Gartner对2021年国内外芯片制造市场的趋势分析

当前困扰业界的芯片缺货何时结束？哪种半导体制程会是主流？哪类芯片产品发展最好？半导体的投资热点有哪些？中国市场的动向如何？“成熟工艺+ 先进封装”可否达到先进工艺的产品性能？

2021 年6 月底，Gartner研究副总裁盛陵海向电子产品世界等媒体做了详细的分析。

Gartner研究副总裁盛陵海

1   全球芯片制造市场

1.1 缺货的原因及何时结束

1）缺货的原因

最近半导体产业经历了20 年以来最为严重的缺货情况。造成缺货的原因既包含偶然因素，也有必然因素。

●   偶然因素。由于过去发生的中美贸易摩擦、华为囤货和一些制造工厂的关闭，其中中美贸易纠纷导致一些国内企业进行了备货；市场出现缺货后，很多大型公司也提升了库存需求，这就造成了整个需求量大大超过可以提供的产能。

●   必然因素。半导体业大约每两三年会形成1 个周期，而目前正处于供不应求的高峰周期。2 年前的2019 年供过于求，也是整个半导体市场下滑的时间点。再往前推2 年即2017 年是高峰。通常半导体公司在高峰时期会进行大量投资，投资产出的2 年后则又产生供过于求的情况。

在“供过于求”的周期间，即2019—2020 年上半年，考虑到新冠疫情的影响，很多半导体公司降低甚至延迟了投资。因此，从整个投资周期来看，2021 年当下产能的增加是前2 年投资所产生的。

2）哪类芯片缺货会最严重？

目前短缺最严重的是电源、模拟相关的芯片，主要是8 英寸（1 英寸≈ 25.4 mm）晶圆紧缺造成的。截至2021 年6 月，手机行业的缺货情况已经好转，因为手机需求并没有达到预想值。电视机市场的缺货情况也有所改善。因为涨价了，消费者就不买了。

预计整体市场在2021 年下半年处于旺季，到2022 年上半年，特别是第二季度往往是传统的淡季，到那时今年新的产能也会增加，紧缺的情况是可以缓解的。反观电源芯片，货源紧张的情况还会延续一段时间，因为牵涉到8 英寸晶圆的投资和12 英寸晶圆转移的关系，预计可能会延续到2022 年下半年。

1.2 制程市场及投资热点

1）12 英寸为主的先进制程

产能预测如图1，可见产能增加最大的是5 nm及以下。今年5 nm 的升级版——4 nm 也将会出现，2022 年的目标则是3 nm。5 nm 产能的增加将会推动先进制程市场的成长。另外，55/65 nm 也将是增长较高的制程，主要原因是目前55 nm 的需求量非常大。

55 nm 虽然是较老的制程，但其需求量在未来几年仍然会有较大的增加。此外，28 nm、14 nm、16 nm 都有较大的增加机会。

2）传统制程

传统制程主要集中在8 英寸晶圆，现在非常紧缺。因为过去很多年8 英寸产能过剩，导致价格“跌跌不休”，谷底时期只有约300 美元（1 美元约为6.5 元人民币）。很多工厂，尤其是日本的一些半导体企业已经关闭了8 英寸产线。同时，5G 手机对PMIC、模拟电路需求量有较大的增加。尤其是PMIC（电源管理芯片）制程集中在180/150 nm，主要为8 英寸和少部分12 英寸晶圆，并不会有大幅度的提升。需求量的增加导致了目前电源相关芯片严重缺货。

目前针对8 英寸产线没有建新厂的投资，大多数投资为扩产。例如中芯国际的财报显示约增加4.5 万片晶圆的扩产。扩产实际是为了解决燃眉之急，但要彻底解决8 英寸制程紧缺的问题，仍需要将8 英寸产能转向12英寸。因为12 英寸产能产出大，同样时间条件下，其产出可达2 倍多。

台积电已在使用12 英寸晶圆为联发科生产PMIC方面的产品，虽然目前量级较小，但预计会有更多的转移。此外，华虹宏力也在做类似的事情——在12 英寸晶圆上做BCD 电源相关的工艺。

图1 先进制程产能供应紧张

1.3 晶圆厂的投资热点

全球半导体投资在今年也将有较大的跃升。回顾过去几年，2019 年呈下滑态势。由于缺货，2021 年预计有超过20% 的大幅度增加。这些增长主要体现在先进制程方面，以及目前紧缺的28 nm 制程。在产品方面，NAND Flash 预计会有较大的增加；DRAM 情况稍好，因为DRAM厂商为了控制整个市场的高价位，投资较为保守。但是NAND Flash 的需求一直处于增加状态，因此主要的投资应该是在先进制程及NANDFlash 方面。

与此同时，国内一些半导体公司在向12 英寸转移，即用12 英寸工厂生产90 nm以下或55 nm以下的产品。例如，合肥晶合、广州粤芯等都在进行此类尝试。

有一个现象是：TI 很早就开始用12 英寸做模拟芯片，过去几年为何没有其他厂商跟进? 首先，因为12 英寸做模拟芯片是一个趋势，主要是缺货的原因。为什么以前少有企业转呢？①这在技术上是有难度的。8 英寸有各种工艺，也很成熟，另外硅片厚薄也是很关键的因素，例如做BCD 的晶圆都比较厚。② IDM 厂很难去跟进的原因是12英寸晶圆可以生产更多的模拟电源芯片，如果没有TI 那么大的市场需求，未来可能是亏本的。Foundry 厂考虑到了什么问题呢？他们考虑8英寸的产能。如果在没有产能紧缺的情况下做12 英寸就没有意义，一定要在有8 英寸合适的产品填补了模拟芯片或电源芯片产能空缺的情况下，才有必要去转，因为大家要考虑商业因素。TI 当年是比较聪明的决断，一下子走进去，一开始投资也是很大。后来设备价值被逐渐消耗后，就有很大的竞争力了。

图2 传统制程产能供应紧张

2   中国芯片制造市场

2.1 中国芯片市场的3个趋势近年来，全球半导体发展迅猛。中国从5 年前开始在半导体方面付诸了很多努力，Gartner 对中国市场有3 个预测。

1）预计在2025 年，中国本土半导体公司在国内市场的份额有机会从当前15% 突破到30%。当然，也有人认为这个份额可能低于10%。其实“低于10%”也是对的，因为部分在国内生产的为海外代工的产品基本不会使用国内芯片，而是选用海外芯片——从这一点来看，低于10% 的预测有迹可循。

2）前十大中国半导体采购者主要是电子制造企业（OEM）或ODM（委托设计企业）。前十大OEM均拥有自主芯片设计能力。例如OPPO、小米、美的，甚至百度、阿里巴巴等企业也已在建立自己的团队。这样做的优势是：①在形成一定量级的规模后，便可降低采购成本。②企业也可以发展自己独立的技术，做差异化、专有的技术与产品。但是这些企业面临的挑战是：企业是否能做到一定的量级，以及产品的设计能力、性价比是否能满足需求。

当前，大多数企业在起步期均处于“烧钱”阶段，发展比较困难。但是预计大公司会更为积极，因为在财务方面的境况较好，而且大公司以及在国内环境下投资半导体常会得到政府的补助或其他支持。

3）中国半导体市场的投资规模在2023 年有望达到一个可观的峰值。最近几年半导体产业投资增长迅速，预计到2023 年，国内的投资规模较2020 年会有80% 的增长。规模增加的主要诱因是几家大型工厂的投资，诸如中芯国际、长鑫、长江存储等，以及其他一些新兴的中小规模的晶圆工厂投资。

图3 是Gartner 从公开渠道收集、Pitchbook 整理的中国半导体企业以及相关企业获得的投资规模。数据可以分成两部分：非生产型半导体公司和生产型半导体公司。

①非生产型半导体公司。近2 年融资已有非常大的提升，例如以往被称作人工智能芯片的公司，主要是GPU 公司。此外，还有自动驾驶，或是第三代半导体/ 宽禁带半导体的投资规模也在逐步增加。华为、小米以及英特尔、高通、三星等海外企业也在中国积极进行投资。

②生产型半导体公司。规模很大，起伏也同样存在。图3 中，Gartner 只收集了公开的信息，没有收集未公开的信息。从“投资案”的角度来看规模情况，这个数量也有很大的增长，过去5 年里“投资案”的数量增加了2 倍。

图3 中国半导体投资趋势（2016—2020）

从图3 还可以看到一个现象：2020 年有很高的增长。这归功于科创板的出现。科创板带动了整个投资的热潮。原来投半导体公司为什么很谨慎？因为整个回收周期很长，难以在投资后马上获利。而科创板可谓政府政策给投资人打了一剂强心针或兴奋剂，让很多投资逐渐集中于半导体产业。这会带来一定的弊端，例如过度投资或是过高的竞价。但整体上，此类投资、特别是市场化投资肯定也带动了一批企业的成长。例如原先在互联网产业很有名的高瓴资本、红杉资本这两年也开始涉足半导体企业。虽然他们成功提升了价格，但另一方面他们也是投资，投资规模也有助于一些新兴公司能尽快在产品方面进行创新，或是利用最先进的制程打造产品。

那么，2018 年和2019 年的落差为何很大，而且2019 年的投资额是下降的？主要有3 个原因：①一些数据并未公开，因为未列其中，例如长江存储、长鑫等没有公开的报告。② 2019 年科创板推出，让人们有一个等待期，等到2020 年有一个跳升。③ 2019 年整个半导体市场并不乐观，此时的投资会比较保守。

纵观半导体全球产业链，中国本土半导体公司在上下游、市场份额、全球的位置仍然处于非常低的水平。上游的设备、材料遇到的技术障碍非常高，分别低于5%、3%、15% 的份额。生产方面，Foundry（代工厂）约占10%，还是非常可观的。但是缺少IDM（集成器件制造商）的公司，士兰微是目前IDM 的巨头，未来长江存储等新企业有望涌现。但是在现阶段，IDM 还是很少。封装测试应该是国内占比最高的，达到20%。其挑战是如何向先进的封装进行拓展。现在已看到非常多的企业在成长。封装测试产业目前偏向于开放的自由竞争。EDA份额非常低，半导体IP 也是如此。

2.2 十大半导体公司的特点

从全球布局角度看，海思半导体遥遥领先（如表1）。但问题在于美国制裁影响下的海思，在2021 年可能会遇到雪崩式的滑坡。接下来，哪些公司有潜力能够取代海思的位置？

如表 1，例如韦尔半导体和Nexperia（安世半导体），很难断言是否可以在短时间内迅猛成长。另外，中芯微电子去年的营收超过了8 亿美元，它的估值其实偏低。像Goodix（汇顶科技）和GalaxyCore（格科微电子）这些公司都具有一定潜力。总的来说，前10 名半导体公司在近年的营收增长都十分迅速，前十大的门槛越来越高——10 年前，年营收占到1 亿多美元的公司便可进入前10 名市场份额；但是现在门槛要超过5 亿美元。但这并不能体现在全球的市场份额上，目前份额只占据6.7%。

2.3 各种产品的市场份额

1）今年中国的哪些应用市场最好？

5G 手机/5G 手机转化、计算机、PC、服务器，今年在国内都会有很大的发展。接下来，新能源体系的建设，如“碳中和”、新能源车、电网改造等等，这些也是国内比较看好的一些领域。

2）中国半导体产品的市场份额

如表2， 中国比较吃力的产品是DRAM、微处理器，然后是FPGA、GPU、NAND Flash，这些产品跟上一个层次之间存在较大的差距，基本上是空白。期待2 年后有望将中国的这些产品市场份额推升到第二层级。当然，要达到第一层级——超过10% 份额，还需要更多的努力。

3   中国半导体的预测

3.1 代工企业的成长态势

如图4，整个Foundry（代工）在未来几年预计会有较大的成长。从地区的角度来看，中国大陆份额的增长比2019 年将会有近乎翻倍的增长，但中国台湾地区仍会占据最大的市场份额。这也是为什么美国希望把中国台湾一部分的生产能力转移到美国去，以降低风险。另外，韩国和其他国家和地区已有一定程度的成长，但是从全球布局角度上，未来预计中国台湾地区将居第一，中国大陆位列第二（如图4）。

图4 中国半导体代工厂产能

3.2 投资趋势

如表3，前10 名里有3 家中国公司，占到了6~8的位置（中芯国际、长江存储、长鑫）。但这三大生产型企业在金额上与前5 位相比仍然有很大的差距。从投资角度来看，今年会有一个较大的跃升，如表3。

表3 前20大资本性支出（CAPEX）企业

来源：Gartner，2021年4月

3.3 中国半导体产品的展望

从图4 可见：中国厂商占10% 市场份额。那么现在产品是什么，未来会是什么？哪些产品会增加？如图5，绿色代表规模很大、很重要的产品。比较困难的部分在于市场份额仍处于1% 以下的产品，包括：DRAM、服务器、PC、汽车半导体、GPU、MEMS 传感器、FPGA。

图5 中国半导体业的未来展望

3.4 中美关系的影响

可以从4 个维度来看中美间的竞争：开放的生态、封闭的生态、全球市场和国内市场。①在全球市场要利用既有的开放生态，使用谷歌或其他企业的都没有问题，同时也要尽量打造“Made in China”品牌并提升产品质量，以期占领更多的市场。②从国内市场来看：一方面，要利用开放的标准去梳理中国标准，也要进入全球生态中。另一方面，在国内先兴建，然后向外走，通过“一带一路”的策略往外输出标准、技术。在国内可能是考虑自己专有的一些系统，去做创新或是其他为保证即使美国要和中国脱钩情况下也不会受很大的影响。因此，中美贸易摩擦的影响肯定会有，但是不会致命，这个底线是一定要准备好的。

3.5 如何有效率地建厂和扩充产能

我们现在暂时无法解决14 nm 以上的供应缺口。我们应该认识到中国对半导体的需求是不断在增加的。中国既然想要有自己的供应链，就需要多建厂、扩产。但是这个前提是产品要有竞争力，要有一定的产品能力，要覆盖各种工艺，才有意义。

一些厂商为什么前几年不扩产？因为从它们的角度来看，扩产了肯定是空产、没人用，是亏本。所以如果看半导体厂商、代工厂的财报，可以发现台积电是盈利的，但是即使是第二名的三星有时仍然是亏本的, 当然，今年盈利的可能性很大，因为今年普遍缺货。但是在淡季/ 供过于求的情况下，大多数公司是亏本的。从这点看，半导体产业不是很好做。

3.6 成熟工艺+先进封装，是否可达到先进工艺的产品性能

例如， 成熟工艺（28 nm） 处理器芯片，通过先进封装是否可达到7 nm 的性能?Gartner 研究副总裁盛陵海认为是很难达到的。摩尔定律指一定时间后芯片里的晶体管密度增加1 倍。当工艺再往下走，性价比就较低了。特别是技术难点已经慢慢地要到1 nm——物理极限了。若再往下走，现在想出了很多新的技术，包括先进封装。但是先进封装带来的性能显著提升，并不是将2 个芯片并在一起，而是如现在的英特尔、AMD、英伟达等用的先进封装技术来提升Memory（内存）读取的带宽以提升性能。

可见，现在先进处理器解决性能瓶颈的问题是通过把Memory 封装在一起，从而提升性能，这是现在用得最多的场景，而且这些处理器公司用的已经是最先进的芯片，可见他们已经做到头了，再要提升只能用先进封装。这是现在主要做的一个方向，而且这样做的成本非常高。因为AMD 或英伟达的1 个AI 处理器要接4 个HBM 内存芯片。通常认为半导体制程的核心是良率。总的良率是将每个芯片的良率乘起来的结果。假如把多个芯片封装在一起，每个芯片的良率95%，乘在一起良率就更低了。再封装、测试后，假如芯片一个有问题，整块就要处理掉，如此下来的成本是很高的。

反过来，如果用不是很先进的工艺去达到先进工艺的性能，这是具有挑战性的。因为如上所述，基本上是从Memory（内存）来做的，不是2 个28 nm 同样的芯片叠加在一起变成14 nm。最近网上有种观点：2 个14 nm 实现7 nm 的性能, 这不可能。原因在于7 nm 工艺的晶体管，例如：同样100 mm2，它的晶体管数量肯定比14 nm 的2 倍多得多。因此工艺的提升包括功耗的降低、速度的提升，是很难通过芯片的叠加达到的。但是它的功能有可能通过多个芯片来做。这就是把原先在7 nm、100 mm2 面积上的晶体管数量提高。你既然做不了7 nm，就用2 倍面积的200 mm2或是更大的芯片去实现这个功能。这里谈的是“功能”，而不是“性能”，实现功能是前提。这样的场景，在理论上是可实现的。

3.7 我国半导体企业现在最缺的是什么，技术，资金，人才？

所以封测和设计的竞争壁垒相对较低。我国封测过去几年成长很快，份额在世界占比是很大的。设计也做得不错，因为可以利用成熟的供应链。例如，一家公司中有经验的工程师可能三五年后就可以出来创办公司去做设计。

制造的壁垒较高，因为没有人会教你，也没有人给你提供设计服务或整套方案。另外，设备还得从国外购买。再有，制程的关键是良率。良率怎么提高？怎么很快地把这个制程搞定？这都是挑战，这个问题别人是没法帮你解决的，只有靠自己想办法解决或是挖人解决。

所以潜力最大的是制造。因为国内现在制造比例还是很小的。例如图4 里的中国制造的份额包括海外公司在国内的工厂，实际上，海外公司在国内工厂的产值比国内的还要大。封测在国内的潜力也很大。但是如何抓住这个时间窗口，例如：很缺货，大家拼命想办法抓住时间窗口把产能和工艺提升上去，才有机会成长。

资金也缺乏。有人认为现在资金很多，但是是否在合适的时间用在合适的点上？这其实不是资金的问题，而是资金运用的问题。

人才更为紧缺，每年培养的大学生很难真正进入半导体行业，这两年开始多起来了，以前大多数人会选择海外的企业——美国的半导体公司里有很多的华人员工，他们定居在美国了。因此人才是需要培养的，而且人才是需要钱去不断培养的。现在很多投资、创投其实是好事情，科创板也是好事情，至少可以吸引人才。不要找理由说：很多人才都去做互联网。半导体产业如果能够像华为这样开出较高的薪水条件，自然半导体产业也会有很多人才进来。

3.8 为何国际上芯片公司互相并购，数量越来越少，我国恰恰相反，数量越来越多？

中国一方面是人口多，资源也多、各路资本也很多。大家会觉得这个行业能赚钱，就都涌来了。另一方面，还是中国市场的特性：往往一个公司或产品做成了，就会有很多公司一起做这个产品。往往技术的分散、普及，才会推动更多的公司出现。再有，因为国内的确半导体的缺口还有很大，机会很多。

在国际资本市场上，尽管公司总数越来越少，但公司规模越来越大，因为新的公司稍微做出一点成绩就会被大的公司并购。而国内这种情况较少，往往是大公司投资，投资之后上市，大公司也可以获得一部分的股权权益。可能慢慢地国内也会有这样的趋势，已经在资本市场站住脚跟的大公司会考虑收购一些初创的公司。

（本文来源于《电子产品世界》杂志2021年8月期）