2022半导体产业整装前行：构建应对周期变化的能力和韧性

发布于：2022/11/17 9:50:05 | 11108 次阅读

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2022年是全球半导体产业的景气转折之年，也是产业的调整蓄势之年。面向短期的市场波动与供应需求的结构性分化，头部企业一边优化产品组合，一边面向更长的产业周期推进产能布局。与此同时，产业链各主要环节的创新步调并未放缓，摩尔定律与后摩尔技术都在2022年取得了重要进展。构建应对周期变化的能力和韧性，正在成为集成电路企业和产业的共同追求。
从高歌猛进到理性调整
面对市场的周期性变化与增长动力的转换，半导体产业正在“承压进行”，从过去几年的高歌猛进进入理性调整阶段。
“全球半导体市场相较前几年的火热增长状态，现在总体上是在‘顶着压力前行’。一是，受国际复杂形势和疫情影响，主流半导体终端需求减少，产业链增长乏力；二是世界经济整体不乐观，半导体市场作为世界经济的重要一环，也受到一定程度影响。”北京航空航天大学集成电路科学与工程学院副院长张悦向《中国电子报》记者表示。
当前，半导体产业的增长动能由手机为代表的智能终端走向数据中心、汽车电子、5G通信等领域。Counterpoint预测，2022年全球云服务供应商的资本支出将同比增长23%，未来三年保持双位数的年复合增长率，成为台积电以及其高性能计算客户对于先进制程的信心之源。AI、元宇宙、自动驾驶加速了大型数据中心的成长，其中AI加速芯片的市场需求有望在未来几年保持超过30%的年复合增长率。
这一转变也可以从头部企业的营收结构变化看出端倪。今年第一季度，高性能计算超越智能手机成为台积电营收占比最高的技术平台，两者的占比差距在第二季度进一步扩大至5%。
“与4G相比，5G智能手机持续带动半导体内容（含硅量）增加；如今汽车应用中半导体内容的数量也在持续增长。5G、HPC高性能计算等对于计算需求的海量结构性增长，持续带动对于性能和能效的需求，从而提升对于先进技术的使用需求。”台积电相关发言人表示。
除了市场需求的量化提升，数据中心、自动驾驶等新新型数字化产业也对半导体的“质”提出了更高要求，带动大算力、高功率芯片的增长。
“数据中心、汽车电子、人工智能、工业控制等新型数字化信息技术应用，成为促进半导体产业发展的增长点，与之对应的高功率半导体器件、高算力计算芯片等都在逆境中保持良好增长态势。未来，像存算一体化、量子技术、先进封装等‘后摩尔时代’新兴领域也可能成为新的增长亮点。”张悦说。
虽然各种外部环境因素对半导体产业造成影响，但经济社会对于更高生产效率和更便捷生活方式的需求不会改变，而这些需求的满足有赖于IT的发展，也将成为半导体长期发展的结构性主线。
“尽管面临挑战和不确定因素，但在各种智能应用创新驱动下，产业仍将持续成长，全球半导体销售额今年有机会超过6000亿美元，长期预测在2030年将实现一万亿美元的销售额。由于经济减缓及产业周期的原因，2023年预计是负增长，但随着数据中心、汽车和工业应用对半导体需求强劲，增长将在未来几年反弹。”SEMI全球副总裁、中国区总裁居龙告诉《中国电子报》记者。
优化产能筹谋长期机会
半导体产业正在经历双重叠加周期。一方面，传统消费电子驱动的MCU、电源芯片等产品进入去库存阶段。另一方面，新能源、汽车电子的需求较为旺盛，高端汽车芯片仍存在部分产能缺口。以英特尔为例，其包含PC芯片的客户计算事业群在今年第三季度营收同比下滑了17%，而旗下自动驾驶芯片厂商Mobileye在该季的营收同比增长38%，展现出逆势上扬的势头。以英特尔为例，其包含PC芯片的客户计算事业群在今年第三季度营收同比下滑了17%，而旗下自动驾驶芯片厂商Mobileye在该季的营收同比增长38%，展现出逆势上扬的势头。
在这种趋势下，头部厂商一边调整库存优化产能组合，一边推动面向长期结构性增长机遇的产能布局。
如联电10月26日公布的第三季度财报显示，受益于产品组合的优化和近乎满载的产能，该季度营收同比增长34.9%。联电联合总裁Jason Wang表示，虽然终端市场疲态显现，但无线通信推动了22/28nm需求的进一步增长，提升了晶圆的平均价格，汽车业务也显现出持续的增长动力。尽管联电下修了2022年的资本支出，但在台南和新加坡的一些地区的产能扩张仍在按照计划推进，以满足长期的供应需求。长电科技第三季度实现营业收入91.8亿元，创同期新高。长电科技首席执行长郑力表示，前三季度长电科技高密度系统级封装技术和扇出型晶圆级封装技术的营收和利润贡献同比取得显著增长，反映出半导体异构集成封装在计算机领域和新能源汽车、智能汽车等领域的大规模应用取得突破性进展。长电科技将进一步加大在相关技术和市场的资源投入。
虽然芯片产业整体走向库存调整期，前两年的芯片短缺和疫情对全球物流的干扰，使全球主要经济体对半导体供应链的稳定和韧性倍加重视，也直接影响到头部厂商的产能部署。
“据SEMI统计，相较于2018-2020年的63座新厂动工新建，2021-2023年全球将新建66座新厂。这两个时段中，欧美地区新厂的比例由16%(10座），提升至35%(23座），亚洲地区则从84%下降到65%。各国都推出振兴半导体产业供应链发展的政策，启动新一轮全球供应链重整，体现了半导体产业战略性的价值。”居龙指出。
不难看出，提升半导体供应链韧性成为当前全球主要经济体的共同诉求。经过半个多世纪的发展，集成电路已经成为全球化程度最高的产业之一，构建了分工明确、高度专业，基于世界各国分工合作的产业体系。构建富有韧性的半导体供应链，尤其离不开畅通高效、互利共赢的全球产业链供应链体系。中国作为全球规模最大、增速最快的集成电路市场之一，持续融入全球产业链、供应链的茁壮成长，并为国内外集成电路企业的创新发展提供了广阔的应用平台。
半导体设备厂商Lam Research（泛林）在当地时间10月19日发布的季度财报中指出，中国市场是泛林半导体最大的营收来源，营收占比达到30%。在联电的第三季度财报中，亚太市场是其最大的营收来源，占比超过60%。
“以全球视野谋划科技开放合作是集成电路行业发展的主旋律。近年来，新基建等政策为中国产业带来了巨大增量市场和合作机遇，中国企业充分利用全球资源，持续推进技术创新，现在中国已经是全球规模最大、增速最快的集成电路市场之一。高通公司作为全球最大的无晶圆半导体企业，同时也是中国业务占公司总比超过50%的跨国半导体企业，将持续秉持开放创新、合作共赢的原则，携手生态系统共同推动全球集成电路产业发展。”高通公司中国区董事长孟樸向《中国电子报》表示。
后摩尔技术探索继续深入
市场景气的反复，并没有拖慢产业创新的脚步。
2022年，先进制程继续前行，3nm制程工艺开启量产，2nm乃至1nm的量产规划陆续出炉。与此同时，系统级芯片设计、先进封装等不依赖制程节点提升芯片性能的技术路径持续进阶，业界对后摩尔技术探索继续深入。
在制造领域，三星于6月30日宣布基于GAA(全环绕栅极）架构的3nm制程芯片启动初步生产，先进制程正式进入3nm时代。对于后续制程的规划，三星电子代工业务总裁Si-young Choi表示，三星将在2025年实现2nm制程的规模化量产，2027年实现1.4nm规模量产。这也意味着2025年或将成为三星和台积电2nm制程正面交锋的时间点。信息显示，台积电将在2nm节点引入GAA架构，预计2024年下半年进入风险性试产，2025年进入量产。在面向GAA架构的晶体管技术方面，三星在3nm制程采用了MBCFET（多桥通道晶体管）技术，相比其5nm工艺实现了23%的性能提升，降低了45%的功耗并减少了16%的芯片面积。台积电推出了nanosheet技术，其N2制程较台积电加强版的3nm制程可实现同等功耗下10%~15%的速度提升，同等速度下23%~30%的功耗下降。
随着制程节点继续下探的成本越来越高，系统级芯片设计需求与创新全面崛起。快手于8月宣布自研云端智能视频处理SoC芯片SL200流片成功，进入内测阶段。10月13日，大众汽车集团旗下软件公司CARIAD宣布与自动驾驶芯片供应商地平线成立合资企业并控股，双方合作，将在单颗芯片上集成多种功能，提高系统稳定性并降低能耗。10月22日，长城汽车公告称，将与长城汽车董事长魏建军、稳晟科技(天津)有限公司出资合作伙伴设立芯动半导体科技有限公司，经营范围包括集成电路设计、集成电路制造等。
“芯片设计正在由设计更快、更小的芯片转变为设计更符合系统应用创新需求的芯片。做好一颗芯片的设计，不再是简单增加功能或提高工艺，而是做好应用系统和软硬协同等系统级的优化创新。苹果、特斯拉、华为等高科技系统公司，都在通过SoC芯片和ASIC芯片的创新来实现系统创新。”芯华章科技首席市场战略官谢仲辉向《中国电子报》指出。
芯片系统复杂性的上升，使EDA工具的重要性越来越受到业界的关注。今年以来，华大九天、广立微等国内EDA企业接连上市。与此同时，AI、云计算等技术被用于提升EDA仿真、调试、验证效率，智能化、云原生成为EDA的新潮流。
“复杂的系统级芯片和高投入的先进工艺，使半导体设计产业对验证的要求越来越高。然而，在架构、模块设计、综合、系统集成、软件开发、物理设计等开发周期的各个阶段，都有出现误差的可能。验证成为芯片研发中工作量占据过半的环节。”谢仲辉说。面向验证对于芯片开发效率的制约，芯华章提出“敏捷验证”，基于自动和智能的快速迭代、提早进行系统级验证、统一的数据库和调试手段三个技术方向，提高验证效率，降低芯片开发的成本、风险和难度。
先进封装作为后摩尔时代提升系统性能的重要路径，不仅在技术上有了进一步的提升，也在生态和标准上取得重要进展。今年3月，英特尔携手日月光半导体、AMD、Arm等企业成立了UCIe（通用芯粒高速互连）联盟。由英特尔开发并作为开放规范的UCIe标准定义了Chiplet之间的互连，以实现封装层级的开放芯粒生态系统和普遍的互连。在先进封测技术领域，长电科技实现4nm工艺制程手机芯片的封装，通富微电5nm产品已完成研发并逐步量产。与此同时，头部代工厂商持续推进晶圆级封装技术布局，台积电相关发言人向记者表示，台积电在竹南拥有第一座3DFabric的自动化工厂，将先进测试、TSMC-SoIC、InFO及CoWoS运作整合在一起。台积将在2022年下半年开始进行TSMC-SoIC的生产，并将在2023年开始3DFabric的全面运作。
“3D封装将向着更高I/O密度的方向发展，其中混合键合技术最为关键，可获得更高的响应速度、带宽密度和能源效率。在3D封装领域，台积电在硅通孔和扇出高端先进封装技术取得了较大的技术领先优势。在中国，随着技术的积累和资本的助力，目前已经涌现出一批具有成长性的企业，比如长电科技、通富微电、华天科技、盛合晶微和云天半导体等。”厦门大学微电子与集成电路系教授主任于大全向《中国电子报》表示。

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