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2023年半导体最具发展潜力技术领域Top10进展报告

2023-01-09
作者:Joey
来源:是说芯语
关键词: 半导体 MicroLED BMS

  半导体行业涉及到的领域众多,相信业内人士更关注的是2023年还有哪些逆势上扬的细分市场?半导体产业链企业更聚焦哪些领域?为此,芯八哥选取了最具应用前景、最能产生实用价值和商用价值的十大技术领域,按上榜理由、应用前景、进展情况等多个维度来分别分析,仅供读者参考。

  半导体行业是一个国家工业强盛必不可少的基石。自中美贸易战开始以来,半导体行业成为关注最多、投入最大、进展最快的行业,如今正处于难得的战略发展机遇期。

  根据工信部赛迪研究院的数据,2022年全球半导体市场规模为5980亿美元,同比增长7.6%,预计2023年全球半导体市场规模为6255亿美元,同比增长4.6%;中国半导体市场方面,将继续保持增长的势头,预计2022年中国集成电路市场规模为2.1万亿元,同比增长6.5%。2023年中国集成电路市场规模为2.28万亿元,同比增长7.1%。

  半导体行业涉及到的领域众多, 相信业内人士更关注的是,2023年还有哪些逆势上扬的细分市场?半导体产业链企业更聚焦哪些领域?

  为此,芯八哥选取了最具应用前景、最能产生实用价值和商用价值的十大技术领域,按上榜理由、应用前景、进展情况等多个维度来分别分析,仅供读者参考。

01

  Mini/Micro LED:已成显示企业的“兵家必争之地”

  上榜理由

  作为新一代显示技术,全球主要厂商纷纷扩产布局。

  现状与展望

  Micro LED 显示具有自发光、高效率、低功耗、高稳定等特性,是下一代主流显示技术的重要选择,在众多应用领域均有发展空间。目前随着静电力吸附转移技术、流体装配转移技术、弹性印模转移技术、选择性释放转移技术、滚轴转印转移技术等多种巨量转移技术的发展成熟,未来Micro LED 的应用落地有望进一步加快;Mini LED 背光具有色域更高、超高对比度、提供更高的动态范围、显示屏厚度更薄的特点,使得LCD 与OLED 的显示差距大大减小。Mini LED 未来的发展方向涵盖了大、中、小尺寸LCD 显示背光以及LED 显示屏等方面。

  Micro LED 和Mini LED 是下一代显示技术的发展方向,随着相关技术工艺逐步成熟,Micro LED/Mini LED 未来应用落地将进一步加快,为具有相关领域业务及技术布局的企业创造新的增长点。

  2022年已经陆续有小鹏、蔚来和凯迪拉克等品牌汽车将Mini LED用于车载显示,包括仪表盘、环绕式大屏和中控屏等位置。2023年,将是Mini LED在智能座舱领域真正的爆发元年。

  主要玩家

  友达光电

  友达已将旗下自主开发的直下式Mini LED背光源「AmLED 」大尺寸显示技术面板导入车用市场,锁定车载中控台与仪表板市场。此外,在2022年友达推出了14.6英寸的卷轴式可收纳Micro-LED显示器,做到了2K分辨率、202PPI和40mm的收纳曲率半径。一同推出的还有17.3英寸的透明Micro-LED显示器模块,分辨率可达1280x720,透明度超过60%,最高亮度可达2000尼特。

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  群创

  群创表示看好20吋以上一体化车用显示面板需求,并认为未来五年都将呈高速成长。对此,群创透过与客户深度合作,聚焦高阶豪华车种或旗舰车款的车舱内装设计。另外,群创的Mini LED背光车用面板已出货欧、美、日本等地客户,并于2022年全球首次发表「整合式座舱显示系统」,是以驾驶安全为导向的人性化座舱设计出发。群创总经理杨柱祥表示,群创2023年将挑战全球高阶大型一体化车用面板龙头,并将在年产约140万辆高阶车载市场当中,夺下二成以上市占率。

  深天马

  天马推出了自己的高解析度AM Micro-LED车规显示模块,这块靠LTPS驱动的11.6英寸显示器可以实现228ppi、600尼特以上的亮度以及大于116%NTSC的色域。天马也和上下游100多家厂商成立了Micro-LED联盟,联合车厂、核心设备商和行业组织等,加速Micro-LED技术的落地。

  三安光电

  三安光电近日在上证e互动披露,公司全资子公司湖北三安光电有限公司主要从事Mini/Micro LED外延片与芯片和芯片深加工等业务,技术及产品已获得了广泛认可,获取了越来越多的优质客户及订单。

  综合点评

  对于Mini/Micro LED供应链企业而言,车载屏幕这一利基应用产品,虽然认证时间较长,但产品生命周期较长、技术含量高、利润率较高,是供应链企业的“兵家必争之地”。

  不过,受限于成本、巨量转移技术和高温色偏等限制,Micro-LED进入汽车市场仍需要一定时间,而且从已经发布的部分样品来看,前期还是以小尺寸显示为主。

  半导体发展潜力指数

  ★★★☆☆

  02

  BMS:往高串数方向提升明显

  上榜理由

  电动化时代,基本上所有使用锂电池的终端,都需要安装BMS(Battery Management System)进行电池保护,已渐成刚需。

  现状与展望

  BMS芯片可以分成不同的品类与应用场景。其中1-4节的锂电池BMS芯片,对应的终端是耳机、手机、PC等消费电子产品;4-14节则对应的是动力型小家电、电动工具和助力车产品;14-20节更多对应的则是小型储能、通讯基站产品,而大型储能、新能源汽车等采用几十到上百节电池串联,需要多个BMS系统通过某种拓扑结构(比如菊花链)进行管理。

  受益于工控、储能、新能源汽车等行业的快速发展,近年来BMS市场规模迎来快速增长。据前瞻产业研究院的数据,2021年全球BMS市场规模预计为65.12亿美元,至2026年预计可达131亿美元,CAGR为15%。在储能、新能源汽车、电动两轮车的细分领域上,BMS电池管理芯片市场规模年复合增长率分别高达72.34%、40.07%、36.18%。

  主要玩家

  为了把握电池管理芯片市场需求快速增长的市场机遇,满足未来高性能电池管理芯片的需求,去年TI、ADI、高通、MPS、ST这几家国外BMS电池管理芯片巨头公司,以及中颖电子、圣邦微、南芯半导体、赛微微电、中微半导、微源半导体、力芯微等国内头部BMS电池管理芯片企业均推出了新一代产品。

  TI(德州仪器)

  在BMS电池管理芯片领域,TI是全球市占率最高的企业。根据法国半导体咨询机构Yole的数据,2020年TI在全球电池管理芯片市场上占据31%的市场份额。目前,TI在BMS电池管理芯片领域布局有单芯、多芯电池保护芯片、线性/开关升降压电池充电管理芯片、单串/多串电量计芯片、电池监测器和平衡器,以及国内厂商较少做的电池认证芯片产品线,BMS电池管理芯片产品规格种类已超500款。

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  ADI(亚德诺)

  ADI是仅次于TI的第二大BMS电池管理芯片厂商,它在2020年全球电池管理芯片市场上占据17%的市场份额,去年它又收购了在汽车、数据中心领域有绝对优势的美信,提高了自身在BMS电池管理芯片的市场份额。

  目前ADI在BMS电池管理芯片领域,布局有4串/4到6串电芯平衡器、线性/开关/脉冲类型的充电管理芯片、电池计量芯片、电池ID和验证IC、电池状态监测芯片产品线。2022年,ADI推出了面向汽车、工业领域的MAX77986开关型电池充电芯片新品,充电最高 5.5A,绝对最大输入电压28V,最高18W。在这款产品上,ADI针对高压输入操作进行了优化,并通过监测Kelvin传感电池电压加速了充电时间。

  中颖电子

  中颖电子是国内最高布局BMS电池管理芯片的企业,它在2012年成功推出了面向电动自行车、电工工具、笔记本电脑的电池管理芯片,2015年第一次提出车规锂电池管理芯片研发,2016年BMS芯片业务实现跳跃式增长,2021年BMS芯片成为中颖电子的仅次于家电及电机控制芯片的第二大业务。

  在BMS赛道上,中颖电子专注的是电池计量芯片、电池保护芯片、电池采样芯片的研发。据了解,中颖电子最初的模拟前端电池采样芯片只能对3到5串电池进行采样,而后进一步发展至6-10串电池的同时采样,目前最新一代的产品已经能够做到对5到16串电池的同时采样。

  综合点评

  随着储能、新能源汽车、电动两轮车、可穿戴下游应用领域的快速发展,市场对高精度、低功耗、微型化、智能化的BMS电池管理芯片产品需求在急剧增加。

  半导体发展潜力指数

  ★★★☆☆

  03

  AI芯片:征程是星辰大海

  上榜理由

  有多少算力,才有多少智力。

  现状与展望

  随着深度学习领域带来的技术性突破,人工智能(artificial intelligence,AI)无论在科研还是在产业应用方面都取得了快速的发展。深度学习算法需要大量的矩阵乘加运算,对大规模并行计算能力有很高的要求,CPU和传统计算架构无法满足对于并行计算能力的需求,需要特殊定制的芯片。目前,AI芯片行业已经起步并且发展迅速,已经广泛应用在移动终端、数据中心、自动驾驶、智能安防、智能家居等场景中。

  从技术架构来看,AI芯片主要分为图形处理器(GPU)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、类脑芯片四大类。其中,FPGA的最大优势在于可编程带来的配置灵活性,随着 FPGA 的开发者生态逐渐丰富,适用的编程语言增加,FPGA 运用会更加广泛。因此短期内,FPGA 作为兼顾效率和灵活性的硬件选择仍将是热点所在。

  市场规模方面,随着大数据的发展和计算能力的提升,2021年年全球AI芯片市场规模约达到265亿美元。随着人工智能技术日趋成熟,数字化基础设施不断完善,人工智能商业化应用将加速落地,推动AI芯片市场高速增长,预计2025年全球人工智能芯片市场规模将超过700亿美元。

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  主要玩家

  赛灵思(云端)

  早在2018年10月,赛灵思就推出了Alveo系列加速卡。Alveo系列包括U200、U250、U280、U50等,区别主要是FPGA中的LUT规模和总线资源的不同。其中,Alveo U50产品是业界首款轻量级PCIe Gen4自适应计算加速卡,并且面向所有服务器、各种云和边缘的数据中心应用,包括网络和存储加速。与GPU和CPU加速相比,U50在吞吐量、延迟和功效方面实现了10-20倍的改善。

  地平线(边缘端)

  地平线成立于2015年,是全球领先的人工智能芯片公司之一,公司聚焦于车规级AI 芯片和AIoT 边缘 AI 芯片的研发和产业落地。2020年,地平线正式开启中国汽车智能芯片的前装量产元年,实现从0到1的突破。时至今日,地平线征程芯片累计出货量已突破200万片,与超过20家车企签下了超过70款车型前装量产项目定点,携手合作伙伴实现从1到N的价值共探。

  截止目前,已公布搭载地平线征程芯片的有长安UNI-T、长安UNI-K、广汽埃安AION Y、东风岚图FREE、江淮汽车思皓QX、广汽传祺GS4 Plus、上汽大通MAXUS MIFA概念车、2021款理想ONE、长城哈弗H9-2022、哪吒U·智、长安UNI-V、自游家NV、奇瑞瑞虎8 PRO、第三代荣威RX5、吉利博越L、理想L8等车型。

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  综合点评

  我国在移动互联网应用上取得了巨大成功,积累了海量数据,成为投喂AI芯片的绝佳数据来源。因此,我国AI芯片玩家众多,纷纷自研独有的AI芯片架构,打破了传统SoC芯片上ARM架构一家独大的局面,在云端、边缘端、终端各个层面都有大量本土企业发布产品,呈现百花齐放的良性生态。

  半导体发展潜力指数

  ★★★★★

  04

  智能座舱:汽车智能化的先行者

  上榜理由

  汽车智能化,智能座舱先行。

  现状与展望

  智能座舱聚焦人机交互,核心是让车更懂人,实现难度相对较低、更容易落地。近年来,在众多主机厂及生态伙伴的带动下,智能座舱商业化的进程已在加速推进。

  汽车智能化以芯片为核心。其中,SoC 芯片作为智能座舱的算力核心,可将液晶仪表、HUD、车载信息娱乐系统、DMS&OMS、语音识别以及ADAS功能有机融合,从而实现更主动、更全面、更个性的“人机交互”。未来,随着汽车电子电气架构向域集中式转变,更高算力的 SoC 芯片需求将快速增加。根据民生证券数据,目前 SoC 芯片单车价值量在1000元左右,预计到2026年我国SoC芯片市场规模有望达到260亿元, 2021-2026 年CAGR将达25%。

  主要玩家

  随着座舱域控制器加速落地,座舱智能化需求持续升级,大算力需求助力座舱域控制器芯片由MCU向SOC加速迭代,高算力芯片将成为各大座舱域控制器厂商的布局重点,高通、英伟达、英特尔、AMD等凭借其在消费电子领域的积累,市场份额不断扩大。除了国外大厂外,国内以华为、芯驰科技、芯擎科技为代表的厂商,也在积极布局座舱SoC芯片产品。随着近年来这些厂商前期研发的产品逐步进入量产周期,或将为汽车芯片国产替代打开突破口。

  高通

  高通凭借高算力及先发优势占据智能座舱SoC龙头地位。早在从2014年,高通就发布了工艺制程为28nm的智能座舱产品骁龙620A。经过多年的发展,其主流产品已经迭代为7nm的SA8155P。据其介绍,该产品具有八个核心,算力为8TOPS(即每秒运算8万亿次),CPU性能为80KDMIPS,GPU性能为1142GFLOPS。凭借其出色的性能,目前该产品已经成为中高端车型主流座舱 SoC的标配,截至目前已经搭载的车型包括蔚来 ET7、蔚来 ES8、蔚来 ES6、EC6、小鹏 P5、理想 L9、威马 W6、长城 WEY 全铁、广汽 Aion LX、吉利星越 L、智己 L7等。

  华为

  华为在2021年发布了麒麟 990A智能座舱芯片产品,这套芯片采用8核7nm旗舰CPU、16核双4K图像处理GPU、双大核+微核NPU技术,具有3.5TOPs算力,并支持5G网络连接。目前已在北汽极狐阿尔法 S、问界 M5、北汽魔方等车型上进行量产。

  综合点评

  智能化决定了汽车未来的发展方向,而芯片决定了智能驾驶的性能与边界。进入2023年,智能座舱依然会是传统燃油车和电动汽车的主要卖点。不过,经过近一两年的市场教育之后,消费者对于智能座舱的认知也发生了较大的改变,单纯放一块大屏就可以凸显科技感这一套已经行不通了,智能座舱的竞争更加多元和细节,无论是在性能、功耗还是可靠性方面,对芯片都提出了更高的要求。

  半导体发展潜力指数

  ★★★★☆

  05

  激光雷达:汽车智能化的重要卖点

  上榜理由

  电动车高阶自动驾驶的标配。

  现状与展望

  凭借探测范围广、抗干扰能力强、高精度测距等优势,激光雷达被视作高等级自动驾驶解决方案必不可少的传感器,能大幅提升智能驾驶系统在高速、城区等不同场景的感知能力,进而提升智能驾驶的安全与体验,目前已被广泛应用在ADAS、自动驾驶等领域。

  激光雷达经过2021年的设计导入之后,已经在2022年首次迎来批量上车。据不完全统计,目前市面上确定搭载激光雷达的汽车厂商已经超过10多家,包括蔚来、小鹏、理想、哪吒等造车新势力,北汽、广汽、上汽、吉利等国内传统汽车厂商,以及丰田、宝马、奔驰、奥迪、大众等全球头部汽车厂商。在车型方面,上述整车厂商至少都推出了1款搭载激光雷达的车型,有的甚至推出了2-3款以上的车型。比如小鹏、蔚来、上汽、长城、丰田等车企都已经在多款车型上搭载了激光雷达。

  主要玩家

  速腾聚创

  RoboSense(速腾聚创)目前已经获得比亚迪、广汽埃安、威马汽车、极氪、路特斯科技、嬴彻科技、挚途科技等多个项目50余款量产车型的定点订单。为了能够实现订单的及时交付,公司已经在深度融合上下游产业资源,不断扩大量产规模,2022年预计将达百万台产能。

  禾赛科技

  禾赛科技最新的半固态产品AT128已经获得超过全球数百万台的主机厂前装量产定点,包括理想、集度、高合、路特斯,并已在今年下半年在规划产能百万台的禾赛“麦克斯韦”超级工厂开始全面量产交付。

  图达通

  Innovusion(图达通)近期也表示,公司已经与合作伙伴一起建立了激光雷达年产能可达10万台的完全工业化的产线,未来将根据订单量的情况进行产能扩张,以支持全球客户的未来需求。

  综合点评

  2022年,国内头部激光雷达公司频繁与车企签订合作,获得大量车企定点,也几乎可以预见明年车载激光雷达市场的繁荣。

  不过,从当前来看,激光雷达第一阶段的“蛋糕”已经被瓜分完毕,未来在马太效应的作用下,将进一步呈现出强者恒强,市场份额不断向头部厂商集中的局面。

  半导体发展潜力指数

  ★★★★☆

06

  功率半导体:电能转换与电路控制的核心

  (1)IGBT:供需矛盾下带来的发展机会

  上榜理由

  IGBT供需失衡,国产替代加速。

  现状与展望

  IGBT是由MOSFET和BJT组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,在轨道交通、消费电子、智能电网、航空航天等领域拥有广泛应用。

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  目前,车规级IGBT的需求量进入高增阶段,单车价值量持续提升。IGBT及IGBT模块在新能源汽车成本结构中,占驱动系统的比重已达50%,占全车成本的比重也高达8-10%,是新能源汽车中成本最高的单一元器件。

  从供应链方面来看,自2021年起,由于下游各应用领域对IGBT新的需求持续上升,而海外厂商扩产相对谨慎,IGBT的交付周期延长,IGBT供需矛盾明显。2022年初,英飞凌、意法半导体等国际半导体供应商陆续发布了涨价通知,安森美停止了部分供货。

  根据Yole的数据显示,2019-2021年我国IGBT的市场总需求量分别为9,500万只、11,000万只、13,200万只,但是我国IGBT行业的产量仅分别为1550万只、2020万只、2580万只,自给率占比不到20%。

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  主要玩家

  目前,全球 IGBT领域,不管是芯片、单管还是模块,英飞凌、三菱、富士电机都占据了50%以上的市场份额。同时,在3300V以上的高端IGBT领域,海外厂商的IGBT产品的市场优势地位仍十分明显。

  国内本土厂商在IGBT领域起步较晚,与海外企业相比优势不明显,业内普遍认为做的比较好的IGBT厂商有比亚迪、斯达半导、宏微、中车时代、华润微和士兰微等。

  比亚迪

  在IGBT模块领域,目前公司基于高密度 Trench FS 的IGBT 5.0 技术已实现量产,正在布局新一代 IGBT 技术。据 Omdia 统计,以 2019 年 IGBT 模块中国市场销售额计算,公司市占率19%,仅次于英飞凌,全球厂商中排名第二,国内厂商中排名第一,2020年仍保持该地位;在IPM 模块领域,以 2019 年 IPM 模块中国市场销售额计算,公司位居国内厂商第三,2020年依然保持国内前三。

  截止目前,比亚迪IGBT产品主要用于自家新能源汽车上。数据显示,2019年,比亚迪供应的IGBT模块达到19.4万套,其中约77%为自用,大约有4万多套为对外供应。目前比亚迪的计划是,成立“比亚迪半导体有限公司”后,逐步将IGBT外供比例提升至50%以上。此外,为满足市场需求,比亚迪已在加快产能布局。2020年3月,比亚迪总投资10亿元的IGBT长沙项目正式动工,计划建成年产25万片8英寸新能源汽车电子芯片生产线,投产后可满足年装车50万辆新能源汽车的产能需求。

  斯达半导

  斯达半导体从2008年就开始了IGBT产品的研发,特别是2015年,IR被英飞凌收购后,斯达半导体收购了IR的专用于功率器件的研发团队,随后2018年开始渗透入电动汽车领域。2020年,公司生产的汽车级IGBT模块合计配套超过20万辆新能源汽车。

  中车时代

  中车时代背靠中车集团,在2012年收购了英国的丹尼克斯75%的股份后,在2015年成立了Fab厂。由于丹尼克斯的产品主要集中在高压部分,当时收购也是对口中车的轨道交通业务,因此,到目前为止,中车时代大部分的应用都在中车自己的轨道交通领域。不过,2018年开始,中车时代开始了市场化,开始在智能电网、汽车领域布局,再加上中车自己做新能源汽车的电控产品,且占了整个汽车市场的1%左右的份额,未来在汽车领域的潜力不小。

  综合点评

  自2020年以来,新能源汽车、光伏、储能、风电等领域的发展进度较快,在下游需求的不断驱动下,IGBT市场规模扩张速度已超出原先的预期;此外,在供给端由于海外疫情反复导致订单积压,限制了部分产能,导致IGBT供需失衡,进口品牌交期和价格持续增长,这带给了国产品牌快速发展的绝佳时机。

  半导体发展潜力指数

  ★★★★☆

  (2)第三代半导体:当下正值发展黄金期

  上榜理由

  大功率、高频、高温高压场合无可替代。

  现状与展望

  以氮化镓GaN、碳化硅SiC为代表的第三代半导体,具有宽禁带、高击穿电场强度、高热导率等优良特性,能够承受几百V、甚至上千V的电压,适用于高压、高频、大功率领域,其中GaN更适用于射频器件,比如射频前端的PA功放芯片;SiC更适用于高压大功率器件,如光伏逆变器、新能源电动车的800V快充。

  近年来,由于新能源汽车等下游需求的不断增长,全球碳化硅市场规模持续扩大。据Yole统计,2020年碳化硅功率器件市场规模约为7.1亿美元,预计2026年将增长至45亿美元,2020-2026年CAGR近36%。其中,中国作为全球新能源汽车最大的应用市场,其碳化硅市场规模有望从2020年的14.6亿元增长到2024年的164.7亿元,年均复合增长率达83.2%。

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  主要玩家

  Wolfspeed(Cree)

  Wolfspeed作为全球碳化硅龙头企业,市场市占率超过 60%,并且技术工艺全球领先。作为碳化硅领域的绝对龙头企业,Wolfspeed与下游器件企业的长期合作供货订单接近100亿人民币,签约企业包括安森美、英飞凌和意法半导体等。其中意法半导体是特斯拉的碳化硅供应商,安森美主要为蔚来等企业供应碳化硅器件,英飞凌为现代汽车等供货。

  三安光电

  三安光电作为国内少有的碳化硅全产业链龙头企业,目前已经能够实现产能、成本及质量验证的全方位管控,并且已经能够实现对细分行业客户的批量交付。公司部署的6英寸碳化硅晶体产线已经在2021年6月开始正式投产,产能为36万片/年,生产的晶体厚度可对标国际水平。此外,公司在2021年正式发布了纯自研1200V碳化硅MOSFET平台和器件,并且1200V和650V碳化硅二极管也已经获得了AEC-Q100车规级可靠性的认证。

  从最新的数据来看,三安光电2021年导入碳化硅功率器件客户为549家,获得的新增订单金额高达数亿元,覆盖服务器电源、通信电源、光伏逆变器、家电、新能源汽车充电系统的充电桩电源和车载充电机等各细分应用市场标杆客户,并且量产交付的产品多达66款。

  泰科天润

  泰科天润成立于2011年,是国内领先的第三代半导体材料碳化硅器件制造与应用解决方案提供商。在产品线上,针对消费、光伏、汽车等不同应用场景的需求,泰科天润已经能够提供各种不同规格的产品。目前,在新能源汽车车载充电机等应用领域实现了千万颗级别的出货,并且已经在比亚迪等标杆客户中得到批量应用。

  产能上,作为当前阶段的主打产线,泰科天润6寸碳化硅晶圆产业园项目第一期投资3亿元,可实现产能6万片/年,年销售收入可达到10-15亿元。公司正在规划的北京新的碳化硅八寸线,已于2022年底动工,项目建成后公司整个产能将会进一步扩大,产值也会得到成倍增长。

  综合点评

  当前碳化硅器件的发展方向明确,国内原厂占据天时地利。尤其这两年在中美贸易战、疫情等外因挤压下,早年间对国内厂商持观望态度的国外大厂逐渐敞开怀抱,开始逐步导入并接受国内原厂的产品。另一方面,一些国外友商跟欧美车厂之间存在深度绑定,对其他客户的供应能力下降,国内的标杆客户由于供应不够,出于供应链安全考虑,便会扶持国产碳化硅厂商作为二供。因此从时间节点来说,当下属于国内碳化硅企业最好的发展黄金期。

  半导体发展潜力指数

  ★★★★★

07

  VR/AR:消费电子厂商的第二增长曲线

  上榜理由

  作为下一代计算平台,其产业轮动周期已然开启。

  现状与展望

  2022年,AR/VR市场得到相较以往更高的关注度,加之苹果即将在2023年推出MR产品的消息,产业链上的玩家似乎迎来了“强心剂”。

  市场规模方面,由于行业巨头涌入、资本加入让AR /VR产业快速发展。根据IDC的最新报告,2021年全球AR /VR产业总投资规模接近146.77亿美元,预计到2026年将增至747.30亿美元,年复合增长率高达38.48%。

  出货量方面,根据IDC数据显示,2021 年全球VR/AR 头显出货量为 1123 万台,同比增长 92.1%。其中VR 头显出货量达1095 万台,突破年出货量1000 万台的行业重要拐点。此外,根据 VR 陀螺 统计,2022 年上半年全球 VR 头显的出货量约 684 万台,同比增长 60%。中国 VR 头显出货量为 60.58 万台,占比约8.86%。

  具体来看,上游元器件包括光学与显示模块(光学镜片、显示屏、摄像头等),计算模块(芯片等),声学模块(扬声器等),交互模块(传感器等)等。从Quest2的拆解图可以看到,芯片和显示光学模块是VR设备中最为重要的硬件。其中,芯片在终端设备中成本占比接近50%,其次是显示模块,包括LCD、OLED的占比达到20%—25%,镜片以及摄像头等光学模块占比也达到了6%—10%。

  主要玩家

  从竞争格局来看,据 VR 陀螺统计的数据显示,海外市场仍由Oculus主导,其占据 78.11%的市场份额。国产品牌 Pico占比 11.16%,位居全球第二;爱奇艺占比 0.73%,位居第五;虽然Oculus在国际市场上无可阻挡,但在中国市场,市占率最高的却是本土厂商Pico,其市占率达到了70%。

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  Oculus(Meta)

  近年来,从Oculus DK1到Oculus Quest 2 VR一体机,Oculus先后一共推出了六款VR硬件产品。其中2020年10月公司发布的Oculus Quest 2,可以说是元宇宙行业第一款具有划时代意义的产品。

  毫无疑问,凭借着极高的性价比,Oculus Quest 2迅速打开了市场,销量节节攀高。根据高通的数据统计,截止至2021年11月17日,Meta旗下的Oculus Quest 2销量已达到1000 万台。不仅对于Meta还是整个VR行业生态来说,这1000万销量奇点的里程碑意义重大,可以说是 “生态系统爆炸式繁荣”之前的关键门槛。

  Pico(字节跳动)

  从最新的数据来看, Pico 系列旗舰产品 Pico Neo3 自 2021年5月发布以来,销量高速增长,22H1出货量达37万台,是2021全年的 74%。这一成绩看上去不错,不过和海外头部硬件厂商Oculus相比,差距仍然较大,未来有较大的提升空间。

  综合点评

  VR/AR作为下一代计算平台,其产业轮动周期已然开启。参照此前手机这一硬件的布局思路,在新硬件崛起的带动下,VR/AR产业的硬件、软件、内容、应用等均会面临重构。未来,随着硬件普及率的提升,VR/AR的生态将进一步完善。其中全产业链布局的先行者,有望长期受益于VR/AR作为下一代移动终端的成长红利。

  半导体发展潜力指数

  ★★★☆☆

08  

存算一体芯片:后摩尔时代的破局者之一

  上榜理由

  凭借更高的算力、更低的功耗,解决了冯·诺依曼架构下的遗留问题。

  现状与展望

  后摩尔时代,现有冯诺依曼计算系统采用存储和运算分离的架构,严重制约了系统算力和能效的提升。存算一体作为一种新型算力,有望解决传统冯·诺依曼架构下的“存储墙”、“功耗墙”问题,是业内极为关注的算力学科的突破性技术,已被确定为算力网络一大关键技术之一。

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  存内计算产品基于其不同的器件特性和计算方式,可为云、边、端应用提供推理、训练等多种AI能力,以提升AI芯片的运算效率、降低系统功耗以及设备成本。

  主要玩家

  九天睿芯

  九天睿芯成立于2018年,致力于高性能模数混合感存算芯片的设计、销售,是全球新型感存算一体架构技术领域的领导者。

  经过持续多年的研发,九天睿芯AI方向已经形成多个系列产品,其中又以ADA100语音处理芯片和ADA200视频处理芯片为代表。据公司透露,ADA 100等效算力为1Gops,最低功耗为20uW,仅同性能数字芯片十分之一的功耗,三分之一的成本,目前该产品已经和歌尔股份、共达电声等行业TOP客户进行了深度合作,预计在2022年会有百万级别的一个销量,在供应链问题解决后,2023年的销量预计可以达到千万级别。

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  知存科技

  知存科技成立于2017年,专注于存算一体芯片研发。目前公司已发布和量产了存算一体加速器WTM1001、存算一体SoC芯片WTM2101两代产品,其中WTM2101芯片是知存科技旗下第二款商用存内计算产品,于2022年3月份推向市场。作为国际首款商用存内计算SoC芯片,WTM2101芯片的AI算力达到50Gops,功耗仅5uA-3mA(最新功耗数据),适用端侧智能物联网场景,如可穿戴设备、音频设备、移动设备、智能家居等,预计在2022年销量达突破百万颗。

  综合点评

  与传统方案相比,存内计算在功耗、计算效率等方面具有明显优势,在相同制程工艺下,存内计算芯片能在单位面积下提供更高的算力,更低的功耗,进而延长设备工作时间,将在端侧具有广阔应用前景。

  半导体发展潜力指数

  ★★★★☆

09

  RISC-V:逐渐与Arm、X86形成三足鼎立的趋势

  上榜理由

  芯片架构自主权的一次换道超车。

  现状与展望

  由于RISC-V指令集具有开源、免费、模块化、精简等特点,从2010年问世以来行业就不断围绕它构建生态系统。近年来,在AIOT的快速发展以及国内产学研机构的不断推动下,RISC-V生态迎来快速发展。

  从市场发展空间来看,根据不完全统计,2020年全球RISC-V指令集市场规模约2.2亿美元,2021年将达到3.8亿美元,预计到2024年有望超过10亿美元。从出货量来看,根据市场Semico Research Group的数据,预计到2025年市场上采用RISC-V架构的处理器核心将超过624亿颗,2018-2025年的年复合增长率高达146%。

  主要玩家

  赛昉科技

  RISC-V软硬件服务公司,在中国独立运营,专注于开发各类RISC-V IP,在2021年首届滴水湖RISC-V产业论坛上发布高性能RISC-V视觉处理平台惊鸿7110,搭载64位4核RISC-V处理器内核,工作频率1.5GHz,将于2022年Q2开始正式量产,采用台积电28nm工艺,可用于中低端摄像头、平板电脑等。

  阿里平头哥

  目前有玄铁E902、E906、C906、C910共4款RISC-V处理器IP,并全部开源,支持多种OS,包括AliOS、安卓、FreeRTOS、RT-Thread、Linux等,拥有150多家客户,超500个授权数,累计出货量超过25亿颗,已成为应用规模最大的国产RISC-V CPU IP系列。

  晶心科技

  日前,Andes Technology(晶心科技)称,其2021年的IP出货量超30亿,从而实现过去5年(2017~2021)年化增长率达到50%。而如果累加的话,截至2021年底的RISC-V IP的总出货超100亿颗。公司CEO、董事长Frankwell Lin预计,得益于5G通信、人工智能加速器、蓝牙和Wi-Fi设备、云计算、游戏、物联网设备、汽车电子、等新兴技术领域的广泛应用,RISC-VSoC未来仍将保持高速增长的趋势。

  综合点评

  在AIoT时代,RISC-V契合AIoT行业发展的核心需求,在多场景、碎片化的应用大背景下,RISC-V在未来有望成为处理器芯片应用最主流的指令集架构。不过,RISC-V的成功离不开一个好的生态环境,这不仅需要RISC-V技术的发展,还需要相关产品、软硬件的协同创新。未来只有更多公司参与其生态建设,RISC-V架构才能走得更远。

  半导体发展潜力指数

  ★★★★☆

10

  Chiplet先进封装:由面变体、延续摩尔

  上榜理由

  另辟蹊径,提升芯片系统性能。

  现状与展望

  异构集成的先进封装毫无疑问已经成为后摩尔时代推动半导体产业向前发展的最重要引擎之一。Chiplet可将大型单片芯片划分为多个小芯片,通过跨芯片封装和互联的方式,集成不同工艺或功能的模块化芯片,从而最终形成一颗系统芯片。这可以提升芯片良率、降低对先进制程的需求、IP复用等优势。

  市场规模方面,随着高性能服务器/数据中心、自动驾驶、笔记本/台式电脑、高端智能手机等在未来几年成为Chiplet的主要应用场景,将推动Chiplet市场不断增长。根据Gartner预测,基于Chiplet的半导体器件销售收入将从2020年的33亿美元增长到2024年的505亿美元,复合年增长率高达98%。届时,超过30%的SiP封装将使用Chiplet来优化成本、性能和上市时间。在Chiplet市场机会中将有60%为智能手机和服务器应用,而用于PC和服务器终端的基于Chiplet的计算MPU销售收入也将超过220亿美元。

  在此背景下,2022年3月2日,英特尔、AMD、Arm、高通、微软、谷歌、Meta、台积电、日月光、三星等十家行业巨头正式成立通用芯粒互连(Universal Chiplet Interconnect Express,UCIe)产业联盟,携手推动Chiplet接口规范的标准化,推动Chiplet走上了发展的快车道。

  主要玩家

  基于Chiplet的设计方法已被证明是非常适合于超大算力芯片的设计实现思路和工程实践方法,AMD、英特尔、AWS等行业领军企业均在其数据中心CPU上采用了Chiplet技术以实现量产。此外,苹果2022年3月发布的M1 Ultra设计以及英伟达Grace CPU超级芯片也采用了Chiplet理念。

  AMD

  11月4日,AMD正式发布了采用RDNA 3架构的新一代旗舰GPU,即RX 7900 XTX和RX 7900 XT。AMD表示,这是公司首度在GPU产品中采用小芯片(Chiplet)技术,即台积电的“3D Fabric”技术,也是全球首个导入Chiplet技术的游戏GPU。这意味着该款GPU既能使用尖端工艺,也可包含成熟制程芯片,从而更好地平衡性能、成本两端。

  寒武纪

  寒武纪云端AI芯片思元370于2021年11月发布,是国内首颗采用chiplet封装技术的AI芯片。该芯片采用台积电7nm工艺,在一颗芯片中封装2颗AI芯粒,每个芯粒具备独立的AI计算单元、内存、IO,最大算力达到 256TOPS。AI芯片的内存访问越来越成为性能瓶颈,使用3D Chiplet技术可以获得更大的内容容量,或者类似寒武纪采用多个AI芯粒集成,即使不采用最先进的制程,也能提升整个AI芯片的算力。

  芯原股份

  芯原股份是全球第一批面向客户推出Chiplet商用产品的企业。公司用Chiplet的设计理念已经完成高端应用处理器项目SoC版本的设计,只用12个月就完成从芯片定义到流片整个过程,目前正在进行Chiplet版本的迭代工作。这个高端应用处理器项目未来将为平板电脑、笔记本电脑、数据中心、自动驾驶等应用提供更加灵活、高效、可靠的设计解决方案。

  综合点评

  随着先进工艺逼近物理极限,高昂的研发费用和生产成本,性能提升未能继续等比例延续,良率低下产能不足等瓶颈,使得先进封装以及Chiplet(芯粒)掀起后摩尔时代新一轮半导体技术演进。2022年以来,全球产业范围内在Chiplet领域均取得了长足的发展,成为该技术兴起的元年。

  半导体发展潜力指数

  ★★★☆☆

  2022年下半年以来,半导体制造厂的产能利用率下降,并开始消减资本支出或者调减产能,意味着2023年半导体的总体需求相较2022年不会有太大的起色。

  但是,从细分市场来看,本报告分析的新能源汽车的电动化(BMS)、智能化(智能座舱芯片、激光雷达)、数据中心(AI芯片)、光伏(IGBT)、消费电子(VR/AR)等多个终端市场依然处于高景气度当中,会对半导体产品产生更多的需求。同时,因为自主可控、供应链安全等原因,很多本土企业的芯片近两年都有机会进入到大厂的供应体系,利好本土半导体公司的快速发展。

  2023年,在变化的市场环境和众多不确定性中把握好确定性强的发展机遇,半导体行业的发展前景依然值得我们期待。

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