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。

 
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。


 
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。


 
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。