半導体は、今日の情報技術産業の急速な発展の基盤であり、原動力となっています。経済社会の様々な分野に深く浸透し、統合されており、その技術水準と発展規模は、国の産業競争力と総合的な国力を測る重要な指標の一つとなっています。

In 2020, due to the impact of the COVID-19 epidemic, the global economy has experienced a recession, but the global semiconductor market has achieved growth against the trend, driven by needs such as home working and learning, and remote meetings. In 2020, the global semiconductor market reached US$440 billion, a year-on-year increase of 6.8%. Semiconductor products represented by memory and special-purpose chips have begun to enter a boom cycle; China's integrated circuit market demand continues to be strong, with annual integrated circuit market sales increasing to 1,633.97 billion yuan, a year-on-year increase of 8.26%. The market size is expected to grow further in 2021.

A “spiral upward” development model

世界の半導体市場の発展は「螺旋状に上昇」するモデルを示しており、減速または後退の後、再び力強い回復を経験するだろう。2000年にはインターネットバブルが崩壊し、半導体業界は2年間の調整期間を経た。その後、エネルギーの蓄積と12インチシリコンウェハーの導入により、半導体市場は急速に発展した。2008年第4四半期に発生した世界金融危機により、半導体市場は短期間の調整期間に入った。

Since 2010, the rise of mobile terminals such as iPhone and iPad has ushered in the era of mobile Internet, and the growth rate of the semiconductor market has reached a historical high. With the explosion of the memory market, the global semiconductor market exceeded US$400 billion in 2017. In the second half of 2018, the global semiconductor market entered a period of adjustment again. In 2019, due to the slowdown in demand growth for solid-state storage, smartphones, and PCs, high product inventories, and decline in global semiconductor demand, the memory market price declined. Coupled with the increased uncertainty caused by global trade frictions, the global semiconductor market shrank significantly in 2019, with a decline of 12.0%. This is also the largest decline in the global semiconductor market in the past 15 years.

2020年、新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の流行の影響にもかかわらず、世界の半導体市場は力強く回復し、市場規模は前年比6.8%増の440億米ドルに達した。メモリや特殊用途チップに代表される半導体製品は、好況期に入った。業界全体では、ロジックチップ（11.1%）が最も成長率が高く、次いでセンサー（10.7%）、メモリ（10.4%）となっている。

From the perspective of regional structure, China has become the world's largest semiconductor consumer market for many consecutive years. In 2020, China's market share reached a maximum of 34.4%. The shares of the United States, Europe, Japan and other markets are 21.7%, 8.5%, 8.3% and 27.1% respectively. Among them, the US market achieved a strong growth of 21.3%, the Asia-Pacific market achieved a growth of 5.1%, the Japanese market achieved a weak growth of 1.3%, and the European market decreased by 5.8%. The reason for the strong growth of the U.S. market is that the U.S. market experienced the largest decline in 2019, with a drop of 23.7%, which was 11.7 percentage points higher than the world; Japan also fell by 10.0%; Europe, China and other regions fell by 7.4%, 9.3% and 8.8% respectively.

Affected by the epidemic, applications such as office and remote teaching exploded rapidly, driving the rapid recovery of communications and computer products in the downstream market. In 2020, communications and computers still account for the largest usage of semiconductors in the world, with market shares reaching 33.5% and 29.1% respectively. Benefiting from the popularity of 4G and 5G applications, the communication chip market share increased from 22.2% in 2010 to 33.5% in 2020. At the same time, the market share of PCs continues to be surpassed by emerging electronic products such as smartphones and tablets, with the market share falling from 40.9% in 2010 to 29.1% in 2019.

Market competition is becoming increasingly fierce

世界の半導体市場にとって、2020年は注目すべき年となった。IBMが開発した新しい2nmチップは特に注目を集めている。このチップは、GAAトランジスタと呼ばれるナノシート積層型トランジスタを用いて構築されている。現在の最先端7nmチップと比較すると、性能は45%向上し、エネルギー消費量は75%削減されるという。IBMによると、2nm技術を用いることで、爪ほどの大きさのチップに最大50億個のトランジスタを搭載できるとのことだ。

半導体企業の収益状況も業界の注目を集めている。2020年の世界半導体企業トップ10のうち、6社は米国企業である。総収益で見ると、米国企業6社がトップ10企業全体の59.2%を占め、韓国企業2社がトップ10企業全体の32.4%を占めている。

産業チェーンの観点から見ると、2020年の世界の半導体企業トップ10のうち、IDM企業は6社で、総売上高は1,970億9,000万米ドル、トップ10企業の総売上高の78.3%を占めています。また、設計企業は4社で、総売上高は547億米ドル、トップ10企業の総売上高の21.7%を占めています。

2020年、インテルは半導体企業の中で売上高で世界をリードし続けました。今年の売上高で、インテルは半導体売上高702億4400万米ドル（前年比3.7%増）を記録し、世界最大の半導体サプライヤーとしての地位を維持しました。これは、中核事業であるクライアントおよびサーバーCPU事業の成長によるものです。2020年の世界の半導体企業トップ10の中で、前年比で最も大きな伸びを示したのはMediaTekで、次いでNvidiaとQualcommが続きました。テキサス・インスツルメンツは、唯一売上高が減少した企業でした。

今年の世界の半導体研究開発費を見ると、上位10社の半導体企業の研究開発投資額は11％増加し、総額43.5億ドルに達し、業界全体の64％を占めた。これは、大手企業による市場集中がさらに進み、市場競争が激化していることを示している。

2020年下半期には、世界の半導体分野で5件の大型M&Aと10件以上の小規模M&Aが発生し、総額は過去最高の1,180億米ドルに達した。これにより、2020年は半導体M&A史上最大の取引額を記録した年となった。しかし、上記のM&Aはまだ全ての取引と承認プロセスを完了していない。世界の半導体業界におけるM&A件数の急増は、主に様々な分野の巨大メーカー間の強力な提携によるものである。

以前、アナログチップメーカーのADIは、アナログ信号/ハイブリッド企業のMaxim Integrated Productsを210億ドルで買収すると発表しました。グラフィックカード大手のNvidiaは、2020年9月にプロセッサアーキテクチャプロトコルサプライヤーのArmを400億ドルで買収すると発表しました。これ以前は、Armは日本のソフトバンクが支配していました。さらに、米国のIntelは、中国で操業しているNANDフラッシュメモリ事業と300mmウェハー工場を韓国のSK Hynixに90億ドルで売却すると発表しました。米国のAMDは、2020年10月29日にFPGAサプライヤーのXilinxを約350億ドルで買収すると発表しました。この取引は2021年末までに完了する見込みです。同日、Marvell Electronicsは、シリコンバレーのICサプライヤーであるInphiを現金と株式で100億ドルで買収すると発表しました。この取引も2021年下半期に完了する予定です。上記取引はまだ完了しておらず、関係規制当局による審査中です。

ポスト・ムーア時代の破壊的技術

ヘテロジニアス集積は、ポストムーア時代の代表的な開発技術です。この技術はパッケージング分野に応用されています。需要が満たされれば、チップレット技術を用いてチップ機能を迅速かつ効率的に実現できます。この技術には、設計の難易度が低く、製造が容易で、コストが低いという利点もあります。

この方向性により、チップ開発は、消費電力の削減と性能向上を盲目的に追求する段階から、より現実的に市場のニーズに応える段階へと移行することが可能になった。多くの企業が「コア粒子」の開発計画を進めている。例えば、インテルはロジックチップとメモリチップを3DパッケージングできるFoveros技術を発表し、TSMCはウェハ間接合を実現できるマルチチップスタッキングSoIC技術を発表した。同時に、この技術はムーアの法則後の時代における中国半導体産業の重要な開発技術でもある。

RISC-VアーキテクチャのMCUは、MCU市場の構造に変化をもたらすでしょう。RISC-Vは、標準的な緩やかなBSDライセンスに基づいており、設計したCPUを自由に利用したり、独自の拡張命令セットを開発・追加したり、公開、商用販売、他のライセンス契約の置き換え、あるいは完全にクローズドソースとして利用するなど、自由に選択できます。RISC-Vは現在、AIoTに最も適しており、ARMアーキテクチャプロセッサと競合し、中国でRISC-Vエコシステムを形成することが期待されています。MCUはRISC-Vの最適な応用分野の一つです。オープンソース、低消費電力、低コストといった利点を持つRISC-VアーキテクチャのMCUは、ARMアーキテクチャのMCUに影響を与え、市場に新たな変化をもたらすでしょう。

フォトニックチップは、チップ開発の新たな方向性となる可能性を秘めている。フォトニックチップとは、光信号を用いてデータの取得、伝送、計算、保存、表示を行うチップである。現在、フォトニックチップは光通信、特にデータセンターインフラの構築に利用されている。シリコンフォトニクスは、CMOSデバイスの低コスト、スケーラビリティ、製造・組み立ての容易さといった利点を活かし、光コンポーネントをシリコンチップ上に集積する技術である。電子駆動の集積回路と比較して、フォトニックチップは超高速かつ超低消費電力という特徴を持つ。理論的には、フォトニックチップの規模は調整可能であり、光の特性は高密度並列コンピューティングを含む線形コンピューティングに本質的に適している。AIの急速な発展に伴い、フォトニックチップの行列乗算効果は既存の電子チップの数百倍、数千倍にも達する可能性があり、学術界と産業界はフォトニックコンピューティングがもたらす可能性を積極的に探求している。

Affected by the "carbon neutrality" trend, the third-generation semiconductor industry, which can improve energy conversion efficiency, is accelerating development. As the impact of the COVID-19 epidemic gradually diminishes, demand for components required for industrial energy conversion, such as inverters and frequency converters, as well as communication base stations, has stabilized. As Tesla Model 3 electric vehicle inverters gradually switch to SiC (silicon carbide) component manufacturing processes, third-generation semiconductors have gradually attracted more attention in the automotive market.

窒化ガリウム（GaN）や炭化ケイ素（SiC）に代表される第3世代半導体は、耐熱性、耐電圧性、高周波性、高出力性といった利点を有しています。シリコンデバイスと比較して、エネルギー損失を50%以上、装置容積を75%以上削減することが可能です。これらは、省エネルギーと排出量削減に貢献し、「カーボンニュートラル」の目標達成に繋がる重要な開発方向です。現在、第3世代半導体の適用範囲は、データセンターや新エネルギー車など、多くの主要分野に拡大しています。第3世代半導体産業全体はますます発展を遂げており、グリーン経済の主軸となることが期待されています。

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