2022年的“上半場”已經(jīng)過去，連續(xù)兩年高歌猛進的集成電路產業(yè)正在回歸理性。經(jīng)歷了年初主力廠商一系列擴產計劃帶動的高增長預期，隨后是市場對半導體原材料供應的擔憂，以及消費電子行業(yè)景氣下滑對需求端的影響，集成電路依然交出了一份平穩(wěn)的答卷。新一輪的周期性波動和庫存調整，雖然有可能對集成電路產業(yè)的增長速度帶來影響，但有望推動供需關系的動態(tài)平衡，也讓集成電路企業(yè)再次意識到核心競爭力和差異化創(chuàng)新的重要性。在波動的行情、長期的需求與企業(yè)持續(xù)迭代技術等因素的共同作用下，集成電路產業(yè)將走向何方？
上半年表現(xiàn)平穩(wěn) 增長仍是全年主基調
雖然面臨疫情防控、世界經(jīng)濟復蘇放緩等一系列不確定性因素，集成電路產業(yè)仍在承壓前行。世界半導體貿易統(tǒng)計協(xié)會（WSTS）6月發(fā)布的預測顯示，2022年全球半導體市場規(guī)模將增長16.3%，繼2021年年增26.2%之后繼續(xù)保持兩位數(shù)的增長，達到6460億美元。集成電路、傳感器、分立器件等主要半導體品類的市場規(guī)模也將保持兩位數(shù)增長。
“2022年上半年，全球半導體市場銷售額整體表現(xiàn)平穩(wěn)。在地緣沖突、新冠肺炎疫情以及全球通脹等因素影響下，疊加2021年市場高基數(shù)，2022年全球半導體銷售額增速或將有所下滑。從需求端看，2022年上半年消費電子需求較弱，影響庫存消化，下半年各品牌重點新品發(fā)布或將在一定程度上提振消費者購機意愿。另一方面，AR/VR創(chuàng)新層出不窮，AIoT百花齊放，新能源汽車智能化快速推進，高端制造信息化趨勢不改，各類硬件設備‘含硅量’加速提升，這些應用側創(chuàng)新都將成為半導體需求維持高景氣度的重要動能。”中國國際金融股份有限公司研究部執(zhí)行總經(jīng)理彭虎表示。
短期來看，高性能計算、汽車電子對芯片的需求量持續(xù)提升，對半導體產業(yè)的帶動能力逐步增強。
“新能源汽車電動化過程中，功率半導體市場化應用快速普及，帶動寬禁帶半導體行業(yè)步入快車道。新能源汽車智能化方面，駕駛體驗更佳、行駛更安全、人車互動更便捷的用戶需求將持續(xù)推動智能座艙的升級和自動駕駛的成熟，從而帶動聯(lián)屏、多傳感器、大算力芯片的協(xié)同發(fā)展，為半導體產業(yè)鏈帶來算力芯片、激光雷達、域控制器、自動駕駛SoC芯片等多方面創(chuàng)新機遇。”彭虎說。
長期來看，IT的創(chuàng)新正在驅動數(shù)字化轉型和消費升級，為集成電路產業(yè)注入源頭活水。
“近幾年，很多行業(yè)出現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢，比如5G向企業(yè)網(wǎng)絡擴展、萬物連接至云端、AI在邊緣側規(guī)模化、物理和虛擬空間結合、輔助駕駛規(guī)模化等。這些關鍵趨勢的出現(xiàn)離不開5G、AI、云計算等重要技術的推動。隨著各行各業(yè)數(shù)字化轉型的加速，消費者對于擁有先進連接、高性能低功耗計算、感知和智能的網(wǎng)聯(lián)終端的需求提升，對于先進技術、領先半導體產品的需求將進一步擴大。”高通公司中國區(qū)董事長孟樸向《中國電子報》記者表示。
作為全球規(guī)模最大的集成電路市場，中國集成電路產業(yè)依然在發(fā)揮市場優(yōu)勢和應用牽引作用。上半年，國內集成電路進口增長5.5%，出口增長16.4%，為提升全球集成電路供應鏈產業(yè)鏈的韌性作出貢獻。
“以全球視野謀劃科技開放合作是集成電路行業(yè)發(fā)展的主旋律。近年來，新基建等政策為中國產業(yè)帶來了巨大增量市場和合作機遇，中國企業(yè)充分利用全球資源，持續(xù)推進技術創(chuàng)新，現(xiàn)在中國已經(jīng)是全球規(guī)模最大、增速最快的集成電路市場之一。高通公司作為全球最大的無晶圓半導體企業(yè)，同時也是中國業(yè)務占公司總比超過50%的跨國半導體企業(yè)，將持續(xù)秉持開放創(chuàng)新、合作共贏的原則，攜手生態(tài)系統(tǒng)共同推動全球集成電路產業(yè)發(fā)展。”孟樸說。
面向下半年，市場需求和技術創(chuàng)新的雙重拉動，有望進一步提升國內半導體產業(yè)的發(fā)展動能。
“具體到國內，隨著疫情逐步得到控制，智能手機、智能家居等電子產品銷量將逐步回暖，芯片代工產能的良性釋放，也會有利于新的設計項目的展開。同時，伴隨存量項目需求及量產的趨緩，企業(yè)通過技術創(chuàng)新、上馬新項目和新產品來擴大營收的動力也會更強，將為下半年產業(yè)發(fā)展增添新的增長動能。”芯華章科技首席市場戰(zhàn)略官謝仲輝向《中國電子報》記者表示。
供需漸趨平衡 產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)穩(wěn)中求精
集成電路產業(yè)鏈已然經(jīng)歷了將近兩年的供不應求，其最明顯的動作就是代工廠商的一系列擴產，包括今年2月聯(lián)華電子（以下簡稱聯(lián)電）宣布新加坡建廠計劃、博世宣布德國擴建計劃，3月英特爾宣布將在德國建廠，4月鎧俠、西部數(shù)據(jù)宣布共同投資日本四日市工廠并將于秋季開始初步生產等。但消費市場需求轉弱使半導體產業(yè)的庫存水位有所上升，產業(yè)鏈的全面短缺轉為結構性短缺，供需關系有望逐漸走向平衡。臺積電CEO魏哲家在7月召開的臺積電法說會上表示，臺積電注意到半導體供應鏈正在采取行動，預計2022年下半年的庫存水位將有所下降。經(jīng)歷了兩年疫情防控驅動的“宅經(jīng)濟”需求，這種調整是合理的。臺積電預計半導體供應鏈的積壓庫存需要幾個季度的時間重新平衡，并發(fā)展到更健康的狀態(tài)。
“盡管仍存在諸多不確定性因素，但除了車規(guī)、工控、功率等芯片外的各細分市場供需關系正在走向均衡，而因缺芯導致半導體設備交付困難，由此造成產能擴張慢的‘惡性循環(huán)’也有望被打破。我們認為，設計、制造、設備和材料各產業(yè)鏈環(huán)節(jié)的動態(tài)平衡正在逐漸恢復。”彭虎表示。
受益于近兩年全球晶圓產能擴張和各國對數(shù)字基礎設施的投資，半導體設備產業(yè)展現(xiàn)出強勁的增長勢頭。SEMI最新報告稱，原始設備制造商的半導體制造設備全球總銷售額預計將在2022年達到創(chuàng)紀錄的1175億美元，首次達到1000億美元的里程碑。而國內半導體設備產業(yè)，也受益于國內近年來高于全球市場增速的半導體銷售額，迎來了更加廣闊的發(fā)展空間和新的發(fā)展契機，也面臨著更大的技術挑戰(zhàn)。
中電科電子裝備集團有限公司董事長、黨委書記景璀向《中國電子報》記者表示，在數(shù)字化轉型、新能源汽車、“雙碳”戰(zhàn)略等大背景的驅動下，本土半導體設備產業(yè)將在“十四五”時期總體呈增長態(tài)勢，呈現(xiàn)三個趨勢。
一是下游需求蓬勃發(fā)展將持續(xù)拉動設備需求。下一步，5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、智能汽車等新興領域的蓬勃發(fā)展，為集成電路的需求帶來增量空間，進而為半導體設備帶來巨大的市場。
二是單位制造所需設備數(shù)量上漲。先進制程芯片制造對工藝精度提出了更高的要求，需要采取多重圖形工藝，同樣的芯片產量所需求的設備量遠遠大于過去的成熟制程，半導體設備的需求將進一步增加。
三是由于技術難度與復雜度增加，設備的單價進一步升高。制程要求、良率要求等方面的共同作用，將促使新一代半導體設備的技術含量大幅提高，同時，極高的技術壁壘又進一步強化了產品壟斷，導致新一代半導體設備的單價遠遠高于過去。
“我們將持續(xù)突破離子注入核心技術，推進高端平坦化設備技術研發(fā)，進一步加強生產工藝與設備的融合、裝備與生產節(jié)奏的適配，確保與國內大線需求同步發(fā)展。同時，我們將聯(lián)合國內外優(yōu)勢資源，建立上游零部件、原材料企業(yè)協(xié)同發(fā)展的產業(yè)生態(tài)，帶動國內零部件企業(yè)的發(fā)展，強化供應鏈現(xiàn)代化。”景璀說。
要將市場優(yōu)勢轉化為發(fā)展動能，需要以技術產品的落地應用作為前提條件。深圳市埃芯半導體科技有限公司CEO張雪娜向《中國電子報》記者表示，國內企業(yè)推出的設備要真正地應用起來，否則無法催熟產品進行迭代升級。無論是架構還是技術創(chuàng)新要圍繞客戶的需求和問題，為客戶提供有價值的創(chuàng)新。只有在市場競爭中贏得機會，才能行穩(wěn)致遠。“通過創(chuàng)新實現(xiàn)技術差異化優(yōu)勢，解決晶圓制造客戶的實際問題，才能持續(xù)獲得市場機會，不再受困于半導體周期性發(fā)展的影響。”張雪娜說。
作為芯片產品定義和創(chuàng)新的初始環(huán)節(jié)與核心環(huán)節(jié)，芯片設計產業(yè)的定制化、差異化趨勢愈加明顯。謝仲輝表示，“系統(tǒng)+芯片+算法+軟件”協(xié)同開發(fā)的定制化芯片，決定了最終系統(tǒng)應用的競爭優(yōu)勢，因此客戶對半導體產品的定制化需求越來越強烈，系統(tǒng)應用將成為芯片設計創(chuàng)新的核心驅動力。
“我們可以看到越來越多的系統(tǒng)級公司躬身入場，通過自研芯片實現(xiàn)差異化的功能和體驗。比如特斯拉、小鵬汽車等發(fā)力自研芯片；蘋果、小米、OPPO等手機廠家下場自研芯片，甚至大疆、華為等參與智能汽車領域的芯片研發(fā)，都反映出系統(tǒng)公司對自研芯片的強烈需求。”謝仲輝說。
這種面向專用場景追求用戶體驗和場景適用性的趨勢，也對EDA等芯片設計的工具鏈的技術精度提出了更高的要求。
“所有芯片設計公司都希望通過更充分的驗證，降低投片風險與流片成本。我們希望通過EDA工具和方法學的全面進階，讓系統(tǒng)工程師和軟件工程師都參與到芯片設計中來，解決設計難、人才少、設計周期長、設計成本高企的問題，用智能化的工具和服務化的平臺縮短從芯片需求到系統(tǒng)應用創(chuàng)新的周期，降低復雜芯片的設計和驗證難度，賦能電子系統(tǒng)創(chuàng)新。”謝仲輝表示。
與芯片設計一樣引起上下游企業(yè)紛紛入局的另一個產業(yè)環(huán)節(jié)是封裝。臺積電、三星、英特爾都將先進封裝作為提升芯片性能、改善芯片能效、增強芯片架構靈活性的重要途徑，以實現(xiàn)更加豐富的代工生態(tài)和系統(tǒng)級的解決方案。
今年以來，代工和IDM主力企業(yè)繼續(xù)強化在封裝領域的布局。臺積電日本3DIC研發(fā)中心于6月舉行開幕儀式，該研究所致力于下一代三維硅堆棧和先進封裝技術的材料領域，旨在支持系統(tǒng)級創(chuàng)新，提高運算效能并整合更多功能。三星于7月宣布成立了半導體封裝工作組，以加強與大型晶圓代工廠客戶在封裝領域的合作。英特爾也在今年2月的投資者大會上公布了先進封裝路線圖，預計今年將在Sapphire Rapids和Ponte Vecchio上交付領先的封裝技術，并在Meteor Lake上試產。其2021年公布的Foveros Omni和Foveros Direct封裝技術預計2023年投產。
同樣需要注意的是，產業(yè)鏈的供需健康，以及各環(huán)節(jié)供應水平和技術能力的提升，都離不開全球暢通的分工合作模式。
“集成電路產業(yè)本質上是全球化的產業(yè)，以全球協(xié)作為基礎，包括材料、設計、制造、裝備、封測等多個環(huán)節(jié)。在過去一段時間，高通公司堅持多供應商策略，并聯(lián)合供應商在建設新設備、擴大產能方面做了大量工作，這些策略都有助于持續(xù)改善供應。”孟樸說。
技術創(chuàng)新多點開花 推動產業(yè)螺旋上升
以需求帶動技術創(chuàng)新，再以技術創(chuàng)新拓寬使用場景，形成技術、應用與需求的良性循環(huán)和螺旋上升，是一個產業(yè)健康發(fā)展的邏輯所在。面對半導體產業(yè)的周期性波動和疫情等“黑天鵝”事件，頭部半導體企業(yè)依然沒有放緩創(chuàng)新的腳步，而技術的獨特性也是引領半導體企業(yè)穿越產業(yè)周期變化的不二法門。
制程節(jié)點是集成電路制造工藝水平的直觀體現(xiàn)，其演進路線如同摩爾定律的心電圖，反映著集成電路產業(yè)乃至全球信息化進程的發(fā)展節(jié)拍。
隨著三星在6月30日宣布基于GAA（全環(huán)繞柵極）架構的3nm制程芯片啟動初步生產，先進制程正式駛入3nm，晶體管技術也逐漸成為頭部芯片制造企業(yè)的比拼焦點。三星表示，其3nm制程采用了MBCFET（多橋通道晶體管）技術，突破了FinFET性能限制，相比其5nm工藝實現(xiàn)了23%的性能提升，降低了45%的功耗并減少了16%的芯片面積。臺積電將在2nm節(jié)點采用GAA架構及納米片晶體管架構，實現(xiàn)在相同功耗下速度增快10%～15%，或在相同速度下功耗降低25%～30%，預計2025年開始生產。作為摩爾定律的提出者和捍衛(wèi)者，英特爾計劃通過全新晶體管架構RibbonFET架構將制程帶入埃米（納米的十分之一）時代。據(jù)悉，RibbonFET是英特爾研發(fā)的GAA晶體管，也是其繼2011年率先推出FINFET以來首個全新晶體管架構，預計在2024年推出。
雖然先進制程節(jié)點還在向更加微小的數(shù)字挺進，但芯片性能水平的提升，已不再單純依賴工藝的進步，設計廠商的比拼重點也越來越傾向于系統(tǒng)級別的創(chuàng)新。謝仲輝指出，服務器、AI、汽車、手機等高科技系統(tǒng)公司，通過SoC芯片和ASIC芯片的創(chuàng)新來實現(xiàn)系統(tǒng)創(chuàng)新。同時新興技術的發(fā)展也反過來促進芯片設計和EDA的發(fā)展，人工智能、機器學習、云計算等技術對芯片設計和 EDA工具本身的影響越來越大，Chiplet、異構計算等能夠提升芯片集成規(guī)模和效率的技術受到廣泛關注。
“Chiplet包含了許多EDA相關技術，包括封裝內功耗分析、散熱分析等，Chiplet芯片的設計驗證也對傳統(tǒng)EDA提出了新的要求。這種通過異構、系統(tǒng)集成的方式，也體現(xiàn)了我們從系統(tǒng)設計角度出發(fā)的理念。半導體設計產業(yè)開始不僅是通過工藝提升，而是更多考慮系統(tǒng)、架構、軟硬件協(xié)同等，以應用導向驅動芯片設計，讓用戶得到更好的體驗。” 謝仲輝表示。
架構創(chuàng)新也成為芯片設計的另一個發(fā)力點。精簡、靈活、可拓展的RISC-V，以及異構集成等不依賴制程工藝提升芯片性能的技術，將在后摩爾時代發(fā)揮更加重要的作用。
“RISC-V或將成為x86、ARM之外的又一重要架構。隨著AI技術的發(fā)展，異構架構目前已經(jīng)得到了較為廣泛的應用。存算一體（阻變存儲器等）將目前計算機存儲和運算兩大基本功能單元合二為一，理論上能夠和AI算法（神經(jīng)網(wǎng)絡）形成較好耦合。”彭虎說。
在最上游的材料環(huán)節(jié)，在遷移率、帶隙寬度等方面具有更優(yōu)能力的新材料正在進入產業(yè)界的視野。寬禁帶半導體產業(yè)化進程提速，Wolfspeed全球首條8英寸碳化硅晶圓生產線于4月啟動試產，將進一步提升碳化硅的產量并降低成本。
“可以看到，業(yè)界廣泛討論的第二、三、四代半導體，也就是GaAs、GaN、SiC、Ga2O3等材料具有寬禁帶、高導熱率、高抗輻射等優(yōu)勢，在高速、高頻、大功率等應用場景相較硅具有顯著優(yōu)勢，在5G、新能源市場逐步普及。石墨烯、碳納米管等碳基器件理論上可以較好適配柔性電子領域應用。”彭虎說。
而“一機難求”的設備產業(yè)，也在隨著工藝制程的進步提升系統(tǒng)性能。今年6月，臺積電研發(fā)資深副總經(jīng)理米玉杰在臺積電硅谷技術研討會上表示，公司將在2024年引進ASML高數(shù)值孔徑極紫外光光刻機，更高數(shù)值的孔徑意味著更小的光線入射角度，能夠用來制造尺寸更小、速度更快的芯片。
景璀表示，未來半導體設備技術發(fā)展將聚焦于三個主要趨勢：一是功能模塊和工藝集成化，設備各模組功能進行模塊標準化，盡可能實現(xiàn)工藝輸出的穩(wěn)定性和一致性，相關聯(lián)或相近工藝盡量整合在同一系統(tǒng)，有效提高整個系統(tǒng)的輸出效率；二是控制精細化，先進工藝節(jié)點越低對關鍵參數(shù)的控制要求越精細；三是系統(tǒng)智能化，設備系統(tǒng)集成智能算法，根據(jù)工藝輸出可自動對關鍵參數(shù)進行修正調節(jié)。
