「半导体产业」《全球半导体市场发展趋势白皮书》解读

2020年回归适度增长 竞争走向体系化生态化

——《全球半导体市场发展趋势白皮书》解读

　　当前，大数据、云计算、物联网、人工智能等信息产业技术快速发展，持续为半导体产业提供强劲市场需求，全球集成电路产业将迎来新一轮的发展机遇。

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　　全球半导体贸易协会（WSTS）数据显示，2018年全球半导体市场规模达到4688亿美元，同比增长13.7%。模拟芯片、微处理器、逻辑芯片和存储器市场规模分别为588亿美元、672亿美元、1093亿美元和1580亿美元。2018年全球存储器市场增速依旧领跑，达到27.4%；模拟芯片市场增速为10.7%，处理器电路市场增速为5.2%，逻辑芯片市场增速为6.9%。

　　全球半导体市场现状

　　从全球半导体市场规模与增速来看，2018年全球半导体市场规模达4688亿美元，增速达到13.7%。

　　半导体产品可分为集成电路、光电子器件、分立器件和传感器四类。其中，集成电路是半导体工业的核心。作为半导体产业主导类型，集成电路自诞生以来，带动了全球半导体产业自20世纪60年代至90年代的迅猛增长，集成电路产业发展一直呈上升趋势，但其生产和需求并不平稳。从半导体销售额同比增速来看，全球半导体行业大致以4~6年为一个"硅周期"，景气周期与宏观经济、下游应用需求以及自身产能库存等因素密切相关。

　　过去20年半导体市场经历了数次跌宕起伏，2000年的互联网泡沫破裂，导致产业有两年的调整，通过积聚能量之后直至2004年时再次跃起。此后由于12英寸硅片的导入，产业开始又一轮的产能扩充竞赛，直至2008年，全球半导体市场出现了负增长，2009年上半年更是大幅下滑了25％。随着终端电子产品市场如苹果的iPhone、iPad等兴起，并且来势十分强劲，2010年半导体业进入又一个历史性的高点。半导体市场到2016年之前一直徘徊在3000亿美元左右，到2017年突破了4000亿美元。全球半导体贸易协会数据显示，2018年全球半导体市场规模达到4688亿美元，同比增长13.7%，是2010年以来增长最快的年份之一。

　　从全球半导体细分产品市场规模来看，存储器连续两年成为最大应用领域。

　　从具体产品来看，2018年，集成电路、分立器件、光电器件和传感器这四大类产品市场规模分别为3933亿美元、241亿美元、380亿美元、134亿美元。集成电路市场规模增速回落，达到14.59%；分立器件市场规模增速小幅回落，达到11.1%；光电器件市场规模继续保持增长，增速达到9.2%；传感器市场规模大幅下降，增速仅为6.3%。

　　集成电路产品分为模拟芯片、微处理器、逻辑芯片和存储器，2018年市场规模分别为588亿美元、672亿美元、1093亿美元、1580亿美元，分别占集成电路市场份额的14.95%、17.09%、27.79%、40.17%。2018年全球存储器市场增速依旧领跑，达到27.4%；模拟芯片市场增速为10.7%，微处理器市场增速为5.2%，逻辑芯片市场增速为6.9%。

　　从全球主要国家和地区半导体市场规模来看，2018年中国半导体市场规模及增速领跑全球。从区域市场结构来看，2018年中国占比最高达到33.8%，美国、欧洲、日本、其他环太平洋区域分别占22%、9.2%、8.5%和26.5%。从增速来看，2018年中国依旧领先全球，增速达到20.5%，高于全球增速6.8个百分点。美国、欧洲、日本和其他环太平洋区域增速分别为16.4%、12.3%、9.3%和6.1%。

　　从全球半导体终端应用市场规模来看，2018年通信和计算机两大细分市场规模占比最高。

　　通信和计算机已经占据全球半导体最大用量，2018年占比分别达到32.4%和30.8%。受益于新一代通信技术的普及和应用，通信用芯片的占比从1999年的21.2%增加至2018年的32.4%。电脑的市场占有率不断被智能手机、平板电脑等新兴电子产品取代，电脑用芯片的市场占有率从1999年的50.4%下跌至2018年的30.8%。

　　随着汽车电子化程度的普及，电子化、电动化和智能化逐渐成为汽车半导体发展的趋势，使得汽车半导体占比从1999年的5.9%增加至2018年的11.5%。此外，随着全球工业4.0进程的加速，工业设备数字化、网络化、智能化程度的不断增加，工业领域对于半导体的需求日益旺盛，其占比从1999年的7.6%增加至2018年的12%。

　　全球半导体市场未来展望

　　全球半导体市场在2018年增长13.7％至4688亿美元，创历史新高。预计2019年将下降3.0％，为4545亿美元，预计到2020年将适度增长并回归。

　　预计2019年，美国，欧洲和亚太地区应用规模经过连续两年的强劲增长后将出现负增长。存储器市场规模将下降14.2％，其他产品市场增速将放缓。

　　驱动全球半导体市场未来发展的主要因素包括器件创新、技术创新、产品创新。

　　器件创新。基于近平衡态物理的半导体产业已经成熟，半导体产业技术逼近极限。尽管目前依赖于特征尺寸不断缩小的硅基CMOS技术发展遇到越来越多的挑战，但不依赖于特征尺寸的器件创新此起彼伏。特别是MEMS器件和系统级封装技术（SIP）的发展促使集成电路的"集成"涵义更为广泛。2004年石墨烯的发现，对于下一代工作速度更快、更大规模、成本更低、功耗更小的集成电路提供了最可能的路径。虽然目前利用石墨烯制备FET（场效应晶体管）还有许多困难，但从石墨烯固有的卓越本征电子属性以及近年来对石墨烯FET开发的进展程度来看，碳基集成电路可能会成为一个重要的发展趋势。

　　技术创新。与以往相比，当前硅基CMOS技术面临着许多前所未有的重大挑战。从28nm向22nm，甚至更小特征尺寸过渡时，平面MOSFET被立体的FinFET所替代。为加工更细的线宽，EUV（极紫外）光刻技术或电子束光刻技术将替代目前的193nm浸没式光刻技术。从经济生产规模出发，采用18英寸（450nm）晶圆和建设单片晶圆全自动生产线或将是新的解决方案。可以想象到5/3nm及以下特征尺寸时，半导体芯片工艺又将进入一个相对全新的时代。

　　产品创新。产品创新是推动半导体产业发展的永恒动力。即使摩尔定律趋于失效，但产品创新仍是引领半导体产业维持高速发展的主导因素。目前世界集成电路产品在经历了Tr（晶体管）、ASSP（标准通用产品）、MPU（微处理器）、ASIC（专用IC）、FPGA（现场可编程门阵列）、SoC（系统级芯片）的产品特征循环周期，目前正在向U-SoC（超系统级芯片）过渡。新一代信息技术的每一个需求都可能激发半导体新一代产品的诞生。

　　全球半导体市场发展趋势

　　全球半导体市场未来发展将呈现出以下五方面的主要趋势。

　　一是5G、AI等新兴应用成为市场增长的驱动力。随着传统PC市场进一步萎缩和移动智能终端需求的下降，5G、AI、汽车电子、IoT等新兴应用成为半导体市场新的重要增长点。5G方面，5G网络设备和终端发展将为芯片带来巨大的市场需求，业界认为2020年5G将会实现大规模商用，将带动千亿美元的半导体市场。在5G商用初期，运营商大规模开展网络建设，5G网络建设投资带来的设备制造上收入将成为5G直接经济产出的主要来源。预计2020年，网络设备和终端设备收入将超过5000亿元，大幅拉动半导体市场需求。人工智能方面，人工智能计算任务可借助GPU、FPGA、ASIC等芯片结合软件算法库实现加速，为集成电路领域带来新的市场增长空间。同时，人工智能芯片与深度学习算法和特定场景融合，为全球芯片初创企业提供新的发展机遇。

　　二是摩尔定律持续成为技术发展的关键驱动力。虽然摩尔定律在过去两年有放缓的趋势，但很多物理极限仍被不断打破和刷新，半导体产业依然沿着摩尔定律不断推进。目前最先进的量产工艺已经达到7nm、5nm，工艺产业化已取得重大突破，并有望继续推进至3nm工艺。英特尔、台积电、三星等领军企业在先进工艺方面持续推进。英特尔2018年量产10nm，2020年以后预计推出7nm。台积电和三星都宣布采用深紫外（EUV）光刻技术，台积电已经投资新建5nm生产线，2020年后将启动建设3nm制程工厂。

　　三是围绕超越摩尔定律的产品技术创新活跃。在半导体技术继续延续摩尔定律发展的同时，以新材料、新结构、新器件为特点的超越摩尔定律为半导体产业提供了新的发展方向。一方面，三维异质器件系统集成成为发展趋势，英特尔、三星、台积电等企业在三维器件制造与封装领域发展迅速。英特尔联合镁光推出革命性的3D Xpoint新技术；三星实现多层3D NAND闪存，成为存储领域的颠覆性产品；台积电的整合扇出晶圆级封装技术（InFowlp）应用于苹果公司最新的处理器中。另一方面，微电子学、计算机科学等多学科与信息技术的交叉渗透日益深入，促使新型微机电系统工艺、宽禁带半导体材料器件、二维材料与神经计算、量子信息器件等创新技术的集中涌现，拓展了半导体技术发展方向。超越摩尔产业不追求器件的尺寸，而是通过研究新原理、新工艺、新材料、新器件以及新装备加速促进处理器、存储器、模拟器件、功率器件等实现变革，推动半导体产业持续快速发展。

　　四是产业综合竞争能力向体系化、生态化演进。随着产品竞争日益加剧，产业竞争模式正在向体系化、生态化方向演进变革。一方面，围绕新兴领域生态布局的兼并重组活跃。软银收购ARM布局物联网领域，三星收购汽车电子零部件供应商哈曼公司进入汽车电子行业，英特尔收购以色列公司Mobileye打造无人驾驶领域的整体解决方案。另一方面，整机和互联网等应用企业涉足上游芯片领域成为产业发展新特征。终端企业为了维持综合竞争实力，通过使用定制化芯片产品，实现整机产品具备差异化与系统化优势。继苹果公司后，谷歌、亚马逊、Facebook、特斯拉等应用企业纷纷进入半导体领域，自研或者联合开发芯片产品。

　　五是全球主要国家和地区围绕芯片竞争态势加剧。美、欧、日、韩等半导体制造强国/地区发布相关政策，加快半导体产业的布局，进一步强化政府对产业的支撑力度，巩固先发优势和竞争地位。2016年7月，创新英国技术战略委员会成立"化合物半导体应用创新研究中心"；2016年，由韩国三星、海力士联合成立总规模超过2000亿韩元"半导体希望基金"；2017年美国发布《持续巩固美国半导体产业领导地位》报告。近期美国DARPA提出了"电子复兴计划"，计划未来5年投入超过20亿美元，组织开发用于电子设备的新材料，开发将电子设备集成到复杂电路中的新体系结构。（赛迪顾问股份有限公司 集成电路产业研究中心）