從 16nm 節點開始,純代工工藝從平面晶體管過渡到 FinFET 一代。隨著7nm工藝的發展和EUV光刻技術的引入,FinFET結構在3nm節點遇到了物理極限。從那以后,先進制造工藝的兩位領頭羊出現了分歧。臺積電2022年下半年繼續在量產3nm產品中使用FinFET結構,2023年上半年正式發布,量產規模逐季增加。2023年,臺積電3nm產品將包括PC CPU和智能手機SoC。三星開始在 3nm 推出基于 GAAFET 的 MBCFET 架構(多橋通道場效應晶體管),該工藝將于 2022 年開始量產。其第一代產品是加密貨幣挖礦芯片。2023年,三星將專注于第二代 3nm 工藝,目標是量產智能手機 SoC。兩家公司在 3nm 量產初期仍專注于高性能計算和智能手機平臺,因為這些產品對提高性能、降低功耗和減小芯片面積有更高的要求。(半導體人才網)
對于28nm以上的成熟工藝,代工廠專注于特殊工藝的多元化發展,從邏輯工藝開發了包括HV(High Voltage)、Analog、Mix-signal、eNVM、BCD、RF等技術平臺。專業生產智能手機、消費電子、高性能計算、汽車、工業計算等領域所需的電源管理IC、驅動IC、微控制器(MCU)、RF(射頻)等周邊IC。隨著 5G 通信、高性能計算、新能源汽車、汽車電子等行業迎來特殊半導體元器件消耗量增加的趨勢,這些應用亟需依靠多種專業化工藝的支持,實現各領域所需的特殊用途。
發展趨勢聚焦汽車IC設計,第三代半導體興起
全球汽車行業向 CASE 發展趨勢,推動了對汽車半導體的強勁需求。汽車半導體廠商基本上分為兩類:IDM 和 Fabless。作為傳統的汽車芯片供應商,IDM 提供了相當完整的各種 ECU 選擇,并逐漸從傳統的分布式架構演變為域控制單元 (DCU) 和區域控制單元 (ZCU) 架構。另一方面,Fabless 繼續專注于汽車高性能計算領域,并開發用于自動駕駛計算的車載遠程信息處理系統和 SoC。由于汽車功能的復雜性,32位MCU型已成為市場主流規格。2023年滲透率將超過60%,市值達到74億美元,并將向28nm(含)以下工藝發展。此外,自動駕駛汽車需要高性能計算的AI SoC,并繼續向5nm(含)以下先進工藝發展,計算能力達到1000 TOPS,這些產品將與MCU一起加速全球汽車產業升級。
隨著800V汽車電驅動系統、高壓直流充電樁、高效綠色數據中心的迅速崛起,SiC和GaN功率器件進入快速發展階段。集邦咨詢預測,2022-2026年,SiC和GaN功率器件市場的年復合增長率將分別達到35%和61%。隨著電動汽車對快速充電和更好的動態性能的需求越來越迫切,預計 2023 年前將有更多車企將 SiC 技術引入主逆變器,其中高可靠性、高性能、低成本的 SiC MOSFET 是競爭重點。GaN已進入低功耗消費電子應用紅海市場,三星于2022年推出首款45W GaN快速充電器,再次激發市場熱情。隨著技術和供應鏈的不斷成熟和成本的下降,GaN功率器件正在向中高功率儲能、數據中心、家用微型逆變器、通信基站和汽車等領域擴展。在歐盟嚴苛的能效要求和中國東數西算計劃的背景下,數據中心電源和服務器制造商已經清楚地認識到GaN技術的重要性。GaN功率元件預計2023年大規模發布。數據中心電源和服務器廠商已經清楚地掌握了GaN技術的重要性。GaN功率元件預計2023年大規模發布。
新一代DRAM初具規模,200+層NAND閃存開發加速
DRAM方面,伴隨著疫情加速,企業也在大規模數字化轉型,服務器出貨量不僅更多地集中在數據中心,也讓新型內存模組,尤其是基于CXL規格的模組,不斷涌現。由于服務器系統中的 RDIMM 插槽數量有限,使用 CXL 可以使整個設備在執行高速計算時避免這種限制,同時增加系統可以使用的 DRAM 數量。2023 年,不僅 Intel Sapphire Rapids 和 AMD Genoa 等服務器 CPU 將支持 CXL 1.0,DRAM 模塊也將采用 DDR5。此外,為了有效運行 AI 和 ML(機器學習)操作,某些服務器 GPU 將引入新一代 HBM3 規范。因此,在內存制造商和眾多XPU 供應商的規劃下,新一代內存已逐步組織起來,預計2023年將獲得市場份額。
NAND Flash方面,2023年堆疊層數將加速,預計4家供應商將邁向200+層技術。部分廠商甚至會量產PLC(Penta Level Cell),希望未來隨著單位增長進一步優化,有機會替代服務器上的HDD應用。SSD傳輸接口方面,隨著2023年Intel Sapphire Rapids和AMD Genoa的量產,企業級SSD將進一步升級支持PCIe 5.0傳輸,將傳輸速率提升至32GT/s,滿足高速計算需求例如 AI/ML,也有助于企業 SSD 平均容量的快速增長。
輔助駕駛滲透率上升,汽車MLCC發展加速
目前,高級駕駛輔助系統(ADAS)正逐漸成為新車的標配。L1/L2 是現階段市場上的主要配置級別,使用大約 1800~2200 個汽車 MLCC。隨著半導體 IDM 開發的 ADAS 專用 MCU、Sensor IC 等越來越成熟,2023 年開始,L3 級 ADAS 系統將成為眾多豪華車廠高端車型的核心升級,引領 MLCC 消費量躍升至3000~3500個單位。在MLCC中,0402尺寸正好滿足車側監控模塊的有限空間,成為主要的應用尺寸規格。
電動汽車動力核心已成為各汽車制造商響應消費者提高電池壽命、優化充放電效率和動力回收系統的需求的主要研發重點之一。逆變器、電池管理系統和直流電源轉換器是構成車輛靈魂的三個子系統,使用約 2000~2500 顆大容量(10u 以上)和高溫(X7S/R)汽車 MLCC。日本廠商村田于2022年初正式量產新的高電容高壓1206尺寸車用產品,可達到22u 16V。TDK、太陽誘電、三星、國巨等企業也在積極搶灘。
碳中和加速電動汽車轉型,電池大戰因補貼減少重新浮現成本問題
俄烏沖突后,汽車制造所需的各種原材料成本不斷上漲。特別是與電池相關的材料成本急劇增加,并迅速轉嫁到汽車標價上。再加上車用半導體長達兩年的缺貨,加強供應鏈的韌性、彈性和穩定性成為車廠的當務之急。汽車制造商希望縮短電池供應鏈,以避免供應鏈脫節。各國出于政治考量,都在積極推動電池供應鏈的本土化。一方面,他們提出了優惠的投資條件,同時,他們也要求一定比例的汽車零部件國產化,作為一種胡蘿卜加大棒的方式來吸引電池廠在全球范圍內投資。隨著一些國家開始減少或取消電動汽車購車補貼,成本問題再次浮出水面。由于需要生產具有成本競爭力的車型,同時兼顧安全性和性能,電池的發展勢在必行,有望朝著統一化、多元化、集成化方向發展。電池組裝統一,加強電池生產管理,提高通用性。根據車輛等級使用不同類型的電池可以分散供應風險并降低成本。通過電池到電池組 (CTP)、電池到機箱 (CTC) 和其他高度整合的方法集成設計,提高了電池和機箱的模塊化。另一方面,在全球凈零碳排放目標的推動下,作為電動汽車核心的動力電池需求快速增長,促使相關企業加快產能擴張。2023年,全球動力電池產能將突破TWh(Terawatt-hour,百萬兆瓦時)門檻,產值接近1200億美元。目前,動力電池產業鏈的快速擴張受到鋰、鈷、鎳等先鋒礦產資源擴張周期的制約,導致近年來動力電池制造成本不斷攀升。憑借其性價比優勢,磷酸鐵鋰電池在全球的市場份額有望在2023年超過三元電池。
產能和技術有保障,中國面板廠加強小尺寸AMOLED市場影響力
隨著我國柔性AMOLED產能的逐步擴大,小尺寸手機市場的發展影響力逐漸增強。韓國面板廠商和品牌此前是旗艦折疊手機市場的主要龍頭企業。不過,隨著國產手機品牌開始陸續推出折疊手機,中國面板廠商生產的折疊AMOLED面板出現了機會。采用供應鏈本土化戰略,中國本土手機品牌有望逐步擴大對來自中國面板廠的可折疊AMOLED面板的使用。為了減少大規模柔性AMOLED產能,面板制造商正在積極優化成本。預計 AMOLED 驅動 IC 將轉換為無 RAM 架構以降低成本。隨著柔性AMOLED面板結構的調整,部分柔性AMOLED面板產品的成本和報價可以降低到標準剛性AMOLED面板的水平,瞄準市場份額更大的中端機型。
另一個中型市場是筆記本電腦。AMOLED 筆記本預計在 2022 年占整體筆記本市場約 1.2%,2023 年約 1.7%。AMOLED 面板加速中型市場發展的決定性關鍵在于蘋果對 iPad 和 Macbook 系列產品的未來計劃,因為蘋果已經開始考慮使用 AMOLED 面板。流行的AMOLED面板仍然受到產線規模的限制,目前仍處于第六代,在切割效率方面不是很經濟。此外,筆記本電腦的使用壽命比標準手機長。對當前 AMOLED 面板結構壽命的懷疑導致了 Tandem(雙堆疊發光層)架構的發展。預計未來1-2年,面板廠將繼續以現有產能和技術繼續專注于中型筆記本產品的開發,為未來更大的世代產能發展奠定基礎。同時,將就8.5代RGB氣相沉積AMOLED產能和技術進行討論和規劃。
Micro LED多元化進入更多應用,電視和車用顯示器推動Mini LED背光滲透
2022年Mini LED背光顯示屏總出貨量約1680萬片,同比增長74%,其中電視應用將占品牌投資的最大份額。主要原因有三個。首先,Mini LED 技術是提高 LCD 對比度的最佳解決方案。其次,由于OLED產能有限,預計2023年95%以上的平板電視將保留LCD技術的使用。Mini LED為液晶電視提升規格和產品年輕化提供了最佳路徑。最后,中國廠商正在積極投資Mini LED產品的上、中、下游。通過量產定價策略,制造商可以利用更高的成本效益來加速Mini LED背光在電視市場的滲透。
車載顯示器是 Mini LED 背光應用的另一個孵化溫床。與消費類顯示器相比,車載顯示器對亮度、對比度和可靠性的要求更高。Mini LED 背光的相關特性有助于提高行車安全性。在新能源汽車(NEV)對更強大顯示效果的動態追求和數字化儀表趨勢的刺激下,Mini LED 背光也將優先在新能源汽車中擴大使用。2023年Mini LED車載顯示屏預計出貨量約30萬臺,年增長約50%。
智能手表可穿戴設備將是 2023 年 Micro LED 后大顯示屏的下一個量產應用,以高價健身追蹤器為起點。未來,設計將圍繞Micro LED與柔性背板相結合。在將微顯示應用于透明AR智能眼鏡方面,雖然極小尺寸(5um以下)Micro LED首先要克服全彩方案、紅光芯片外量子效率等困難挑戰,但有機會加速發展Micro LED 微型顯示器通過整個 LED 產業奠定的堅實技術基礎。
在車載顯示器方面,為了讓駕駛者沉浸在與人機界面交互而構建的高度智能化的駕駛室中,車載顯示器的發展涵蓋大尺寸、曲面、透明、高動態對比度,甚至組合更多的傳感元件來實現智能功能。Micro LED 非常適合在高端汽車環境中應用。在平視顯示器(HUD)應用方面,HUD將儀表板和導航系統信息集成并投射到前擋風玻璃上,減少駕駛員向下看的機會,以確保駕駛安全。采用主動驅動方案的Micro LED也可以直接顯示在透明玻璃背板上,實現HUD功能。
展望2023年,5G智能手機占比有望提升至60%
從智能手機演進的角度來看,之前的重點一直是改進硬件規格。然而,隨著近年來創新下滑,智能手機品牌更致力于軟件算法和周邊服務的推廣,例如在視頻算法領域與光學巨頭蔡司和徠卡建立合作伙伴關系,并提供支付和視頻流服務。除了突出品牌之間的差異,這一策略還代表著通過增加周邊服務在收入方面的雙贏。展望2023年,5G智能手機占比有望正式突破50%。隨著顯示技術的進步,預計2022年OLED折疊手機滲透率將達到1.1%。
AR/VR產品成為綠色生產基石,加速元宇宙普及
元宇宙將促使品牌廠商加快在AR/VR產品開發上的投入,并在2023年推出更多產品。同時,廠商也將積極推廣各種元宇宙應用服務,通過平臺帶動AR/VR硬件市場的需求。進而利用硬件設備提供的虛擬交互體驗,提升元宇宙應用的優勢。在消費市場,廠商將專注于虛擬社區、游戲、虛擬人物直播(VTubers)等應用,而商業遠程會議和遠程教育可以通過元宇宙平臺提供比二維視頻更多樣化的交流和交互功能。
因此,元宇宙也將推動Micro OLED、MiniLED和Pancake鏡頭等新型顯示器和光學元件的采用。操作也將從最初的控制器配置向圖像識別或可穿戴設備應用發展,導致安裝更多圖像傳感和MEMS組件,通過人體數據分析實現自然人機界面。這種效應促使許多制造商投資開發與操作設計和分析算法相關的技術和專利。此外,AR/VR應用也將在智能制造、智能交通、智慧城市等領域發揮重要作用,尤其是考慮到節能減碳等綠色產業趨勢。元宇宙平臺的虛擬仿真功能可以減少現實世界測試和使用中產生的浪費,包括產品設計和檢驗、生產線管理和試運行、交通模擬和規劃以及城市設施的虛擬游覽。在人工智能應用和計算性能的輔助下,虛擬模擬將降低企業和政府的運營成本,也將增加采用的意愿并加速元宇宙的普及。(半導體人才網站)
5G FWA 2023年全球大規模商用,家庭寬帶加速普及
由于 5G FWA 可以支持家庭和商業應用,并提供更大的帶寬和更低的延遲連接,因此它已成為固定寬帶連接的替代方案。目前,全球已有超過45個國家和地區的83家運營商推出了符合3GPP的5G FWA服務。FWA 運營商需要以盡可能低的總擁有成本 (TCO) 提供數據,同時確保網絡連接和整個廣泛生態系統的未來發展。2023年,全球運營商紛紛投資發展寬帶建設。此外,監管機構將無線視為有線連接的替代方案。運營商也在考慮擴大FWA服務的部署,加速提供寬帶互聯網服務,并通過無線通信技術提高傳輸速率。部署 5G FWA 服務需要更短的上市時間和更低的成本。因此,服務提供商可以通過集成 5G 技術在更短的時間內提供高速、低延遲的寬帶服務。此外,在多頻段提供新頻譜和服務,使家庭逐漸負擔得起,這將成為2023年5G FWA發展的驅動因素。