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全球半导体产业格局生变 AI将成重要驱动力

发布时间:2024-04-29 浏览:233次


在近日举行的2024年德国汉诺威工业博览会上,人工智能成为重点关注的领域之一。

人工智能技术新一轮爆发式发展正在改变全球半导体产业格局。人工智能对高性能、高算力芯片的巨大需求,推动半导体产业不断创新,并由此迎来巨量的增长空间。如何抓住半导体产业链重构的机会,成为业界各方关注的焦点,而通过全球化的开放合作加速产业创新已然成为业界的共识。

半导体产业迎来重要机遇期

全球半导体产业经历去年周期性下滑后,2024年逐渐迎来复苏。在近日于上海举行的SEMICON China 2024国际半导体展上,专家表示,今年全球半导体销售额将实现超过10%的正增长,预计到2030年有望突破万亿美元。在全球半导体市场迈向万亿美元的进程中,人工智能(AI)及其驱动的新智能应用将成为推动半导体产业持续前行的重要驱动力。

半导体产业迎来复苏

“2023年半导体产业经历了下行周期,产业下滑约11%。”国际半导体组织SEMI全球副总裁、中国区总裁居龙表示,半导体是典型的具有明显周期性的产业,而技术迭代是推动半导体产业发展的引擎。SEMI预计今年半导体销售额将增长约13%至16%,可能达到6000亿美元,并且未来几年将持续保持增长,预计到2030年前后有望实现1万亿美元里程碑。

产业数据趋势表明,半导体产业周期性衰退已经触底,最终需求的改善和库存正常化的结束将支持产业逐步复苏。

SEMI首席分析师曾瑞榆预测,半导体销售额预计将在2024年和2025年实现两位数增长。其中,半导体设备和材料市场将在2024年出现改善,随后在2025年强劲复苏。另外,中国对成熟技术的投资将保持强劲,高带宽内存(HBM)、全环绕栅极(GAA)晶体管和先进封装正成为当前业界的热点。

咨询公司国际商业策略首席执行官Handel Jones同样认为,半导体市场在2023年下降了9.11%,但在2024年将增长11.49%,预计到2030年半导体市场将达到1.1万亿美元,半导体市场的长期前景非常乐观。晶圆代工市场在2023年下降了12.18%,2024年将增长10.15%,从2025年开始,2纳米及以下的晶圆代工市场将进入高速增长期,到2030年将达到835亿美元。

另据国际数据公司(IDC)全球半导体与赋能科技研究集团总裁Mario Morales预测,受内存市场反弹和全行业库存调整解决方案的推动,预计2024年半导体市场将增长20%达到6300亿美元。2027年半导体总市场将达到8045亿美元,高于此前预测的6.7%。随着行业向人工智能、计算基础设施、汽车、高带宽内存和小芯片(Chiplet)的转型,2029年半导体市场销售额将接近1万亿美元。

AI将成重要驱动力

在半导体市场迈向万亿美元的进程中,产业也将迎来新一代技术推动及源源不断的新兴应用市场机遇,包括AI及其驱动的新智能应用、AI PC和AI手机、新能源汽车及工业应用等新兴产业。AI被认为将发挥越来越重要的驱动作用。

居龙认为,AI和半导体之间存在着相互促进的关系,AI智能应用创新驱动着半导体产业持续成长,而图形处理器(GPU)提供的算力使AI智能应用成为可能,两者相辅相成。2023年是生成式AI的爆发元年,生成式AI应用也将进入爆发期,AI和半导体技术相互推动发展的关系,将加速塑造产业的未来、影响产业的走向。

在欧洲知名半导体分析机构Yole半导体部门总监Emilie Jolivet看来,半导体行业尤其是处理器领域,正在经历两个重大变革:小芯片的采用和生成式人工智能的兴起。从2022年11月ChatGPT发布以来,生成式人工智能快速兴起,带动2023年AI芯片、存储芯片出货量大幅飙升。在一些全球知名科技巨头大力投资人工智能服务器以构建其基础设施的推动下,生成式人工智能的采用率激增。这些趋势将推动未来5年半导体市场的增长。

“生成式人工智能是半导体行业最重要的机遇之一。”Handel Jones预测,到2030年,生成式人工智能将影响超过70%的半导体产品,它能够大幅降低设计成本,提高半导体制造效率。

业界认为,未来几年,AI将推动半导体产业走向万亿级。在AI时代,集成电路应用面临巨大的创新空间,包括传感、存储、通信、安全和能源。AI将在这些领域产生越来越多的创新和增长机遇。

中国市场蕴含潜力

中国半导体产业在技术创新、市场需求、产业生态系统等多方面都具备良好的发展基础。中国作为全球最大的消费电子市场,对半导体产品的需求持续增长。随着物联网、人工智能等新兴技术快速发展,中国市场对于半导体产品的需求将会进一步增加,这也为中国半导体产业提供巨大的市场机遇。

全球科技公司加速布局AI芯片

美国芯片企业英伟达于3月18日在加利福尼亚州圣何塞市举行的开发者大会上,推出基于Blackwell架构、可应用于人工智能(AI)领域的高性能图形处理器(GPU)B200。英伟达首席执行官黄仁勋表示,这次推出的人工智能芯片是“驱动这场新工业革命的引擎”。

据介绍,B200集成有2080亿个晶体管,是上一代芯片800亿个晶体管的2.6倍,在处理给聊天机器人提供答案等任务时,B200芯片的速度比上一代芯片快30倍。微软、亚马逊、谷歌等科技巨头将是Blackwell架构芯片产品的首批用户。

以美国开放人工智能研究中心(Open AI)推出现象级生成式人工智能产品ChatGPT为起点,美国主要科技公司纷纷聚焦生成式人工智能领域,带动人工智能新一轮爆发式发展的浪潮。

随着人工智能研究的前沿转向计算密集型大语言模型,构建复杂人工智能系统所需的数学运算与图形芯片的工作方式相似,需要同时进行大量简单计算,高性能图形处理器便成为训练人工智能的算力基础。

数据、算法和算力被认为是人工智能三大支柱。人工智能的数据模型对高性能、高算力的AI芯片需求极大,加之人工智能各领域应用快速发展,推动芯片行业的竞争日趋白热化,发展目标转向高算力、高灵活性和低功耗。

原本在图形处理器领域先行一步的英伟达公司就此找到更广阔的用武之地和发展空间。凭借AI热潮的助力,该公司股价一路攀升,一度跃身为全球第一家市值突破2万亿美元的芯片公司,反映了全球科技公司对于AI算力需求的激增。

随着Sora、“双子座”等大模型的相继推出,基于大模型的诸多应用逐渐落地,AI芯片供不应求的状况或在相当长时间内持续。

科技公司要想在大模型竞争中赶上潮流,就必须构建强大的算力设施,AI芯片正成为瓶颈。据估算,英伟达AI芯片目前占据全球该领域销售额的70%至80%。

目前谷歌、微软和“元”公司等科技巨头纷纷开始布局自研AI芯片,加入人工智能芯片竞争。美国超威半导体公司也宣布加大投入,以期挑战英伟达的市场主导地位。2023年12月,超威半导体发布了可用于训练和运行大型语言模型的MI300系列芯片产品。

在19世纪中期的淘金热中赚到最多钱的是那些提供工具的人,而不是寻找金矿的人。今天,以英伟达为代表的人工智能芯片公司,可能在这场技术革命中扮演着同样的角色。

日本重燃半导体雄心

引进台积电等海外先进企业,培育本土企业Rapidus瞄准尖端制程,当前日本正以前所未有的巨额补贴和推进速度发力半导体产业。业内人士认为,台积电的进入有望在补齐日本半导体制造短板的同时带动产业集群发展,巩固其在半导体设备和材料领域的优势。而日本之所以决心甚坚,不仅因为半导体作为战略产业关系“安全”,还被寄予了重振日本产业经济的厚望。

重金支持关键企业

全球半导体制造龙头台积电位于日本熊本县的工厂2月下旬开业,被视为日本寻求芯片产业复兴的重要一步。该工厂采用22/28纳米以及12/16纳米制程技术,计划年底开始量产。同时,台积电将与索尼、电装、丰田汽车等合作伙伴共同增资其日本公司JASM,并于年内开工建设日本第二工厂,目标是2027年实现量产并可望将制程推进至6纳米,能够生产3纳米芯片的“三厂”也在考虑之中。

据了解,台积电日本第一工厂获得了政府高达4760亿日元的补贴,占该晶圆厂总支出约37%。日本政府也将为第二座晶圆厂提供约7300亿日元补贴。

巨额补贴加持下,台积电在日本的芯片制造布局将涵盖从成熟制程到先进工艺的进阶路线。

受益于政府补贴的不只有台积电,日本经济产业省还将对美光科技在广岛工厂的补贴从3.2亿美元增加到12.9亿美元,为日本铠侠和美国西部数据公司在三重县和岩手县合营的工厂量产最尖端存储半导体计划提供最高约2430亿日元补贴。

除重金引进海外企业外,日本政府对培育本土尖端制程也不吝投入。日本经济产业省宣布,2024年度将向Rapidus最多提供5900亿日元补贴。该公司于2022年在日本政府支持下由8家相关企业联合设立,以量产2纳米逻辑芯片为目标。Rapidus计划2025年4月启动试产线,从2027年开始量产2纳米最尖端芯片。

值得注意的是,过去日本政府对Rapidus的支持主要集中在半导体制造的“前工序”,而今年将首次对“后工序”技术开发提供补贴,规模约为535亿日元。Rapidus专注于后工序的背景是人工智能(AI)芯片需求增长和半导体细微化提升正在接近极限。AI芯片需要运算和记忆等功能,将多个芯片容纳在一个基板上可以使其高效地相互联动,更换承担必要功能的芯片即可提高性能。

Rapidus对媒体表示,在2027年开始量产之前需要5万亿日元资金,到2024年度,从政府将最多累计获得9200亿日元,因此还需要更多融资,针对中长期需求,将讨论从民间金融机构筹集资金和进行首次公开募股(IPO)。

和台积电计划建厂的美国和德国相比,日本通过前所未有的补贴金额和速度后发先至,表明了其发展半导体制造的决心。

彭博社报道称,在不到三年的时间里,日本政府已拨出约4万亿日元(约合267亿美元)用于重振半导体产业。其计划在企业支持下,将半导体产业的财政支持提高到10万亿日元,目标是到2030年将日本国产芯片销售额提高两倍,达到15万亿日元以上。

产业集聚巩固优势

分析人士认为,日本从过去技术封闭到如今积极与外资联盟的路径转变,将帮助其在补齐半导体制造短板的同时带动产业集群发展,巩固日本在半导体设备和材料领域的优势。

虽然日本目前在全球芯片市场上份额不足10%,但在半导体设备、关键材料光刻胶等领域仍占据核心地位。日本亚洲经济研究所主任研究员丁可认为,台积电在熊本建厂会迅速聚拢上游日本供应商和下游客户企业,在现有围绕台积电的半导体生态中,日本设备和材料企业的优势地位将会越来越稳固。

熊本县所在的九州地区是日本半导体公司的中心。台积电进驻熊本后,约有50家公司宣布将在熊本进行资本投资。日本九州经济研究中心估算,自2021年开始的投资热潮将在未来10年为九州带来20.77万亿日元经济效益。

台积电与日本的合作不只是设厂代工。台积电已在茨城县设立材料研发中心,并规划在日本建立先进封装厂,覆盖从前段制造厂至后段封测厂的完整布局。

以海外企业投资为契机,日本也期待其设备和材料企业加快技术创新和产能提升。业内人士指出,台积电可能催化日本半导体业产生质变、增加委外订单,从过去整合元件制造(IDM)模式逐步走向专业分工。

然而仅有政府引导和补贴并非万事大吉。东京电子社长河合利树在接受日媒采访时表示,国家的补贴可以作为催化剂激发新投资,同时带动整个供应链包括设备等业务的扩展,但企业自身必须有盈利能力,避免完全依赖国家支持。

东京大学公共政策大学院教授铃木一人也评论认为,半导体领域需要持续投资,企业如果不能形成自己赚钱并持续再投入的生态,则终将被市场淘汰。

意欲重振产业经济

作为能够吸引大量资金和技术的战略产业,半导体被寄予了重振日本产业经济的厚望。当前,无论对股市还是汇率,半导体都是不可忽视的关键因素,甚至在促进工资增长和缓解人口萎缩方面,也寄希望于半导体产业发展的带动。


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