半導體產值下修 模擬芯片的現在與未來

世界半導體貿易統計組織 (WSTS) 發布2022年8月最新半導體市場預測，由于消費性電子終端需求疲弱，導致內存價格下跌、產值縮水，加上內存市場成長動能趨緩，預估今年全球半導體市場成長率將由原來的16.3%下修至13.9%，市場規模達6,332.38億美元，較原先預期的6,464.56億美元調降2.0%。2023年市場成長率則自5.1%下修至4.6%，市場規模達6,623.6億美元，較原先預期的6,796.5億美元調降2.5%，雖然如此，今、明總體市場規模仍將續創新高。

隨著動態隨機存取內存(DRAM)及儲存型閃存(NAND Flash)供給過剩，價格走跌，今年下半年價格恐將持續走跌，因此，WSTS原本預估今年全球內存市場產值年增率達18.7%，明年再成長3.4%，大幅下修今年全球內存市場產值年增率為8.2%，明年下修至0.6%。這波預測修正也包含微處理器（MPU）、微控制器（MCU）等微組件市場成長率，由原先預期的11.4%下修至5.9%，明年成長率由5.3%調降至3.6%。不過，WSTS卻反向調升模擬組件2022年市場年增率，由19.2%上修至21.9%，明年成長率則由5.7%上修至6.4%。

WSTS表示，今年半導體市場仍有機會超過6,000億美元（約合新臺幣17.8兆元）。主要類型芯片多出現雙位數年成長，其中，邏輯IC產值可望成長約24.1%，模擬IC成長約21.9%，傳感器成長約16.6%，光電子成長約0.2%。以地區來看，亞太地區預計成長10.5%、美洲23.5%、歐洲14%、日本14.2%。

IC Insights則預估，隨著5G手機出貨量增加，相關基礎設施到位，2022年通訊產業將占模擬IC銷售的最大部份，其中，無線通信應用將占整體模擬通訊領域銷售額的91%，有線通訊應用則占9%。由于手機、筆電及各類行動裝置的電池供電系統都需要這類芯片調節電源，避免裝置運作時溫度過熱，同時延長電池壽命，加上這些芯片還具有通訊接口、顯示器背光等調節功能，市場整體需求仍相當大。

混合模擬數字IC當道 模擬芯片市場的「4個最」
IC市場又可分為四大產品別：模擬、邏輯、內存和微型組件，近兩年芯片短缺潮中最短缺的是模擬和電源管理芯片。工研院電子與光電系統研究所所長張世杰指出，如今已經沒有純粹的數字IC或模擬IC，多是混和模擬數字IC，但還是存在純粹的內存IC，如Flash、Dram，只能區分數字導向設計IC，以制程微縮達到面積、速度、功耗優化等效益，也包含頻率、傳輸、電源調控等大量模擬電路；非數字導向設計IC(模擬IC)則特別要求高精度、低噪聲等質量，也會借重大量數字電路以達算法校正。

張世杰進一步說明，目前工業應用上多為「少量多樣高規」，是典型模擬芯片市場。「高規」指的是具備精確度、大電壓范圍、極高速(射頻)、極低功耗、低噪聲等特性。隨著智能制造每年以10%的年復合成長率發展，工業應用成為「最需要」模擬芯片的市場。由于各式機臺具有獨特的智能制造規格與特性，加上少量多樣制程要求，勢必帶動芯片需求與成長性。

汽車產業中以半導體為主的先進駕駛輔助系統(ADAS)未來5年有20%的年復合成長率；電動車每年則以2%的滲透率持續成長；車用芯片年產值約600億美元，具有10%年復合成長率的實力，所以電動車是「最具成長性」的市場。以成長快速的電動車為例，一臺電動車保守估計需要500-1,500顆芯片，甚至福特Focus新款電動車需要高達3,000顆芯片。隨著電動車需求量逐年攀升，勢必帶動電池、開關、控制電路、雷達、光達等感測需求，以及一系列芯片的成長性。

通訊領域每年有15億支手機需求，市場規模穩定，約可造就300億美元的模擬(射頻前端、電源)芯片產值，也是「最穩定」的市場；PC/NB類市場每年約有3億臺出貨量，隨著新IO規格的推出，周邊產品的模擬芯片需求上看100億美元，稱得上是「最小兵立大功」的市場。

此外，低軌衛星大量布署并持續快速增加，地面應用多元擴展，從現今的固定式地面站，逐步擴展到車載、個人裝置到衛星IoT裝置，隨著地面接收站愈來愈多，不論是車載或個人裝置都需要模擬芯片，潛力無限，值得關注。

10大模擬芯片供貨商占據半壁江山
模擬芯片進入門坎高，似乎全是IDM廠的天下。IC Insights 發布的前10大模擬芯片供貨商銷售額、市占率排行，2020年與2021年相差不大，前三名為德儀(TI)、亞德諾(ADI)、思佳訊(Skyworks)。

德儀(TI)2020年模擬芯片占事業比重的75%，銷售額達108.86億美元，年增9%，市占率達19%，其中，約有一半制程為12吋晶圓。德儀已于美國德州謝爾曼(Sherman)興建全新12吋(300mm)半導體晶圓廠，預計2025年投產，新的晶圓廠將加入現有12吋晶圓廠陣營，包含位于德州達拉斯(Dallas)的DMOS6、德州理查德森(Richardson)的RFAB1及RFAB2；位于猶他州李海(Lehi)的LFAB預計2023年初投產。

 
圖 : 2021年全球前10大模擬芯片商營收排名。(source：IC Insights)

亞德諾(ADI)市占約9%，2017年并購Linear后，取得電流傳感器、云端用高電流等新市場，營收比重以工業為主(約53%)，其次是通訊(約21%)、汽車(約14%)，及消費性電子(約11%)。思佳訊(Skyworks)受惠于無線通信產品需求成長，以及5G、Wi-Fi 6技術升級，市占率達7%。

歐洲三大供貨商英飛凌(Infineon)、意法半導體(ST)、恩智浦(NXP)2020年全球市占率合計17%，其中，英飛凌受惠于汽車、電源等傳感器需求升溫，表現優于意法半導體及恩智浦。至于美信(Maxim)已被亞德諾(ADI)收購。

安森美(ONSemi)在功率半導體的發展僅次于英飛凌(Infineon)與德儀(TI)，產品包含功率組件、傳感器及電源管理，終端應用則涵蓋車用、醫療、消費性電子、工業、通訊與云端等領域，又以汽車(約37%)為大宗，工業次之(約28%)。微芯片科技 (Microchip) 產品主要應用于汽車、軍事、航天、通訊、計算機、制造業及消費性電子等領域。日本IDM大廠瑞薩電子 (Renesas)2021年起維持晶圓廠輕減（fab-light）策略，擴大委外代工，以提高微控制器（MCU）及功率半導體的供貨能力，希望2023年前將MCU供貨量提高50%。

Gartner統計，2020年全球車用半導體總產值約374億美元（約合新臺幣1.05兆元），其中，英飛凌、恩智浦、瑞薩、德儀及意法半導體等5大IDM即占43%，尤其英飛凌市占率達11.6%，為車用半導體龍頭。

張世杰觀察，模擬芯片全球前10大IDM公司都有強大應用體系支撐，如美系-國防工業，歐、日系-汽車工業。美系廠在太空、軍工產業支持下，在規格、操作環境上極致發展，并將產品輸出管制，保持自身優勢及對下游的引響力。

歐日系廠運用自身強大的汽車產業能量，從開發導入到安全法規，排除外來競爭，也累積芯片開發至整車系統工程的能量。不過，模擬芯片重視規格，從制程、設計、構裝必須偕同優化，驗測也需借重自測程序，IDM一定程度上必須垂直整合，以韓國為例，韓國現代汽車(HYUNDAI)全球成長快速，逐步復制歐日車用IC策略。

中國臺灣半導體業者的機會與挑戰
雖然各大IDM廠已搶得先機，臺灣也有代工大廠及供應鏈生態系，2021年半導體產值約達1,458億美元(約合新臺幣4兆元)，占全球26.2%，也許可以找機會切入新領域。張世杰認為，臺灣是晶圓代工重鎮，先進制程有相對成熟或落后的制程可以找尋應用機會，這些產能結合國內模擬芯片設計，可以開拓出以成本為優勢的產品模式。比方成熟制程可以活化利用，國內系統廠透過策略性投資，以資金門坎相對低的模擬芯片為目標，并導入自用，國內特殊應用標準品（ASSP）廠投資應用周邊模擬IC廠構建完整應用方案，可以發揮母雞帶小雞的效果。


 
圖: 中國臺灣2021年半導體產值1,458億美元(約合4兆臺幣)，占全球26.2%。(source：工研院)

此外，中國臺灣的優勢在于產業鏈完整集中，可以打造成本低、完整的解決方案。至于劣勢則是，不具高階應用且分工過于明確，多為配合ASSP方案或系統周邊的需求導向，導致業者僅能著力于低規格產品，而且無法定義創新產品，話語權仍掌握在IDM等大廠手中。


 
圖 : 中國臺灣IC設計主力在邏輯IC，內存及模擬感測組件相對較弱。(Source：工研院)

不過，中國臺灣目前已有業者發展Fab+design、System+design，有機會引入專業委外封測代工(OSAT)，整合成類IDM廠，如傳統封裝、先進封裝、高階測試多元發展的日月光投控就穩居龍頭地位，臺積電等產業龍頭也可以幫自己的模擬產品調整制程與架構。至于電動車市場近年來有業者大力推動傳統車廠分工，如鴻海的MIH電動車開放平臺（Mobility In Harmony Open EV Platform），臺廠可以把握這些機會，擴大實力與競爭力。簡單來說，中國臺灣很多廠房做了成熟制程就沒辦法做數字，成熟制程最適合做模擬IC，中國臺灣現在可以做具有成本優勢的產品，與舊產能結合，找新的出海口，在臺積電、聯發科、鴻海等「富爸爸」的帶領下，成功機會非常高。

未來2趨勢：異質整合+高效運算
展望2022年下半年或2023年，模擬芯片的未來趨勢還可以觀察哪些指標？
張世杰指出，近期超威半導體(AMD)市值已超越龍頭英特爾(Intel)，AMD的成功引出新的機會點，代表在摩爾定律推進下，還有其他多元進展方案有待發掘與挑戰，多芯片異質整合有機會在性能及成本上找出甜蜜點。模擬芯片是以規格導向，不追隨摩爾定律，過往都和數字芯片做出明確的產品區隔，「透過異質整合，可以將多樣態芯片整合，做到系統及封裝單元，這將是未來的產品趨勢。」
此外，世界級的芯片廠商如蘋果(Apple)、超威、英特爾、高通(Qualcomm)、聯發科技(MTK)等已透過各式垂直、水平排放整合多芯片以進行高效能運算，未來可密切注意這些大廠的發展動態，隨時掌握電源管理IC(PMIC)、IO芯片(IOIC)的最新整合進程。