行研 | 中国第三代半导体产业发展回顾与趋势展望(附149位高管眼里的半导体产业)

来源:新材料产业 半导体产业是现代信息社会的基石,是支撑当前经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础

来源:新材料产业

半导体产业是现代信息社会的基石,是支撑当前经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业。第3代半导体作为半导体产业的重要组成部分,其发展壮大对国民经济、国防安全、国际竞争、社会民生等领域均具有重要战略意义,是当前世界各国科技竞争的焦点之一。

2018年,美国、欧盟等继续加大第3代半导体领域的研发支持力度,国际厂商积极、务实推进,商业化的碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)电力电子器件新品不断推出,性能日益提升,应用逐渐广泛。国内受益于整个半导体行业宏观政策利好、资本市场追捧、地方积极推进、企业广泛进入等因素,第3代半导体产业稳步发展。

技术层面,SiC衬底和外延方面,国内仍然是4英寸为主,已开发出6英寸产品并实现小批量供货;国内批量生产的GaN衬底仍以2英寸为主。国内600 ~3300V SiC肖特基二极管技术较为成熟,产业化程度继续提升,目前也已研制出1200~1700V SiC金氧半场效晶体管(MOSFET)器件,但可靠性较低,目前处于小批量生产阶段;国内全SiC功率模块,主要指标为1200V /50~600A、650V /900A。GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)方面,国内2018年推出了650V/10 ~30A的GaN晶体管产品;GaN微波射频器件方面,国产GaN射频放大器已成功应用于基站,Sub 6 GHz和毫米波GaN射频功率放大器也已实现量产。

产业方面,在半导体对外投资受阻情况下,国内自主创新发展是必由之路。2018年,在政策和资金的双重支持下,国内第3代半导体领域新增3条SiC产线。投资方面GaN热度更高,据第3代半导体产业技术创新战略联盟( CASA )不完全统计,2018年国内第3代半导体相关领域共有8起大的投资扩产项目,其中4起与GaN材料相关,涉及金额220亿元。此外,与国际企业并购热潮对比,国内2018年仅有2起。

生产模式上,大陆在第3代半导体电力电子器件领域形成了从衬底到模组完整的产业链体系,器件制造方面以IDM模式为主,且正在形成“设计—制造—封测”的分工体系;大陆代工产线总体尚在建设中,尚未形成稳定批量生产。市场方面,根据CASA统计,2018年国内市场SiC和GaN电力电子器件的规模约为28亿元,同比增长56%,预计未来5年复合增速为38%。Ga N微波射频应用市场规模约为24.49亿元,未来5年复合增速有望达60%。

区域方面,我国第3代半导体产业发展初步形成了京津冀、长三角、珠三角、闽三角、中西部5大重点发展区域,其中,长三角集聚效应凸显,占从2015年下半年至2018年底投资总额的64%。此外,北京、深圳、厦门、泉州、苏州等代表性城市正在加紧部署、多措并举、有序推进。

总体而言,我国第3代半导体技术和产业都取得较好进展,但在材料指标、器件性能等方面与国外先进水平仍存在一定差距,市场继续被国际巨头占据,国产化需求迫切。

国内各级政策频出,旨在实现自主可控

科技计划实施,阶段成果喜人

2016年至今,中华人民共和国科学技术部先后支持第3代半导体和半导体照明相关研发项目32项,其中,2018年启动7项,包括“新能源汽车”、“战略性先进电子材料”以及“智能电网技术与装备”3个重点专项(见表1)。且上述专项都结合了具体应用需求,对第3代半导体材料、器件研发和应用给予全面支持。

表1 2018 年度国家重点研发计划重点专项

截至目前,部分前期部署的项目已获得阶段研发成果。具体如下:制备出低缺陷6英寸N型SiC单晶衬底样品,微管密度≤ 1个/ cm2,电阻率≤ 30mΩ·cm,已达到“开盒即用”要求;解决了大尺寸晶体单一晶型控制技术,获得低应力4H—SiC晶型,电阻率≤ 30mΩ·cm,电阻率不均匀性小于10%。Si基GaN材料外延生长与器件研制取得重要突破,通过调控应力与抑制缺陷,在Si衬底上外延生长出无裂纹的GaN材料,晶体质量达到国际领先水平,并在国际上首次澄清了C杂质在GaN中替代N位,成功研制了国际首支Si衬底GaN基激光器,并实现了室温连续电注入激射,采用p—GaN栅极结构研制出常关型GaN基HEMT器件,器件阈值电压+ 2.0V和沟道迁移率1 500cm2/(V·s),达到国际先进水平。实现国产射频芯片批量商用,成功研制了10W的毫米波GaN功率MMIC,器件效率超过67%,宽带器件效率超过61.5%,线性增益15d B;MTTF@225 ℃,超过100万h,器件可靠性达到国际领先水平;已在5 000余台商用基站中使用了4万多只国产GaN器件。研制出GaN基高效黄光LED(电光转换效率从2016年初的15%提升至目前的26.52%,565n m @20A / cm2),并基于这一成果,研发了五基色LED光源,色温2 941K,显指高达97.5,效率121.3lm/W,达到了实用化水平。

各级政府政策频出,精准支持强化

2018年以来,从中央到地方政府对集成电路、第3代半导体均给予了高度重视,纷纷出台相关产业发展扶持政策。从政策的出台部门和发布时间密度可以看出,国家正在大力发展半导体产业,且集成电路是各级政策的支持重点。

中央部委全方位支持集成电路产业发展

2018年,国务院及工业和信息化部(简称“工信部”)、国家发展和改革委员会(简称“国家发改委”)、财政部、国家税务总局、中国证券监督管理委员会等国家部委先后从产业发展、科研管理、税收政策、知识产权转移、资产证券化、对台合作等多方面出台政策,全方位支持集成电路及相关产业发展(见表2)。

表2 2018 年国家部委关于集成电路产业的扶持政策汇总

地方政府积极出台半导体产业扶持政策

据不完全统计,2018年,包括北京、上海、深圳等超过13个地方政府出台了支持半导体,特别是集成电路产业发展的产业政策,以培育经济增长新动能,抢占半导体产业新一轮发展先机(见表3)。

表3 2018 年各地半导体产业支持政策汇总

其中,2018年8月,深圳坪山区发布《深圳市坪山区人民政府关于促进集成电路第3代半导体产业发展若干措施(征求意见稿)》(简称《措施》),该《措施》从产业资金、发展空间、企业落地、人才队伍、核心技术攻关、产业链构建等方面对第3代半导体产业进行全方位支持。

为深入实施《北京市加快科技创新发展新一代信息技术等十个高精尖产业的指导意见》,2018年11月,北京顺义区出台了《顺义区促进高精尖产业发展实施意见(简称“《实施意见》”)》,该《实施意见》涵盖5大方面18项支持政策,全力吸引高端人才入区,加速科技成果转化,实现包括第3代半导体在内的高精尖产业快速健康发展。另据消息称,中关村国家自主创新示范区管委会与北京市顺义区政府正在联合制定促进第3代等先进半导体产业发展的相关政策,上述文件若出台,将对第3代半导体产业在北京顺义实现快速集聚发展提供有力条件保障。

此外,2018年12月,江苏省张家港市召开《张家港市化合物半导体产业发展规划》发布会,该规划结合国内外化合物半导体产业发展现状和趋势,明确了张家港未来5年化合物半导体产业发展战略定位、发展目标、发展原则、空间承载和重点任务,并提出了张家港在半导体照明、化合物功率半导体、集成光电等方向的发展重点和差异化实施路径,并从组织保障、资金支持、人才支撑、创新生态等方面提出了保障措施。

国内技术稳步提升,商用产品陆续推出

材料品质提升,支持国产应用

SiC 衬底方面

国内仍然是4英寸为主,6英寸衬底已开始小批量供货,6英寸衬底的微管密度控制在5个/ cm2以下。目前已经开发出低缺陷密度6英寸碳化硅(SiC)N型衬底,SiC衬底材料的微管密度(MPD)低于1个/ cm2。SiC外延片方面,实际用于器件生产的4英寸外延片最大厚度约50μ m,国内已开始小批量生产6英寸SiC外延片。

GaN 衬底方面

国内批量生产的衬底以2英寸为主,位错密度已经降到105/ cm2,实验室里可以降到104/ cm2。已开发出自支撑4英寸衬底,缺陷密度降到106/cm2。

GaN 异质外延方面

国内多家企业研制出8英寸Si基GaN外延片,耐压在650V /700V左右,SiC和蓝宝石衬底的GaN外延片的尺寸可达6英寸。

Ga2O3 衬底方面

国内仍处于研究阶段。山东大学晶体材料国家重点实验室首次获得了机械剥离技术,一步法获得高质量单晶衬底,但对于大尺寸衬底的CMP加工技术仍处于研究阶段。

Ga2O3 外延方面

目前受限于β—Ga2O3单晶衬底的尺寸,同质外延片的尺寸在2英寸以内,主要采用MBE的方式进行,但MOCVD已开始被用于MOSFET器件结构的同质外延;异质外延主要采用蓝宝石衬底,有利于实现Ga2O3薄膜的大尺寸、低成本制备。

器件成熟不同,产品陆续推出

SiC 器件方面

国内600 ~3 300V SiC肖特基二极管技术较为成熟,产业化程度继续提升。目前已研制出了1 200 ~1 700V SicmOSFET器件,因可靠性问题尚未完全解决,目前处于小批量生产阶段。

SiC 模块方面

国内2018年推出1200V/50 ~600A、650V/900A全SiC功率模块。

GaN 电力电子器件方面

国内推出了650V /10 ~30A的GaN晶体管产品。国内某知名化合物半导体代工企业在2018年四季度完成650V GaN电力电子器件生产工艺。

GaN 微波射频器件方面

国产GaN射频放大器已成功应用于基站,Sub6 GHz和毫米波GaN射频功率放大器也已实现量产,工艺节点涵盖0.5 ~0.15μm,并在研发0.09μm工艺。

GaN 光电器件方面

2018年,我国半导体照明产业技术实现稳步提升,部分技术国际领先。功率型白光LED产业化光效达到180 lm / W,与国际先进水平基本持平;LED室内灯具光效超过100 lm / W,室外灯具光效超过130 lm /W。功率型Si基LED芯片产业化光效达到170 lm/W;白光OLED(面积<10mm ×10mm)产业化光效达到150 lm / W,白光OLED(面积>80m m ×80m m)产业化光效达到100 lm/W。

国内产业积极推进,分工体系逐渐形成

总产值超7 400 亿元,同比增长13%

2018年,在国内市场环境偏紧和国际形势紧张的大背景下,我国第3代半导体产业继续向前推进。据初步统计,2018年我国第3代半导体整体产值约为7 423亿元(包括半导体照明),较2017年同比增长近13%。其中电力电子产值规模近12.3亿元,较上年增长23%以上;微波射频产值规模36.7亿元,较上年增长了20% ;光电(主要为半导体照明)产业规模为7 374亿元,较上年增长近13%(见图1)。

图1 2018 年我国SiC、GaN 电力电子产业和微波射频产业产值

企业稳步扩产,内生发展为本

美国以国家安全为由,联合欧美、日本等发达国家,实施对中国等发展中国家的高端技术封锁,我国半导体领域的海外并购之路艰难。此外,“中兴事件”更揭露了我国在半导体等核心技术方面的缺失,为摆脱受制于人的卡脖子局面,真正实现信息安全领域的自主可控,国内半导体自主创新发展需求迫切。在政策和资金的大力支持下,2018年,国内第3代半导体产业化进程不断深入,企业积极扩产,多条产线(中试线)获得启用。

产线陆续开通,产能不断提升

据CASA不完全统计,2018年国内第3代半导体领域新增3条6英寸SiC产线。2018年国内SiC产线建设顺利,新增3条6英寸(兼容4英寸)SiC产线(中试线),分别是株洲中车时代、三安集成和国家电网全球能源互联网研究院(中试线)的6寸线,均已完成调试开始流片。除上述3条线外,国内泰科天润和中电科55所已有SiC产线,至此国内目前至少已有5条SiC产线(包括中试线)。

氮化像投资升温,碳化硅热度持平

2018年国内第3代半导体投资扩产热度不减,但重点投资方向略有变化(见表4)。据CASA不完全统计,目前国内第3代半导体相关领域共有8起大的投资扩产项目,已披露的总投资额至少达到639亿元。

表4 2018 年国内第3 代半导体领域投资扩产详情

从扩产的方向上看,有4起与氮化稼(GaN)材料相关,包括外延及芯片、电力电子及射频器件等,投资扩产项目总额为220亿元(与2017年的19亿元相比,增加了近11倍),投资企业包括华灿光电、英诺赛科、聚能晶源以及聚力成半导体;碳化硅(SiC)材料相关的衬底、外延及芯片、封装测试、电力电子器件等项目的投资扩产总共4起,已披露的总额约为60亿元(与2017年的65亿元基本持平),投资企业包括中科院微电子研究所、台湾强茂集团、北京天科合达半导体股份有限公司以及山东天岳先进材料科技有限公司。其他以先进半导体集成电路为名义的投资1起,投资金额近359亿元,其中涉及建设一条SiC电力电子器件生产线。

并购案例虽少,交易金额可观

国外企业并购热潮形成鲜明对比的是,国内企业并购交易量仅有2例,但并购金额可观。其中闻泰科技拟收购安世半导体有限公司(以下简称“安世半导体”)成为国内半导体历史上最大并购案。而根据闻泰科技最新公告显示,公司共需支付交易对价201.49亿元。根据前期披露的现金购买方案,第一步为114.35亿元现金收购,2018年5月已经支付其第一批款57.175亿元。目前并购仍在进行中,若此次收购完成后,闻泰科技与安世半导体将形成优势互补,进一步打开下游消费电子与汽车市场。安世半导体主要生产Si分立器件、逻辑芯片和Powe rMos芯片等产品,此外也开始布局第3代半导体电力电子器件产品。2018年4月19日,科锐(Cree)宣布与安世半导体签署非排他性、全球性的付费专利许可协议。通过这一协议,安世半导体将有权使用Cree的GaN电力电子器件专利组合,包括了超过300项已授权美国和国外专利,涵盖了HEMT(高电子迁移率场效晶体管)和G aN氮化镓肖特基二极管的诸多创新。

2018年10月30日,上海积塔半导体有限公司(简称“积塔半导体”)与先进半导体订立合并协议,积塔半导体吸收合并先进半导体。先进半导体是国内大型集成电路芯片制造商,主营业务为制造及销售5、6及8寸半导体晶圆。先进半导体还是国内最早从事汽车电子芯片、IGBT芯片制造的企业。

积塔半导体成立于2017年,是华大半导体旗下全资子公司,主要从事半导体技术领域内的技术开发、技术咨询、技术服务、技术转让,电子元器件、电子产品、计算机软件及辅助设备的销售,计算机系统集成,货物及技术的进出口业务。这次成功合并,可使积塔半导体和先进半导体在人力资源、质量监控、工艺技术等方面充分整合,为先进半导体提供资金支援和其他行业资源,还将减少土地与厂址选择的限制和降低潜在关联交易的风险。

分工体系渐成,生态不断完善

整体而言,我国大陆地区在第3代半导体电力电子和射频领域形成了从衬底到模组完整的产业链体系。器件生产方面以IDM模式为主,且正在形成“设计-制造-封测”的分工体系。类似于国际企业,国内在第3代半导体电力电子和射频领域以IDM模式为主,但不同的是,国内的代表企业多是初创企业,而国际企业以传统的Si、GaAs器件企业为主。在分工体系方面,由于国内第3代半导体在电力电子和射频产业尚处于产业化初期,产业规模相对较小,无法单独支撑企业的生产经营活动,因而参与分工的企业通常以传统的Si、GaAs或LED芯片业务为主。

芯片设计方面,参与企业在增多,但数量仍然较少;代工环节,大陆产线尚在建设中,无法保障稳定批量生产,目前主要依赖台湾企业进行代工。封测方面,传统的封装材料无法充分发挥第3代半导体的性能,尤其是耐高温的优势,参与企业均在积极开发适合于第3代半导体材料的封装材料和结构

地方积极部署,区域有序推进

在5G、新能源汽车、能源互联网、轨道交通、国防军备等下游应用领域快速发展带动下,第3代半导体产业将成为未来半导体产业发展的重要引擎。2018年是第3代半导体产业发展重要窗口期,创新发展时机日趋成熟,众多企业积极布局,产业链条已经形成。当前,我国第3代半导体产业发展初步形成了京津冀、长三角、珠三角、闽三角、中西部等5大重点发展区域(见表5)。

表5 2018 年国内第3 代半导体集聚区建设进展

从2015年下半年至2018年底,已披露的第3代半导体项目投资总额来看,5大地区的投资额占比分别为长三角区域(63%)、中西部区域(14%)、京津冀区域(6%)、闽三角区域(5%)、珠三角区域(2%)。

长三角地区第3代半导体产业集聚能力凸显,投资总额607亿元,其中,2018年投资总额超过550亿元(其中积塔半导体的359亿元投资以Si电力电子器件产线为主)。北京、深圳、厦门、泉州、苏州等代表性城市在2018年深入部署、多措并举,有序推动第3代半导体产业发展(见图2)。

图2 2015 年下半年—2018 年各区域项目投资分布情况

国内市场需求庞大,国产器件渗透较低

电力电子市场同比增长56%

SiC、GaN 电力电子器件市场

规模约28 亿元受到经济形势的影响,2018年我国半导体电力电子市场增速有所下滑。中国半导体协会数据显示,预计2018年中国半导体电力电子市场规模为2 264亿元,同比增长率为4.3%。2018年,SiC、GaN器件在电力电子应用领域的渗透率持续加大。根据CASA统计,2018年国内市场SiC、GaN电力电子器件的市场规模约为28亿元,同比增长56%,预计未来5年复合增速为38%,到2023年SiC、GaN电力电子器件的市场规模将达到148亿元。

现阶段我国第3代半导体电力电子器件的市场渗透率仍然较低。国内应用市场中,进口产品的占有率仍然超过件桩SiC电力电子器件的市场规模约为1.3亿元,较2017年增加了1倍多。

电源市场占据半壁江山,光伏逆变器紧随其后

从应用市场来看,第3代半导体器件在电源(包括不间断电源UPS、消费类电源PFC、工业及商业电源)、太阳能光伏逆变器领域取得了较大进展。

电源领域是第3代半导体电力电子器件领域最大的市场,规模约为16.2亿元,占到整个第3代半导体电力电子器件市场规模的近58%。以工业及商业电源市场中的服务器电源为例,从2017年第3季度开始受到挖矿机的影响,预计2018年国内服务器电源市场规模约为960亿元,该领域中SiC电力电子器件的市场规模可达6.8亿元。

太阳能光伏逆变器虽然在2018年第3代半导体电力电子器件领域仍然占据第2大的市场份额,但由于受到光伏“5·31”新政的影响,2018年中国新增光伏装机量有所减缓,全年约40G W,比2017年全年的新增量减少了25%。据CASA测算,2018年第3代半导体电力电子器件在光伏逆变器的市场规模约6.8亿元,相比2017年增速仅7%。尽管如此,SiC电力电子器件在光伏逆变器中渗透率却在逐年提升,国内几大太阳能光伏厂商从2017年均已开始采用SiC二极管,到2019年SiC电力电子器件的渗透率有望超过20%。

新能源汽车市场规模1.5亿元,整车市场有待起航

新能源汽车市场包括新能源汽车整车和充电桩2个细分领域,近2年来一直是第3代半导体电力电子器件应用领域中备受瞩目的市场,而受到技术和成本等因素的制约,该市场的增长情况一直低于预期。2018年新能源汽车领域第3代半导体电力电子器件市场规模仅有1.5亿元,虽然较2017年增长超过87%,但90%的市场由充电桩市场占据,新能源整车市场仍未起航。

2018年新能源汽车销售量累计值预计超过100万台,累计产销率比上年同期增加0.8%。但是在新能源整车应用领域第3代半导体器件的渗透率有待进步一提升。据CASA测算,2018年新能源汽车上电力电子器件的市场规模高达6亿元,而第3代半导体电力电子器件的市场规模仅1 700万元。

新能源汽车市场另一细分领域——充电桩市场表现反而不俗。以直流充电桩为例,据CASA测算,电动汽车充电桩中的SiC器件的平均渗透率达到10%,2018年整个直流充电90%,市场继续被国际电力电子器件巨头公司Cree、Rohm、Infeneon、Macom等公司产品占有,进口替代问题仍然亟需突破。

微波射频市场约24.5 亿元

GaN 射频器件市场规模约24.5 亿元

2018年,我国第3代半导体微波射频电子市场规模约为24.5亿元,较2017年同比增长103%。国防应用和基站的持续增长将推动GaN射频市场规模不断放大。根据当前细分市场来看,国防、航天应用仍为驱动GaN市场的主力军,占GaN射频市场规模的47%。受益于国防需求驱动,特别是机载和舰载军用装备现代化转变,我国军用雷达系统更新换代,AESA(有源相控阵)雷达技术成为主流,这将推动对GaN射频市场需求不断增长。

移动通信基站成为GaN 射频

器件最主要增长来源移动通信市场是GaN射频器件市场增长的新动力。多频带载波聚合和大规模MIMO等新技术的出现,要求通信基站必须逐步采用性能更优异的功率放大器件。随着5G商业化渐行渐近,5G基站的规模化铺设将进一步催生对射频微波射频器件的大量需求。

移动通信基站应用方面,2018年GaN射频市场需求达到9亿元,同比增长翻2番。2018年我国2大设备商——中兴、华为在5G业务领域中砥砺奋进。受中美贸易战影响,中兴通讯上半年受“禁运事件”影响测试进程,下半年加速追赶并持续保持在第一梯队。在美国、澳大利亚、意大利、加拿大等欧美国家阻挠声中,华为高歌猛进,11月底5G基站发货量超过1万套,带动GaN射频器件需求规模超过0.4亿元。

未来5 年复合增速有望达60%

从市场前景来看,我国5G商业化渐行渐近,随着移动通信要求的工作频率和带宽日益增加,GaN在基站和无线回传中的应用持续攀升,预计2018—2023年未来5年我国GaN射频器件市场年均增长率达到60%,2023年市场规模将有望达到250亿元。

LED 应用规模超6 000 亿元

通用照明为最大应用市场,新兴应用开始起量。半导体照明是目前光电子板块发展最快,体量最大的细分领域,我国目前是全球最大的半导体照明制造中心、销售市场和出口地。

2018年,在内忧外困背景下,LED产业整体发展增速放缓,进入下降周期。其中应用环节约6 080亿元,同比增长13.8%。其中通用照明仍是最大的应用市场,占比达44.1%,但增速放缓,2018年约为5.0%,产值达2 679亿元。景观照明仅次于通用照明为第2大应用,产值达1 007亿元,同比增长26%,占整体应用市场的16.5%。显示应用中超小间距显示屏是市场主要驱动力,2018年,LED显示屏产值为947亿元,同比增长30.2%。汽车照明作为LED应用新突破点,实现同比20%的高增量(见图3)。

图3 我国半导体照明应用域分布

展望

第3代半导体因其优越的性能和在国民经济、国防安全、社会民生等领域的广泛应用,成为国际社会科技竞争的焦点之一。当前,我国已开始全球最大、最复杂、发展最快的能源互联网建设,已建和在建全球最高运营速度、最长运营里程、最佳效益的高速轨道交通,并正在发展全球增长最快的新能源汽车,全球最大规模的5G移动通信,以及全球产能最大、市场最大的半导体照明产业。所有上述应用都需要第3代半导体材料和器件的支撑。

第3代半导体自主可控发展需求迫切。中国半导体产业该如何发展是一个复杂的问题,涉及到战略目标设定、产业定位、技术路线、发展路径、金融支持、人才培养与集聚等多方面。在当前国际国内新形势下,中国第3代半导体产业实现“自主可控”发展具有一定基础也具有可行性。

一是当前是进入第3代半导体产业的最佳窗口期。这一时期相关的国际半导体产业和装备巨头还未形成专利、标准和规模的垄断,存在2 ~3年的窗口期。

二是有一定的技术和产业积累。中国精密加工制造技术和配套能力在迅速提升,人才队伍基本形成,具备开发并主导这一产业的能力和条件。

三是良好的国际合作氛围。越来越多的国外大学和研究机构愿意与中国进行合作研究,并转移成果。此外,每年大量在国外著名高校、科研机构和企业工作并掌握核心技术的专家学者和团队回国创业。

四是市场需求的驱动。中国市场的多元性和需求梯度为未来市场提供了机会。

五是中国的制度优势。具有中国特色的“政产学研用”协同创新模式,为新兴产业的发展提供了可借鉴的经验和成功的可能性。

(本文节选自第3代半导体产业技术创新战略联盟《2018第3代半导体产业发展报告》,有删减。)

报告原文下载:积募微信后台回复“半导体

149位高管眼里的半导体产业

编者按:近期,KPMG 发布了一份名为《全球半导体产业大调查》的调查报告。据介绍,这份报告中的观点是来自全球11 个国家和地区共149 位半导体产业高级主管。受访的半导体产业领导人认为,半导体可望成为未来互联网的支柱,对于半导体产业发展信心指数来到62,但调查也显示,研发成本将成未来产业面临最大的问题,人才风险则是产业成长的最大威胁。在这里我们将这份报告的重要观点翻译如下,希望能给大家带来一些启发和参考。

来源:以下由公众号半导体行业观察(ID:icbank)翻译自「KPMG」。

预计收入和营业利润率将有所增长

57%的半导体高管预计,该行业的年度运营利润率将在明年有所增长,高于2017年的51%。同时也有27%的高管认为,公司的运营利润在明年不会改变。剩下的16%甚至还认为公司的运营利润率会下降。

半导体高管对其公司明年利润率的看法

与往年不同的是,规模较小的公司(低于50亿美元)通常比规模较大的公司更有信心。小公司希望更快地进行大规模创新,并推出芯片,其芯片可以为自动驾驶汽车、互联设备、智能城市等提供新兴应用。

高管们对明年半导体企业运营利润走势的看法

对于公司下一财年营收的增长情况,大多数高管(63%)都认为回提升,而33%则认为不会发生变化。

受访者对公司下一财年营收的看法

与去年相比,受访者对公司的收入增长更加乐观,37%的受访者预计收入增长1%~5%(去年为30%),26%的受访者预计收入增长率更高(与去年相同)。在预计明年收入增长的人中,平均预测增长率为7%。尽管总体受访者预计收入增长不会与2017年的实际水平相符,但调查结果显示,人们普遍乐观地认为,当前的上升周期在未来三年几乎不会出现逆转的迹象。

商业投资增加

我们的调查显示,半导体企业将继续以历史最高水平投入资本设备。预计资本支出将增加的受访者数量增加了13%,这是我们在调查中询问的所有金融和投资因素中增幅最大的。在受访者中,规模较小的公司尤其乐观。对设备投资增加的预期的主要驱动因素包括对智能手机和云平台内存能力的需求。

企业高管对所服务公司下半年资本指出的看法

与去年相比,更多的受访者(50%,去年为41%)计划在2018年增加自己公司的研发支出。随着收入的增长,研发支出也可能增长(至少以美元计算是这样,以百分比算则未必)。如果企业不增加研发支出,它们可能无法更新和替换成熟的产品、多样化的产品组合,也无法满足前沿市场的需求,比如最新型的智能手机、AI技术和联网设备。

高管对半导体企业员工增减状况的看法

最后,43%的受访者预计他们公司的全球半导体员工在下一个财年将增加,比我们2017年的调查高出6%。企业将需要增加员工数量,以支持其工程和设计活动的增加。但有12%的企业认为公司在下一年的员工会减少。

新一轮产业浪潮

我们是否正在进入“新浪潮”半导体产业?

绝大多数高管(62%)认为我们在2018年处于行业周期的扩张阶段,与去年相比,更多的受访者认为我们处于早期扩张阶段,可能是多年的扩张。这一发现强化了这样一种观点,即半导体行业仍处于强劲的上升周期中,这可能反映出半导体领导者正在采取面向未来的方法,考虑PC以外的新终端市场,如AI、物联网和自动驾驶汽车。此外,尽管今年是历史性的一年,但考虑到对智能手机、数据中心和自动驾驶技术的强劲需求,存储器公司可能看不到它们所供应的行业的销售额出现下降。

企业高管眼里的2018半导体

软件、技术和汽车等不同半导体终端市场的融合也有可能推动整个行业的扩张。即使是最大的平台技术巨头内部的半导体业务部门,最终也可能成为比一些独立芯片制造商更大的参与者。分析人士还预测,在未来五年内,专门用于人工智能项目的半导体材料的销售额将增长60倍以上,从去年的5亿美元飙升至300亿美元。

中国仍在追求半导体行业的长期领先地位

根据地区来衡量,我们发现,中国企业高管普遍更看好更有信心的投资类别:资本支出、劳动力支出和研发支出。这是有道理的,因为得益于蓬勃发展的电信和电子供应商业务,中国是全球最大的半导体消费国之一。中国需要开发或购买知识产权,才能实现成为全球半导体领军企业的目标。为了赶上竞争对手,并继续推进“中国制造2025”计划,中国将需要大举投资,收购规模较小的企业,建造工厂,以及聘用工程师和设计师。中国国家集成电路产业投资基金(简称“大基金”)的早期支持主要针对制造商和并购计划,而下一次300亿美元的融资将主要集中在三个领域:存储器、化合物半导体和应用于物联网、5G、人工智能和智能汽车的IC设计。

摩尔定律的前景仍然众说纷纭,摩尔定律认为,芯片上的晶体管数量大约每两年会翻一番,从而使芯片随着时间的推移变得更小、更快。与去年的调查一致的是,几乎一半(46%)的受访者认为摩尔定律将继续下去。我们的观点是,摩尔定律最适用于10nm以上的芯片;对于较小的芯片,微缩的优势将消失,其唯一目的将是提高性能速度,而不是节省成本。

半导体高管们对摩尔定律的预测

不管摩尔定律仍会适用多久,为了跟上客户对创新的快速预期,半导体公司显然需要加大研发力度,尤其是那些将人工智能列为主要收入来源的公司。我们的受访者表示,如果摩尔定律终结,人工智能将是最大的风险技术,因为计算能力增长放缓将伴随它的消亡。

芯片安全需要关注

网络威胁瞬息万变,犹如晴天霹雳。这一点从未比2018年初的几周更清楚,当时半导体行业受到了有关某些硬件存在重大安全问题的消息的轰炸。

2018年初,研究人员在去年发现了某些芯片的一个重大安全漏洞,这些芯片涉及到几乎所有PC、平板电脑、智能手机和服务器上的处理器,而它们通常被认为是安全的。分析人士很快指出,这个漏洞存在于不止一家公司生产的处理器中。

这些漏洞可以让网络攻击者绕过当前的安全协议,读取存储在存储器中的数据,包括敏感的个人和企业信息。程序员迅速演示了此类网络攻击的工作原理,他们成功地访问了机器的存储器,窃取了受保护的密码。

随着科技巨头争相将软件补丁应用到它们的数据中心基础设施上,一个新问题出现了:计划中的补丁降低了受影响的计算设备的性能。

行业应如何应对?

幸运的是,甚至在最新的芯片安全漏洞风暴被发现之前,网络安全就已经是半导体高管的一项战略重点。在毕马威(KPMG)2016年至2017年的调查中,“最大限度地降低网络安全风险”从第17位上升到第9位。自2017年10月进行的最新调查(在最近的芯片漏洞公之于众之前)以来,网络安全计划受到越来越多的重视,这很可能是为了应对使用芯片的互联物联网设备、汽车和数据中心的激增。

当然,如果我们今天重新调查我们的受众,我们预计网络安全将在半导体高管的议事日程上占据明显更高的位置。我们敦促半导体公司正视芯片易受攻击的现实。硬件可能会被攻破,当它向外传播到技术生态系统中的设备时,会产生瀑布效应。

基于硬件的安全性从集成晶体管级别的安全性开始。因此,半导体公司需要从一开始就构建网络安全,将其纳入芯片产品设计阶段的核心要素。

最后,半导体公司将需要不断重新评估安全漏洞和防御,因为网络威胁总是在演变,而且变得越来越复杂。2018年1月证明了这一点。

战略优先级分裂

在当今高度互联和数字化的世界里,技术变革的步伐十分迅速。因此,在未来3年里,将业务多元化重新列为半导体高管的首要战略重点,也就不足为奇了。在传统终端市场之外,对越来越强大的芯片的需求继续增加。

未来三年,不同高管的战略优先级排队

但值得注意的是,今年对这一问题的回答更加复杂,表明半导体行业有许多机会。随着半导体企业寻求转变研发和运营方式以更快地进入市场、进入更多领域、更灵活地运营,颠覆性技术的实施取得了巨大的飞跃。

虽然产品多样化是首要的战略重点,但受访者(针对另一个问题)也认为,“扩大产品供应和增加差异化”是实现优化供应链的最大障碍。重要的是要记住,为了增加收入,公司核心竞争力之外的增长可能会给业务的其他部分带来新的挑战。

管理仍然在战略优先事项清单上占据重要位置,名列第三。许多外部趋势使人才发展成为人们关注的焦点。首先,美国的移民改革可能会在美国引发一场人才争夺战,要求企业更紧密地管理员工。其次,由于半导体公司从事并购活动,除非它们采取明智的措施来保护这两者,否则它们将面临失去员工和知识产权(IP)的风险。另一个日益令人担忧的问题是,科技巨头为了开发自己的内部芯片能力,正在挖走半导体人才。最后,随着半导体公司将人工智能嵌入到企业中,它们必须比以往任何时候都更加敏感地认识到人工智能对工作和人力资本的影响。

非常令人惊讶的是,在今年的战略优先次序中,清晰表达愿景/文化/目标和多样性/包容性下降了许多。2017年,所有行业,特别是科技、文化和多样性问题都成为关注的焦点,变得更加重要。我们预计,在可预见的未来,这种情况将继续下去。在毕马威2017年全球CEO展望报告中,将声誉和品牌风险列为首要关注点的CEO人数大幅上升。2017年,这是CEO的第三大风险(总共16人)。2016年,它甚至没有进入前10。现在,每家公司都在鱼缸里运作,不良行为者会迅速造成声誉和财务上的损害。所有的公司都应该加强与员工之间的诚信和包容,而不能不以为然。

交易市场才是真正的交易

并购往往是实现业务多元化的关键机制。第二大战略重点是完成收购、合并或合资企业。

许多半导体行业的领导者仍然认为,并购交易对近期增长不可或缺。随着依赖半导体的技术不断发展并以惊人的速度出现,并购和合资企业可以帮助芯片制造商保持行业变革的领先地位。事实上,有一半的受访者认为,半导体交易的估值仍将上升。(鉴于我们是在博通主动收购竞争对手高通之前进行这项调查的。博通主动收购高通是一笔极具变革意义的交易,将缔造出该行业规模空前的公司。

由收入增长带动的并购活动受到几个因素的推动。我们预计,该行业的顶尖企业将拥有大量现金,在最近的税制改革之后,美国企业可能尤其如此。领先的半导体公司和其他现金充裕的买家可能会努力收购邻近的技术。

重新思考研发

正如我们之前提到的,50%的受访者计划明年增加研发支出,以维持过去50年来推动该行业飞速发展的创新步伐。但真正重要的是他们如何做到这一点。我们的调查结果显示,对于51%的公司,在使研发支出与市场机会保持一致方面仍有改进的余地。此外,三分之一的公司浪费了超过10%的研发支出,一些公司浪费了超过20%。在这样一个快速发展和竞争激烈的行业中,我们可以预想一些创新资金永远无法投入市场,但太高的失败率是难以接受的。

许多半导体公司正在实施数据分析和敏捷方法,以提高研发和产品开发过程的效率,使他们能够以更有利可图的产品进入市场,获得更多的市场份额,并获得更多的收入。超过一半(54%)的受访者在研发中使用数据和分析,45%的受访者将敏捷开发(在软件领域更为常见的一种技术)纳入硬件产品开发工作。其他用于提高研发效率的流行技术包括零基预算(ZBB)和模块化设计。我们还发现,一旦人工智能被嵌入到未来三年的研发职能中,39%的受访者表示研发人员数量将会增加。这些增加的创新资源需要以高效的研发过程为指导。

备受瞩目的传感器/ MEMS、微处理器

我们的受访者中强调,微处理器明显领先。微处理器仍然是普通电子、汽车、计算、消费和媒体设备的关键部件,随着人工智能和物联网市场走出早期发展阶段,它们只会进一步增长。事实上,目前风险投资的趋势表明,大量初创资金进入了支持人工智能的芯片组、神经网络、物联网和自动驾驶汽车。半导体公司正大举押注于人工智能革命和互联时代,预计它们所在的行业将在创造芯片、生产足够存储器和计算能力以支持两者方面发挥作用。目前正推动着如此巨大的收入增长的存储器实际上排名最低。高管们可能认为,考虑到已经投入到存储器领域的投资水平,存储器领域已经被榨干了。

如果你有5亿美元投资半导体行业,你会投资哪些领域?

同样,传感器/MEMS(与去年一样)预计将在2018年为该行业提供最高的增长机会,其次是微处理器。但我们今年也看到了更多的响应,表明在其他领域的机会越来越多,包括存储器、光电子、模拟/RF/混合信号。

芯片需要更广泛的应用

没有芯片你根本离不开家:任何一个连续数小时盯着智能手机屏幕的人,都不会对推动半导体收入增长的最重要应用市场是无线通信(包括智能手机和其他移动设备)而感到惊讶,就像去年的情况一样。

然而,我们的发现再次表明,半导体产品的最终用途变得更加多样化。今年,目标应用程序市场的分布更加均匀。无线通信、物联网、有线通信、消费电子、工业、汽车、云计算、机器人/无人机、安全以及人工智能,所有这些都被列为“非常重要的应用市场”,将在明年推动收入增长。

值得注意的是,人工智能去年甚至几乎没有出现在雷达上。物联网可以根据绝对数量产生结果。此外,随着消费者对照片、电子邮件、音乐和其他个人数据的存储空间的需求不断增加,云计算实现了巨大的飞跃。显然,推动该行业发展的不再只是少数几个终端市场;现在有大约10个或11个终端市场是非常重要的。我们需要更灵活的芯片和系统来满足更多技术应用的需求;随着新兴技术开始成为主流,半导体公司需要在研发方面变得更加高效。

全球市场

我们的调查显示,在过去10年的大部分时间里,美国和中国这两个传统半导体强国主导着半导体销售,未来3年,它们将继续保持半导体收入增长的最重要地理区域地位。但这两个国家都不像一年前那么重要了。对这两个国家销售额下降的预测可能与两国之间新的或预期的贸易限制有关。对中国营收增长的高预期,可能还将继续源于中国有意实现半导体行业的本土化,减少对进口的依赖。

此外,其他国家也开始变得强大。随着全球消费技术使用的增加,以及全球科技商业中心在新兴市场涌现,受访者预计,在不久的将来,台湾、日本、韩国、印度和巴西的芯片销量将会增加。随着对两大市场的依赖程度降低,半导体企业将需要扩大目标,在此前未开发的地区更积极地寻找机会。

一系列问题让高管们夜不能寐

尽管今年的调查对象前景乐观,但他们仍有很多顾虑。一系列的挑战正在汇集为他们的业务的首要问题,包括平均销售价格(ASP)的下降、跟上不同客户需求的步伐、制造和后端设备的高成本、摩尔定律的延续和微缩,以及产能限制。

平均售价下降仍然是行业面临的最大问题,这可能是因为存储器的价格(当前撑起市场的部分)最终将不得不趋于平稳,因为更多设备用于生产存储器,导致供应量大量增加和过剩的库存积累。

What do you see as the biggest issues facing the semiconductor industry during the next three years?

满足多样化的客户需求是第二个最常见的行业问题(42%),也是自去年调查以来排名上升幅度最大的问题。这一发现与半导体公司强调向新领域、新应用和新地区进行多元化发展,以抓住传统销售渠道之外的新机遇相一致。

在今年的问题中,跨境监管成为了一种新的应对措施,而且首次出现就表现强劲,23%的受访者将其列为该行业未来三年面临的最大问题之一。考虑到供应链的全球性,以及不断演变的贸易协定和税收改革格局,这并不令人意外。

在今年的调查中,“研发成本不断上升”的现象已从两年前的首位下降至第7位,因为其他挑战对受访者而言变得更为重要。2017年创纪录的销售增长也可能缓解了今年调查中的这一特别担忧,但在2016年的调查中,这一反应也有所下降。也许,零基础预算、D&A、敏捷方法和其他使研发效率更高的技术的总体注入,在许多答复者的眼中已经达到了充分缓解这个问题的程度。

总结

半导体行业似乎正处于扩张阶段,前面有一条重要的跑道。2018年的收入预期是健康的。大多数受访者表示,他们的公司明年将增加研发和资本投资。很少有受访者预测他们的员工会缩减。

最重要的战略重点(多样化、并购和人才管理)仍然是一致的,尽管程度低于去年。实施颠覆性技术和最大限度地降低网络安全风险在今年的排名中攀升,这是可以理解的。相反,以外部为中心的更快的市场速度和以内部为中心的表达愿景/文化/目的和多样性/包容性类别的排名则远低于去年。

包括物联网、汽车、人工智能、云计算和机器人/无人机在内的各种新应用越来越重要,对半导体产品的需求也越来越复杂。虽然这有利于增长,但也对企业提出了挑战,要求它们在以下方面更加自律:

•花费他们的研发资金

•收购目标公司(半导体或相关技术)

•为他们的产品和系统设计安全性

平均售价下降仍被视为未来三年的行业头等大事,但重要程度比去年小得多。与不同客户需求保持同步在今年跃升至第二位,我们推测它在可预见的未来仍将保持高排名。另外值得注意的是,跨境监管今年在问题清单上首次亮相。

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