本文來自中國電子報，作者/張心怡。
2022年是全球半導體產業(yè)的景氣轉折之年，也是產業(yè)的調整蓄勢之年。面向短期的市場波動與供應需求的結構性分化，頭部企業(yè)一邊優(yōu)化產品組合，一邊面向更長的產業(yè)周期推進產能布局。與此同時，產業(yè)鏈各主要環(huán)節(jié)的創(chuàng)新步調并未放緩，摩爾定律與后摩爾技術都在2022年取得了重要進展。構建應對周期變化的能力和韌性，正在成為集成電路企業(yè)和產業(yè)的共同追求。
從高歌猛進到理性調整
面對市場的周期性變化與增長動力的轉換，半導體產業(yè)正在“承壓進行”，從過去幾年的高歌猛進進入理性調整階段。
“全球半導體市場相較前幾年的火熱增長狀態(tài)，現(xiàn)在總體上是在‘頂著壓力前行’。一是，受國際復雜形勢和疫情影響，主流半導體終端需求減少，產業(yè)鏈增長乏力；二是世界經濟整體不樂觀，半導體市場作為世界經濟的重要一環(huán)，也受到一定程度影響。”北京航空航天大學集成電路科學與工程學院副院長張悅向《中國電子報》記者表示。
當前，半導體產業(yè)的增長動能由手機為代表的智能終端走向數據中心、汽車電子、5G通信等領域。Counterpoint預測，2022年全球云服務供應商的資本支出將同比增長23%，未來三年保持雙位數的年復合增長率，成為臺積電以及其高性能計算客戶對于先進制程的信心之源。AI、元宇宙、自動駕駛加速了大型數據中心的成長，其中AI加速芯片的市場需求有望在未來幾年保持超過30%的年復合增長率。
這一轉變也可以從頭部企業(yè)的營收結構變化看出端倪。今年第一季度，高性能計算超越智能手機成為臺積電營收占比最高的技術平臺，兩者的占比差距在第二季度進一步擴大至5%。
“與4G相比，5G智能手機持續(xù)帶動半導體內容（含硅量）增加；如今汽車應用中半導體內容的數量也在持續(xù)增長。5G、HPC高性能計算等對于計算需求的海量結構性增長，持續(xù)帶動對于性能和能效的需求，從而提升對于先進技術的使用需求。”臺積電相關發(fā)言人表示。
除了市場需求的量化提升，數據中心、自動駕駛等新新型數字化產業(yè)也對半導體的“質”提出了更高要求，帶動大算力、高功率芯片的增長。
“數據中心、汽車電子、人工智能、工業(yè)控制等新型數字化信息技術應用，成為促進半導體產業(yè)發(fā)展的增長點，與之對應的高功率半導體器件、高算力計算芯片等都在逆境中保持良好增長態(tài)勢。未來，像存算一體化、量子技術、先進封裝等‘后摩爾時代’新興領域也可能成為新的增長亮點。”張悅說。
雖然各種外部環(huán)境因素對半導體產業(yè)造成影響，但經濟社會對于更高生產效率和更便捷生活方式的需求不會改變，而這些需求的滿足有賴于IT的發(fā)展，也將成為半導體長期發(fā)展的結構性主線。
“盡管面臨挑戰(zhàn)和不確定因素，但在各種智能應用創(chuàng)新驅動下，產業(yè)仍將持續(xù)成長，全球半導體銷售額今年有機會超過6000億美元，長期預測在2030年將實現(xiàn)一萬億美元的銷售額。由于經濟減緩及產業(yè)周期的原因，2023年預計是負增長，但隨著數據中心、汽車和工業(yè)應用對半導體需求強勁，增長將在未來幾年反彈。”SEMI全球副總裁、中國區(qū)總裁居龍告訴《中國電子報》記者。
優(yōu)化產能籌謀長期機會
半導體產業(yè)正在經歷雙重疊加周期。一方面，傳統(tǒng)消費電子驅動的MCU、電源芯片等產品進入去庫存階段。另一方面，新能源、汽車電子的需求較為旺盛，高端汽車芯片仍存在部分產能缺口。以英特爾為例，其包含PC芯片的客戶計算事業(yè)群在今年第三季度營收同比下滑了17%，而旗下自動駕駛芯片廠商Mobileye在該季的營收同比增長38%，展現(xiàn)出逆勢上揚的勢頭。以英特爾為例，其包含PC芯片的客戶計算事業(yè)群在今年第三季度營收同比下滑了17%，而旗下自動駕駛芯片廠商Mobileye在該季的營收同比增長38%，展現(xiàn)出逆勢上揚的勢頭。
在這種趨勢下，頭部廠商一邊調整庫存優(yōu)化產能組合，一邊推動面向長期結構性增長機遇的產能布局。
如聯(lián)電10月26日公布的第三季度財報顯示，受益于產品組合的優(yōu)化和近乎滿載的產能，該季度營收同比增長34.9%。聯(lián)電聯(lián)合總裁Jason Wang表示，雖然終端市場疲態(tài)顯現(xiàn)，但無線通信推動了22/28nm需求的進一步增長，提升了晶圓的平均價格，汽車業(yè)務也顯現(xiàn)出持續(xù)的增長動力。盡管聯(lián)電下修了2022年的資本支出，但在臺南和新加坡的一些地區(qū)的產能擴張仍在按照計劃推進，以滿足長期的供應需求。長電科技第三季度實現(xiàn)營業(yè)收入91.8億元，創(chuàng)同期新高。長電科技首席執(zhí)行長鄭力表示，前三季度長電科技高密度系統(tǒng)級封裝技術和扇出型晶圓級封裝技術的營收和利潤貢獻同比取得顯著增長，反映出半導體異構集成封裝在計算機領域和新能源汽車、智能汽車等領域的大規(guī)模應用取得突破性進展。長電科技將進一步加大在相關技術和市場的資源投入。
雖然芯片產業(yè)整體走向庫存調整期，前兩年的芯片短缺和疫情對全球物流的干擾，使全球主要經濟體對半導體供應鏈的穩(wěn)定和韌性倍加重視，也直接影響到頭部廠商的產能部署。
“據SEMI統(tǒng)計，相較于2018-2020年的63座新廠動工新建，2021-2023年全球將新建66座新廠。這兩個時段中，歐美地區(qū)新廠的比例由16%(10座），提升至35%(23座），亞洲地區(qū)則從84%下降到65%。各國都推出振興半導體產業(yè)供應鏈發(fā)展的政策，啟動新一輪全球供應鏈重整，體現(xiàn)了半導體產業(yè)戰(zhàn)略性的價值。”居龍指出。
不難看出，提升半導體供應鏈韌性成為當前全球主要經濟體的共同訴求。經過半個多世紀的發(fā)展，集成電路已經成為全球化程度最高的產業(yè)之一，構建了分工明確、高度專業(yè)，基于世界各國分工合作的產業(yè)體系。構建富有韌性的半導體供應鏈，尤其離不開暢通高效、互利共贏的全球產業(yè)鏈供應鏈體系。中國作為全球規(guī)模最大、增速最快的集成電路市場之一，持續(xù)融入全球產業(yè)鏈、供應鏈的茁壯成長，并為國內外集成電路企業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供了廣闊的應用平臺。
半導體設備廠商Lam Research（泛林）在當地時間10月19日發(fā)布的季度財報中指出，中國市場是泛林半導體最大的營收來源，營收占比達到30%。在聯(lián)電的第三季度財報中，亞太市場是其最大的營收來源，占比超過60%。
“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。”高通公司中國區(qū)董事長孟樸向《中國電子報》表示。
后摩爾技術探索繼續(xù)深入
市場景氣的反復，并沒有拖慢產業(yè)創(chuàng)新的腳步。
2022年，先進制程繼續(xù)前行，3nm制程工藝開啟量產，2nm乃至1nm的量產規(guī)劃陸續(xù)出爐。與此同時，系統(tǒng)級芯片設計、先進封裝等不依賴制程節(jié)點提升芯片性能的技術路徑持續(xù)進階，業(yè)界對后摩爾技術探索繼續(xù)深入。
在制造領域，三星于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，先進制程正式進入3nm時代。對于后續(xù)制程的規(guī)劃，三星電子代工業(yè)務總裁Si-young Choi表示，三星將在2025年實現(xiàn)2nm制程的規(guī)?；慨a，2027年實現(xiàn)1.4nm規(guī)模量產。這也意味著2025年或將成為三星和臺積電2nm制程正面交鋒的時間點。信息顯示，臺積電將在2nm節(jié)點引入GAA架構，預計2024年下半年進入風險性試產，2025年進入量產。在面向GAA架構的晶體管技術方面，三星在3nm制程采用了MBCFET（多橋通道晶體管）技術，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。臺積電推出了nanosheet技術，其N2制程較臺積電加強版的3nm制程可實現(xiàn)同等功耗下10%~15%的速度提升，同等速度下23%~30%的功耗下降。
隨著制程節(jié)點繼續(xù)下探的成本越來越高，系統(tǒng)級芯片設計需求與創(chuàng)新全面崛起?？焓钟?月宣布自研云端智能視頻處理SoC芯片SL200流片成功，進入內測階段。10月13日，大眾汽車集團旗下軟件公司CARIAD宣布與自動駕駛芯片供應商地平線成立合資企業(yè)并控股，雙方合作，將在單顆芯片上集成多種功能，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性并降低能耗。10月22日，長城汽車公告稱，將與長城汽車董事長魏建軍、穩(wěn)晟科技(天津)有限公司出資合作伙伴設立芯動半導體科技有限公司，經營范圍包括集成電路設計、集成電路制造等。
“芯片設計正在由設計更快、更小的芯片轉變?yōu)樵O計更符合系統(tǒng)應用創(chuàng)新需求的芯片。做好一顆芯片的設計，不再是簡單增加功能或提高工藝，而是做好應用系統(tǒng)和軟硬協(xié)同等系統(tǒng)級的優(yōu)化創(chuàng)新。蘋果、特斯拉、華為等高科技系統(tǒng)公司，都在通過SoC芯片和ASIC芯片的創(chuàng)新來實現(xiàn)系統(tǒng)創(chuàng)新。”芯華章科技首席市場戰(zhàn)略官謝仲輝向《中國電子報》指出。
芯片系統(tǒng)復雜性的上升，使EDA工具的重要性越來越受到業(yè)界的關注。今年以來，華大九天、廣立微等國內EDA企業(yè)接連上市。與此同時，AI、云計算等技術被用于提升EDA仿真、調試、驗證效率，智能化、云原生成為EDA的新潮流。
“復雜的系統(tǒng)級芯片和高投入的先進工藝，使半導體設計產業(yè)對驗證的要求越來越高。然而，在架構、模塊設計、綜合、系統(tǒng)集成、軟件開發(fā)、物理設計等開發(fā)周期的各個階段，都有出現(xiàn)誤差的可能。驗證成為芯片研發(fā)中工作量占據過半的環(huán)節(jié)。”謝仲輝說。面向驗證對于芯片開發(fā)效率的制約，芯華章提出“敏捷驗證”，基于自動和智能的快速迭代、提早進行系統(tǒng)級驗證、統(tǒng)一的數據庫和調試手段三個技術方向，提高驗證效率，降低芯片開發(fā)的成本、風險和難度。
先進封裝作為后摩爾時代提升系統(tǒng)性能的重要路徑，不僅在技術上有了進一步的提升，也在生態(tài)和標準上取得重要進展。今年3月，英特爾攜手日月光半導體、AMD、Arm等企業(yè)成立了UCIe（通用芯粒高速互連）聯(lián)盟。由英特爾開發(fā)并作為開放規(guī)范的UCIe標準定義了Chiplet之間的互連，以實現(xiàn)封裝層級的開放芯粒生態(tài)系統(tǒng)和普遍的互連。在先進封測技術領域，長電科技實現(xiàn)4nm工藝制程手機芯片的封裝，通富微電5nm產品已完成研發(fā)并逐步量產。與此同時，頭部代工廠商持續(xù)推進晶圓級封裝技術布局，臺積電相關發(fā)言人向記者表示，臺積電在竹南擁有第一座3DFabric的自動化工廠，將先進測試、TSMC-SoIC、InFO及CoWoS運作整合在一起。臺積將在2022年下半年開始進行TSMC-SoIC的生產，并將在2023年開始3DFabric的全面運作。
“3D封裝將向著更高I/O密度的方向發(fā)展，其中混合鍵合技術最為關鍵，可獲得更高的響應速度、帶寬密度和能源效率。在3D封裝領域，臺積電在硅通孔和扇出高端先進封裝技術取得了較大的技術領先優(yōu)勢。在中國，隨著技術的積累和資本的助力，目前已經涌現(xiàn)出一批具有成長性的企業(yè)，比如長電科技、通富微電、華天科技、盛合晶微和云天半導體等。”廈門大學微電子與集成電路系教授主任于大全向《中國電子報》表示。
