《全球半導體市場發(fā)展趨勢白皮書》解讀

當前，大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網、人工智能等信息產業(yè)技術快速發(fā)展，持續(xù)為半導體產業(yè)提供強勁市場需求，全球集成電路產業(yè)將迎來新一輪的發(fā)展機遇。

全球半導體貿易協(xié)會（WSTS）數(shù)據(jù)顯示，2018年全球半導體市場規(guī)模達到4688億美元，同比增長13.7%。模擬芯片、微處理器、邏輯芯片和存儲器市場規(guī)模分別為588億美元、672億美元、1093億美元和1580億美元。2018年全球存儲器市場增速依舊領跑，達到27.4%;模擬芯片市場增速為10.7%，處理器電路市場增速為5.2%，邏輯芯片市場增速為6.9%。

全球半導體市場現(xiàn)狀

半導體產品可分為集成電路、光電子器件、分立器件和傳感器四類。其中，集成電路是半導體工業(yè)的核心。作為半導體產業(yè)主導類型，集成電路自誕生以來，帶動了全球半導體產業(yè)自20世紀60年代至90年代的迅猛增長，集成電路產業(yè)發(fā)展一直呈上升趨勢，但其生產和需求并不平穩(wěn)。從半導體銷售額同比增速來看，全球半導體行業(yè)大致以4～6年為一個“硅周期”，景氣周期與宏觀經濟、下游應用需求以及自身產能庫存等因素密切相關。

過去20年半導體市場經歷了數(shù)次跌宕起伏，2000年的互聯(lián)網泡沫破裂，導致產業(yè)有兩年的調整，通過積聚能量之后直至2004年時再次躍起。此后由于12英寸硅片的導入，產業(yè)開始新一輪的產能擴充競賽，直至2008年，全球半導體市場出現(xiàn)了負增長，2009年上半年更是大幅下滑了25%。隨著終端電子產品市場（如蘋果的iPhone、iPad等）興起，并且來勢十分強勁，2010年半導體業(yè)進入一個歷史性的高點。半導體市場規(guī)模到2016年之前一直徘徊在3000億美元左右，到2017年突破了4000億美元。全球半導體貿易協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，2018年全球半導體市場規(guī)模達到4688億美元，同比增長13.7%，是2010年以來增長最快的年份之一。

從全球半導體細分產品市場規(guī)模來看，存儲器連續(xù)兩年成為最大應用領域。

從具體產品來看，2018年，集成電路、分立器件、光電器件和傳感器這四大類產品市場規(guī)模分別為3933億美元、241億美元、380億美元、134億美元。集成電路市場規(guī)模增速回落，達到14.59%;分立器件市場規(guī)模增速小幅回落，達到11.1%;光電器件市場規(guī)模繼續(xù)保持增長，增速達到9.2%;傳感器市場規(guī)模大幅下降，增速僅為6.3%。

集成電路產品分為模擬芯片、微處理器、邏輯芯片和存儲器，2018年市場規(guī)模分別為588億美元、672億美元、1093億美元、1580億美元，分別占集成電路市場份額的14.95%、17.09%、27.79%、40.17%。2018年全球存儲器市場增速依舊領跑，達到27.4%;模擬芯片市場增速為10.7%，微處理器市場增速為5.2%，邏輯芯片市場增速為6.9%。

從全球主要國家和地區(qū)半導體市場規(guī)模來看，2018年中國半導體市場規(guī)模及增速領跑全球。從區(qū)域市場結構來看，2018年中國占比最高達到33.8%，美國、歐洲、日本、其他環(huán)太平洋區(qū)域分別占22%、9.2%、8.5%和26.5%。從增速來看，2018年中國依舊領先全球，增速達到20.5%，高于全球增速6.8個百分點。美國、歐洲、日本和其他環(huán)太平洋區(qū)域增速分別為16.4%、12.3%、9.3%和6.1%。

從全球半導體終端應用市場規(guī)模來看，2018年通信和計算機兩大細分市場規(guī)模占比最高。

通信和計算機已經占據(jù)全球半導體最大用量，2018年占比分別達到32.4%和30.8%。受益于新一代通信技術的普及和應用，通信用芯片的占比從1999年的21.2%增加至2018年的32.4%。電腦的市場占有率不斷被智能手機、平板電腦等新興電子產品取代，電腦用芯片的市場占有率從1999年的50.4%下降至2018年的30.8%。

隨著汽車電子化程度的普及，電子化、電動化和智能化逐漸成為汽車半導體發(fā)展的趨勢，使得汽車半導體占比從1999年的5.9%增加至2018年的11.5%。此外，隨著全球工業(yè)4.0進程的加速，工業(yè)設備數(shù)字化、網絡化、智能化程度的不斷增加，工業(yè)領域對于半導體的需求日益旺盛，其占比從1999年的7.6%增加至2018年的12%。

全球半導體市場未來展望

全球半導體市場在2018年增長13.7%至4688億美元，創(chuàng)歷史新高。預計2019年將下降3%，為4545億美元，預計到2020年將適度增長并回歸。

預計2019年，美國，歐洲和亞太地區(qū)應用規(guī)模經過連續(xù)兩年的強勁增長后將出現(xiàn)負增長。存儲器市場規(guī)模將下降14.2%，其他產品市場增速將放緩。

驅動全球半導體市場未來發(fā)展的主要因素包括器件創(chuàng)新、技術創(chuàng)新、產品創(chuàng)新。

器件創(chuàng)新。基于近平衡態(tài)物理的半導體產業(yè)已經成熟，半導體產業(yè)技術逼近極限。盡管目前依賴于特征尺寸不斷縮小的硅基CMOS技術發(fā)展遇到越來越多的挑戰(zhàn)，但不依賴于特征尺寸的器件創(chuàng)新此起彼伏。特別是MEMS器件和系統(tǒng)級封裝技術（SIP）的發(fā)展促使集成電路的“集成”涵義更為廣泛。2004年石墨烯的發(fā)現(xiàn)，為下一代工作速度更快、規(guī)模更大、成本更低、功耗更小的集成電路提供了可實現(xiàn)的路徑。雖然目前利用石墨烯制備FET（場效應晶體管）還有許多困難，但從石墨烯固有的卓越本征電子屬性以及近年來對石墨烯FET開發(fā)的進展程度來看，碳基集成電路可能會成為一個重要的發(fā)展趨勢。

技術創(chuàng)新。與以往相比，當前硅基CMOS技術面臨著許多前所未有的重大挑戰(zhàn)。從28nm向22nm，甚至更小特征尺寸過渡時，平面MOSFET被立體的FinFET所替代。為加工更細的線寬，EUV（極紫外）光刻技術或電子束光刻技術將替代目前的193nm浸沒式光刻技術。從經濟生產規(guī)模出發(fā)，采用18英寸（450nm）晶圓和建設單片晶圓全自動生產線或將是新的解決方案。可以想象到5～3nm及3nm以下特征尺寸時，半導體芯片工藝又將進入一個相對全新的時代。

產品創(chuàng)新。產品創(chuàng)新是推動半導體產業(yè)發(fā)展的永恒動力。即使摩爾定律趨于失效，但產品創(chuàng)新仍是引領半導體產業(yè)維持高速發(fā)展的主導因素。世界集成電路產品在經歷了Tr（晶體管）、ASSP（標準通用產品）、MPU（微處理器）、ASIC（專用IC）、FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）、SoC（系統(tǒng)級芯片）的產品特征循環(huán)周期，目前正在向U-SoC（超系統(tǒng)級芯片）過渡。新一代信息技術的每一個需求都可能激發(fā)半導體新一代產品的誕生。

全球半導體市場發(fā)展趨勢

全球半導體市場未來發(fā)展將呈現(xiàn)出以下五方面的主要趨勢。

一是5G、AI等新興應用成為市場增長的驅動力。隨著傳統(tǒng)PC市場進一步萎縮和移動智能終端需求的下降，5G、AI、汽車電子、IoT等新興應用成為半導體市場新的重要增長點。5G方面，5G網絡設備和終端發(fā)展將為芯片帶來巨大的市場需求，業(yè)界認為2020年5G將會實現(xiàn)大規(guī)模商用，帶動千億美元的半導體市場。在5G商用初期，運營商大規(guī)模開展網絡建設，5G網絡建設投資帶來的設備制造上收入將成為5G直接經濟產出的主要來源。人工智能方面，人工智能計算任務可借助GPU、FPGA、ASIC等芯片結合軟件算法庫實現(xiàn)加速，為集成電路領域帶來新的市場增長空間。同時，人工智能芯片與深度學習算法和特定場景融合，為全球芯片初創(chuàng)企業(yè)提供新的發(fā)展機遇。

二是摩爾定律持續(xù)成為技術發(fā)展的關鍵驅動力。雖然摩爾定律有接近物理極限的趨勢，但很多物理極限仍被不斷打破和刷新，半導體產業(yè)依然沿著摩爾定律不斷推進。目前最先進的量產工藝已經達到7nm、5nm，工藝產業(yè)化已取得重大突破，并有望繼續(xù)推進至3nm工藝。英特爾、臺積電、三星等領軍企業(yè)在先進工藝方面持續(xù)推進。英特爾2018年量產10nm，2020年以后預計推出7nm。臺積電和三星都宣布采用深紫外（EUV）光刻技術，臺積電已經投資新建5nm生產線，2020年后將啟動建設3nm制程工廠。

三是圍繞超越摩爾定律的產品技術創(chuàng)新活躍。在半導體技術繼續(xù)延續(xù)摩爾定律發(fā)展的同時，以新材料、新結構、新器件為特點的超越摩爾定律為半導體產業(yè)提供了新的發(fā)展方向。一方面，三維異質器件系統(tǒng)集成成為發(fā)展趨勢，英特爾、三星、臺積電等企業(yè)在三維器件制造與封裝領域發(fā)展迅速。英特爾聯(lián)合鎂光推出革命性的3D Xpoint新技術;三星實現(xiàn)多層3D NAND閃存，成為存儲領域的顛覆性產品;臺積電的整合扇出晶圓級封裝技術（InFowlp）應用于蘋果公司最新的處理器中。另一方面，微電子學、計算機科學等多學科與信息技術的交叉滲透日益深入，促使新型微機電系統(tǒng)工藝、寬禁帶半導體材料器件、二維材料與神經計算、量子信息器件等創(chuàng)新技術的集中涌現(xiàn)，拓展了半導體技術發(fā)展方向。超越摩爾產業(yè)不追求器件的尺寸，而是通過研究新原理、新工藝、新材料、新器件以及新裝備加速促進處理器、存儲器、模擬器件、功率器件等實現(xiàn)變革，推動半導體產業(yè)持續(xù)快速發(fā)展。

四是產業(yè)綜合競爭能力向體系化、生態(tài)化演進。隨著產品競爭日益加劇，產業(yè)競爭模式正在向體系化、生態(tài)化方向演進變革。一方面，圍繞新興領域生態(tài)布局的兼并重組活躍。軟銀收購ARM布局物聯(lián)網領域，三星收購汽車電子零部件供應商哈曼公司進入汽車電子行業(yè)，英特爾收購以色列公司Mobileye打造無人駕駛領域的整體解決方案。另一方面，整機和互聯(lián)網等應用企業(yè)涉足上游芯片領域成為產業(yè)發(fā)展新特征。終端企業(yè)為了維持綜合競爭實力，通過使用定制化芯片產品，實現(xiàn)整機產品具備差異化與系統(tǒng)化優(yōu)勢。繼蘋果公司后，谷歌、亞馬遜、Facebook、特斯拉等應用企業(yè)紛紛進入半導體領域，自研或者聯(lián)合開發(fā)芯片產品。

五是全球主要國家和地區(qū)圍繞芯片競爭態(tài)勢加劇。美、歐、日、韓等國家和地區(qū)發(fā)布相關政策，加快半導體產業(yè)的布局，進一步強化政府對產業(yè)的支撐力度，鞏固先發(fā)優(yōu)勢和競爭地位。2016年7月，創(chuàng)新英國技術戰(zhàn)略委員會成立“化合物半導體應用創(chuàng)新研究中心”;2016年，由韓國三星、海力士聯(lián)合成立總規(guī)模超過2000億韓元“半導體希望基金”;2017年美國發(fā)布《持續(xù)鞏固美國半導體產業(yè)領導地位》報告。近期美國DARPA提出了“電子復興計劃”，計劃未來5年投入超過20億美元，組織開發(fā)用于電子設備的新材料，開發(fā)將電子設備集成到復雜電路中的新體系結構。

全球主要國家和地區(qū)

半導體產業(yè)發(fā)展概況

美國：在全球市場中占據(jù)舉足輕重地位。自1959年美國人基爾比和諾伊斯發(fā)明了第一塊集成電路以來，美國半導體產業(yè)在全球一直處于領導地位。盡管在20世紀80年代，面對全球半導體產業(yè)技術轉移趨勢和日本半導體企業(yè)的競爭，美國半導體廠商喪失了部分市場份額。但隨著美國半導體產業(yè)由工藝為主轉向設計為主的重大結構調整，以英特爾為代表的一些企業(yè)，主動放棄存儲器市場，開始大力發(fā)展微處理器，促使美國重新奪回世界半導體霸主地位。

半導體產業(yè)為美國帶來了持續(xù)且穩(wěn)定的經濟利益，并為美國創(chuàng)造了超過100萬個就業(yè)崗位。另外，從美國和全球半導體市場規(guī)模的對比中可以看出，美國半導體產業(yè)在全球市場中占據(jù)舉足輕重的地位，其產業(yè)運行狀況直接表現(xiàn)為全球半導體市場的“晴雨表”，全面影響全球半導體市場形勢。美國半導體產業(yè)除了產業(yè)規(guī)模優(yōu)勢之外，在企業(yè)競爭力方面同樣具有霸主地位。

歐洲：在特定領域形成市場和技術優(yōu)勢。自1987年以來，歐洲“三巨頭”幾乎從未跌出過全球半導體企業(yè)20強。其間，荷蘭飛利浦半導體和德國西門子半導體分別脫離了原有公司獨立發(fā)展成為了恩智浦（NXP）和英飛凌（Infineon），意法半導體集團（SGS-Thomson）也更名成為了意法半導體有限公司（ST）。在過去近30年中，歐洲半導體產業(yè)依托歐洲在機械工程和汽車工業(yè)上的傳統(tǒng)優(yōu)勢，歐洲半導體廠商進行了一系列的戰(zhàn)略調整和對部分業(yè)務的主動放棄，進而聚焦于細分市場并且在特定領域形成巨大的市場和技術優(yōu)勢。此外，設備巨頭ASML和ASM，以及IP巨頭ARM也均是歐洲半導體產業(yè)中的重要成員。

歐洲是全球半導體產業(yè)的重要組成部分，2018年，歐洲半導體銷售金額達到430億美元，較2017年的383億美元增長12.1%。2018年歐洲強勁增長的主要驅動力是存儲器、邏輯芯片、模擬芯片和分立器件等的快速增長。

日本：產品和細分市場呈現(xiàn)穩(wěn)定增長態(tài)勢。20世紀80年代，日本半導體一度超過美國，在全球半導體市場份額占比第一。隨著全球半導體市場的增長趨勢，2018年日本半導體市場規(guī)模時隔6年再次突破400億美元，增速達到9.3%，連續(xù)3年保持增長。得益于消費電子和汽車領域需求旺盛，存儲芯片增長最快，達到創(chuàng)紀錄的40.3%;MPU芯片增長次之，達到21.4%。得益于汽車和工業(yè)的巨大需求，MOSDRAM增速達到19.5%。

韓國：逐漸縮小與先進國家差距。20世紀80年代，在韓國政府的支持下，三星、LG、現(xiàn)代（2001年分離出為海力士）、大宇（1997年亞洲金融危機中破產）四大財閥開始進軍半導體產業(yè)。韓國抓住PC時代與移動通信時代高速發(fā)展期對存儲器的巨大需求缺口，推動成立類似日本VLSI的國家項目研究組，通過技術引進—模仿—創(chuàng)新完成學習過程，逐漸縮小與先進國家的差距。2018年，韓國市場規(guī)模達到1147億美元，同比增長24.3%。市場主要由存儲器產品主導，其價值達到1016億美元。2018年韓國市場銷量主要由大數(shù)據(jù)、高端手機和高容量內存推動。

中國：持續(xù)保持快速發(fā)展勢頭。在政策支持、高額投資、工程師紅利、國內需求快速增長等一系列有利因素的促進下，中國半導體產業(yè)持續(xù)保持快速發(fā)展勢頭。在部分細分領域，如智能卡芯片、通信芯片、移動智能終端芯片設計等方面，中國企業(yè)的產品技術和質量能夠比肩世界先進水平。但在高端通用芯片領域，如CPU、DSP、FPGA、存儲器、模擬芯片等，中國企業(yè)在研發(fā)、設計和制造方面與全球領軍企業(yè)還存在較大差距。

2018年，中國半導體銷售額達到2422億美元，較2017年的2124億美元增長14.0%。在終端領域，2018年中國市場強勁增長的主要驅動力是網絡通信，占總份額的31.3%，其次是計算機，占比27%。2017年到2018年，所有主要終端應用領域實現(xiàn)了同比增長，增速都在11%～15%之間。