半導體市場(chǎng)開(kāi)始復蘇了

半導體行業(yè)因「新冠疫情」而陷入前所未有的衰退，但復蘇的跡象似乎開(kāi)始出現。本文根據半導體市場(chǎng)統計數據和主要制造商的財務(wù)業(yè)績(jì)報告，探討半導體市場(chǎng)復蘇的時(shí)機。此外，我們將討論生成式人工智能，它很可能成為行業(yè)的新驅動(dòng)力。

世界半導體市場(chǎng)統計（WSTS）數據和半導體制造商的業(yè)績(jì)顯示，有跡象表明半導體市場(chǎng)正在從衰退走向復蘇。然而，半導體市場(chǎng)的全面復蘇很可能在 2024 年發(fā)生。

經(jīng)濟衰退復蘇后，推動(dòng)全球半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的將是 ChatGPT 等用于生成式 AI（人工智能）的半導體。因此，我們預測領(lǐng)先的半導體產(chǎn)品將從蘋(píng)果的 iPhone 處理器轉向英偉達的 GPU 等。

全球半導體市場(chǎng)呈現復蘇跡象

2020 年，新冠疫情爆發(fā)，遠程辦公、在線(xiàn)學(xué)習、在線(xiàn)購物在全球范圍內流行。然后到了 2021 年，半導體短缺導致汽車(chē)和各種電子設備無(wú)法生產(chǎn)。

這引發(fā)了全球前所未有的半導體熱潮。此外，出于對中美半導體摩擦的擔憂(yōu)，世界各國和地區開(kāi)始競相加強半導體制造能力。因此，從 2022 年開(kāi)始半導體又出現供過(guò)于求和價(jià)格暴跌的情況，市場(chǎng)也因此進(jìn)入嚴重衰退。

正當我想知道歷史上最嚴重的半導體衰退何時(shí)結束時(shí)，市場(chǎng)復蘇的跡象終于開(kāi)始出現。

圖 1 按類(lèi)型顯示了截至 2023 年 6 月的半導體出貨量（三個(gè)月移動(dòng)平均值）。這里，Mos Micro 包括 Intel 等公司生產(chǎn)的處理器 (MPU) 和瑞薩電子等公司生產(chǎn)的微型計算機 (MCU)。Mos Memory 大部分是 DRAM 和 NAND 閃存。邏輯包括智能手機處理器和英偉達 GPU。另外，之所以將圖表繪制為 3 個(gè)月移動(dòng)平均線(xiàn)，是為了呈現每月出貨量的波動(dòng)。

圖 1 按類(lèi)型劃分的半導體 3 個(gè)月移動(dòng)平均出貨值（截至 2023 年 6 月）來(lái)源：WSTS

再看圖 1，我們可以看到 Mos Micro、Mos Memory 和 Logic 在 2023 年 4 月至 5 月觸底，并正在走向復蘇。此外，模擬器件出貨量的下降速度似乎已經(jīng)放緩。

3 個(gè)月移動(dòng)平均線(xiàn)同比增長(cháng)

接下來(lái)，圖 2 顯示了按類(lèi)型劃分的半導體出貨量同比增長(cháng)率（3 個(gè)月移動(dòng)平均值）。其中，可以看出 Mos Memory 的跌宕起伏尤為嚴重。而 2023 年 4 月的-56.3% 將比 2019 年的內存衰退（-39.2%）、2008 年金融危機之后（-41.5%）和 1995 年 Windows 95 發(fā)布之后（-54.2%）更糟糕。這是歷史上第二高的跌幅，僅次于 2001 年 IT 泡沫破滅后的 66.6% 的跌幅。

圖 2. 按類(lèi)型劃分的半導體出貨量同比增長(cháng)率（3 個(gè)月移動(dòng)平均值）（截至 2023 年 6 月）來(lái)源：WSTS

如果我們放大 2016 年以來(lái)的增長(cháng)率，我們可以看到 Mos Micro 和 Mos Memory 在 2023 年 4 月觸底，而 Logic 和 Analog 的增長(cháng)率則有所放緩（圖 3）。因此，可以說(shuō)各種半導體正在復蘇的道路上。上一年三個(gè)月移動(dòng)平均增長(cháng)率使用以下公式計算（圖 4）。

圖 3：上一年按類(lèi)型劃分的半導體出貨量增長(cháng)率（3 個(gè)月移動(dòng)平均值）（2016 年至 2023 年 6 月擴展）來(lái)源：WSTS

圖 4 上年 3 個(gè)月移動(dòng)平均增長(cháng)率計算公式

然而，各種半導體要出現正增長(cháng)還需要相當長(cháng)的時(shí)間。從圖 3 的增速走勢來(lái)看，今年（2023 年）很難看到轉正增長(cháng)，全面復蘇很可能要到明年（2024 年）上半年之后。這樣看來(lái)，全球半導體市場(chǎng)的數據顯示出了從衰退中復蘇的跡象。在半導體制造商的業(yè)績(jì)中也可以看到類(lèi)似的趨勢。下面，我們來(lái)看看美國英特爾、美國 AMD、韓國三星電子（以下簡(jiǎn)稱(chēng)三星）、SK 海力士截至 2023 年第二季度（Q2）的銷(xiāo)售額和營(yíng)業(yè)利潤。

英特爾和 AMD 銷(xiāo)售額

圖 5 顯示了 MPU 廠(chǎng)商 Intel 和 AMD 的季度銷(xiāo)售額。自 2014 年以來(lái)，英特爾的銷(xiāo)售額一直在起伏中增長(cháng)，并在 2021 年第四季度創(chuàng )下 205.3 億美元的歷史新高。然而，隨后銷(xiāo)售額持續急劇下降，2023 年第一季度降至 117 億美元，并以此觸底，在接下來(lái)的第二季度恢復至 129 億美元。

圖 5 Intel 和 AMD 季度銷(xiāo)售額（截至 2023 年 Q2）來(lái)源：Intel 和 AMD

另一方面，直到 2017 年左右，AMD 的銷(xiāo)售額還不到英特爾的 10%。然而，從 2018 年第三季度開(kāi)始將生產(chǎn)外包給臺積電后，銷(xiāo)售額逐漸上升，到 2022 年第二季度達到 65.5 億美元。

在 2022 年開(kāi)始的經(jīng)濟衰退期間，AMD 的銷(xiāo)售額并沒(méi)有像英特爾那樣下降那么多。這就是無(wú)晶圓廠(chǎng)的優(yōu)勢。如果經(jīng)濟衰退來(lái)襲，你所要做的就是減少外包給臺積電的生產(chǎn)量。然而，這些固定成本對擁有許多大型半導體工廠(chǎng)和超過(guò) 13 萬(wàn)名員工的英特爾造成沉重負擔。這反映在營(yíng)業(yè)收入的趨勢上。

英特爾和 AMD 營(yíng)業(yè)利潤

圖 6 顯示了英特爾和 AMD 的季度營(yíng)業(yè)利潤。英特爾的營(yíng)業(yè)利潤趨勢令人震驚。在 2022 年第一季度達到創(chuàng )紀錄的 81 億美元后，第二季度下滑至 5 億美元的虧損。此后，英特爾的營(yíng)業(yè)利潤繼續徘徊在紅色附近，2023 年第一季度降至 14.7 億美元的赤字。

圖 6 Intel、AMD 季度營(yíng)業(yè)收入（截至 2023 年 Q2）來(lái)源：Intel、AMD

如果赤字繼續擴大，英特爾可能會(huì )面臨破產(chǎn)，但在接下來(lái)的 Q2，它勉強恢復到 15 億美元的利潤。再看 AMD 的狀況，自 2011 年以來(lái)表現不佳的 AMD 在 2020 年實(shí)現盈利，并在同年第四季度創(chuàng )下 17.8 億美元的紀錄。隨后在 2022 年 Q3 降至 6000 萬(wàn)美元的赤字，但規模沒(méi)有像英特爾那么糟糕。截至 2023 年第二季度，該公司尚未恢復盈利，但預計第三季度將恢復盈利。

可以看到，Intel 和 AMD 在 2022 年之后的表現都很差，但似乎最壞的時(shí)候已經(jīng)過(guò)去了（特別是對于 Intel 來(lái)說(shuō)）。這兩家公司的表現與 Mos Micro 在全球半導體市場(chǎng)統計中的行為一致。

接下來(lái)我們就來(lái)看看三星和 SK 海力士這兩家內存龍頭廠(chǎng)商的表現。

三星半導體業(yè)務(wù)部門(mén)業(yè)績(jì)

圖 7 顯示了三星半導體業(yè)務(wù)部門(mén)的季度銷(xiāo)售額和營(yíng)業(yè)收入。請注意，三星的結果是代工和內存（DRAM 和 NAND）的總和。

圖 7 三星半導體業(yè)務(wù)季度銷(xiāo)售額和運營(yíng)利潤（截至 2023 年 Q2）來(lái)源：三星

三星 2022 年第二季度銷(xiāo)售額創(chuàng )下 28.4 萬(wàn)億韓元的紀錄。同年第四季度，營(yíng)業(yè)利潤驟降至僅 0.3 萬(wàn)億韓元。據韓國某券商報告稱(chēng)，代工業(yè)務(wù)彌補了內存業(yè)務(wù)的虧損，公司勉強扭虧為盈。

然而，在 2023 年第一季度，它最終將降至 1.4 萬(wàn)億韓元的赤字。如果您想知道業(yè)務(wù)績(jì)效會(huì )惡化到什么程度，那么在接下來(lái)的一個(gè)季度中，營(yíng)業(yè)利潤持平，虧損了 6.2 萬(wàn)億韓元，銷(xiāo)售額開(kāi)始小幅上升。

總之，可以看出，三星不斷惡化的經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jì)在 2023 年 Q1 觸底，并開(kāi)始復蘇。那么另一家內存廠(chǎng)商 SK 海力士的發(fā)展狀況如何？

SK 海力士的業(yè)績(jì)

圖 8 顯示了 SK 海力士的銷(xiāo)售額和營(yíng)業(yè)收入。SK 海力士沒(méi)有代工廠(chǎng)，因此幾乎所有成果都在 DRAM 和 NAND 上。

圖 8 SK 海力士季度銷(xiāo)售額和營(yíng)業(yè)利潤 來(lái)源：SK 海力士

與三星一樣，SK 海力士在 2022 年第二季度創(chuàng )下 13.8 萬(wàn)億韓元的銷(xiāo)售額，但在同年第四季度，該公司赤字降至 1.7 萬(wàn)億韓元。同期，三星因代工廠(chǎng)而實(shí)現了 0.3 萬(wàn)億韓元的盈余，但僅銷(xiāo)售內存的 SK 海力士卻出現了虧損。

那么，到 2023 年第一季度，赤字翻了一番，達到 3.4 萬(wàn)億韓元。除了半導體之外，三星還有智能手機、家電、面板等業(yè)務(wù)，所以即使半導體持續虧損，三星也能維持下去，但 SK 海力士只有內存業(yè)務(wù)。因此，我認為如果 SK 海力士繼續虧損，如果沒(méi)有 SK 集團的幫助，該公司可能無(wú)法生存。

但同年第二季度，赤字收窄，銷(xiāo)量開(kāi)始增加。如果這種趨勢持續下去，我們或許能夠在明年恢復盈利。

那么，未來(lái)半導體產(chǎn)業(yè)的驅動(dòng)力是什么？可以對個(gè)人電腦和智能手機寄予厚望嗎？

個(gè)人電腦季度出貨量

圖 9 顯示了每個(gè)季度的 PC 出貨量。PC 出貨量將在 2011 年第三季度達到約 9500 萬(wàn)臺的峰值。此后，出貨量迅速減少，呈上下波動(dòng)。這是因為蘋(píng)果在 2007 年發(fā)布了 iPhone，而成熟的智能手機時(shí)代在 2010 年左右開(kāi)始，這些智能手機超越了 PC。

隨著(zhù) 2020 年新冠疫情的蔓延，PC 出貨量迅速增加，在 2021 年第四季度達到 9100 萬(wàn)臺出貨量的峰值。這是因為由于疫情期間遠程工作、在線(xiàn)學(xué)習和在線(xiàn)購物的爆炸性蔓延，對 PC 的需求迅速增加。然而，這種疫情引起的特殊需求在 2022 年迅速結束，出貨量大幅下降。

畢竟，2020 年至 2021 年 PC 出貨量只是暫時(shí)增長(cháng)，排除特殊需求，未來(lái)出貨量仍將延續 2011 年至 2018 年的下降曲線(xiàn)。這也意味著(zhù) PC 已經(jīng)無(wú)法成為全球半導體產(chǎn)業(yè)的驅動(dòng)力。

那么智能手機會(huì )引領(lǐng)潮流嗎？

智能手機季度出貨量

圖 10 顯示了每個(gè)季度智能手機的出貨量。自 2010 年以來(lái)，智能手機出貨量快速增長(cháng)。然而，2014 年之后增長(cháng)放緩，并于 2016 年第四季度達到 430 萬(wàn)臺的峰值。此后出貨數量逐漸減少，雖然 2020 年因特殊需求略有恢復，但這些需求很快結束，出貨數量迅速減少。

圖 10 季度智能手機出貨量及同比增長(cháng)率（截至 2023 年 Q2）來(lái)源：IDC

盡管智能手機業(yè)務(wù)不會(huì )消失，但智能手機已成為低增長(cháng)的電子設備。因此，智能手機將不具備帶動(dòng)全球半導體產(chǎn)業(yè)的動(dòng)力。

那么，我們能否期望智能手機成為尖端半導體的技術(shù)驅動(dòng)力？

「iPhone 終結」的開(kāi)始

圖 11 顯示了按季度劃分的公司智能手機出貨量。自 2012 年以來(lái)，三星出貨量一直穩居第一。然而在這樣的情況下，蘋(píng)果卻表現出了非常有特色的出貨行為。那是因為每年第四季度都會(huì )出現一個(gè)巨大的高峰。

圖 11 季度智能手機出貨量及同比增速（截至 2023 年 Q2）

蘋(píng)果公司每年秋天都會(huì )推出新款 iPhone，并希望在 12 月的圣誕購物季在美國銷(xiāo)售超過(guò) 1 億部 iPhone。這就是為什么每年該季度都會(huì )出現大的高峰。

根據這一計劃，與蘋(píng)果簽約的臺積電必須在第三季度之前使用尖端工藝批量生產(chǎn)超過(guò) 1 億顆 iPhone 處理器。當每年蘋(píng)果 iPhone 的銷(xiāo)售風(fēng)波結束后，才可以用最先進(jìn)的工藝制造 AMD 的 MPU 和 NVIDIA 的 GPU 了。換句話(huà)說(shuō)，臺積電的訂單情況在很大程度上受蘋(píng)果手機銷(xiāo)售的影響。

2020 年第四季度，在疫情期間，蘋(píng)果出貨量超過(guò) 9000 萬(wàn)臺，創(chuàng )歷史最高水平。然而，在隨后的第一季度，其出貨量迅速下降，2021 年第四季度出貨量為 8490 萬(wàn)臺，2022 年第四季度出貨量為 7230 萬(wàn)臺。

如果這種趨勢持續下去，臺積電可能不再每年為蘋(píng)果 iPhone 處理器開(kāi)發(fā)全球最先進(jìn)的工藝。因此，iPhone 將不再是尖端半導體的領(lǐng)先技術(shù)驅動(dòng)力。

那么，未來(lái)半導體的技術(shù)驅動(dòng)力是什么？此外，除了個(gè)人電腦和智能手機之外，什么將推動(dòng)全球半導體行業(yè)的發(fā)展？作者預測，ChatGPT 等用于生成式 AI 的半導體將成為主要參與者。

ChatGPT 的狂歡

ChatGPT 由 OpenAI 于 2022 年 11 月 30 日發(fā)布，在全球范圍內爆發(fā)式流行。達到一億活躍用戶(hù)所需的時(shí)間：Facebook 為 54 個(gè)月，X（前身為 Twitter）為 49 個(gè)月，Instagram 為 30 個(gè)月，LINE 為 19 個(gè)月，Tiktok 為 9 個(gè)月，ChatGPT 僅兩個(gè)月。

ChatGPT 的成績(jì)也在迅速提升，2023 年 1 月 MBA 期末考試答案被評為 B（及格水平），同年 2 月美國醫學(xué)資格考試正確答案率達到及格線(xiàn)，而同年 3 月，GPT-4 在美國律師考試答卷中得分進(jìn)入前 10%，據稱(chēng)達到了近五年來(lái)通過(guò)日本國家醫師考試的水平。

以 ChatGPT 為起點(diǎn)的生成式 AI 熱潮無(wú)邊無(wú)際，此后高科技公司紛紛著(zhù)手開(kāi)發(fā)生成式 AI。而在以美國 NVIDIA GPU 為主的 AI 半導體市場(chǎng)，AMD、英特爾、谷歌、亞馬遜、Meta 等各大云公司也開(kāi)始研發(fā)專(zhuān)用 AI 半導體。

下面，我會(huì )解釋一下什么是生成式 AI 以及它是如何工作的。

生成 AI 的機制

將使用圖 12 解釋諸如 ChatGPT 的生成 AI 的機制。生成式人工智能的步驟可以分為兩個(gè)階段：學(xué)習和推理。

圖 12 一代 AI 的機制以及其中使用的 NVIDIA GPU 等 AI 半導體

首先，將互聯(lián)網(wǎng)上的大數據，例如文本數據和圖像數據加載到 AI 服務(wù)器中。那時(shí)，人工智能半導體（例如 NVIDIA 的 GPU）會(huì )從這些數據中學(xué)習。

接下來(lái)，當用戶(hù)寫(xiě)下問(wèn)題時(shí)，運行在 AI 服務(wù)器上的生成的 AI 會(huì )做出推理并給出答案。那時(shí)，在 AI 服務(wù)器上進(jìn)行推理的仍然是 NVIDIA 的 GPU 等 AI 半導體。

由此我們可以看出，生成式 AI 可以說(shuō)是「類(lèi)似軟件的東西」，運行在安裝在 AI 服務(wù)器上的 AI 半導體（例如 NVIDIA 的 GPU）上。

NVIDIA GPU 需求旺盛

Generation AI 在 AI 服務(wù)器上運行。由于它是服務(wù)器，因此可能需要大量的 DRAM 和 NAND。此外，AI 半導體自然會(huì )成為必需品，而 NVIDIA 幾乎壟斷了該市場(chǎng)。NVIDIA 發(fā)布的 GPU「A100」和「H100」是令人驚嘆的芯片。

A100：臺積電 7nm，芯片尺寸 826mm2，540 億個(gè)晶體管，每個(gè) 1 萬(wàn)美元。

H100：臺積電 4nm，芯片尺寸 814mm2，800 億個(gè)晶體管，每個(gè) 4 萬(wàn)美元。

「A100」和「H100」都是芯片尺寸超過(guò) 800mm2 的巨型芯片，每個(gè)芯片的成本在 10,000 到 40,000 美元之間。生成式人工智能的開(kāi)發(fā)和運行將需要數千到數萬(wàn)個(gè) GPU。

事實(shí)上，有一篇文章稱(chēng)，OpenAI 有 25,000 個(gè) GPU，Meta 有 21,000 個(gè)，Tesla 有 7,000 個(gè)。特斯拉的埃隆·馬斯克推測，OpenAI 在 2023 年 7 月注冊的「GPT-5」商標需要 30,000 到 50,000 個(gè)「H100」。

GPU 制造瓶頸

半導體在設計、前工序和后工序三個(gè)階段制造。圖 13 在 GPU 中，NVIDIA 負責設計，TSMC 采用「N4」工藝進(jìn)行前工序制造，后端工藝也采用臺積電為 NVIDIA GPU 開(kāi)發(fā)的 CoWoS（晶圓對基板芯片）封裝。

圖 13 NVIDIA GPU 制造瓶頸

首先，N4 預處理存在問(wèn)題?！窰100」只能從 12 英寸晶圓上獲得約 65 片。并且由于芯片尺寸和良率呈反比，因此良率可能在 25% 左右。如果這樣的話(huà)，一張晶圓只能制造 16 個(gè)「H100」。

這意味著(zhù)制造 200 萬(wàn)片 H100 需要 125,000 片晶圓。N4 屬于「N5」家族，臺積電 N5 的月產(chǎn)能預計為 15 萬(wàn)片。那樣的話(huà)，每個(gè)月能不能只分配 10000 多片晶圓給 NVIDIA 的 GPU「H100」就成問(wèn)題了。

盡管從數字來(lái)看這是可能的，但「H100」并不是 NVIDIA 外包生產(chǎn)的唯一產(chǎn)品。有「A100」，還有針對中國的「H800」和「A800」。簡(jiǎn)而言之，問(wèn)題是臺積電將為 H100 分配多少產(chǎn)能。

下游工序 CoWoS 的問(wèn)題更為嚴重。首先，臺積電基本上是一家代工廠(chǎng)，專(zhuān)注于前端工藝，因此不具備后端工藝的能力。這就是由此產(chǎn)生的 NVIDIA GPU 爭議。為了解決這個(gè)問(wèn)題，臺積電于 2023 年 6 月在中國臺灣的新竹開(kāi)設了一家名為 AP6 的先進(jìn)封裝工廠(chǎng)。據報道，到 2024 年底，月產(chǎn)量將達到 28,000 件，但 CoWoS 在此之前是否會(huì )受到產(chǎn)能不足的困擾？

AI 半導體市場(chǎng)預測

這樣一來(lái)，NVIDIA 的 GPU 無(wú)論是前端進(jìn)程還是后端進(jìn)程（CoWoS）都存在容量不足的問(wèn)題。臺積電正在努力解決這一困擾。

AI 半導體市場(chǎng)預計將快速增長(cháng)（圖 14）。研究公司 Stratview Research 預測，2022 年 154 億美元的人工智能半導體市場(chǎng)將以 42% 的復合年增長(cháng)率 (CAGA) 增長(cháng)，到 2028 年達到 1278 億美元。如果此后繼續以 42% 的 CAGA 增長(cháng)，到 2032 年將增長(cháng)到 5240 億美元。

圖 14 AI 半導體市場(chǎng)增長(cháng)預測 來(lái)源：Stratview Research

根據世界半導體市場(chǎng)統計（WSTS），2022 年全球半導體市場(chǎng)規模將達到 5734 億美元。因此，上述預測的 2032 年 AI 半導體市場(chǎng)規模將與 2022 年全球半導體市場(chǎng)規模相同。

您可能想知道，「我們還能繼續看到如此高的增長(cháng)嗎？」以下是 AMD 首席執行官蘇姿豐 (Lisa Su) 的觀(guān)點(diǎn)，該公司正在與 NVIDIA 競爭人工智能半導體的挑戰。

她在接受日本經(jīng)濟新聞專(zhuān)訪(fǎng)時(shí)表示，未來(lái)三到四年，AI 用半導體市場(chǎng)將以每年 50% 的速度增長(cháng)，AI 用半導體市場(chǎng)將從目前的數百億美元增長(cháng)到 100 億美元。三到四年內將增長(cháng)到 1500 億美元（約 21 萬(wàn)億日元）的規模。蘇姿豐預測：「人工智能將成為未來(lái) 5 到 10 年最重要的趨勢」。

相信 AI 半導體未來(lái)將帶動(dòng)全球半導體產(chǎn)業(yè)。

世界半導體市場(chǎng)預測

圖 15 顯示了 2032 年之前的全球半導體市場(chǎng)預測。首先，讓我們回顧一下 2022 年。

圖 15 全球半導體市場(chǎng)將在 10 年內翻一番 來(lái)源：WSTS

全球半導體市場(chǎng)在 1990 年代約為 750 億美元，由于個(gè)人電腦的普及，十年后的 2000 年代翻了一番，達到 1500 億美元。其次，隨著(zhù)個(gè)人電腦的普及，互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)激增，互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)數量在 2010 年代增長(cháng)到 3000 億美元，是 2000 年代的兩倍。接下來(lái)，由于智能手機的普及，2020 年代增長(cháng)到近 6000 億美元，是 2010 年代的兩倍。

這樣，全球半導體市場(chǎng)以每 10 年翻一番的速度增長(cháng)。作者預測，未來(lái) 10 年，由于生成式人工智能效應，這一數字將進(jìn)一步增長(cháng)十倍，達到 1.2 萬(wàn)億美元。