集成电路产业发展动态

2019-06-05 10:36:38 caoyu 48

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目  录

 

总 报 告

第一章 全球集成电路产业发展综述 

一、2018年集成电路市场规模发展态势 

二、2018年集成电路产业链发展态势 

三、2018年集成电路企业发展态势 

四、2018年集成电路技术发展态势 

五、2018年集成电路产品市场发展态势 

六、未来集成电路市场发展趋势 

产 业 链 篇

第二章 全球集成电路设计业发展概况 

一、2018年集成电路设计业发展态势 

二、全球集成电路设计企业概况 

三、启示 

第三章 全球集成电路制造业发展概况 

一、2018年集成电路制造业发展态势 

二、2018年集成电路制造企业发展态势 

三、总结 

第四章 全球集成电路封装测试业发展概况 

一 全球集成电路封测产业发展态势 

二 不同集成电路封装方式的发展方向 

三 发展趋势及面临的挑战 

第五章 全球集成电路设备和材料业发展概况 

一、2018年全球集成电路设备业发展态势 

二、2018年全球集成电路材料业发展态势 

三、2018年全球集成电路设备和材料业影响分析 

四、未来发展趋势 




集成电路产业发展动态

总报告

第一章 全球集成电路产业发展综述


根据世界银行、国际货币基金组织(IMF)和IC Insights的预测,2018年,除美国外所有主要高收入国家和地区的经济增长率均低于2017年。预计2018年发展中国家整体经济增速将达到4.6%。2018年全球国内生产总值(GDP)预计将增长3.0%,虽然略低于2017年3.1%的增幅,但3.0%的增长仍将为集成电路产业提供稳步增长的积极环境。2018年,全球多个国家之间发生关税摩擦,大规模贸易摩擦风险迅速上升,而贸易摩擦的结果将使消费者为产品支付更多费用,全球几乎每个行业都将受到负面影响,集成电路也不能幸免。

一、2018年集成电路市场规模发展态势

(一)2018年集成电路市场高速增长,增长率达到16%

2018年,动态随机存储器(DRAM)和NAND闪存市场表现稳健,由于这些器件价格的持续上涨,2018年上半年集成电路市场的增长超出预期。根据IC Insights预测,2018年集成电路市场规模增长将达到16%,规模超过4000亿美元大关,达到4280亿美元。如果没有DRAM和NAND闪存销售增长的推动,整体集成电路市场规模增长预测为10%。而世界半导体贸易统计协会(WSTS)于2018年11月预测,2018年全球集成电路市场规模将为4016亿美元。

2018年集成电路产业产能利用率将低于90%,产量增长率将达到10%,产品出货量增长率比2017年下降5个百分点。预计2018年半导体器件(包括集成电路和光电子—传感器—分立器件)总出货量将超过1万亿块(全年每天出货超过29亿块)。IC Insights预测,2017~2022年半导体器件的总出货量将以7%的复合年增长率(CAGR)增长。同时,集成电路平均售价(ASP)增长5%。

2017年第四季度全球集成电路市场规模首次超过1000亿美元,2018年后3个季度均超过这一水平。过去两年,集成电路市场实现强劲增长,预计2018年第四季度集成电路市场将达到1135亿美元,比2016年第四季度高出39%。2018年上半年的市场规模连续季度增长率仅低于2017年同期,第三季度的连续增长率(8%)比2017年第四季度(11%)低3个百分点,预计2018年第四季度增长仅为2%,如表1.1所示。

表1.1 2016~2018年全球集成电路市场规模及增速

项目

第一季度

环比

增速

第二季度

环比

增速

第三季度

环比

增速

第四季度

环比

增速

合计

年增

长率

2016年











IC市场规模

(十亿美元)

66.9

-4%

70.1

5%

77.7

11%

81.4

5%

296.1

3%

IC出货量

(十亿块)

56.1

-3%

60.0

7%

67.7

13%

67.9

0%

251.7

7%

IC ASP

1.19

-1%

1.17

-2%

1.15

-2%

1.20

4%

1.18

-3%

2017年











IC市场规模

(十亿美元)

81.8

0%

87.1

6%

97.1

11%

103.4

6%

369.4

25%

IC出货量

(十亿块)

66.7

-2%

69.9

5%

77.1

10%

75.9

-2%

289.6

15%

IC ASP

1.23

2%

1.25

2%

1.26

1%

1.36

8%

1.28

8%

2018年











IC市场规模

(十亿美元)

99.8

-3%

103.3

4%

111.4

8%

113.5

2%

428.0

16%

IC出货量

(十亿块)

74.3

-2%

76.9

3%

84.5

10%

82.4

-2%

318.1

10%

IC ASP

1.34

-1%

1.34

0%

1.32

-2%

1.38

4%

1.35

5%

注:2018年数据为2018年6月预测值。

资料来源:IC Insights。

二十年前,个人计算机的发展是集成电路产业增长的催化剂,如今,个人计算机仍然在集成电路市场中发挥重要作用。通信、消费电子、汽车、工业和医疗系统等新兴应用的增长也推动了高速、低功耗集成电路的增长。人工智能、虚拟现实、物联网、自动驾驶汽车及其他技术有望为2022年前集成电路市场的稳定增长提供坚实的基础。根据IC Insights预测,2017~2022年集成电路市场规模的复合年增长率将达到7%左右,集成电路产量复合年增长率达到8.2%,但整体集成电路平均售价将以2.3%的速度下降。

(二)亚太地区集成电路市场最大,是美洲市场的两倍以上

2018年,亚太地区集成电路市场规模达到2572亿美元,是美洲(主要为美国)集成电路市场规模的2.5倍,是欧洲和日本的6.8倍和8.7倍。预计亚太地区集成电路市场规模在2017~2022年的复合年增长率将达到7%,与美洲集成电路市场规模的复合年增长率相同。相比之下,欧洲和日本的集成电路市场规模更小,预计2018年分别为377亿美元和295亿美元,2017~2022年的复合年增长率分别为6%和4%,低于此间整个集成电路市场的复合年增长率(见表1.2)。

表1.2 全球各地区集成电路市场规模预测

单位:十亿美元,%

地区

2017年

2017年
增长率

2018年

2018年
增长率

2019年

2020年

2021年

2022年

2017~2022年
CAGR

美洲

87.2

34

103.6

19

107.1

104.3

111.7

121.2

7

欧洲

33.2

21

37.7

13

39.7

39.4

41.1

43.6

6

日本

26.2

20

29.5

13

30.8

29.4

30.4

32.5

4

亚太

222.7

23

257.2

15

268.7

265.1

284.1

309.8

7

合计

369.3

25

428.0

16

446.3

438.2

467.3

507.1

7

注:2018~2022年数据为预测值。

资料来源:WSTS,IC Insights。

2009年以来,美洲地区集成电路市场的主要驱动因素之一是NAND闪存市场(美洲市场在2017年和2018年上半年占据了NAND闪存市场40%的份额)。美洲的NAND闪存市场在很大程度上受苹果等公司生产的先进手机和平板电脑的刺激,市场规模从2008年的28亿美元飙升至2017年的212亿美元,复合年增长率达25%。

日本的集成电路市场远远大于其相对较小的电子系统生产能力。这种情况产生的原因是日本主要电子系统生产商在日本购买大量的集成电路,并将其运往中国大陆、马来西亚、中国台湾等地进行“离岸”电子系统组装。

过去十年,亚太地区集成电路市场规模的剧增反映了亚太地区电子系统产量增长的趋势,特别是中国、越南、马来西亚和泰国。总的来说,区域集成电路市场规模的增长通常与区域电子系统生产能力的增强密切相关。未来,亚太地区电子系统的产量将进一步提高,预计未来五年将继续保持稳定增长。

图1.1显示了2012年、2016年、2017年、2018年和2022年按地区划分的全球集成电路市场份额。由于NAND闪存和DRAM市场份额显著增长,2017年美洲集成电路市场份额比2012年高出3.2个百分点,而亚太地区在同一时间段内增长3.6个百分点。相比之下,日本市场份额下跌了4.6个百分点,而欧洲市场份额从2012年到2017年下降了2.2个百分点。2018年,美洲市场份额将比2017年增长0.6个百分点,而欧洲、日本和亚太地区将分别下降0.2个百分点。预计日本的集成电路市场份额在2022年将比2012年减少5.3个百分点。此外,预计2022年欧洲在全球集成电路市场的份额仅为8.6%,低于2012年的11.2%。

图片关键词 

图1.1 全球各地区集成电路市场份额

尽管自2012年以来美洲地区集成电路市场份额有所增加,但不可否认,亚太地区集成电路市场份额增长将是长期趋势,2012~2018年,亚太地区市场份额平均每年增长约0.6个百分点。如图1.1所示,预计未来五年美洲集成电路市场份额将保持相对平稳,到2022年达到亚太集成电路市场份额的39%。

图1.2预测了2018年全球各地区集成电路消费数量占比及市场份额。美洲的集成电路市场份额预计达到24%,但消费的集成电路数量仅占11%,比欧洲低1个百分点。日本消费的集成电路数量占比最低,为9%,而市场份额为7%。相比之下,亚太地区消费的集成电路数量将占68%,市场份额占60%,遥遥领先于美洲、欧洲和日本。

图片关键词图片关键词

图1.2 2018年全球各地区集成电路消费数量占比及市场份额

(三)美洲市场平均售价最高,是全球平均售价的2.3倍

亚太地区集成电路市场平均售价低于整体集成电路市场平均售价,预计2018年将再次出现这种情况。原因是该地区生产大量的消费电子系统,而消费电子系统主要采用低价模拟和标准逻辑器件,这些廉价的集成电路产品降低了该区域市场的平均售价。

值得注意的是,预计2018年欧洲集成电路市场的平均售价最低(低于1.00美元)。部分原因为欧洲是汽车集成电路的最大市场,其平均售价相对较低。例如,2018年第一季度汽车专用模拟集成电路的平均售价仅为0.62美元,不到2018年上半年整体集成电路平均售价(1.27美元)的一半。欧洲是继亚太之后的微控制器(MCU)第二大市场,而2018年上半年MCU的平均售价仅为0.62美元。

2018年,亚太、欧洲和日本地区集成电路平均售价约为美洲市场的1/3。美洲市场2018年的集成电路平均售价为3.07美元,为全球平均售价(1.35美元)的2.3倍,如图1.3所示。

图片关键词 

图1.3 2018年全球各地区集成电路平均售价

(四)中国是亚太地区最大市场,占全球市场一半以上

表1.3为2012年和2016~2022年主要亚太国家和地区的集成电路市场份额情况。预计2018年中国大陆和中国台湾地区将占亚太地区集成电路市场的近84.8%,此外,中国大陆集成电路市场规模在2016年首次超过1000亿美元,预计将在2022年超过2000亿美元大关。

表1.3 2012年和2016~2022年主要亚太国家和地区集成电路市场份额

单位:十亿美元,%

地区

2012年

2016年

2017年

2018年

2019年

2020年

2021年

2022年

中国大陆

74.3

100.9

128.2

156.6

166.1

166.7

182.1

201.4

占比

50.5

55.5

57.6

60.9

61.8

62.9

64.1

65.0

中国台湾

40.3

46.9

56.8

61.5

63.1

61.0

63.6

67.8

占比

27.4

25.8

25.5

23.9

23.5

23.0

22.4

21.9

韩国

14.9

16.2

18.3

19.3

19.6

18.6

19.0

19.8

占比

10.1

8.9

8.2

7.5

7.3

7.0

6.7

6.4

新加坡

10.9

11.3

12.2

12.6

12.6

11.9

12.2

12.7

占比

7.4

6.2

5.5

4.9

4.7

4.5

4.3

4.1

其他地区

6.8

6.5

7.1

7.2

7.3

6.9

7.1

8.1

占比

4.6

3.6

3.2

2.8

2.7

2.6

2.5

2.6

亚太地区合计

147.2

181.8

222.6

257.2

268.7

265.1

284.1

309.8

注:2018~2022年数据为预测值。

资料来源:IC Insights。

据IC Insights预测,到2022年中国大陆和中国台湾地区的集成电路市场规模将达到2692亿美元,约占亚太地区集成电路市场总量的87%,占全球集成电路市场(5070亿美元)的一半以上。预计亚太地区“其他地区”集成电路市场份额将在预测期结束时略有增加,原因是越南等国家作为中国大陆和中国台湾地区等地的电子系统生产替代地区,将继续保持良好的发展势头。

二、2018年集成电路产业链发展态势

(一)设计业市场持续增长,美国占据霸主地位

集成电路设计业位于集成电路产业的上游,是集成电路产业的核心基础,具有极高的技术壁垒,需要大量高端人才的投入,以及长时间的技术积累和经验沉淀。近年来,全球集成电路设计行业的规模和技术水平逐年提升,集成电路设计行业占全球集成电路行业的比重也呈现稳步提升态势。2017年全球集成电路设计业销售额为1006亿美元,首次突破1000亿美元大关,占集成电路产业总销售额的27%,2018年全球集成电路设计业销售额继续上涨13.2%,约占2018年全球集成电路产业总销售额的26%。

目前,全球最先进的集成电路设计企业基本为美国企业,美国在集成电路设计领域遥遥领先,占据最大的市场份额。2017年,美国集成电路设计业销售额约537亿美元,占全球市场规模的53%,居全球第一,2018年美国集成电路设计业份额进一步提高,约可达69%;中国大陆销售额达212.2亿美元,占比为21%,居全球第二;中国台湾地区销售额达161.6亿美元,占比16%,居全球第三;欧洲和日本分列第四和第五位,占比分别为2%和1%。

(二)纯晶圆代工市场增幅显著,亚太是主战场

2017年,纯晶圆代工市场增长强劲,增长率为9%,预计2018年纯晶圆代工市场规模将达到577.32亿美元,同比增长5.32%。

2018年,台积电、格罗方德、台联电和中芯国际等全球主要纯晶圆代工厂销售额将占纯晶圆代工厂总销售额的84%。其中,台积电约占市场总额的59%,与2017年基本持平。而这4家代工厂除格罗方德外全部集聚在亚太地区,亚太无疑是纯晶圆代工的全球主战场。

预计2018年有7家纯晶圆代工厂的销售额增长超过13%,包括中国的华虹集团(Huahong Group)、武汉新芯(XMC)和上海先进半导体(ASMC);中国台湾地区的力晶(Powerchip)、先锋半导体(Vanguard)和宏捷科技(AWSC);美国的SkyWater。

18家纯代工厂中有13家位于亚太地区,其余5家分别是总部位于欧洲的XFab,以色列的TowerJazz,美国的格罗方德、TSI Semi(前Telefunken)和SkyWater。

(三)封测业中国领跑,先进封装市场占比近半

未来,先进封装技术将主导集成电路封测市场,集成电路封装将朝着小型化、轻型化方向发展,但随着集成电路设计复杂度的提高,先进封装面临的挑战也越来越多。根据YoleDevelopment预测,全球先进封装市场将在2020年达到整体集成电路封装服务的44%,年营业收入约为315亿美元;中国先进封装市场规模将在2020年达到46亿美元,复合年增长率为16%。

在2017年和2018年上半年全球封测前十大厂商中,中国台湾地区占5家、中国大陆3家、美国1家、新加坡1家。前十大封测代工厂2018年上半年营业收入达111.2亿美元,年增长率为10.5%,低于上年同期的16.4%,其中中国封测三雄——长电科技、华天科技、通富微电上半年皆有双位数营业收入增长,占前十大封测代工厂总营业收入的26.9%,创下历年新高。2018年上半年营业收入增速最快的企业分别为华天科技和力成科技,增速分别为40.9%和31.5%,联合科技和南茂科技销售额略有下降。

(四)设备业美日荷三强鼎立,材料业日本独占鳌头

美国、日本、荷兰是全球集成电路设备制造的三大强国,全球前十大半导体设备生产商中,这三个国家2017年的市场份额分别为38.78%、19.93%和12.69%,占比总和超过七成。2018年前三季度,前七大半导体设备供应商的市场份额有4家“缩水”,尤其是排在首位的美国应用材料公司,比2017年同期减少3.4个百分点,相反,日本东京电子、荷兰阿斯麦和美国科天公司都表现出继续增长的趋势,比2017年同期分别提升1.6个百分点、2.10个百分点和0.9个百分点。这些领先供应商凭借技术、资金等优势高度垄断半导体设备细分市场,尤其是在光刻机、沉积设备和刻蚀设备等精度和稳定性要求最高的晶圆加工设备方面。

在全球半导体材料供应商中,日本和美国企业具有绝对优势,韩国和德国企业也具有相当的话语权,其中日本企业在全球多数细分材料领域都能提供一半以上的产能份额。按照市场占有率排名,全球前五大硅片供应商包括日本信越化学(Shin-Etsu Chemical)、日本胜高(Sumco)、中国台湾地区环球晶圆(GlobalWafers)、德国Siltronic和韩国SK Siltron公司,这五家公司为全球贡献超过九成的市场份额,其中仅日本两家公司在全球的市场占有率已超过五成。2017年,日本信越化学和胜高公司的硅片供应市场份额分别为30%和27%,市场研究机构Digitimes Research预测这两个硅片巨头公司的营业利润率在2018年增势较大,2018年全球硅片销售额将增长20%以上,SEMI预测2019~2021年硅片的出货量依然将保持强劲增长。全球光刻胶市场也主要由日本企业垄断,此外,日本企业在溅射靶材、光掩膜板、陶瓷封装材料、键合丝等领域的市场份额也超过五成。

三、2018年集成电路企业发展态势

(一)市场集中度呈上升趋势,大者恒大

2018年全球半导体(包括集成电路和光电—传感器—分立器件)企业销售前25名如表1.4所示,其中13家企业总部位于美国,欧洲、日本和中国台湾地区均有3家,韩国有2家,中国大陆有1家。前五名分别是三星、英特尔、SK海力士、台积电和美光,其中台积电为纯晶圆代工厂,另外4家为整合器件制造商(IDM)。

表1.4 2018年全球半导体企业销售额前25名

单位:百万美元,%

2018年

排名

2017年

排名

公司(总部)

2017年

IC

销售额

2017年OSD

销售额

2017年

半导体

销售额

2018年IC

销售额

2018年OSD

销售额

2018年

半导体

销售额

2018年增长率

1

1

三星(韩国)

62642

3240

65882

79398

3860

83258

26

2

2

英特尔(美国)

61720

0

61720

70154

0

70154

14

3

4

SK海力士(韩国)

26262

460

26722

36966

765

37731

41

4

3

台积电①(中国台湾)

32163

0

32163

34209

0

34209

6

5

5

美光(美国)

23920

0

23920

31806

0

31806

33

6

6

博通②(美国)

16201

1594

17795

16639

1816

18455

4

7

7

高通②(美国)

17029

0

17029

16481

0

16481

-3

8

8

东芝/东芝存储(日本)

12205

1128

13333

14137

1270

15407

16

9

9

德州仪器(美国)

13018

892

13910

14043

919

14962

8

10

10

英伟达②(美国)

9402

0

9402

12281

0

12281

31

11

12

意法半导体(欧洲)

6368

1945

8313

7388

2251

9639

16

12

15

西部数据/闪迪(美国)

7840

0

7840

9480

0

9480

21

13

11

恩智浦(欧洲)

8228

1028

9256

8352

1042

9394

1

14

13

英飞凌(欧洲)

4841

3285

8126

5547

3699

9246

14

15

14

索尼(日本)

1026

6865

7891

917

7125

8042

2

16

16

联发科②(中国台湾)

7838

0

7838

7931

0

7931

1

17

17

苹果*②(美国)

6960

0

6960

7425

0

7425

7

18

18

瑞萨③(日本)

5328

1502

6830

5237

1474

6711

-2

19

23

AMD②(美国)

5329

0

5329

6506

0

6506

22

20

19

格罗方德①(美国)

6176

0

6176

6209

0

6209

1

21

20

ADI③(美国)

5433

329

5762

5759

442

6201

8

22

25

海思②(中国大陆)

4715

0

4715

6080

0

6080

29

23

22

安森美(美国)

2668

2875

5543

2832

3049

5881

6

24

21

微芯③(美国)

4797

829

5626

4960

794

5754

2

25

24

台联电①③(中国台湾)

4898

0

4898

5039

0

5039

3

前10合计

274562

7314

281876

326114

8630

334744

19

前25合计

357007

25972

382979

415776

28506

444282

16

注:①代表纯代工厂;②代表无晶圆厂;③包括收购公司2017年和2018年的销售额;*表示苹果公司定制处理器仅供公司内部使用;2018年数据为预测值。

资料来源:IC Insights。

表1.4数据统计分析得出,2017年全球排名前5位的半导体公司集成电路销售额总和在前25家公司中占比约为57.9%,预计2018年该占比略有上升,为60.7%;2017年全球排名前10位的半导体公司集成电路销售额总和在前25家公司中占比约为76.9%,预计2018年该占比同样稳中有升,为78.4%。可见,全球半导体行业市场集中度有上升趋势。排名前5位的企业占比近六成,而排名前5~10位的企业占比不足两成,可见,大者恒大趋势更为明显。

2018年,全球前25家半导体企业的销售额将比2017年增长16%,与2016年全球半导体行业增长率相同。2018年三星、SK海力士和美光三大内存供应商同比增长超过25%,SK海力士预计将成为前25家企业中增长最快的公司,销售额激增41%。总体而言,预计前25名销售领导者中只有7位将超过2017年16%的行业增长率,分别是SK海力士、美光、英伟达、海思、三星、AMD和西部数据/闪迪,如表1.5所示。

表1.5 2018年半导体销售额增长率前25名企业

单位:百万美元,%

2018年

排名

公司(总部)

2017年

IC

销售额

2017年

OSD

销售额

2017年

半导体

销售额

2018年

IC

销售额

2018年

OSD

销售额

2018年

半导体

销售额

2018年增长率

1

SK海力士(韩国)

26262

460

26722

36966

765

37731

41

2

美光(美国)

23920

0

23920

31806

0

31806

33

3

英伟达②(美国)

9402

0

9402

12281

0

12281

31

4

海思②(中国大陆)

4715

0

4715

6080

0

6080

29

5

三星(韩国)

62642

3240

65882

79398

3860

83258

26

6

AMD②(美国)

5329

0

5329

6506

0

6506

22

7

西部数据/闪迪(美国)

7840

0

7840

9480

0

9480

21

8

意法半导体(欧洲)

6368

1945

8313

7388

2251

9639

16

9

东芝/东芝存储(日本)

12205

1128

13333

14137

1270

15407

16

10

英飞凌(欧洲)

4841

3285

8126

5547

3699

9246

14

11

英特尔(美国)

61720

0

61720

70154

0

70154

14

12

ADI③(美国)

5433

329

5762

5759

442

6201

8

13

德州仪器(美国)

13018

892

13910

14043

919

14962

8

14

苹果*②(美国)

6960

0

6960

7425

0

7425

7

15

台积电①(中国台湾)

32163

0

32163

34209

0

34209

6

16

安森美(美国)

2668

2875

5543

2832

3049

5881

6

17

博通②(美国)

16201

1594

17795

16639

1816

18455

4

18

台联电①③(中国台湾)

4898

0

4898

5039

0

5039

3

19

微芯③(美国)

4797

829

5626

4960

794

5754

2

20

索尼(日本)

1026

6865

7891

917

7125

8042

2

21

恩智浦(欧洲)

8228

1028

9256

8352

1042

9394

1

22

联发科②(中国台湾)

7838

0

7838

7931

0

7931

1

23

格罗方德①(美国)

6176

0

6176

6209

0

6209

1

24

瑞萨③(日本)

5328

1502

6830

5237

1474

6711

-2

25

高通②(美国)

17029

0

17029

16481

0

16481

-3

注:①代表纯代工厂;②代表无晶圆厂;③包括收购公司2017年和2018年的销售额;*表示苹果公司定制处理器仅供公司内部使用;2018年数据为预测值。

资料来源:IC Insights。

苹果公司设计的处理器仅供公司内部使用,其微处理器(MPU)产品未销售给其他系统制造商。据IC Insights预测,苹果公司定制的基于ARM架构的片上系统(SoC)处理器和其他定制器件在2018年的销售价值将达到74亿美元。

(二)海思销售增长名列前茅,中国企业迎头赶上

海思半导体是跻身全球半导体企业前25的唯一中国大陆企业,2017年排名第25位。由于海思超过90%的销售额是对其母公司华为的内部转移,其发展态势与华为的智能手机销售量同步上升和下降,随着华为智能手机销量在2018年将至少增长30%,预计海思半导体2018年的销售增长率将达到29%,增长率排名有望跻身第4位,销售额排名有望上升3位,表明中国企业正在迎头赶上,中国半导体产业取得令人振奋的进步。

无晶圆厂供应商AMD公司的排名上升幅度最大,预计2018年销售额涨幅达到22%,排名上升4位至第19位。相比之下,微芯(于2018年5月底完成了对美高森美的收购)在2018年的销售额仅增长2%,预计销售额排名下降3位至第24位。然而,半导体销售额增长率排名中表现最差的公司预计是高通,2018年半导体收入下降3%,与瑞萨(下降2%)一道成为前25家企业中预计销售额下降的难兄难弟。

英特尔在2017年第一季度是排名第一的半导体供应商,但第二季度让位于三星。三星在2017年全年排名中位居榜首。随着2017年DRAM和NAND闪存市场的强劲增长,预计三星的市场份额将增长7%。2018年三星半导体销售总额将比英特尔高19%。内存产品预计占2018年三星半导体销售额的84%,比2017年的81%上升3个百分点,比2016年的71%上升10个百分点。此外,预计该公司2018年的非内存销售额将达到133亿美元,仅比2017年非内存销售额125亿美元增长6%。相比之下,预计2018年三星的内存销售额将增长31%并达到700亿美元。

排名前25的企业包括3家纯代工厂(台积电、格罗方德和台联电)和7家无晶圆厂。若不统计台积电、格罗方德和台联电,则日本夏普(49亿美元)、美国Skyworks(38亿美元)和美国Qorvo(31亿美元)将进入前25名,分列第23位、第24位和第25位。

四、2018年集成电路技术发展态势

(一)先进设计技术不断涌现,新架构和算法成为发展重点

“摩尔定律”在技术和经济双重压力下发展遇困,全球争相探索新的路径,继续推进集成电路产业的发展。通过创新架构和新计算模式等技术获得集成电路性能和功能上的大幅提升,已经成为先进设计的发展热点。

在新架构方面,产业界提出了自适应供电、模拟功能数字化和加入新材料等方式,以及二维堆叠晶体管等新结构。例如,美国在互连技术和架构领域的发展重点包括实现10纳米以下电子互连、金属通孔之外的层间新型互连、新型自对准和自组装技术、光子开关器件和互连、自旋互连、新型互连材料等。

在新算法方面,神经形态计算和量子计算等新型计算范式成为发展热点,均有望对产业带来颠覆性影响。神经形态计算指可模拟人脑的信息处理方式,具备感知、识别和学习等多种能力,该技术正在成为人工智能领域的重要技术方向。美国IBM公司、比利时微电子研究中心(IMEC)等都在该领域积极布局和发力;量子计算指以量子力学规律进行超高速、大数据量的数学和逻辑运算,在核爆模拟、密码破译、材料和微纳制造等领域具有独特优势,美国谷歌、英特尔、IBM等信息技术龙头企业都已投身该领域。

(二)尖端工艺技术玩家稀缺,200毫米晶圆需求量大增

集成电路制造工艺节点一直按照“摩尔定律”持续微缩,当前已逼近物理和经济极限。由于先进工艺节点的建厂成本呈指数级增长,当前全球也仅有中国台湾地区台积电、韩国三星等极个别代工厂可以继续投资7纳米及以下工艺的研发和生产线建设,连格罗方德等国际领先代工厂都已搁置7纳米研发计划,美国英特尔公司也在10纳米工艺节点上遇到巨大困难,同步正在研发7纳米工艺,目前台积电和三星已开始布局3纳米。此外,集成电路设计企业也难以承受先进工艺节点的高昂研制成本,该领域的玩家将呈现大者恒大的局面。

与当前需要先进制造工艺的尖端应用场景所不同的是,包括传感器、电源、人机接口、射频器件等在内的物联网、工控、医疗等大量应用场景对芯片产生了多种多样的需求,且芯片的需求量常常不足百万片。这些“类多量少”的芯片无须最先进工艺节点,加上大尺寸晶圆的制造工艺研发和厂房建设所需费用极高。在此发展形势下,200毫米晶圆呈现巨大需求。为了满足这种需求,制造厂商正采取多种措施增加200毫米晶圆制造产能,设备供应商也正生产新的200毫米晶圆制造设备。

(三)先进封装提升性能,三维硅通孔技术最受关注

为了满足集成电路小型化、高性能等发展需求,系统级封装(SiP)、三维硅通孔(TSV)堆叠封装、引线键合型芯片级封装(CSP)、晶圆级封装(WLP)、扇出型晶圆级封装(FO-WLP)、倒装芯片、凸点集成电路以及多芯片模块等先进封装技术正蓬勃发展,法国悠乐(Yole)公司预测,到2020年,全球先进封装市场占整个集成电路封装服务市场的比重将达到44%。

在不同的先进封装技术中,扇出型晶圆级封装、系统级封装、三维硅通孔堆叠封装是最受关注的三种先进封测技术,而三维硅通孔堆叠封装是三维堆叠封装的重要发展方向,也是进一步提升晶体管密度、缩小尺寸、缩短连线、降低功耗、提升高频性能等的重要手段。在不同的先进封装平台中,三维硅通孔堆叠封装在以29%的速度增长,且已开始大批量生产,尤其是在存储器领域。未来,随着封装技术的不断成熟,将有更多的器件实现三维立体封装和系统级集成等高密度集成化,不断满足微型、多功能和低功耗集成电路的发展需求。

(四)极紫外光刻荷兰垄断,新型二维材料百花齐放

高端光刻技术是未来芯片技术发展的关键,该领域技术发展由荷兰企业主导,尤其是阿斯麦(ASML)公司,该企业是高端光刻机领域的霸主。目前业界尖端的7纳米工艺使用的极紫外光刻机(EUV)仅有ASML一家公司能够提供。

在“摩尔定律”发展遇困的背景下,以石墨烯、二硫化钼、硅烯等为代表的新型二维材料成为各国发展热点,新型材料正不断涌现。二维材料可促成高性能晶体管发展,未来有巨大的发展潜力。美国能源部和高校、英国高校和实验室、荷兰高校、日本高校等纷纷研发出具备不同特色的新型二维材料,为下一代集成电路的发展奠定技术基础。

五、2018年集成电路产品市场发展态势

(一)模拟产品市场增长最强劲,存储产品价格上扬

集成电路产品可以分为四大类:模拟、逻辑、存储和微组件。模拟集成电路市场包括通用模拟集成电路和专用模拟集成电路等;逻辑市场包括门阵列、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)等;存储市场包含动态随机存储器(DRAM)和闪存等;微组件市场包含MCU和MPU等。2017~2022年,四大类集成电路产品市场规模总的复合年增长率(CAGR)为6.5%,各类产品市场规模的CAGR如图1.4所示。到2022年,预计模拟集成电路市场增长率最为强劲。

图片关键词 

图1.4 主要集成电路产品市场规模的复合年增长率(2017~2022年)

2016年,各类主要集成电路产品(模拟、逻辑、存储和微组件)的平均售价均下降,模拟和逻辑下降1%,存储下降9%(受DRAM平均售价下跌12%的影响)。2017年,存储产品的平均售价出现了巨大转变,DRAM和NAND闪存平均售价上扬带动2017年存储产品平均售价增长达到惊人的56%,2018年又增长了33%。预计到2019年,各类主要产品的平均售价将下降,预计整个集成电路市场平均售价将下降5%(见表1.6)。

表1.6 2016~2019年模拟、逻辑、存储和全部集成电路市场预测

项目

模拟

逻辑

存储

集成电路市场合计

合计

增长率(%)

合计

增长率(%)

合计

增长率(%)

合计

增长率(%)

2016年









市场规模(十亿美元)

49.44

5

167.23

4

79.44

2

296.1

4

出货量(十亿块)

133.26

6

75.73

6

42.68

12

251.66

7

平均售价(美元)

0.37

-1

2.21

-1

1.86

-9

1.18

-3

2017年









市场规模(十亿美元)

54.54

10

184.92

11

129.92

64

369.37

25

出货量(十亿块)

154.85

16

90.15

19

44.61

5

289.61

15

平均售价(美元)

0.35

-5

2.05

-7

2.91

56

1.28

8

2018年









市场规模(十亿美元)

60.26

10

202.09

9

170.00

31

432.34

17

出货量(十亿块)

177.37

15

100.48

11

44.03

-1

321.88

11

平均售价(美元)

0.34

-4

2.01

-2

3.86

33

1.34

5

2019年









市场规模(十亿美元)

64.86

8

215.00

6

163.56

-4

443.42

3

出货量(十亿块)

193.20

9

110.27

10

45.28

3

348.76

8

平均售价(美元)

0.34

-1

1.95

-3

3.61

-6

1.27

-5

注:逻辑市场包括逻辑和微组件(如MPU、MCU等)。

资料来源:IC Insights。

(二)市场需求量增长放缓,或进入中低速发展阶段

如今,集成电路市场规模很难再以两位数的速度增长。继2015年下降2%,2016年仅增长3%之后,整个集成电路市场在2017年的销售额增长了25%,这几乎完全归功于DRAM和NAND闪存平均售价的快速增长。预计2018年将是另一个强劲增长的年份。长期的集成电路市场增长更多地依赖于全球GDP增长,而非仅仅是计算机、手机等终端应用的需求扩张。2019~2022年,预计集成电路市场总增长率将保持在10%以下。

虽然预计2018年模拟和逻辑器件的出货量将分别增长15%和11%,但存储器件的出货量将下降1%。由于2019年存储产品的平均售价预计下跌6%,价格下跌将刺激需求增加,预计2019年存储产品出货量将增加3%。

2018年,模拟集成电路市场规模涨幅为10%,比集成电路市场总增长率低7个百分点。模拟集成电路的出货量增长预计为15%,比2017年的16%低1个百分点。2017~2022年,模拟集成电路市场的复合年增长率预计为8.4%,出货量的复合年增长率预计为10%,超过整体集成电路市场增长。电源管理等模拟集成电路对于延长便携式和无线系统的电池寿命至关重要,近年来市场增长强劲。电源管理市场在2017年增长13%后,预计2018年将增长12%。同时,无线通信、工业和汽车应用等特定市场将成为增长最快的几个市场。

2018年,逻辑集成电路市场规模涨幅为9%,比集成电路市场增长率低6个百分点,出货量增长预计为11%,市场增幅最快的逻辑器件预计为汽车专用逻辑产品,预计增长26%,仅落后于DRAM的40%。2017~2022年的逻辑集成电路市场复合年增长率预计为6.8%,出货量的复合年增长率预计为9.1%。逻辑器件的平均售价自2014年以来一直在下滑,预计2019~2022年将呈现下降趋势,每年降幅在1%~3%。

DRAM市场在过去五年一直处于波动状态,原因是价格剧烈变化,而非出货量的上升或下降。由于计算机市场持续疲软,2013~2015年资本支出增加导致产能过剩,2015年DRAM平均售价下跌4%,2016年又下跌了12%。2017年增长高达81%,推动DRAM市场增长77%,DRAM销售额占整个集成电路市场的19.7%,预计2018年DRAM销售额将占集成电路市场的23.7%。然而,随着大量新产能于2018年晚些时候上线,DRAM平均售价和市场增长率将会在2019年开始下降,并持续到2020年。2018年,NAND闪存市场增长率将达到19%,平均售价将增长12%。NAND闪存新产能已经开始上线,许多新生产线计划在2018年底和2019年扩大生产。

在微组件市场领域,预计到2022年,4/8位产品市场略有增加,但仅为35亿美元;16位产品市场略微疲软,市场规模为42亿美元。据预测,势头最强的MCU将是32位产品,2017~2022年复合年增长率达到8%,2022年市场规模预计将达到136亿美元,而出货量将以每年12.7%的速度增长至2022年的231亿块。过去几年,台式机、笔记本电脑和平板电脑出货量的减少降低了整个微组件市场的出货量,除32位MCU市场外,预计到2022年,大多数微组件市场的销售增长将保持在中低等水平。因此,预计2017~2022年的微组件复合年增长率在集成电路主要产品领域中最低。

六、未来集成电路市场发展趋势

预计2019年第一季度集成电路市场的季节性下滑幅度将略大于正常水平,平均售价达到5%。在2019年第二季度和第三季度连续的温和增长后,预计全年集成电路市场规模将增长3%,集成电路出货量增长率将达到8%。2019年和2020年,存储器的平均售价将低于2018年和2017年,致使2017~2022年集成电路平均售价年均下降2%,同时受集成电路出货量年均增长9%的推动,集成电路市场规模复合年增长率将达到7%,如表1.7所示。

表1.7 全球集成电路市场规模、出货量和平均售价预测

年份

市场规模(十亿美元)

增长率(%)

出货量(十亿块)

增长率(%)

平均售价

增长率(%)

2012

259.3

-4

191.3

-1

1.36

-3

2013

271.9

5

205.9

8

1.32

-3

2014

291.6

7

224.7

9

1.30

-2

2015

286.9

-2

235.5

5

1.22

-6

2016

296.1

3

251.7

7

1.18

-3

2017

369.4

25

289.6

15

1.28

8

2018

432.3

17

321.9

11

1.34

5

2019

443.4

3

348.8

8

1.27

-5

2020

436.7

-2

368.9

6

1.18

-7

2021

468.8

7

398.8

8

1.18

-1

2022

512.6

9

437.6

10

1.17

0

2017~2022年CAGR

7

9

-2

注:2018~2022年数据为预测值。

资料来源:IC Insights,2018年11月。

(一)汽车电子快速发展,将成集成电路市场的最强驱动力

汽车电子系统使用半导体器件数量的逐渐增加,预计在2021年以前,汽车电子系统将一直是主要半导体终端市场中成长最强劲的应用领域。当前,随着不同级别的先进驾驶辅助系统(ADAS)日益普及,以及自动驾驶汽车的发展,汽车中应用的存储器件、模拟集成电路、传感器和其他半导体器件数量将持续增长,汽车半导体供应商面临巨大的潜在机会。

根据IC Insights预测,2018年汽车电子系统的销售额将增长7%,达到1520亿美元,2019年将再增长6.6%,达到1620亿美元。预计2017~2021年,汽车电子系统销售额将以6.4%的年均速率增长,幅度超过其他类别的主要电子系统。2017年,平均每辆汽车使用的集成电路数量占半导体器件数量的65%,而OSD器件约占35%。在未来几年,汽车电子市场将是集成电路增长最强的应用领域,预计2016~2021年的复合年增长率为13.4%,超过工业、计算机、通信、消费、政府/军事领域以及整个集成电路市场的增长率,如图1.5所示。 

图片关键词 

图1.5 各终端应用领域集成电路市场复合年增长率(2016~2021年)

2017年汽车集成电路销售额占集成电路销售总额的7.7%,低于计算机、通信和消费类应用。但到2021年,汽车集成电路市场预计占集成电路总销量的近10%,这将使其成为集成电路的第三大终端应用领域,如图1.6所示。

图片关键词 

图1.6 2021年各终端应用领域的集成电路市场占有率预测

2018~2021年,汽车集成电路市场规模将持续上升,2018年达到323亿美元,预计到2021年将达到436亿美元。汽车集成电路市场规模在2017年飙升了约19.4%后,2018年和2019年仍有两位数的增长,分别为18.5%和13.9%,如图1.7所示。

图片关键词 

图1.7 全球汽车集成电路市场规模及增长率(2015~2021年)

模拟集成电路约占汽车集成电路市场的40%以上,其中MCU占比达20%以上。汽车模拟集成电路供应商数量众多,但近年来的大量收购事件致使大型制造商数量减少,如恩智浦公司收购飞思卡尔,ADI公司收购凌力尔特,瑞萨收购英特希尔等。其他大型汽车模拟集成电路供应商包括德州仪器、东芝和意法半导体等。

MCU用于整个汽车平台,可快速处理传感器数据,加快各种电子系统之间的通信速度,保障保护系统正常运行,并改善各种网络和车载系统之间的通信。越来越多的车辆采用嵌入式计算机系统来解决政府和消费者看重的安全和效率问题,使汽车MCU的需求不断扩大。一辆典型的新车可能包括25~35个MCU,但对于许多高端豪华车和高配中档车辆来说,常常会配备超过100个MCU。未来几年,各类MCU及其设计和开发所需的软件都将迎来良好的发展机遇,特别是32位MCU增长空间巨大。32位MCU可在动力系统中控制电子节气门、汽缸和燃油喷射,此外,也正应用于下一代底盘和安全系统,包括主动高端电子稳定控制、智能安全气囊系统等。

随着汽车更加智能、通信系统更加复杂,汽车用内存和存储的需求也不断增长,特别是在汽车快速启动领域。在汽车应用中,最好将存储器嵌入控制器或处理器芯片内,这样能够提供最快的响应并有效屏蔽杂乱的射频信号。鉴于许多汽车MCU都嵌入了2MB甚至10MB的闪存,嵌入式闪存将继续得到广泛使用。

2016~2022年各类汽车电子集成电路产品市场规模及复合年增长率如表1.8所示。汽车存储器件市场规模预计将从2016年的17亿美元增长到2021年的近50亿美元,增长190%,复合年增长率为23.8%,在各类汽车集成电路产品中增长最强劲。预计逻辑器件在同期的复合年增长率为20.7%,位居第二。

表1.8 各类汽车电子集成电路产品的市场规模及复合年增长率(2016~2021年)

单位:百万美元,%

产品类型

2016年

2021年

2016~2021 CAGR

MCU

5988

9264

9.1

DSP

1027

1651

9.9

模拟

10826

18757

11.6

MPU

405

850

16

逻辑

2909

7441

20.7

存储

1707

4958

23.8

合计

22862

42921

13.4

注:2021年数据为预测值。

资料来源:IC Insights。

(二)个人计算机集成电路市场低迷,规模小于手机市场

计算机市场一度是集成电路的最大应用市场,但近年来,台式机和笔记本电脑市场较为低迷,包括标准计算机、平板电脑和互联网/云计算中心在内的整体个人计算机集成电路市场也低于手机集成电路市场。2018年个人计算机集成电路市场规模(销售额)为853亿美元,比手机集成电路市场低184亿美元。到2021年,个人计算机集成电路市场规模甚至比2018年低1亿美元,远落后于手机集成电路的1064亿美元,占整个集成电路市场的37%(见图1.8)。

标准计算机中使用的集成电路规模在2018年将增长7.4%至741亿美元,而2019年市场将降温,增速仅为2.4%,达到759亿美元。预计2016~2021年,计算机用集成电路的销售额复合年增长率为4.9%,最终在2021年达到743亿美元。

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图1.8 全球计算机系统及手机领域集成电路市场规模变化(2010~2021年)

平板电脑所用集成电路的市场呈萎缩状态,2018年销售额将下降约10%,从2017年的114亿美元降至2018年的103亿美元,2016~2021年的复合年增长率将为-4.5%,在2021年仅有96亿美元(见图1.9)。

在快速增长的互联网/云计算系统市场中,集成电路销售预测保持不变。2018年此类集成电路销售额将从2017年的约8.38亿美元增长至约9.54亿美元,预计2019年将达到11亿美元。2016~2021年,互联网/云计算系统使用的集成电路将以14.9%的复合年增长率增长,至2021年达到14亿美元(见图1.9)。

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图1.9 全球个人计算机系统领域集成电路市场规模(2014~2021年)

(三)通信集成电路市场增长乏力,上涨趋势不稳

通信是集成电路的第二大应用市场,占比达到30%以上。未来几年,预计通信集成电路市场增长乏力,继2017年增长22%以后增长率持续下降,2022年甚至会出现负增长。而2017年的大幅增长则主要受移动DRAM和NAND闪存市场激增的推动。IC Insights预计,2018年通信集成电路市场规模将实现13%的增长,达到1489亿美元,而2019年增长仅有3%,如图1.10所示。

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图1.10 全球通信集成电路市场规模及增长率(2012~2021年)

存储器对通信集成电路市场规模影响巨大。2012~2017年通信集成电路市场规模的复合年增长率为8.0%,但是如果除去内存部分,全球通信集成电路市场规模的复合年增长率仅为3.3%。根据IC Insights预测,在不考虑存储器市场的情况下,2017~2021年全球通信集成电路市场规模的复合年增长率预计为4.7%。

无线通信集成电路是通信集成电路市场的主要组成部分,占比超过80%,预计2018年无线通信集成电路市场规模将以15%的速率增长,达到1276亿美元(2017年首次超过1000亿美元大关,达到1109亿美元)。无线通信集成电路市场规模的大幅增长主要得益于智能手机应用对DRAM的强劲需求,以及DRAM平均价格的上涨。预计2021年,无线DRAM市场将达到274亿美元,比2017年的219亿美元高出25%。

随着全球经济放缓,手机销售量在2014年达到19亿部顶峰之后,呈现下降趋势,2015年、2016年和2017年分别下降了1%、2%和3%。预计在5G智能手机上市后,手机销售量能够略微增长,但仍低于2014年。随着智能手机占比不断增长,每部手机的集成电路用量也在增加,价值最高的产品为MPU,其次为DRAM。根据IC Insights预测,未来几年,手机集成电路市场仍将上涨,2017~2021年复合年增长率将达到4.3%,2013~2021年全球手机集成电路市场规模及增长率如图1.11所示。

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图1.11 全球手机集成电路市场规模及增长率(2013~2021年)


产业链篇

第二章 全球集成电路设计业发展概况

2018年,全球集成电路设计业快速发展,市场规模稳步提升,但近两年制造业投资激增致使设计业销售额占集成电路产业总销售额的比重略有下降,由2016年的30.4%下降到2018年的26.3%。美国是集成电路设计业最发达的国家,销售额占全球一半以上,且掌握着高端集成电路的知识产权和经验丰富的研发人才,其他国家和地区很难在短期内追赶和超越。未来,继计算机、消费电子和移动智能终端之后,汽车电子、人工智能、5G、云计算、物联网等新业态引发的产业变革正在兴起,新工艺、新架构、新需求将成为推动集成电路设计业发展的新动力。

一、2018年集成电路设计业发展态势

(一)市场保持强劲增速,规模超过千亿美元

受前沿技术需求的推动,全球集成电路设计市场保持强劲增长,行业规模与集成电路行业规模整体发展趋势相一致。根据美国市场调研机构Technavio预测,2018~2022年全球集成电路设计企业销售额复合年增长率将达到7.99%。

全球集成电路设计业的产业规模、技术水平逐年提升,集成电路设计行业占全球集成电路产业的比重也呈现稳步提升态势。根据德国统计门户网站Statista数据,2017年全球集成电路设计业销售额为1006亿美元,首次突破1000亿美元大关,占集成电路产业总销售额的27.2%。2018年全球集成电路设计业销售额继续上涨13.2%,达到1139亿美元,约占2018年全球集成电路产业总销售额的26.3%。

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图2.1 1999~2018年全球集成电路设计业和集成电路产业总销售额

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图2.2 1999~2018年全球集成电路设计业销售额占集成电路产业总销售额比重

2018年全球半导体企业销售额前十的企业、中,有3家企业为集成电路设计企业,前25名中则有7家集成电路设计企业。自1999年至2018年,集成电路设计业保持持续繁荣,二十年来全球集成电路设计规模扩大十余倍。20世纪80年代早期,典型的集成电路厂商需要独立完成包括集成电路设计程序编写、电路设计以及电路制造、封装和测试在内的全部工作。但随着产业的发展,工艺尺寸持续微缩,集成电路愈发复杂,制造成本呈指数型增长,这种整合制造的模式难以维持。在此背景下,设计业、制造业、封测业单独运行的模式开始兴起,垂直分工模式走向繁荣,1987年晶圆代工厂商台积电的成立是垂直分工模式发展的重要里程碑。IC Insights和Statista数据显示,2000~2016年全球集成电路设计业增长率低于集成电路行业整体增长率的情况只发生在2010年和2015年。同时,近两年全球大规模扩建和新建生产线,以及存储器涨价潮,导致制造业增速较快,设计业增速低于集成电路产业整体增长水平。

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图2.3 2000~2018年集成电路设计业和集成电路产业整体增长率

(二)全球设计业能力不均,美国市场份额最大

集成电路设计位于集成电路产业链的上游,拥有极高的技术壁垒,整体属于技术、知识和人才密集型产业,需要长时间的技术积累和经验沉淀。目前,全球最先进的集成电路设计企业基本为美国企业,美国在集成电路设计领域遥遥领先,占据最大的市场份额。

2017年,美国集成电路设计业销售额约537亿美元,占全球市场规模的53%,居全球第一,而自博通公司将总部从新加坡迁至美国后,预计2018年美国集成电路设计业份额将进一步提高,约可达69%;中国大陆销售额达212.2亿美元,占比为21%,居全球第二;中国台湾销售额达161.6亿美元,占比16%,居全球第三;欧洲和日本分列第四和第五位,占比分别为2%和1%(见图2.4)。

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图2.4 2017年全球集成电路设计业销售额区域分布

(三)新产品需求旺盛,前沿科技带动产业增长

多年来,移动终端热潮推动集成电路产业高速发展,深刻影响了处理器、存储器、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器等产业,可以说手机集成电路市场占据大部分晶圆产能,支撑着摩尔定律持续发展,支撑着集成电路设计业不断推陈出新。在手机、计算机市场浪潮过后,汽车电子、人工智能、5G、云计算、物联网等新兴应用对集成电路产品的功能、性能提出了新的需求,将有可能成为未来集成电路设计业发展的新驱动力。

人工智能核心产业中硬件规模占比最大,集成电路的高速计算能力是实现人工智能的关键技术之一。2016~2025年,全球人工智能市场规模复合年增长率将达到50.7%,据Statista估计,2018年人工智能市场规模约为73.5亿美元,到2025年或将达到898亿美元。当前市场中,终端深度学习计算平台的需求正在释放,支撑人工智能的集成电路主要分为圆形处理器(GPU)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)以及类脑芯片等。GPU原本用于游戏图像渲染,却在人工智能的深度学习领域找到用武之地。凭借GPU的优势,集成电路设计企业——英伟达的市值两年暴涨10倍,2017年已突破千亿美元,产值稳居集成电路设计业第三名。集成电路巨头英特尔在传统CPU领域具有领先优势,但在人工智能热潮中失去先机,对其竞争优势颇为不利,迫使其通过投资并购的方式开展人工智能芯片布局,如投资FPGA和神经网络芯片等通用集成电路公司,以及地平线等专用集成电路公司。

此外,5G时代的到来也为集成电路设计业带来新的机遇。5G和集成电路生态高度吻合,集成电路技术也是实现5G商用的最基础技术之一。5G终端形态的多样化、对数据处理要求的增强,都对集成电路提出新的要求,尤其是在移动芯片领域。5G的强大驱动力量将为集成电路产业发展带来巨大机遇。

(四)工艺尺寸持续微缩,设计业竞争愈加激烈

多年来,集成电路制造工艺节点一直按照摩尔定律持续微缩,虽然当前摩尔定律仍然可行,但已逼近物理和经济极限。每个工艺节点,从设计到制造的流程成本和复杂性都在飙升,曾经每18个月工艺更新一代的节奏已延长至2.5年或更长。由于先进工艺节点的建厂成本呈指数级增长,全球仅有台积电、三星等个别代工厂可以继续投资7纳米以下工艺的研发和生产线建设,连格罗方德等国际领先大厂都已不得不放弃追随。此外,集成电路设计企业也很难负担得起先进工艺节点的研制成本。

高昂的研发成本进一步提高集成电路设计业的门槛,将呈现强者更强,大者恒大的局面。根据Gartner的数据,16纳米/14纳米芯片的平均集成电路设计成本约为8000万美元,而28纳米平面器件的平均集成电路设计成本为3000万美元。相比之下,设计7纳米芯片平均需要2.71亿美元。但是自2018年4月,台积电7纳米工艺开始量产以来,仍有多款手机处理器、矿机芯片等成功流片,如苹果A12处理器、华为麒麟980处理器、高通骁龙8150处理器、三星Exynos 9820处理器、比特大陆BM1391专用芯片等。据台积电称,到2018年底,采用台积电7纳米工艺完成流片的集成电路设计将超过50款,预计2019年底将超过100款。台积电和三星已开始布局3纳米工艺,未来极限工艺战在集成电路设计业将继续展开。

(五)先进架构与模式多点突破,IBM快人一步

延续“摩尔定律”面临材料和技术上的巨大难题,潜在经济效益也被持续削弱,因此,全球都在探索新的路径继续推进集成电路产业的发展。美国国防先期研究计划局(DARPA)联合半导体行业协会(SIA)于2017年6月提出“电子复兴”计划,以期通过新器件材料、新计算架构和新设计工具,来满足军事和商用电子信息产业的需求。业界已研究证明,通过专门的硬件架构可获得集成电路性能和功能上的大幅提升。

量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式,量子力学叠加原理使量子信息单元的状态可以处于多种可能性的叠加状态,如普通计算机中的2位寄存器在某一时间仅能存储4种二进制状态(00、01、10、11)中的1种,而量子计算机中的2位量子位可以同时存储这四种状态。量子计算将使信息处理效率远高于当前的二进制常规计算机,在核爆模拟、密码破译、材料和微纳制造等领域具有突出优势。美国谷歌、英特尔、IBM等信息技术龙头企业都已投入该领域,谷歌于2018年3月推出一款72个比特的量子计算机Bristlecone;加拿大D-wave公司的计算设备已可模拟量子系统;我国的中国科技大学正在研究拓扑量子计算,与微软公司选择了同一路径,目前已向实现拓扑量子计算方向迈出重要一步。IBM则于2019年1月推出全球首台独立量子计算机“IBMQ System One”,并计划通过互联网向客户出租这一系统的计算能力。

利用神经形态计算来模拟人类大脑处理信息正在成为人工智能领域的重要技术方向。美国IBM公司研制的类脑神经形态芯片已集成进超级计算机;比利时微电子研究中心(IMEC)正在硬件创新领域模仿大脑内部的连接构造,根据每一个神经元通过其突触与其他10~15000个神经元相连的原理,做出可缩小的全球神经交流解决方案。神经形态芯片有望成为计算机技术发展的下一轮高峰,再次激发已经成熟的集成电路产业,所带来的认知将对社会经济、生产和生活的各方面带来不可预估的影响。

二、全球集成电路设计企业概况

(一)全球前十美国一枝独秀,中国大陆占据两席

集成电路设计业中少数行业巨头占据主导地位,其中以美国企业为首。在2017年统计的全球十大集成电路设计企业销售收入排名中,美国企业占有7席,以高通公司为首,分别为高通、博通、英伟达、苹果、超微半导体、赛灵思和美满电子;中国大陆占有2席,分别为海思半导体和紫光集团,二者分列第七和第十位;中国台湾占有1席,为联发科。前十大企业的销售额达到738.55亿美元,占集成电路设计行业总销售额的73.35%。预计2018年全球前25大半导体企业销售收入排名中,此十大企业将有7家设计企业入围,企业及排名均与2017年相同。以上排名只包含纯集成电路设计企业,而英特尔、三星、美光、西部数据/闪迪等整合器件制造商(IDM)也有强大的集成电路设计业务。

表2.1 全球十大集成电路设计企业销售额情况

单位:百万美元

排名

名称

所在地

2017年

2018年

1

高通

美国

17078

16481

2

博通

美国

16065

16639

3

英伟达

美国

9228

12281

4

联发科

中国台湾

7875

7931

5

苹果

美国

6660

7425

6

超微半导体

美国

5249

6506

7

海思半导体

中国大陆

4715

6080

8

赛灵思

美国

2475

9

美满电子

美国

2390

10

紫光集团

中国大陆

2050

注:高通仅计算QCT部门营业收入,英伟达扣除OEM/IP营业收入,2018年数据为预测值。

资料来源:IC Insights。

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图2.5 2017年全球十大集成电路设计企业销售额占比

(二)设计巨头特色明显,各具优势

高通和苹果公司在高端手机芯片领域遥遥领先,联发科称霸中低端手机芯片市场;在个人电脑与服务器领域,英特尔公司一枝独秀,超微半导体紧随其后;三星和SK海力士在存储器领域处霸主地位;英伟达获益于GPU的快速发展,身价暴增;赛灵思在FPGA领域绝对领先;海思半导体在手机处理器领域发展迅速,离全球15大设计企业仅一步之遥。

除美国之外,中国集成电路设计业表现颇为突出,领先企业快速成长。根据DIGITIMES Research预测,2018年中国集成电路设计业销售额可望达到375亿美元(约合人民币2401.87亿元),同比增长26.2%。在IC Insights统计的全球集成电路设计企业前50强中,中国大陆企业数量明显上涨,从2009年仅1家追赶到2017年的10家,分别为海思半导体、紫光集团、中兴微电子、华大半导体、南瑞智芯微电子、芯成半导体、大唐电信、兆易创新、澜起科技和瑞芯微电子。其中,海思半导体以47.15亿美元的销售额位居榜首,2018年海思半导体销售增速有望达到30%,继续领跑中国集成电路设计业。

三、启示

集成电路设计业作为高附加值、高带动性的高科技产业,具有广阔的市场空间和经济效益。当前,各种高端集成电路知识产权几乎被美国公司垄断。中央处理器(CPU)领域,英特尔继续保持领先地位,超微半导体也在桌面处理器、服务器处理器及移动处理器方面步步紧逼。GPU领域,英伟达半导体凭借其GPU产品在深度学习和数据中心领域的广泛应用,迅速占领市场,呈现一家独大的局面。在模拟集成电路方面,美国德州仪器公司以近百亿美元的销售额和近20%的市场份额,领衔模拟集成电路市场。

发达的集成电路设计产业已成为美国在世界贸易竞争中最为有力的武器之一。同时,高性能运算芯片CPU、GPU、FPGA以及高性能模拟集成电路领域,也与国外存在巨大差距。但在集成电路市场需求的带动下,尤其是新兴领域的应用需求拉动下,近几年中国集成电路设计业保持持续快速发展,个别领域技术差距正在逐步缩小。移动处理器方面存在的差距相对较小,海思半导体已进入全球领先行列;存储器方面,兆易创新在NOR Flash市场占有一席之地,长江存储也将推出64层3D NAND闪存芯片,填补中国在NAND闪存芯片自主研发领域的空白。此外,在指纹识别芯片等细分领域,中国企业尚有较强实力。相信在国家大力倡导发展集成电路产业的背景下,中国集成电路设计业实力将会迅速提升。

 

第三章 全球集成电路制造业发展概况

2018年,全球集成电路晶圆呈现供不应求的状况,同时由于工艺技术的提升,单片晶圆的平均价格也在上涨。根据IC Insights统计,2018年全球四大晶圆代工厂——中国台湾台积电、美国格罗方德、中国台湾台联电和中国大陆中芯国际的平均晶圆价格整体上涨约2美元,达到1138美元。2018年,存储芯片价格持续上涨的态势正在终止,从年初开始,NAND闪存价格出现疲软,动态随机存储器(DRAM)价格在第三季度由涨转跌,平均价格跌幅达10%~15%。三星、美光、SK海力士等存储器大厂纷纷提出产能调整、减缓投资的计划。

过去几年集成电路制造行业发生了大规模的整合浪潮,部分知名制造商已经被整合。2015年,美国IBM的微电子事业部、飞思卡尔半导体等被收购。2016年,美国爱特梅尔(Atmel)、仙童(Fairchild)、中国台湾华亚科技(Inotera)等被收购。2017年,美国凌力尔特(Linear)和英特矽尔(Intersil)被收购,集成电路制造商整合案例相应减少。如今,资本及各国对集成电路产业并购监管力度不断加大等因素,导致全球集成电路产业并购大潮逐渐消退,2018年并购成功案例甚少。

2007~2017年,集成电路平均销售价格的复合年增长率下降到-1.9%,致使集成电路市场年均增长率仅约4.4%。价格虽下跌,但集成电路单位出货量平均每年增长6.3%。2017年晶圆平均价格为1867美元,比2005年的峰值2374美元低21%,每片晶圆的单个集成电路平均收入比2007年下降6%。

一、2018年集成电路制造业发展态势

(一)市场持续增长,纯代工产值稳步提高

2016年,全球纯晶圆代工市场增长了11%,大大超过了整个集成电路市场的增长率(3%)。2017年上半年全球纯晶圆代工市场出现库存调整,经历了下半年的强劲增长后,实现了9%的全年增长率,比集成电路市场总体增长率低16个百分点(受存储市场迅猛增长的影响)。根据IC Insights预测,2018年纯晶圆代工市场将达到577.32亿美元,同比增长5.32%。

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图3.1 2012~2022年全球纯晶圆代工厂和IDM厂商销售额

在过去14年(2004~2017年),有7年的纯晶圆代工销售额增长率仅在9%以下,而其他7年的增长均超过两位数:2004年为45%,2006年为21%,2010年为44%,2012年为15%,2013年为16%,2014年为18%,2016年为11%。预计2017~2022年纯晶圆代工销售额复合年增长率将达到7.3%,比2012~2017年低4.6个百分点,但比2017~2022年集成电路市场高0.8个百分点(预计为6.5%)。

(二)整合制造业务相对平稳,市场占比下降

2016年,全球最大的IDM制造厂韩国三星对高通的代工业务急剧增长,年销售额激增65%,致使其整合制造业务增长了38%。此外,由于三星2017年将专用大规模集成电路销售中很大一部分重新归类为制造销售,使得其IDM制造业务销售增长了78%。总的来看,2017~2022年IDM制造业务的复合年增长率将达到4.4%,比同期整个集成电路市场低2.1个百分点,并且比纯代工业务低7.3个百分点。

IDM制造厂正面临纯代工厂的激烈竞争,这一点自2014年6月苹果公司开始将其很大一部分代工业务从IDM厂商三星转移到台积电等纯代工厂以来就尤为明显。从2014年到2017年,台积电对苹果的销售增长了三倍多,然而,台积电对高通公司的销售额下降了60%(见图3.2),其中三星公司占了差额的大部分。

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图3.2 台积电对苹果和高通公司的销售额(2014~2017年)

2017年三星将其System LSI销售的很大一部分转移到其制造业务部门,导致IDM制造销售额激增。因此,三星2017年纯晶圆代工厂销售额占晶圆制造业务总销售额的81.1%,比2012年的84.6%下降了3.5个百分点(见图3.3)。根据IC Insights预测,未来大多数IDM厂商将专注于使用非领先技术制造专用集成电路,而纯晶圆代工厂将更倾向于先进集成电路的制造。目前预计英特尔和三星将成为唯一两家在未来五年内寻求大批量生产前沿集成电路制造业务的IDM公司。尽管英特尔未来可能扩大制造业务销售额,但预计仍无法挽回IDM企业销售额在整个晶圆制造市场份额下降的趋势,预计到2022年将下降至17.0%。

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图3.3 纯晶圆代工厂与IDM制造商的市场份额

(三)全球晶圆产能持续增大,中国大陆增长迅猛

由晶圆厂所在国家和地区统计可见,中国台湾、韩国、日本和中国大陆是晶圆产能的主要来源地。2016~2022年,中国台湾和韩国产能稳居第一、第二位,中国大陆产能逐年增大,将在2021年超过日本达到第三位。预计2017~2022年,中国大陆产能的复合年增长率将达到16%,遥遥领先于全球其他国家和地区。

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图3.4 全球各区域晶圆月产能预测(等效于百万片200毫米晶圆)

中国台湾地区的前两大代工厂为台积电和台联电,产能总和占中国台湾地区的74%。在中国台湾瑞晶和华亚科技晶圆厂被美国美光公司收购后,台积电和台联电在中国台湾地区的地位进一步上升。

日本尔必达公司被美国美光公司收购,伴随近期日本企业在制造领域的多个重大调整,例如松下将其部分晶圆厂分拆为单独子公司,松下和TowerJazz分别拥有49%和51%的份额,意味着日本所属企业晶圆产能降低,前两大公司晶圆产能占日本所属晶圆产能总量的66%。

表3.1 全球各区域晶圆月产能预测(等效于百万片200毫米晶圆

区域

2016年

12月

2017年

12月

2018年

12月

2019年

12月

2020年

12月

2021年

12月

2022年

12月

2017~2022年

CAGR(%)

北美

2.26

2.38

2.43

2.45

2.51

2.55

2.65

2

欧洲

1.08

1.12

1.11

1.12

1.19

1.24

1.28

3

日本

2.88

3.08

3.26

3.43

3.61

3.63

3.85

5

韩国

3.52

3.85

4.14

4.39

4.44

4.56

4.73

4

中国台湾

3.59

3.98

4.21

4.50

4.79

4.91

5.19

5

中国大陆

1.82

1.95

2.43

3.14

3.46

3.90

4.10

16

其他国家

1.70

1.71

1.87

1.98

2.15

2.13

2.20

5

合计

16.87

18.08

19.46

21.00

22.14

22.92

24.01

6

注:2018~2022年为预测值。

资料来源:IC Insights,2018年。

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图3.5 全球各区域晶圆月产能份额预测(等效于百万片200毫米晶圆)

随着大中型制造商进一步合并以整合资源提高竞争力,以及大多数中小型企业不再自己制造集成电路,而是转向第三方代工厂代工,未来几年全球前5、10、15和25名的晶圆代工厂的产能份额将进一步增加。

(四)300毫米晶圆产能大幅增加,200毫米晶圆占比下降

300毫米晶圆是目前晶圆尺寸的主流,占晶圆总产能的份额持续上升,但就总表面积和实际晶圆数量而言,200毫米晶圆仍有较大生存空间。当前200mm晶圆占晶圆总量的份额持续下降,但预计2018~2022年200毫米晶圆的实际数量仍将呈上涨趋势。

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图3.6 各尺寸晶圆装机月产能份额(等效于200毫米晶圆)

表3.2 各尺寸晶圆装机月产能预测(等效于百万片200毫米晶圆)

晶圆

2016年

12月

2017年

12月

2018年

12月

2019年

12月

2020年

12月

2021年

12月

2022年12月

2017~2022年

CAGR(%)

300毫米

10.73

11.80

13.15

14.71

15.81

16.54

17.43

8.1

200毫米

4.79

4.95

5.01

5.00

5.04

5.09

5.28

1.3

小于或等于150毫米

1.35

1.33

1.30

1.29

1.29

1.29

1.29

-0.5

合计

16.87

18.08

19.46

21.00

22.14

22.91

24.01

5.8

注:2018~2022年为预测值。

资料来源:IC Insights,2018年。

 图片关键词 

图3.7 各尺寸晶圆装机月产能预测(等效于百万片200毫米晶圆)

截至2018年底,300毫米晶圆占全球产能的67.6%,预计到2022年底将增加至73%,以200毫米晶圆为代表的行业每月晶圆产能份额预计将从2018年12月的25.8%下降至2022年12月的22%,但预计200毫米晶圆产能将在未来几年内连续增长。如果考虑所有半导体器件,而不仅仅是集成电路,那么200毫米晶圆产能的增长速度会更高。因为非集成电路器件也逐渐向更大晶圆尺寸上转移,200毫米将承接更多非集成电路器件的制造。预计2018~2022年直径小于或等于150毫米的晶圆产能将缓慢下降。

300毫米晶圆是集成电路制造业的主流,且运营中的代工厂数量持续增长(见图3.8)。300毫米晶圆主要用于生产大规模器件,如DRAM、闪存、图像传感器、复杂逻辑器件等。到2018年底,将有113个300毫米晶圆厂开展产品级集成电路的制造,不包括集成电路研发工厂以及非集成电路产品制造厂。另有5个用于DRAM和闪存制造或代工的晶圆厂将于2019年投产。到2022年底,预计将有128个300毫米晶圆厂投产集成电路制造。

图片关键词 

图3.8 在运营300毫米晶圆厂数量

2022年300毫米晶圆产能前十名厂商如表3.3所示。未来五年,三星在半导体业务领域的投资将保持非常积极的态势,从2018年到2022年,三星的300毫米产能将增长24%,位列榜首。

就增长率而言,300毫米产能的增长将主要来自台积电、格罗方德、台联电和中芯国际四个纯晶圆代工厂。预计这四家厂商的总计月产能将由2018年底的143.7万片增加到2022年底的200.5万片,增长率达到40%。

表3.3 2022年300毫米晶圆产能前十名厂商(300毫米半导体*晶圆每月装机产能)

单位:Kw/m,%

2022年

排名

公司

2017年

装机产能

2017年

全球产能占比

2018年

装机产能

2018年

全球产能占比

2022年

装机产能

2022年

全球产能占比

1

三星

1230

22.5

1325

21.8

1645

20.5

2

台积电

730

13.3

820

13.5

1140

14.2

3

SK海力士

670

12.2

720

11.9

970

12.1

4

美光

704

12.9

729

12.0

960

12.0

5

东芝/闪迪

570

10.4

650

10.7

810

10.1

6

英特尔

347

6.3

392

6.5

435

5.4

7

格罗方德

273

5.0

296

4.9

410

5.1

8

台联电

149

2.7

176

2.9

245

3.1

9

中芯国际

103

1.9

145

2.4

210

2.6

10

索尼

167

3.1

167

2.7

190

2.4

前10合计

4943

90.3

5420

89.2

7015

87.5

其他

532

9.7

655

10.8

1004

12.5

合计

5475

100.0

6076

100.0

8019

100.0

注:*表示包括索尼、英飞凌和三星的O-S-D器件的300毫米晶圆产能。

资料来源:IC Insights,2018年。

200毫米晶圆厂仍有很大生存空间,因为并非所有的半导体器件都可以利用300毫米晶圆来解决成本问题。200毫米晶圆厂可用于制造多种类型的集成电路,如专用存储器、显示驱动器、微控制器、射频和模拟产品,还可制造基于微机电系统(MEMS)的非集成电路产品,如加速度计、压力传感器、功率分立半导体和LED等,且可以用集成电路产品淘汰的200毫米晶圆生产线来制造非集成电路产品。事实上,自2015年以来,又有多个新的200毫米晶圆制造厂开工建设,主要生产模拟和电源管理芯片。根据SEMI预测,量产200毫米晶圆厂的数量预计将从2016年的188家增加到2021年的202家。200毫米晶圆产能的紧张也导致200毫米晶圆设备的短缺,根据二手设备主要供应商Surplus Global的数据,2017年二手200毫米晶圆厂设备的需求比现有库存高3~5倍,且2018年仍处于短缺状态。

(五)前沿工艺产能增长迅猛,10纳米将成为代工主流

截至2017年底,28纳米及以下工艺晶圆产能已增长至集成电路行业总产能的47%,20纳米及以下工艺晶圆产能占总产能的31%,预计2022年将达到45%。

当前,7纳米工艺已经开始量产,2018年台积电7纳米工艺完成流片的芯片设计将超过50款,三星的7纳米工艺也已量产。从2018年开始,10纳米及以下工艺产能将缓慢增长,预计2020年以后将成为主流。

图片关键词 

图3.9 各工艺节点晶圆装机月产能情况(等效于百万片200毫米晶圆)

表3.4 各工艺节点晶圆装机月产能预测(等效于百万片200毫米晶圆)

尺寸

2016年

12月

2017年

12月

2018年

12月

2019年

12月

2020年

12月

2021

年12月

2022年

12月

尺寸<10纳米

0.00

0.00

0.05

0.22

0.45

1.05

1.60

10纳米≤尺寸<20纳米

4.49

5.59

6.78

8.13

8.76

8.81

9.14

20纳米≤尺寸<28纳米

3.24

2.85

2.59

2.18

2.10

2.04

2.05

28纳米≤尺寸<65纳米

2.12

2.24

2.28

2.32

2.37

2.42

2.49

65纳米≤尺寸<0.2微米

3.77

4.01

4.24

4.50

4.73

4.87

4.97

尺寸≥0.2微米

3.26

3.40

3.52

3.66

3.73

3.73

3.77

合计

16.88

18.09

19.46

21.01

22.14

22.92

24.02

注:2018~2022年为预测值。

资料来源:IC Insights,2018年。

 图片关键词 

图3.10 各工艺节点晶圆装机月产能份额预测(等效于百万片200毫米晶圆)

(六)存储产品产能最高,占比超过三成

晶圆制造的产品类型主要分为模拟、存储、逻辑、微组件、代工和其他。存储产品包括DRAM、静态随机存储器(SRAM)、闪存、可擦写可编程只读存储器(EPROM)、只读存储器(ROM)、电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)和其他存储器件。逻辑产品包括通用逻辑器件、门阵列和标准单元、可编程逻辑器件(PLD)和现场可编程门阵列(FPGA)、显示驱动,以及用于计算机、消费、通信、汽车、工业和其他应用的专用逻辑器件(专用标准产品或ASSP)。微组件产品包括微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)和微处理器(MPU)。模拟产品包括各种标准模拟器件,如放大器、稳压器和数据转换器,以及用于计算机、消费、通信、汽车和工业的各种特定应用的模拟和混合信号器件。代工类别产品主要指专门为外部客户按合同要求制造的产品,绝大部分的代工厂能力来自纯代工厂,包括台积电、格罗方德、台联电、中芯国际等。其他部分主要包括用于制造光电子、传感器和分立器件的产能,以及晶圆厂中的一些为批量生产而进行的研发功能。

从晶圆上制造的集成电路类型角度对全球晶圆产能进行统计,结果如图3.11所示。2018年各类产品的生产能力均有所增长,存储产品产能最高,达到每月745万片晶圆,占集成电路产能的38.3%;代工产品位列第二,达到每月687万片晶圆,占集成电路产能的35.3%;模拟、逻辑、微组件和其他器件分列第三至第六位。

图片关键词 

图3.11 各类型产品晶圆装机月产能情况(等效于百万片200毫米晶圆)

预计未来几年,代工产品的生产能力将显著增长,到2022年将超过存储产品占据产能第一位,达到每月901万片晶圆,占集成电路总产能的37.5%。与代工能力的强劲增长相结合,非代工的逻辑和微组件器件的制造能力增长预计与整个行业平均增长值相同或略低。

表3.5 各类型产品晶圆装机月产能情况(等效于百万片200毫米晶圆)

产品

2016年

12月

2017年

12月

2018年

12月

2019年

12月

2020年

12月

2021年

12月

2022

年12月

2017~2022年

CAGR(%)

模拟

1.57

1.62

1.76

1.92

2.06

2.14

2.24

7

存储

6.49

6.99

7.45

8.02

8.39

8.55

8.86

5

逻辑

1.17

1.21

1.30

1.40

1.48

1.50

1.55

5

微组件

1.01

1.03

1.11

1.21

1.29

1.31

1.36

6

代工

5.76

6.31

6.87

7.49

7.94

8.42

9.01

7

其他

0.86

0.93

0.96

0.96

0.99

0.99

0.99

1

合计

16.86

18.09

19.45

21.00

22.15

22.91

24.01

6

注:2018~2022年为预测值。

资料来源:IC Insights,2018年。

 图片关键词 

图3.12 各类型产品晶圆装机月产能份额情况(等效于百万片200毫米晶圆)

(七)整体投资保持高位,龙头企业占据八成

2017年全球半导体行业资本支出约为908亿美元,与2016年的支出相比大幅增加。2017年晶圆厂和设备支出增长35%,是2010年以来的最高增长率。2018年,半导体行业资本支出总额不会进一步增长,但支出可能会保持在较高水平。

综合来看,半导体行业资本支出前十名企业(主要用于晶圆厂设备投资)投资总和约占2017年行业总资本支出的80%。而对于年投入不足10亿美元的制造商,则很难继续维持先进的数字或混合信号集成电路制造技术。

三星在2017年仍然是资本支出的领导者,较2016年的支出大幅增加。从2010年到2016年,三星每年的支出在110亿美元到130亿美元,而2017年的预算增加了1倍以上,约为260亿美元。DRAM和NAND闪存产品是该公司的主要半导体产品线,两者都是资本密集型产品。

表3.6 2017年全球半导体行业资本支出前十企业

单位:十亿美元,%

2017年排名

公司

2016年

2017年

同比增长

1

三星

11300

26000

130

2

英特尔

9625

11500

19

3

台积电*

10249

10800

5

4

SK海力士

5188

8500

64

5

美光

5760

6100

6

6

东芝/闪迪

3262

2700

-17

7

中芯国际

2626

2300

-12

8

格罗方德

1135

2000

76

9

台联电

2842

1700

-40

10

意法半导体

607

1200

98

注:台积电为纯代工厂。

资料来源:IC Insights,2018年。

自2011年以来,英特尔每年投资100亿~110亿美元,但2015年的支出下降至73亿美元。虽然公司有闲置产能等待投入使用,但仍必须继续购买新设备来保证尖端技术的处理能力。

台积电在资本支出方面一直保持积极态度,以维持其作为业界领先的纯晶圆代工厂的主导地位。该公司是2015年和2016年第二大资本支出者,2017年落后英特尔排名第三。

与三星类似,SK海力士也在2017年大幅增加资本支出,以扩大其DRAM和NAND闪存产品线的产能。三星和SK海力士的资本支出大幅增加可能会阻碍中国DRAM和NAND市场的发展。

通过收购Chartered和IBM的微电子业务,包括IBM在纽约和佛蒙特的所有晶圆厂,格罗方德显著提升了其制造能力,很可能成为台积电在纯晶圆代工市场中最大的竞争对手。但在2018年7月,格罗方德宣布将无限期地暂停7纳米工艺的开发,以便将资源转移到更加专业的14纳米和12纳米FinFET节点的持续开发上。这一突然的战略转折使纯晶圆代工领域少了一位前沿工艺追求者。

美光公司曾通过收购陷入困境的竞争企业来扩大业务和晶圆加工能力。先后收购了中国台湾的瑞晶、华亚科技、日本尔必达部分存储器件设施等公司的全部或部分股权。

东芝和闪迪(属于西部数据)的资本支出已合并计入闪存卡和SSD供应商对日本公司合资闪存晶圆厂的投资。2017年,东芝投资14亿美元,闪迪为13亿美元。

2017年,意法半导体资本支出约12亿美元,估计占其总销售额的15%。2017年支出激增,预计未来将恢复到低于销售额10%的“正常”水平。

图片关键词 

图3.13 1998~2022年全球半导体企业资本支出情况

二、2018年集成电路制造企业发展态势

(一)台积电销售领衔,中芯国际位列第五

集成电路代工厂有两个主要客户——无晶圆厂集成电路公司(如高通、苹果、英伟达、赛灵思、AMD等)和IDM厂商(如安森美、意法半导体、德州仪器、东芝等)。无晶圆厂集成电路公司的成功以及现有IDM的外包业务推动了自1998年以来纯集成电路代工厂销售的强劲增长。此外,越来越多的中型企业放弃了自有晶圆厂,转而采用无晶圆厂商业模式,包括富士通、IDT和AMD等,在过去十年中,这些IDM企业逐渐演变成为无晶圆厂集成电路供应商。

主要晶圆制造商销售额如表3.7所示。预计2018年台积电销售额将达到348亿美元,居集成电路制造业企业之首,将超过排名第二的韩国三星的3倍,超过排名第五的中国中芯国际的10倍。前13名中,只有三星和富士通两家为IDM制造商,而2015年另有IBM和MagnaChip两家IDM制造商。

表3.7 主要晶圆制造商销售情况

单位:百万美元,%

2018年

排名

2017年

排名

公司

类型

地点

2016年

销售额

2017年

销售额

同比

增长率

2018年

销售额

同比

增长率

1

1

台积电

纯代工厂

中国台湾

29488

32163

9

34765

8

2

2

三星

IDM

韩国

4410

9800

122

10600

8

3

3

格罗方德

纯代工厂

美国

5495

6176

12

6640

8

4

4

台联电

纯代工厂

中国台湾

4582

4898

7

5165

5

5

5

中芯国际

纯代工厂

中国大陆

2914

3101

6

3275

6

6

6

力晶

纯代工厂

中国台湾

1275

1498

17

1790

19

7

7

华虹集团*

纯代工厂

中国大陆

1184

1395

18

1575

13

8

8

TowerJazz

纯代工厂

以色列

1250

1388

11

1355

-2

9

10

Vanguard

纯代工厂

中国台湾

800

820

2

960

17

10

9

富士通

IDM

日本

880

910

3

940

3

11

12

X-Fab

纯代工厂

欧洲

513

582

13

620

7

12

13

WIN

纯代工厂

中国台湾

423

563

33

605

7

13

11

Dongbu HiTek

纯代工厂

韩国

669

601

-10

490

-18

前13名总额

53883

63895

19

68780

8

前13名份额

93

94

95

其他

3767

3730

-1

3850

3

合计

57650

67625

17

72630

7

注:2018年数据为预测,华虹集团包括华虹宏力和上海华力。

资料来源:IC Insights,2018年。

2018年,前13名代工厂的销售额预计达到687.8亿美元,占全球代工厂总销售额726.30亿美元的95%,高于2017年和2016年水平。未来,晶圆厂成本骤增、摩尔定律逼近极限等因素,将导致代工业务的壁垒更高,其他厂商难以持续跟进和切入,预计前13名的市场份额仍将保持或接近高位水平。

2014年第二季度中国台湾台联电宣布计划以约5.25亿美元收购其与富士通合作持有的MIFS(Mie Fujitsu Semiconductor Limited)合资工厂剩余的84.1%股份。该工厂采用300毫米晶圆运行“成熟”的40纳米工艺,每月最大产能为4万片晶圆。该交易届时将有助于增加纯代工厂台联电的销售额,同时降低IDM代工厂富士通2019年的代工销售额。

(二)主要纯晶圆代工厂汇聚亚太,中国企业份额看涨

主要纯晶圆代工厂销售额如表3.8所示。2018年四大纯晶圆代工厂分别为台积电、格罗方德、台联电和中芯国际,四者总销售额将占纯晶圆代工厂总销售额的84%。其中,台积电约占市场总额的59%,与2017年相同。

表3.8 主要纯晶圆代工厂销售额

单位:百万美元,%

2018年
排名

2017年
排名

公司(总部)

2016年
销售额

2016年
增长率

2016年
占比

2017年
销售额

2017年
增长率

2017年
占比

2018年
销售额

2018年
增长率

2018年
占比

1

1

台积电

(中国台湾)

29488

11

58

32163

9

59

34765

8

59

2

2

格罗方德(美国)

5495

9

11

6176

12

11

6640

8

11

3

3

台联电

(中国台湾)

4582

3

9

4898

7

9

5165

5

9

4

4

中芯国际

(中国大陆)

2914

30

6

3101

6

6

3275

6

6

5

5

力晶(中国台湾)

1275

1

3

1498

17

3

1790

19

3

6

6

华虹集团①

(中国大陆)

1184

22

2

1395

18

3

1575

13

3

7

7

TowerJazz(以色列)

1250

30

2

1388

11

3

1365

-2

2

8

8

Vanguard

(中国台湾)

800

9

2

820

2

1

960

17

2

9

10

X-Fab(欧洲)

513

55

1

582

13

1

620

7

1

10

11

WIN(中国台湾)

423

12

1

563

33

1

605

7

1

11

9

Dongbu HiTe

(韩国)

669

13

1

601

-10

1

490

-18

1

12

12

SSMC(新加坡)

436

-8

1

405

-7

1

390

-4

1

13

13

XMC②(中国大陆)

205

17

<1

255

24

<1

300

18

<1

14

14

TSI Semi(美国)

245

2

<1

250

2

<1

260

4

<1

15

15

SkyWater(美国)

170

21

<1

210

24

<1

250

19

<1

16

16

Silterra

(马来西亚)

180

0

<1

185

3

<1

190

3

<1

17

17

ASMC(中国大陆)

120

1

<1

150

25

<1

185

23

<1

18

18

AWSC(中国台湾)

70

-49

<1

55

-21

<1

65

18

<1

17

Altis③(欧洲)

161

-36

<1

0

-100

0

0

N/A

0

18

LFoundry④

(中国大陆)

145

-40

<1

0

-100

0

0

N/A

0

其他

101

9

<1

122

21

<1

140

15

<1

合计

50426

11

100

54817

9

100

59020

8

100

注:2018年为预测值;①华虹集团包括华虹宏力和上海华力;②2016年第三季度被清华紫光收购;③2016年第三季度被X-Fab收购;④2016年7月中芯国际收购其70%股份。

资料来源:IC Insights,2018年。

预计2018年有7家纯代工厂的销售额增长超过13%,包括中国大陆地区的华虹集团(Huahong Group)、武汉新芯(XMC)和上海先进半导体(ASMC);中国台湾地区的力晶(Powerchip)、先锋半导体(Vanguard)和宏捷科技(AWSC);美国的SkyWater。

18家纯代工厂中有13家位于亚太地区,其余5家分别为总部位于欧洲的XFab,以色列的TowerJazz,美国的格罗方德、TSI Semi(前Telefunken)和SkyWater。

2017年,中芯国际的销售额仅增长了6%,而纯代工厂市场增长率为9%,中国代工厂在纯晶圆代工市场的份额下降了0.1个百分点(至9.1%)。预计2018年华虹集团的销售额增长率将达到13%,加上ASMC和XMC的持续健康增长,预计将使中国的纯晶圆代工市场份额增加0.1个百分点至9.2%。

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图3.14 中国纯代工厂在全球代工市场的份额

中国纯代工厂上海华力属于华宏集团,已于2018年第三季度投产第二条300毫米晶圆厂生产线,总投资387亿元,采用28纳米工艺,未来将采用14纳米技术。该工厂位于中国上海,预计到2022年每月可生产40000片晶圆。

IC Insights认为,随着政府和市场资本的大量注入,中国集成电路代工基础设施建设速度加快,中国代工厂占全球代工市场的份额将会增加,预计到2022年将达到11.3%。

三、总结

自2015年以来,全球新建晶圆厂的计划日益增多,且均在2017~2020年投产。2017年和2018年均有8家300毫米晶圆厂投产,2019年有5家,2020年有6家。全球300毫米晶圆产能主要集中于大型制造企业,前五大公司占300毫米总产能的71%,前十大公司占91%。

新的300毫米晶圆厂建设的激增主要源于过去几年产能需求快速扩张,也有制造商准备抢占更多市场份额的原因。近年中国政府支持建设了大型DRAM和NAND闪存晶圆厂,这一举动也激发了国外DRAM和NAND的主要供应商增加投资,扩建新厂。

集成电路制造行业继续削减旧产能。2009~2017年有92家IC工厂关闭,部分晶圆厂转向更大尺寸的晶圆制造或生产非集成电路产品,也有些晶圆厂过渡到无晶圆厂或轻晶圆厂的商业模式。2018年仍有少量晶圆厂关闭。

虽然200毫米晶圆产能占晶圆制造总产能的比重在下降,但集成电路制造所需的200毫米产能需求却不断扩大,2018~2020年仍有200毫米晶圆厂新建。实际上,200毫米晶圆厂所能生产的器件种类在增多,导致全球对二手200毫米晶圆制造设备的需求增大,未来几年,200毫米晶圆制造设备仍会紧缺。

纯晶圆代工厂在集成电路行业中发挥着越来越重要的作用。就增长率而言,台积电、格罗方德、台联电和中芯国际的300毫米晶圆产能增幅最大。在晶圆数量方面,预计前6~7名晶圆制造商的产能将保持主导地位。

 

 第四章 全球集成电路封装测试业发展概况


集成电路封装测试是半导体制造的后道工序,封装的主要作用是将芯片固定在支撑物内,以增加防护并提供芯片和印刷电路板(PCB)之间的互联。封装测试作为半导体行业的传统领域,伴随着半导体的发展而推陈出新。根据国际半导体技术路线图(ITRS)明确提出的未来集成电路技术发展的两个方向:①More Moore,即延续摩尔定律,②More than Moore,即拓展摩尔定律。沿着拓展摩尔定律方向发展的技术路线及转向下一代硅节点技术的高成本因素推进了新型封装方式的发展,并改变了电子行业中封装的地位和作用。对降低封装成本和增加芯片复杂性的需求增大,使产品封装变得更为复杂,集成电路设计人员和制造商已经意识到封装不再只是芯片供应链中一个简单的后道工序。

如今,集成电路封装的目的不仅仅是节省空间和保护内部结构,而已经开始转变为提高器件性能,选择合适的封装方式以提高性能已变得越来越具有挑战性。先进封装越来越多地能够通过嵌入式的方式或安装在基板顶部而将分立器件封装到一起。

一、全球集成电路封测产业发展态势

(一)中国领跑全球前十大集成电路封测企业

根据Gartner的估值,2018年全球半导体封装测试业的营业收入规模为553.1亿美元,比2017年增长3.9%。根据企业的综合实力,2017年全球集成电路封测企业前十和2018年上半年全球集成电路封测企业前十如表4.1、表4.2所示。

表4.1 2017年全球集成电路封测企业前十

单位:百万美元,%

2017年排名