導語：隨著光、溫度、壓力、磁場、電場等環(huán)境因素的變化，導電性會發(fā)生相當大的變化，這是半導體主要特性之一。正是因為導電性的可變可控，使半導體成為電子供應鏈的重要參與者，如果沒有半導體，晶體管、傳感器、集成電路、太陽能電池、智能手機等將不復存在。

2021年，缺芯引起全球各行業(yè)的關注與擔憂，2022年，半導體短缺仍持續(xù)。接下來，半導體市場與技術將走向何方？讓我們一起來看看2022年半導體10大趨勢。

芯片持續(xù)短缺

全球半導體芯片短缺擾亂了大多數(shù)行業(yè)并限制了全球電子供應鏈的正常運轉。尤其是汽車和消費電子制造商感受到了芯片庫存量下降的巨大壓力，多家制造商被迫推遲產品發(fā)布，導致預期的收入損失嚴重。

隨著對芯片的需求持續(xù)飆升，在可預見的未來，供應鏈可能仍會受到限制。這意味著每個人，包括半導體企業(yè)及其客戶都應該專注于建立更有彈性的供應鏈——重新審視近期和長期戰(zhàn)略，為未來做好準備，并從2021年全球制造業(yè)短缺中吸取經(jīng)驗教訓并采取行動。

新冠疫情加速半導體供應鏈本土化

隨著新冠疫情常態(tài)化和國際貿易關系激化，各國半導體產業(yè)鏈也呈現(xiàn)出本土化的態(tài)勢。

新冠疫情的反復爆發(fā)影響了半導體企業(yè)的運營，多家跨國企業(yè)被爆出因員工染疫而緊急停產，疫情防控能力迅速上升為跨國企業(yè)選擇落戶的首要條件。因此，企業(yè)通過縮減半導體供應鏈的長度，選擇給本土供應商更多機會，從而也推動了本國產業(yè)鏈的建設，這是當前的一個重要趨勢。

2022是4nm元年，臺積電將主導3nm工藝

在半導體尖端制造工藝方面，三星代工在2020年臨時將4LPE調整為全工藝節(jié)點，即4nm工藝將成為三星未來一段時間推廣的重點。2021年10月，臺積電發(fā)布消息基本明確N3工藝略有延遲，2022年可能成為4nm工藝元年。

iPhone 14趕上3nm工藝幾乎是無望的。但基本上可以明確，雖然最快的采用臺積電N3工藝的芯片可能要等到2023年第一季度，但N3工藝量產要等到2022年第四季度。我們認為三星3nm GAA可能會比臺積電N3稍晚一些。三星在3nm節(jié)點開始以GAA結構晶體管為重點，但事實上，三星也未能順應時機如期推進。而根據(jù)三星目前公開的數(shù)據(jù)來看，其最早的3nm工藝在技術層面可能會面臨更大的不確定性。

至于Intel完全趕不上發(fā)展，臺積電N3將繼續(xù)保持市場主導地位，暫時遙遙領先其他兩家對手。

巨頭自研專用芯片取代通用芯片

許多科技巨頭，如蘋果、特斯拉、谷歌和亞馬遜，現(xiàn)在都在制造自己的ASIC芯片，為自己產品專用。這意味著，巨頭們對軟件和硬件的整合有了更多的控制權，同時也使他們在競爭中脫穎而出。

例如，亞馬遜現(xiàn)在正在使用他們內部的Graviton處理器；谷歌新發(fā)布的Pixel 6和Pixel 6 Pro手機，用的是谷歌設計的第一個人工智能芯片（嵌入Tensor）；而蘋果2021年推出的MacBook Pro則是基于該公司內部開發(fā)的M1芯片。

這些科技巨頭都希望通過定制適合其應用特定要求的芯片來實現(xiàn)技術差異化，而不是使用與競爭對手相同的通用芯片。

芯片架構之戰(zhàn)

x86架構主導微處理器行業(yè)已超過50年。然而，隨著Arm的日益普及，這種情況現(xiàn)在正在發(fā)生變化。雖然Arm的架構是出于對垂直應用所需的低功耗芯片的需求而誕生的，但它們不僅是低功耗解決方案，還是作為高性能競爭者，可以與成熟的x86相媲美。

因此，當谷歌和AWS等超大規(guī)模企業(yè)決定制造自己的芯片時，他們選擇了Arm架構，因為它的性能和低功耗對耗電的數(shù)據(jù)中心、消費產品和可持續(xù)發(fā)展工作來說變得至關重要。

隨著Arm繼續(xù)捕獲新客戶，他們有望經(jīng)歷x86很久以前經(jīng)歷過的那種臨界質量。正如歷史所表明的那樣，行業(yè)會轉向量大的地方，而且公司已經(jīng)開始為Arm平臺專門開發(fā)各種應用和解決方案。

這種向Arm的不斷轉變正在改變半導體生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)。與x86平臺不同的是，企業(yè)可以從一兩個供應商那里購買，而Arm已經(jīng)成為一個經(jīng)紀人，向多家公司提供他們的IP。通過選擇Arm，企業(yè)可以靈活地設計自己的芯片，同時仍由臺積電制造，而不必投資建設昂貴的工廠。

此外，由于RISC-V架構的開源優(yōu)勢和更好的功耗，在無晶圓廠半導體公司SiFive的部分推動下，RISC-V架構在物聯(lián)網(wǎng)設備和其他應用中的勢頭越來越猛。

先進封裝技術成為"新摩爾定律"

在過去的幾十年里，摩爾定律就像一盞燈塔，引領著半導體行業(yè)的發(fā)展。然而，由于物理限制和制造成本的原因，當先進的制程技術達到5nm、3nm，甚至2nm時，通過邏輯晶體管微型化工藝來實現(xiàn)更高的經(jīng)濟價值正在逐漸變得不那么有效。

從市場趨勢看，過去十年數(shù)據(jù)計算的發(fā)展已經(jīng)超過了過去四十年的總和。云計算、大數(shù)據(jù)分析、人工智能、Al推理、移動計算，甚至自動駕駛汽車都需要海量計算。要解決算力增長問題，除了通過CMOS微型化繼續(xù)提高密度外，重要的是結合不同的工藝/架構、不同的指令和不同的硬件功能。

因此，一條不再直線增長的IC技術發(fā)展道路，以及市場對創(chuàng)新解決方案的需求，將先進封裝技術，推向了創(chuàng)新的前沿。

最新研究數(shù)據(jù)顯示，從2020年到2026年，先進封裝市場將以約7.9%的復合年增長率增長。到2025年，僅市場收入就將超過420億美元，幾乎是傳統(tǒng)封裝預期增長率的三倍市場（2.2%）。其中，2.5D/3D堆疊IC、嵌入式裸片（Embedded Die，ED）和扇出封裝（Fan-Out，F(xiàn)O）是增長最快的技術，復合年增長率分別為21%、18%和16%分別。

目前，OSAT公司、代工廠、IDM、Fabless公司、EDA工具供應商等都斥巨資加入到先進封裝市場的競爭中。在可預見的未來，2.5D/3D封裝技術將成為"先進封裝"的核心，提高互連密度和采用Chiplet設計將是驅動"先進封裝"發(fā)展的兩條技術路徑。

硅光子學

早在幾十年前，數(shù)據(jù)通信和電信行業(yè)中硅光子技術的到來已經(jīng)被預言。事實上，用光纖和硅光子接口代替銅線已成為現(xiàn)實，只是速度比預期的要慢。

IEEE認為，硅光子學將成為解決高端系統(tǒng)結構中的帶寬、延遲和能量挑戰(zhàn)的基礎技術。硅光子學優(yōu)勢很多，首先，硅光子學成本低；其次，硅光子設計類似于CMOS ASIC，開發(fā)與成本均相當。

半導體芯片冷卻技術

2022年半導體市場的另一個主要趨勢是半導體芯片的冷卻技術。

眾所周知，手機在充電或長時間使用時會略微發(fā)熱。幸運的是，這種發(fā)熱程度未達到危險水平，這主要得益于半導體設計專家部署的熱管理技術。

追求電子產品體積更小，同時性能更高的當下，多芯片封裝是必然的趨勢。但把幾個芯片被封裝在一個相對較小的區(qū)域中，熱管理成為一項更具挑戰(zhàn)性的任務。目前，在半導體設計中使用微通道冷板是解決發(fā)熱問題的主要方法之一——將冷卻劑均勻地分布在發(fā)熱的表面上。

此外，科學家們正在開發(fā)一種新的芯片設計，其中包含晶體管和微流體冷卻系統(tǒng)，這或許會成為2022年半導體重大技術突破之一。

可持續(xù)性發(fā)展的半導體工廠

由于5G、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)等新興技術，對半導體的需求從未像現(xiàn)在這樣大，并且預計將繼續(xù)增長。為了滿足這一需求，需要增加半導體產量，這將導致能源消耗和用水量大幅增加。

單個半導體工廠每年可消耗高達1 TWh的能源和每天2到400萬加侖的超純水。臺積電和英特爾等行業(yè)領導者正在采取積極措施，并一直在開展實質性的可持續(xù)發(fā)展計劃。

例如，臺積電通過水資源風險管理、多樣化水源的擴展、污染防治技術的開發(fā)，建立了各種水循環(huán)應用，以最大限度地提高用水效率。

同樣，英特爾公布了其2030年運營可持續(xù)發(fā)展目標，作為其成為可持續(xù)發(fā)展全球領導者愿望的一部分。到2030年，公司計劃通過節(jié)約600億加侖的水和資助外部水恢復項目來實現(xiàn)凈正用水。該公司還打算在英特爾的全球制造業(yè)務中實現(xiàn)100%的可再生能源使用，并節(jié)省40億千瓦時的能源。

還有知名半導體制造制造商——應用材料公司，承諾到2030年在全球范圍內實現(xiàn)100%的可再生能源采購，以改善半導體工廠對環(huán)境的影響。

加密貨幣搶奪芯片制造產能

現(xiàn)在加密貨幣挖礦規(guī)模越加龐大，它出現(xiàn)在全球最大的芯片制造商臺積電的收益中。臺積電占領全球芯片代工市場的一半以上，是全球最大的代工制造商，幾家主要的ASIC公司正在通過臺積電制造用于比特幣挖礦的芯片。例如，比特大陸（IC設計公司）為區(qū)塊鏈和人工智能（AI）應用提供芯片、服務器和云解決方案等產品。

在經(jīng)濟方面，美國政府發(fā)行的數(shù)字貨幣可能是中美之間最有效的“戰(zhàn)爭武器”之一。這不可能很快發(fā)生，因為中國已經(jīng)率先將數(shù)字貨幣和電子支付結合起來。令人擔憂的是，它很可能會擾亂傳統(tǒng)銀行和全球經(jīng)濟。現(xiàn)在有幾家科技公司接受比特幣，包括Square、PayPal和Tesla。

結語：

隨著近年來5G、汽車、AI、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術的推進，半導體行業(yè)的增長還是指數(shù)級的。20年前，中國只有不到100家芯片企業(yè)，而今已經(jīng)發(fā)展到近1700家，發(fā)展迅猛。2021年的短缺讓全世界都認識到芯片是整個電子行業(yè)的引擎，2022年，這場全球半導體競爭只會越加激烈。

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