2021年半導體產業前景:多元運算架構正改變產業樣貌

【蔣士棋╱北美智權報 編輯部】

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展望2021年,全球半導體產業可望受惠於5G應用落地以及物聯網、人工智慧等高速運算的晶片需求,延續2020年的成長態勢。只不過,當半導體製程的技術門檻愈來愈高、以及硬體趨向多元運算架構發展時,三、五年後的半導體產業面貌,很可能跟今天會大不相同。

2020年由於新冠肺炎的影響,幾乎全球每個產業都受到嚴重打擊,唯有半導體產業還能維持成長。根據資策會市場情報研究所(MIC)估計,2020年全球半導體市場的規模可望達到4千3百億美元,比起2019年成長約4.7%;此外,展望2021年,MIC則認為,全球半導體市場將呈現雙位數的成長,規模也將來到4千7百億美元(圖1)。

圖1:2011~2021年全球半導體市場規模變化(2020年、2021年為預估值) (資料來源:資策會MIC)
圖1:2011~2021年全球半導體市場規模變化(2020年、2021年為預估值) (資料來源:資策會MIC)

2020年的半導體產業之所以還能維持成長,主要原因之一為前一年(2019)的嚴重衰退。歷經2017、2018年的高速發展,半導體產業在2019年因為記憶體價格慘跌,還有全球5G佈建緩慢、換機需求疲軟等因素的影響,出現了12%的負成長,使得市場規模退回到了2017年的水準。換句話說,如果沒有前一年的低基期效應,今年的半導體產業表現可能會更差強人意。

另一個成長的原因,則是在美國政府的華為禁令生效前的拉貨效應。從去年五月開始,美國就啟動了一系列斬斷華為生產體系的動作,包括禁止美國企業供貨給華為、禁止任何外國廠商使用美國技術與華為往來、最終使得中國境外的所有廠商,在今年九月中之後除非獲得美國政府的特別許可,都無法再跟華為做生意。

華為禁令催生出今年半導體拉貨效應

作為因應,華為從去年也開始大量從供應鏈下訂單,以儲備營運所需的關鍵零組件,間接促成了半導體產業在今年的榮景。經過大半年的瘋狂拉貨、備貨後,MIC資深產業分析師鄭凱安分析,在9月15日的最終禁令生效前,華為庫存的5G基地台晶片,應可滿足2021年的需求,而手機晶片也應該能滿足至2021年第一季。

展望2021年,鄭凱安認為5G跟高速運算(HPC)將是推動半導體產業持續成長的兩大動能。事實上,從過去五年的應用市場結構變化,就看得出半導體產業正逐漸往非3C應用的方向發展。根據MIC統計,2013年時,消費性電子與電腦應用佔全球半導體應用市場的比重還高達52.4%,但之後就呈現一路衰退,預估今、明兩年的佔比將僅剩44%;與此同時,通訊應用以及車用、工業用半導體的市場卻是逐年成長,尤其通訊應用的佔比已經從2013年的不足30%大幅躍升至今年的34%(圖2)。

圖2:2013~2021年全球半導體應用市場比重變化(2020年、2021年為預估值) (資料來源:資策會MIC)
圖2:2013~2021年全球半導體應用市場比重變化(2020年、2021年為預估值) (資料來源:資策會MIC)

這個趨勢也在改變半導體產業的競爭態勢。以IC設計產業為例,鄭凱安指出,今年的疫情推升了物聯網的需求,而為了因應不同產業的場域的特殊應用,多元運算架構是當前主要IC設計大廠積極發展的方向,也就是AI運算、影像辨識、傳輸等地運算需求不再集中於CPU(中央處理器)上,而是根據晶片效能、功耗等因素,分配給GPU(圖形處理器)或者ASIC(特殊應用IC)。

值得注意的是,雖然CPU、GPU產業仍然由傳統大廠如Intel、nVIDIA、AMD佔據,ASIC領域卻冒出許多新創團隊,甚至應用產業自己也開始嘗試自己設計晶片。「ASIC在特定應用的強大運算能力,是多元運算架構的重點,」鄭凱安認為,隨著新興應用的持續發展,將進一步帶動產業結構的變化。

三星意欲藉GAA製程彎道超車台積電

高速運算也催生了半導體製程的進展。根據MIC統計,從今年開始,10奈米以下的高階製程,佔台灣晶圓代工的比重已經超過3成,到第二季結束甚至已經高達33%(圖3),主要半導體製造商也陸續提高製程研發的資本支出。目前除了台積電以外,包括Intel以及三星都看得出製程推進的藍圖,尤其三星計畫藉由GAA(Gate All-Around)技術來搶先台積電,從現有的7奈米製程一舉進入3奈米製程,後續發展值得注意。

圖3:2018~2020年每季台灣晶圓代工製程比重變化 (資料來源:資策會MIC)
圖3:2018~2020年每季台灣晶圓代工製程比重變化 (資料來源:資策會MIC)

整體看起來,即使何時才能控制疫情尚且言之過早,但在應用端需求的帶動下,通訊和高速運算晶片到2021年應該還是供不應求,半導體產業維持成長應無疑慮。只不過,今年市場上最重要的買家之一:華為既然已經滿手庫存,美國政府的禁令短時間也難以撤銷,明年的市場需求必然會回到「正軌」,就算整體產業仍能維持成長,但一小段震盪期應該也是在所難免的。


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