芯片行业的下一步

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来源  /   Semiconductor Engineering；荣格电子芯片编译

作者  /   ED SPERLING

 

 

在整个2023年，芯片行业观察人士的普遍共识是，由于智能手机和 PC 的市场饱和以及 DRAM和闪存的库存和产能过剩，IC销量持平或下降。但这并不能说明全部情况，它正变得非常微妙和复杂。

 

与过去不同，了解芯片行业的发展情况不再是一个简单的数学公式。芯片和系统之间的界限正在模糊，芯片和装满小芯片的先进封装之间的界限正在模糊。随着计算超越现有算力的限制，进入基础设施和多个超大规模数据中心（其中一些正在开发仅供内部使用的芯片）门槛越来越高，使用超级计算对行业的健康状况做出广泛声明/预测变得更加困难。未来，需要在新的和快速发展的横向趋势以及日益数字化和特定领域的垂直市场的背景下对其进行分析。

 

值得关注的大横向趋势既有技术驱动，也有地缘政治。在本月的世界经济论坛上，三分之二的受访经济学家指出生成式人工智能（GenAI）是一个亮点。普遍的共识（94%）是，GenAI将在未来五年内在高收入经济体中具有重要的经济意义。但经济学家们也指出，这很可能对富人和穷人有不同的情况，因为它对低收入经济体的影响很小。他们还指出，地缘政治分裂是波动的根源，并表示产业政策将创造新的增长热点。

 

这些横向趋势在整个芯片行业紧密交织在一起，在消费电子产品中尤为明显，尽管销售趋于平缓，但就数量而言，消费电子产品仍然是最大的芯片单一市场。智能手机中的芯片以数亿甚至数十亿的数量销售并不罕见。但是，过去行之有效的方法——将所有东西打包到一个 SoC中——正变得站不住脚，因为逻辑不断缩小，更多功能被添加到设备中。

 

在摩尔定律的下一阶段（这个绰号是否仍然适用还有待商榷），芯片将被分解成小芯片或子系统，并以独特的方式组装在某种类型的高级封装中。因此，一个设备很可能包含数十个小芯片，并且它们将越来越多地成为现成部件或定制设计的混合体。目前尚不清楚这将如何影响收入，但它肯定会使销量飙升。

 

这些分解部分的价值也将有很大差异，并且很可能会给定价带来更大的波动性，因为不同小芯片的供需波动很大。即使没有这种局部波动，在90nm处设计模拟芯片也比主要使用数字电路将其缩小到3nm要容易得多，成本也要低得多。这增加了芯片制造商可用的功耗、性能和面积/成本（PPAC）选项的数量，并且更难预测他们将如何确定选择的优先级，这些选择可能会变得越来越特定于领域。

 

物理学是一个越来越重要的经济因素。例如，SRAM在扩展方面遇到了障碍，促使芯片制造商将其替换为DRAM（在较小程度上是MRAM或ReRAM）用于L3缓存。在将出货的DRAM芯片数量相加时，需要考虑到这一点，这是衡量芯片行业发展的关键指标之一。但这比仅仅计算DIMM插槽中的芯片要复杂得多。

 

新的、更快的DRAM将使用更高速的PHY和中介层以不同的方式连接到芯片上。有些将包含更多的数据通道和更高的容量（HBM），而另一些类型（GDDR、LPDDR）将连接在不同的地方，以缩短特定功能的物理距离。DRAM可以使用 CXL 在数据中心中汇集，这将提高利用率。

 

 

Part 1

区域变量

 

芯片行业的另一项传统指标涉及晶圆厂产能和晶圆产量。这些指标在先进封装和小芯片中变得越来越模糊，但在地缘政治的背景下，它们也变得越来越难以衡量。回顾一年前，供应链受到高度限制，新车购买者和寻找高端电器的人等待六个月到一年的情况并不罕见。在那段时间里，中国经济出现了下滑，而住房危机与2008年美国房地产崩盘非常相似，而2008年的房地产崩盘又引发了所谓的大衰退。

 

世界银行预计，中国2023年GDP增长将达到5.2%左右，2024年将降至4.5%，与其他预测相当。中国复苏的速度将取决于它通过过度扩张的信贷的速度。这将决定就业和支出回升的速度，这反过来又将推动200毫米产能的需求回归。各地都有更多的产能上线，但是否足以满足未来的需求尚不清楚。

 

有大量报道称，欧洲、美国和东南亚的晶圆厂建设计划将导致产能过剩。但SEMI首席执行官Ajit Manocha在接受Semiconductor Engineering采访时指出，即使所有建设都在进行中，也需要更多的产能来支持一个价值1万亿美元的行业，大型咨询公司认为这一目标将在2030年左右实现。

 

无论如何，由于供应链日益分化，经济形势变得模糊不清，这使得中国房地产低迷的影响更加难以评估。如今，销往中国的苹果产品肯定越来越少。但销往中国的制造设备减少主要是贸易限制的结果，而不是经济限制。一旦新设施建成，美国、欧洲和东南亚的芯片制造、封装和研究的大量补贴回流和在岸投资可能会缓解这一赤字。随着地缘政治竞争的演变，限制正在被修改，这无济于事。

 

还需要考虑其他几个因素，包括性能、可靠性和对计算资源的普遍访问。疫情爆发之初的购买狂潮导致芯片销量飙升，吞噬了任何可用的制造能力，并给二线企业造成了巨大的短缺，这就是为什么新车和电器的等待时间如此之长的原因。如今，消费市场已经饱和。这在一定程度上是由于大多数买家在设备上停留的时间比过去更长，当时每隔几年就会带来一系列重要的新功能，而他们的设备开始变慢或电池无法保持足够的电量。此外，还有更多外部资源可用于处理和存储数据。

 

仅仅在智能手机摄像头中增加更多的像素并不足以动摇大多数人外出购买新手机，而几年前的笔记本电脑的性能仍然足以完成大多数任务——特别是当它与高带宽互联网相结合时。这就是为什么消费电子公司竞相在其设备中添加生成式人工智能功能的原因。ChatGPT不是对来自Alexa或Siri的查询的一般响应，而是可以提供更量身定制的信息。反过来，这也将需要更多的服务器和更强大的服务器，这有助于解释为什么EDA和NVIDIA等芯片制造商正在撕裂。

 

 

Part 2

EDA增长

 

根据SEMI刚刚发布的《电子设计市场数据报告》，EDA和IP收入在第三季度达到47亿美元（最新数据），而芯片行业则处于低迷状态。同比增长25.2%，IP物理设计和验证增长45.3%，远远超出了设计的探索阶段。这些是为实际应用而开发的真正芯片，它们正准备用于制造。

 

其中一部分是为边缘设备开发的芯片，其中包括消费电子产品。但其中一些也是由系统公司推动的，这些公司约占晶圆的25%，其中大部分在内部使用，而不是商业销售。此外，当系统公司购买EDA工具时，他们购买的是工程师完全装备所需的一切，而不仅仅是一两个工具。那里的芯片设计的经济性也与消费类设备有很大不同，因为其价值在于整个数据中心的性能和功耗。

 

“利润的拉动非常大，”SEMI电子设计市场数据报告的执行发起人Walden Rhines说。“2023 年是半导体行业负 10% 的一年，但对 EDA 来说却是强劲增长的一年。那么这怎么说得通呢？答案是公司不断购买，你必须记住，现在我们有这种现象，四分之一的晶圆代工流向了非半导体公司。我们不再与半导体收入有这种相关性。这意味着你可以从EDA对它们来说不是那么大的开支的公司那里获得一份采购记录，它们现在都在人工智能竞赛中。如果你看看这些采购是哪些类别的，那么打破天花板的就是IC布局。这意味着重型设计和芯片的实际布局。这不仅仅是无晶圆厂公司外包布局。”

 

图 1：2023 年第三季度按细分市场和地理区域划分的收入。

资料来源：SEMI电子设计市场数据

 

Rhines预测，到2023年，EDA行业很可能达到170亿美元，这是该行业的快速增长。其中一些驱动因素也推动了并购活动的增加——Synopsys即将以350亿美元收购Ansys就是一个很好的例子——因为公司为下一波人工智能浪潮、垂直市场的新增长以及利用政府资金做好准备。

 

当然，人工智能芯片增长的典型代表是英伟达。在截至2023年10月29日的第三财季中，NVIDIA报告收入为181.2亿美元，同比增长206%，创下公司历史新高。同样，该公司的数据中心收入同比增长了279%。但其他公司肯定也在为自己的份额做准备。最大的问题是，半导体行业观察人士可以看到其中有多少。

 

 

 

原文链接：

https://semiengineering.com/how-is-the-chip-industry-really-doing/

 

 

 注：ED SPERLING is the editor in chief of Semiconductor Engineering

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