中國半導(dǎo)體異軍突起 全球產(chǎn)業(yè)面臨超級(jí)周期
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最近幾年，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)風(fēng)起云涌。一方面，中國半導(dǎo)體異軍突起，另一方面，全球產(chǎn)業(yè)面臨超級(jí)周期，加上人工智能等新興應(yīng)用的崛起，中美科技摩擦頻發(fā)，全球半導(dǎo)體現(xiàn)狀如何？全球半導(dǎo)體的機(jī)會(huì)又將如何？
半導(dǎo)體的前世今生
半導(dǎo)體歷史沿革
芯片是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個(gè)電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)；其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個(gè)整體，使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步。
自從1958年德州儀器發(fā)明出世界上第一塊集成電路以來，集成電路迅猛發(fā)展，歷史上大致從西從東形成轉(zhuǎn)移。從上世紀(jì)50年代發(fā)展至今，集成電路大體經(jīng)歷了三次產(chǎn)業(yè)變遷，分別是：在美國發(fā)明起源——在日本加速發(fā)展——在韓國臺(tái)灣分化發(fā)展。
縱貫全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的時(shí)間軸，可以劃分出七大時(shí)間節(jié)點(diǎn)：20世紀(jì)40-50年代晶體管時(shí)代及IC的誕生；60年代集成電路制造進(jìn)入量產(chǎn)階段，IC進(jìn)入了商用階段；70年代個(gè)人計(jì)算機(jī)出現(xiàn)，大規(guī)模集成電路進(jìn)入民用領(lǐng)域；80年代PC普及，整個(gè)行業(yè)基本都在圍繞PC發(fā)展；90年代PC進(jìn)入成熟階段；21世紀(jì)前10年互聯(lián)網(wǎng)大范圍推廣，網(wǎng)絡(luò)泡沫和移動(dòng)通訊時(shí)代來臨，消費(fèi)電子取代PC成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新驅(qū)動(dòng)因素；2010年至今大數(shù)據(jù)時(shí)代到來，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了增速放緩逐步進(jìn)入成熟。
半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)鏈全景
半導(dǎo)體是許多工業(yè)整機(jī)設(shè)備的核心，普遍應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類電子、網(wǎng)絡(luò)通信、汽車電子等核心領(lǐng)域。半導(dǎo)體主要分為四部分：集成電路、分立器件、光電子器件、微型傳感器，其中集成電路按其功能可分為微處理器、邏輯IC、存儲(chǔ)器、模擬電路。其中集成電路占到整個(gè)市場的80%以上，可按其功能分為計(jì)算類、儲(chǔ)存類和模擬類集成電路。
把整個(gè)半導(dǎo)體生產(chǎn)流程簡化了看，我們可得出下圖，芯片在出廠前主要經(jīng)歷了設(shè)計(jì)、制造階段、封測(cè)，最后流向終端產(chǎn)品領(lǐng)域。
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈龐大而復(fù)雜，可以分為上游支撐產(chǎn)業(yè)鏈，包括半導(dǎo)體設(shè)備、材料、生產(chǎn)環(huán)境；中游核心產(chǎn)業(yè)鏈，包括IC設(shè)計(jì)、IC制造、IC封裝測(cè)試；下游需求產(chǎn)業(yè)鏈，覆蓋汽車電子、消費(fèi)電子、通信、計(jì)算機(jī)。從產(chǎn)業(yè)鏈分布的公司來看：美國、日本、歐洲、臺(tái)灣公司形成對(duì)上中游核心產(chǎn)業(yè)全覆蓋，依靠技術(shù)自主可控壟斷半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。
從全球集成電路市場看，隨著PC應(yīng)用市場萎縮，4G手機(jī)市場逐漸飽和，全球集成電路市場的增長步伐放緩，但2018年全球集成電路銷售額仍保持了15.94%的增長，達(dá)到4779.36億美元。從1999年到2018年，全球半導(dǎo)體銷售額從1494億美元增長至了4779.36億美元，年復(fù)合增長率為6.31%。
據(jù)Gartner公司的數(shù)據(jù)顯示，三星電子和蘋果仍然是2018年兩大半導(dǎo)體芯片買家，占全球市場總量的17.9%，與上一年相比下降了1.6%。受出貨量和平均銷售價(jià)格增長的推動(dòng)，英特爾去年的半導(dǎo)體營收較2017年增長了13.8%。此外，其他主要內(nèi)存芯片廠商去年的表現(xiàn)也較為強(qiáng)勁，包括SK海力士和美光。
計(jì)算類IC——硬核科技的代表
計(jì)算類芯片也稱邏輯電路，是一種離散信號(hào)的傳遞和處理，以二進(jìn)制為原理、實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)邏輯運(yùn)算和操作的電路，它們?cè)谟?jì)算機(jī)、數(shù)字控制、通信、自動(dòng)化和儀表等方面中被大量運(yùn)用。邏輯電路可以分為標(biāo)準(zhǔn)化和非標(biāo)準(zhǔn)化兩大類。
縱觀全球半導(dǎo)體，作為資金與技術(shù)高度密集行業(yè)，半導(dǎo)體目前形成深化的專業(yè)分工、細(xì)分領(lǐng)域高度集中的特點(diǎn)，邏輯IC作為半導(dǎo)體行業(yè)的核心，自上世紀(jì)末開始，近20年來持續(xù)保持增長態(tài)勢(shì)，CAGR達(dá)到8.51%，2018年邏輯IC市場規(guī)模達(dá)到新高1093億美金，約占全球半導(dǎo)體市場總值的四分之一。
目前世界范圍內(nèi)主流標(biāo)準(zhǔn)化邏輯電路有四種：CPU、GPU、ASIC、FPGA。由于西方國家電子信息化擁有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，形成了對(duì)革命性產(chǎn)品的壟斷，邏輯IC行業(yè)形成了較高市場準(zhǔn)入門檻，四個(gè)主流領(lǐng)域多被歐美發(fā)達(dá)國家的電子巨頭所控制。
CPU
CPU從1971年發(fā)展至今已經(jīng)有四十七年的歷史了，提起CPU不得不說Intel公司的發(fā)展史就是CPU的發(fā)展簡史。英特爾公司最早有三位創(chuàng)始人：羅伯特·諾宜斯、高登·摩爾、安迪·葛洛夫。集成電路技術(shù)的發(fā)展一直遵循摩爾定律，高登·摩爾就是摩爾定律創(chuàng)始人。
CPU是一塊超大規(guī)模的集成電路，是計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心和控制核心。它的功能主要是解釋計(jì)算機(jī)指令以及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)。CPU的結(jié)構(gòu)主要包括控制單元、運(yùn)算器、高速緩存器、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器四個(gè)部分，分別對(duì)應(yīng)控制、運(yùn)算、高速數(shù)據(jù)交換存儲(chǔ)、短暫存儲(chǔ)四個(gè)用途。
多年來，隨著電子信息技術(shù)發(fā)展，CPU在集成電路領(lǐng)域仍保持強(qiáng)大的競爭優(yōu)勢(shì)，源于CPU諸多優(yōu)勢(shì)，其一CPU是通用類計(jì)算芯片，能適應(yīng)不同應(yīng)用場景，包括手機(jī)、汽車、工業(yè)制造、計(jì)算機(jī)等。其二性能上穩(wěn)定性好、運(yùn)算能力突出、功耗適中、開發(fā)周期相對(duì)較短、成本較低。
CPU可分為桌面CPU和移動(dòng)CPU兩大類。桌面CPU行業(yè)目前形成傳統(tǒng)霸主英特爾與后起之秀AMD兩強(qiáng)爭霸的局面。
工藝制程方面，目前CPU頂級(jí)的工藝制程為14nm，正在向10nm推進(jìn)。AMD通過多年研發(fā)投入，從不同等級(jí)產(chǎn)品的核心數(shù)、基頻、主頻、緩存、工藝制程等多項(xiàng)技術(shù)參數(shù)上看已經(jīng)不落后于Intel，但缺陷也是明顯的，AMD產(chǎn)品工作主頻往往產(chǎn)生較高發(fā)熱量，功耗過大，反映了AMD追求低成本工藝制作與Intel追求極致工藝制作的較大差距。
應(yīng)用領(lǐng)域上，CPU作為任何電子終端產(chǎn)品的核心部件，被大規(guī)模應(yīng)用在個(gè)人PC、平板電腦、大型服務(wù)器、商用無人機(jī)、移動(dòng)設(shè)備上。
移動(dòng)CPU領(lǐng)域呈現(xiàn)一超多強(qiáng)的局面，美國高通公司一直在高端移動(dòng)處理器市場中占據(jù)壟統(tǒng)治地位，至今這種優(yōu)勢(shì)依舊難以打破。其競爭對(duì)手主要包括美國蘋果電腦、臺(tái)灣聯(lián)發(fā)科和韓國三星電子。
GPU
由于CPU的架構(gòu)中需要大量的空間去放置存儲(chǔ)單元和控制單元，相比之下計(jì)算單元只占據(jù)了很小的一部分，所以它在大規(guī)模并行計(jì)算能力上極受限制，而更擅長于邏輯控制。但是隨著人們對(duì)更大規(guī)模與更快處理速度的需求增加，CPU無法滿足，因此誕生了GPU。
GPU是圖形處理器，是一種專門在個(gè)人電腦、工作站、游戲機(jī)和一些移動(dòng)設(shè)備(如平板電腦、智能手機(jī)等)上圖像運(yùn)算工作的微處理器，擁有很強(qiáng)的浮點(diǎn)運(yùn)算能力。它與CPU有明顯區(qū)別：一是相比于CPU串行計(jì)算，GPU是并行計(jì)算，同時(shí)使用大量運(yùn)算器解決計(jì)算問題的過程，有效提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算速度和處理能力，它的基本思想是用多個(gè)處理器來共同求解同一問題，即將被求解的問題分解成若干個(gè)部分，各部分均由一個(gè)獨(dú)立的處理機(jī)來并行計(jì)算。二是GPU的結(jié)構(gòu)中沒有控制器，所以GPU無法單獨(dú)工作，必須由CPU進(jìn)行控制調(diào)用才能工作，GPU更適合簡單大量的處理類型統(tǒng)一的數(shù)據(jù)。
雖然GPU是為了圖像處理而生的，但是我們通過對(duì)GPU微架構(gòu)示意圖觀察，認(rèn)為GPU在結(jié)構(gòu)上并沒有專門為圖像服務(wù)的部件，只是對(duì)CPU的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化與調(diào)整，所以GPU也可以稱為專用CPU。
談到GPU，可能首先想到的是NVIDIA，這是一顆GPU領(lǐng)域的璀璨明星，NVIDIA成立于1993年，由黃仁勛等三人創(chuàng)辦，從1995年開始推出自己的顯卡NV1和NV2，但并不成功，真正讓NVIDIA嶄露頭角的是1997年推出的RIVA128，這款顯卡像素填充率為100 Mpiexl/s，支持微軟的Direct 3D標(biāo)準(zhǔn)，在能效上超越了3Dfx的Voodoo和ATI的Rage Pro，加上價(jià)格低廉獲得了很多整機(jī)廠的青睞，隨后NVIDIA乘勝推出了RIVA TNT及GeForce 256，徹底將3Dfx和S3這些昔日的霸主拋在身后，此時(shí)唯一能與之相爭的只有ATI的Radeon，ATI的Radeon系列與NVIDIA的GeForce系列的對(duì)抗直到2006年才罷場，AMD成功收購ATI，獨(dú)立GPU市場形成NVIDIA和AMD兩大巨頭的格局。
從產(chǎn)品上來看，兩家公司GPU特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)完全不同，這緣于研發(fā)思路存在差異：NVIDIA產(chǎn)品特點(diǎn)主要有四點(diǎn)：一是設(shè)計(jì)思路歸于高性能、低功耗；二是性能強(qiáng)大，經(jīng)常壟斷高端旗艦級(jí)市場，高端N卡占據(jù)優(yōu)勢(shì)比較明顯；三是支持PhysX、TXAA、FXAA等多個(gè)技術(shù)；四是驅(qū)動(dòng)程序完善。
AMD的產(chǎn)品特點(diǎn)在于：一是芯片單一性能突出，功耗普遍較大；二是主打入門級(jí)的產(chǎn)品，性價(jià)比高，覆蓋中低端市場；三是支持AMD Eyefinity寬屏技術(shù)；四是挖礦性能相當(dāng)突出?？傊琋卡主要有低功耗、驅(qū)動(dòng)成熟、追求極致性能，產(chǎn)品線完善等優(yōu)勢(shì)，A卡則主要是性價(jià)比相對(duì)更高，計(jì)算能力強(qiáng)，繪圖、挖礦更有優(yōu)勢(shì)，畫質(zhì)較好，但高端產(chǎn)品線較少。
ASIC
近年隨著以比特幣為代表的虛擬貨幣市場的火爆，催生了一大批生產(chǎn)“挖掘”虛擬貨幣設(shè)備的礦機(jī)廠商，相較于我們常見的CPU、GPU等通用型芯片來說，ASIC芯片的計(jì)算能力和計(jì)算效率都直接根據(jù)特定的需要進(jìn)行定制，所以其可以實(shí)現(xiàn)體積小、功耗低、高可靠性、保密性強(qiáng)、計(jì)算性能高、計(jì)算效率高等優(yōu)勢(shì)，特別適合礦機(jī)這種對(duì)芯片算力要求高、功耗要求小的特定應(yīng)用領(lǐng)域。缺點(diǎn)是ASIC不同于GPU和FPGA的靈活性，定制化的ASIC一旦制造完成將不能更改設(shè)計(jì)要求高、初期成本高、開發(fā)周期長。
由于挖礦屬于邊緣應(yīng)用領(lǐng)域，AI仍是ASIC的主要應(yīng)用領(lǐng)域，隨著人工智能時(shí)代到來，傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在通用芯片(CPU、GPU)上效率不高，功耗比較大，因此從芯片的設(shè)計(jì)角度來說，通用型往往意味著更高的成本。為了提升效率，降低功耗，ASIC應(yīng)運(yùn)而生。目前從全球范圍來看，基于人工智能方向的ASIC領(lǐng)域并未出現(xiàn)“一家獨(dú)大”的局面，反而呈現(xiàn)出國內(nèi)外電子科技巨頭、科研院所和國內(nèi)初創(chuàng)型公司互相競爭的格局，國外以Google、IBM、Intel、斯坦福大學(xué)為首，國內(nèi)有中星微電子、寒武紀(jì)科技、啟英泰倫。
FPGA
通用處理器的摩爾定律已入暮年，而機(jī)器學(xué)習(xí)和Web服務(wù)的規(guī)模卻在指數(shù)級(jí)增長。人們使用定制硬件來加速常見的計(jì)算任務(wù)，然而日新月異的行業(yè)又要求這些定制的硬件可被重新編程來執(zhí)行新類型的計(jì)算任務(wù)。FPGA正是一種硬件可重構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)，常年來被用作高計(jì)算領(lǐng)域?qū)Ｓ眯酒?ASIC)的小批量替代品。
FPGA指現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。
FPGA能部分替代ASIC是有原因的，一是FPGA并行運(yùn)算，二是硬件結(jié)構(gòu)可變，三是運(yùn)行中可更修改。
FPGA的核心優(yōu)勢(shì)，主要有五個(gè)方面：可編程靈活度高、并行運(yùn)算效率高、開發(fā)周期較短、穩(wěn)定性好、長期維護(hù)。
全球FPGA市場被國外四大巨頭Xilinx(賽靈思)，Altera(阿爾特拉已被英特爾收購)、Lattice(萊迪思)、Microsemi(美高森美)壟斷。從產(chǎn)品上看，賽靈思公司多年來保持FPGA行業(yè)霸主地位，源于產(chǎn)品超強(qiáng)的競爭力，一是賽靈思FPGA在集成上不斷突破，工藝制程一直保持領(lǐng)先，芯片效率高、功耗小。二是產(chǎn)品定位于高端市場，應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋汽車、數(shù)據(jù)中心、消費(fèi)類電子、高性能計(jì)算、醫(yī)療、有線通信等附加值高的行業(yè)。三是技術(shù)專利數(shù)量龐大，形成了抵御同業(yè)對(duì)手的天然壁壘。
DSP
除了以上四種主要標(biāo)準(zhǔn)化電路，非標(biāo)準(zhǔn)化邏輯電路也在各種應(yīng)用領(lǐng)域被大量應(yīng)用，DSP是應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛的一種。
區(qū)別于FPGA適用于系統(tǒng)高速取樣速率、高數(shù)據(jù)率、框圖方式編程、處理任務(wù)固定或重復(fù)、使用定點(diǎn)。適合于高速采樣頻率下，特別是任務(wù)比較固定或重復(fù)的情況以及試制樣機(jī)、系統(tǒng)開發(fā)的場合。DSP，也稱數(shù)字信號(hào)處理器，適用于系統(tǒng)較低取樣速率、低數(shù)據(jù)率、多條件操作、處理復(fù)雜的多算法任務(wù)、使用C語言編程、系統(tǒng)使用浮點(diǎn)。適合于較低采樣速率下多條件進(jìn)程、特別是復(fù)雜的多算法任務(wù)。DSP是由通用計(jì)算機(jī)中的CPU演變而來的，和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，DSP這種單片機(jī)具有多重優(yōu)勢(shì)：一是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化；二是可靠性高，可保持長時(shí)間無故障工作；三是處理功能強(qiáng)，速度快；四是控制功能強(qiáng)；五是環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。
DSP憑借卓越的性能，在圖形圖像處理，語音處理，信號(hào)處理等通信領(lǐng)域起到越來越重要的作用，被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信、電機(jī)控制、汽車毫米波雷達(dá)圖像處理、測(cè)量儀表等領(lǐng)域。
依據(jù)DSP主流廠商產(chǎn)品的特點(diǎn)，可以預(yù)計(jì)未來DSP技術(shù)將向以下幾個(gè)方面繼續(xù)發(fā)展與更新：一是DSP芯核集成度越來越高，通過縮小DSP芯片尺寸，實(shí)現(xiàn)了DSP系統(tǒng)級(jí)的集成電路；二是為了面向復(fù)雜應(yīng)用領(lǐng)域，可編程DSP芯片將成為未來主導(dǎo)；三是定點(diǎn)DSP仍占據(jù)主流，隨著DSP定點(diǎn)運(yùn)算器件成本的不斷低，能耗越來越小的優(yōu)勢(shì)日漸明顯，未來定點(diǎn)DSP芯片仍將是市場的主角。
總體上來看，通過對(duì)多種計(jì)算類芯片全方位對(duì)比，計(jì)算類芯片經(jīng)過幾十年的發(fā)展，CPU不再一枝獨(dú)秀，多種新應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?fù)雜計(jì)算產(chǎn)生強(qiáng)大需求，由此產(chǎn)生專注于圖像處理的芯片GPU；可以靈活編程，大幅縮短開發(fā)周期的芯片F(xiàn)PGA；進(jìn)行了定制設(shè)計(jì)優(yōu)化，在特定應(yīng)用場景下功耗及量產(chǎn)成本較低的ASIC芯片；以及融合數(shù)字信號(hào)處理算法，專用于數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域的DSP芯片等都得到了廣泛的應(yīng)用與快速的發(fā)展。
目前，計(jì)算類芯片已經(jīng)形成了以CPU、GPU、FPGA、ASIC、DSP并行發(fā)展的新趨勢(shì)，可以預(yù)見，隨著未來5G通訊、傳感器(MEMS)、可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機(jī)器人、VR/AR以及人工智能等新興領(lǐng)域市場的發(fā)展擴(kuò)大，對(duì)計(jì)算類芯片性能、技術(shù)、能耗等方面的需求將繼續(xù)驅(qū)動(dòng)各種計(jì)算類芯片在技術(shù)上得到更加快速的發(fā)展。
存儲(chǔ)IC——現(xiàn)代信息技術(shù)的基石
存儲(chǔ)器可以說是大數(shù)據(jù)時(shí)代的基石。存儲(chǔ)器就類似于鋼鐵之于現(xiàn)代工業(yè)，是名副其實(shí)的電子行業(yè)“原材料”。計(jì)算機(jī)中的全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行結(jié)果都保存在存儲(chǔ)器中。
從大類上看，存儲(chǔ)器可以分為光學(xué)存儲(chǔ)器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁性存儲(chǔ)器。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是目前最主要的存儲(chǔ)器類別，以斷電后存儲(chǔ)數(shù)據(jù)是否丟失為標(biāo)準(zhǔn)，半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片可分兩類：一類是非易失性存儲(chǔ)器，這一類存儲(chǔ)器斷電后數(shù)據(jù)能夠存儲(chǔ)，主要以NAND Flash為代表，常見于SSD(固態(tài)硬盤)；另一類是易失性存儲(chǔ)器，這一類存儲(chǔ)器斷電后數(shù)據(jù)不能儲(chǔ)存，主要以DRAM為代表，常用于電腦、手機(jī)內(nèi)存。除了NAND Flash和DRAM，還包含其他門類，例如Nor Flash、SRAM、RRAM、MRAM、FRAM等。
存儲(chǔ)器行業(yè)屬于強(qiáng)周期性行業(yè)，從歷史表現(xiàn)上看，存儲(chǔ)器行業(yè)總是處于交替出現(xiàn)的漲跌循環(huán)之中。存儲(chǔ)器行業(yè)的波動(dòng)劇烈，其產(chǎn)業(yè)周期強(qiáng)于電子市場及電子元器件市場整體的周期性，暴漲暴跌的情況可謂常態(tài)。
從產(chǎn)值構(gòu)成來看，DRAM、NAND Flash、NOR Flash是存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)的核心部分。這緣于一方面性能不斷提升的手機(jī)操作系統(tǒng)及日益豐富的應(yīng)用軟件極大地依賴于手機(jī)嵌入式閃存的容量；另一方面，萬物互聯(lián)等新技術(shù)的涌現(xiàn)推動(dòng)數(shù)據(jù)量的急速膨脹。
受益于上述兩因素，2018年全球半導(dǎo)體營收去年達(dá)4779.36億美元，主要貢獻(xiàn)來自于存儲(chǔ)芯片。存儲(chǔ)芯片占半導(dǎo)體總營收的比重從2017年的31%上升至了2018年的34.8%，占比最大。CAGR明顯高于集成電路整體市場CAGR，從存儲(chǔ)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，DRAM占比57.1%，NAND Flash占比39.49%，NOR Flash占比3.41%。
DRAM
在半導(dǎo)體科技極為發(fā)達(dá)的臺(tái)灣，內(nèi)存和顯存被統(tǒng)稱為記憶體，即動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取記憶體(DRAM)，DRAM是最常見的存儲(chǔ)器，只能將數(shù)據(jù)保持很短的時(shí)間。為了保持?jǐn)?shù)據(jù)，使用電容存儲(chǔ)，所以必須隔一段時(shí)間刷新一次，如果存儲(chǔ)單元沒有被刷新，存儲(chǔ)的信息就會(huì)丟失。
DRAM是相對(duì)于SRAM而產(chǎn)生的，SRAM(靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)是隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器的一種，這種存儲(chǔ)器只要保持通電，里面儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)就可以恒常保持。SARM的優(yōu)勢(shì)是訪問速度快、功耗非常低，缺陷是單位存儲(chǔ)密度不足，成本較高，因而不適合用于更高儲(chǔ)存密度低成本的應(yīng)用，如PC內(nèi)存。DRAM除了兼具SRAM特點(diǎn)外還擁有非常高的密度，單位體積的容量較高，因此成本較低，幾乎適用于任何帶有計(jì)算平臺(tái)的個(gè)人消費(fèi)類或工業(yè)設(shè)備，從筆記本電腦和臺(tái)式電腦到智能手機(jī)和許多其他類型的電子產(chǎn)品等。
隨著CPU性能的不斷提高，終端產(chǎn)品內(nèi)存也需要逐步升級(jí)，高性能的內(nèi)存搭配高性能的CPU才能最大的發(fā)揮它的價(jià)值與優(yōu)勢(shì)，DRAM發(fā)展到現(xiàn)在已歷經(jīng)了五代，從第一代SDRAM，到如今的第五代DDR4SDRAM。DRAM沿著傳輸速率更大，總線計(jì)時(shí)器更多，預(yù)讀取量更大，數(shù)據(jù)傳送速率更快，供電電壓更小的方向發(fā)展。
從行業(yè)上看，早期計(jì)算機(jī)應(yīng)用占了整個(gè)DRAM產(chǎn)業(yè)高達(dá)90%份額，2016年開始伴隨大容量智能手機(jī)崛起，手機(jī)逐漸取代PC成為DRAM產(chǎn)業(yè)的主流，同時(shí)云服務(wù)器DRAM需求涌現(xiàn)的帶動(dòng)是功不可沒的推手，包括Facebook、Google、Amazon、騰訊、阿里巴巴等不斷擴(kuò)充網(wǎng)路存儲(chǔ)系統(tǒng)，對(duì)于云存儲(chǔ)、云計(jì)算的需求提升，都帶動(dòng)服務(wù)器DRAM需求起飛，目前DRAM行業(yè)一直被美韓三大存儲(chǔ)器公司壟斷，三星、海力士、美光占據(jù)了全球市場的95%以上。
DRAM節(jié)點(diǎn)尺寸目前是由器件上最小的半間距來定義的，美光DRAM基于字線，三星和SK海力士則基于主動(dòng)晶體管，美光科技、三星和SK海力士作為DRAM市場的主導(dǎo)廠商，這三家公司擁有各自的工藝節(jié)點(diǎn)。由于解決了這些技術(shù)節(jié)點(diǎn)問題，美韓三大廠商憑借領(lǐng)先的工藝水平拉開了與其它存儲(chǔ)器廠商的差距。
NAND Flash
NAND Flash是Flash存儲(chǔ)器中最重要的一種，其內(nèi)部采用非線性宏單元模式，為固態(tài)大容量內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)提供了廉價(jià)有效的解決方案。NAND Flash存儲(chǔ)器具有容量較大，改寫速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
Flash的內(nèi)部由金屬氧化層、半導(dǎo)體、場效晶體管(MOSFET)構(gòu)成，里面有個(gè)懸浮門(Floating Gate)，是真正存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的單元。數(shù)據(jù)在Flash內(nèi)存單元中是以電荷(electrical charge)形式存儲(chǔ)的。存儲(chǔ)電荷的多少，取決于圖中的控制門(Control gate)所被施加的電壓，它控制的是向存儲(chǔ)單元中沖入電荷還是使其釋放電荷。而數(shù)據(jù)的表示，以所存儲(chǔ)的電荷的電壓是否超過一個(gè)特定的閾值Vth來表示。對(duì)于NAND Flash的寫入(編程)，就是控制Control Gate去充電(對(duì)Control Gate加壓)，使得懸浮門存儲(chǔ)的電荷夠多，超過閾值Vth，就表示0。對(duì)于NAND Flash的擦除(Erase)，就是對(duì)懸浮門放電，低于閥值Vth，就表示1。
NAND FLASH內(nèi)部依靠存儲(chǔ)顆粒實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)，里面存放數(shù)據(jù)的最小單位叫cell。每個(gè)儲(chǔ)存單元內(nèi)儲(chǔ)存1個(gè)信息位(bit)，稱為單階儲(chǔ)存單元(SLC)，SLC閃存的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度更快，功率消耗更低和儲(chǔ)存單元的壽命更長，成本也就更高。每個(gè)儲(chǔ)存單元內(nèi)儲(chǔ)存2個(gè)bit，稱為多階儲(chǔ)存單元(MLC)，與SLC相比，MLC成本較低，其傳輸速度較慢，功率消耗較高和儲(chǔ)存單元的壽命較低。每個(gè)儲(chǔ)存單元內(nèi)儲(chǔ)存3個(gè)bit稱為三階儲(chǔ)存單元(TLC)，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)密度相對(duì)MLC和SLC更大，所以價(jià)格也就更便宜，但使用壽命和性能也就更低。由于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量的不用，導(dǎo)致SSD從可擦寫次數(shù)、讀取時(shí)間、編程時(shí)間、擦寫時(shí)間存在差異。
從工藝上看，NAND Flash可以分為2D工藝和3D工藝，傳統(tǒng)的2D工藝類似于“一張紙”，但“一張紙”的容量是有瓶頸的，三星、英特爾、美光、東芝四家閃存大廠為了滿足大容量終端需求，均開始研發(fā)多層閃存(3D NAND Flash)，英特爾和美光引入市場的3D Xpoint是自NAND Flash推出以來，最具突破性的一項(xiàng)存儲(chǔ)技術(shù)，它通過單層存儲(chǔ)器堆疊突破了2D NAND存儲(chǔ)芯片容量的極限，大幅提升了存儲(chǔ)器容量，因此技術(shù)3D NAND具備了四個(gè)優(yōu)勢(shì)：一是比2D NAND Flash快1000倍；二是成本只有DRAM的一半；三是使用壽命是2D NAND的1000倍；四是密度是傳統(tǒng)存儲(chǔ)的10倍。
除了傳統(tǒng)存儲(chǔ)巨頭三星電子、SK海力士、美光科技，東芝和西部數(shù)據(jù)也是NAND FLASH領(lǐng)域不可忽視的重要力量。
應(yīng)用領(lǐng)域看，NAND-FLASH廣泛應(yīng)用于固態(tài)硬盤(SSD)，固態(tài)硬盤按照存放數(shù)據(jù)最小單位bit來劃分主要可以分為SLC-SSD、MLC-SSD和TLC-SSD三類。SLC-SSD具有高速寫入，低出錯(cuò)率，長耐久度特性，主要針對(duì)軍工、企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)。MLC-SSD和TLC-SSD固態(tài)硬盤的應(yīng)用主要針對(duì)消費(fèi)級(jí)存儲(chǔ)，有著2倍、3倍容量于SLC-SSD，同時(shí)具備低成本優(yōu)勢(shì)，適合USB閃盤，手機(jī)等。
整體上來看，DRAM和NAND FLASH占據(jù)了存儲(chǔ)芯片市場96%以上的份額，NOR Flash由于存儲(chǔ)容量小，應(yīng)用領(lǐng)域偏重于代碼存儲(chǔ)，在消費(fèi)級(jí)存儲(chǔ)應(yīng)用上已出現(xiàn)被NAND閃存替代的趨勢(shì)，目前僅應(yīng)用于功能性手機(jī)，機(jī)頂盒、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、工業(yè)生產(chǎn)線控制上。
由于存儲(chǔ)行業(yè)終端用戶的IT需求往往是綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)三方面，廣泛分布于所有對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)有需求的各行各業(yè)，涵蓋了國民經(jīng)濟(jì)的大部分領(lǐng)域，市場規(guī)模和發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>
公司層面，由于未來以DRAM和NAND FLASH為主導(dǎo)的存儲(chǔ)器行業(yè)趨勢(shì)仍將延續(xù)，海外存儲(chǔ)器巨頭三星電子、SK海力士、美光科技、西部數(shù)據(jù)、東芝憑借三個(gè)先發(fā)優(yōu)勢(shì)：國家資本支持，數(shù)量龐大的技術(shù)專利，對(duì)下游終端行業(yè)多年的滲透，控制了中高端存儲(chǔ)器市場，未來仍將繼續(xù)角逐存儲(chǔ)器行業(yè)。
模擬IC---通信、5G等新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展急先鋒
信號(hào)可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。現(xiàn)實(shí)中一切的信號(hào)，包括光熱力聲電等都屬于模擬信號(hào)，例如麥克風(fēng)能將聲音的大小轉(zhuǎn)換成電壓的大小，可得到一個(gè)連續(xù)的電壓變化，這種連續(xù)的信號(hào)稱為模擬信號(hào)，用來處理模擬信號(hào)的集成電路稱為模擬芯片。
模擬芯片產(chǎn)品已經(jīng)遍布生活中的各個(gè)角落，無論是網(wǎng)絡(luò)通信、消費(fèi)電子、工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備還是汽車電子，都會(huì)用到模擬芯片，同時(shí)，現(xiàn)在的許多新興應(yīng)用，包括共享單車、AR/VR無人機(jī)等也都會(huì)用到模擬芯片。
模擬芯片作為電子產(chǎn)品的重要組成部分，市場需求隨著各類電子產(chǎn)品的快速發(fā)展而不斷擴(kuò)大。模擬產(chǎn)品生命周期較長，可達(dá)10年之久，同時(shí)，模擬芯片市場不易受單一產(chǎn)業(yè)景氣變動(dòng)影響，因此價(jià)格波動(dòng)遠(yuǎn)沒有存儲(chǔ)芯片和邏輯電路等數(shù)字芯片的變化大，市場波動(dòng)幅度也相對(duì)較小。根據(jù)WSTS統(tǒng)計(jì)，2017年全球模擬芯片銷售額為527億美金，約占半導(dǎo)體總體規(guī)模的12.8%。據(jù)ICInsights預(yù)測(cè)，在未來五年內(nèi)，模擬芯片的銷售量預(yù)計(jì)將在主要集成電路細(xì)分市場中增長最為強(qiáng)勁，以6.6%的年復(fù)合增長率快速增長。預(yù)計(jì)到2022年，全球模擬芯片市場規(guī)?？蛇_(dá)到748億美元。模擬芯片是預(yù)測(cè)中增長最快的主要產(chǎn)品類別，電源管理IC，專用模擬芯片和信號(hào)轉(zhuǎn)換器組件的強(qiáng)勁銷售預(yù)計(jì)將成為未來五年模擬增長的主要推動(dòng)力。
射頻器件
射頻器件是無線連接的核心，凡是需要無線連接的地方必備射頻器件，進(jìn)入了5G時(shí)代，其背后牽動(dòng)的價(jià)值尤為重要。
通常情況下，一部手機(jī)主板使用的射頻芯片占整個(gè)線路面板的30%--40%。隨著智能手機(jī)迭代加快，射頻芯片也將迎來新一波高峰。目前，全球約95%的市場被控制在歐美廠商手中，甚至沒有一家亞洲廠商能進(jìn)入產(chǎn)業(yè)頂尖行列。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推動(dòng)下，未來全球無線連接數(shù)量將成倍的增長。同時(shí)，未來由4G+，5G，物聯(lián)網(wǎng)等對(duì)射頻器件的爆發(fā)性需求會(huì)加速它的發(fā)展。
歸結(jié)起來，射頻器件主要三大細(xì)分領(lǐng)域?yàn)樯漕l濾波器、射頻開關(guān)、PA芯片(功率放大器芯片)。射頻前端芯片是移動(dòng)智能終端產(chǎn)品的核心組成部分，追求低功耗、高性能、低成本是其技術(shù)升級(jí)的主要驅(qū)動(dòng)力，也是芯片設(shè)計(jì)研發(fā)的主要方向。
從已有數(shù)據(jù)看來，濾波器是射頻前端市場中最大的業(yè)務(wù)板塊，其市場規(guī)模將從2016年的52億美元增長至2022年的163億美元。濾波器市場的驅(qū)動(dòng)力來自于新型天線對(duì)額外濾波的需求，以及多載波聚合(CA)對(duì)更多的體聲波(BAW)濾波器的需求。
功率放大器(PA)和低噪聲放大器(LNA)是射頻前端市場中第二大的業(yè)務(wù)板塊，由于新型天線的出現(xiàn)和增長，低噪聲放大器市場將穩(wěn)步發(fā)展。開關(guān)是射頻前端市場中第三大的業(yè)務(wù)板塊，其市場規(guī)模將從2016年的10億美元增長至2022年的20億美元。該市場將主要由天線開關(guān)業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)而增長。
AD/DA(模數(shù)/數(shù)模)相關(guān)產(chǎn)品
近年來，數(shù)字技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代軍事和商用控制、通信等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。為了提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)，對(duì)信號(hào)的處理廣泛采用了數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)。由于系統(tǒng)的實(shí)際對(duì)象都是模擬量，如溫度、壓力、位移、圖像等，需要將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)才能使計(jì)算機(jī)或者數(shù)字儀表識(shí)別、處理這些信號(hào)；而經(jīng)計(jì)算機(jī)分析、處理后輸出的數(shù)字量往往也需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬信號(hào)才能為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接受。由此，就需要能在模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間起橋梁作用的電路，即模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
A/D是模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，依靠的是模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Converter)，簡稱ADC。D/A是數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，依靠的是數(shù)模轉(zhuǎn)換器(Digital to Analog Converter)，簡稱DAC。它們的道理是完全一樣的，只是轉(zhuǎn)換方向不同。
如今的電子產(chǎn)品中，數(shù)模芯片幾乎無處不在。數(shù)模芯片主要用在汽車專用模擬芯片中，近年來自動(dòng)駕駛與電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展，都是汽車模擬芯片市場的增長保障。目前生產(chǎn)AD/DA的主要廠家有ADI、TI、BB、PHILIP、MOTOROLA等。
得益于目前4G、5G通信的建設(shè)，移動(dòng)基站的部署等行業(yè)因素推動(dòng)，移動(dòng)通信終端和便攜式移動(dòng)互聯(lián)設(shè)備的增長等等推動(dòng)，通信與消費(fèi)電子領(lǐng)域仍然是信號(hào)轉(zhuǎn)換模擬芯片的最大終端應(yīng)用市場。同時(shí)，汽車電子也成為繼網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域之后帶動(dòng)數(shù)模芯片市場增長的另一大領(lǐng)域。全球AD/DA轉(zhuǎn)換中高端市場主要由ADI、TI等美國廠商占據(jù)，我們從上文分析TI和ADI等大型模擬芯片廠商近年的運(yùn)營情況看來，其對(duì)汽車電子應(yīng)用市場相關(guān)領(lǐng)域的投入是支持這些公司不斷壯大的支撐。
我國目前在部分品種芯片的研發(fā)和生產(chǎn)方面已經(jīng)具備基本的自給自足的能力，但芯片的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝與美國相比，仍存在整體差距，尤其是在高端核心芯片，比如高速數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、射頻芯片等方面，對(duì)外依賴度較高。
在5G時(shí)代，對(duì)器件標(biāo)準(zhǔn)提出了更高要求，而同時(shí)5G時(shí)代有望加速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)則對(duì)數(shù)模中低端器件的需求全面提升。我們認(rèn)為，5G高端需求在數(shù)模轉(zhuǎn)換器件領(lǐng)域有望實(shí)現(xiàn)突破，而國內(nèi)廠商則有望在中低端器件的需求中，探索出該領(lǐng)域升級(jí)和突破的新思路。
電源管理產(chǎn)品
如今，我們的生活中隨處可看到電子設(shè)備的激增，從收音機(jī)到電視機(jī)、智能手機(jī)、無人機(jī)、智能手表或者電動(dòng)汽車，對(duì)電子設(shè)備的需求正影響和惠及不同的市場，尤其是電力管理設(shè)備。事實(shí)上，任何電子設(shè)備都需要電源管理裝置。作為電子設(shè)備的關(guān)鍵部件，電源管理芯片擔(dān)負(fù)起對(duì)電能的變換、分配、檢測(cè)及其它電能管理的職責(zé)，其性能的優(yōu)劣對(duì)于整機(jī)系統(tǒng)性能具有重要意義。因此，電源管理產(chǎn)品市場的發(fā)展遵循最終用戶需求的大趨勢(shì)也非常明顯。2017年全球模擬芯片銷售情況中，電源管理芯片占模擬芯片銷售份額接近三成，并持續(xù)保持增長態(tài)勢(shì)。
對(duì)于電源管理芯片而言，其主要的應(yīng)用領(lǐng)域包括汽車、通信、工業(yè)、消費(fèi)類、計(jì)算等方面。據(jù)IC insights的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2017年模擬市場的總銷售額為545億美元，其中電源管理芯片占比接近三成，并持續(xù)保持增長態(tài)勢(shì)。據(jù)Yole預(yù)測(cè)，電源IC將從多個(gè)關(guān)鍵終端市場獲益，到2023年電源IC市場規(guī)模將增長至227億美元，2017~2023年期間的復(fù)合年增長率(CAGR)將達(dá)4.6%。
通信市場占據(jù)了最主要的市場份額，尤其是即將到來的5G大規(guī)模布局，將進(jìn)一步提升通信領(lǐng)域電源管理芯片的需求。同時(shí)，汽車電氣化以及工業(yè)4.0升級(jí)，也將成為電源管理芯片的助推劑。相對(duì)而言，消費(fèi)類及計(jì)算方面應(yīng)用需求變化并不顯著。
進(jìn)入2018年，全球電源管理芯片領(lǐng)域也表現(xiàn)的非常活躍。先是，微控制器領(lǐng)域的有力競爭者Renesas(瑞薩)收購了Intersil，后者的產(chǎn)品組合包括穩(wěn)壓器和其他模擬產(chǎn)品。通過收購，Renesas獲得了原本缺乏的電源管理、接口和柵極驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品組合。而后，蘋果與Dialog也達(dá)成6億美元交易，Dialog將授權(quán)其電源管理技術(shù)、轉(zhuǎn)移部分資產(chǎn)以及輸送300名研發(fā)工程師給蘋果。自此，蘋果也具備了電源芯片開發(fā)能力，后續(xù)產(chǎn)品也將搭載自主產(chǎn)品。
海外廠商，如美國、日本廠商，仍然占據(jù)著移動(dòng)通信器件的壟斷地位，全球數(shù)模轉(zhuǎn)換中高端市場主要由ADI和TI等美國廠商占據(jù)，國內(nèi)廠商在相關(guān)領(lǐng)域的研制仍處在低階階段，未來將會(huì)存在相關(guān)公司研發(fā)、擴(kuò)展和資本合作，這個(gè)階段將會(huì)帶給優(yōu)秀公司高速成長的機(jī)會(huì)。綜合看來，伴隨著全球科技、經(jīng)濟(jì)、軍事等領(lǐng)域的快速發(fā)展，模擬芯片市場正迎來新的爆發(fā)期。尤其是其中的射頻關(guān)鍵器件、AD/DA數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換器將成為5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來的關(guān)鍵突破點(diǎn)。同時(shí)，全球各大廠商的并購、重組等利用各種資源對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行整合和提升，為行業(yè)的發(fā)展提供更多元化的發(fā)展思路。
智東西認(rèn)為，全球半導(dǎo)體行業(yè)步入超級(jí)周期、同時(shí)面臨中美科技摩擦、中國集成電路產(chǎn)業(yè)扶持政策力度加大等多因素疊加，前景向好。半導(dǎo)體是信息產(chǎn)業(yè)的明珠，具備技術(shù)密集、資本密集特性和勞務(wù)密集型三個(gè)特點(diǎn)，是信息產(chǎn)業(yè)根本所在。近些年來以來，由于人工智能、可折疊手機(jī)等新興應(yīng)用的崛起，全球半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)入超級(jí)周期。而且，最近隨著中美科技摩擦頻發(fā)，美方對(duì)中國投資及核心技術(shù)獲取施加限制，中國半導(dǎo)體行業(yè)正處于產(chǎn)業(yè)升級(jí)的歷史窗口期。
評(píng)論