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2024十大科技趋势盘点·半导体产业逐渐回温?

发布日期:2024-01-11

2024十大科技趋势盘点

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2023年,科技的浪潮奔涌向前


从人工智能的飞速发展

到太空探索的百家争鸣


从新能源汽车的后来居上

到半导体“战争”的你来我往


许多科技新技术、新趋势、新机遇

正愈发深刻地浸润着世界

在这个充满创新和变革的时刻

新工科局与大家共同探讨

2024年度十大科技趋势


今日推出的是

半导体产业逐渐回温?



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图片来源:视觉中国


在新冠疫情和地缘政治紧张局势的双重影响下,全球半导体产业经历了一段跌宕起伏的时期,从爆发式增长的新兴产业成长为渐进式前进的成熟产业。见微知著,睹始知终,我们足以感受到半导体行业螺旋式上升伴随周期性波动的宏观特征。


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2023·触底反弹





1.中美仍在芯片领域频繁角力,供应链重组与跨国竞合交织。


这一年,拜登政府的出口管制禁令再升级,对AI高算力芯片“围追截堵”,并企图拉拢盟国管制中国。而中国本土的芯片厂商发展正处于快速增长阶段,本地采购或自研自用比例大幅上升。与此同时,韩国拟建全球规模最大的半导体集群,抢占发展先机。日本伺机而动,致力于与美欧合作建立全球供应链以重振产业。欧盟通过酝酿已久的《芯片法案》,寻求降低对外界的需求和依赖。荷兰宣布将部分光刻机等半导体相关产品纳入出口管制。总的来说,在半导体战争你来我往的趋势下,各国戮力强化自身产业,同时吸引跨国资本,强化与友好盟国的半导体科技交流合作。


当前,半导体产业正在经历新一轮制造重心转移,供应链条从线性有序走向网状混沌,重组不断加速。美日韩低端产能或将持续外迁,东南亚尤其是马来西亚、越南两国成产业布局新重心,与跨国竞合现象交织在一起,将全球半导体供应链的“重构”带入深水区。


2.企业竞争格局趋于稳定,大厂引领半导体制程竞争。


在以创新为主旋律的半导体行业中,资本实力雄厚的大厂因研发经费充足,具有天然的竞争优势。以今年全球半导体产业Q2收入为例,受益于年初ChatGPT的火爆,“领头羊”英伟达独占全球Q2收入增加额的逾一半,超威(AMD)、英特尔和高通等其他企业也搭上了大模型这班快车。Q3财报数据显示,芯片产业价值量向头部企业聚拢,集中度逐渐提升。英伟达超台积电和英特尔,坐上芯片行业收入第一宝座。


头部企业在先进制程竞争方面你追我赶。英特尔18A先进制程计划于2024年底开始生产。三星电子计划于明年推出3D芯片封装技术,预期2027年量产SF1.4(1.4nm级)制程。台积电将并行推动3D封装和单芯片封装技术路径的发展,预计在2025年完成N2和N2P节点,在2027年达到A14节点,并在2030年达到A10节点,即1nm制程芯片。后续制程将成为前沿技术竞争的焦点


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台积电发布进军至1nm制程的产品规划蓝图。

图片来源:Tomshardware


量产良率是先进制程技术竞争的关键。芯片设计、晶圆制造、封装、测试、PCB模板……任一环节都可能影响最终良率,因此需要深度整合供应链上的各环节大厂。目前,前沿技术节点推进至3nm量产,台积电3nm工艺技术是半导体产业中第一个实现高量产和高良率的工艺技术。高效运算GPU的HBM配置也仰赖内存大厂、芯片设计、晶圆制造和先进封装业者的高度合作才得以整合。ASML精进光刻机设备,将可制作组件线宽降低至1.1nm以下;imec推动2nm以下先进制程结构与制程研发。


3.技术周期迭代放缓,摩尔定律或进入发展瓶颈期。


半导体产业新技术从最初研发储备到终端产品应用并量产的周期大约在10年左右。过去10年,晶体管尺寸缩减速度逐渐放缓,量子隧穿现象限制芯片工艺节点演进,摩尔定律进入发展瓶颈期,半导体技术周期迭代放缓。随着制程节点不断迭代,系统级芯片(SoC)设计成本陡增,受限于技术实力以及设计、研发和规模化等活动的庞大投资需求,只有少数公司能够设计和制造出14纳米及以下工艺制程的芯片。Imec预判,未来十年小芯片和3D堆叠芯片等技术将是实现1nm甚至更先进工艺的关键技术。


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2024·看见曙光


1.2024年,半导体行业有望摆脱低谷,迎来回升。


国际数据公司(IDC)预测明年半导体市场将加速见底并恢复增长。IDC认为,从需求角度看,美国市场将保持弹性,中国将在2024年下半年开始复苏。国际半导体产业协会(SEMI)12月发布的《年终总半导体设备预测报告》预计,2023年年底全球半导体制造设备销售额将达到1000亿美元,较2022年的1074亿美元下降了6.1%。但半导体设备投资会从2024年开始反弹,2025年全球半导体设备销售额预计将达到1240亿美元的新高点

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图片来源:SEMI《年终总半导体设备预测报告》


终端市场回暖,刺激半导体市场需求稳定回升。AI、区块链、物联网、汽车电子和5G等细分领域终端应用的发展将进一步推动半导体技术的创新和市场需求,推动驱动传感器、连接芯片、专用SoC等芯片技术的创新。AI、新能源与智能联网等新兴领域将成为半导体发展主要成长动能。AI应用落地化推动终端装置多元化,创造巨量新兴规格芯片需求以适应多元应用情境。


2.芯片制程逐渐进入后摩尔时代。


小芯片(Chiplet)和芯片堆叠成为企业寻求CPU芯片性能提升、解决断供危机的风口。Chiplet可以延伸出很多新的封装方案,比如台积电的2.5D以及英特尔的Silicon Bridges等。在芯片堆叠方面,三星采用了“超级堆叠”(X-Cube)技术;英特尔采用了一个名为Foveros的堆叠架构;华为也在芯片堆叠技术方面进行了“紧凑型芯片模组”的尝试。但这些核心技术IP在中国的销售很大程度上会受到美国的阻碍。


3.半导体区域合作与局部博弈局势并存。


拜登政府10月17日颁布的出口管制新规,全面收紧尖端AI芯片出口管制,“长臂管辖”扰动半导体供应链;欧盟对中国电动汽车发起反补贴调查,恐影响半导体终端市场;日本拟与欧美共同制定芯片补贴规则……总体而言,中美对抗长期化,美国、日本、韩国、欧洲在新兴领域面临竞争,东南亚及印度有望崛起,全球人才争夺愈演愈烈,供应链形势日趋复杂化。


4.我国坚持国产替代道路,完善优化供应链,补齐技术短板。


第一,实现核心关键产品产业化。我国必须关注本土半导体产业链设备、材料、功率IC设计、EDA、IP核、先进制程、先进封装等环节的头部优秀产业,瞄准核心领域,有效掌握芯片产业主动权。


第二,补齐半导体芯片制造底层技术的短板。面对产业链上游技术的挑战和AI、量子计算、新能源汽车领域的需求,我国需加强产学研协同创新,破解人才困境,加速产品技术迭代,加快缩小与国际先进水平的差距。


第三,关注新兴市场,把握技术风口。电动汽车、AI应用及智能联网热潮不减,未来我国需要关注Chiplet、芯片堆叠、先进封装、高性能计算芯片、硅光芯片和宽禁带半导体等新兴技术领域的研发,推动跨业合作和产业整合。


往期回顾

2024十大科技趋势盘点(一)·如何在商业航天领域抢占先机?


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作者:苏敏柔

编辑:李青倩

编撰:同济大学国家创新发展研究院

监制:同济大学政治与国际关系学院、同济大学外国语学院

监审:同济大学网络空间国际治理研究基地