Полупроводники являются основой и движущей силой стремительного развития современной индустрии информационных технологий. Они широко проникли и интегрированы в различные сферы экономического и социального развития. Их технологический уровень и масштабы развития стали одним из важных показателей промышленной конкурентоспособности страны и ее всесторонней национальной мощи.

В 2020 году из-за последствий эпидемии COVID-19 мировая экономика пережила рецессию, однако мировой рынок полупроводников продемонстрировал рост вопреки общей тенденции, чему способствовали такие потребности, как работа и обучение на дому, а также удаленные встречи. В 2020 году объем мирового рынка полупроводников достиг 440 миллиардов долларов США, увеличившись на 6.8% по сравнению с предыдущим годом. Полупроводниковая продукция, представленная микросхемами памяти и специализированными чипами, начала переживать бум; спрос на рынке интегральных схем в Китае остается высоким, а годовой объем продаж интегральных схем вырос до 1 633,97 миллиардов юаней, увеличившись на 8.26% по сравнению с предыдущим годом. Ожидается, что в 2021 году объем рынка продолжит расти.

Модель развития «восходящей спирали»

Развитие мирового рынка полупроводников демонстрирует модель «восходящей спирали» и после замедления или спада ожидается еще более сильное восстановление. В 2000 году лопнул интернет-пузырь, что привело к двухлетнему периоду адаптации в полупроводниковой отрасли. После этого, благодаря накоплению энергии и внедрению 12-дюймовых кремниевых пластин, рынок полупроводников быстро развивался. Вспышка мирового финансового кризиса в четвертом квартале 2008 года привела к короткому периоду адаптации на рынке полупроводников.

С 2010 года появление мобильных устройств, таких как iPhone и iPad, положило начало эре мобильного интернета, и темпы роста рынка полупроводников достигли исторического максимума. Благодаря взрывному росту рынка памяти, мировой рынок полупроводников в 2017 году превысил 400 миллиардов долларов США. Во второй половине 2018 года мировой рынок полупроводников снова вступил в период корректировки. В 2019 году из-за замедления роста спроса на твердотельные накопители, смартфоны и ПК, высоких складских запасов и снижения мирового спроса на полупроводники, цены на рынке памяти упали. В сочетании с возросшей неопределенностью, вызванной глобальными торговыми трениями, мировой рынок полупроводников значительно сократился в 2019 году, снизившись на 12.0%. Это также самое большое падение мирового рынка полупроводников за последние 15 лет.

В 2020 году, несмотря на влияние эпидемии COVID-19, мировой рынок полупроводников все же сильно восстановился, достигнув объема в 440 миллиардов долларов США, что на 6.8% больше, чем годом ранее. Полупроводниковые продукты, представленные микросхемами памяти и специализированными чипами, вступили в цикл бурного роста. В целом по отрасли наибольший рост наблюдался в сегменте логических микросхем (11.1%), за которыми следуют датчики (10.7%) и память (10.4%).

С точки зрения региональной структуры, Китай на протяжении многих лет подряд является крупнейшим в мире рынком потребительских полупроводников. В 2020 году рыночная доля Китая достигла максимума в 34.4%. Доли США, Европы, Японии и других рынков составили 21.7%, 8.5%, 8.3% и 27.1% соответственно. При этом рынок США продемонстрировал сильный рост на 21.3%, рынок Азиатско-Тихоокеанского региона – на 5.1%, японский рынок показал слабый рост на 1.3%, а европейский рынок сократился на 5.8%. Причиной сильного роста рынка США является то, что в 2019 году он пережил наибольшее падение – на 23.7%, что на 11.7 процентных пункта выше, чем в среднем по миру; Япония также упала на 10.0%; Европа, Китай и другие регионы – на 7.4%, 9.3% и 8.8% соответственно.

Под влиянием эпидемии резко возросло использование таких приложений, как офисная работа и дистанционное обучение, что привело к быстрому восстановлению рынка коммуникационных и компьютерных продуктов. В 2020 году на долю коммуникационных и компьютерных продуктов по-прежнему приходится наибольшее потребление полупроводников в мире, с долями рынка, достигающими 33.5% и 29.1% соответственно. Благодаря популярности приложений 4G и 5G, доля рынка коммуникационных чипов выросла с 22.2% в 2010 году до 33.5% в 2020 году. В то же время рыночную долю персональных компьютеров продолжают опережать такие новые электронные продукты, как смартфоны и планшеты, рыночная доля которых снизилась с 40.9% в 2010 году до 29.1% в 2019 году.

Рыночная конкуренция становится все более ожесточенной.

Для мирового рынка полупроводников 2020 год заслуживает особого внимания. Новый 2-нм чип, разработанный IBM, привлекает внимание. Чип построен с использованием транзисторов, расположенных слоями нанолистов, известных как GAA-транзисторы. По сравнению с самыми передовыми на сегодняшний день 7-нм чипами, он обеспечит повышение производительности на 45% или снижение энергопотребления на 75%. IBM заявила, что использование 2-нм технологии позволяет разместить до 50 миллиардов транзисторов на чипе размером с ноготь.

В центре внимания отрасли также находится выручка компаний, занимающихся производством полупроводников. Среди десяти крупнейших мировых компаний по производству полупроводников в 2020 году 6 являются американскими. По общему объему выручки на 6 компаний из США приходилось 59.2% от общей стоимости десяти крупнейших компаний, а на 2 компании из Южной Кореи — 32.4% от общей стоимости десяти крупнейших компаний.

С точки зрения отраслевой цепочки, среди десяти ведущих мировых компаний по производству полупроводников в 2020 году было 6 компаний, занимающихся разработкой и производством интегральных схем (IDM), с общим объемом продаж в 197.09 млрд долларов США, что составляет 78.3% от общего объема продаж десяти ведущих компаний; и 4 компании, занимающиеся проектированием, с общим объемом продаж в 54.70 млрд долларов США, что составляет 21.7% от общего объема продаж десяти ведущих компаний.

В 2020 году Intel продолжала лидировать в мире по выручке среди компаний-производителей полупроводников. Благодаря выручке этого года Intel сохранила свои позиции крупнейшего в мире поставщика полупроводников, получив 70.244 млрд долларов США, что на 3.7% больше, чем годом ранее. Это было обусловлено ростом основных направлений бизнеса — производства клиентских и серверных процессоров. Среди десяти крупнейших компаний-производителей полупроводников в мире в 2020 году наибольший годовой прирост показала MediaTek, за ней следуют Nvidia и Qualcomm. Только Texas Instruments показала снижение выручки.

В этом году, если рассматривать глобальные расходы на НИОКР в полупроводниковой отрасли, инвестиционные затраты десяти ведущих компаний в этой сфере увеличились на 11%, достигнув 43.5 млрд долларов США, что составляет 64% от общего объема отрасли. Это свидетельствует о дальнейшем увеличении рыночной концентрации ведущих компаний и усилении рыночной конкуренции.

Во второй половине 2020 года в мировой полупроводниковой отрасли произошло в общей сложности пять крупных слияний и поглощений и более десяти слияний и поглощений меньшего масштаба на рекордную сумму в 118 миллиардов долларов США. Таким образом, 2020 год стал годом с наибольшим объемом сделок в истории слияний и поглощений в полупроводниковой отрасли. Однако вышеупомянутые слияния и поглощения еще не завершили весь процесс оформления и утверждения. Резкий рост объема слияний и поглощений в мировой полупроводниковой промышленности в основном обусловлен прочными альянсами между гигантскими производителями в различных областях.

Ранее производитель аналоговых микросхем ADI объявил о приобретении компании Maxim Integrated Products, специализирующейся на аналоговых сигналах/гибридных решениях, за 21 миллиард долларов США; гигант видеокарт Nvidia в сентябре 2020 года объявил о приобретении поставщика протоколов архитектуры процессоров Arm за 40 миллиардов долларов США. До этого Arm контролировалась японской компанией SoftBank. Кроме того, американская компания Intel объявила о продаже своего бизнеса по производству флэш-памяти NAND и завода по производству 300-мм пластин в Китае южнокорейской компании SK Hynix за 9 миллиардов долларов США; американская компания AMD 29 октября 2020 года объявила о приобретении поставщика FPGA Xilinx примерно за 35 миллиардов долларов США. Ожидается, что сделка будет завершена к концу 2021 года; в тот же день компания Marvell Electronics объявила о приобретении поставщика микросхем из Кремниевой долины Inphi за 10 миллиардов долларов США наличными и акциями. Данная сделка также будет завершена во второй половине 2021 года. Вышеупомянутая сделка еще не завершена и находится на рассмотрении соответствующих регулирующих органов.

Прорывные технологии в эпоху после Мура

Гетерогенная интеграция — типичная технология развития в эпоху после закона Мура. Эта технология применяется в области упаковки. При наличии спроса чиплетная технология может быть использована для быстрого и эффективного выполнения функций чипа. Использование этой технологии также имеет преимущества в виде низкой сложности проектирования, удобства производства и низкой стоимости.

Это направление позволило разработке микросхем перейти от слепого стремления к снижению энергопотребления и повышению производительности к более прагматичному удовлетворению потребностей рынка. Многие компании планируют разработку «основных компонентов». Например, Intel запустила технологию Foveros, позволяющую осуществлять 3D-упаковку логических микросхем и микросхем памяти; TSMC разработала технологию многокристальной сборки SoIC, позволяющую осуществлять соединение пластин друг с другом. В то же время, эта технология является ключевой для развития полупроводниковой промышленности Китая в постмуровскую эпоху.

Микроконтроллеры на базе архитектуры RISC-V внесут изменения в структуру рынка микроконтроллеров. RISC-V основана на стандартной свободной лицензии BSD, которая позволяет свободно и свободно использовать разработанный процессор, разрабатывать и добавлять собственные расширенные наборы инструкций, а также выбирать, публиковать ли его, продавать на коммерческой основе или заменять другие лицензионные соглашения, или использовать его полностью с закрытым исходным кодом. В настоящее время RISC-V наиболее подходит для AIoT (искусственного интеллекта и интернета вещей) и, как ожидается, будет конкурировать с процессорами на базе архитектуры ARM, формируя экосистему RISC-V в Китае, а микроконтроллеры являются одной из лучших областей применения RISC-V. Благодаря преимуществам открытого исходного кода, низкого энергопотребления и низкой стоимости, микроконтроллеры на базе архитектуры RISC-V окажут влияние на микроконтроллеры на базе архитектуры ARM и внесут новые изменения на рынок.

Фотонные чипы могут стать новым направлением в разработке микросхем. Фотонные чипы — это чипы, использующие оптические сигналы для сбора, передачи, вычислений, хранения и отображения данных. В настоящее время фотонные чипы используются в оптической связи, особенно в контексте развития инфраструктуры центров обработки данных. Кремниевая фотоника используется для интеграции оптических компонентов на кремниевые чипы, что позволяет использовать преимущества низкой стоимости, масштабируемости и простоты производства и сборки КМОП-устройств. По сравнению с электронно-управляемыми интегральными схемами, фотонные чипы обладают сверхвысокой скоростью и сверхнизким энергопотреблением. Теоретически, масштаб фотонных чипов может быть модулирован, а характеристики света по своей природе подходят для линейных вычислений, включая высокоплотные параллельные вычисления. С быстрым развитием ИИ эффект матричного умножения на фотонных чипах может быть в сотни или тысячи раз лучше, чем у существующих электронных чипов, что привлекает внимание академических кругов и промышленности к изучению возможностей, предоставляемых фотонными вычислениями.

Под влиянием тенденции к «углеродной нейтральности» ускоряется развитие полупроводниковой промышленности третьего поколения, способной повысить эффективность преобразования энергии. По мере постепенного ослабления влияния эпидемии COVID-19 стабилизировался спрос на компоненты, необходимые для промышленного преобразования энергии, такие как инверторы и частотные преобразователи, а также базовые станции связи. Поскольку инверторы электромобилей Tesla Model 3 постепенно переходят на производство компонентов из SiC (карбида кремния), полупроводники третьего поколения постепенно привлекают все больше внимания на автомобильном рынке.

Полупроводники третьего поколения, представленные нитридом галлия (GaN) и карбидом кремния (SiC), обладают преимуществами высокой термостойкости, высокого напряжения, высокой частоты и высокой мощности. По сравнению с кремниевыми устройствами, они позволяют снизить потери энергии более чем на 50% и уменьшить объем оборудования более чем на 75%. Они являются важным направлением развития, способствующим энергосбережению и сокращению выбросов, а также достижению цели «углеродной нейтральности». В настоящее время полупроводники третьего поколения нашли применение во многих ключевых областях, таких как центры обработки данных и электромобили. Вся индустрия полупроводников третьего поколения постоянно совершенствуется и, как ожидается, станет основой «зеленой» экономики.

Предупреждение: Данная статья перепечатана из издания "China Electronic News". Статья отражает исключительно личное мнение автора и не представляет точку зрения компании Sacco Micro и отрасли в целом. Перепечатка и распространение осуществляются исключительно в целях защиты прав интеллектуальной собственности. При перепечатке, пожалуйста, указывайте первоисточник и автора. В случае нарушения авторских прав, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления публикации.

Номер телефона компании: +86-0755-83044319
Факс: +86-0755-83975897
Почта: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Менеджер Ли

QQ: 332496225 Менеджер Цю

Адрес: Комната 809, корпус C, технологический корпус Чжаньтао, проспект Миньчжи, 1079, новый район Лунхуа, Шэньчжэнь.