(2023.9.18)半導(dǎo)體周要聞－莫大康

1. 2022年半導(dǎo)體設(shè)計IP銷售排名出爐

IPnest 于 2023 年 4 月發(fā)布了“設(shè)計 IP 報告”，按類別(CPU, DSP, GPU和ISP，有線接口，SRAM內(nèi)存編譯器，閃存編譯器，庫和I/O, AMS，無線接口，基礎(chǔ)設(shè)施和其他數(shù)字)和性質(zhì)(許可和版稅)對IP供應(yīng)商進(jìn)行了排名。

其中，設(shè)計 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 19.4% 和 16.7% 之后增長了 20.2%。

審視 2016-2022 年 IP 市場演變可以帶來有關(guān)主要趨勢的有趣信息。全球 IP 市場增長了 94.8%，而前 3 名供應(yīng)商的增長并不均衡。當(dāng)排名第二的 Synopsys 增長 194% 和 Cadence（排名第三）增長 203% 時，排名第一的 ARM 增長了 66.5%。市場份額信息更為重要。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. 臺積電日本廠預(yù)計2024年底量產(chǎn)，或在2025年盈利

對于臺積電在熊本設(shè)廠的原因，消息人士認(rèn)為一是蘋果希望臺積電全力支持其主要供應(yīng)商索尼；二是臺積電與日本保持了長期的互利關(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建設(shè)提供補貼符合臺積電的需求，索尼和汽車客戶的長期訂單將大大降低運營風(fēng)險。

近期臺積電日本二廠的相關(guān)細(xì)節(jié)曝光，預(yù)計將在2024年4月動工，目標(biāo)在2026年底開始進(jìn)行生產(chǎn)，總投資額預(yù)計將超過1萬億日元，主要生產(chǎn)12nm制程芯片。

臺積電董事長劉德音曾表示，目前臺積電購買的土地只有第一座廠的用地，第二座廠的用地還在征收中，未來日本的第二座晶圓廠落腳還是在熊本。由于很多客戶覺得臺積電成熟制程產(chǎn)能不夠，日本第二座廠將朝成熟制程方向評估，目前沒有導(dǎo)入先進(jìn)制程的計劃。

3. 三國殺將至，三星欲在新戰(zhàn)場給臺積電沉重一擊

據(jù)TrendForce統(tǒng)計，今年第一季度，三星晶圓代工業(yè)務(wù)全球市場占比為9.9%，到了第二季度，市占率上升到了11.7%，營收從第一季度的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在首爾國立大學(xué)的一次講座上表示，該公司在美國德克薩斯州泰勒市的晶圓廠將成為美國的第一個量產(chǎn)先進(jìn)制程芯片的工廠，將在2024年開始大規(guī)模生產(chǎn)4nm芯片，領(lǐng)先于臺積電在亞利桑那州的新建晶圓廠，因為后者工期延遲，預(yù)計要到2025年才能量產(chǎn)。在這一點上，三星認(rèn)為擊敗了臺積電。

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：“老實說，我們的晶圓代工技術(shù)落后于臺積電，三星4nm制程落后臺積電兩年，3nm落后一年左右

據(jù)報道，截至2023年4月，三星4nm產(chǎn)線的良率約為60%，而臺積電的為70%-80%。

今年7月，據(jù)韓國媒體報道，三星4nm良率已經(jīng)提升至75%，與臺積電持平。

臺積電的第一代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，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，蘋果新機采用的A17處理器開始大規(guī)模量產(chǎn)，使得臺積電的3nm制程在2023下半年放量了。 

臺積電表示，N3E制程對該公司全年營收的貢獻(xiàn)率為4~6%。

臺積電的3nm（N3）制程，在經(jīng)歷了2022年的“雷聲大，雨點小”之后，2023下半年，終于迎來了大規(guī)模量產(chǎn)時刻，此次，采用升級版本的N3E后，成本和功耗都得到了有效控制，蘋果剛發(fā)布的新機旗艦所使用的A17 Pro處理器就是用N3E制造的。

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

關(guān)于3nm制程的良率，臺積電方面還沒有確切數(shù)字，有傳聞?wù)f是55%，而據(jù)韓國經(jīng)濟日報和BusinessKorea報道，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)還有至少兩年時間，從過去幾年的發(fā)展情況來看，到了2nm，三星和臺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)超越臺積電，就是要以2nm為轉(zhuǎn)折點。

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

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

4. 魏少軍：人工智能到底需要什么樣的芯片？

高性能計算機的計算能力已經(jīng)進(jìn)入E級時代，即每秒可進(jìn)行百億億次數(shù)學(xué)運算的超級計算機。未來還將進(jìn)入Z級時代，比E級還快1000倍。但在追求高算力的同時，在功耗和資金投入上花費都是巨大的。

2022年，世界第一的超算 E 級(1018Flops)美國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Flops，若算力再提高到1000倍（z級時代），即使技術(shù)能達(dá)到3納米，想要實現(xiàn)Z級計算，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8000萬度電，一度電要花費5毛錢，用一個小時的400萬人民幣。前沿計算機花費了6.6億美元實現(xiàn)了E級計算，相當(dāng)于40億人民幣。

此外， CPU、FPGA、GPU等現(xiàn)有的計算芯片也難以滿足下一代計算的要求，一是計算芯片計算資源占比低，僅不到0.1%；二是技術(shù)資源利用率低，僅不到5%；同時，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。如同人類接受教育和學(xué)習(xí)成長一樣。但芯片并非如此，芯片出廠即巔峰，后面逐漸衰減。因此芯片在物理上無法實現(xiàn)不斷學(xué)習(xí)成長。但智能軟件是實現(xiàn)智能的載體，應(yīng)具備自我學(xué)習(xí)能力，通過軟件賦予硬件持續(xù)迭代的能力?！币虼?，在強大算力需求的推動下，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)的動態(tài)可變性：適應(yīng)不同的算法，實現(xiàn)高效計算;

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

7)、高計算效率：避免使用指令這類低效率的架構(gòu);

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

9)、低成本：能夠進(jìn)入家電和消費類電子

10)、體積?。耗軌蜓b載在移動設(shè)備上;

11)、應(yīng)用開發(fā)簡便：不需要芯片設(shè)計方面的知識

5. Q2全球智能手機SoC市占率出爐，紫光展銳增至15%

研究機構(gòu)Counterpoint公布了2023年第二季度全球智能手機AP/SoC芯片市場占比情況，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)科依舊保持市場領(lǐng)導(dǎo)地位，而紫光展銳是今年季度環(huán)比增長最快的芯片企業(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，在消費電子領(lǐng)域，展銳5G芯已被中興、努比亞、中國電信、海信等品牌手機采用并在全球市場銷售，同時，紫光展銳攜手合作伙伴開拓了5G學(xué)習(xí)機、智能眼鏡、商用機器人等創(chuàng)新品類，不局限于單一的手機市場。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、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CE、GCF、FCC等多類海外認(rèn)證，實現(xiàn)全球成熟量產(chǎn)出貨。

6. 臺積電、英偉達(dá)、英特爾、蘋果等大廠搶攻硅光子技術(shù)

根據(jù)Bloomberg的報道，蘋果采用的正是硅光子技術(shù)，技術(shù)原理為透過激光發(fā)出特定波長的光，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導(dǎo)將委由臺積電制造。

從感測的應(yīng)用來看，硅光子在自動駕駛汽車與無人機應(yīng)用的領(lǐng)域也同樣受到關(guān)注。激光雷達(dá)（LiDAR）的高感測精準(zhǔn)度被視作自駕車發(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車上的組件體積并且降低成本。

業(yè)界預(yù)測，硅光子市場（以裸晶計算）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，硅光子市場才正要起飛，其年復(fù)合成長率達(dá)到36%，無疑是讓業(yè)界看重并起而投入的一大原因。

帶動硅光子技術(shù)發(fā)展，并且成為新興潛力市場的一大原因，是來自光通訊的需求。延續(xù)摩爾定律越來越困難，但數(shù)據(jù)傳輸效率與運算效能需求卻仍快速增長的情況下，透過半導(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)可望帶來的突破還包括更精準(zhǔn)、敏感的生物分析和檢測，其中最受市場期待的應(yīng)用是血糖偵測。

7. 最悲觀分析師終于看好芯片了

市場研究公司 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)計的 2023 年芯片市場收縮規(guī)模減少了一半。

2022 年 5 月，Penn 表示芯片市場將萎縮 17% 至 26%。2023 年 5 月，他將該預(yù)測下調(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簡報中預(yù)測，市場將萎縮 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)測機構(gòu)保持一致。

Penn 將其想法的改變歸因于 2023 年第二季度市場環(huán)比增長遠(yuǎn)強于預(yù)期。盡管他原本預(yù)計環(huán)比會收縮 5%，但 WSTS/SIA 統(tǒng)計數(shù)據(jù)卻顯示增長了 6%。

8 . 晶圓代工廠商最新營收排名公布，多家半導(dǎo)體企業(yè)融資新進(jìn)展曝光

9. 測試表明3nm對蘋果處理器改進(jìn)不明顯，工藝提升之路走到盡頭了？

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

數(shù)據(jù)顯示，臺積電為了這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的如此小的一步，值得嗎？

10. 汽車芯片走到分岔口

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

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

以往，汽車芯片大多采用40nm及以上的成熟工藝制程，跟消費電子芯片在工藝上差了不止一個量級。

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，是全球首個采用7nm工藝的汽車芯片。

MCU主要是依靠成熟制程，全球約70%的MCU生產(chǎn)來自臺積電；而智能座艙、自動駕駛及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，高級別自動駕駛正在推動汽車算力平臺制程向7nm及以下延伸。

在此趨勢下，催生了高通、英偉達(dá)、英特爾、聯(lián)發(fā)科等高性能計算玩家進(jìn)入車用市場，推動汽車算力平臺制程向7nm及以下延伸。