半導體產(chǎn)值下修 模擬芯片的現在與未來(lái)

世界半導體貿易統計組織 (WSTS) 發(fā)布2022年8月最新半導體市場(chǎng)預測，由于消費性電子終端需求疲弱，導致內存價(jià)格下跌、產(chǎn)值縮水，加上內存市場(chǎng)成長(cháng)動(dòng)能趨緩，預估今年全球半導體市場(chǎng)成長(cháng)率將由原來(lái)的16.3%下修至13.9%，市場(chǎng)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(chǎng)成長(cháng)率則自5.1%下修至4.6%，市場(chǎng)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(chǎng)規模仍將續創(chuàng )新高。

隨著(zhù)動(dòng)態(tài)隨機存取內存(DRAM)及儲存型閃存(NAND Flash)供給過(guò)剩，價(jià)格走跌，今年下半年價(jià)格恐將持續走跌，因此，WSTS原本預估今年全球內存市場(chǎng)產(chǎn)值年增率達18.7%，明年再成長(cháng)3.4%，大幅下修今年全球內存市場(chǎng)產(chǎn)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(chǎng)成長(cháng)率，由原先預期的11.4%下修至5.9%，明年成長(cháng)率由5.3%調降至3.6%。不過(guò)，WSTS卻反向調升模擬組件2022年市場(chǎng)年增率，由19.2%上修至21.9%，明年成長(cháng)率則由5.7%上修至6.4%。

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

IC Insights則預估，隨著(zhù)5G手機出貨量增加，相關(guān)基礎設施到位，2022年通訊產(chǎn)業(yè)將占模擬IC銷(xiāo)售的最大部份，其中，無(wú)線(xiàn)通信應用將占整體模擬通訊領(lǐng)域銷(xiāo)售額的91%，有線(xiàn)通訊應用則占9%。由于手機、筆電及各類(lèi)行動(dòng)裝置的電池供電系統都需要這類(lèi)芯片調節電源，避免裝置運作時(shí)溫度過(guò)熱，同時(shí)延長(cháng)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(chǎng)整體需求仍相當大。

混合模擬數字IC當道 模擬芯片市場(chǎng)的「4個(gè)最」
IC市場(chǎng)又可分為四大產(chǎn)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(cháng)張世杰指出，如今已經(jīng)沒(méi)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(yōu)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(zhì)量，也會(huì )借重大量數字電路以達算法校正。

張世杰進(jìn)一步說(shuō)明，目前工業(yè)應用上多為「少量多樣高規」，是典型模擬芯片市場(chǎng)?！父咭帯怪傅氖蔷邆渚_度、大電壓范圍、極高速(射頻)、極低功耗、低噪聲等特性。隨著(zhù)智能制造每年以10%的年復合成長(cháng)率發(fā)展，工業(yè)應用成為「最需要」模擬芯片的市場(chǎng)。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(dòng)芯片需求與成長(cháng)性。

汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中以半導體為主的先進(jìn)駕駛輔助系統(ADAS)未來(lái)5年有20%的年復合成長(cháng)率；電動(dòng)車(chē)每年則以2%的滲透率持續成長(cháng)；車(chē)用芯片年產(chǎn)值約600億美元，具有10%年復合成長(cháng)率的實(shí)力，所以電動(dòng)車(chē)是「最具成長(cháng)性」的市場(chǎng)。以成長(cháng)快速的電動(dòng)車(chē)為例，一臺電動(dòng)車(chē)保守估計需要500-1,500顆芯片，甚至福特Focus新款電動(dòng)車(chē)需要高達3,000顆芯片。隨著(zhù)電動(dòng)車(chē)需求量逐年攀升，勢必帶動(dòng)電池、開(kāi)關(guān)、控制電路、雷達、光達等感測需求，以及一系列芯片的成長(cháng)性。

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

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(chē)載、個(gè)人裝置到衛星IoT裝置，隨著(zhù)地面接收站愈來(lái)愈多，不論是車(chē)載或個(gè)人裝置都需要模擬芯片，潛力無(wú)限，值得關(guān)注。

10大模擬芯片供貨商占據半壁江山
模擬芯片進(jìn)入門(mén)坎高，似乎全是IDM廠(chǎng)的天下。IC Insights 發(fā)布的前10大模擬芯片供貨商銷(xiāo)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(yè)比重的75%，銷(xiāo)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(chǎng)，預計2025年投產(chǎn)，新的晶圓廠(chǎng)將加入現有12吋晶圓廠(chǎng)陣營(yíng)，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(chǎn)。

 
圖 : 2021年全球前10大模擬芯片商營(yíng)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(chǎng)，營(yíng)收比重以工業(yè)為主(約53%)，其次是通訊(約21%)、汽車(chē)(約14%)，及消費性電子(約11%)。思佳訊(Skyworks)受惠于無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)品需求成長(cháng)，以及5G、Wi-Fi 6技術(shù)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(chē)、電源等傳感器需求升溫，表現優(yōu)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(fā)展僅次于英飛凌(Infineon)與德儀(TI)，產(chǎn)品包含功率組件、傳感器及電源管理，終端應用則涵蓋車(chē)用、醫療、消費性電子、工業(yè)、通訊與云端等領(lǐng)域，又以汽車(chē)(約37%)為大宗，工業(yè)次之(約28%)。微芯片科技 (Microchip) 產(chǎn)品主要應用于汽車(chē)、軍事、航天、通訊、計算機、制造業(yè)及消費性電子等領(lǐng)域。日本IDM大廠(chǎng)瑞薩電子 (Renesas)2021年起維持晶圓廠(chǎng)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(chē)用半導體總產(chǎn)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(chē)用半導體龍頭。

張世杰觀(guān)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(yè)，歐、日系-汽車(chē)工業(yè)。美系廠(chǎng)在太空、軍工產(chǎn)業(yè)支持下，在規格、操作環(huán)境上極致發(fā)展，并將產(chǎn)品輸出管制，保持自身優(yōu)勢及對下游的引響力。

歐日系廠(chǎng)運用自身強大的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)能量，從開(kāi)發(fā)導入到安全法規，排除外來(lái)競爭，也累積芯片開(kāi)發(fā)至整車(chē)系統工程的能量。不過(guò)，模擬芯片重視規格，從制程、設計、構裝必須偕同優(yōu)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(chē)(HYUNDAI)全球成長(cháng)快速，逐步復制歐日車(chē)用IC策略。

中國臺灣半導體業(yè)者的機會(huì )與挑戰
雖然各大IDM廠(chǎng)已搶得先機，臺灣也有代工大廠(chǎng)及供應鏈生態(tài)系，2021年半導體產(chǎn)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(huì )切入新領(lǐng)域。張世杰認為，臺灣是晶圓代工重鎮，先進(jìn)制程有相對成熟或落后的制程可以找尋應用機會(huì )，這些產(chǎn)能結合國內模擬芯片設計，可以開(kāi)拓出以成本為優(yōu)勢的產(chǎn)品模式。比方成熟制程可以活化利用，國內系統廠(chǎng)透過(guò)策略性投資，以資金門(mén)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(chǎng)投資應用周邊模擬IC廠(chǎng)構建完整應用方案，可以發(fā)揮母雞帶小雞的效果。


 
圖: 中國臺灣2021年半導體產(chǎn)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(yōu)勢在于產(chǎn)業(yè)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(guò)于明確，多為配合ASSP方案或系統周邊的需求導向，導致業(yè)者僅能著(zhù)力于低規格產(chǎn)品，而且無(wú)法定義創(chuàng )新產(chǎn)品，話(huà)語(yǔ)權仍掌握在IDM等大廠(chǎng)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(guò)，中國臺灣目前已有業(yè)者發(fā)展Fab+design、System+design，有機會(huì )引入專(zhuān)業(yè)委外封測代工(OSAT)，整合成類(lèi)IDM廠(chǎng)，如傳統封裝、先進(jìn)封裝、高階測試多元發(fā)展的日月光投控就穩居龍頭地位，臺積電等產(chǎn)業(yè)龍頭也可以幫自己的模擬產(chǎn)品調整制程與架構。至于電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)近年來(lái)有業(yè)者大力推動(dòng)傳統車(chē)廠(chǎng)分工，如鴻海的MIH電動(dòng)車(chē)開(kāi)放平臺（Mobility In Harmony Open EV Platform），臺廠(chǎng)可以把握這些機會(huì )，擴大實(shí)力與競爭力。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，中國臺灣很多廠(chǎng)房做了成熟制程就沒(méi)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(yōu)勢的產(chǎn)品，與舊產(chǎn)能結合，找新的出?？?，在臺積電、聯(lián)發(fā)科、鴻海等「富爸爸」的帶領(lǐng)下，成功機會(huì )非常高。

未來(lái)2趨勢：異質(zhì)整合+高效運算
展望2022年下半年或2023年，模擬芯片的未來(lái)趨勢還可以觀(guān)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(huì )點(diǎn)，代表在摩爾定律推進(jìn)下，還有其他多元進(jìn)展方案有待發(fā)掘與挑戰，多芯片異質(zhì)整合有機會(huì )在性能及成本上找出甜蜜點(diǎn)。模擬芯片是以規格導向，不追隨摩爾定律，過(guò)往都和數字芯片做出明確的產(chǎn)品區隔，「透過(guò)異質(zhì)整合，可以將多樣態(tài)芯片整合，做到系統及封裝單元，這將是未來(lái)的產(chǎn)品趨勢?！?br/>此外，世界級的芯片廠(chǎng)商如蘋(píng)果(Apple)、超威、英特爾、高通(Qualcomm)、聯(lián)發(fā)科技(MTK)等已透過(guò)各式垂直、水平排放整合多芯片以進(jìn)行高效能運算，未來(lái)可密切注意這些大廠(chǎng)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，隨時(shí)掌握電源管理IC(PMIC)、IO芯片(IOIC)的最新整合進(jìn)程。