全球半导体市场趋势解读!中美之间差距究竟有多大?

IC007 2019-5-26 24小时 118 0 0

全球半导体市场趋势解读!中美之间差距究竟有多大?


文︱中时电子报

图︱网络



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。



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%。


全球半导体市场趋势解读!中美之间差距究竟有多大?




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。



全球主要国家和地区半导体产业发展概况



美国:在全球市场中占据举足轻重地位



自1959年美国人基尔比和诺伊斯发明了第一块集成电路以来,美国半导体产业在全球一直处于领导地位。尽管在20世纪80年代,面对全球半导体产业技术转移趋势和日本半导体企业的竞争,美国半导体厂商丧失了部分市场份额。但随着美国半导体产业由工艺为主转向设计为主的重大结构调整,以英特尔为代表的一些企业,主动放弃存储器市场,开始大力发展微处理器,促使美国重新夺回世界半导体霸主地位。


半导体产业为美国带来了持续且稳定的经济利益,并为美国创造了超过100万个就业岗位。另外,从美国和全球半导体市场规模的对比中可以看出,美国半导体产业在全球市场中占据举足轻重的地位,其产业运行状况直接表现为全球半导体市场的“晴雨表”,全面影响全球半导体市场形势。美国半导体产业除了产业规模优势之外,在企业竞争力方面同样具有霸主地位。


欧洲:在特定领域形成市场和技术优势


自1987年以来,欧洲“三巨头”几乎从未跌出过全球半导体企业20强。其间,荷兰飞利浦半导体和德国西门子半导体分别脱离了原有公司独立发展成为了恩智浦(NXP)和英飞凌(Infineon),意法半导体集团(SGS-Thomson)也更名成为了意法半导体有限公司(ST)。在过去近30年中,欧洲半导体产业依托欧洲在机械工程和汽车工业上的传统优势,欧洲半导体厂商进行了一系列的战略调整和对部分业务的主动放弃,进而聚焦于细分市场并且在特定领域形成巨大的市场和技术优势。此外,设备巨头ASML和ASM,以及IP巨头ARM也均是欧洲半导体产业中的重要成员。


欧洲是全球半导体产业的重要组成部分,2018年,欧洲半导体销售金额达到430亿美元,较2017年的383亿美元增长12.1%。2018年欧洲强劲增长的主要驱动力是存储器、逻辑芯片、模拟芯片和分立器件等的快速增长。


日本:产品和细分市场呈现稳定增长态势


20世纪80年代,日本半导体一度超过美国,在全球半导体市场份额占比第一。随着全球半导体市场的增长趋势,2018年日本半导体市场规模时隔6年再次突破400亿美元,增速达到9.3%,连续3年保持增长。


产品和细分市场呈现稳定的增长的态势。得益于消费电子和汽车领域需求旺盛,存储芯片增长最快,达到创纪录的40.3%;MPU芯片增长次之,达到21.4%。得益于汽车和工业的巨大需求,MOSDRAM增速达到19.5%。


韩国:逐渐缩小与先进国家差距


20世纪80年代,在韩国政府的支持下,三星、LG、现代(2001年分离出为海力士)、大宇(1997年亚洲金融危机中破产)四大财阀开始进军半导体产业。韩国抓住PC时代与移动通信时代高速发展期对存储器的巨大需求缺口,推动成立类似日本VLSI的国家项目研究组,通过技术引进-模仿-创新完成学习过程,逐渐缩小与先进国家的差距。


2018年,韩国市场规模达到1147亿美元,同比增长24.3%。市场主要由存储器产品主导,其价值达到1016亿美元。2018年韩国市场销量主要由大数据、高端手机和高容量内存推动。


中国:持续保持快速发展势头


在政策支持、高额投资、工程师红利、国内需求快速增长等一系列有利因素的促进下,中国半导体产业持续保持快速发展势头。在部分细分领域,如智能卡芯片、通信芯片、移动智能终端芯片设计等方面,中国企业的产品技术和质量能够比肩世界先进水平。但在高端通用芯片领域,如CPU、DSP、FPGA、存储器、模拟芯片等,中国企业在研发、设计和制造方面与全球领军企业还存在较大差距。


2018年,中国半导体销售额达到2422亿美元,较2017年的2124亿美元增长14.0%。在终端领域,2018年中国市场强劲增长的主要驱动力是网络通信,占总份额的31.3%,其次是计算机,占比27%。2017年到2018年,所有主要终端应用领域实现了同比增长,增速都在11%~15%之间。




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