(2023.9.18)半導(dǎo)體周要聞－莫大康

1. 2022年半導(dǎo)體設(shè)計(jì)IP銷(xiāo)售排名出爐

IPnest 于 2023 年 4 月發(fā)布了“設(shè)計(jì) IP 報(bào)告”，按類(lèi)別(CPU, DSP, GPU和ISP，有線(xiàn)接口，SRAM內(nèi)存編譯器，閃存編譯器，庫(kù)和I/O, AMS，無(wú)線(xiàn)接口，基礎(chǔ)設(shè)施和其他數(shù)字)和性質(zhì)(許可和版稅)對(duì)IP供應(yīng)商進(jìn)行了排名。

其中，設(shè)計(jì) IP 收入在 2022 年達(dá)到 $6.67B，2021 年為 $5.56B，在 2021 年和 2020 年分別增長(zhǎng) 19.4% 和 16.7% 之后增長(zhǎng)了 20.2%。

審視 2016-2022 年 IP 市場(chǎng)演變可以帶來(lái)有關(guān)主要趨勢(shì)的有趣信息。全球 IP 市場(chǎng)增長(zhǎng)了 94.8%，而前 3 名供應(yīng)商的增長(zhǎng)并不均衡。當(dāng)排名第二的 Synopsys 增長(zhǎng) 194% 和 Cadence（排名第三）增長(zhǎng) 203% 時(shí)，排名第一的 ARM 增長(zhǎng)了 66.5%。市場(chǎng)份額信息更為重要。ARM 從 2016 年的 48.1% 上升到 2022 年的 41%，而 Synopsys 從 13.1% 上升到 22%，Cadence 從 3.4% 上升到 5.4%。

2. 臺(tái)積電日本廠(chǎng)預(yù)計(jì)2024年底量產(chǎn)，或在2025年盈利

對(duì)于臺(tái)積電在熊本設(shè)廠(chǎng)的原因，消息人士認(rèn)為一是蘋(píng)果希望臺(tái)積電全力支持其主要供應(yīng)商索尼；二是臺(tái)積電與日本保持了長(zhǎng)期的互利關(guān)系，這有望提高其在材料方面的研發(fā)能力，并確保穩(wěn)定的產(chǎn)能供應(yīng)。三是日本政府為工廠(chǎng)建設(shè)提供補(bǔ)貼符合臺(tái)積電的需求，索尼和汽車(chē)客戶(hù)的長(zhǎng)期訂單將大大降低運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

近期臺(tái)積電日本二廠(chǎng)的相關(guān)細(xì)節(jié)曝光，預(yù)計(jì)將在2024年4月動(dòng)工，目標(biāo)在2026年底開(kāi)始進(jìn)行生產(chǎn)，總投資額預(yù)計(jì)將超過(guò)1萬(wàn)億日元，主要生產(chǎn)12nm制程芯片。

臺(tái)積電董事長(zhǎng)劉德音曾表示，目前臺(tái)積電購(gòu)買(mǎi)的土地只有第一座廠(chǎng)的用地，第二座廠(chǎng)的用地還在征收中，未來(lái)日本的第二座晶圓廠(chǎng)落腳還是在熊本。由于很多客戶(hù)覺(jué)得臺(tái)積電成熟制程產(chǎn)能不夠，日本第二座廠(chǎng)將朝成熟制程方向評(píng)估，目前沒(méi)有導(dǎo)入先進(jìn)制程的計(jì)劃。

3. 三國(guó)殺將至，三星欲在新戰(zhàn)場(chǎng)給臺(tái)積電沉重一擊

據(jù)TrendForce統(tǒng)計(jì)，今年第一季度，三星晶圓代工業(yè)務(wù)全球市場(chǎng)占比為9.9%，到了第二季度，市占率上升到了11.7%，營(yíng)收從第一季度的27.57億美元增加到32.34 億美元。排名第一的臺(tái)積電，市占率則從60.1%下降至56.4%。這給了三星很大信心。

最近，三星聯(lián)合首席執(zhí)行官Kyung Kye-hyun在首爾國(guó)立大學(xué)的一次講座上表示，該公司在美國(guó)德克薩斯州泰勒市的晶圓廠(chǎng)將成為美國(guó)的第一個(gè)量產(chǎn)先進(jìn)制程芯片的工廠(chǎng)，將在2024年開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)4nm芯片，領(lǐng)先于臺(tái)積電在亞利桑那州的新建晶圓廠(chǎng)，因?yàn)楹笳吖て谘舆t，預(yù)計(jì)要到2025年才能量產(chǎn)。在這一點(diǎn)上，三星認(rèn)為擊敗了臺(tái)積電。

今年5月，三星電子半導(dǎo)體業(yè)務(wù)主管慶桂顯也曾表示：“老實(shí)說(shuō)，我們的晶圓代工技術(shù)落后于臺(tái)積電，三星4nm制程落后臺(tái)積電兩年，3nm落后一年左右

據(jù)報(bào)道，截至2023年4月，三星4nm產(chǎn)線(xiàn)的良率約為60%，而臺(tái)積電的為70%-80%。

今年7月，據(jù)韓國(guó)媒體報(bào)道，三星4nm良率已經(jīng)提升至75%，與臺(tái)積電持平。

臺(tái)積電的第一代3nm在2022年第四季度量產(chǎn)，但由于成本太高，且良率低，量產(chǎn)規(guī)模很有限，當(dāng)時(shí)，在業(yè)界形成了“干打雷，不下雨”的效果，今年下半年，隨著新版本N3E走向成熟，蘋(píng)果新機(jī)采用的A17處理器開(kāi)始大規(guī)模量產(chǎn)，使得臺(tái)積電的3nm制程在2023下半年放量了。 

臺(tái)積電表示，N3E制程對(duì)該公司全年?duì)I收的貢獻(xiàn)率為4~6%。

臺(tái)積電的3nm（N3）制程，在經(jīng)歷了2022年的“雷聲大，雨點(diǎn)小”之后，2023下半年，終于迎來(lái)了大規(guī)模量產(chǎn)時(shí)刻，此次，采用升級(jí)版本的N3E后，成本和功耗都得到了有效控制，蘋(píng)果剛發(fā)布的新機(jī)旗艦所使用的A17 Pro處理器就是用N3E制造的。

A17 Pro擁有190億個(gè)晶體管，上一代的A16（4nm制程）是160億個(gè)，再向前追溯，A15（升級(jí)版5nm）有150億個(gè)晶體管，A14（5nm）有118億個(gè)晶體管，A13（升級(jí)版7nm）有85億個(gè)晶體管。從晶體管數(shù)量和制程演進(jìn)情況來(lái)看，N3E的性能提升還是比較明顯的，也沒(méi)有辜負(fù)臺(tái)積電3nm一年來(lái)的“臥薪嘗膽”。

關(guān)于3nm制程的良率，臺(tái)積電方面還沒(méi)有確切數(shù)字，有傳聞?wù)f是55%，而據(jù)韓國(guó)經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)和BusinessKorea報(bào)道，知名半導(dǎo)體分析師樸相昱指出，三星3nm良率已經(jīng)提升至60%，

2nm制程距離量產(chǎn)還有至少兩年時(shí)間，從過(guò)去幾年的發(fā)展情況來(lái)看，到了2nm，三星和臺(tái)積電之間的差距就更小了，甚至是并駕齊驅(qū)。就像前文提到的，三星電子半導(dǎo)體業(yè)務(wù)主管慶桂顯表示要再5年內(nèi)超越臺(tái)積電，就是要以2nm為轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

目前，該公司的4nm制程進(jìn)展也算順利，并計(jì)劃在2024年開(kāi)始采用20A（2nm）制程制造芯片，在2025年采用18A制程制造芯片。

臺(tái)積電還在日本熊本新建晶圓廠(chǎng)，將在那里生產(chǎn)12nm、16nm、22nm和28nm芯片。據(jù)報(bào)道，臺(tái)積電日本工廠(chǎng)生產(chǎn)的芯片成本將比臺(tái)灣地區(qū)高出10%-15%。

4. 魏少軍：人工智能到底需要什么樣的芯片？

高性能計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力已經(jīng)進(jìn)入E級(jí)時(shí)代，即每秒可進(jìn)行百億億次數(shù)學(xué)運(yùn)算的超級(jí)計(jì)算機(jī)。未來(lái)還將進(jìn)入Z級(jí)時(shí)代，比E級(jí)還快1000倍。但在追求高算力的同時(shí)，在功耗和資金投入上花費(fèi)都是巨大的。

2022年，世界第一的超算 E 級(jí)(1018Flops)美國(guó)Frontier超算的GPU芯片使用了先進(jìn)的6nm工藝，可以達(dá)到1.1億個(gè)Flops，若算力再提高到1000倍（z級(jí)時(shí)代），即使技術(shù)能達(dá)到3納米，想要實(shí)現(xiàn)Z級(jí)計(jì)算，功耗為8000兆瓦，相當(dāng)于2021年北京市總電力負(fù)荷的三分之一。

那么，8000兆瓦是8000萬(wàn)度電，一度電要花費(fèi)5毛錢(qián)，用一個(gè)小時(shí)的400萬(wàn)人民幣。前沿計(jì)算機(jī)花費(fèi)了6.6億美元實(shí)現(xiàn)了E級(jí)計(jì)算，相當(dāng)于40億人民幣。

此外， CPU、FPGA、GPU等現(xiàn)有的計(jì)算芯片也難以滿(mǎn)足下一代計(jì)算的要求，一是計(jì)算芯片計(jì)算資源占比低，僅不到0.1%；二是技術(shù)資源利用率低，僅不到5%；同時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸能耗高達(dá)90%。

“在人工智能完全智能化的發(fā)展中，我們一個(gè)重要的任務(wù)就是提高芯片自學(xué)能力和接受教育的能力。如同人類(lèi)接受教育和學(xué)習(xí)成長(zhǎng)一樣。但芯片并非如此，芯片出廠(chǎng)即巔峰，后面逐漸衰減。因此芯片在物理上無(wú)法實(shí)現(xiàn)不斷學(xué)習(xí)成長(zhǎng)。但智能軟件是實(shí)現(xiàn)智能的載體，應(yīng)具備自我學(xué)習(xí)能力，通過(guò)軟件賦予硬件持續(xù)迭代的能力。”因此，在強(qiáng)大算力需求的推動(dòng)下，若想讓芯片變得更通用、更智能，可以以應(yīng)用定義軟件，再用軟件定義芯片，保證芯片在具備靈活性的同時(shí)兼顧效率提升。

最后，魏少軍教授總結(jié)了智能AI芯片應(yīng)具備的基本要素：

1)、學(xué)習(xí)能力、接受教育并成長(zhǎng)的能力;

2)算法和軟件的自主演進(jìn)能力;

3)、自主認(rèn)知、自主判斷、自主選擇和自主決策；

4)、可編程性：適應(yīng)算法的演進(jìn)和應(yīng)用的多樣性;

5)、架構(gòu)的動(dòng)態(tài)可變性：適應(yīng)不同的算法，實(shí)現(xiàn)高效計(jì)算;

6)、高效的架構(gòu)變換能力：<10 Clock cycle，低開(kāi)銷(xiāo)、低延遲；

7)、高計(jì)算效率：避免使用指令這類(lèi)低效率的架構(gòu);

8)、高能量效率：~10 TOPS/W；某些應(yīng)用: 功耗<1mW；某些應(yīng)用: 識(shí)別速度>25F/s

9)、低成本：能夠進(jìn)入家電和消費(fèi)類(lèi)電子

10)、體積小：能夠裝載在移動(dòng)設(shè)備上;

11)、應(yīng)用開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便：不需要芯片設(shè)計(jì)方面的知識(shí)

5. Q2全球智能手機(jī)SoC市占率出爐，紫光展銳增至15%

研究機(jī)構(gòu)Counterpoint公布了2023年第二季度全球智能手機(jī)AP/SoC芯片市場(chǎng)占比情況，分別以出貨數(shù)量、出貨金額進(jìn)行展示。從數(shù)量上看，聯(lián)發(fā)科依舊保持市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位，而紫光展銳是今年季度環(huán)比增長(zhǎng)最快的芯片企業(yè)。全球市占率達(dá)到15%。

目前，紫光展銳已推出100余款5G智能終端，在消費(fèi)電子領(lǐng)域，展銳5G芯已被中興、努比亞、中國(guó)電信、海信等品牌手機(jī)采用并在全球市場(chǎng)銷(xiāo)售，同時(shí)，紫光展銳攜手合作伙伴開(kāi)拓了5G學(xué)習(xí)機(jī)、智能眼鏡、商用機(jī)器人等創(chuàng)新品類(lèi)，不局限于單一的手機(jī)市場(chǎng)。此外，在工業(yè)電子領(lǐng)域，展銳5G解決方案已在智慧電力、智慧園區(qū)、智慧采礦、智慧醫(yī)療、智能制造、金融支付、共享經(jīng)濟(jì)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等垂直領(lǐng)域商用落地。搭載展銳5G芯片的物聯(lián)網(wǎng)模組、CPE等產(chǎn)品已通過(guò)CE、GCF、FCC等多類(lèi)海外認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)全球成熟量產(chǎn)出貨。

6. 臺(tái)積電、英偉達(dá)、英特爾、蘋(píng)果等大廠(chǎng)搶攻硅光子技術(shù)

根據(jù)Bloomberg的報(bào)道，蘋(píng)果采用的正是硅光子技術(shù)，技術(shù)原理為透過(guò)激光發(fā)出特定波長(zhǎng)的光，照射到皮膚下組織被葡萄糖吸收的區(qū)域，并且反射回傳感器，顯示出葡萄糖的濃度。而此硅光子芯片與傳感器則被報(bào)導(dǎo)將委由臺(tái)積電制造。

從感測(cè)的應(yīng)用來(lái)看，硅光子在自動(dòng)駕駛汽車(chē)與無(wú)人機(jī)應(yīng)用的領(lǐng)域也同樣受到關(guān)注。激光雷達(dá)（LiDAR）的高感測(cè)精準(zhǔn)度被視作自駕車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵，但目前的發(fā)展卻仍受限于成本高昂與技術(shù)復(fù)雜程度，未來(lái)若應(yīng)用硅光子技術(shù)，預(yù)期將可以有效縮小搭載在電動(dòng)車(chē)上的組件體積并且降低成本。

業(yè)界預(yù)測(cè)，硅光子市場(chǎng)（以裸晶計(jì)算）規(guī)模將從2021年的1.52億美元，在2027年攀升至9.27億美元，對(duì)于許多已經(jīng)進(jìn)入發(fā)展高原期的領(lǐng)域而言，硅光子市場(chǎng)才正要起飛，其年復(fù)合成長(zhǎng)率達(dá)到36%，無(wú)疑是讓業(yè)界看重并起而投入的一大原因。

帶動(dòng)硅光子技術(shù)發(fā)展，并且成為新興潛力市場(chǎng)的一大原因，是來(lái)自光通訊的需求。延續(xù)摩爾定律越來(lái)越困難，但數(shù)據(jù)傳輸效率與運(yùn)算效能需求卻仍快速增長(zhǎng)的情況下，透過(guò)半導(dǎo)體制程整合光電組件，不僅能提高元件密度、增加整體操作效率、減少耗能，還能達(dá)到有效降低成本的效益。

業(yè)界指出，硅光子技術(shù)可望帶來(lái)的突破還包括更精準(zhǔn)、敏感的生物分析和檢測(cè)，其中最受市場(chǎng)期待的應(yīng)用是血糖偵測(cè)。

7. 最悲觀分析師終于看好芯片了

市場(chǎng)研究公司 Future Horizons 的首席執(zhí)行官兼首席分析師馬爾科姆·佩恩 (Malcolm Penn) 將他預(yù)計(jì)的 2023 年芯片市場(chǎng)收縮規(guī)模減少了一半。

2022 年 5 月，Penn 表示芯片市場(chǎng)將萎縮 17% 至 26%。2023 年 5 月，他將該預(yù)測(cè)下調(diào)至 18% 至 22% 之間，其中最有可能的結(jié)果是 20%。Penn 在其最新的芯片市場(chǎng)簡(jiǎn)報(bào)中預(yù)測(cè)，市場(chǎng)將萎縮 8.5% 至 11.5%，中間為負(fù) 10%。這使得 Penn 與 Gartner (-11%) 和 WSTS (-10.3%) 等其他預(yù)測(cè)機(jī)構(gòu)保持一致。

Penn 將其想法的改變歸因于 2023 年第二季度市場(chǎng)環(huán)比增長(zhǎng)遠(yuǎn)強(qiáng)于預(yù)期。盡管他原本預(yù)計(jì)環(huán)比會(huì)收縮 5%，但 WSTS/SIA 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)卻顯示增長(zhǎng)了 6%。

8 . 晶圓代工廠(chǎng)商最新?tīng)I(yíng)收排名公布，多家半導(dǎo)體企業(yè)融資新進(jìn)展曝光

9. 測(cè)試表明3nm對(duì)蘋(píng)果處理器改進(jìn)不明顯，工藝提升之路走到盡頭了？

蘋(píng)果最新發(fā)布的iphone15搭載了全球首顆3nm的手機(jī)芯片--蘋(píng)果A17 Pro，它率先采用了臺(tái)積電的3nm工藝，但最新的測(cè)試表明，蘋(píng)果A17與A16相比，CPU單核僅僅提升了10%，多核則才提升了2%，不過(guò)GPU提升了20%！則這樣的性能提升跟以前工藝提升帶來(lái)的20%以上的提升相比似乎改進(jìn)不多，難道通過(guò)工藝提升處理器性能之路快到盡頭了嗎？

數(shù)據(jù)顯示，臺(tái)積電為了這3nm工藝，投入了300多億美元，折算成人民幣可是2000多億元。而3nm的NRE成本就接近7億美元，如此巨大的投入換來(lái)的如此小的一步，值得嗎？

10. 汽車(chē)芯片走到分岔口

當(dāng)前，在電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化等“新四化”趨勢(shì)推動(dòng)下，汽車(chē)已經(jīng)成為“輪子上的數(shù)據(jù)中心”，汽車(chē)半導(dǎo)體用量迅速提升。預(yù)計(jì)到2030年，高端汽車(chē)物料清單中，芯片比重將從當(dāng)前的4%左右提升至20%以上。

長(zhǎng)期以來(lái)，汽車(chē)行業(yè)一直被認(rèn)為是技術(shù)落后者，只注重落后工藝，但實(shí)際上，汽車(chē)行業(yè)在2022年開(kāi)始使用5nm工藝—— 距離5nm進(jìn)入量產(chǎn)僅兩年。

以往，汽車(chē)芯片大多采用40nm及以上的成熟工藝制程，跟消費(fèi)電子芯片在工藝上差了不止一個(gè)量級(jí)。

目前，智能座艙的明星產(chǎn)品是2019年高通發(fā)布的驍龍8155芯片，是全球首個(gè)采用7nm工藝的汽車(chē)芯片。

MCU主要是依靠成熟制程，全球約70%的MCU生產(chǎn)來(lái)自臺(tái)積電；而智能座艙、自動(dòng)駕駛及AI芯片等主控芯片出于性能和功耗考慮，持續(xù)追求先進(jìn)制程，高級(jí)別自動(dòng)駕駛正在推動(dòng)汽車(chē)算力平臺(tái)制程向7nm及以下延伸。

在此趨勢(shì)下，催生了高通、英偉達(dá)、英特爾、聯(lián)發(fā)科等高性能計(jì)算玩家進(jìn)入車(chē)用市場(chǎng)，推動(dòng)汽車(chē)算力平臺(tái)制程向7nm及以下延伸。