模擬芯片的現(xiàn)在與未來

來源：ctimes

世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)組織(WSTS) 發(fā)布2022年8月最新半導(dǎo)體市場(chǎng)預(yù)測(cè)，由于消費(fèi)性電子終端需求疲弱，導(dǎo)致記憶體價(jià)格下跌、產(chǎn)值縮水，加上記憶體市場(chǎng)成長(zhǎng)動(dòng)能趨緩，預(yù)估今年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)成長(zhǎng)率將由原來的16.3%下修至13.9%，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)6,332.38億美元，較原先預(yù)期的6,464.56億美元調(diào)降2.0%。2023年市場(chǎng)成長(zhǎng)率則自5.1%下修至4.6%，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)6,623.6億美元，較原先預(yù)期的6,796.5億美元調(diào)降2.5%，雖然如此，今、明總體市場(chǎng)規(guī)模仍將續(xù)創(chuàng)新高。

隨著動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取記憶體(DRAM)及儲(chǔ)存型快閃記憶體(NAND Flash)供給過剩，價(jià)格走跌，今年下半年價(jià)格恐將持續(xù)走跌，因此，WSTS原本預(yù)估今年全球記憶體市場(chǎng)產(chǎn)值年增率達(dá)18.7%，明年再成長(zhǎng)3.4%，大幅下修今年全球記憶體市場(chǎng)產(chǎn)值年增率為8.2%，明年下修至0.6%。這波預(yù)測(cè)修正也包含微處理器（MPU）、微控制器（MCU）等微元件市場(chǎng)成長(zhǎng)率，由原先預(yù)期的11.4%下修至5.9%，明年成長(zhǎng)率由5.3%調(diào)降至3.6%。不過，WSTS卻反向調(diào)升模擬元件2022年市場(chǎng)年增率，由19.2%上修至21.9%，明年成長(zhǎng)率則由5.7%上修至6.4%。

WSTS表示，今年半導(dǎo)體市場(chǎng)仍有機(jī)會(huì)超過6,000億美元（約合新臺(tái)幣17.8兆元）。主要類型芯片多出現(xiàn)雙位數(shù)年成長(zhǎng)，其中，邏輯IC產(chǎn)值可望成長(zhǎng)約24.1%，模擬IC成長(zhǎng)約21.9%，感測(cè)器成長(zhǎng)約16.6%，光電子成長(zhǎng)約0.2%。以地區(qū)來看，亞太地區(qū)預(yù)計(jì)成長(zhǎng)10.5%、美洲23.5%、歐洲14%、日本14.2%。

IC Insights則預(yù)估，隨著5G手機(jī)出貨量增加，相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施到位，2022年通訊產(chǎn)業(yè)將占模擬IC銷售的最大部份，其中，無線通訊應(yīng)用將占整體模擬通訊領(lǐng)域銷售額的91%，有線通訊應(yīng)用則占9%。由于手機(jī)、筆電及各類行動(dòng)裝置的電池供電系統(tǒng)都需要這類芯片調(diào)節(jié)電源，避免裝置運(yùn)作時(shí)溫度過熱，同時(shí)延長(zhǎng)電池壽命，加上這些芯片還具有通訊介面、顯示器背光等調(diào)節(jié)功能，市場(chǎng)整體需求仍相當(dāng)大。

混合模擬數(shù)位IC當(dāng)?shù)溃M芯片市場(chǎng)的「4個(gè)最」

IC市場(chǎng)又可分為四大產(chǎn)品別：模擬、邏輯、記憶體和微型元件，近兩年芯片短缺潮中最短缺的是模擬和電源管理芯片。工研院電子與光電系統(tǒng)研究所所長(zhǎng)張世杰指出，如今已經(jīng)沒有純粹的數(shù)位IC或模擬IC，多是混和模擬數(shù)位IC，但還是存在純粹的記憶體IC，如Flash、Dram，只能區(qū)分?jǐn)?shù)位導(dǎo)向設(shè)計(jì)IC，以制程微縮達(dá)到面積、速度、功耗優(yōu)化等效益，也包含時(shí)脈、傳輸、電源調(diào)控等大量模擬電路；非數(shù)位導(dǎo)向設(shè)計(jì)IC(模擬IC)則特別要求高精度、低雜訊等品質(zhì)，也會(huì)借重大量數(shù)位電路以達(dá)演算法校正。

張世杰進(jìn)一步說明，目前工業(yè)應(yīng)用上多為「少量多樣高規(guī)」，是典型模擬芯片市場(chǎng)?！父咭?guī)」指的是具備精確度、大電壓范圍、極高速(射頻)、極低功耗、低雜訊等特性。隨著智能制造每年以10%的年復(fù)合成長(zhǎng)率發(fā)展，工業(yè)應(yīng)用成為「最需要」模擬芯片的市場(chǎng)。由于各式機(jī)臺(tái)具有獨(dú)特的智能制造規(guī)格與特性，加上少量多樣制程要求，勢(shì)必帶動(dòng)芯片需求與成長(zhǎng)性。

汽車產(chǎn)業(yè)中以半導(dǎo)體為主的先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)未來5年有20%的年復(fù)合成長(zhǎng)率；電動(dòng)車每年則以2%的滲透率持續(xù)成長(zhǎng)；車用芯片年產(chǎn)值約600億美元，具有10%年復(fù)合成長(zhǎng)率的實(shí)力，所以電動(dòng)車是「最具成長(zhǎng)性」的市場(chǎng)。以成長(zhǎng)快速的電動(dòng)車為例，一臺(tái)電動(dòng)車保守估計(jì)需要500-1,500顆芯片，甚至福特Focus新款電動(dòng)車需要高達(dá)3,000顆芯片。隨著電動(dòng)車需求量逐年攀升，勢(shì)必帶動(dòng)電池、開關(guān)、控制電路、雷達(dá)、光達(dá)等感測(cè)需求，以及一系列芯片的成長(zhǎng)性。

通訊領(lǐng)域每年有15億支手機(jī)需求，市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)定，約可造就300億美元的模擬(射頻前端、電源)芯片產(chǎn)值，也是「最穩(wěn)定」的市場(chǎng)；PC/NB類市場(chǎng)每年約有3億臺(tái)出貨量，隨著新IO規(guī)格的推出，周邊產(chǎn)品的模擬芯片需求上看100億美元，稱得上是「最小兵立大功」的市場(chǎng)。

此外，低軌衛(wèi)星大量布署并持續(xù)快速增加，地面應(yīng)用多元擴(kuò)展，從現(xiàn)今的固定式地面站，逐步擴(kuò)展到車載、個(gè)人裝置到衛(wèi)星IoT裝置，隨著地面接收站愈來愈多，不論是車載或個(gè)人裝置都需要模擬芯片，潛力無限，值得關(guān)注。

10大模擬芯片供應(yīng)商占據(jù)半壁江山

模擬芯片進(jìn)入門檻高，似乎全是IDM廠的天下。IC Insights 發(fā)布的前10大模擬芯片供應(yīng)商銷售額、市占率排行，2020年與2021年相差不大，前三名為德儀(TI)、亞德諾(ADI)、思佳訊(Skyworks)。

德儀(TI)2020年模擬芯片占事業(yè)比重的75%，銷售額達(dá)108.86億美元，年增9%，市占率達(dá)19%，其中，約有一半制程為12吋晶圓。德儀已于美國(guó)德州謝爾曼(Sherman)興建全新12吋(300mm)半導(dǎo)體晶圓廠，預(yù)計(jì)2025年投產(chǎn)，新的晶圓廠將加入現(xiàn)有12吋晶圓廠陣營(yíng)，包含位于德州達(dá)拉斯(Dallas)的DMOS6、德州理查森(Richardson)的RFAB1及RFAB2；位于猶他州李海(Lehi)的LFAB預(yù)計(jì)2023年初投產(chǎn)。

亞德諾(ADI)市占約9%，2017年并購(gòu)Linear后，取得電流感測(cè)器、云端用高電流等新市場(chǎng)，營(yíng)收比重以工業(yè)為主(約53%)，其次是通訊(約21%)、汽車(約14%)，及消費(fèi)性電子(約11%)。思佳訊(Skyworks)受惠于無線通訊產(chǎn)品需求成長(zhǎng)，以及5G、Wi-Fi 6技術(shù)升級(jí)，市占率達(dá)7%。

歐洲三大供應(yīng)商英飛凌(Infineon)、意法半導(dǎo)體(ST)、恩智浦(NXP)2020年全球市占率合計(jì)17%，其中，英飛凌受惠于汽車、電源等感測(cè)器需求升溫，表現(xiàn)優(yōu)于意法半導(dǎo)體及恩智浦。至于美信(Maxim)已被亞德諾(ADI)收購(gòu)。

安森美(ONSemi)在功率半導(dǎo)體的發(fā)展僅次于英飛凌(Infineon)與德儀(TI)，產(chǎn)品包含功率元件、感測(cè)器及電源管理，終端應(yīng)用則涵蓋車用、醫(yī)療、消費(fèi)性電子、工業(yè)、通訊與云端等領(lǐng)域，又以汽車(約37%)為大宗，工業(yè)次之(約28%)。微芯片科技(Microchip) 產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車、軍事、航太、通訊、電腦、制造業(yè)及消費(fèi)性電子等領(lǐng)域。日本IDM大廠瑞薩電子(Renesas)2021年起維持晶圓廠輕減（fab-light）策略，擴(kuò)大委外代工，以提高微控制器（MCU）及功率半導(dǎo)體的供貨能力，希望2023年前將MCU供貨量提高50%。

Gartner統(tǒng)計(jì)，2020年全球車用半導(dǎo)體總產(chǎn)值約374億美元（約合新臺(tái)幣1.05兆元），其中，英飛凌、恩智浦、瑞薩、德儀及意法半導(dǎo)體等5大IDM即占43%，尤其英飛凌市占率達(dá)11.6%，為車用半導(dǎo)體龍頭。

張世杰觀察，模擬芯片全球前10大IDM公司都有母國(guó)強(qiáng)大應(yīng)用體系支撐，如美系-國(guó)防工業(yè)，歐、日系-汽車工業(yè)。美系廠在太空、軍工產(chǎn)業(yè)支持下，在規(guī)格、操作環(huán)境上極致發(fā)展，并將產(chǎn)品輸出管制，保持自身優(yōu)勢(shì)及對(duì)下游的引響力。

歐日系廠運(yùn)用自身強(qiáng)大的汽車產(chǎn)業(yè)能量，從開發(fā)導(dǎo)入到安全法規(guī)，排除外來競(jìng)爭(zhēng)，也累積芯片開發(fā)至整車系統(tǒng)工程的能量。不過，模擬芯片重視規(guī)格，從制程、設(shè)計(jì)、構(gòu)裝必須偕同優(yōu)化，驗(yàn)測(cè)也需借重自測(cè)程序，IDM一定程度上必須垂直整合，以韓國(guó)為例，韓國(guó)現(xiàn)代汽車(HYUNDAI)全球成長(zhǎng)快速，逐步復(fù)制歐日車用IC策略。

展望2022年下半年或2023年，模擬芯片的未來趨勢(shì)還可以觀察哪些指標(biāo)？

張世杰指出，近期超微半導(dǎo)體(AMD)市值已超越龍頭英特爾(Intel)，AMD的成功引出新的機(jī)會(huì)點(diǎn)，代表在摩爾定律推進(jìn)下，還有其他多元進(jìn)展方案有待發(fā)掘與挑戰(zhàn)，多芯片異質(zhì)整合有機(jī)會(huì)在性能及成本上找出甜蜜點(diǎn)。模擬芯片是以規(guī)格導(dǎo)向，不追隨摩爾定律，過往都和數(shù)位芯片做出明確的產(chǎn)品區(qū)隔，「透過異質(zhì)整合，可以將多樣態(tài)芯片整合，做到系統(tǒng)及封裝單元，這將是未來的產(chǎn)品趨勢(shì)?！?/span>

此外，世界級(jí)的芯片廠商如蘋果(Apple)、超微、英特爾、高通(Qualcomm)、聯(lián)發(fā)科技(MTK)等已透過各式垂直、水平排放整合多芯片以進(jìn)行高效能運(yùn)算，未來可密切注意這些大廠的發(fā)展動(dòng)態(tài)，隨時(shí)掌握電源管理IC(PMIC)、IO芯片(IOIC)的最新整合進(jìn)程。