當(dāng)前,我們使用的許多前沿?cái)?shù)字化設(shè)備背后的技術(shù)都要依靠半導(dǎo)體才能實(shí)現(xiàn)。 由于無人駕駛、人工智能、5G和物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的發(fā)展,以及對(duì)技術(shù)研發(fā)的持續(xù)投入和市場(chǎng)主要參與者間的激烈競(jìng)爭(zhēng),未來十年全球半導(dǎo)體行業(yè)有望持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)。半導(dǎo)體行業(yè)的兼并收購(gòu)活動(dòng)已經(jīng)達(dá)到峰值,專業(yè)縱向整合逐漸成為行業(yè)重點(diǎn)。日本、韓國(guó)正力圖通過收購(gòu)重振本國(guó)半導(dǎo)體行業(yè),而與此同時(shí),持續(xù)的貿(mào)易戰(zhàn)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛將使中國(guó)在全球范圍內(nèi)的大舉投資受阻。隨著消費(fèi)類電子產(chǎn)品需求飽和,半導(dǎo)體行業(yè)的增長(zhǎng)將趨于平緩。然而,許多新興領(lǐng)域?qū)榘雽?dǎo)體行業(yè)帶來充分的機(jī)遇,特別是汽車和人工智能的半導(dǎo)體應(yīng)用。
半導(dǎo)體行業(yè)格局不斷演化
過去幾年, 全球半導(dǎo)體行業(yè)增長(zhǎng)主要依賴智能手機(jī)等電子設(shè)備的需求, 以及物聯(lián)網(wǎng)、 云計(jì)算等技術(shù)應(yīng)用的擴(kuò)增。 預(yù)計(jì)全球半導(dǎo)體行業(yè)總收入將從2018年的4,810億美元增長(zhǎng)到2019年的5,150億美元, 且增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)有望持續(xù)至下一個(gè)十年。
▲全球半導(dǎo)體行業(yè)銷售收入(2016年-2022年, 單位: 十億美元)
汽車電子和工業(yè)電子將成為半導(dǎo)體行業(yè)增長(zhǎng)最迅速的兩大領(lǐng)域, 來自消費(fèi)電子、 數(shù)據(jù)處理和通訊電子的收入將穩(wěn)定增長(zhǎng)。
▲各類別電子設(shè)備半導(dǎo)體收入增長(zhǎng)率(2017年-2022年)
亞太仍將是全球最大的半導(dǎo)體消費(fèi)市場(chǎng)。中國(guó)產(chǎn)品占比的增加正在刺激整個(gè)亞太市場(chǎng)的增長(zhǎng), 并將提供主要推動(dòng)力。 此外, 并購(gòu)活動(dòng)的增加將有利于半導(dǎo)體行業(yè)的未來發(fā)展。
▲半導(dǎo)體行業(yè)銷售額區(qū)域分析(2018年)
增長(zhǎng)方面,2018年美國(guó)市場(chǎng)增速最快,這主要得益于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的興起和對(duì)微控制單元的高需求,特別是在存儲(chǔ)設(shè)備市場(chǎng)。隨著存儲(chǔ)器價(jià)格上漲并貢獻(xiàn)巨大收益,存儲(chǔ)器市場(chǎng)發(fā)展迅速,亞太地區(qū)因此獲益。中國(guó)大陸集成電路產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)了24.8%,有力推動(dòng)了亞太區(qū)域市場(chǎng)的發(fā)展。
然而,盡管近年來中國(guó)半導(dǎo)體廠商的競(jìng)爭(zhēng)力得到顯著提升,但關(guān)鍵零部件仍需大量從西方國(guó)家進(jìn)口,自給率不足20%。中國(guó)政府十分關(guān)注這一問題,制定了多項(xiàng)有利政策支持半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。
▲中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)主要參與者
總體而言,中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)有四類企業(yè):“國(guó)家隊(duì)”、“地方隊(duì)”、私募/創(chuàng)投基金和跨國(guó)企業(yè),競(jìng)相推動(dòng)中國(guó)成為全球半導(dǎo)體行業(yè)的動(dòng)力引擎。
汽車半導(dǎo)體的突破口
汽車行業(yè)歷經(jīng)了長(zhǎng)期的發(fā)展,才實(shí)現(xiàn)了以安全與舒適性為核心的汽車電子前裝化。早在2004年,僅有四分之一的出廠車輛內(nèi)置安全氣囊,而配有前裝電動(dòng)座椅的車輛不足50%。然而,在政府監(jiān)管和消費(fèi)者需求的驅(qū)動(dòng)下,安全相關(guān)的電子系統(tǒng)迅速普及。如今,汽車行業(yè)的創(chuàng)新大多出現(xiàn)在電子系統(tǒng)而非機(jī)械層面。2007年到2017年期間,汽車電子成本占比從約20%上升至40%左右。
▲汽車前裝電子
▲汽車行業(yè)歷經(jīng)了長(zhǎng)期的發(fā)展,才實(shí)現(xiàn)了以安全與舒適性為核心的汽車電子前裝化
▲ 電子系統(tǒng)在汽車總成本中的占比(%)
半導(dǎo)體成本(即電子系統(tǒng)零部件的成本)已經(jīng)從2013年的每車312美元增加到了如今約400美元。汽車半導(dǎo)體供應(yīng)商正獲益于微控制單元、傳感器、存儲(chǔ)器等各類半導(dǎo)體設(shè)備需求的大幅上漲。到2022年,半導(dǎo)體成本預(yù)計(jì)將達(dá)到每車近600美元。
▲汽車電子和半導(dǎo)體每車成本占比
半導(dǎo)體供應(yīng)商在汽車產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈中扮演著至關(guān)重要的角色。在傳統(tǒng)汽車行業(yè)生態(tài)體系中,半導(dǎo)體供應(yīng)商將產(chǎn)品銷售給一級(jí)電子系統(tǒng)供應(yīng)商, 后者將技術(shù)整合成模塊交給整車廠裝配。 近幾年來, 汽車行業(yè)經(jīng)歷了翻天覆地的變革,未來幾年的生態(tài)體系將被徹底改造。人工智能、電動(dòng)汽車、無人駕駛、能源儲(chǔ)存和網(wǎng)絡(luò)安全等技術(shù)的發(fā)展;公眾對(duì)安全和共享出行等話題的社會(huì)意識(shí);污染等環(huán)境問題引發(fā)的擔(dān)憂;基礎(chǔ)設(shè)施支出等經(jīng)濟(jì)層面的考量以及亞洲市場(chǎng)的增長(zhǎng)等諸多因素都將重塑汽車行業(yè)。
▲半導(dǎo)體在汽車生態(tài)體系中的角色
自動(dòng)化、電氣化、 數(shù)字互聯(lián)與安全性:未來十年, 這四大趨勢(shì)將推動(dòng)汽車電子和子系統(tǒng)中的半導(dǎo)體元器件不斷增加。
▲汽車半導(dǎo)體的主要趨勢(shì)
盡管手機(jī)在當(dāng)前以及未來都是半導(dǎo)體企業(yè)的最大市場(chǎng),但多年以來這一領(lǐng)域的增長(zhǎng)已經(jīng)十分飽和。 而汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)卻是個(gè)例外。 隨著高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)和車載信息娛樂等電子部件越來越多地應(yīng)用于汽車,這一領(lǐng)域需求強(qiáng)勁, 成為半導(dǎo)體企業(yè)的重要增長(zhǎng)市場(chǎng)。
▲全球各地區(qū)汽車半導(dǎo)體收入及產(chǎn)量
▲汽車半導(dǎo)體應(yīng)用和設(shè)備增長(zhǎng)預(yù)測(cè)
人工智能芯片競(jìng)賽開啟
人工智能框架大致可分為三個(gè)層面?;A(chǔ)設(shè)施層面包括核心的人工智能芯片和大數(shù)據(jù),這是技術(shù)層面的傳感和認(rèn)知計(jì)算能力的基礎(chǔ)。應(yīng)用層面處于最頂層,提供無人駕駛、智能機(jī)器人、智慧安防和虛擬助手等服務(wù)。人工智能芯片是人工智能技術(shù)鏈條的核心,對(duì)人工智能算法處理尤其是深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。
“深度”指神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中的層級(jí)和節(jié)點(diǎn)數(shù)量。近年來,層級(jí)之間的復(fù)雜程度以及節(jié)點(diǎn)數(shù)量呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),這對(duì)計(jì)算力提出了極大的挑戰(zhàn)。 傳統(tǒng)的中央處理器雖然在處理一般工作負(fù)荷——尤其是基于一定規(guī)則的工作——方面的性能較為突出,但現(xiàn)在已經(jīng)難以滿足人工智能算法的并行計(jì)算要求。
▲人工智能芯片在人工智能不同層面的角色
解決并行計(jì)算問題主要有兩種方法:第一,在現(xiàn)有的計(jì)算架構(gòu)上添加專用加速器;第二,完全重新開發(fā),創(chuàng)造模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的全新架構(gòu)。 第二種方法仍處于初期開發(fā)階段,不適合商業(yè)應(yīng)用。因此,目前主要采用的方法是添加人工智能加速器。多種類型的人工智能芯片均可以實(shí)現(xiàn)加速,主流加速器包括圖形處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列,以及專用集成電路,這包括張量處理器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器、矢量處理器和大腦處理器等變體。每種人工智能芯片都有其自身的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。
深度學(xué)習(xí)有兩種完全不同的人工智能部署方式: 訓(xùn)練和推理。人工智能基于大數(shù)據(jù)“訓(xùn)練”神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,利用訓(xùn)練數(shù)據(jù)集獲取新訓(xùn)練好的模型。 這些新訓(xùn)練好的模型隨后便被賦予新的能力, 根據(jù)新的數(shù)據(jù)集進(jìn)行“推理” 得出結(jié)論。
因?yàn)樾枰獙嫶蟮臄?shù)據(jù)集應(yīng)用到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中,因此訓(xùn)練階段需要大量的計(jì)算能力。這就要求具有先進(jìn)并行計(jì)算能力的高端服務(wù)器能夠處理大量高度并行的各類數(shù)據(jù)集。因此,這一階段的工作通常利用云端硬件設(shè)備完成。而推理階段既可以在云端完成也可以借助邊緣設(shè)備(產(chǎn)品)進(jìn)行。與訓(xùn)練芯片相比,推理芯片需要更全面地考慮功耗、延時(shí)和成本等因素。
▲深度學(xué)習(xí)兩大階段
人工智能芯片創(chuàng)新剛剛起步,供應(yīng)商在芯片加速方面采取的辦法各不相同。 例如,谷歌選擇了專用集成電路的路線, 而微軟則已證明采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列亦可獲相當(dāng)抑或更好的結(jié)果。 同時(shí),賽靈思、百度和亞馬遜均在努力減少應(yīng)用專用集成電路的傳統(tǒng)障礙。
到2022年,人工智能芯片市場(chǎng)在整個(gè)人工智能市場(chǎng)中的占比預(yù)計(jì)超過12%,復(fù)合年均增長(zhǎng)率達(dá)到54%。美洲地區(qū)將引領(lǐng)全球人工智能市場(chǎng), 歐洲、中東及非洲地區(qū)和亞太地區(qū)緊隨其后。2022年,美洲地區(qū)將占據(jù)主導(dǎo)市場(chǎng)地位。
▲全球人工智能與人工智能芯片市場(chǎng)(2022年)
根據(jù)部署方式,人工智能芯片市場(chǎng)可分為基于云技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)邊緣兩個(gè)細(xì)分市場(chǎng)。
▲人工智能芯片市場(chǎng)部署
云端是人工智能芯片最大的細(xì)分市場(chǎng),原因在于數(shù)據(jù)中心為提升效率, 降低運(yùn)營(yíng)成本并改善基礎(chǔ)設(shè)施管理,對(duì)人工智能芯片的采用持續(xù)增長(zhǎng)。 特別需要指出的是,人工智能訓(xùn)練市場(chǎng)的規(guī)模將達(dá)到約170億美元,其中云端推理芯片市場(chǎng)的規(guī)模將達(dá)到70億美元。從產(chǎn)品類別來看,圖形處理器已經(jīng)成為人工智能芯片的主流趨勢(shì),擁有超過30%的市場(chǎng)份額,高于其他所有產(chǎn)品類別。
人工智能芯片不僅可以部署在云端,還可以應(yīng)用于多種網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備, 如智能手機(jī)、 無人駕駛汽車以及監(jiān)控?cái)z像頭。 應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備的人工智能芯片多為推理芯片,且專業(yè)程度越來越高。到2022年,人工智能推理芯片市場(chǎng)的規(guī)模預(yù)計(jì)將增至20億美元,復(fù)合年均增長(zhǎng)率達(dá)到40%。
產(chǎn)品成本的不斷上漲將使人工智能芯片供應(yīng)商獲益。例如,蘋果公司的A11芯片成本上升到了27.50美元。人工智能芯片的成本增長(zhǎng)將使智能手機(jī)價(jià)格上漲,讓智能手機(jī)制造商獲得更多收入。人工智能芯片的應(yīng)用亦已從高端機(jī)型擴(kuò)展到中端機(jī)型,這亦有可能為智能手機(jī)供應(yīng)商帶來更多收入。
無人駕駛不僅僅是一個(gè)復(fù)雜的人工智能應(yīng)用場(chǎng)景,而且還具有重要意義。無人駕駛預(yù)計(jì)將有力推動(dòng)人工智能推理芯片應(yīng)用,使人工智能推理芯片市場(chǎng)的規(guī)模增至50億美元,復(fù)合年均增長(zhǎng)率達(dá)到40%。
傳感、 建模與決策是無人駕駛的三大必備流程, 每一個(gè)流程都涉及推理芯片應(yīng)用。無論是環(huán)境傳感或障礙物躲避,無人駕駛對(duì)人工智能芯片的計(jì)算力都提出了很高的要求。
在人工智能技術(shù)的支持下,監(jiān)控系統(tǒng)的智能程度不斷升級(jí)。過去十年內(nèi),監(jiān)控系統(tǒng)行業(yè)經(jīng)歷了三個(gè)重要的轉(zhuǎn)型階段。 第一,“高分辨率” 階段, 即系統(tǒng)能夠錄制超清視頻。第二,“聯(lián)網(wǎng)” 階段,即系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)。
并購(gòu)活動(dòng)回歸理性
半導(dǎo)體并購(gòu)活動(dòng)已經(jīng)經(jīng)過巔峰期,汽車、人工智能以及網(wǎng)絡(luò)/數(shù)據(jù)中心等正在成為最受歡迎的新興垂直領(lǐng)域。日本和韓國(guó)一直致力于振興國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè),他們積極參與美國(guó)和歐洲中型企業(yè)收購(gòu),并與中國(guó)展開合作。同時(shí),圍繞知識(shí)產(chǎn)權(quán)和國(guó)防安全問題的爭(zhēng)議還將抑制中國(guó)企業(yè)走向全球化的進(jìn)程。中國(guó)收緊對(duì)美國(guó)高科技公司的境外投資成為新常態(tài),全球并購(gòu)市場(chǎng)規(guī)模整體縮水。盡管如此,半導(dǎo)體大型企業(yè)集團(tuán)仍在各垂直領(lǐng)域?qū)ふ覔碛懈呤袌?chǎng)份額和利潤(rùn)的潛在目標(biāo)。
2016年,全球半導(dǎo)體并購(gòu)交易額曾達(dá)到1,200億美元的峰值。2017年, 半導(dǎo)體行業(yè)并購(gòu)交易額大幅下跌。除了以往交易導(dǎo)致并購(gòu)目標(biāo)減少以外,歐洲和美國(guó)收緊監(jiān)管審查也是一大重要原因。由于單筆交易額增加,2018年全球并購(gòu)交易額再次增長(zhǎng)。例如,美國(guó)博通公司以179.9億美元收購(gòu)了CA Technology。
▲全球半導(dǎo)體并購(gòu)交易(2014年-2018年)
▲ 全球前十大半導(dǎo)體并購(gòu)交易(2018年)
2014年至2015年,東亞地區(qū)(中國(guó)、日本、韓國(guó)以及中國(guó)***)的并購(gòu)交易量迅速增長(zhǎng),交易額突破220億美元。但經(jīng)過幾年的快速擴(kuò)張后,2017年和2018年的并購(gòu)活動(dòng)有所停滯。2017年,東亞地區(qū)的半導(dǎo)體并購(gòu)交易量下降1%,交易額僅增長(zhǎng)2%。
▲中國(guó)大陸、日本、韓國(guó)以及中國(guó)***并購(gòu)交易額(2014年-2018年)
▲中國(guó)大陸、日本、韓國(guó)以及中國(guó)***的前十大并購(gòu)交易(2018年)
▲國(guó)內(nèi)并購(gòu)交易量增長(zhǎng)——東亞地區(qū)(2014年-2018年)
過去五年里,中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)快速發(fā)展的最主要原因是有利的政府政策。中國(guó)目前是全球最大的半導(dǎo)體芯片進(jìn)口國(guó),政府的總體戰(zhàn)略是減少對(duì)外國(guó)進(jìn)口產(chǎn)品的依賴,發(fā)展國(guó)內(nèi)的半導(dǎo)體行業(yè)基礎(chǔ)。這一政策促使中國(guó)企業(yè)紛紛進(jìn)軍半導(dǎo)體行業(yè),并通過收購(gòu)獲取先進(jìn)技術(shù)。
毫無疑問,中國(guó)大陸是東亞地區(qū)境內(nèi)并購(gòu)活動(dòng)最活躍的地區(qū)。從2014年至2018年期間,并購(gòu)交易量的復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)24%。例如,2018年阿里巴巴收購(gòu)了杭州中天微系統(tǒng)有限公司。在此之前,阿里巴巴已經(jīng)投資了五家芯片公司:寒武紀(jì)、Barefoot Networks、深鑒科技、耐能和翱捷科技。相較于中國(guó)大陸,日本、韓國(guó)和中國(guó)***的并購(gòu)活動(dòng)相對(duì)平緩。并購(gòu)交易的主要目的是提高市場(chǎng)地位,增加市場(chǎng)份額,以及尋找新興應(yīng)用。
總體而言,自2016年以來,東亞地區(qū)的跨境并購(gòu)交易量出現(xiàn)下滑,尤其在美國(guó)加強(qiáng)了對(duì)尋求前沿技術(shù)的中國(guó)企業(yè)的調(diào)查之后。2017年,白宮發(fā)布了有一份題為《確保美國(guó)在半導(dǎo)體行業(yè)長(zhǎng)期領(lǐng)先地位》的報(bào)告,指出中國(guó)的半導(dǎo)體政策對(duì)美國(guó)產(chǎn)生的潛在威脅,并建議美國(guó)政府采取措施防止或者嚴(yán)格限制中國(guó)企業(yè)的收購(gòu),同時(shí)收緊對(duì)重要半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)流動(dòng)的法規(guī)限制。但是,盡管政府的并購(gòu)審查日益加強(qiáng),北美和歐洲仍是東亞地區(qū)半導(dǎo)體企業(yè)的主要并購(gòu)目的地。
智東西認(rèn)為,半導(dǎo)體行業(yè)雖然在傳統(tǒng)電子設(shè)備市場(chǎng)已經(jīng)趨于飽和,但在汽車電子、人工智能等新興行業(yè)將迎來爆炸式增長(zhǎng)。到2022年,汽車半導(dǎo)體元器件的成本將達(dá)到每車600美元。微控制單元、傳感器和存儲(chǔ)器等汽車半導(dǎo)體設(shè)備需求激增,而云技術(shù)領(lǐng)域也將成為人工智能芯片的最大市場(chǎng)。中國(guó)已經(jīng)成為全球主要半導(dǎo)體廠商的重要收入來源,其中許多企業(yè)有超過一半的營(yíng)收來自中國(guó),意圖進(jìn)軍中國(guó)市場(chǎng)的跨國(guó)企業(yè)應(yīng)當(dāng)綜合考慮包括政策、技術(shù)、市場(chǎng)營(yíng)銷、物流和全球策略等在內(nèi)的多方因素。
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原文標(biāo)題:半導(dǎo)體行業(yè)必將再火十年!兩大趨勢(shì)成發(fā)展新動(dòng)能
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