(2023.9.18)半导体周要闻－莫大康

1. 2022年半导体设计IP销售排名出炉

IPnest 于 2023 年 4 月发布了“设计 IP 报告”，按类别(CPU, DSP, GPU和ISP，有线接口，SRAM内存编译器，闪存编译器，库和I/O, AMS，无线接口，基础设施和其他数字)和性质(许可和版税)对IP供应商进行了排名。

其中，设计 IP 收入在 2022 年达到 $6.67B，2021 年为 $5.56B，在 2021 年和 2020 年分别增长 19.4% 和 16.7% 之后增长了 20.2%。

审视 2016-2022 年 IP 市场演变可以带来有关主要趋势的有趣信息。全球 IP 市场增长了 94.8%，而前 3 名供应商的增长并不均衡。当排名第二的 Synopsys 增长 194% 和 Cadence（排名第三）增长 203% 时，排名第一的 ARM 增长了 66.5%。市场份额信息更为重要。ARM 从 2016 年的 48.1% 上升到 2022 年的 41%，而 Synopsys 从 13.1% 上升到 22%，Cadence 从 3.4% 上升到 5.4%。

2. 台积电日本厂预计2024年底量产，或在2025年盈利

对于台积电在熊本设厂的原因，消息人士认为一是苹果希望台积电全力支持其主要供应商索尼；二是台积电与日本保持了长期的互利关系，这有望提高其在材料方面的研发能力，并确保稳定的产能供应。三是日本政府为工厂建设提供补贴符合台积电的需求，索尼和汽车客户的长期订单将大大降低运营风险。

近期台积电日本二厂的相关细节曝光，预计将在2024年4月动工，目标在2026年底开始进行生产，总投资额预计将超过1万亿日元，主要生产12nm制程芯片。

台积电董事长刘德音曾表示，目前台积电购买的土地只有第一座厂的用地，第二座厂的用地还在征收中，未来日本的第二座晶圆厂落脚还是在熊本。由于很多客户觉得台积电成熟制程产能不够，日本第二座厂将朝成熟制程方向评估，目前没有导入先进制程的计划。

3. 三国杀将至，三星欲在新战场给台积电沉重一击

据TrendForce统计，今年第一季度，三星晶圆代工业务全球市场占比为9.9%，到了第二季度，市占率上升到了11.7%，营收从第一季度的27.57亿美元增加到32.34 亿美元。排名第一的台积电，市占率则从60.1%下降至56.4%。这给了三星很大信心。

最近，三星联合首席执行官Kyung Kye-hyun在首尔国立大学的一次讲座上表示，该公司在美国德克萨斯州泰勒市的晶圆厂将成为美国的第一个量产先进制程芯片的工厂，将在2024年开始大规模生产4nm芯片，领先于台积电在亚利桑那州的新建晶圆厂，因为后者工期延迟，预计要到2025年才能量产。在这一点上，三星认为击败了台积电。

今年5月，三星电子半导体业务主管庆桂显也曾表示：“老实说，我们的晶圆代工技术落后于台积电，三星4nm制程落后台积电两年，3nm落后一年左右

据报道，截至2023年4月，三星4nm产线的良率约为60%，而台积电的为70%-80%。

今年7月，据韩国媒体报道，三星4nm良率已经提升至75%，与台积电持平。

台积电的第一代3nm在2022年第四季度量产，但由于成本太高，且良率低，量产规模很有限，当时，在业界形成了“干打雷，不下雨”的效果，今年下半年，随着新版本N3E走向成熟，苹果新机采用的A17处理器开始大规模量产，使得台积电的3nm制程在2023下半年放量了。 

台积电表示，N3E制程对该公司全年营收的贡献率为4~6%。

台积电的3nm（N3）制程，在经历了2022年的“雷声大，雨点小”之后，2023下半年，终于迎来了大规模量产时刻，此次，采用升级版本的N3E后，成本和功耗都得到了有效控制，苹果刚发布的新机旗舰所使用的A17 Pro处理器就是用N3E制造的。

A17 Pro拥有190亿个晶体管，上一代的A16（4nm制程）是160亿个，再向前追溯，A15（升级版5nm）有150亿个晶体管，A14（5nm）有118亿个晶体管，A13（升级版7nm）有85亿个晶体管。从晶体管数量和制程演进情况来看，N3E的性能提升还是比较明显的，也没有辜负台积电3nm一年来的“卧薪尝胆”。

关于3nm制程的良率，台积电方面还没有确切数字，有传闻说是55%，而据韩国经济日报和BusinessKorea报道，知名半导体分析师朴相昱指出，三星3nm良率已经提升至60%，

2nm制程距离量产还有至少两年时间，从过去几年的发展情况来看，到了2nm，三星和台积电之间的差距就更小了，甚至是并驾齐驱。就像前文提到的，三星电子半导体业务主管庆桂显表示要再5年内超越台积电，就是要以2nm为转折点。

目前，该公司的4nm制程进展也算顺利，并计划在2024年开始采用20A（2nm）制程制造芯片，在2025年采用18A制程制造芯片。

台积电还在日本熊本新建晶圆厂，将在那里生产12nm、16nm、22nm和28nm芯片。据报道，台积电日本工厂生产的芯片成本将比台湾地区高出10%-15%。

4. 魏少军：人工智能到底需要什么样的芯片？

高性能计算机的计算能力已经进入E级时代，即每秒可进行百亿亿次数学运算的超级计算机。未来还将进入Z级时代，比E级还快1000倍。但在追求高算力的同时，在功耗和资金投入上花费都是巨大的。

2022年，世界第一的超算 E 级(1018Flops)美国Frontier超算的GPU芯片使用了先进的6nm工艺，可以达到1.1亿个Flops，若算力再提高到1000倍（z级时代），即使技术能达到3纳米，想要实现Z级计算，功耗为8000兆瓦，相当于2021年北京市总电力负荷的三分之一。

那么，8000兆瓦是8000万度电，一度电要花费5毛钱，用一个小时的400万人民币。前沿计算机花费了6.6亿美元实现了E级计算，相当于40亿人民币。

此外， CPU、FPGA、GPU等现有的计算芯片也难以满足下一代计算的要求，一是计算芯片计算资源占比低，仅不到0.1%；二是技术资源利用率低，仅不到5%；同时，数据传输能耗高达90%。

“在人工智能完全智能化的发展中，我们一个重要的任务就是提高芯片自学能力和接受教育的能力。如同人类接受教育和学习成长一样。但芯片并非如此，芯片出厂即巅峰，后面逐渐衰减。因此芯片在物理上无法实现不断学习成长。但智能软件是实现智能的载体，应具备自我学习能力，通过软件赋予硬件持续迭代的能力。”因此，在强大算力需求的推动下，若想让芯片变得更通用、更智能，可以以应用定义软件，再用软件定义芯片，保证芯片在具备灵活性的同时兼顾效率提升。

最后，魏少军教授总结了智能AI芯片应具备的基本要素：

1)、学习能力、接受教育并成长的能力;

2)算法和软件的自主演进能力;

3)、自主认知、自主判断、自主选择和自主决策；

4)、可编程性：适应算法的演进和应用的多样性;

5)、架构的动态可变性：适应不同的算法，实现高效计算;

6)、高效的架构变换能力：<10 Clock cycle，低开销、低延迟；

7)、高计算效率：避免使用指令这类低效率的架构;

8)、高能量效率：~10 TOPS/W；某些应用: 功耗<1mW；某些应用: 识别速度>25F/s

9)、低成本：能够进入家电和消费类电子

10)、体积小：能够装载在移动设备上;

11)、应用开发简便：不需要芯片设计方面的知识

5. Q2全球智能手机SoC市占率出炉，紫光展锐增至15%

研究机构Counterpoint公布了2023年第二季度全球智能手机AP/SoC芯片市场占比情况，分别以出货数量、出货金额进行展示。从数量上看，联发科依旧保持市场领导地位，而紫光展锐是今年季度环比增长最快的芯片企业。全球市占率达到15%。

目前，紫光展锐已推出100余款5G智能终端，在消费电子领域，展锐5G芯已被中兴、努比亚、中国电信、海信等品牌手机采用并在全球市场销售，同时，紫光展锐携手合作伙伴开拓了5G学习机、智能眼镜、商用机器人等创新品类，不局限于单一的手机市场。此外，在工业电子领域，展锐5G解决方案已在智慧电力、智慧园区、智慧采矿、智慧医疗、智能制造、金融支付、共享经济、工业物联网等垂直领域商用落地。搭载展锐5G芯片的物联网模组、CPE等产品已通过CE、GCF、FCC等多类海外认证，实现全球成熟量产出货。

6. 台积电、英伟达、英特尔、苹果等大厂抢攻硅光子技术

根据Bloomberg的报道，苹果采用的正是硅光子技术，技术原理为透过激光发出特定波长的光，照射到皮肤下组织被葡萄糖吸收的区域，并且反射回传感器，显示出葡萄糖的浓度。而此硅光子芯片与传感器则被报导将委由台积电制造。

从感测的应用来看，硅光子在自动驾驶汽车与无人机应用的领域也同样受到关注。激光雷达（LiDAR）的高感测精准度被视作自驾车发展的关键，但目前的发展却仍受限于成本高昂与技术复杂程度，未来若应用硅光子技术，预期将可以有效缩小搭载在电动车上的组件体积并且降低成本。

业界预测，硅光子市场（以裸晶计算）规模将从2021年的1.52亿美元，在2027年攀升至9.27亿美元，对于许多已经进入发展高原期的领域而言，硅光子市场才正要起飞，其年复合成长率达到36%，无疑是让业界看重并起而投入的一大原因。

带动硅光子技术发展，并且成为新兴潜力市场的一大原因，是来自光通讯的需求。延续摩尔定律越来越困难，但数据传输效率与运算效能需求却仍快速增长的情况下，透过半导体制程整合光电组件，不仅能提高元件密度、增加整体操作效率、减少耗能，还能达到有效降低成本的效益。

业界指出，硅光子技术可望带来的突破还包括更精准、敏感的生物分析和检测，其中最受市场期待的应用是血糖侦测。

7. 最悲观分析师终于看好芯片了

市场研究公司 Future Horizons 的首席执行官兼首席分析师马尔科姆·佩恩 (Malcolm Penn) 将他预计的 2023 年芯片市场收缩规模减少了一半。

2022 年 5 月，Penn 表示芯片市场将萎缩 17% 至 26%。2023 年 5 月，他将该预测下调至 18% 至 22% 之间，其中最有可能的结果是 20%。Penn 在其最新的芯片市场简报中预测，市场将萎缩 8.5% 至 11.5%，中间为负 10%。这使得 Penn 与 Gartner (-11%) 和 WSTS (-10.3%) 等其他预测机构保持一致。

Penn 将其想法的改变归因于 2023 年第二季度市场环比增长远强于预期。尽管他原本预计环比会收缩 5%，但 WSTS/SIA 统计数据却显示增长了 6%。

8 . 晶圆代工厂商最新营收排名公布，多家半导体企业融资新进展曝光

9. 测试表明3nm对苹果处理器改进不明显，工艺提升之路走到尽头了？

苹果最新发布的iphone15搭载了全球首颗3nm的手机芯片--苹果A17 Pro，它率先采用了台积电的3nm工艺，但最新的测试表明，苹果A17与A16相比，CPU单核仅仅提升了10%，多核则才提升了2%，不过GPU提升了20%！则这样的性能提升跟以前工艺提升带来的20%以上的提升相比似乎改进不多，难道通过工艺提升处理器性能之路快到尽头了吗？

数据显示，台积电为了这3nm工艺，投入了300多亿美元，折算成人民币可是2000多亿元。而3nm的NRE成本就接近7亿美元，如此巨大的投入换来的如此小的一步，值得吗？

10. 汽车芯片走到分岔口

当前，在电动化、智能化、网联化和共享化等“新四化”趋势推动下，汽车已经成为“轮子上的数据中心”，汽车半导体用量迅速提升。预计到2030年，高端汽车物料清单中，芯片比重将从当前的4%左右提升至20%以上。

长期以来，汽车行业一直被认为是技术落后者，只注重落后工艺，但实际上，汽车行业在2022年开始使用5nm工艺—— 距离5nm进入量产仅两年。

以往，汽车芯片大多采用40nm及以上的成熟工艺制程，跟消费电子芯片在工艺上差了不止一个量级。

目前，智能座舱的明星产品是2019年高通发布的骁龙8155芯片，是全球首个采用7nm工艺的汽车芯片。

MCU主要是依靠成熟制程，全球约70%的MCU生产来自台积电；而智能座舱、自动驾驶及AI芯片等主控芯片出于性能和功耗考虑，持续追求先进制程，高级别自动驾驶正在推动汽车算力平台制程向7nm及以下延伸。

在此趋势下，催生了高通、英伟达、英特尔、联发科等高性能计算玩家进入车用市场，推动汽车算力平台制程向7nm及以下延伸。