5G、人工智能、連網(wǎng)技術、新能源等底層技術的不斷成熟驅(qū)動下游應用的電動化、智能化不斷發(fā)展，從而持續(xù)推動全球半導體行業(yè)穩(wěn)步增長。預計至2025年，全球半導體行業(yè)市場規(guī)模將達6300億美元。伴隨著技術的進步，消費電子、通訊、汽車、工業(yè)等各領域?qū)⒂瓉硇袠I(yè)轉型，進一步擴大對半導體的總需求量。

伴隨著數(shù)字化轉型和“雙碳”目標的確立，以及疫情常態(tài)化、半導體行業(yè)進入后摩爾時代，這一系列變化將對半導體行業(yè)帶來哪些變革?當前產(chǎn)業(yè)內(nèi)有哪些技術趨勢與芯片設計開發(fā)者需求變化?帶著這些問題，集微網(wǎng)有幸邀請了新思科技全球資深副總裁兼中國董事長葛群先生，通過數(shù)字化轉型根技術提供者的視角，一起尋找中國半導體產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展軌跡。

半導體產(chǎn)業(yè)作為現(xiàn)代信息技術產(chǎn)業(yè)的基礎，已成為社會發(fā)展和國民經(jīng)濟的基礎性、戰(zhàn)略性和先導性產(chǎn)業(yè)，是現(xiàn)代日常生活和未來科技進步必不可少的重要組成部分;伴隨著全球科技逐漸進步，全球范圍內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)規(guī)模基本都保持著持續(xù)擴張態(tài)勢。根據(jù)全球半導體貿(mào)易組織發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2013年至2019年，全球半導體產(chǎn)業(yè)規(guī)模從3056億美元增長至4121億美元、除2019年因中美摩擦及部分半導體產(chǎn)品因周期因素大幅降價，其余時間均保持穩(wěn)定增長。

5月5日，美國半導體行業(yè)協(xié)會(SIA)發(fā)布了2020年版本的Factbook，報告用比較詳實的數(shù)據(jù)展示了美國半導體行業(yè)的實力和前景。

具體來看，這份報告總共五個部分：

一、全球總份額。20世紀80年代，因受到日本沖擊，美國半導體行業(yè)的全球市場份額曾經(jīng)遭遇大幅下降。但到1997年，美國以超過50%的全球市場份額重新獲得了領導地位，這一地位至今仍在繼續(xù)。到2021年，美國半導體公司的全球市場總份額為46%，為全球最高，韓國為21%，歐洲和日本為9%，中國臺灣地區(qū)為8%，中國大陸為7%?？偛课挥诿绹陌雽w公司的銷售額從2001年的711億美元增長到2021年的2575億美元，復合年增長率為6.65%。

二、制造環(huán)節(jié)。美國本土的半導體制造環(huán)節(jié)大部分都由美國公司完成。數(shù)據(jù)顯示，2021年，美國79.8%的半導體晶圓制造能力來自總部位于美國的公司。總部位于亞太地區(qū)的半導體公司占美國本土產(chǎn)能的9.5%，從報告顯示，美國的半導體產(chǎn)業(yè)鏈從研發(fā)、設計到制造基本都在美國本土完成。其中，總部在美國的半導體公司把前端制造的43%放在了本土，不過，美國半導體制造占全球的總份額在過去8年中下降了10%以上?？偛课挥诿绹陌雽w公司在全球各區(qū)域的份額占比，從美國芯片出口的占比來看，中國依然是它們最大的市場，占比高達49.9%。三、出口。2021年，美國半導體出口總額高達620億美元，這在美國出口中排名第五，僅次于成品油、飛機、原油和天然氣。在所有電子產(chǎn)品出口中，半導體占美國出口的最大份額。而隨著原油與飛機出口的下滑，預計2022年美國的半導體產(chǎn)業(yè)出口將進一步攀升。四，研發(fā)和支出。2021年，包括fabless公司在內(nèi)的美國半導體公司的研發(fā)和資本支出總額為906億美元。其中研發(fā)方面的投資總額為502億美元，過去二十年，復合年增長率約為5.9%。平攤到每名員工的總投資(以研發(fā)、新廠房和設備總投資衡量)增長到創(chuàng)紀錄的206000美元。就研發(fā)支出占銷售額的百分比(18%)而言，美國半導體行業(yè)僅次于制藥和生物技術行業(yè)，這遙遙領先中國大陸的7.6%，也領先于中國臺灣的11%。

從產(chǎn)業(yè)鏈的角度看，半導體產(chǎn)業(yè)鏈涉及材料、設備等支撐性行業(yè)，芯片設計、晶圓制造和封測行業(yè)，半導體產(chǎn)品終端應用行業(yè)等。以集成電路為代表的半導體產(chǎn)品應用領域廣泛，下游應用行業(yè)的需求增長是半導體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的核心驅(qū)動力力。半導體專用設備是半導體產(chǎn)業(yè)的技術先導者，芯片設計、晶圓制造和封裝測試等需在設備技術允許的范圍內(nèi)設計和制造，設備的技術進步又反過來推動半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

隨著半導體產(chǎn)品的加工面積成倍縮小帶來加工難度不斷擴大，未來生產(chǎn)半導體產(chǎn)品的制造設備將越來越精細化，價值或持續(xù)上升。根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，預計2022年全球半導體設備市場規(guī)模有望達到1013.1億美元(年初預測為761億美元)，20-22年CAGR為19.29%。

半導體芯片生產(chǎn)主要分為IC設計、IC制造、IC封測三大環(huán)節(jié)。IC設計主要根據(jù)芯片的設計目的進行邏輯設計和規(guī)則制定，并根據(jù)設計圖制作掩模以供后續(xù)光刻步驟使用。IC制造實現(xiàn)芯片電路圖從掩模上轉移至硅片上，并實現(xiàn)預定的芯片功能，包括光刻、刻蝕、離子注入、薄膜沉積、化學機械研磨等步驟。IC封測完成對芯片的封裝和性能、功能測試，是產(chǎn)品交付前的最后工序。

“中國是全球唯一擁有聯(lián)合國產(chǎn)業(yè)分類中所列全部工業(yè)門類的國家，具備了最強的系統(tǒng)能力。在最大的市場需求及系統(tǒng)能力支撐下，以往根據(jù)現(xiàn)有芯片功能去設計終端系統(tǒng)的方式轉變?yōu)楦鶕?jù)終端系統(tǒng)要求去定義芯片功能，在這種需求越來越無法滿足的情況下，很多系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)公司就走上了自研芯片的道路?！备鹑罕硎?，“背后的邏輯是差異化的需求，促使系統(tǒng)廠商通過自己實現(xiàn)芯片，來鞏固其對終端市場的把握能力?！?

無論是芯片創(chuàng)業(yè)者，還是跨界造芯者，產(chǎn)品上市時間都是芯片開發(fā)者們最大的挑戰(zhàn)。與此同時，隨著芯片制造工藝演進和系統(tǒng)級架構的改變，芯片設計的規(guī)模和復雜度都呈幾何級增長。葛群指出，作為芯片設計的基石，新思科技等EDA及IP提供商將在這種轉變中發(fā)揮越來越重要的作用。

“例如新思科技推出的解決方案就是把芯片設計思路抽象化，將底層細節(jié)和經(jīng)驗都歸并至工具形成一個設計方法學，芯片設計工程師可以使用高級硬件描述語言編寫代碼來實現(xiàn)芯片功能，功能驗證后再通過邏輯綜合工具將硬件描述語言轉換成邏輯電路圖，最后進入制造環(huán)節(jié)。這極大地提升了芯片設計的效率，引發(fā)了芯片設計行業(yè)的流程變革。”他表示，“新思科技一直在引領芯片設計從抽象描述變成具體實踐的工具創(chuàng)新，未來將進一步提高芯片設計的抽象層次，用更高層的語言描述系統(tǒng)和芯片并將之后變成芯片，以解決系統(tǒng)級的復雜度，這就是我們提出的‘SysMoore’的概念，從更高的維度來思考解決半導體行業(yè)挑戰(zhàn)的設計方法學?！?

新思科技的目標是，一方面通過融合設計工具以及芯片全生命周期管理平臺，解決對于不同工藝尤其是硅工藝的建模和抽象難題，使得人類能更好地利用不同工藝，尤其先進工藝進行創(chuàng)新。另一方面充分利用AI、云、大數(shù)據(jù)等技術，讓EDA的算法變得更強大，增強EDA性能，降低芯片設計門檻，能夠讓更多的人參與到芯片設計當中來。

那么問題來了，在新需求下，系統(tǒng)廠商、芯片廠商和EDA廠商，未來誰將能主導芯片的設計?

隨著中國制造2025和新基建的進一步推進，越來越多傳統(tǒng)制造業(yè)將轉型為智能制造、智慧工廠，中國由信息化向智能化跨越轉型，5G、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等下游應用領域高速成長，為集成電路產(chǎn)業(yè)帶來了強勁的發(fā)展動力。

然而，受限于當前中美科技環(huán)境以及全球疫情引發(fā)的反全球化浪潮等趨勢，供應鏈的不確定性可能成為常態(tài)，中國科技企業(yè)近來更頻頻遭遇“卡脖子”的絆腳石，走獨立自主的建設道路將成為以半導體產(chǎn)業(yè)為首的國內(nèi)科技產(chǎn)業(yè)未來的主要趨勢。

國內(nèi)半導體行業(yè)現(xiàn)狀

半導體指常溫下導電性能介于導體與絕緣體之間的材料，用來連通電路，主要的應用場景就是芯片，大部分的電子產(chǎn)品，如計算機、智能手機等或是數(shù)字錄音機當中的核心單元都和半導體有著極為密切的關聯(lián)。如今隨著科技發(fā)展，5G、新能源車、快充等應用爆發(fā)之后，半導體也被應用到了這些新興行業(yè)之中，是國內(nèi)最近政策重點布局的方向。

半導體產(chǎn)業(yè)鏈大致可以劃分為上游、中游和下游。

上游包括半導體材料、生產(chǎn)設備、EDA、IP核。

EDA，即電子設計自動化(Electronics Design Automation)，包括電路設計與仿真工具、PCB設計軟件、IC設計軟件、PLD設計工具等。

IP核(Intellectual Property Core)提供已經(jīng)完成邏輯設計或物理設計的芯片功能模塊，通過授權允許客戶將其集成在其芯片設計中，通過流片形成最終的芯片產(chǎn)品。

中游包括設計、制造、封測三大環(huán)節(jié)。

下游主要為半導體應用，例如PC、醫(yī)療、電子、通信、物聯(lián)網(wǎng)、信息安全、汽車、新能源、工業(yè)等。

半導體主要由四個組成部分組成：集成電路，光電器件，分立器件，傳感器。根據(jù)全球半導體貿(mào)易統(tǒng)計組織(WSTS)的數(shù)據(jù)，2018年全球半導體(含分立器件、光電子、傳感器、集成電路)市場規(guī)模高達4687.8億美元，2019年市場規(guī)模接近5000億美元，整個半導體產(chǎn)業(yè)中集成電路(IC)占83%，占比最大，因此通常將半導體和集成電路等價。

當前全球集成電路設計仍以美國為主導，美國IC設計公司占據(jù)了全球約68%的最大份額，臺灣地區(qū)IC 設計公司占16%，歐洲IC 設計企業(yè)只占了全球市場份額的2%，日韓地區(qū)Fabless模式并不流行。國內(nèi)對于美國公司在核心芯片設計領域的依賴程度較高。