行業(yè)篇

第三章
集成電路設計業(yè)

第一節(jié)　全球集成電路設計業(yè)

一、行業(yè)規(guī)模

2020年在新冠肺炎疫情的影響下，全球GDP整體萎縮，但全球經(jīng)濟加速向數(shù)字化轉(zhuǎn)型，全球半導體市場從2019年低迷的狀態(tài)中恢復過來，產(chǎn)值為4 404億美元，實現(xiàn)逆勢增長6.8%。5G智能手機的出現(xiàn)，以及遠距離辦公和線上教學等需求的增長，導致PC和數(shù)據(jù)中心相關(guān)設備市場需求的增長。隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)的不斷成熟，高速運算芯片的需求也隨之增長。因此，全球集成電路設計業(yè)呈現(xiàn)良好態(tài)勢。2020年，全球集成電路設計業(yè)市場規(guī)模為1 279億美元，同比增長23.8%；全球集成電路設計業(yè)在全球半導體產(chǎn)業(yè)的市場占有率為29.0%，較2019年提升了4百分點。2009-2020年全球集成電路設計業(yè)市場規(guī)模如圖3-1所示。2009-2019年集成電路設計業(yè)在全球半導體產(chǎn)業(yè)的市場占有率如圖3-2所示。

二、行業(yè)布局

從區(qū)域發(fā)展情況看，2020年集成電路設計業(yè)市場規(guī)模排名前兩位的是亞太地區(qū)（除日本）和美洲。2020年亞太地區(qū)（除日本）集成電路設計業(yè)市場規(guī)模增長了20.6百分點，其在全球集成電路設計業(yè)的市場占有率為61.9%。2021年，亞太地區(qū)（除日本）集成電路設計業(yè)市場規(guī)模反超美洲，強勢占據(jù)主導地位。美洲集成電路設計業(yè)市場規(guī)模為1 021.64億美元，同比下跌30.94%，在全球集成電路設計業(yè)的市場占有率為21.8%。歐洲和日本集成電路設計業(yè)市場規(guī)模和市場占有率均有所上升，分別以385.43億美元和378.41億美元占據(jù)8.2%和8.1%的市場份額，分別同比增長4.81%和5.56%。2020年，除美洲集成電路設計業(yè)產(chǎn)能下降以外，其他區(qū)域集成電路設計業(yè)市場均逐步回暖。2020年全球半導體市場格局如圖3-3所示。

三、技術(shù)發(fā)展

（一）移動智能終端芯片方面

高通于2020年12月1日發(fā)布的驍龍888芯片，搭載驍龍X60 5G基帶，成為首款全面集成5G調(diào)制解調(diào)器的芯片。該芯片采用先進的5nm制程工藝，能夠獲得更好的功率效率，改善5G載波聚合，支持毫米波和6GHz以下頻段的頻譜。在CPU內(nèi)核方面，驍龍888芯片較驍龍865芯片處理速度提升25%；在GPU方面，驍龍888芯片將圖形核心升級到Adreno 660，較前代驍龍865芯片渲染性能提升35%，能效提升20%。同時，驍龍888芯片也是首款采用三ISP的驍龍芯片，解決了之前多攝像頭視頻流切換時出現(xiàn)的跳轉(zhuǎn)問題。蘋果在2020年11月11日發(fā)布了首款自研基于ARM架構(gòu)的M1芯片。M1芯片采用臺積電5nm先進制程工藝，配備4個高性能核心和4個高能效核心，分別可用來處理高速需求任務和輕量級日常任務；這8個核心可以同時運行，處理嚴苛任務，在提供出色計算能力的同時維持較好的性能功耗比。M1芯片同時配備具有8個核心的圖形處理器，采用16核架構(gòu)，將機器學習速度最高提升了15倍。2020年，得益于中低價位（100～250美元）的手機正成為中國及印度市場的主流。聯(lián)發(fā)科芯片是這一價格段產(chǎn)品非常好的選擇，故而在智能手機芯片的市場占有率上，聯(lián)發(fā)科首次超越高通成為全球最大的智能手機芯片供應商。

（二）5G芯片方面

截至2020年年底，我國5G基站數(shù)可達65萬個，5G用戶數(shù)約為2億人。如今，市面上的5G手機滲透率已經(jīng)達到了18%，而在2022年這個比例預計會增加到49%，5G手機將逐漸成為主流。5G芯片主要廠商有中國大陸的華為、紫光展銳，中國臺灣的聯(lián)發(fā)科，美國的高通和韓國的三星。目前，推出的5G基帶芯片有高通X50/X55/X60/X62/X65、三星Exynos M5100/M5123、聯(lián)發(fā)科Helio M70、華為巴龍5000、華為麒麟990 5G、紫光展銳春藤510等。在5G領(lǐng)域，高通以39%的市場占有率保持第一，并于2021年2月9日晚發(fā)布4nm 5G基帶芯片-驍龍X65和X62芯片。驍龍X65芯片是全球首個符合3GPP Release 16規(guī)范的調(diào)制解調(diào)器及射頻系統(tǒng)芯片，傳輸速率是4G LTE早期傳輸速率的100倍，支持覆蓋包括毫米波和Sub-6GHz頻段的全部主要5G頻段。驍龍X62芯片可視為驍龍X65芯片的精簡版，主要特性類似于驍龍X65芯片特性，但下載速度峰值則是4.4Gbit/s。聯(lián)發(fā)科于2020年1月7日發(fā)布7nm天璣800系列5G芯片，集成5G調(diào)制解調(diào)器。此款芯片主要面向于中端手機市場。之后，聯(lián)發(fā)科于2021年1月推出天璣1100/1200兩款旗艦芯片，均采用臺積電6nm制程工藝，并采用聯(lián)發(fā)科UltraSave 5G技術(shù)，節(jié)能效果極佳。在高端5G芯片上，聯(lián)發(fā)科將推出4nm芯片-天璣2000芯片，并會在2021年第四季度開始量產(chǎn)。2020年3月30日，華為推出了麒麟820芯片。該芯片的CPU核心相比上一代麒麟810芯片無太大變動，只是進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在性能與功耗之間尋找一個較好的平衡點。2020年9月15號之后，美國切斷了華為獲得芯片的商業(yè)渠道，致使華為面臨芯片斷供危機，而華為智能手機銷量也有所下滑。在5G方面，華為貢獻5G專利占業(yè)界總數(shù)的20%以上，逐漸恢復智能手機的市場也指日可待。從整體來看，我國乃至全世界5G應用未達到理想狀態(tài)，5G芯片市場正快速增長。

（三）人工智能芯片方面

人工智能芯片按照主流研究方向可分為GPU、FPGA和ASIC芯片。GPU芯片是目前應用范圍最廣、靈活度最高的AI硬件，可以在云端作為主力芯片進行AI訓練，也可以在終端的安防、汽車等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。英偉達在加速深度學習算法芯片市場中占據(jù)壟斷地位，并將GPU芯片強大的計算能力用于包括AI、智能駕駛及高性能平臺等多個領(lǐng)域。2021年4月，英偉達推出Ampere架構(gòu)的A10 / A30 Tensor Core GPU芯片。與GPU芯片相比，F(xiàn)PGA芯片與ASIC芯片專業(yè)化程度更高，計算能力更強。在全球FPGA芯片市場中，賽靈思與Altera（已被英特爾收購）兩大廠商合計市場占有率高達90%左右。賽靈思專攻FPGA芯片在計算、網(wǎng)絡與儲存三大硬件加速領(lǐng)域的應用，并于2021年4月推出Kria系列自適應模塊SOM產(chǎn)品組合搭載FPGA芯片，以加速視覺AI算法；英特爾則著眼于如何利用FPGA芯片補強CPU的不足，并于2019年4月推出基于10nm FPGA芯片-Agilex芯片后，又于2020年2月發(fā)布了Agilex芯片若干重大的架構(gòu)創(chuàng)新，比上一代Stratix 10芯片在性能上大幅提升。近些年，出現(xiàn)的TPU、NPU、VPU、BPU等產(chǎn)品都屬于ASIC芯片范疇。ASIC芯片即專用集成電路，而谷歌的張量處理器TPU可作為其典型代表。2018年5月，谷歌發(fā)布TPU3.0產(chǎn)品，并于2018年8月推出了專攻邊緣計算的Edge TPU產(chǎn)品。2019年5月7日，谷歌發(fā)布Cloud TPU v2/v3 Pod測試版，能夠訓練更大的模型。

四、重點企業(yè)排名

2020年，在全球集成電路設計業(yè)中，銷售額排名前十的集成電路設計企業(yè)合計銷售額為859.74億美元，在全球集成電路設計業(yè)總銷售額的占比達75.9%。從企業(yè)總部所在地看，銷售額排名前十的集成電路設計企業(yè)有6家美國企業(yè)、3家中國臺灣企業(yè)、1家英國企業(yè)。從集成電路設計企業(yè)銷售額情況看，高通以33.7%的銷售額年增長率超越博通坐上銷售額第一的寶座。

2020年，在全球集成電路設計業(yè)中，銷售額排名前十的集成電路設計企業(yè)有8家企業(yè)實現(xiàn)銷售額同比正增長，只有排在第六的賽靈思和排在第十的Dialog兩家企業(yè)銷售額呈現(xiàn)同比負增長。銷售額排名前十的集成電路設計企業(yè)門檻也同比降低0.45億美元。其中，賽靈思依然受到中美貿(mào)易摩擦影響，其網(wǎng)通領(lǐng)域部門年銷售額同比下降37%，拖累企業(yè)整體銷售額表現(xiàn)；戴濼格半導體則因為客制化混合信號產(chǎn)品線表現(xiàn)不佳，年銷售額同比下降19.6%，導致企業(yè)整體第三季銷售額僅為3.86億美元。高通回歸蘋果供應鏈，再加上終端客戶因新冠肺炎疫情而需求增長，以及5G射頻元件產(chǎn)品逐漸開始貢獻銷售額，故高通以194.07億美元的銷售額奪回第一的位置。位居第二的博通年銷售額同比上漲2.90%，因在云端、無線與網(wǎng)通等應用的需求增長，同時博通也是蘋果新機的芯片供應商之一，因此抵消了中美貿(mào)易摩擦帶來的沖擊。位居第三的英偉達銷售額持續(xù)受到網(wǎng)通芯片商Mellanox的挹注，年銷售額高達52.2%，同比上漲幅度再度居冠。2020年全球前十大集成電路設計企業(yè)銷售額情況如表3-1所示。