人工智能、汽车电子、物联网、5G等现代科技行业的发展都离不开半导体产业的支持,因此全球各国政府高度重视半导体产业的发展,全力支持半导体产业。主要国家和地区相继出台了半导体支持政策,以加强自身半导体产业国际竞争力。
主要国家和地区“强芯”政策见表1-1。
表1-1 主要国家和地区“强芯”政策盘点
(续)
根据WSTS(世界半导体贸易统计组织)于2021年8月发布的最新数据,全球半导体产业规模从2000年的2044亿美元增长至2022年的6065亿美元,其中2010—2022年复合增长率为6.09%,增速高于21世纪前10年水平。但实际上,2022年全球半导体市场规模为5735亿美元,较2021年增长3.2%,行业增速整体有所放缓。在数据中心、新能源汽车、智能驾驶领域的共同驱动下,集成电路、分立器件(IGBT及大功率MOSFET)和传感器等将为全球半导体市场贡献主要增长动力。WSTS在最近即2023年6月发布的预测称,2023年全球半导体市场规模将同比减少10.3%,降至5150亿美元。WSTS 2023年8月公布的2024年全球半导体市场规模预期数据显示,预计2024年半导体市场规模将比2023年增加11.8%,达到5759亿美元,并高于2022年5735亿美元的市场规模。总体来说,虽然全球金融危机等重大事件对半导体产业发展带来一定影响,半导体进入下行周期,但全球经济总量持续增长将带动半导体产业规模不断扩大。
2000—2022年全球半导体市场规模及全球GDP情况(其中2022年实际有所变化),如图1-3所示。
1.按区域划分
半导体产业发展区域差异明显,亚太地区成为引领全球半导体产业发展的重要引擎。从全球主要区域半导体产业发展情况来看,自2002年以来亚太地区(除日本)已成为全球半导体市场规模最大的区域,并一直保持至今。基于WSTS 2021年8月发布的预测数据显示,到2022年全球半导体市场规模将达到6065亿美元,其中亚太地区(除日本)市场规模为3797亿美元,在全球半导体市场中占比高达62.60%,如图1-4所示。
图1-3 2000—2022年全球半导体市场规模及全球GDP情况
资料来源:WSTS(世界半导体贸易统计组织),World Bank(世界银行),IMF(国际货币基金组织),尚普研究院结合公开资料整理绘制。
图1-4 2022年全球半导体市场规模预测(按区域划分)
资料来源:WSTS(世界半导体贸易统计组织),尚普研究院。
2.按产品划分
集成电路(IC)作为全球半导体第一大市场,占比多年保持在80%以上。半导体产品主要分为集成电路、分立器件、光电子器件及传感器四类,其中集成电路(IC)主要包含逻辑芯片、存储器、微处理器、模拟集成电路。集成电路多年占据全球半导体产品市场首位,具有至关重要的地位。WSTS预测,到2022年全球集成电路市场规模为5108亿美元,占比为84.22%,光电子器件、分立器件、传感器占比分别为7.42%、5.10%和3.26%,如图1-5所示。
图1-5 2022年全球半导体市场规模预测(按产品划分)
资料来源:WSTS(世界半导体贸易统计组织),尚普研究院。
全球半导体产业可分为EDA/IP、芯片设计(逻辑、DAO 、存储)、半导体制造设备、半导体材料、晶圆制造(前道晶圆制造、后道封装测试)五大细分市场。
1.EDA/IP细分市场对比
EDA/IP处于半导体产业链的最前端,虽然其在全球半导体供应链中占比很小,但在价值链上却举足轻重,被称作半导体“皇冠上的明珠”,撬动了几千亿美元的半导体产业。美国在半导体产业“皇冠上的明珠”EDA/IP细分市场上独占鳌头,市占率高达72%。中国大陆地区在这一市场上的比重仅为3%,如图1-6所示。
图1-6 2021年全球半导体EDA/IP制造增加值分布情况
资料来源:BCG、SIA、Capital IQ、Gartner、SEMI、HIS。
2.芯片设计细分市场对比
芯片设计是典型的人才和智力密集型产业。芯片设计分为逻辑、DAO和存储。在逻辑和DAO细分市场上,美国遥遥领先于其他国家和地区,这两大细分市场市占率分别为67%和37%。在存储方面,韩国占据了主要市场份额,占比高达58%。而中国大陆地区在存储市场的市占率不到1%,如图1-7所示。
图1-7 2021年全球半导体芯片设计制造增加值分布情况
资料来源:BCG、SIA、Capital IQ、Gartner、SEMI、HIS。
3.半导体制造设备细分市场对比
半导体制造过程会使用超过50种不同类型的复杂晶圆处理和测试设备。在半导体制造设备细分市场,美国依旧占据了主导地位。2021年美国半导体制造设备制造增加值占据了全球42%的市场份额。日本和欧洲排名第二和第三,市占率分别为27%和21%,如图1-8所示。
图1-8 2021年全球半导体制造设备制造增加值分布情况
资料来源:BCG、SIA、Capital IQ、Gartner、SEMI、HIS。
4.半导体材料细分市场对比
半导体材料在晶圆制造中也起着关键性的作用。在半导体材料细分市场,中国台湾地区为全球提供了23%的半导体材料,是全球第一大半导体材料地区;其次是中国大陆地区,市占率为19%,韩国第三,市占率为17%。美国在这一细分市场占比仅为10%,如图1-9所示。
图1-9 2021年全球半导体材料制造增加值分布情况
资料来源:BCG、SIA、Capital IQ、Gartner、SEMI、HIS。
5.晶圆制造细分市场对比
晶圆制造分为前道晶圆制造和后道封装测试。在前道晶圆制造方面,中国大陆地区占据了主要市场份额,市占率为21%;其次是中国台湾地区、韩国和日本,2021年市占率分别为19%、17%和16%。美国在这一方面占比仅为11%。目前全球封装和测试工厂主要集中在中国大陆地区和中国台湾地区,中国占据了全球晶圆后道封装测试最主要的市场份额。2021年中国大陆地区后道封装市占率为38%,中国台湾地区为19%,合计中国占据了整个全球晶圆后道封装测试的57%,如图1-10、图1-11所示。
图1-10 2021年全球半导体晶圆制造增加值分布情况(前道晶圆制造)
资料来源:BCG、SIA、Capital IQ、Gartner、SEMI、HIS。
图1-11 2021年全球半导体晶圆制造增加值分布情况(后道封装测试)
资料来源:BCG、SIA、Capital IQ、Gartner、SEMI、HIS。
1.技术发展趋势
全球半导体产业发展迅猛,已发展到“后摩尔时代”,不再仅仅是依靠减少特征尺寸提升集成度和性能,而是考虑其性能/功耗的比值标尺。半导体技术发展势态分为四个方向,即延续摩尔、扩展摩尔、超越摩尔、丰富摩尔。
1)延续摩尔。通过晶体管结构、材料和工艺技术的不断创新,使得关键尺寸继续按照摩尔定律的节奏成比例缩小。
2)扩展摩尔。采用SoC和SiP的技术将数字电路、模拟电路、高电压器件、传感器件微机械器件,以及生物芯片与非经典的CMOS器件集成在一起。
3)超越摩尔。放弃现有的CMOS技术,采用自下而上的自组装方式构成电路的基本单元,例如量子器件、自旋器件、磁通器件和碳纳米管器件等。
4)丰富摩尔。微纳电子技术与其他学科,如数学、物理、化学、生物学等的深度交叉融合,形成新的科学技术领域,潜在地发展出全新形态的信息科学和产业。
2.产业链发展趋势
1)半导体技术上升到各国从未有过的战略高度。地缘政治因素对半导体供应链影响逐步加剧,导致半导体技术上升到各国从来没有过的战略高度。
2)各国开始将工艺产能视为各行各业的基础设施及未来产业发展的基石。各国政府认为,半导体产能方面不能只依靠市场调节,不能由单一地区或公司主导工艺产能,首先要做好本区域的半导体供应链保障,并力争上游有先进工艺,让各国都形成依赖。