2020年的全球半導(dǎo)體業(yè)表現(xiàn)出人意料的好，據(jù)WSTS統(tǒng)計(jì)，同比增長(zhǎng)了7%，這種結(jié)果在去年年初是不可想象的。2020年3月，疫情在全球爆發(fā)，各大市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)都看衰該行業(yè)的全年表現(xiàn)，普遍認(rèn)為整體銷售額會(huì)出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，而最終7%的正增長(zhǎng)結(jié)果，再一次體現(xiàn)出這一絕對(duì)高端、技術(shù)和資金高度密集型產(chǎn)業(yè)的與眾不同。
水漲船高，產(chǎn)業(yè)逆勢(shì)發(fā)展，企業(yè)對(duì)未來的信心自然就增強(qiáng)了，突出體現(xiàn)在研發(fā)投入上。據(jù)IC Insights統(tǒng)計(jì)，全球半導(dǎo)體芯片廠商（這里主要包括IDM、Fabless和Foundry這三種模式的廠商）的研發(fā)支出預(yù)計(jì)將在2020年增長(zhǎng)5％，達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的684億美元，預(yù)計(jì)2021年將增長(zhǎng)4％，達(dá)到714億美元。
IC Insights給出了研發(fā)支出排名前十的廠商，它們分別是：英特爾，三星，博通，高通，英偉達(dá)，臺(tái)積電，聯(lián)發(fā)科，美光，SK海力士，AMD。這十家廠商在2020年的研發(fā)支出總和增長(zhǎng)了11％，達(dá)到435億美元，占行業(yè)總研發(fā)支出的64％。
其中，研發(fā)支出同比變化突出的廠商包括英偉達(dá)（從2019年排名第一下降至2020年的第五），聯(lián)發(fā)科（從2019年的排名第二降至第七），AMD（從2019年的第11升至第10）?？梢钥闯觯@三家的排名有升有降，加上排名前兩位的英特爾和三星，這五家廠商的研發(fā)支出情況，在全球芯片廠商中具有很強(qiáng)的代表性，也體現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展變化情況。
世界五強(qiáng)
首先看龍頭英特爾，該公司在2020年的研發(fā)支出約占該行業(yè)總支出的19％，達(dá)到129億美元。然而，成本削減，淘汰某些產(chǎn)品類別，以及追求最高效率等舉措使得英特爾2020年的研發(fā)支出同比減少了4％。該公司2019年的研發(fā)支出為134億美元，2018年為135億美元，可以看出，最近三年，該公司的研發(fā)支出處于小幅下降的態(tài)勢(shì)，這也充分體現(xiàn)了其正處在業(yè)務(wù)調(diào)整和轉(zhuǎn)型期的狀態(tài)。
在更早期，比如2010年，英特爾研發(fā)支出比例為16%，之前的2005年為15%，2000年為16%，1995年僅為9%。
從2012年開始，英特爾的研發(fā)支出就突破了百億美元大關(guān)，那之后，該公司連續(xù)7年增長(zhǎng)，一直到2018年小幅下降，到2019年，英特爾的研發(fā)支出占銷售額的比例為18.57%，低于2015年22%的歷史最高水平，也低于2018年的19.72%。
在過去五年里，英特爾一直處于較為艱難的時(shí)期，很重要的一點(diǎn)就是遭受到了AMD的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。近幾年，AMD每年的研發(fā)支出為20多億美元，該公司將研發(fā)重點(diǎn)放在了PC處理器上，且市場(chǎng)推廣也很給力，這一“單點(diǎn)突破”的策略明顯奏效，市場(chǎng)份額大闊步前進(jìn)，特別是在臺(tái)式機(jī)領(lǐng)域，其CPU市場(chǎng)份額已經(jīng)與英特爾分庭抗禮了。
反觀英特爾，雖然每年的研發(fā)支出高達(dá)130美元左右，但其產(chǎn)品線過于龐大，包括消費(fèi)和企業(yè)級(jí)的CPU，還有FPGA，低功耗芯片，NUC，WiFi適配器，汽車芯片，以及近幾年新成立的Xe架構(gòu)GPU業(yè)務(wù)部門。另外，該公司10nm產(chǎn)品線經(jīng)過8年左右的研發(fā)，近期才實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，這方面就消耗了大量的研發(fā)資金。去年，該公司又宣布7nm制程量產(chǎn)時(shí)間不得不推遲6個(gè)月。
近期，英特爾又宣布正在研發(fā)新一代處理器Alder Lake，其最大的特點(diǎn)就是采用了類似于Arm的大小核設(shè)計(jì)，從而提升能效比。然而，近些年，該公司的各種架構(gòu)處理器“層出不窮”，如Lakefield，Xe GPU，還有Ice Lake和Tiger Lake等，這些都需要大量的研發(fā)投入，但其先進(jìn)制程始終無法跟上先進(jìn)處理器的設(shè)計(jì)步伐，而設(shè)計(jì)與制造都需要大量的資金投入，二者發(fā)展的不匹配，客觀上必定會(huì)浪費(fèi)掉一定比例的研發(fā)資金，而英特爾的研發(fā)投入基數(shù)達(dá)到130億美元級(jí)別，全球同業(yè)最高，多年下來，費(fèi)用消耗總額可觀，這樣下去，即使是財(cái)大氣粗的英特爾也是吃不消的。因此，最近三年，該公司也在調(diào)整業(yè)務(wù)和產(chǎn)品發(fā)展節(jié)奏，越來越果斷地砍掉了沒有發(fā)展前途的部門和產(chǎn)品線，提高研發(fā)資金利用效率。
2014年，在Lisa Su接任CEO之后，AMD果斷放棄了雞肋般的推土機(jī)架構(gòu)處理器，轉(zhuǎn)到Zen，之后艱苦奮斗了三年，然后市場(chǎng)表現(xiàn)和業(yè)績(jī)就與之前判若兩人。不斷蠶食英特爾的消費(fèi)類CPU市場(chǎng)份額。實(shí)現(xiàn)這樣的效果，AMD只用了相當(dāng)于英特爾五分之一的研發(fā)支出，資金利用效率之高令人驚嘆。
排名第二的三星在2020年的研發(fā)支出增加了19％，達(dá)到56億美元。該存儲(chǔ)巨頭加快了前沿邏輯工藝（5nm及以下）的開發(fā)，以與臺(tái)積電競(jìng)爭(zhēng)先進(jìn)制程工藝IC代工業(yè)務(wù)。該公司雄心勃勃，不僅要在晶圓代工領(lǐng)域進(jìn)一步挑戰(zhàn)臺(tái)積電，還要在邏輯芯片領(lǐng)域與傳統(tǒng)巨頭較量一番，為此，該公司還制定了一個(gè)長(zhǎng)達(dá)十年，投資千億美元的發(fā)展計(jì)劃。
再來看英偉達(dá)，該公司的研發(fā)同樣比英特爾少很多。2019年的研發(fā)支出約為28億美元，較2018年增長(zhǎng)19%，營收則增長(zhǎng)了21%，這主要得益于其GPU在企業(yè)級(jí)AI應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展。2020年研發(fā)投入比2019年有所下降，這在很大程度上是疫情影響造成的。
最后看聯(lián)發(fā)科，2019年，該公司推出了一系列5G新品，如采用7nm制程工藝的天璣1000系列和天璣800系列，導(dǎo)致2019年研發(fā)支出增長(zhǎng)11%，當(dāng)然，在新品的助力下，該公司的營收也增長(zhǎng)了3%。本周，該公司還新推出了天璣1200系列產(chǎn)品。
2020可以說是聯(lián)發(fā)科的豐收年，不僅營收突破百億美元大關(guān)，其手機(jī)處理器市場(chǎng)份額大漲，特別是在中國市場(chǎng)，超越高通，排在了龍頭位置。
聯(lián)發(fā)科認(rèn)為，盡管擴(kuò)大研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)高，卻是產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型及進(jìn)入全球第一梯隊(duì)的必要條件。2019年，該公司營收約80億美元，研發(fā)費(fèi)用超過20億美元，在全球芯片廠商排名第五名，研發(fā)費(fèi)用占營收比重高達(dá)26%，與英偉達(dá)相當(dāng)，高于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手高通。
由于半導(dǎo)體業(yè)的技術(shù)與產(chǎn)品迭代速度極快，產(chǎn)品一旦進(jìn)入成熟期，毛利就會(huì)快速下滑。先進(jìn)技術(shù)的投資金額與風(fēng)險(xiǎn)極大，但是，為了維持領(lǐng)先全球競(jìng)爭(zhēng)力，只能持續(xù)投資先進(jìn)技術(shù)。
聯(lián)發(fā)科重點(diǎn)研發(fā)的新技術(shù)，如5G、企業(yè)級(jí)ASIC等，在2020年都有不錯(cuò)的表現(xiàn)，尤其是5G，不僅在5G時(shí)代最初期就進(jìn)入市場(chǎng)，更推出各區(qū)間價(jià)格帶產(chǎn)品搶攻市場(chǎng)。另外，聯(lián)發(fā)科企業(yè)級(jí)ASIC也有斬獲，已與谷歌、亞馬遜、微軟等國際一線客戶接洽，搶進(jìn)服務(wù)器領(lǐng)域，2020年已開始實(shí)現(xiàn)營收，耕耘多年的產(chǎn)品線終于迎來了收割期。2020年底，聯(lián)發(fā)科還收購了英特爾的電源管理芯片業(yè)務(wù)，布局高端市場(chǎng)，可與企業(yè)級(jí)ASIC呼應(yīng)，提供一站式服務(wù)。
中國崛起
最近幾年，隨著政策和各路資金進(jìn)場(chǎng)，中國大陸地區(qū)的半導(dǎo)體研發(fā)投入也是水漲船高，特別是在IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域，雖然與全球排名前列的廠商相比，還有很大差距，但與自身縱向比較，還是有明顯進(jìn)步的。
據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2020年我國IC設(shè)計(jì)業(yè)銷售約為3819.4億元人民幣，比2019年的3084.9億元增長(zhǎng)23.8%，增速比上年的19.7%提升了4.1個(gè)百分點(diǎn)。按照美元與人民幣1:6.8的兌換率，全年銷售約為561.7億美元，預(yù)計(jì)在全球集成電路產(chǎn)品銷售收入中的占比將接近13%。
隨著收入的增長(zhǎng)，研發(fā)支出的增加，研發(fā)水平和成果持續(xù)提升，例如，以前在芯片領(lǐng)域的奧林匹克國際學(xué)術(shù)會(huì)議ISSCC上很少看到中國人的論文，但在近幾年出現(xiàn)了積極的變化。在2021年的ISSCC會(huì)議上，中國大陸、香港、澳門的錄用論文超越了日本和中國臺(tái)灣，其中，中國大陸的論文數(shù)量達(dá)到21篇，比2020年增長(zhǎng)40%。雖然與全球排名第一的美國相比，在論文總數(shù)、產(chǎn)業(yè)界投稿比例和實(shí)際錄用比例等方面仍存在比較大的差距，但與過去相比有了重大進(jìn)步。從2016年起，論文收錄數(shù)量年均增長(zhǎng)114%，第一作者單位數(shù)量年均增長(zhǎng)78%，涵蓋技術(shù)領(lǐng)域從5個(gè)增加到10個(gè)，受邀的技術(shù)評(píng)委專家也從4位到10位，充分展現(xiàn)了我國在IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域研發(fā)投入取得的顯著成果。
未來展望
自1990年代以來，半導(dǎo)體行業(yè)在研發(fā)投入力度方面一直領(lǐng)先于所有其它主要工業(yè)領(lǐng)域，每年在研發(fā)上的支出平均約占總銷售額的15％。然而，在過去的三年中，半導(dǎo)體行業(yè)的研發(fā)銷售額占總銷售額的比例在2017年下滑至13.5％，在2018年下滑至13.0％，這主要是由于內(nèi)存IC的收入增長(zhǎng)非常快。該行業(yè)的研發(fā)/銷售比例在2019年反彈至14.6％，當(dāng)時(shí)內(nèi)存IC收入下降了33％，整個(gè)半導(dǎo)體市場(chǎng)下降了12％。
但是，隨著市場(chǎng)的復(fù)蘇，特別是在2020年疫情影響下，產(chǎn)業(yè)依然取得了可喜的增長(zhǎng)，這就為未來幾年的發(fā)展定下了基調(diào)。另外，在新技術(shù)、新應(yīng)用的推動(dòng)下，例如EUV光刻、3nm制程工藝，以及3D芯片堆疊技術(shù)等高精尖技術(shù)的推進(jìn)，對(duì)相應(yīng)半導(dǎo)體企業(yè)的研發(fā)投入提出了更高的要求。這些將會(huì)扭轉(zhuǎn)過去這么多年全球芯片企業(yè)總體研發(fā)投入增長(zhǎng)率下降的態(tài)勢(shì)，有望于近兩年實(shí)現(xiàn)發(fā)彈，具體如下圖所示。
本周，IC Insights給出的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，2021年至2025年，全球半導(dǎo)體芯片廠商的總研發(fā)支出將以5.8％的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）增長(zhǎng)。
