用錢“砸”出芯片業未來用錢“砸”出芯片業未來_風聞
半导体行业观察-半导体行业观察官方账号-专注观察全球半导体最新资讯、技术前沿、发展趋势。2021-01-22 12:12
2020年的全球半導體業表現出人意料的好，據WSTS統計，同比增長了7%，這種結果在去年年初是不可想象的。2020年3月，疫情在全球爆發，各大市場研究機構都看衰該行業的全年表現，普遍認為整體銷售額會出現負增長，而最終7%的正增長結果，再一次體現出這一絕對高端、技術和資金高度密集型產業的與眾不同。
水漲船高，產業逆勢發展，企業對未來的信心自然就增強了，突出體現在研發投入上。據IC Insights統計，全球半導體芯片廠商（這裏主要包括IDM、Fabless和Foundry這三種模式的廠商）的研發支出預計將在2020年增長5％，達到創紀錄的684億美元，預計2021年將增長4％，達到714億美元。
IC Insights給出了研發支出排名前十的廠商，它們分別是：英特爾，三星，博通，高通，英偉達，台積電，聯發科，美光，SK海力士，AMD。這十家廠商在2020年的研發支出總和增長了11％，達到435億美元，佔行業總研發支出的64％。
其中，研發支出同比變化突出的廠商包括英偉達（從2019年排名第一下降至2020年的第五），聯發科（從2019年的排名第二降至第七），AMD（從2019年的第11升至第10）。可以看出，這三家的排名有升有降，加上排名前兩位的英特爾和三星，這五家廠商的研發支出情況，在全球芯片廠商中具有很強的代表性，也體現了產業的發展變化情況。
世界五強
首先看龍頭英特爾，該公司在2020年的研發支出約佔該行業總支出的19％，達到129億美元。然而，成本削減，淘汰某些產品類別，以及追求最高效率等舉措使得英特爾2020年的研發支出同比減少了4％。該公司2019年的研發支出為134億美元，2018年為135億美元，可以看出，最近三年，該公司的研發支出處於小幅下降的態勢，這也充分體現了其正處在業務調整和轉型期的狀態。
在更早期，比如2010年，英特爾研發支出比例為16%，之前的2005年為15%，2000年為16%，1995年僅為9%。
從2012年開始，英特爾的研發支出就突破了百億美元大關，那之後，該公司連續7年增長，一直到2018年小幅下降，到2019年，英特爾的研發支出佔銷售額的比例為18.57%，低於2015年22%的歷史最高水平，也低於2018年的19.72%。
在過去五年裏，英特爾一直處於較為艱難的時期，很重要的一點就是遭受到了AMD的嚴峻挑戰。近幾年，AMD每年的研發支出為20多億美元，該公司將研發重點放在了PC處理器上，且市場推廣也很給力，這一“單點突破”的策略明顯奏效，市場份額大闊步前進，特別是在台式機領域，其CPU市場份額已經與英特爾分庭抗禮了。
反觀英特爾，雖然每年的研發支出高達130美元左右，但其產品線過於龐大，包括消費和企業級的CPU，還有FPGA，低功耗芯片，NUC，WiFi適配器，汽車芯片，以及近幾年新成立的Xe架構GPU業務部門。另外，該公司10nm產品線經過8年左右的研發，近期才實現大規模量產，這方面就消耗了大量的研發資金。去年，該公司又宣佈7nm製程量產時間不得不推遲6個月。
近期，英特爾又宣佈正在研發新一代處理器Alder Lake，其最大的特點就是採用了類似於Arm的大小核設計，從而提升能效比。然而，近些年，該公司的各種架構處理器“層出不窮”，如Lakefield，Xe GPU，還有Ice Lake和Tiger Lake等，這些都需要大量的研發投入，但其先進製程始終無法跟上先進處理器的設計步伐，而設計與製造都需要大量的資金投入，二者發展的不匹配，客觀上必定會浪費掉一定比例的研發資金，而英特爾的研發投入基數達到130億美元級別，全球同業最高，多年下來，費用消耗總額可觀，這樣下去，即使是財大氣粗的英特爾也是吃不消的。因此，最近三年，該公司也在調整業務和產品發展節奏，越來越果斷地砍掉了沒有發展前途的部門和產品線，提高研發資金利用效率。
2014年，在Lisa Su接任CEO之後，AMD果斷放棄了雞肋般的推土機架構處理器，轉到Zen，之後艱苦奮鬥了三年，然後市場表現和業績就與之前判若兩人。不斷蠶食英特爾的消費類CPU市場份額。實現這樣的效果，AMD只用了相當於英特爾五分之一的研發支出，資金利用效率之高令人驚歎。
排名第二的三星在2020年的研發支出增加了19％，達到56億美元。該存儲巨頭加快了前沿邏輯工藝（5nm及以下）的開發，以與台積電競爭先進製程工藝IC代工業務。該公司雄心勃勃，不僅要在晶圓代工領域進一步挑戰台積電，還要在邏輯芯片領域與傳統巨頭較量一番，為此，該公司還制定了一個長達十年，投資千億美元的發展計劃。
再來看英偉達，該公司的研發同樣比英特爾少很多。2019年的研發支出約為28億美元，較2018年增長19%，營收則增長了21%，這主要得益於其GPU在企業級AI應用領域的快速發展。2020年研發投入比2019年有所下降，這在很大程度上是疫情影響造成的。
最後看聯發科，2019年，該公司推出了一系列5G新品，如採用7nm製程工藝的天璣1000 系列和天璣800系列，導致2019年研發支出增長11%，當然，在新品的助力下，該公司的營收也增長了3%。本週，該公司還新推出了天璣1200系列產品。
2020可以説是聯發科的豐收年，不僅營收突破百億美元大關，其手機處理器市場份額大漲，特別是在中國市場，超越高通，排在了龍頭位置。
聯發科認為，儘管擴大研發風險高，卻是產業轉型及進入全球第一梯隊的必要條件。2019年，該公司營收約80億美元，研發費用超過20億美元，在全球芯片廠商排名第五名，研發費用佔營收比重高達26%，與英偉達相當，高於競爭對手高通。
由於半導體業的技術與產品迭代速度極快，產品一旦進入成熟期，毛利就會快速下滑。先進技術的投資金額與風險極大，但是，為了維持領先全球競爭力，只能持續投資先進技術。
聯發科重點研發的新技術，如5G、企業級ASIC等，在2020年都有不錯的表現，尤其是5G，不僅在5G 時代最初期就進入市場，更推出各區間價格帶產品搶攻市場。另外，聯發科企業級ASIC也有斬獲，已與谷歌、亞馬遜、微軟等國際一線客户接洽，搶進服務器領域，2020年已開始實現營收，耕耘多年的產品線終於迎來了收割期。2020年底，聯發科還收購了英特爾的電源管理芯片業務，佈局高端市場，可與企業級ASIC呼應，提供一站式服務。
中國崛起
最近幾年，隨着政策和各路資金進場，中國大陸地區的半導體研發投入也是水漲船高，特別是在IC設計領域，雖然與全球排名前列的廠商相比，還有很大差距，但與自身縱向比較，還是有明顯進步的。
據中國半導體行業協會統計，2020年我國IC設計業銷售約為3819.4億元人民幣，比2019年的3084.9億元增長23.8%，增速比上年的19.7%提升了4.1個百分點。按照美元與人民幣1:6.8的兑換率，全年銷售約為561.7億美元，預計在全球集成電路產品銷售收入中的佔比將接近13%。
隨着收入的增長，研發支出的增加，研發水平和成果持續提升，例如，以前在芯片領域的奧林匹克國際學術會議ISSCC上很少看到中國人的論文，但在近幾年出現了積極的變化。在2021年的ISSCC會議上，中國大陸、香港、澳門的錄用論文超越了日本和中國台灣，其中，中國大陸的論文數量達到21篇，比2020年增長40%。雖然與全球排名第一的美國相比，在論文總數、產業界投稿比例和實際錄用比例等方面仍存在比較大的差距，但與過去相比有了重大進步。從2016年起，論文收錄數量年均增長114%，第一作者單位數量年均增長78%，涵蓋技術領域從5個增加到10個，受邀的技術評委專家也從4位到10位，充分展現了我國在IC設計領域研發投入取得的顯著成果。
未來展望
自1990年代以來，半導體行業在研發投入力度方面一直領先於所有其它主要工業領域，每年在研發上的支出平均約佔總銷售額的15％。然而，在過去的三年中，半導體行業的研發銷售額佔總銷售額的比例在2017年下滑至13.5％，在2018年下滑至13.0％，這主要是由於內存IC的收入增長非常快。該行業的研發/銷售比例在2019年反彈至14.6％，當時內存IC收入下降了33％，整個半導體市場下降了12％。
但是，隨着市場的復甦，特別是在2020年疫情影響下，產業依然取得了可喜的增長，這就為未來幾年的發展定下了基調。另外，在新技術、新應用的推動下，例如EUV光刻、3nm製程工藝，以及3D芯片堆疊技術等高精尖技術的推進，對相應半導體企業的研發投入提出了更高的要求。這些將會扭轉過去這麼多年全球芯片企業總體研發投入增長率下降的態勢，有望於近兩年實現發彈，具體如下圖所示。
