Os semicondutores são a base e a força motriz para o rápido desenvolvimento da indústria de tecnologia da informação atual. Eles estão altamente presentes e integrados em diversos campos do desenvolvimento econômico e social. Seu nível tecnológico e escala de desenvolvimento tornaram-se indicadores importantes para medir a competitividade industrial e a força nacional abrangente de um país.

Em 2020, devido ao impacto da pandemia de COVID-19, a economia global sofreu uma recessão, mas o mercado global de semicondutores apresentou crescimento, contrariando essa tendência, impulsionado por necessidades como trabalho e estudo em casa e reuniões remotas. Em 2020, o mercado global de semicondutores atingiu US$ 440 bilhões, um aumento de 6.8% em relação ao ano anterior. Os produtos semicondutores, como memórias e chips de uso específico, entraram em um ciclo de expansão; a demanda do mercado de circuitos integrados na China continua forte, com as vendas anuais atingindo 1,633.97 trilhão de yuans, um aumento de 8.26% em relação ao ano anterior. A expectativa é de que o tamanho do mercado cresça ainda mais em 2021.

Um modelo de desenvolvimento em “espiral ascendente”

O desenvolvimento do mercado global de semicondutores apresenta um padrão de "espiral ascendente" e deverá experimentar uma recuperação ainda mais forte após uma desaceleração ou retração. Em 2000, o estouro da bolha da internet levou a indústria de semicondutores a um período de ajuste de dois anos. Posteriormente, com o acúmulo de energia e a introdução de wafers de silício de 12 polegadas, o mercado de semicondutores se desenvolveu rapidamente. A eclosão da crise financeira global no quarto trimestre de 2008 fez com que o mercado de semicondutores entrasse em um breve período de ajuste.

Desde 2010, a ascensão de dispositivos móveis como o iPhone e o iPad inaugurou a era da internet móvel, e a taxa de crescimento do mercado de semicondutores atingiu um pico histórico. Com a explosão do mercado de memória, o mercado global de semicondutores ultrapassou US$ 400 bilhões em 2017. No segundo semestre de 2018, o mercado global de semicondutores entrou novamente em um período de ajuste. Em 2019, devido à desaceleração no crescimento da demanda por armazenamento de estado sólido, smartphones e PCs, aos altos estoques de produtos e à queda na demanda global por semicondutores, o preço no mercado de memória caiu. Somado ao aumento da incerteza causada pelas fricções comerciais globais, o mercado global de semicondutores encolheu significativamente em 2019, com uma queda de 12.0%. Esta é também a maior queda no mercado global de semicondutores nos últimos 15 anos.

Em 2020, apesar do impacto da pandemia de COVID-19, o mercado global de semicondutores apresentou forte recuperação, atingindo um tamanho de mercado de US$ 440 bilhões, um aumento de 6.8% em relação ao ano anterior. Os produtos semicondutores, como chips de memória e de uso específico, entraram em um ciclo de crescimento acelerado. Em todo o setor, o maior crescimento foi observado em chips lógicos (11.1%), seguido por sensores (10.7%) e memória (10.4%).

Do ponto de vista da estrutura regional, a China se consolidou como o maior mercado consumidor de semicondutores do mundo por vários anos consecutivos. Em 2020, a participação de mercado da China atingiu o pico de 34.4%. As participações dos Estados Unidos, Europa, Japão e outros mercados foram de 21.7%, 8.5%, 8.3% e 27.1%, respectivamente. Dentre eles, o mercado americano apresentou um forte crescimento de 21.3%, o mercado da Ásia-Pacífico cresceu 5.1%, o mercado japonês teve um crescimento moderado de 1.3% e o mercado europeu registrou uma queda de 5.8%. O forte crescimento do mercado americano se deve ao fato de que este sofreu a maior queda em 2019, com um declínio de 23.7%, 11.7 pontos percentuais acima da média mundial; o Japão também apresentou queda de 10.0%; a Europa, a China e outras regiões registraram quedas de 7.4%, 9.3% e 8.8%, respectivamente.

Afetados pela pandemia, aplicativos como os de escritório e ensino remoto explodiram rapidamente, impulsionando a recuperação acelerada dos produtos de comunicação e informática no mercado a jusante. Em 2020, os setores de comunicação e informática ainda representavam o maior consumo de semicondutores no mundo, com participações de mercado atingindo 33.5% e 29.1%, respectivamente. Beneficiando-se da popularidade das tecnologias 4G e 5G, a participação de mercado dos chips de comunicação aumentou de 22.2% em 2010 para 33.5% em 2020. Ao mesmo tempo, a participação de mercado dos PCs continua a ser superada por produtos eletrônicos emergentes, como smartphones e tablets, com sua participação caindo de 40.9% em 2010 para 29.1% em 2019.

A concorrência no mercado está se tornando cada vez mais acirrada.

Para o mercado global de semicondutores, 2020 é um ano que merece atenção. O novo chip de 2 nm desenvolvido pela IBM é impressionante. O chip é construído usando transistores empilhados em nanofolhas, conhecidos como transistores GAA. Comparado com a tecnologia de 7 nm mais avançada atualmente, o chip alcançará uma melhoria de desempenho de 45% ou uma redução de 75% no consumo de energia. A IBM afirmou que a tecnologia de 2 nm pode acomodar até 50 bilhões de transistores em um chip do tamanho de uma unha.

A situação financeira das empresas de semicondutores também é foco do setor. Entre as dez maiores empresas de semicondutores do mundo em 2020, seis são americanas. Em termos de receita total, seis empresas dos Estados Unidos representaram 59.2% do valor total das dez maiores empresas, enquanto duas empresas da Coreia do Sul representaram 32.4% do valor total das dez maiores empresas.

Do ponto de vista da cadeia produtiva, entre as dez maiores empresas de semicondutores do mundo em 2020, há 6 empresas IDM (Integrated Design Manufacturers) com uma receita total de vendas de US$ 197.09 bilhões, representando 78.3% do total de vendas das dez maiores empresas; há 4 empresas de design com uma receita total de vendas de US$ 54.70 bilhões, representando 21.7% do total de vendas das dez maiores empresas.

Em 2020, a Intel continuou liderando o mundo em receita entre as empresas de semicondutores. Com a receita deste ano, a Intel manteve sua posição como a maior fornecedora de semicondutores do mundo, com receita de US$ 70.244 bilhões, um aumento de 3.7% em relação ao ano anterior. Esse crescimento foi impulsionado pelo aumento em seus principais negócios de CPUs para clientes e servidores. Entre as dez maiores empresas de semicondutores do mundo em 2020, a MediaTek teve o maior aumento anual, seguida pela Nvidia e Qualcomm. A Texas Instruments foi a única empresa a registrar queda na receita.

Este ano, analisando os gastos globais em P&D de semicondutores, as despesas de investimento em P&D das dez maiores empresas do setor aumentaram 11%, totalizando US$ 43.5 bilhões, o que representa 64% do total da indústria. Isso demonstra que a concentração de mercado das empresas líderes aumentou ainda mais e a concorrência se intensificou.

No segundo semestre de 2020, ocorreram cinco fusões e aquisições de grande porte e mais de dez fusões e aquisições de menor porte no setor global de semicondutores, envolvendo um valor recorde de US$ 118 bilhões. Assim, 2020 se tornou o ano com o maior volume de transações na história das fusões e aquisições no setor de semicondutores. Contudo, as fusões e aquisições mencionadas ainda não concluíram todo o processo de transação e aprovação. O forte aumento no número de fusões e aquisições na indústria global de semicondutores deve-se principalmente às fortes alianças entre grandes fabricantes em diversos segmentos.

Anteriormente, a fabricante de chips analógicos ADI anunciou a aquisição da Maxim Integrated Products, empresa de circuitos integrados/híbridos analógicos, por US$ 21 bilhões; a gigante de placas gráficas Nvidia anunciou em setembro de 2020 a aquisição da Arm, fornecedora de protocolos de arquitetura de processadores, por US$ 40 bilhões. Antes disso, a Arm era controlada pelo SoftBank do Japão. Além disso, a Intel, dos Estados Unidos, anunciou a venda de sua divisão de memória flash NAND e da fábrica de wafers de 300 mm na China para a SK Hynix da Coreia do Sul por US$ 9 bilhões; a AMD, também dos Estados Unidos, anunciou em 29 de outubro de 2020 a aquisição da Xilinx, fornecedora de FPGAs, por aproximadamente US$ 35 bilhões. A transação deve ser concluída até o final de 2021; no mesmo dia, a Marvell Electronics anunciou a aquisição da Inphi, fornecedora de circuitos integrados do Vale do Silício, por US$ 10 bilhões em dinheiro e ações. Esta transação também será concluída no segundo semestre de 2021. A transação mencionada acima ainda não foi concluída e está sob análise das autoridades reguladoras competentes.

Tecnologias disruptivas na era pós-Moore

A integração heterogênea é uma tecnologia de desenvolvimento típica da era pós-Moore. Essa tecnologia é aplicada na área de embalagens. Se a demanda for atendida, a tecnologia de chiplets pode ser usada para exercer a função do chip de forma rápida e eficaz. O uso dessa tecnologia também apresenta as vantagens de baixa complexidade de projeto, fabricação facilitada e baixo custo.

Essa direção permitiu que o desenvolvimento de chips deixasse de buscar cegamente a redução do consumo de energia e o aumento do desempenho para se concentrar em atender às demandas do mercado de forma mais pragmática. Muitas empresas têm planos para "partículas centrais". Por exemplo, a Intel lançou a tecnologia Foveros, que permite a encapsulação 3D de chips lógicos e de memória; a TSMC lançou a tecnologia SoIC de empilhamento multichip, que possibilita a ligação wafer a wafer. Ao mesmo tempo, essa tecnologia também é fundamental para o desenvolvimento da indústria de semicondutores na China na era pós-Moore.

A arquitetura RISC-V em microcontroladores trará mudanças para a estrutura do mercado. Baseada na licença BSD, que permite o uso livre e irrestrito de CPUs projetadas, o desenvolvimento e a adição de conjuntos de instruções estendidos, além da escolha entre disponibilizá-las publicamente, comercializá-las, substituí-las por outras licenças ou mantê-las em código fechado. Atualmente, a RISC-V é a mais adequada para IAoT (Inteligência Artificial das Coisas) e espera-se que concorra com processadores de arquitetura ARM, formando um ecossistema RISC-V na China. Os microcontroladores são uma das principais áreas de aplicação para RISC-V. Com as vantagens de código aberto, baixo consumo de energia e baixo custo, os microcontroladores com arquitetura RISC-V impactarão os de arquitetura ARM e trarão novas transformações para o mercado.

Os chips fotônicos podem se tornar uma nova vertente no desenvolvimento de chips. Chips fotônicos são chips que utilizam sinais ópticos para aquisição, transmissão, cálculo, armazenamento e exibição de dados. Atualmente, os chips fotônicos são utilizados em comunicações ópticas, especialmente devido à infraestrutura de data centers. A fotônica de silício é utilizada para integrar componentes ópticos em chips de silício, aproveitando o baixo custo, a escalabilidade e a facilidade de fabricação e montagem dos dispositivos CMOS. Comparados aos circuitos integrados eletrônicos, os chips fotônicos apresentam características de altíssima velocidade e ultrabaixo consumo de energia. Teoricamente, a escala dos chips fotônicos pode ser modulada, e as características da luz são inerentemente adequadas para computação linear, incluindo computação paralela de alta densidade. Com o rápido desenvolvimento da IA ​​(Inteligência Artificial), o desempenho da multiplicação de matrizes em chips fotônicos tem o potencial de ser centenas ou milhares de vezes superior ao dos chips eletrônicos existentes, atraindo a academia e a indústria para explorar as oportunidades oferecidas pela computação fotônica.

Afetada pela tendência de "neutralidade de carbono", a indústria de semicondutores de terceira geração, capaz de aprimorar a eficiência da conversão de energia, está acelerando seu desenvolvimento. Com a diminuição gradual do impacto da pandemia de COVID-19, a demanda por componentes necessários para a conversão de energia industrial, como inversores e conversores de frequência, bem como estações base de comunicação, se estabilizou. À medida que os inversores do veículo elétrico Tesla Model 3 passam a utilizar processos de fabricação com componentes de SiC (carboneto de silício), os semicondutores de terceira geração têm atraído cada vez mais atenção no mercado automotivo.

Os semicondutores de terceira geração, representados pelo nitreto de gálio (GaN) e pelo carbeto de silício (SiC), apresentam vantagens como alta resistência à temperatura, alta tensão, alta frequência e alta potência. Comparados aos dispositivos de silício, podem reduzir as perdas de energia em mais de 50% e o volume dos equipamentos em mais de 75%. Representam uma importante direção de desenvolvimento para ajudar a economizar energia e reduzir as emissões, alcançando a meta de "neutralidade de carbono". Atualmente, a aplicação dos semicondutores de terceira geração se estende a muitas áreas-chave, como data centers e veículos de novas energias. Toda a indústria de semicondutores de terceira geração está em constante aprimoramento e espera-se que se torne o pilar da economia verde.

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