中國半導體異軍突起 全球產(chǎn)業(yè)面臨超級周期
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最近幾年，半導體產(chǎn)業(yè)風(fēng)起云涌。一方面，中國半導體異軍突起，另一方面，全球產(chǎn)業(yè)面臨超級周期，加上人工智能等新興應用的崛起，中美科技摩擦頻發(fā)，全球半導體現狀如何？全球半導體的機會(huì )又將如何？
半導體的前世今生
半導體歷史沿革
芯片是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個(gè)電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線(xiàn)互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個(gè)管殼內，成為具有所需電路功能的微型結構；其中所有元件在結構上已組成一個(gè)整體，使電子元件向著(zhù)微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步。
自從1958年德州儀器發(fā)明出世界上第一塊集成電路以來(lái)，集成電路迅猛發(fā)展，歷史上大致從西從東形成轉移。從上世紀50年代發(fā)展至今，集成電路大體經(jīng)歷了三次產(chǎn)業(yè)變遷，分別是：在美國發(fā)明起源——在日本加速發(fā)展——在韓國臺灣分化發(fā)展。
縱貫全球半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的時(shí)間軸，可以劃分出七大時(shí)間節點(diǎn)：20世紀40-50年代晶體管時(shí)代及IC的誕生；60年代集成電路制造進(jìn)入量產(chǎn)階段，IC進(jìn)入了商用階段；70年代個(gè)人計算機出現，大規模集成電路進(jìn)入民用領(lǐng)域；80年代PC普及，整個(gè)行業(yè)基本都在圍繞PC發(fā)展；90年代PC進(jìn)入成熟階段；21世紀前10年互聯(lián)網(wǎng)大范圍推廣，網(wǎng)絡(luò )泡沫和移動(dòng)通訊時(shí)代來(lái)臨，消費電子取代PC成為半導體產(chǎn)業(yè)新驅動(dòng)因素；2010年至今大數據時(shí)代到來(lái)，半導體產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了增速放緩逐步進(jìn)入成熟。
半導體的產(chǎn)業(yè)鏈全景
半導體是許多工業(yè)整機設備的核心，普遍應用于計算機、消費類(lèi)電子、網(wǎng)絡(luò )通信、汽車(chē)電子等核心領(lǐng)域。半導體主要分為四部分：集成電路、分立器件、光電子器件、微型傳感器，其中集成電路按其功能可分為微處理器、邏輯IC、存儲器、模擬電路。其中集成電路占到整個(gè)市場(chǎng)的80%以上，可按其功能分為計算類(lèi)、儲存類(lèi)和模擬類(lèi)集成電路。
把整個(gè)半導體生產(chǎn)流程簡(jiǎn)化了看，我們可得出下圖，芯片在出廠(chǎng)前主要經(jīng)歷了設計、制造階段、封測，最后流向終端產(chǎn)品領(lǐng)域。
半導體產(chǎn)業(yè)鏈龐大而復雜，可以分為上游支撐產(chǎn)業(yè)鏈，包括半導體設備、材料、生產(chǎn)環(huán)境；中游核心產(chǎn)業(yè)鏈，包括IC設計、IC制造、IC封裝測試；下游需求產(chǎn)業(yè)鏈，覆蓋汽車(chē)電子、消費電子、通信、計算機。從產(chǎn)業(yè)鏈分布的公司來(lái)看：美國、日本、歐洲、臺灣公司形成對上中游核心產(chǎn)業(yè)全覆蓋，依靠技術(shù)自主可控壟斷半導體產(chǎn)業(yè)。
從全球集成電路市場(chǎng)看，隨著(zhù)PC應用市場(chǎng)萎縮，4G手機市場(chǎng)逐漸飽和，全球集成電路市場(chǎng)的增長(cháng)步伐放緩，但2018年全球集成電路銷(xiāo)售額仍保持了15.94%的增長(cháng)，達到4779.36億美元。從1999年到2018年，全球半導體銷(xiāo)售額從1494億美元增長(cháng)至了4779.36億美元，年復合增長(cháng)率為6.31%。
據Gartner公司的數據顯示，三星電子和蘋(píng)果仍然是2018年兩大半導體芯片買(mǎi)家，占全球市場(chǎng)總量的17.9%，與上一年相比下降了1.6%。受出貨量和平均銷(xiāo)售價(jià)格增長(cháng)的推動(dòng)，英特爾去年的半導體營(yíng)收較2017年增長(cháng)了13.8%。此外，其他主要內存芯片廠(chǎng)商去年的表現也較為強勁，包括SK海力士和美光。
計算類(lèi)IC——硬核科技的代表
計算類(lèi)芯片也稱(chēng)邏輯電路，是一種離散信號的傳遞和處理，以二進(jìn)制為原理、實(shí)現數字信號邏輯運算和操作的電路，它們在計算機、數字控制、通信、自動(dòng)化和儀表等方面中被大量運用。邏輯電路可以分為標準化和非標準化兩大類(lèi)。
縱觀(guān)全球半導體，作為資金與技術(shù)高度密集行業(yè)，半導體目前形成深化的專(zhuān)業(yè)分工、細分領(lǐng)域高度集中的特點(diǎn)，邏輯IC作為半導體行業(yè)的核心，自上世紀末開(kāi)始，近20年來(lái)持續保持增長(cháng)態(tài)勢，CAGR達到8.51%，2018年邏輯IC市場(chǎng)規模達到新高1093億美金，約占全球半導體市場(chǎng)總值的四分之一。
目前世界范圍內主流標準化邏輯電路有四種：CPU、GPU、ASIC、FPGA。由于西方國家電子信息化擁有先發(fā)優(yōu)勢，形成了對革命性產(chǎn)品的壟斷，邏輯IC行業(yè)形成了較高市場(chǎng)準入門(mén)檻，四個(gè)主流領(lǐng)域多被歐美發(fā)達國家的電子巨頭所控制。
CPU
CPU從1971年發(fā)展至今已經(jīng)有四十七年的歷史了，提起CPU不得不說(shuō)Intel公司的發(fā)展史就是CPU的發(fā)展簡(jiǎn)史。英特爾公司最早有三位創(chuàng )始人：羅伯特·諾宜斯、高登·摩爾、安迪·葛洛夫。集成電路技術(shù)的發(fā)展一直遵循摩爾定律，高登·摩爾就是摩爾定律創(chuàng )始人。
CPU是一塊超大規模的集成電路，是計算機的運算核心和控制核心。它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據。CPU的結構主要包括控制單元、運算器、高速緩存器、動(dòng)態(tài)隨機存取存儲器四個(gè)部分，分別對應控制、運算、高速數據交換存儲、短暫存儲四個(gè)用途。
多年來(lái)，隨著(zhù)電子信息技術(shù)發(fā)展，CPU在集成電路領(lǐng)域仍保持強大的競爭優(yōu)勢，源于CPU諸多優(yōu)勢，其一CPU是通用類(lèi)計算芯片，能適應不同應用場(chǎng)景，包括手機、汽車(chē)、工業(yè)制造、計算機等。其二性能上穩定性好、運算能力突出、功耗適中、開(kāi)發(fā)周期相對較短、成本較低。
CPU可分為桌面CPU和移動(dòng)CPU兩大類(lèi)。桌面CPU行業(yè)目前形成傳統霸主英特爾與后起之秀AMD兩強爭霸的局面。
工藝制程方面，目前CPU頂級的工藝制程為14nm，正在向10nm推進(jìn)。AMD通過(guò)多年研發(fā)投入，從不同等級產(chǎn)品的核心數、基頻、主頻、緩存、工藝制程等多項技術(shù)參數上看已經(jīng)不落后于Intel，但缺陷也是明顯的，AMD產(chǎn)品工作主頻往往產(chǎn)生較高發(fā)熱量，功耗過(guò)大，反映了AMD追求低成本工藝制作與Intel追求極致工藝制作的較大差距。
應用領(lǐng)域上，CPU作為任何電子終端產(chǎn)品的核心部件，被大規模應用在個(gè)人PC、平板電腦、大型服務(wù)器、商用無(wú)人機、移動(dòng)設備上。
移動(dòng)CPU領(lǐng)域呈現一超多強的局面，美國高通公司一直在高端移動(dòng)處理器市場(chǎng)中占據壟統治地位，至今這種優(yōu)勢依舊難以打破。其競爭對手主要包括美國蘋(píng)果電腦、臺灣聯(lián)發(fā)科和韓國三星電子。
GPU
由于CPU的架構中需要大量的空間去放置存儲單元和控制單元，相比之下計算單元只占據了很小的一部分，所以它在大規模并行計算能力上極受限制，而更擅長(cháng)于邏輯控制。但是隨著(zhù)人們對更大規模與更快處理速度的需求增加，CPU無(wú)法滿(mǎn)足，因此誕生了GPU。
GPU是圖形處理器，是一種專(zhuān)門(mén)在個(gè)人電腦、工作站、游戲機和一些移動(dòng)設備(如平板電腦、智能手機等)上圖像運算工作的微處理器，擁有很強的浮點(diǎn)運算能力。它與CPU有明顯區別：一是相比于CPU串行計算，GPU是并行計算，同時(shí)使用大量運算器解決計算問(wèn)題的過(guò)程，有效提高計算機系統計算速度和處理能力，它的基本思想是用多個(gè)處理器來(lái)共同求解同一問(wèn)題，即將被求解的問(wèn)題分解成若干個(gè)部分，各部分均由一個(gè)獨立的處理機來(lái)并行計算。二是GPU的結構中沒(méi)有控制器，所以GPU無(wú)法單獨工作，必須由CPU進(jìn)行控制調用才能工作，GPU更適合簡(jiǎn)單大量的處理類(lèi)型統一的數據。
雖然GPU是為了圖像處理而生的，但是我們通過(guò)對GPU微架構示意圖觀(guān)察，認為GPU在結構上并沒(méi)有專(zhuān)門(mén)為圖像服務(wù)的部件，只是對CPU的結構進(jìn)行了優(yōu)化與調整，所以GPU也可以稱(chēng)為專(zhuān)用CPU。
談到GPU，可能首先想到的是NVIDIA，這是一顆GPU領(lǐng)域的璀璨明星，NVIDIA成立于1993年，由黃仁勛等三人創(chuàng )辦，從1995年開(kāi)始推出自己的顯卡NV1和NV2，但并不成功，真正讓NVIDIA嶄露頭角的是1997年推出的RIVA128，這款顯卡像素填充率為100 Mpiexl/s，支持微軟的Direct 3D標準，在能效上超越了3Dfx的Voodoo和ATI的Rage Pro，加上價(jià)格低廉獲得了很多整機廠(chǎng)的青睞，隨后NVIDIA乘勝推出了RIVA TNT及GeForce 256，徹底將3Dfx和S3這些昔日的霸主拋在身后，此時(shí)唯一能與之相爭的只有ATI的Radeon，ATI的Radeon系列與NVIDIA的GeForce系列的對抗直到2006年才罷場(chǎng)，AMD成功收購ATI，獨立GPU市場(chǎng)形成NVIDIA和AMD兩大巨頭的格局。
從產(chǎn)品上來(lái)看，兩家公司GPU特點(diǎn)和優(yōu)勢完全不同，這緣于研發(fā)思路存在差異：NVIDIA產(chǎn)品特點(diǎn)主要有四點(diǎn)：一是設計思路歸于高性能、低功耗；二是性能強大，經(jīng)常壟斷高端旗艦級市場(chǎng)，高端N卡占據優(yōu)勢比較明顯；三是支持PhysX、TXAA、FXAA等多個(gè)技術(shù)；四是驅動(dòng)程序完善。
AMD的產(chǎn)品特點(diǎn)在于：一是芯片單一性能突出，功耗普遍較大；二是主打入門(mén)級的產(chǎn)品，性?xún)r(jià)比高，覆蓋中低端市場(chǎng)；三是支持AMD Eyefinity寬屏技術(shù)；四是挖礦性能相當突出?？傊?，N卡主要有低功耗、驅動(dòng)成熟、追求極致性能，產(chǎn)品線(xiàn)完善等優(yōu)勢，A卡則主要是性?xún)r(jià)比相對更高，計算能力強，繪圖、挖礦更有優(yōu)勢，畫(huà)質(zhì)較好，但高端產(chǎn)品線(xiàn)較少。
ASIC
近年隨著(zhù)以比特幣為代表的虛擬貨幣市場(chǎng)的火爆，催生了一大批生產(chǎn)“挖掘”虛擬貨幣設備的礦機廠(chǎng)商，相較于我們常見(jiàn)的CPU、GPU等通用型芯片來(lái)說(shuō)，ASIC芯片的計算能力和計算效率都直接根據特定的需要進(jìn)行定制，所以其可以實(shí)現體積小、功耗低、高可靠性、保密性強、計算性能高、計算效率高等優(yōu)勢，特別適合礦機這種對芯片算力要求高、功耗要求小的特定應用領(lǐng)域。缺點(diǎn)是ASIC不同于GPU和FPGA的靈活性，定制化的ASIC一旦制造完成將不能更改設計要求高、初期成本高、開(kāi)發(fā)周期長(cháng)。
由于挖礦屬于邊緣應用領(lǐng)域，AI仍是ASIC的主要應用領(lǐng)域，隨著(zhù)人工智能時(shí)代到來(lái)，傳統的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )算法在通用芯片(CPU、GPU)上效率不高，功耗比較大，因此從芯片的設計角度來(lái)說(shuō)，通用型往往意味著(zhù)更高的成本。為了提升效率，降低功耗，ASIC應運而生。目前從全球范圍來(lái)看，基于人工智能方向的ASIC領(lǐng)域并未出現“一家獨大”的局面，反而呈現出國內外電子科技巨頭、科研院所和國內初創(chuàng )型公司互相競爭的格局，國外以Google、IBM、Intel、斯坦福大學(xué)為首，國內有中星微電子、寒武紀科技、啟英泰倫。
FPGA
通用處理器的摩爾定律已入暮年，而機器學(xué)習和Web服務(wù)的規模卻在指數級增長(cháng)。人們使用定制硬件來(lái)加速常見(jiàn)的計算任務(wù)，然而日新月異的行業(yè)又要求這些定制的硬件可被重新編程來(lái)執行新類(lèi)型的計算任務(wù)。FPGA正是一種硬件可重構的體系結構，常年來(lái)被用作高計算領(lǐng)域專(zhuān)用芯片(ASIC)的小批量替代品。
FPGA指現場(chǎng)可編程門(mén)陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專(zhuān)用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門(mén)電路數有限的缺點(diǎn)。
FPGA能部分替代ASIC是有原因的，一是FPGA并行運算，二是硬件結構可變，三是運行中可更修改。
FPGA的核心優(yōu)勢，主要有五個(gè)方面：可編程靈活度高、并行運算效率高、開(kāi)發(fā)周期較短、穩定性好、長(cháng)期維護。
全球FPGA市場(chǎng)被國外四大巨頭Xilinx(賽靈思)，Altera(阿爾特拉已被英特爾收購)、Lattice(萊迪思)、Microsemi(美高森美)壟斷。從產(chǎn)品上看，賽靈思公司多年來(lái)保持FPGA行業(yè)霸主地位，源于產(chǎn)品超強的競爭力，一是賽靈思FPGA在集成上不斷突破，工藝制程一直保持領(lǐng)先，芯片效率高、功耗小。二是產(chǎn)品定位于高端市場(chǎng)，應用領(lǐng)域覆蓋汽車(chē)、數據中心、消費類(lèi)電子、高性能計算、醫療、有線(xiàn)通信等附加值高的行業(yè)。三是技術(shù)專(zhuān)利數量龐大，形成了抵御同業(yè)對手的天然壁壘。
DSP
除了以上四種主要標準化電路，非標準化邏輯電路也在各種應用領(lǐng)域被大量應用，DSP是應用領(lǐng)域比較廣泛的一種。
區別于FPGA適用于系統高速取樣速率、高數據率、框圖方式編程、處理任務(wù)固定或重復、使用定點(diǎn)。適合于高速采樣頻率下，特別是任務(wù)比較固定或重復的情況以及試制樣機、系統開(kāi)發(fā)的場(chǎng)合。DSP，也稱(chēng)數字信號處理器，適用于系統較低取樣速率、低數據率、多條件操作、處理復雜的多算法任務(wù)、使用C語(yǔ)言編程、系統使用浮點(diǎn)。適合于較低采樣速率下多條件進(jìn)程、特別是復雜的多算法任務(wù)。DSP是由通用計算機中的CPU演變而來(lái)的，和工業(yè)控制計算機相比，DSP這種單片機具有多重優(yōu)勢：一是系統結構簡(jiǎn)單，使用方便，實(shí)現模塊化；二是可靠性高，可保持長(cháng)時(shí)間無(wú)故障工作；三是處理功能強，速度快；四是控制功能強；五是環(huán)境適應能力強。
DSP憑借卓越的性能，在圖形圖像處理，語(yǔ)音處理，信號處理等通信領(lǐng)域起到越來(lái)越重要的作用，被廣泛應用于移動(dòng)通信、電機控制、汽車(chē)毫米波雷達圖像處理、測量?jì)x表等領(lǐng)域。
依據DSP主流廠(chǎng)商產(chǎn)品的特點(diǎn)，可以預計未來(lái)DSP技術(shù)將向以下幾個(gè)方面繼續發(fā)展與更新：一是DSP芯核集成度越來(lái)越高，通過(guò)縮小DSP芯片尺寸，實(shí)現了DSP系統級的集成電路；二是為了面向復雜應用領(lǐng)域，可編程DSP芯片將成為未來(lái)主導；三是定點(diǎn)DSP仍占據主流，隨著(zhù)DSP定點(diǎn)運算器件成本的不斷低，能耗越來(lái)越小的優(yōu)勢日漸明顯，未來(lái)定點(diǎn)DSP芯片仍將是市場(chǎng)的主角。
總體上來(lái)看，通過(guò)對多種計算類(lèi)芯片全方位對比，計算類(lèi)芯片經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，CPU不再一枝獨秀，多種新應用領(lǐng)域對復雜計算產(chǎn)生強大需求，由此產(chǎn)生專(zhuān)注于圖像處理的芯片GPU；可以靈活編程，大幅縮短開(kāi)發(fā)周期的芯片FPGA；進(jìn)行了定制設計優(yōu)化，在特定應用場(chǎng)景下功耗及量產(chǎn)成本較低的ASIC芯片；以及融合數字信號處理算法，專(zhuān)用于數字信號處理領(lǐng)域的DSP芯片等都得到了廣泛的應用與快速的發(fā)展。
目前，計算類(lèi)芯片已經(jīng)形成了以CPU、GPU、FPGA、ASIC、DSP并行發(fā)展的新趨勢，可以預見(jiàn)，隨著(zhù)未來(lái)5G通訊、傳感器(MEMS)、可穿戴設備、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機器人、VR/AR以及人工智能等新興領(lǐng)域市場(chǎng)的發(fā)展擴大，對計算類(lèi)芯片性能、技術(shù)、能耗等方面的需求將繼續驅動(dòng)各種計算類(lèi)芯片在技術(shù)上得到更加快速的發(fā)展。
存儲IC——現代信息技術(shù)的基石
存儲器可以說(shuō)是大數據時(shí)代的基石。存儲器就類(lèi)似于鋼鐵之于現代工業(yè)，是名副其實(shí)的電子行業(yè)“原材料”。計算機中的全部信息，包括輸入的原始數據、計算機程序、中間運行結果和最終運行結果都保存在存儲器中。
從大類(lèi)上看，存儲器可以分為光學(xué)存儲器、半導體存儲器、磁性存儲器。半導體存儲器是目前最主要的存儲器類(lèi)別，以斷電后存儲數據是否丟失為標準，半導體存儲芯片可分兩類(lèi)：一類(lèi)是非易失性存儲器，這一類(lèi)存儲器斷電后數據能夠存儲，主要以NAND Flash為代表，常見(jiàn)于SSD(固態(tài)硬盤(pán))；另一類(lèi)是易失性存儲器，這一類(lèi)存儲器斷電后數據不能儲存，主要以DRAM為代表，常用于電腦、手機內存。除了NAND Flash和DRAM，還包含其他門(mén)類(lèi)，例如Nor Flash、SRAM、RRAM、MRAM、FRAM等。
存儲器行業(yè)屬于強周期性行業(yè)，從歷史表現上看，存儲器行業(yè)總是處于交替出現的漲跌循環(huán)之中。存儲器行業(yè)的波動(dòng)劇烈，其產(chǎn)業(yè)周期強于電子市場(chǎng)及電子元器件市場(chǎng)整體的周期性，暴漲暴跌的情況可謂常態(tài)。
從產(chǎn)值構成來(lái)看，DRAM、NAND Flash、NOR Flash是存儲器產(chǎn)業(yè)的核心部分。這緣于一方面性能不斷提升的手機操作系統及日益豐富的應用軟件極大地依賴(lài)于手機嵌入式閃存的容量；另一方面，萬(wàn)物互聯(lián)等新技術(shù)的涌現推動(dòng)數據量的急速膨脹。
受益于上述兩因素，2018年全球半導體營(yíng)收去年達4779.36億美元，主要貢獻來(lái)自于存儲芯片。存儲芯片占半導體總營(yíng)收的比重從2017年的31%上升至了2018年的34.8%，占比最大。CAGR明顯高于集成電路整體市場(chǎng)CAGR，從存儲芯片內部結構看，DRAM占比57.1%，NAND Flash占比39.49%，NOR Flash占比3.41%。
DRAM
在半導體科技極為發(fā)達的臺灣，內存和顯存被統稱(chēng)為記憶體，即動(dòng)態(tài)隨機存取記憶體(DRAM)，DRAM是最常見(jiàn)的存儲器，只能將數據保持很短的時(shí)間。為了保持數據，使用電容存儲，所以必須隔一段時(shí)間刷新一次，如果存儲單元沒(méi)有被刷新，存儲的信息就會(huì )丟失。
DRAM是相對于SRAM而產(chǎn)生的，SRAM(靜態(tài)隨機存儲器)是隨機訪(fǎng)問(wèn)存儲器的一種，這種存儲器只要保持通電，里面儲存的數據就可以恒常保持。SARM的優(yōu)勢是訪(fǎng)問(wèn)速度快、功耗非常低，缺陷是單位存儲密度不足，成本較高，因而不適合用于更高儲存密度低成本的應用，如PC內存。DRAM除了兼具SRAM特點(diǎn)外還擁有非常高的密度，單位體積的容量較高，因此成本較低，幾乎適用于任何帶有計算平臺的個(gè)人消費類(lèi)或工業(yè)設備，從筆記本電腦和臺式電腦到智能手機和許多其他類(lèi)型的電子產(chǎn)品等。
隨著(zhù)CPU性能的不斷提高，終端產(chǎn)品內存也需要逐步升級，高性能的內存搭配高性能的CPU才能最大的發(fā)揮它的價(jià)值與優(yōu)勢，DRAM發(fā)展到現在已歷經(jīng)了五代，從第一代SDRAM，到如今的第五代DDR4SDRAM。DRAM沿著(zhù)傳輸速率更大，總線(xiàn)計時(shí)器更多，預讀取量更大，數據傳送速率更快，供電電壓更小的方向發(fā)展。
從行業(yè)上看，早期計算機應用占了整個(gè)DRAM產(chǎn)業(yè)高達90%份額，2016年開(kāi)始伴隨大容量智能手機崛起，手機逐漸取代PC成為DRAM產(chǎn)業(yè)的主流，同時(shí)云服務(wù)器DRAM需求涌現的帶動(dòng)是功不可沒(méi)的推手，包括Facebook、Google、Amazon、騰訊、阿里巴巴等不斷擴充網(wǎng)路存儲系統，對于云存儲、云計算的需求提升，都帶動(dòng)服務(wù)器DRAM需求起飛，目前DRAM行業(yè)一直被美韓三大存儲器公司壟斷，三星、海力士、美光占據了全球市場(chǎng)的95%以上。
DRAM節點(diǎn)尺寸目前是由器件上最小的半間距來(lái)定義的，美光DRAM基于字線(xiàn)，三星和SK海力士則基于主動(dòng)晶體管，美光科技、三星和SK海力士作為DRAM市場(chǎng)的主導廠(chǎng)商，這三家公司擁有各自的工藝節點(diǎn)。由于解決了這些技術(shù)節點(diǎn)問(wèn)題，美韓三大廠(chǎng)商憑借領(lǐng)先的工藝水平拉開(kāi)了與其它存儲器廠(chǎng)商的差距。
NAND Flash
NAND Flash是Flash存儲器中最重要的一種，其內部采用非線(xiàn)性宏單元模式，為固態(tài)大容量?jì)却娴膶?shí)現提供了廉價(jià)有效的解決方案。NAND Flash存儲器具有容量較大，改寫(xiě)速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于大量數據的存儲。
Flash的內部由金屬氧化層、半導體、場(chǎng)效晶體管(MOSFET)構成，里面有個(gè)懸浮門(mén)(Floating Gate)，是真正存儲數據的單元。數據在Flash內存單元中是以電荷(electrical charge)形式存儲的。存儲電荷的多少，取決于圖中的控制門(mén)(Control gate)所被施加的電壓，它控制的是向存儲單元中沖入電荷還是使其釋放電荷。而數據的表示，以所存儲的電荷的電壓是否超過(guò)一個(gè)特定的閾值Vth來(lái)表示。對于NAND Flash的寫(xiě)入(編程)，就是控制Control Gate去充電(對Control Gate加壓)，使得懸浮門(mén)存儲的電荷夠多，超過(guò)閾值Vth，就表示0。對于NAND Flash的擦除(Erase)，就是對懸浮門(mén)放電，低于閥值Vth，就表示1。
NAND FLASH內部依靠存儲顆粒實(shí)現存儲，里面存放數據的最小單位叫cell。每個(gè)儲存單元內儲存1個(gè)信息位(bit)，稱(chēng)為單階儲存單元(SLC)，SLC閃存的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度更快，功率消耗更低和儲存單元的壽命更長(cháng)，成本也就更高。每個(gè)儲存單元內儲存2個(gè)bit，稱(chēng)為多階儲存單元(MLC)，與SLC相比，MLC成本較低，其傳輸速度較慢，功率消耗較高和儲存單元的壽命較低。每個(gè)儲存單元內儲存3個(gè)bit稱(chēng)為三階儲存單元(TLC)，存儲的數據密度相對MLC和SLC更大，所以?xún)r(jià)格也就更便宜，但使用壽命和性能也就更低。由于存儲數據量的不用，導致SSD從可擦寫(xiě)次數、讀取時(shí)間、編程時(shí)間、擦寫(xiě)時(shí)間存在差異。
從工藝上看，NAND Flash可以分為2D工藝和3D工藝，傳統的2D工藝類(lèi)似于“一張紙”，但“一張紙”的容量是有瓶頸的，三星、英特爾、美光、東芝四家閃存大廠(chǎng)為了滿(mǎn)足大容量終端需求，均開(kāi)始研發(fā)多層閃存(3D NAND Flash)，英特爾和美光引入市場(chǎng)的3D Xpoint是自NAND Flash推出以來(lái)，最具突破性的一項存儲技術(shù)，它通過(guò)單層存儲器堆疊突破了2D NAND存儲芯片容量的極限，大幅提升了存儲器容量，因此技術(shù)3D NAND具備了四個(gè)優(yōu)勢：一是比2D NAND Flash快1000倍；二是成本只有DRAM的一半；三是使用壽命是2D NAND的1000倍；四是密度是傳統存儲的10倍。
除了傳統存儲巨頭三星電子、SK海力士、美光科技，東芝和西部數據也是NAND FLASH領(lǐng)域不可忽視的重要力量。
應用領(lǐng)域看，NAND-FLASH廣泛應用于固態(tài)硬盤(pán)(SSD)，固態(tài)硬盤(pán)按照存放數據最小單位bit來(lái)劃分主要可以分為SLC-SSD、MLC-SSD和TLC-SSD三類(lèi)。SLC-SSD具有高速寫(xiě)入，低出錯率，長(cháng)耐久度特性，主要針對軍工、企業(yè)級存儲。MLC-SSD和TLC-SSD固態(tài)硬盤(pán)的應用主要針對消費級存儲，有著(zhù)2倍、3倍容量于SLC-SSD，同時(shí)具備低成本優(yōu)勢，適合USB閃盤(pán)，手機等。
整體上來(lái)看，DRAM和NAND FLASH占據了存儲芯片市場(chǎng)96%以上的份額，NOR Flash由于存儲容量小，應用領(lǐng)域偏重于代碼存儲，在消費級存儲應用上已出現被NAND閃存替代的趨勢，目前僅應用于功能性手機，機頂盒、網(wǎng)絡(luò )設備、工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)控制上。
由于存儲行業(yè)終端用戶(hù)的IT需求往往是綜合計算、網(wǎng)絡(luò )、存儲三方面，廣泛分布于所有對數據存儲有需求的各行各業(yè)，涵蓋了國民經(jīng)濟的大部分領(lǐng)域，市場(chǎng)規模和發(fā)展潛力巨大。
公司層面，由于未來(lái)以DRAM和NAND FLASH為主導的存儲器行業(yè)趨勢仍將延續，海外存儲器巨頭三星電子、SK海力士、美光科技、西部數據、東芝憑借三個(gè)先發(fā)優(yōu)勢：國家資本支持，數量龐大的技術(shù)專(zhuān)利，對下游終端行業(yè)多年的滲透，控制了中高端存儲器市場(chǎng)，未來(lái)仍將繼續角逐存儲器行業(yè)。
模擬IC---通信、5G等新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展急先鋒
信號可分為模擬信號和數字信號?，F實(shí)中一切的信號，包括光熱力聲電等都屬于模擬信號，例如麥克風(fēng)能將聲音的大小轉換成電壓的大小，可得到一個(gè)連續的電壓變化，這種連續的信號稱(chēng)為模擬信號，用來(lái)處理模擬信號的集成電路稱(chēng)為模擬芯片。
模擬芯片產(chǎn)品已經(jīng)遍布生活中的各個(gè)角落，無(wú)論是網(wǎng)絡(luò )通信、消費電子、工業(yè)控制、醫療設備還是汽車(chē)電子，都會(huì )用到模擬芯片，同時(shí)，現在的許多新興應用，包括共享單車(chē)、AR/VR無(wú)人機等也都會(huì )用到模擬芯片。
模擬芯片作為電子產(chǎn)品的重要組成部分，市場(chǎng)需求隨著(zhù)各類(lèi)電子產(chǎn)品的快速發(fā)展而不斷擴大。模擬產(chǎn)品生命周期較長(cháng)，可達10年之久，同時(shí)，模擬芯片市場(chǎng)不易受單一產(chǎn)業(yè)景氣變動(dòng)影響，因此價(jià)格波動(dòng)遠沒(méi)有存儲芯片和邏輯電路等數字芯片的變化大，市場(chǎng)波動(dòng)幅度也相對較小。根據WSTS統計，2017年全球模擬芯片銷(xiāo)售額為527億美金，約占半導體總體規模的12.8%。據ICInsights預測，在未來(lái)五年內，模擬芯片的銷(xiāo)售量預計將在主要集成電路細分市場(chǎng)中增長(cháng)最為強勁，以6.6%的年復合增長(cháng)率快速增長(cháng)。預計到2022年，全球模擬芯片市場(chǎng)規?？蛇_到748億美元。模擬芯片是預測中增長(cháng)最快的主要產(chǎn)品類(lèi)別，電源管理IC，專(zhuān)用模擬芯片和信號轉換器組件的強勁銷(xiāo)售預計將成為未來(lái)五年模擬增長(cháng)的主要推動(dòng)力。
射頻器件
射頻器件是無(wú)線(xiàn)連接的核心，凡是需要無(wú)線(xiàn)連接的地方必備射頻器件，進(jìn)入了5G時(shí)代，其背后牽動(dòng)的價(jià)值尤為重要。
通常情況下，一部手機主板使用的射頻芯片占整個(gè)線(xiàn)路面板的30%--40%。隨著(zhù)智能手機迭代加快，射頻芯片也將迎來(lái)新一波高峰。目前，全球約95%的市場(chǎng)被控制在歐美廠(chǎng)商手中，甚至沒(méi)有一家亞洲廠(chǎng)商能進(jìn)入產(chǎn)業(yè)頂尖行列。在物聯(lián)網(wǎng)應用推動(dòng)下，未來(lái)全球無(wú)線(xiàn)連接數量將成倍的增長(cháng)。同時(shí)，未來(lái)由4G+，5G，物聯(lián)網(wǎng)等對射頻器件的爆發(fā)性需求會(huì )加速它的發(fā)展。
歸結起來(lái)，射頻器件主要三大細分領(lǐng)域為射頻濾波器、射頻開(kāi)關(guān)、PA芯片(功率放大器芯片)。射頻前端芯片是移動(dòng)智能終端產(chǎn)品的核心組成部分，追求低功耗、高性能、低成本是其技術(shù)升級的主要驅動(dòng)力，也是芯片設計研發(fā)的主要方向。
從已有數據看來(lái)，濾波器是射頻前端市場(chǎng)中最大的業(yè)務(wù)板塊，其市場(chǎng)規模將從2016年的52億美元增長(cháng)至2022年的163億美元。濾波器市場(chǎng)的驅動(dòng)力來(lái)自于新型天線(xiàn)對額外濾波的需求，以及多載波聚合(CA)對更多的體聲波(BAW)濾波器的需求。
功率放大器(PA)和低噪聲放大器(LNA)是射頻前端市場(chǎng)中第二大的業(yè)務(wù)板塊，由于新型天線(xiàn)的出現和增長(cháng)，低噪聲放大器市場(chǎng)將穩步發(fā)展。開(kāi)關(guān)是射頻前端市場(chǎng)中第三大的業(yè)務(wù)板塊，其市場(chǎng)規模將從2016年的10億美元增長(cháng)至2022年的20億美元。該市場(chǎng)將主要由天線(xiàn)開(kāi)關(guān)業(yè)務(wù)驅動(dòng)而增長(cháng)。
AD/DA(模數/數模)相關(guān)產(chǎn)品
近年來(lái)，數字技術(shù)，特別是計算機技術(shù)飛速發(fā)展與普及，在現代軍事和商用控制、通信等領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用。為了提高系統的性能指標，對信號的處理廣泛采用了數字計算機技術(shù)。由于系統的實(shí)際對象都是模擬量，如溫度、壓力、位移、圖像等，需要將這些模擬信號轉換成數字信號才能使計算機或者數字儀表識別、處理這些信號；而經(jīng)計算機分析、處理后輸出的數字量往往也需要將其轉換為相應模擬信號才能為執行機構所接受。由此，就需要能在模擬信號與數字信號之間起橋梁作用的電路，即模數和數模轉換器。
A/D是模擬量到數字量的轉換，依靠的是模數轉換器(Analog to Digital Converter)，簡(jiǎn)稱(chēng)ADC。D/A是數字量到模擬量的轉換，依靠的是數模轉換器(Digital to Analog Converter)，簡(jiǎn)稱(chēng)DAC。它們的道理是完全一樣的，只是轉換方向不同。
如今的電子產(chǎn)品中，數模芯片幾乎無(wú)處不在。數模芯片主要用在汽車(chē)專(zhuān)用模擬芯片中，近年來(lái)自動(dòng)駕駛與電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)發(fā)展，都是汽車(chē)模擬芯片市場(chǎng)的增長(cháng)保障。目前生產(chǎn)AD/DA的主要廠(chǎng)家有ADI、TI、BB、PHILIP、MOTOROLA等。
得益于目前4G、5G通信的建設，移動(dòng)基站的部署等行業(yè)因素推動(dòng)，移動(dòng)通信終端和便攜式移動(dòng)互聯(lián)設備的增長(cháng)等等推動(dòng)，通信與消費電子領(lǐng)域仍然是信號轉換模擬芯片的最大終端應用市場(chǎng)。同時(shí)，汽車(chē)電子也成為繼網(wǎng)絡(luò )通信領(lǐng)域之后帶動(dòng)數模芯片市場(chǎng)增長(cháng)的另一大領(lǐng)域。全球AD/DA轉換中高端市場(chǎng)主要由ADI、TI等美國廠(chǎng)商占據，我們從上文分析TI和ADI等大型模擬芯片廠(chǎng)商近年的運營(yíng)情況看來(lái)，其對汽車(chē)電子應用市場(chǎng)相關(guān)領(lǐng)域的投入是支持這些公司不斷壯大的支撐。
我國目前在部分品種芯片的研發(fā)和生產(chǎn)方面已經(jīng)具備基本的自給自足的能力，但芯片的設計和生產(chǎn)工藝與美國相比，仍存在整體差距，尤其是在高端核心芯片，比如高速數模轉換芯片、射頻芯片等方面，對外依賴(lài)度較高。
在5G時(shí)代，對器件標準提出了更高要求，而同時(shí)5G時(shí)代有望加速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)則對數模中低端器件的需求全面提升。我們認為，5G高端需求在數模轉換器件領(lǐng)域有望實(shí)現突破，而國內廠(chǎng)商則有望在中低端器件的需求中，探索出該領(lǐng)域升級和突破的新思路。
電源管理產(chǎn)品
如今，我們的生活中隨處可看到電子設備的激增，從收音機到電視機、智能手機、無(wú)人機、智能手表或者電動(dòng)汽車(chē)，對電子設備的需求正影響和惠及不同的市場(chǎng)，尤其是電力管理設備。事實(shí)上，任何電子設備都需要電源管理裝置。作為電子設備的關(guān)鍵部件，電源管理芯片擔負起對電能的變換、分配、檢測及其它電能管理的職責，其性能的優(yōu)劣對于整機系統性能具有重要意義。因此，電源管理產(chǎn)品市場(chǎng)的發(fā)展遵循最終用戶(hù)需求的大趨勢也非常明顯。2017年全球模擬芯片銷(xiāo)售情況中，電源管理芯片占模擬芯片銷(xiāo)售份額接近三成，并持續保持增長(cháng)態(tài)勢。
對于電源管理芯片而言，其主要的應用領(lǐng)域包括汽車(chē)、通信、工業(yè)、消費類(lèi)、計算等方面。據IC insights的統計數據顯示，2017年模擬市場(chǎng)的總銷(xiāo)售額為545億美元，其中電源管理芯片占比接近三成，并持續保持增長(cháng)態(tài)勢。據Yole預測，電源IC將從多個(gè)關(guān)鍵終端市場(chǎng)獲益，到2023年電源IC市場(chǎng)規模將增長(cháng)至227億美元，2017~2023年期間的復合年增長(cháng)率(CAGR)將達4.6%。
通信市場(chǎng)占據了最主要的市場(chǎng)份額，尤其是即將到來(lái)的5G大規模布局，將進(jìn)一步提升通信領(lǐng)域電源管理芯片的需求。同時(shí)，汽車(chē)電氣化以及工業(yè)4.0升級，也將成為電源管理芯片的助推劑。相對而言，消費類(lèi)及計算方面應用需求變化并不顯著(zhù)。
進(jìn)入2018年，全球電源管理芯片領(lǐng)域也表現的非?；钴S。先是，微控制器領(lǐng)域的有力競爭者Renesas(瑞薩)收購了Intersil，后者的產(chǎn)品組合包括穩壓器和其他模擬產(chǎn)品。通過(guò)收購，Renesas獲得了原本缺乏的電源管理、接口和柵極驅動(dòng)器產(chǎn)品組合。而后，蘋(píng)果與Dialog也達成6億美元交易，Dialog將授權其電源管理技術(shù)、轉移部分資產(chǎn)以及輸送300名研發(fā)工程師給蘋(píng)果。自此，蘋(píng)果也具備了電源芯片開(kāi)發(fā)能力，后續產(chǎn)品也將搭載自主產(chǎn)品。
海外廠(chǎng)商，如美國、日本廠(chǎng)商，仍然占據著(zhù)移動(dòng)通信器件的壟斷地位，全球數模轉換中高端市場(chǎng)主要由ADI和TI等美國廠(chǎng)商占據，國內廠(chǎng)商在相關(guān)領(lǐng)域的研制仍處在低階階段，未來(lái)將會(huì )存在相關(guān)公司研發(fā)、擴展和資本合作，這個(gè)階段將會(huì )帶給優(yōu)秀公司高速成長(cháng)的機會(huì )。綜合看來(lái)，伴隨著(zhù)全球科技、經(jīng)濟、軍事等領(lǐng)域的快速發(fā)展，模擬芯片市場(chǎng)正迎來(lái)新的爆發(fā)期。尤其是其中的射頻關(guān)鍵器件、AD/DA數模/模數轉換器將成為5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)的關(guān)鍵突破點(diǎn)。同時(shí)，全球各大廠(chǎng)商的并購、重組等利用各種資源對產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行整合和提升，為行業(yè)的發(fā)展提供更多元化的發(fā)展思路。
智東西認為，全球半導體行業(yè)步入超級周期、同時(shí)面臨中美科技摩擦、中國集成電路產(chǎn)業(yè)扶持政策力度加大等多因素疊加，前景向好。半導體是信息產(chǎn)業(yè)的明珠，具備技術(shù)密集、資本密集特性和勞務(wù)密集型三個(gè)特點(diǎn)，是信息產(chǎn)業(yè)根本所在。近些年來(lái)以來(lái)，由于人工智能、可折疊手機等新興應用的崛起，全球半導體行業(yè)進(jìn)入超級周期。而且，最近隨著(zhù)中美科技摩擦頻發(fā)，美方對中國投資及核心技術(shù)獲取施加限制，中國半導體行業(yè)正處于產(chǎn)業(yè)升級的歷史窗口期。
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