本文來自微信公眾號半導(dǎo)體行業(yè)觀察，作者：龔佳佳。
過去十幾年里，由智能手機帶動的芯片需求是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)當(dāng)之無愧的主力軍。iPhone和安卓手機的爆紅，帶動著整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在過去十年發(fā)生了翻天覆地的變化。根據(jù)Siltronic統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年12英寸晶圓面積需求最大的終端市場為智能手機市場，占比高達(dá)25%。
其實早在前幾年，大家就開始預(yù)言智能手機即將謝幕，不過，過去幾年智能手機市場依然維持著穩(wěn)定的基本盤，但在歷經(jīng)疫情和地緣政治的影響下，智能手機產(chǎn)業(yè)舉步維艱，日前郭明淇更是爆料，國內(nèi)各大安卓手機品牌今年迄今已削減約1.7億部訂單（占2022年原出貨計劃的20%）。
臺積電日前披露的財報，更是成為了一個風(fēng)向標(biāo)。在他們的財報中，手機貢獻(xiàn)的營收在近年來首次跌落神壇，被HPC超越。而從這份財報中，我們也看到汽車電子業(yè)務(wù)增長迅猛。
圖片來源：臺積電
為此在筆者看來，屬于智能手機半導(dǎo)體的黃金時代落下帷幕，新的HPC和汽車電子時代，疾步而至。
手機成就的半導(dǎo)體黃金十年
自2007年蘋果發(fā)布了iPhone之后，智能手機就迎來了高速發(fā)展，帶動著全球半導(dǎo)體行業(yè)穩(wěn)步增長，到了2010年全球半導(dǎo)體行業(yè)更是從PC時代轉(zhuǎn)向智能手機時代，進(jìn)入新一輪快速成長期。2009年-2018年期間，全球半導(dǎo)體行業(yè)整體增速是全球GDP增速的3倍。
全球半導(dǎo)體銷售額增速遠(yuǎn)超全球GDP增速
圖片來源：格隆匯
半導(dǎo)體在手機及PC(含平板)中的應(yīng)用占比
圖片來源：格隆匯
不同于功能機時代五花八門的外形設(shè)計，智能手機時代的比拼更多的是性能之間的較量，而芯片就是決定手機性能的主要因素。一般來說，一部智能手機需要許多種類不同的芯片，按照其構(gòu)成，可分為處理芯片、基帶芯片、射頻芯片、存儲芯片、模擬芯片和傳感器芯片等。尤其在5G浪潮下，手機對芯片的需求愈發(fā)旺盛，一部5G手機所需的芯片數(shù)量大約是4G手機的兩倍，射頻芯片的需求更是達(dá)到了四倍。
圖片來源：泛林集團(tuán)
以處理芯片為例，雖然一部智能手機所需的芯片數(shù)量少說也要上百，但是處理芯片卻只有一個。Counterpoint數(shù)據(jù)顯示，2011年全球智能手機出貨量為5.21億臺，到2017年，全球出貨量高達(dá)15.66億臺。雖然2017年年后出貨量有所下降，但是總體數(shù)量依舊客觀，2021年全球智能手機出貨量達(dá)到了13.9億部。飛速提升的手機出貨量背后是處理芯片需求的暴增，僅2017年一年所需的手機處理芯片數(shù)量就比2011年增加了10億個。
2011年-2020年全球智能手機出貨量
（圖源Counterpoint）
毫無疑問，這個高達(dá)上千億人民幣的市場讓高通、聯(lián)發(fā)科等手機芯片廠商吃足了紅利。手機芯片業(yè)務(wù)作為高通營收的主力軍，也是高通最強勢的業(yè)務(wù)。2011年時，高通受惠于智能手機市場快速增長，市占率持續(xù)擴大，半導(dǎo)體營收增長39%，達(dá)100億美元。雖然高通在當(dāng)時的前十大半導(dǎo)體廠商中雖僅排行第六，但增長卻最為強勁。
到了2021年，高通已經(jīng)榮登全球前十大IC設(shè)計業(yè)者榜首，不變的是，手機芯片依舊是其營收大頭。在2022財年第一財季財報中，高通曾表示，當(dāng)季營收增長主要受到手機芯片營收增長42%的推動，特別是作為安卓手機核心部件的驍龍芯片組業(yè)務(wù)同比增長率超過60%。
聯(lián)發(fā)科雖然逃不開“中低端”的枷鎖，但不得不承認(rèn)，截至2021年底，其智能手機芯片市占率已經(jīng)成功登頂全球?？恐徽臼绞謾C解決方案，聯(lián)發(fā)科在智能手機時代愈發(fā)如魚得水，2011年，聯(lián)發(fā)科在中國大陸的智能手機芯片出貨量僅為1000萬，到了2021年就以1.1億顆登頂2021中國智能機SoC市場。
再來說存儲芯片。2010年iPhone 4正式開啟移動端的巨大增量，疊加云服務(wù)器端需求不斷上漲，DRAM迎來第三輪爆發(fā)式的增長并持續(xù)至今。
早在2011年，調(diào)研機構(gòu)IHSiSuppli就指出，應(yīng)用在智能手機上的DRAM芯片出貨量漲幅達(dá)到157.2%，遠(yuǎn)高于整體DRAM市場(主要為對PC業(yè)務(wù)的銷售量)50%的出貨量。當(dāng)時的IHSiSuppli甚至還預(yù)測，到2015年之前，用在智能手機的DRAM出貨量將上升至139億個單位，較2011年增長700%。
結(jié)合上述提到的，2011年全球智能手機出貨量僅5.21億臺，可以說是近十年最低的年出貨量數(shù)據(jù)，那時智能手機就已經(jīng)成為全球內(nèi)存需求的成長依靠，十年后，隨著智能手機出貨量以及搭載內(nèi)存的提升，集邦咨詢研究數(shù)據(jù)顯示，全球內(nèi)存需求的成長仰賴于智能型手機與服務(wù)器領(lǐng)域最大。
手機搭載的內(nèi)存的提升
圖片來源:立鼎產(chǎn)業(yè)研究中心
而巨大的存儲芯片市場也成就了SK海力士、美光等內(nèi)存廠商。美光執(zhí)行副總裁兼首席商務(wù)官Sumit sadana日前曾指出，5G智能手機中的DRAM含量比4G智能手機高出50%，5G智能手機中的NAND閃存內(nèi)容翻了一番。到2022年，隨著更多5G智能手機的出貨，智能手機的整體內(nèi)存容量將大幅上升。
當(dāng)然，除了上述芯片設(shè)計企業(yè)、IDM企業(yè)外，多年來智能手機單元出貨量的大幅增長也給晶圓代工廠帶來了巨大的收益。
臺積電從2000年-2019年的營收
2010年以來，臺積電營收整體趨勢大幅上漲，筆者整理近5年數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，智能手機在臺積電營收中基本占據(jù)40-50%的份額，實打?qū)嵉臓I收大頭。2017年智能手機約占50%；2018年智能手機約占45％；2019年智能手機約占49%；2020年智能手機約占48.18%；2021年智能手機芯片則貢獻(xiàn)了44%?？梢钥闯觯悄苁謾C是推動臺積電業(yè)務(wù)的主力軍之一。
HPC和汽車電子隆重登場
終端對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有著絕對的話語權(quán)。過去二十年間，前十年里，PC(個人計算機)帶動了全球半導(dǎo)體行業(yè)的增長，后十年進(jìn)入智能手機時代，手機接棒成為半導(dǎo)體行業(yè)增長的主要動力。熟話說，十年一個輪回，當(dāng)前智能手機業(yè)務(wù)已經(jīng)觸頂，或許已無法成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強大助推器。
既然智能手機引擎已失速，下一輪，誰將成為新的引擎？方正證券研究所陳杭指出，我們已經(jīng)站在下一輪超級創(chuàng)新周期的起點，與上一輪主要靠智能手機和移動互聯(lián)拉動不同，本輪的超級周期的主導(dǎo)因素是：碳中和（電車+風(fēng)光電新能源）和無人駕駛，不僅僅是信息革命，而且疊加了半導(dǎo)體推動的能源革命。
圖片來源：陳杭
從某種意義上來說，HPC和汽車電子正好與信息革命、能源革命相對應(yīng)。其實，在過去幾年間，HPC和汽車電子就已經(jīng)屢屢被提及。2018年間，汽車電子高毛利吸引臺積電、聯(lián)電、聯(lián)發(fā)科等全力布局，臺積電預(yù)估，未來四大技術(shù)平臺中，車用電子將扮演推升營收和獲利重要動能之一。此外，臺積電首席執(zhí)行官魏哲家則是在2018年第四季度財報電話會議上強調(diào)，相信HPC將成為未來五年收入增長方面我們業(yè)務(wù)的最大貢獻(xiàn)者。
此次，HPC超越手機成為第一大業(yè)務(wù)，只是一個開始，未來十年，HPC和汽車電子又將如何驅(qū)動一系列的芯片需求，帶來新時代下的半導(dǎo)體機會？
HPC
HPC全稱是High Performance Computing，也就是我們常說的高性能計算。作為計算機技術(shù)的源頭之一，HPC并不是簡單的CPU堆砌，其在底層芯片性能要求上高于普通的數(shù)據(jù)中心和智算中心。一般來說，HPC產(chǎn)品比其他產(chǎn)品更復(fù)雜，因為它們需要更大的芯片和更高的產(chǎn)量。
具體來看，CPU和GPU都能在HPC中發(fā)揮關(guān)鍵作用。D2S的Fujimura曾指出，對于順序數(shù)據(jù)處理類型的編程，CPU往往比GPU更具成本效益。但是對于為任何給定數(shù)據(jù)單元進(jìn)行大量計算的任務(wù)，GPU可以更高效，特別是如果計算任務(wù)可以轉(zhuǎn)換為單指令多數(shù)據(jù)（SIMD）問題，這是并行處理大部分?jǐn)?shù)據(jù)并在不同數(shù)據(jù)上以相同指令執(zhí)行的地方。
為了滿足HPC產(chǎn)品的需求，英偉達(dá)、臺積電、三星等巨頭紛紛發(fā)力。英偉達(dá)在今年3月宣布推出首款面向AI基礎(chǔ)設(shè)施和高性能計算的基于Arm Neoverse的數(shù)據(jù)中心專屬CPU——NVIDIA Grace CPU，據(jù)介紹，Grace CPU超級芯片將與基于NVIDIA Hopper架構(gòu)的GPU一同應(yīng)用于大型HPC和AI應(yīng)用。此前，供應(yīng)鏈曾傳出，NVIDIA內(nèi)部預(yù)計，數(shù)據(jù)中心HPC芯片業(yè)績將有年成長上看200~250%左右的高目標(biāo)。
臺積電則推出了專門滿足HPC產(chǎn)品需求的N4X芯片技術(shù)，預(yù)計將在明年上半年進(jìn)入風(fēng)險生產(chǎn)。三星近日聘請前英特爾超級計算機負(fù)責(zé)人擔(dān)任高級副總裁兼高性能計算(HPC)首席架構(gòu)師以及三星高級技術(shù)研究院(SAIT)美國系統(tǒng)架構(gòu)實驗室負(fù)責(zé)人。
隨著技術(shù)的進(jìn)步以及數(shù)字經(jīng)濟(jì)的快速興起，YOLE預(yù)計2024年HPC市場規(guī)模增至470.14億美元，2020年至2024年HPC市場規(guī)模年均復(fù)合增長率達(dá)10.7%。在如此龐大的芯片需求下，想必也將極大得帶動芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
汽車電子
從當(dāng)前趨勢來看，以“零碳排放”為主的綠色發(fā)展理念以及不斷飆升的石油價格讓新能源汽車成為了焦點。CINNO Research半導(dǎo)體事業(yè)部總經(jīng)理Elvis Hsu認(rèn)為，汽車市場因終端新能源汽車和全球零碳排放趨勢帶來新的汽車芯片需求。相較于傳統(tǒng)汽車，新能源汽車所需的芯片高達(dá)1000多顆，僅MCU芯片的使用量就是傳統(tǒng)燃油車的翻倍。
此外，隨著汽車智能化發(fā)展的不斷推進(jìn)，未來的智能汽車或?qū)⒆兂梢慌_四個輪子上的超級計算機，聽起來很酷炫，但同時意味著智能汽車必須隨時處于交互狀態(tài)才能實現(xiàn)的各種功能，這就離不開大量的數(shù)據(jù)和智能運算。而芯片作為汽車核心技術(shù)生態(tài)循環(huán)的基石，其算力一定程度上決定了智能汽車的智能化極限，芯片算力越高，汽車智能水平潛力越大。
毫無疑問，智能汽車的發(fā)展對高算力的需求已成為業(yè)內(nèi)共識。在此背景下，智能汽車對于具備強大計算能力的AI芯片需求也將與日俱增，也催生出了越來越多的高算力平臺。因此，有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，車載芯片會超越手機芯片成為半導(dǎo)體領(lǐng)域引領(lǐng)者。IHS數(shù)據(jù)顯示，到2030年，汽車電子在汽車中所占的成本將由2000年的18%增加至45%。
寫在最后
站在半導(dǎo)體新一輪周期的起點，迎接我們的是未知的未來，但發(fā)展的腳步不能停下，對于我國來說，這或許又將是新一輪的發(fā)展機遇。十四五和新基建驅(qū)動政府投資高性能計算進(jìn)入快速增長期，觀研天下預(yù)測，2022年中國高性能計算行業(yè)總體市場規(guī)模將超400億元，2021-2025年CAGR為13%左右。更重要的是，《中國大芯片的黃金時代》也已到來。
