半导体产值下修模拟芯片的现在与未来

2022-09-15
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摘要 半导体产值下修 模拟芯片的现在与未来

世界半导体贸易统计组织 (WSTS) 发布2022年8月最新半导体市场预测,由于消费性电子终端需求疲弱,导致内存价格下跌、产值缩水,加上内存市场成长动能趋缓,预估今年全球半导体市场成长率将由原来的16.3%下修至13.9%,市场规模达6,332.38亿美元,较原先预期的6,464.56亿美元调降2.0%。2023年市场成长率则自5.1%下修至4.6%,市场规模达6,623.6亿美元,较原先预期的6,796.5亿美元调降2.5%,虽然如此,今、明总体市场规模仍将续创新高。

随着动态随机存取内存(DRAM)及储存型闪存(NAND Flash)供给过剩,价格走跌,今年下半年价格恐将持续走跌,因此,WSTS原本预估今年全球内存市场产值年增率达18.7%,明年再成长3.4%,大幅下修今年全球内存市场产值年增率为8.2%,明年下修至0.6%。这波预测修正也包含微处理器(MPU)、微控制器(MCU)等微组件市场成长率,由原先预期的11.4%下修至5.9%,明年成长率由5.3%调降至3.6%。不过,WSTS却反向调升模拟组件2022年市场年增率,由19.2%上修至21.9%,明年成长率则由5.7%上修至6.4%。

WSTS表示,今年半导体市场仍有机会超过6,000亿美元(约合新台币17.8兆元)。主要类型芯片多出现双位数年成长,其中,逻辑IC产值可望成长约24.1%,模拟IC成长约21.9%,传感器成长约16.6%,光电子成长约0.2%。以地区来看,亚太地区预计成长10.5%、美洲23.5%、欧洲14%、日本14.2%。

IC Insights则预估,随着5G手机出货量增加,相关基础设施到位,2022年通讯产业将占模拟IC销售的最大部份,其中,无线通信应用将占整体模拟通讯领域销售额的91%,有线通讯应用则占9%。由于手机、笔电及各类行动装置的电池供电系统都需要这类芯片调节电源,避免装置运作时温度过热,同时延长电池寿命,加上这些芯片还具有通讯接口、显示器背光等调节功能,市场整体需求仍相当大。

混合模拟数字IC当道 模拟芯片市场的「4个最」
IC市场又可分为四大产品别:模拟、逻辑、内存和微型组件,近两年芯片短缺潮中最短缺的是模拟和电源管理芯片。工研院电子与光电系统研究所所长张世杰指出,如今已经没有纯粹的数字IC或模拟IC,多是混和模拟数字IC,但还是存在纯粹的内存IC,如Flash、Dram,只能区分数字导向设计IC,以制程微缩达到面积、速度、功耗优化等效益,也包含频率、传输、电源调控等大量模拟电路;非数字导向设计IC(模拟IC)则特别要求高精度、低噪声等质量,也会借重大量数字电路以达算法校正。

张世杰进一步说明,目前工业应用上多为「少量多样高规」,是典型模拟芯片市场。「高规」指的是具备精确度、大电压范围、极高速(射频)、极低功耗、低噪声等特性。随着智能制造每年以10%的年复合成长率发展,工业应用成为「最需要」模拟芯片的市场。由于各式机台具有独特的智能制造规格与特性,加上少量多样制程要求,势必带动芯片需求与成长性。

汽车产业中以半导体为主的先进驾驶辅助系统(ADAS)未来5年有20%的年复合成长率;电动车每年则以2%的渗透率持续成长;车用芯片年产值约600亿美元,具有10%年复合成长率的实力,所以电动车是「最具成长性」的市场。以成长快速的电动车为例,一台电动车保守估计需要500-1,500颗芯片,甚至福特Focus新款电动车需要高达3,000颗芯片。随着电动车需求量逐年攀升,势必带动电池、开关、控制电路、雷达、光达等感测需求,以及一系列芯片的成长性。

通讯领域每年有15亿支手机需求,市场规模稳定,约可造就300亿美元的模拟(射频前端、电源)芯片产值,也是「最稳定」的市场;PC/NB类市场每年约有3亿台出货量,随着新IO规格的推出,周边产品的模拟芯片需求上看100亿美元,称得上是「最小兵立大功」的市场。

此外,低轨卫星大量布署并持续快速增加,地面应用多元扩展,从现今的固定式地面站,逐步扩展到车载、个人装置到卫星IoT装置,随着地面接收站愈来愈多,不论是车载或个人装置都需要模拟芯片,潜力无限,值得关注。

10大模拟芯片供货商占据半壁江山
模拟芯片进入门坎高,似乎全是IDM厂的天下。IC Insights 发布的前10大模拟芯片供货商销售额、市占率排行,2020年与2021年相差不大,前三名为德仪(TI)、亚德诺(ADI)、思佳讯(Skyworks)。

德仪(TI)2020年模拟芯片占事业比重的75%,销售额达108.86亿美元,年增9%,市占率达19%,其中,约有一半制程为12吋晶圆。德仪已于美国德州谢尔曼(Sherman)兴建全新12吋(300mm)半导体晶圆厂,预计2025年投产,新的晶圆厂将加入现有12吋晶圆厂阵营,包含位于德州达拉斯(Dallas)的DMOS6、德州理查德森(Richardson)的RFAB1及RFAB2;位于犹他州李海(Lehi)的LFAB预计2023年初投产。

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图 : 2021年全球前10大模拟芯片商营收排名。(source:IC Insights)

亚德诺(ADI)市占约9%,2017年并购Linear后,取得电流传感器、云端用高电流等新市场,营收比重以工业为主(约53%),其次是通讯(约21%)、汽车(约14%),及消费性电子(约11%)。思佳讯(Skyworks)受惠于无线通信产品需求成长,以及5G、Wi-Fi 6技术升级,市占率达7%。

欧洲三大供货商英飞凌(Infineon)、意法半导体(ST)、恩智浦(NXP)2020年全球市占率合计17%,其中,英飞凌受惠于汽车、电源等传感器需求升温,表现优于意法半导体及恩智浦。至于美信(Maxim)已被亚德诺(ADI)收购。

安森美(ONSemi)在功率半导体的发展仅次于英飞凌(Infineon)与德仪(TI),产品包含功率组件、传感器及电源管理,终端应用则涵盖车用、医疗、消费性电子、工业、通讯与云端等领域,又以汽车(约37%)为大宗,工业次之(约28%)。微芯片科技 (Microchip) 产品主要应用于汽车、军事、航天、通讯、计算机、制造业及消费性电子等领域。日本IDM大厂瑞萨电子 (Renesas)2021年起维持晶圆厂轻减(fab-light)策略,扩大委外代工,以提高微控制器(MCU)及功率半导体的供货能力,希望2023年前将MCU供货量提高50%。

Gartner统计,2020年全球车用半导体总产值约374亿美元(约合新台币1.05兆元),其中,英飞凌、恩智浦、瑞萨、德仪及意法半导体等5大IDM即占43%,尤其英飞凌市占率达11.6%,为车用半导体龙头。

张世杰观察,模拟芯片全球前10大IDM公司都有强大应用体系支撑,如美系-国防工业,欧、日系-汽车工业。美系厂在太空、军工产业支持下,在规格、操作环境上极致发展,并将产品输出管制,保持自身优势及对下游的引响力。

欧日系厂运用自身强大的汽车产业能量,从开发导入到安全法规,排除外来竞争,也累积芯片开发至整车系统工程的能量。不过,模拟芯片重视规格,从制程、设计、构装必须偕同优化,验测也需借重自测程序,IDM一定程度上必须垂直整合,以韩国为例,韩国现代汽车(HYUNDAI)全球成长快速,逐步复制欧日车用IC策略。

中国台湾半导体业者的机会与挑战
虽然各大IDM厂已抢得先机,台湾也有代工大厂及供应链生态系,2021年半导体产值约达1,458亿美元(约合新台币4兆元),占全球26.2%,也许可以找机会切入新领域。张世杰认为,台湾是晶圆代工重镇,先进制程有相对成熟或落后的制程可以找寻应用机会,这些产能结合国内模拟芯片设计,可以开拓出以成本为优势的产品模式。比方成熟制程可以活化利用,国内系统厂透过策略性投资,以资金门坎相对低的模拟芯片为目标,并导入自用,国内特殊应用标准品(ASSP)厂投资应用周边模拟IC厂构建完整应用方案,可以发挥母鸡带小鸡的效果。

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图: 中国台湾2021年半导体产值1,458亿美元(约合4兆台币),占全球26.2%。(source:工研院)

此外,中国台湾的优势在于产业链完整集中,可以打造成本低、完整的解决方案。至于劣势则是,不具高阶应用且分工过于明确,多为配合ASSP方案或系统周边的需求导向,导致业者仅能着力于低规格产品,而且无法定义创新产品,话语权仍掌握在IDM等大厂手中。


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图 : 中国台湾IC设计主力在逻辑IC,内存及模拟感测组件相对较弱。(Source:工研院)

不过,中国台湾目前已有业者发展Fab+design、System+design,有机会引入专业委外封测代工(OSAT),整合成类IDM厂,如传统封装、先进封装、高阶测试多元发展的日月光投控就稳居龙头地位,台积电等产业龙头也可以帮自己的模拟产品调整制程与架构。至于电动车市场近年来有业者大力推动传统车厂分工,如鸿海的MIH电动车开放平台(Mobility In Harmony Open EV Platform),台厂可以把握这些机会,扩大实力与竞争力。简单来说,中国台湾很多厂房做了成熟制程就没办法做数字,成熟制程最适合做模拟IC,中国台湾现在可以做具有成本优势的产品,与旧产能结合,找新的出海口,在台积电、联发科、鸿海等「富爸爸」的带领下,成功机会非常高。

未来2趋势:异质整合+高效运算
展望2022年下半年或2023年,模拟芯片的未来趋势还可以观察哪些指标?
张世杰指出,近期超威半导体(AMD)市值已超越龙头英特尔(Intel),AMD的成功引出新的机会点,代表在摩尔定律推进下,还有其他多元进展方案有待发掘与挑战,多芯片异质整合有机会在性能及成本上找出甜蜜点。模拟芯片是以规格导向,不追随摩尔定律,过往都和数字芯片做出明确的产品区隔,「透过异质整合,可以将多样态芯片整合,做到系统及封装单元,这将是未来的产品趋势。」
此外,世界级的芯片厂商如苹果(Apple)、超威、英特尔、高通(Qualcomm)、联发科技(MTK)等已透过各式垂直、水平排放整合多芯片以进行高效能运算,未来可密切注意这些大厂的发展动态,随时掌握电源管理IC(PMIC)、IO芯片(IOIC)的最新整合进程。

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