层次,只是因为他们需要这种能力。汽车领域也是如此。另一方面,有一个完整的概念是改善优化用户体验。其次,我们创建了一个‘云实验室’,因此基本上我们的客户能够进入并验证他们在云上的设备。”

这种“沙盒”类型的方法只是众多变化之一。芯片制造商也专注于平台和解决方案,而不是高度定制的一次性芯片,不断适应持续变化的需求和市场动态。这限制了他们对个别市场领域起伏波动的曝光,增加了芯片使用方式和使用位置的灵活性。

“我们着眼于创建芯片解决方案,确保芯片具有可用于不同应用的功能,”英飞凌部门总裁Thomas Rostock表示。“因此,你可以在软件的帮助下进行调整。例如,确保它以某种方式工作,或者将其与其他东西结合起来。例如,我们的微控制器提供的功能,然后工业电源控制部门可以将这些功能用于功率设备。因此,如果从洗衣机的角度来考虑这个问题,在过去,它基本上是打开和关闭的。现在它计算出你的负载有多大,并根据这种感觉调整其行为。我们正在从芯片视图转向子组件或系统视图。”

简而言之,芯片制造商正在想方设法提供特定领域的解决方案,同时仍在开发可用于多个细分市场的芯片。因此,资产负债表可能会比过去更加一致,即使一个行业疲软,整体需求仍将保持强劲。Chiplet是另一个如何部署的例子。

但所有这些策略也可能加剧材料、制造能力和人才的短缺,而这些短缺中的每一个都可能产生瀑布效应。例如,由于设备制造商使用的芯片数量较少,因此它们通常不在代工厂优先级列表的顶部。然而,这些芯片在用于制造其他芯片的设备中是必需的,最终芯片短缺对其造成了巨大的影响。

“尽管芯片短缺严重、挑战重重,但在过去一年中,我们依然看到了半导体设备的繁荣发展,到2021年,半导体设备市场将超过1000亿美元大关,并且在过去五年中规模几乎翻了一番,”SEMI分析师Inna Skvortsova在最近的一次演讲中表示。“具有讽刺意味的是,全球半导体短缺正严重打击芯片制造商,并导致制造芯片所需的设备的交货时间更长。总的来说,为了解决这一全球短缺问题,确保分配半导体设备所需芯片以增加产能至关重要。分配给设备制造商的一个芯片可能会为其他市场制造100,000个芯片。

未来增长

大多数市场分析师预计,未来几年产能短缺将有所缓解,市场将从受疫情影响的停滞中稳定下来。这有助于为数字化提供根本驱动力,并将继续推动整体细分市场的需求。

“纵观当前芯片短缺现状,实际上并没有发生在先进工艺节点,”麦肯锡的Burkackey表示。“芯片短缺集中在45nm到65nm工艺节点,或者一些90nm及以上工艺节点也面临着芯片短缺。在5G领域,当涉及到最先进的工艺节点时,4G手机和5G手机之间的区别几乎为零。但它有更多的无线电频段来提供带宽,大约多出20%的芯片。但这些芯片不是采用7nm或5nm制造的,而是采用90nm制造。整个行业的增长基础要广泛得多,这表明增长是真实的,并且具有相当稳定的基础。”

假设产能可以迅速提高,地缘政治紧张局势仍能得到控制,那么增长可能随时爆发,并轻松突破万亿美元大关。但仍然有很多未知数,即使构成“为什么”的因素看起来有充分的理由,也不可能确定“何时”。

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