Półprzewodniki stanowią fundament i siłę napędową dynamicznego rozwoju współczesnego przemysłu informatycznego. Są one szeroko rozpowszechnione i zintegrowane z różnymi dziedzinami rozwoju gospodarczego i społecznego. Ich poziom technologiczny i skala rozwoju stały się jednym z ważnych wskaźników konkurencyjności przemysłowej kraju i jego wszechstronnej siły.

W 2020 roku, w wyniku epidemii COVID-19, globalna gospodarka doświadczyła recesji, ale globalny rynek półprzewodników odnotował wzrost wbrew trendowi, napędzany potrzebami takimi jak praca i nauka zdalna oraz spotkania zdalne. W 2020 roku globalny rynek półprzewodników osiągnął wartość 440 miliardów dolarów, co stanowi wzrost o 6.8% rok do roku. Produkty półprzewodnikowe, takie jak układy pamięci i układy scalone specjalnego przeznaczenia, weszły w fazę rozkwitu. Popyt na chińskim rynku układów scalonych nadal jest silny, a roczna sprzedaż wzrosła do 1,633.97 miliarda juanów, co stanowi wzrost o 8.26% rok do roku. Oczekuje się, że w 2021 roku wielkość rynku będzie nadal rosła.

Model rozwoju „spirali w górę”

Rozwój globalnego rynku półprzewodników przebiega zgodnie z modelem „spirali wzrostowej” i po okresie spowolnienia lub spadku nastąpi kolejne, silniejsze ożywienie. W 2000 roku pękła bańka internetowa, co spowodowało, że branża półprzewodników przeszła dwuletni okres dostosowawczy. Następnie, wraz z akumulacją energii i wprowadzeniem 12-calowych płytek krzemowych, rynek półprzewodników rozwijał się dynamicznie. Wybuch globalnego kryzysu finansowego w czwartym kwartale 2008 roku spowodował, że rynek półprzewodników wszedł w krótki okres dostosowawczy.

Od 2010 roku wzrost liczby terminali mobilnych, takich jak iPhone i iPad, zapoczątkował erę mobilnego Internetu, a tempo wzrostu rynku półprzewodników osiągnęło rekordowy poziom. Wraz z eksplozją rynku pamięci, globalny rynek półprzewodników przekroczył 400 miliardów dolarów w 2017 roku. W drugiej połowie 2018 roku globalny rynek półprzewodników ponownie wszedł w okres dostosowań. W 2019 roku, ze względu na spowolnienie wzrostu popytu na pamięci półprzewodnikowe, smartfony i komputery PC, wysokie zapasy produktów i spadek globalnego popytu na półprzewodniki, ceny na rynku pamięci spadły. W połączeniu ze zwiększoną niepewnością spowodowaną globalnymi tarciami handlowymi, globalny rynek półprzewodników znacznie skurczył się w 2019 roku, notując spadek o 12.0%. Jest to również największy spadek na globalnym rynku półprzewodników w ciągu ostatnich 15 lat.

W 2020 roku, pomimo wpływu epidemii COVID-19, globalny rynek półprzewodników nadal dynamicznie się odbudowywał, osiągając wartość 440 miliardów dolarów, co stanowi wzrost o 6.8% rok do roku. Produkty półprzewodnikowe, reprezentowane przez układy pamięci i układy scalone specjalnego przeznaczenia, weszły w okres rozkwitu. W całej branży największy wzrost odnotowały układy logiczne (11.1%), a następnie czujniki (10.7%) i pamięć (10.4%).

Z perspektywy struktury regionalnej Chiny stały się największym na świecie rynkiem konsumenckim półprzewodników przez wiele kolejnych lat. W 2020 r. udział Chin w rynku osiągnął maksymalnie 34.4%. Udziały Stanów Zjednoczonych, Europy, Japonii i innych rynków wynoszą odpowiednio 21.7%, 8.5%, 8.3% i 27.1%. Wśród nich rynek amerykański osiągnął silny wzrost o 21.3%, rynek Azji i Pacyfiku osiągnął wzrost o 5.1%, rynek japoński osiągnął słaby wzrost o 1.3%, a rynek europejski zmniejszył się o 5.8%. Powodem silnego wzrostu rynku amerykańskiego jest to, że rynek amerykański doświadczył największego spadku w 2019 r., ze spadkiem o 23.7%, który był o 11.7 punktu procentowego wyższy niż na świecie; Japonia również odnotowała spadek o 10.0%; Europa, Chiny i inne regiony spadły odpowiednio o 7.4%, 9.3% i 8.8%.

Dotknięte epidemią aplikacje takie jak aplikacje biurowe i zdalne nauczanie gwałtownie wzrosły, co doprowadziło do szybkiego odrodzenia się rynku produktów komunikacyjnych i komputerowych na rynku downstream. W 2020 roku technologie komunikacyjne i komputery nadal stanowią największy udział w światowym rynku półprzewodników, a ich udziały w rynku wyniosły odpowiednio 33.5% i 29.1%. Dzięki popularności aplikacji 4G i 5G, udział w rynku układów komunikacyjnych wzrósł z 22.2% w 2010 roku do 33.5% w 2020 roku. Jednocześnie udział komputerów PC w rynku nadal jest przewyższany przez nowe produkty elektroniczne, takie jak smartfony i tablety, których udział w rynku spadł z 40.9% w 2010 roku do 29.1% w 2019 roku.

Konkurencja na rynku staje się coraz bardziej zacięta

Rok 2020 jest rokiem wartym uwagi dla globalnego rynku półprzewodników. Nowy układ scalony 2 nm opracowany przez IBM przyciąga wzrok. Został on zbudowany z tranzystorów warstwowych, tzw. tranzystorów GAA, ułożonych w stosy nanoarkuszami. W porównaniu z najnowocześniejszymi układami scalonymi 7 nm, układ ten osiągnie 45% wzrost wydajności lub 75% redukcję zużycia energii. IBM twierdzi, że dzięki technologii 2 nm układ scalony wielkości paznokcia może pomieścić nawet 50 miliardów tranzystorów.

Branża koncentruje się również na sytuacji finansowej firm z branży półprzewodników. Wśród dziesięciu największych firm półprzewodnikowych na świecie w 2020 roku 6 to firmy amerykańskie. Pod względem całkowitych przychodów, 6 firm ze Stanów Zjednoczonych odpowiadało za 59.2% całkowitej wartości dziesięciu największych firm, a 2 firmy z Korei Południowej za 32.4% całkowitej wartości dziesięciu największych firm.

Z perspektywy łańcucha przemysłowego, wśród dziesięciu największych firm produkujących półprzewodniki na świecie w 2020 r. znajduje się 6 firm IDM z całkowitymi przychodami ze sprzedaży w wysokości 197.09 mld USD, co stanowi 78.3% całkowitej sprzedaży dziesięciu największych firm; są też 4 firmy projektowe z całkowitymi przychodami ze sprzedaży w wysokości 54.70 mld USD, co stanowi 21.7% całkowitej sprzedaży dziesięciu największych firm.

W 2020 roku Intel nadal był światowym liderem pod względem przychodów wśród firm produkujących półprzewodniki. Dzięki tegorocznym przychodom Intel utrzymał pozycję największego dostawcy półprzewodników na świecie, osiągając przychody w wysokości 70.244 mld USD, co stanowi wzrost o 3.7% w ujęciu rok do roku. Było to spowodowane rozwojem w segmencie procesorów klienckich i serwerowych. Wśród dziesięciu największych firm produkujących półprzewodniki na świecie w 2020 roku, MediaTek odnotował największy wzrost w ujęciu rok do roku, a następnie Nvidia i Qualcomm. Texas Instruments był jedyną firmą, która odnotowała spadek przychodów.

W tym roku, analizując globalne wydatki na badania i rozwój w sektorze półprzewodników, wydatki inwestycyjne dziesięciu największych firm z branży wzrosły o 11%, osiągając łączną wartość 43.5 mld USD, co stanowi 64% całości wydatków branży. Świadczy to o dalszym wzroście koncentracji rynku wiodących firm i zaostrzeniu konkurencji rynkowej.

W drugiej połowie 2020 roku w globalnym sektorze półprzewodników doszło do łącznie pięciu dużych fuzji i przejęć oraz ponad dziesięciu mniejszych fuzji i przejęć, których wartość wyniosła rekordowe 118 miliardów dolarów. Rok 2020 stał się zatem rokiem o największej liczbie transakcji w historii fuzji i przejęć w sektorze półprzewodników. Jednak wspomniane fuzje i przejęcia nie zakończyły jeszcze całego procesu transakcyjnego i zatwierdzania. Gwałtowny wzrost liczby fuzji i przejęć w globalnym sektorze półprzewodników wynika głównie z silnych sojuszy między gigantami w różnych sektorach.

Wcześniej producent układów analogowych ADI ogłosił, że przejmie firmę zajmującą się sygnałami analogowymi/hybrydami Maxim Integrated Products za 21 miliardów dolarów; gigant kart graficznych Nvidia ogłosił we wrześniu 2020 r., że przejmie dostawcę protokołu architektury procesorów Arm za 40 miliardów dolarów. Wcześniej Arm był kontrolowany przez japoński SoftBank. Ponadto amerykańska firma Intel ogłosiła, że ​​sprzeda swoją działalność w zakresie pamięci flash NAND i fabrykę płytek 300 mm działającą w Chinach południowokoreańskiej firmie SK Hynix za 9 miliardów dolarów; amerykańska firma AMD ogłosiła 29 października 2020 r., że przejmie ją za około 35 miliardów dolarów. Oczekuje się, że transakcja dotycząca dostawcy FPGA Xilinx zostanie sfinalizowana do końca 2021 r.; tego samego dnia firma Marvell Electronics ogłosiła, że ​​przejmie dostawcę układów scalonych z Doliny Krzemowej Inphi za 10 miliardów dolarów w gotówce i akcjach. Ta transakcja również zostanie sfinalizowana w drugiej połowie 2021 roku. Wspomniana transakcja nie została jeszcze sfinalizowana i jest nadal przedmiotem oceny właściwych organów regulacyjnych.

Przełomowe technologie w erze post-Moore’a

Integracja heterogeniczna to typowa technologia rozwoju w erze post-Moore'a. Technologia ta jest stosowana w dziedzinie pakowania. Jeśli zapotrzebowanie zostanie zaspokojone, technologia chipletów może zostać wykorzystana do szybkiego i efektywnego wykorzystania funkcji chipa. Zastosowanie tej technologii ma również zalety niskiego poziomu skomplikowania projektu, wygody produkcji i niskich kosztów.

Ten kierunek rozwoju układów scalonych pozwolił na odejście od ślepego dążenia do zmniejszenia zużycia energii i zwiększenia wydajności na rzecz bardziej pragmatycznego podejścia do zaspokajania potrzeb rynku. Wiele firm planuje rozwój „cząstek rdzeniowych”. Na przykład Intel wprowadził technologię Foveros, która umożliwia pakowanie układów logicznych i pamięci w technologii 3D; TSMC wprowadził technologię wieloprocesorowego układania w stosy SoIC, umożliwiającą łączenie płytek półprzewodnikowych. Jednocześnie technologia ta jest kluczową technologią rozwoju dla chińskiego przemysłu półprzewodnikowego w erze postmoore'owskiej.

Mikrokontrolery oparte na architekturze RISC-V wprowadzą zmiany w strukturze rynku mikrokontrolerów. RISC-V opiera się na standardowej, luźnej licencji BSD, która pozwala na swobodne korzystanie z procesora projektowego, opracowywanie i dodawanie własnego rozszerzonego zestawu instrukcji oraz wybór, czy udostępnić go publicznie, sprzedać komercyjnie lub zastąpić inne umowy licencyjne, czy też korzystać z całkowicie zamkniętego kodu źródłowego. RISC-V jest obecnie najbardziej odpowiedni dla AIoT (sztucznego Internetu Rzeczy) i oczekuje się, że będzie konkurował z procesorami opartymi na architekturze ARM, tworząc ekosystem RISC-V w Chinach. Mikrokontrolery oparte na architekturze RISC-V są jednym z najlepszych obszarów zastosowań dla tej technologii. Dzięki zaletom otwartego kodu źródłowego, niskiego poboru mocy i niskich kosztów, mikrokontrolery oparte na architekturze RISC-V będą miały wpływ na mikrokontrolery oparte na architekturze ARM i wprowadzą nowe zmiany na rynku.

Układy fotoniczne mogą stać się nowym torem rozwoju układów scalonych. Układy fotoniczne to układy wykorzystujące sygnały optyczne do akwizycji, transmisji, obliczeń, przechowywania i wyświetlania danych. Obecnie układy fotoniczne są wykorzystywane w komunikacji optycznej, w szczególności w budowaniu infrastruktury centrów danych. Fotonika krzemowa służy do integracji komponentów optycznych na układach scalonych, aby wykorzystać niski koszt, skalowalność oraz łatwość produkcji i montażu układów CMOS. W porównaniu z elektronicznie sterowanymi układami scalonymi, układy fotoniczne charakteryzują się ultrawysoką prędkością i ultraniskim zużyciem energii. Teoretycznie skala układów fotonicznych może być modulowana, a właściwości światła są z natury odpowiednie dla obliczeń liniowych, w tym obliczeń równoległych o wysokiej gęstości. Dzięki szybkiemu rozwojowi sztucznej inteligencji (AI), efekt mnożenia macierzy układów fotonicznych ma szansę być setki, a nawet tysiące razy lepszy niż w przypadku istniejących układów elektronicznych, co przyciąga środowisko akademickie i przemysł do eksploracji możliwości oferowanych przez obliczenia fotoniczne.

Pod wpływem trendu „neutralności węglowej” przemysł półprzewodników trzeciej generacji, który może poprawić efektywność przetwarzania energii, przyspiesza rozwój. Wraz ze stopniowym słabnięciem wpływu epidemii COVID-19, popyt na komponenty niezbędne do przemysłowego przetwarzania energii, takie jak falowniki i przetwornice częstotliwości, a także stacje bazowe, ustabilizował się. Wraz ze stopniowym przechodzeniem falowników pojazdów elektrycznych Tesla Model 3 na procesy produkcji komponentów z węglika krzemu (SiC), półprzewodniki trzeciej generacji stopniowo zyskują na popularności na rynku motoryzacyjnym.

Półprzewodniki trzeciej generacji, reprezentowane przez azotek galu (GaN) i węglik krzemu (SiC), charakteryzują się wysoką odpornością na temperaturę, wysokie napięcie, wysoką częstotliwością i wysoką mocą. W porównaniu z urządzeniami krzemowymi, mogą one zmniejszyć straty energii o ponad 50% i zmniejszyć objętość urządzeń o ponad 75%. Stanowią ważny kierunek rozwoju, przyczyniając się do oszczędzania energii i redukcji emisji, a także osiągnięcia celu „neutralności węglowej”. Obecnie zasięg półprzewodników trzeciej generacji obejmuje wiele kluczowych obszarów, takich jak centra danych i pojazdy zasilane nowymi źródłami energii. Cały przemysł półprzewodników trzeciej generacji rozwija się coraz lepiej i oczekuje się, że stanie się on filarem zielonej gospodarki.

Zastrzeżenie: Niniejszy artykuł został przedrukowany z „China Electronic News”. Artykuł ten przedstawia wyłącznie osobiste poglądy autora i nie reprezentuje poglądów Sacco Micro ani branży. Jest on przedrukowywany i udostępniany wyłącznie w celu ochrony praw własności intelektualnej. Prosimy o podanie oryginalnego źródła i autora przedruku. W przypadku naruszenia prosimy o kontakt w celu usunięcia artykułu.

Numer telefonu firmy: +86-0755-83044319
Faks/FAKS: +86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Menedżer Li

QQ: 332496225 Menedżer Qiu

Adres: Pokój 809, Budynek C, Budynek Technologii Zhantao, nr 1079 Minzhi Avenue, Nowa Dzielnica Longhua, Shenzhen