半導體行業(yè)將再火十年 兩大趨勢成發(fā)展新動能

當前，我們使用的許多前沿數(shù)字化設備背后的技術(shù)都要依靠半導體才能實現(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，以及對技術(shù)研發(fā)的持續(xù)投入和市場主要參與者間的激烈競爭，未來十年全球半導體行業(yè)有望持續(xù)穩(wěn)定增長。半導體行業(yè)的兼并收購活動已經(jīng)達到峰值，專業(yè)縱向整合逐漸成為行業(yè)重點。日本、韓國正力圖通過收購重振本國半導體行業(yè)，而與此同時，持續(xù)的貿(mào)易戰(zhàn)和知識產(chǎn)權(quán)糾紛將使中國在全球范圍內(nèi)的大舉投資受阻。隨著消費類電子產(chǎn)品需求飽和，半導體行業(yè)的增長將趨于平緩。然而，許多新興領域?qū)榘雽w行業(yè)帶來充分的機遇，特別是汽車和人工智能的半導體應用。

半導體行業(yè)格局不斷演化

過去幾年， 全球半導體行業(yè)增長主要依賴智能手機等電子設備的需求， 以及物聯(lián)網(wǎng)、 云計算等技術(shù)應用的擴增。 預計全球半導體行業(yè)總收入將從2018年的4,810億美元增長到2019年的5,150億美元， 且增長態(tài)勢有望持續(xù)至下一個十年。

▲全球半導體行業(yè)銷售收入（2016年-2022年， 單位： 十億美元）

汽車電子和工業(yè)電子將成為半導體行業(yè)增長最迅速的兩大領域， 來自消費電子、 數(shù)據(jù)處理和通訊電子的收入將穩(wěn)定增長。

▲各類別電子設備半導體收入增長率（2017年-2022年）

亞太仍將是全球最大的半導體消費市場。中國產(chǎn)品占比的增加正在刺激整個亞太市場的增長， 并將提供主要推動力。 此外， 并購活動的增加將有利于半導體行業(yè)的未來發(fā)展。

▲半導體行業(yè)銷售額區(qū)域分析（2018年）

增長方面，2018年美國市場增速最快，這主要得益于動態(tài)隨機存取存儲器的興起和對微控制單元的高需求，特別是在存儲設備市場。隨著存儲器價格上漲并貢獻巨大收益，存儲器市場發(fā)展迅速，亞太地區(qū)因此獲益。中國大陸集成電路產(chǎn)業(yè)增長了24.8%，有力推動了亞太區(qū)域市場的發(fā)展。

然而，盡管近年來中國半導體廠商的競爭力得到顯著提升，但關(guān)鍵零部件仍需大量從西方國家進口，自給率不足20%。中國政府十分關(guān)注這一問題，制定了多項有利政策支持半導體行業(yè)的發(fā)展。

▲中國半導體行業(yè)主要參與者

總體而言，中國半導體行業(yè)有四類企業(yè)：“國家隊”、“地方隊”、私募/創(chuàng)投基金和跨國企業(yè)，競相推動中國成為全球半導體行業(yè)的動力引擎。

汽車半導體的突破口

汽車行業(yè)歷經(jīng)了長期的發(fā)展，才實現(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，而配有前裝電動座椅的車輛不足50%。然而，在政府監(jiān)管和消費者需求的驅(qū)動下，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)了長期的發(fā)展，才實現(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。汽車半導體供應商正獲益于微控制單元、傳感器、存儲器等各類半導體設備需求的大幅上漲。到2022年，半導體成本預計將達到每車近600美元。

▲汽車電子和半導體每車成本占比

半導體供應商在汽車產(chǎn)業(yè)供應鏈中扮演著至關(guān)重要的角色。在傳統(tǒng)汽車行業(yè)生態(tài)體系中，半導體供應商將產(chǎn)品銷售給一級電子系統(tǒng)供應商， 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、電動汽車、無人駕駛、能源儲存和網(wǎng)絡安全等技術(shù)的發(fā)展；公眾對安全和共享出行等話題的社會意識；污染等環(huán)境問題引發(fā)的擔憂；基礎設施支出等經(jīng)濟層面的考量以及亞洲市場的增長等諸多因素都將重塑汽車行業(yè)。

▲半導體在汽車生態(tài)體系中的角色

自動化、電氣化、 數(shù)字互聯(lián)與安全性：未來十年， 這四大趨勢將推動汽車電子和子系統(tǒng)中的半導體元器件不斷增加。

▲汽車半導體的主要趨勢

盡管手機在當前以及未來都是半導體企業(yè)的最大市場，但多年以來這一領域的增長已經(jīng)十分飽和。 而汽車半導體市場卻是個例外。 隨著高級駕駛輔助系統(tǒng)和車載信息娛樂等電子部件越來越多地應用于汽車，這一領域需求強勁， 成為半導體企業(yè)的重要增長市場。

▲全球各地區(qū)汽車半導體收入及產(chǎn)量

▲汽車半導體應用和設備增長預測

人工智能芯片競賽開啟

人工智能框架大致可分為三個層面?；A設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)層面的傳感和認知計算能力的基礎。應用層面處于最頂層，提供無人駕駛、智能機器人、智慧安防和虛擬助手等服務。人工智能芯片是人工智能技術(shù)鏈條的核心，對人工智能算法處理尤其是深度神經(jīng)網(wǎng)絡至關(guān)重要。

“深度”指神經(jīng)網(wǎng)絡模型中的層級和節(jié)點數(shù)量。近年來，層級之間的復雜程度以及節(jié)點數(shù)量呈現(xiàn)指數(shù)級增長，這對計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

解決并行計算問題主要有兩種方法：第一，在現(xiàn)有的計算架構(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現(xiàn)加速，主流加速器包括圖形處理器、現(xiàn)場可編程門陣列，以及專用集成電路，這包括張量處理器、神經(jīng)網(wǎng)絡處理器、神經(jīng)網(wǎng)絡處理器、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)勢和劣勢。

深度學習有兩種完全不同的人工智能部署方式: 訓練和推理。人工智能基于大數(shù)據(jù)“訓練”神經(jīng)網(wǎng)絡模型，利用訓練數(shù)據(jù)集獲取新訓練好的模型。 這些新訓練好的模型隨后便被賦予新的能力， 根據(jù)新的數(shù)據(jù)集進行“推理” 得出結(jié)論。

因為需要將龐大的數(shù)據(jù)集應用到神經(jīng)網(wǎng)絡模型中，因此訓練階段需要大量的計算能力。這就要求具有先進并行計算能力的高端服務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備完成。而推理階段既可以在云端完成也可以借助邊緣設備（產(chǎn)品）進行。與訓練芯片相比，推理芯片需要更全面地考慮功耗、延時和成本等因素。

▲深度學習兩大階段

人工智能芯片創(chuàng)新剛剛起步，供應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)場可編程門陣列亦可獲相當抑或更好的結(jié)果。 同時，賽靈思、百度和亞馬遜均在努力減少應用專用集成電路的傳統(tǒng)障礙。

到2022年，人工智能芯片市場在整個人工智能市場中的占比預計超過12%，復合年均增長率達到54%。美洲地區(qū)將引領全球人工智能市場， 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)主導市場地位。

▲全球人工智能與人工智能芯片市場（2022年）

根據(jù)部署方式，人工智能芯片市場可分為基于云技術(shù)和網(wǎng)絡邊緣兩個細分市場。

▲人工智能芯片市場部署

云端是人工智能芯片最大的細分市場，原因在于數(shù)據(jù)中心為提升效率， 降低運營成本并改善基礎設施管理，對人工智能芯片的采用持續(xù)增長。 特別需要指出的是，人工智能訓練市場的規(guī)模將達到約170億美元，其中云端推理芯片市場的規(guī)模將達到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，擁有超過30%的市場份額，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，還可以應用于多種網(wǎng)絡邊緣設備， 如智能手機、 無人駕駛汽車以及監(jiān)控攝像頭。 應用于網(wǎng)絡邊緣設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的規(guī)模預計將增至20億美元，復合年均增長率達到40%。

產(chǎn)品成本的不斷上漲將使人工智能芯片供應商獲益。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將使智能手機價格上漲，讓智能手機制造商獲得更多收入。人工智能芯片的應用亦已從高端機型擴展到中端機型，這亦有可能為智能手機供應商帶來更多收入。

無人駕駛不僅僅是一個復雜的人工智能應用場景，而且還具有重要意義。無人駕駛預計將有力推動人工智能推理芯片應用，使人工智能推理芯片市場的規(guī)模增至50億美元，復合年均增長率達到40%。

傳感、 建模與決策是無人駕駛的三大必備流程， 每一個流程都涉及推理芯片應用。無論是環(huán)境傳感或障礙物躲避，無人駕駛對人工智能芯片的計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。過去十年內(nèi)，監(jiān)控系統(tǒng)行業(yè)經(jīng)歷了三個重要的轉(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)實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)。

并購活動回歸理性

半導體并購活動已經(jīng)經(jīng)過巔峰期，汽車、人工智能以及網(wǎng)絡/數(shù)據(jù)中心等正在成為最受歡迎的新興垂直領域。日本和韓國一直致力于振興國內(nèi)半導體行業(yè)，他們積極參與美國和歐洲中型企業(yè)收購，并與中國展開合作。同時，圍繞知識產(chǎn)權(quán)和國防安全問題的爭議還將抑制中國企業(yè)走向全球化的進程。中國收緊對美國高科技公司的境外投資成為新常態(tài)，全球并購市場規(guī)模整體縮水。盡管如此，半導體大型企業(yè)集團仍在各垂直領域?qū)ふ覔碛懈呤袌龇蓊~和利潤的潛在目標。

2016年，全球半導體并購交易額曾達到1,200億美元的峰值。2017年， 半導體行業(yè)并購交易額大幅下跌。除了以往交易導致并購目標減少以外，歐洲和美國收緊監(jiān)管審查也是一大重要原因。由于單筆交易額增加，2018年全球并購交易額再次增長。例如，美國博通公司以179.9億美元收購了CA Technology。

▲全球半導體并購交易（2014年-2018年）

▲ 全球前十大半導體并購交易（2018年）

2014年至2015年，東亞地區(qū)（中國、日本、韓國以及中國***）的并購交易量迅速增長，交易額突破220億美元。但經(jīng)過幾年的快速擴張后，2017年和2018年的并購活動有所停滯。2017年，東亞地區(qū)的半導體并購交易量下降1%，交易額僅增長2%。

▲中國大陸、日本、韓國以及中國***并購交易額（2014年-2018年）

▲中國大陸、日本、韓國以及中國***的前十大并購交易（2018年）

▲國內(nèi)并購交易量增長——東亞地區(qū)（2014年-2018年）

過去五年里，中國半導體行業(yè)快速發(fā)展的最主要原因是有利的政府政策。中國目前是全球最大的半導體芯片進口國，政府的總體戰(zhàn)略是減少對外國進口產(chǎn)品的依賴，發(fā)展國內(nèi)的半導體行業(yè)基礎。這一政策促使中國企業(yè)紛紛進軍半導體行業(yè)，并通過收購獲取先進技術(shù)。

毫無疑問，中國大陸是東亞地區(qū)境內(nèi)并購活動最活躍的地區(qū)。從2014年至2018年期間，并購交易量的復合增長率高達24%。例如，2018年阿里巴巴收購了杭州中天微系統(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、Barefoot Networks、深鑒科技、耐能和翱捷科技。相較于中國大陸，日本、韓國和中國***的并購活動相對平緩。并購交易的主要目的是提高市場地位，增加市場份額，以及尋找新興應用。

總體而言，自2016年以來，東亞地區(qū)的跨境并購交易量出現(xiàn)下滑，尤其在美國加強了對尋求前沿技術(shù)的中國企業(yè)的調(diào)查之后。2017年，白宮發(fā)布了有一份題為《確保美國在半導體行業(yè)長期領先地位》的報告，指出中國的半導體政策對美國產(chǎn)生的潛在威脅，并建議美國政府采取措施防止或者嚴格限制中國企業(yè)的收購，同時收緊對重要半導體知識產(chǎn)權(quán)流動的法規(guī)限制。但是，盡管政府的并購審查日益加強，北美和歐洲仍是東亞地區(qū)半導體企業(yè)的主要并購目的地。

智東西認為，半導體行業(yè)雖然在傳統(tǒng)電子設備市場已經(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。到2022年，汽車半導體元器件的成本將達到每車600美元。微控制單元、傳感器和存儲器等汽車半導體設備需求激增，而云技術(shù)領域也將成為人工智能芯片的最大市場。中國已經(jīng)成為全球主要半導體廠商的重要收入來源，其中許多企業(yè)有超過一半的營收來自中國，意圖進軍中國市場的跨國企業(yè)應當綜合考慮包括政策、技術(shù)、市場營銷、物流和全球策略等在內(nèi)的多方因素。