半導(dǎo)體市場開始復(fù)蘇了

半導(dǎo)體行業(yè)因「新冠疫情」而陷入前所未有的衰退，但復(fù)蘇的跡象似乎開始出現(xiàn)。本文根據(jù)半導(dǎo)體市場統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和主要制造商的財(cái)務(wù)業(yè)績報(bào)告，探討半導(dǎo)體市場復(fù)蘇的時(shí)機(jī)。此外，我們將討論生成式人工智能，它很可能成為行業(yè)的新驅(qū)動(dòng)力。

世界半導(dǎo)體市場統(tǒng)計(jì)（WSTS）數(shù)據(jù)和半導(dǎo)體制造商的業(yè)績顯示，有跡象表明半導(dǎo)體市場正在從衰退走向復(fù)蘇。然而，半導(dǎo)體市場的全面復(fù)蘇很可能在 2024 年發(fā)生。

經(jīng)濟(jì)衰退復(fù)蘇后，推動(dòng)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的將是 ChatGPT 等用于生成式 AI（人工智能）的半導(dǎo)體。因此，我們預(yù)測領(lǐng)先的半導(dǎo)體產(chǎn)品將從蘋果的 iPhone 處理器轉(zhuǎn)向英偉達(dá)的 GPU 等。

全球半導(dǎo)體市場呈現(xiàn)復(fù)蘇跡象

2020 年，新冠疫情爆發(fā)，遠(yuǎn)程辦公、在線學(xué)習(xí)、在線購物在全球范圍內(nèi)流行。然后到了 2021 年，半導(dǎo)體短缺導(dǎo)致汽車和各種電子設(shè)備無法生產(chǎn)。

這引發(fā)了全球前所未有的半導(dǎo)體熱潮。此外，出于對中美半導(dǎo)體摩擦的擔(dān)憂，世界各國和地區(qū)開始競相加強(qiáng)半導(dǎo)體制造能力。因此，從 2022 年開始半導(dǎo)體又出現(xiàn)供過于求和價(jià)格暴跌的情況，市場也因此進(jìn)入嚴(yán)重衰退。

正當(dāng)我想知道歷史上最嚴(yán)重的半導(dǎo)體衰退何時(shí)結(jié)束時(shí)，市場復(fù)蘇的跡象終于開始出現(xiàn)。

圖 1 按類型顯示了截至 2023 年 6 月的半導(dǎo)體出貨量（三個(gè)月移動(dòng)平均值）。這里，Mos Micro 包括 Intel 等公司生產(chǎn)的處理器 (MPU) 和瑞薩電子等公司生產(chǎn)的微型計(jì)算機(jī) (MCU)。Mos Memory 大部分是 DRAM 和 NAND 閃存。邏輯包括智能手機(jī)處理器和英偉達(dá) GPU。另外，之所以將圖表繪制為 3 個(gè)月移動(dòng)平均線，是為了呈現(xiàn)每月出貨量的波動(dòng)。

圖 1 按類型劃分的半導(dǎo)體 3 個(gè)月移動(dòng)平均出貨值（截至 2023 年 6 月）來源：WSTS

再看圖 1，我們可以看到 Mos Micro、Mos Memory 和 Logic 在 2023 年 4 月至 5 月觸底，并正在走向復(fù)蘇。此外，模擬器件出貨量的下降速度似乎已經(jīng)放緩。

3 個(gè)月移動(dòng)平均線同比增長

接下來，圖 2 顯示了按類型劃分的半導(dǎo)體出貨量同比增長率（3 個(gè)月移動(dòng)平均值）。其中，可以看出 Mos Memory 的跌宕起伏尤為嚴(yán)重。而 2023 年 4 月的-56.3% 將比 2019 年的內(nèi)存衰退（-39.2%）、2008 年金融危機(jī)之后（-41.5%）和 1995 年 Windows 95 發(fā)布之后（-54.2%）更糟糕。這是歷史上第二高的跌幅，僅次于 2001 年 IT 泡沫破滅后的 66.6% 的跌幅。

圖 2. 按類型劃分的半導(dǎo)體出貨量同比增長率（3 個(gè)月移動(dòng)平均值）（截至 2023 年 6 月）來源：WSTS

如果我們放大 2016 年以來的增長率，我們可以看到 Mos Micro 和 Mos Memory 在 2023 年 4 月觸底，而 Logic 和 Analog 的增長率則有所放緩（圖 3）。因此，可以說各種半導(dǎo)體正在復(fù)蘇的道路上。上一年三個(gè)月移動(dòng)平均增長率使用以下公式計(jì)算（圖 4）。

圖 3：上一年按類型劃分的半導(dǎo)體出貨量增長率（3 個(gè)月移動(dòng)平均值）（2016 年至 2023 年 6 月擴(kuò)展）來源：WSTS

圖 4 上年 3 個(gè)月移動(dòng)平均增長率計(jì)算公式

然而，各種半導(dǎo)體要出現(xiàn)正增長還需要相當(dāng)長的時(shí)間。從圖 3 的增速走勢來看，今年（2023 年）很難看到轉(zhuǎn)正增長，全面復(fù)蘇很可能要到明年（2024 年）上半年之后。這樣看來，全球半導(dǎo)體市場的數(shù)據(jù)顯示出了從衰退中復(fù)蘇的跡象。在半導(dǎo)體制造商的業(yè)績中也可以看到類似的趨勢。下面，我們來看看美國英特爾、美國 AMD、韓國三星電子（以下簡稱三星）、SK 海力士截至 2023 年第二季度（Q2）的銷售額和營業(yè)利潤。

英特爾和 AMD 銷售額

圖 5 顯示了 MPU 廠商 Intel 和 AMD 的季度銷售額。自 2014 年以來，英特爾的銷售額一直在起伏中增長，并在 2021 年第四季度創(chuàng)下 205.3 億美元的歷史新高。然而，隨后銷售額持續(xù)急劇下降，2023 年第一季度降至 117 億美元，并以此觸底，在接下來的第二季度恢復(fù)至 129 億美元。

圖 5 Intel 和 AMD 季度銷售額（截至 2023 年 Q2）來源：Intel 和 AMD

另一方面，直到 2017 年左右，AMD 的銷售額還不到英特爾的 10%。然而，從 2018 年第三季度開始將生產(chǎn)外包給臺積電后，銷售額逐漸上升，到 2022 年第二季度達(dá)到 65.5 億美元。

在 2022 年開始的經(jīng)濟(jì)衰退期間，AMD 的銷售額并沒有像英特爾那樣下降那么多。這就是無晶圓廠的優(yōu)勢。如果經(jīng)濟(jì)衰退來襲，你所要做的就是減少外包給臺積電的生產(chǎn)量。然而，這些固定成本對擁有許多大型半導(dǎo)體工廠和超過 13 萬名員工的英特爾造成沉重負(fù)擔(dān)。這反映在營業(yè)收入的趨勢上。

英特爾和 AMD 營業(yè)利潤

圖 6 顯示了英特爾和 AMD 的季度營業(yè)利潤。英特爾的營業(yè)利潤趨勢令人震驚。在 2022 年第一季度達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的 81 億美元后，第二季度下滑至 5 億美元的虧損。此后，英特爾的營業(yè)利潤繼續(xù)徘徊在紅色附近，2023 年第一季度降至 14.7 億美元的赤字。

圖 6 Intel、AMD 季度營業(yè)收入（截至 2023 年 Q2）來源：Intel、AMD

如果赤字繼續(xù)擴(kuò)大，英特爾可能會(huì)面臨破產(chǎn)，但在接下來的 Q2，它勉強(qiáng)恢復(fù)到 15 億美元的利潤。再看 AMD 的狀況，自 2011 年以來表現(xiàn)不佳的 AMD 在 2020 年實(shí)現(xiàn)盈利，并在同年第四季度創(chuàng)下 17.8 億美元的紀(jì)錄。隨后在 2022 年 Q3 降至 6000 萬美元的赤字，但規(guī)模沒有像英特爾那么糟糕。截至 2023 年第二季度，該公司尚未恢復(fù)盈利，但預(yù)計(jì)第三季度將恢復(fù)盈利。

可以看到，Intel 和 AMD 在 2022 年之后的表現(xiàn)都很差，但似乎最壞的時(shí)候已經(jīng)過去了（特別是對于 Intel 來說）。這兩家公司的表現(xiàn)與 Mos Micro 在全球半導(dǎo)體市場統(tǒng)計(jì)中的行為一致。

接下來我們就來看看三星和 SK 海力士這兩家內(nèi)存龍頭廠商的表現(xiàn)。

三星半導(dǎo)體業(yè)務(wù)部門業(yè)績

圖 7 顯示了三星半導(dǎo)體業(yè)務(wù)部門的季度銷售額和營業(yè)收入。請注意，三星的結(jié)果是代工和內(nèi)存（DRAM 和 NAND）的總和。

圖 7 三星半導(dǎo)體業(yè)務(wù)季度銷售額和運(yùn)營利潤（截至 2023 年 Q2）來源：三星

三星 2022 年第二季度銷售額創(chuàng)下 28.4 萬億韓元的紀(jì)錄。同年第四季度，營業(yè)利潤驟降至僅 0.3 萬億韓元。據(jù)韓國某券商報(bào)告稱，代工業(yè)務(wù)彌補(bǔ)了內(nèi)存業(yè)務(wù)的虧損，公司勉強(qiáng)扭虧為盈。

然而，在 2023 年第一季度，它最終將降至 1.4 萬億韓元的赤字。如果您想知道業(yè)務(wù)績效會(huì)惡化到什么程度，那么在接下來的一個(gè)季度中，營業(yè)利潤持平，虧損了 6.2 萬億韓元，銷售額開始小幅上升。

總之，可以看出，三星不斷惡化的經(jīng)營業(yè)績在 2023 年 Q1 觸底，并開始復(fù)蘇。那么另一家內(nèi)存廠商 SK 海力士的發(fā)展?fàn)顩r如何？

SK 海力士的業(yè)績

圖 8 顯示了 SK 海力士的銷售額和營業(yè)收入。SK 海力士沒有代工廠，因此幾乎所有成果都在 DRAM 和 NAND 上。

圖 8 SK 海力士季度銷售額和營業(yè)利潤 來源：SK 海力士

與三星一樣，SK 海力士在 2022 年第二季度創(chuàng)下 13.8 萬億韓元的銷售額，但在同年第四季度，該公司赤字降至 1.7 萬億韓元。同期，三星因代工廠而實(shí)現(xiàn)了 0.3 萬億韓元的盈余，但僅銷售內(nèi)存的 SK 海力士卻出現(xiàn)了虧損。

那么，到 2023 年第一季度，赤字翻了一番，達(dá)到 3.4 萬億韓元。除了半導(dǎo)體之外，三星還有智能手機(jī)、家電、面板等業(yè)務(wù)，所以即使半導(dǎo)體持續(xù)虧損，三星也能維持下去，但 SK 海力士只有內(nèi)存業(yè)務(wù)。因此，我認(rèn)為如果 SK 海力士繼續(xù)虧損，如果沒有 SK 集團(tuán)的幫助，該公司可能無法生存。

但同年第二季度，赤字收窄，銷量開始增加。如果這種趨勢持續(xù)下去，我們或許能夠在明年恢復(fù)盈利。

那么，未來半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的驅(qū)動(dòng)力是什么？可以對個(gè)人電腦和智能手機(jī)寄予厚望嗎？

個(gè)人電腦季度出貨量

圖 9 顯示了每個(gè)季度的 PC 出貨量。PC 出貨量將在 2011 年第三季度達(dá)到約 9500 萬臺的峰值。此后，出貨量迅速減少，呈上下波動(dòng)。這是因?yàn)樘O果在 2007 年發(fā)布了 iPhone，而成熟的智能手機(jī)時(shí)代在 2010 年左右開始，這些智能手機(jī)超越了 PC。

隨著 2020 年新冠疫情的蔓延，PC 出貨量迅速增加，在 2021 年第四季度達(dá)到 9100 萬臺出貨量的峰值。這是因?yàn)橛捎谝咔槠陂g遠(yuǎn)程工作、在線學(xué)習(xí)和在線購物的爆炸性蔓延，對 PC 的需求迅速增加。然而，這種疫情引起的特殊需求在 2022 年迅速結(jié)束，出貨量大幅下降。

畢竟，2020 年至 2021 年 PC 出貨量只是暫時(shí)增長，排除特殊需求，未來出貨量仍將延續(xù) 2011 年至 2018 年的下降曲線。這也意味著 PC 已經(jīng)無法成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的驅(qū)動(dòng)力。

那么智能手機(jī)會(huì)引領(lǐng)潮流嗎？

智能手機(jī)季度出貨量

圖 10 顯示了每個(gè)季度智能手機(jī)的出貨量。自 2010 年以來，智能手機(jī)出貨量快速增長。然而，2014 年之后增長放緩，并于 2016 年第四季度達(dá)到 430 萬臺的峰值。此后出貨數(shù)量逐漸減少，雖然 2020 年因特殊需求略有恢復(fù)，但這些需求很快結(jié)束，出貨數(shù)量迅速減少。

圖 10 季度智能手機(jī)出貨量及同比增長率（截至 2023 年 Q2）來源：IDC

盡管智能手機(jī)業(yè)務(wù)不會(huì)消失，但智能手機(jī)已成為低增長的電子設(shè)備。因此，智能手機(jī)將不具備帶動(dòng)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的動(dòng)力。

那么，我們能否期望智能手機(jī)成為尖端半導(dǎo)體的技術(shù)驅(qū)動(dòng)力？

「iPhone 終結(jié)」的開始

圖 11 顯示了按季度劃分的公司智能手機(jī)出貨量。自 2012 年以來，三星出貨量一直穩(wěn)居第一。然而在這樣的情況下，蘋果卻表現(xiàn)出了非常有特色的出貨行為。那是因?yàn)槊磕甑谒募径榷紩?huì)出現(xiàn)一個(gè)巨大的高峰。

圖 11 季度智能手機(jī)出貨量及同比增速（截至 2023 年 Q2）

蘋果公司每年秋天都會(huì)推出新款 iPhone，并希望在 12 月的圣誕購物季在美國銷售超過 1 億部 iPhone。這就是為什么每年該季度都會(huì)出現(xiàn)大的高峰。

根據(jù)這一計(jì)劃，與蘋果簽約的臺積電必須在第三季度之前使用尖端工藝批量生產(chǎn)超過 1 億顆 iPhone 處理器。當(dāng)每年蘋果 iPhone 的銷售風(fēng)波結(jié)束后，才可以用最先進(jìn)的工藝制造 AMD 的 MPU 和 NVIDIA 的 GPU 了。換句話說，臺積電的訂單情況在很大程度上受蘋果手機(jī)銷售的影響。

2020 年第四季度，在疫情期間，蘋果出貨量超過 9000 萬臺，創(chuàng)歷史最高水平。然而，在隨后的第一季度，其出貨量迅速下降，2021 年第四季度出貨量為 8490 萬臺，2022 年第四季度出貨量為 7230 萬臺。

如果這種趨勢持續(xù)下去，臺積電可能不再每年為蘋果 iPhone 處理器開發(fā)全球最先進(jìn)的工藝。因此，iPhone 將不再是尖端半導(dǎo)體的領(lǐng)先技術(shù)驅(qū)動(dòng)力。

那么，未來半導(dǎo)體的技術(shù)驅(qū)動(dòng)力是什么？此外，除了個(gè)人電腦和智能手機(jī)之外，什么將推動(dòng)全球半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展？作者預(yù)測，ChatGPT 等用于生成式 AI 的半導(dǎo)體將成為主要參與者。

ChatGPT 的狂歡

ChatGPT 由 OpenAI 于 2022 年 11 月 30 日發(fā)布，在全球范圍內(nèi)爆發(fā)式流行。達(dá)到一億活躍用戶所需的時(shí)間：Facebook 為 54 個(gè)月，X（前身為 Twitter）為 49 個(gè)月，Instagram 為 30 個(gè)月，LINE 為 19 個(gè)月，Tiktok 為 9 個(gè)月，ChatGPT 僅兩個(gè)月。

ChatGPT 的成績也在迅速提升，2023 年 1 月 MBA 期末考試答案被評為 B（及格水平），同年 2 月美國醫(yī)學(xué)資格考試正確答案率達(dá)到及格線，而同年 3 月，GPT-4 在美國律師考試答卷中得分進(jìn)入前 10%，據(jù)稱達(dá)到了近五年來通過日本國家醫(yī)師考試的水平。

以 ChatGPT 為起點(diǎn)的生成式 AI 熱潮無邊無際，此后高科技公司紛紛著手開發(fā)生成式 AI。而在以美國 NVIDIA GPU 為主的 AI 半導(dǎo)體市場，AMD、英特爾、谷歌、亞馬遜、Meta 等各大云公司也開始研發(fā)專用 AI 半導(dǎo)體。

下面，我會(huì)解釋一下什么是生成式 AI 以及它是如何工作的。

生成 AI 的機(jī)制

將使用圖 12 解釋諸如 ChatGPT 的生成 AI 的機(jī)制。生成式人工智能的步驟可以分為兩個(gè)階段：學(xué)習(xí)和推理。

圖 12 一代 AI 的機(jī)制以及其中使用的 NVIDIA GPU 等 AI 半導(dǎo)體

首先，將互聯(lián)網(wǎng)上的大數(shù)據(jù)，例如文本數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)加載到 AI 服務(wù)器中。那時(shí)，人工智能半導(dǎo)體（例如 NVIDIA 的 GPU）會(huì)從這些數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)。

接下來，當(dāng)用戶寫下問題時(shí)，運(yùn)行在 AI 服務(wù)器上的生成的 AI 會(huì)做出推理并給出答案。那時(shí)，在 AI 服務(wù)器上進(jìn)行推理的仍然是 NVIDIA 的 GPU 等 AI 半導(dǎo)體。

由此我們可以看出，生成式 AI 可以說是「類似軟件的東西」，運(yùn)行在安裝在 AI 服務(wù)器上的 AI 半導(dǎo)體（例如 NVIDIA 的 GPU）上。

NVIDIA GPU 需求旺盛

Generation AI 在 AI 服務(wù)器上運(yùn)行。由于它是服務(wù)器，因此可能需要大量的 DRAM 和 NAND。此外，AI 半導(dǎo)體自然會(huì)成為必需品，而 NVIDIA 幾乎壟斷了該市場。NVIDIA 發(fā)布的 GPU「A100」和「H100」是令人驚嘆的芯片。

A100：臺積電 7nm，芯片尺寸 826mm2，540 億個(gè)晶體管，每個(gè) 1 萬美元。

H100：臺積電 4nm，芯片尺寸 814mm2，800 億個(gè)晶體管，每個(gè) 4 萬美元。

「A100」和「H100」都是芯片尺寸超過 800mm2 的巨型芯片，每個(gè)芯片的成本在 10,000 到 40,000 美元之間。生成式人工智能的開發(fā)和運(yùn)行將需要數(shù)千到數(shù)萬個(gè) GPU。

事實(shí)上，有一篇文章稱，OpenAI 有 25,000 個(gè) GPU，Meta 有 21,000 個(gè)，Tesla 有 7,000 個(gè)。特斯拉的埃隆·馬斯克推測，OpenAI 在 2023 年 7 月注冊的「GPT-5」商標(biāo)需要 30,000 到 50,000 個(gè)「H100」。

GPU 制造瓶頸

半導(dǎo)體在設(shè)計(jì)、前工序和后工序三個(gè)階段制造。圖 13 在 GPU 中，NVIDIA 負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，TSMC 采用「N4」工藝進(jìn)行前工序制造，后端工藝也采用臺積電為 NVIDIA GPU 開發(fā)的 CoWoS（晶圓對基板芯片）封裝。

圖 13 NVIDIA GPU 制造瓶頸

首先，N4 預(yù)處理存在問題?！窰100」只能從 12 英寸晶圓上獲得約 65 片。并且由于芯片尺寸和良率呈反比，因此良率可能在 25% 左右。如果這樣的話，一張晶圓只能制造 16 個(gè)「H100」。

這意味著制造 200 萬片 H100 需要 125,000 片晶圓。N4 屬于「N5」家族，臺積電 N5 的月產(chǎn)能預(yù)計(jì)為 15 萬片。那樣的話，每個(gè)月能不能只分配 10000 多片晶圓給 NVIDIA 的 GPU「H100」就成問題了。

盡管從數(shù)字來看這是可能的，但「H100」并不是 NVIDIA 外包生產(chǎn)的唯一產(chǎn)品。有「A100」，還有針對中國的「H800」和「A800」。簡而言之，問題是臺積電將為 H100 分配多少產(chǎn)能。

下游工序 CoWoS 的問題更為嚴(yán)重。首先，臺積電基本上是一家代工廠，專注于前端工藝，因此不具備后端工藝的能力。這就是由此產(chǎn)生的 NVIDIA GPU 爭議。為了解決這個(gè)問題，臺積電于 2023 年 6 月在中國臺灣的新竹開設(shè)了一家名為 AP6 的先進(jìn)封裝工廠。據(jù)報(bào)道，到 2024 年底，月產(chǎn)量將達(dá)到 28,000 件，但 CoWoS 在此之前是否會(huì)受到產(chǎn)能不足的困擾？

AI 半導(dǎo)體市場預(yù)測

這樣一來，NVIDIA 的 GPU 無論是前端進(jìn)程還是后端進(jìn)程（CoWoS）都存在容量不足的問題。臺積電正在努力解決這一困擾。

AI 半導(dǎo)體市場預(yù)計(jì)將快速增長（圖 14）。研究公司 Stratview Research 預(yù)測，2022 年 154 億美元的人工智能半導(dǎo)體市場將以 42% 的復(fù)合年增長率 (CAGA) 增長，到 2028 年達(dá)到 1278 億美元。如果此后繼續(xù)以 42% 的 CAGA 增長，到 2032 年將增長到 5240 億美元。

圖 14 AI 半導(dǎo)體市場增長預(yù)測 來源：Stratview Research

根據(jù)世界半導(dǎo)體市場統(tǒng)計(jì)（WSTS），2022 年全球半導(dǎo)體市場規(guī)模將達(dá)到 5734 億美元。因此，上述預(yù)測的 2032 年 AI 半導(dǎo)體市場規(guī)模將與 2022 年全球半導(dǎo)體市場規(guī)模相同。

您可能想知道，「我們還能繼續(xù)看到如此高的增長嗎？」以下是 AMD 首席執(zhí)行官蘇姿豐 (Lisa Su) 的觀點(diǎn)，該公司正在與 NVIDIA 競爭人工智能半導(dǎo)體的挑戰(zhàn)。

她在接受日本經(jīng)濟(jì)新聞專訪時(shí)表示，未來三到四年，AI 用半導(dǎo)體市場將以每年 50% 的速度增長，AI 用半導(dǎo)體市場將從目前的數(shù)百億美元增長到 100 億美元。三到四年內(nèi)將增長到 1500 億美元（約 21 萬億日元）的規(guī)模。蘇姿豐預(yù)測：「人工智能將成為未來 5 到 10 年最重要的趨勢」。

相信 AI 半導(dǎo)體未來將帶動(dòng)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。

世界半導(dǎo)體市場預(yù)測

圖 15 顯示了 2032 年之前的全球半導(dǎo)體市場預(yù)測。首先，讓我們回顧一下 2022 年。

圖 15 全球半導(dǎo)體市場將在 10 年內(nèi)翻一番 來源：WSTS

全球半導(dǎo)體市場在 1990 年代約為 750 億美元，由于個(gè)人電腦的普及，十年后的 2000 年代翻了一番，達(dá)到 1500 億美元。其次，隨著個(gè)人電腦的普及，互聯(lián)網(wǎng)用戶激增，互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量在 2010 年代增長到 3000 億美元，是 2000 年代的兩倍。接下來，由于智能手機(jī)的普及，2020 年代增長到近 6000 億美元，是 2010 年代的兩倍。

這樣，全球半導(dǎo)體市場以每 10 年翻一番的速度增長。作者預(yù)測，未來 10 年，由于生成式人工智能效應(yīng)，這一數(shù)字將進(jìn)一步增長十倍，達(dá)到 1.2 萬億美元。