每一波席卷而來的技術浪潮，一旦對消費市場產(chǎn)生顛覆性影響，并誕生應用廣泛的新型消費終端，半導體應用的最大單一市場往往隨之易主。PC處理器和智能手機處理器，是各自時代的黃金增長點，引領半導體產(chǎn)業(yè)沿著摩爾定律高速成長。
但是，任何一個黃金增長點的統(tǒng)治力都無法永存。從2021年第三季度開始，智能手機的出貨量已經(jīng)連續(xù)三個季度同比下滑，手機芯片廠商不得不下調(diào)或削減訂單。一旦智能手機不再是半導體產(chǎn)業(yè)旱澇保收的屏障，半導體產(chǎn)業(yè)的下一個黃金增長點會是什么？
何其相似的問鼎之路
1981年8月12日，一臺由古董電視般方正厚重的顯示器、扁平盒狀的主機、獨立的白色鍵盤組成的設備伴隨著一個簡潔而響亮的名號進入民眾視野：IBM PC。彼時的計算機是政府或科研機構(gòu)進行科學計算的工具，而IBM正是此類大型機的最大供應商。IBM PC的出現(xiàn)，開啟了計算機從實驗室走向普羅大眾的序章，也讓全世界看到了個人電腦時代的曙光。
表面來看，IBM PC是藍色巨人在個人電腦市場平步青云的盛大開場。然而，真正趁勢而起并統(tǒng)領PC時代的，是半導體巨人英特爾和軟件王者微軟。為了尋求IBM PC的快速上市，IBM打破了當時計算機制造商一手包辦所有組件的慣例，轉(zhuǎn)而從第三方購買處理器和軟件——前者是英特爾的8088微處理器，后者是微軟的DOS操作系統(tǒng)。
一時間，有心入局但無力承擔計算機軟硬件開發(fā)的IT精英們看到，處理器和操作系統(tǒng)可以獨立于計算機制造公司而存在，作為第三方產(chǎn)品被購買和集成。短短幾年，康柏、戴爾等一批新銳計算機廠商，基于英特爾處理器和微軟軟件大量生產(chǎn)IBM PC兼容機，搶占市場份額。在后發(fā)者的激烈競爭下，IBM在個人電腦的先發(fā)優(yōu)勢逐漸磨滅，英特爾和微軟卻愈發(fā)聲勢浩大。在微軟推出Windows操作系統(tǒng)之后，Wintel成為個人電腦時代顛撲不破的底層架構(gòu)，統(tǒng)治力延續(xù)至今。
在市場需求的推動和創(chuàng)始人精神的感召下，英特爾沿著創(chuàng)始人戈登·摩爾提出的“摩爾定律”，推動PC芯片的迭代，芯片制程從20世紀80年代的3微米一路升級到如今的10nm，使PC能夠替代越來越多的大型機功能，PC處理器也成為20世紀80年代至21世紀10年代半導體產(chǎn)業(yè)的增長極。
“計算機的發(fā)明將人類帶入信息時代。而半導體芯片作為計算機信息存儲和處理的具體‘執(zhí)行者’，對計算機的發(fā)展又起到了決定性的作用。隨著芯片工藝的持續(xù)優(yōu)化、性能的不斷提升，再加上互聯(lián)網(wǎng)技術的蓬勃發(fā)展，計算機走進了千家萬戶，成為信息社會的‘終端’�！北本┖娇蘸教齑髮W集成電路科學與工程學院副院長張悅向《中國電子報》記者指出。
在PC代替大型機走入用戶工作和消費者生活之后，移動互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)和演進，讓人們看到了終端設備進一步輕量化、便捷化的可能。2G時代，移動通信從模擬信號走向數(shù)字信號，手機的競爭焦點從通話質(zhì)量轉(zhuǎn)向產(chǎn)品功能，成就了諾基亞的輝煌。到了3G時代，移動通信從語音通信走向數(shù)據(jù)通信，手機能夠處理更多的媒體格式、提供更多的信息服務，iPhone等一批智能手機產(chǎn)品深刻改變了消費終端的形態(tài)，手機處理器也成為半導體增長動能的換擋器。
據(jù)世界半導體貿(mào)易協(xié)會和資策會產(chǎn)業(yè)情報研究所數(shù)據(jù)，自2010年起，計算機在全球半導體應用的市場比重持續(xù)下降，智能手機引領的通信IC占比逐年攀升，在2014年首次超過計算機芯片的市場占比，達到34.4%，開啟了移動通信芯片的黃金時代。
手機處理器能扛起半導體增長大旗的另一個原因，是它接過了PC處理器的接力棒，成為摩爾定律的延續(xù)者。2010年，蘋果iPhone 4正式上市，首次搭載的蘋果自研處理器A4采用45nm制程，擁有3000多萬晶體管。而2021年隨蘋果iPhone 13系列登場的A15處理器，采用5nm制程，擁有150億晶體管。11年的時間，同一系列的手機處理器晶體管數(shù)量實現(xiàn)了5000倍的提升，手機處理器成為先進制程的“頭號玩家”。
“進入21世紀，移動互聯(lián)網(wǎng)技術和無線通信技術逐漸把信息社會‘終端’從PC轉(zhuǎn)移到手機，以前很多只能在計算機上進行的操作，如今手機都可以勝任，加之其體型小巧、攜帶方便、價格更低，逐漸取代計算機，成為促進半導體產(chǎn)業(yè)增長的中流砥柱。”張悅告訴記者。
繼任者的素質(zhì)
不難看出，近幾十年來半導體產(chǎn)業(yè)兩度撐起一片天的增長動力，都與劃時代的消費終端息息相關。
“信息時代的電子設備要成為半導體產(chǎn)業(yè)的引領者，至少需要兼顧三個特點：便攜性、功能性和生態(tài)性�！睆垚傊赋�。
他表示，隨著當今社會數(shù)據(jù)量爆炸式增長、生活節(jié)奏加快，人們對處理信息的需求更傾向于即時處理，所以便攜性至關重要，電子設備只有隨用可取才能被更多群體接受。在便攜的同時，設備要有強大的數(shù)據(jù)處理能力和信息交互能力——也就是功能性，才能適應更復雜的任務和更廣泛的用戶群體。除了芯片等核心硬件的提升，還需要軟件及周圍配套技術的協(xié)同，構(gòu)建整體生態(tài)，帶動技術發(fā)展和推廣。
而此類終端，往往是在技術浪潮帶動消費形態(tài)變革、消費形態(tài)變革又推動技術創(chuàng)新的螺旋上升中誕生的。
“計算機和通信市場分別隨著有線通信技術和無線通信技術的發(fā)展而迅速增長，尤其后者在應用面、便攜性和受眾方面占據(jù)更多優(yōu)勢，因此隨著無線通信技術的普及，無線通信產(chǎn)品迅速替代了部分計算機的功能�！毙局\研究高級分析師張彬磊向《中國電子報》記者表示。
即便有顛覆式的技術浪潮，并將一種全新的終端頂上浪尖，要形成對半導體增長的引領力，既要對芯片有“量”的拉動，也要有持續(xù)升級的功能需求，帶動芯片不斷地迭代優(yōu)化。
“能長期引領半導體增長的IC產(chǎn)品，一是量大面廣；二是技術不斷迭代，有不斷創(chuàng)新升級的需求；三是具備一定的復雜度和集成度，具備技術門檻。四是要有強有力的領軍企業(yè)參與其中。” 北京半導體行業(yè)協(xié)會副秘書長、北京國際工程咨詢有限公司高級經(jīng)濟師朱晶向《中國電子報》記者表示。
那么，在智能手機芯片之后，還會有這樣一個占據(jù)“天時地利人和”的IC產(chǎn)品，撐起半導體增長的一片天嗎？之所以業(yè)界有這樣的思索，是因為從2021年第三季度至今，手機出貨量已經(jīng)連續(xù)三個季度同比下降。IDC數(shù)據(jù)顯示，2022年第一季度全球手機出貨314.1萬億臺，同比下降8.9%，環(huán)比下降15.4%。供應鏈不斷傳出頭部芯片企業(yè)下調(diào)或削減訂單的消息。隨著手機行業(yè)的人口紅利接近尾聲，換機周期增長，手機芯片對半導體產(chǎn)業(yè)的帶動力不再旱澇保收。
從終端層面來看，與手機同時代的終端設備，已經(jīng)很難在便攜性、功能性和生態(tài)性等維度超越智能手機。與有線通信技術和無線通信技術催化了PC和手機的出現(xiàn)一樣，新一代半導體增長極需要顛覆性技術開路。
“在‘后摩爾時代’即將到來之際，人工智能、量子信息、新能源汽車等新興技術蓬勃發(fā)展之時，勢必推動半導體核心關鍵技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來重大變革。最近幾年正處于歷史交匯期，傳統(tǒng)技術老當益壯，新技術群雄逐鹿，有點霧里看花的感覺，但這是窗口期也是機遇期。樂觀預計未來5-10年半導體產(chǎn)業(yè)會在工藝、集成、應用等方面出現(xiàn)一錘定音的顛覆性技術�！睆垚傉f。
張彬磊也表示，目前通信技術的發(fā)展已經(jīng)相對成熟，很難再推出新的終端類型，即使5G全部普及，也只能推動手持通信設備更新?lián)Q代，半導體的新一輪高成長需要顛覆性的概念。
“目前市場上還未出現(xiàn)引領力堪比PC或手機芯片的產(chǎn)品，但是這類產(chǎn)品的概念早就存在了，比如嵌入人體的芯片�！睆埍蚶谡f。
未來動能已出現(xiàn)
現(xiàn)階段，智能手機芯片依然是半導體應用最大的單一市場，能夠達到同等量級的半導體增長點尚未明確。但是，一些成長性被普遍看好的半導體品類，有望在未來幾年為產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入動力。
“可以從兩個大的維度去看半導體技術未來幾年的發(fā)展。一是針對當前計算架構(gòu)的優(yōu)化和革新，二是新的信息載體和應用領域�！睆垚傊赋�。
張悅進一步介紹了兩個維度的代表性IC產(chǎn)品。針對當前計算架構(gòu)的優(yōu)化和革新，已經(jīng)出現(xiàn)了一系列新興半導體技術，包括磁存儲器MRAM、阻變存儲器RRAM、相變存儲器PCRAM等新型非易失性存儲器，存算一體芯片等。新型非易失性存儲器相關技術利用新物理原理解決傳統(tǒng)半導體器件的功耗瓶頸問題。存算一體芯片將存儲和計算相融合，解決馮諾依曼架構(gòu)瓶頸和“存儲墻”問題，顯著提高計算能力。
汽車電子是新的信息載體和應用領域一個代表性例子。汽車的新能源和智能化趨勢，推動一系列半導體技術迅猛發(fā)展。例如車規(guī)級功率半導體中的硅基IGBT器件和SiC功率器件，可以應用于不同級別的新能源汽車。面向高級別的智能駕駛和整車智能化控制，強算力、高能效的SoC芯片以及高性能MCU芯片也具有巨大市場。此外，未來汽車需要更多、更高精度的傳感器。
“以上兩大類產(chǎn)品的成長趨勢在最近幾年已經(jīng)有所驗證。但是否能達到類似計算機和手機的‘顛覆性’效應，還需要在材料、機制、工藝、集成等方面的進一步創(chuàng)新�！睆垚傉f。
萬物互聯(lián)時代的到來，讓感知芯片的需求得到空前釋放。IC insights數(shù)據(jù)顯示，2010—2019年，CIS（CMOS圖像傳感器）成為增長最快的半導體產(chǎn)品類別。
“短期來看，成長性較好的半導體產(chǎn)品一定是以CIS為代表的各類傳感器，未來是萬物互聯(lián)的時代，汽車、城市、安防、家居等市場都對感知類芯片需求量巨大。如此多的感知類芯片必然會對通信、算力和存儲芯片提出更高的要求。因此未來幾年傳感器、通信、算力、存儲芯片將會成為引領半導體市場發(fā)展的主要品類�！睆埍蚶谡f。
在國內(nèi)，一系列重大戰(zhàn)略的實施，也將為特定的半導體產(chǎn)品注入增長動能。
“從產(chǎn)品來看，比較看好功率/電源類芯片、存儲器、以及智能計算芯片，源于目前我國正在推進的碳中和以及‘東數(shù)西算’等重大國家戰(zhàn)略，對這幾類芯片的需求都是巨大的�！敝炀дf。
可以說，半導體產(chǎn)業(yè)正處在一個傳統(tǒng)力量尚未褪去，新生力量百花齊放的局面。從成就顛覆式半導體增長點的要素來看，圍繞量子通信、人工神經(jīng)網(wǎng)絡等被寄予厚望的顛覆式技術，腦機、生物芯片、機器人等新的終端概念，二維半導體材料、非馮·諾依曼架構(gòu)等后摩爾時代半導體迭代方向的探索和研究正在鋪開，只是究竟哪一種或者哪幾種要素能夠互相激發(fā)，形成技術、產(chǎn)品與市場的螺旋式上升閉環(huán)，衍生出新的半導體增長極，還尚未明確。可以確定的是，只要民眾對于IT服務和信息消費的需求還在，下一個半導體黃金增長點還會出現(xiàn)，只是其形式或許會大大超出人們的想象。
作者丨張心怡
編輯丨陳炳欣
美編丨馬利亞
監(jiān)制丨連曉東
