(2023.9.18)半導體周要聞－莫大康

1. 2022年半導體設計IP銷售排名出爐

IPnest 于 2023 年 4 月發布了“設計 IP 報告”，按類別(CPU, DSP, GPU和ISP，有線接口，SRAM內存編譯器，閃存編譯器，庫和I/O, AMS，無線接口，基礎設施和其他數字)和性質(許可和版稅)對IP供應商進行了排名。

其中，設計 IP 收入在 2022 年達到 $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 名供應商的增長并不均衡。當排名第二的 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. 臺積電日本廠預計2024年底量產，或在2025年盈利

對于臺積電在熊本設廠的原因，消息人士認為一是蘋果希望臺積電全力支持其主要供應商索尼；二是臺積電與日本保持了長期的互利關系，這有望提高其在材料方面的研發能力，并確保穩定的產能供應。三是日本政府為工廠建設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險。

近期臺積電日本二廠的相關細節曝光，預計將在2024年4月動工，目標在2026年底開始進行生產，總投資額預計將超過1萬億日元，主要生產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能不夠，日本第二座廠將朝成熟制程方向評估，目前沒有導入先進制程的計劃。

3. 三國殺將至，三星欲在新戰場給臺積電沉重一擊

據TrendForce統計，今年第一季度，三星晶圓代工業務全球市場占比為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，三星聯合首席執行官Kyung Kye-hyun在首爾國立大學的一次講座上表示，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先進制程芯片的工廠，將在2024年開始大規模生產4nm芯片，領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，預計要到2025年才能量產。在這一點上，三星認為擊敗了臺積電。

今年5月，三星電子半導體業務主管慶桂顯也曾表示：“老實說，我們的晶圓代工技術落后于臺積電，三星4nm制程落后臺積電兩年，3nm落后一年左右

據報道，截至2023年4月，三星4nm產線的良率約為60%，而臺積電的為70%-80%。

今年7月，據韓國媒體報道，三星4nm良率已經提升至75%，與臺積電持平。

臺積電的第一代3nm在2022年第四季度量產，但由于成本太高，且良率低，量產規模很有限，當時，在業界形成了“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處理器開始大規模量產，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率為4~6%。

臺積電的3nm（N3）制程，在經歷了2022年的“雷聲大，雨點小”之后，2023下半年，終于迎來了大規模量產時刻，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。從晶體管數量和制程演進情況來看，N3E的性能提升還是比較明顯的，也沒有辜負臺積電3nm一年來的“臥薪嘗膽”。

關于3nm制程的良率，臺積電方面還沒有確切數字，有傳聞說是55%，而據韓國經濟日報和BusinessKorea報道，知名半導體分析師樸相昱指出，三星3nm良率已經提升至60%，

2nm制程距離量產還有至少兩年時間，從過去幾年的發展情況來看，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。就像前文提到的，三星電子半導體業務主管慶桂顯表示要再5年內超越臺積電，就是要以2nm為轉折點。

目前，該公司的4nm制程進展也算順利，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12nm、16nm、22nm和28nm芯片。據報道，臺積電日本工廠生產的芯片成本將比臺灣地區高出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進入E級時代，即每秒可進行百億億次數學運算的超級計算機。未來還將進入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芯片使用了先進的6nm工藝，可以達到1.1億個Flops，若算力再提高到1000倍（z級時代），即使技術能達到3納米，想要實現Z級計算，功耗為8000兆瓦，相當于2021年北京市總電力負荷的三分之一。

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6.6億美元實現了E級計算，相當于40億人民幣。

此外， CPU、FPGA、GPU等現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%；二是技術資源利用率低，僅不到5%；同時，數據傳輸能耗高達90%。

“在人工智能完全智能化的發展中，我們一個重要的任務就是提高芯片自學能力和接受教育的能力。如同人類接受教育和學習成長一樣。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不斷學習成長。但智能軟件是實現智能的載體，應具備自我學習能力，通過軟件賦予硬件持續迭代的能力。”因此，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，魏少軍教授總結了智能AI芯片應具備的基本要素：

1)、學習能力、接受教育并成長的能力;

2)算法和軟件的自主演進能力;

3)、自主認知、自主判斷、自主選擇和自主決策；

4)、可編程性：適應算法的演進和應用的多樣性;

5)、架構的動態可變性：適應不同的算法，實現高效計算;

6)、高效的架構變換能力：<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;

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

9)、低成本：能夠進入家電和消費類電子

10)、體積?。耗軌蜓b載在移動設備上;

11)、應用開發簡便：不需要芯片設計方面的知識

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，分別以出貨數量、出貨金額進行展示。從數量上看，聯發科依舊保持市場領導地位，而紫光展銳是今年季度環比增長最快的芯片企業。全球市占率達到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學習機、智能眼鏡、商用機器人等創新品類，不局限于單一的手機市場。此外，在工業電子領域，展銳5G解決方案已在智慧電力、智慧園區、智慧采礦、智慧醫療、智能制造、金融支付、共享經濟、工業物聯網等垂直領域商用落地。搭載展銳5G芯片的物聯網模組、CPE等產品已通過CE、GCF、FCC等多類海外認證，實現全球成熟量產出貨。

6. 臺積電、英偉達、英特爾、蘋果等大廠搶攻硅光子技術

根據Bloomberg的報道，蘋果采用的正是硅光子技術，技術原理為透過激光發出特定波長的光，照射到皮膚下組織被葡萄糖吸收的區域，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將委由臺積電制造。

從感測的應用來看，硅光子在自動駕駛汽車與無人機應用的領域也同樣受到關注。激光雷達（LiDAR）的高感測精準度被視作自駕車發展的關鍵，但目前的發展卻仍受限于成本高昂與技術復雜程度，未來若應用硅光子技術，預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。

業界預測，硅光子市場（以裸晶計算）規模將從2021年的1.52億美元，在2027年攀升至9.27億美元，對于許多已經進入發展高原期的領域而言，硅光子市場才正要起飛，其年復合成長率達到36%，無疑是讓業界看重并起而投入的一大原因。

帶動硅光子技術發展，并且成為新興潛力市場的一大原因，是來自光通訊的需求。延續摩爾定律越來越困難，但數據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，還能達到有效降低成本的效益。

業界指出，硅光子技術可望帶來的突破還包括更精準、敏感的生物分析和檢測，其中最受市場期待的應用是血糖偵測。

7. 最悲觀分析師終于看好芯片了

市場研究公司 Future Horizons 的首席執行官兼首席分析師馬爾科姆·佩恩 (Malcolm Penn) 將他預計的 2023 年芯片市場收縮規模減少了一半。

2022 年 5 月，Penn 表示芯片市場將萎縮 17% 至 26%。2023 年 5 月，他將該預測下調至 18% 至 22% 之間，其中最有可能的結果是 20%。Penn 在其最新的芯片市場簡報中預測，市場將萎縮 8.5% 至 11.5%，中間為負 10%。這使得 Penn 與 Gartner (-11%) 和 WSTS (-10.3%) 等其他預測機構保持一致。

Penn 將其想法的改變歸因于 2023 年第二季度市場環比增長遠強于預期。盡管他原本預計環比會收縮 5%，但 WSTS/SIA 統計數據卻顯示增長了 6%。

8 . 晶圓代工廠商最新營收排名公布，多家半導體企業融資新進展曝光

9. 測試表明3nm對蘋果處理器改進不明顯，工藝提升之路走到盡頭了？

蘋果最新發布的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不多，難道通過工藝提升處理器性能之路快到盡頭了嗎？

數據顯示，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

當前，在電動化、智能化、網聯化和共享化等“新四化”趨勢推動下，汽車已經成為“輪子上的數據中心”，汽車半導體用量迅速提升。預計到2030年，高端汽車物料清單中，芯片比重將從當前的4%左右提升至20%以上。

長期以來，汽車行業一直被認為是技術落后者，只注重落后工藝，但實際上，汽車行業在2022年開始使用5nm工藝—— 距離5nm進入量產僅兩年。

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，智能座艙的明星產品是2019年高通發布的驍龍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，持續追求先進制程，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、英特爾、聯發科等高性能計算玩家進入車用市場，推動汽車算力平臺制程向7nm及以下延伸。