2. 晶圓代工:AI 強(qiáng)勢(shì)引領(lǐng),激活晶圓代工增長(zhǎng)潛能
晶圓代工是指專門從事半導(dǎo)體晶圓制造生產(chǎn),接受其他集成電路(IC)設(shè)計(jì)公司的委托制造,而不從事設(shè)計(jì)。晶圓代工是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的重要環(huán)節(jié)之一。
在晶圓代工中,代工廠負(fù)責(zé)整個(gè)晶圓制造流程,包括采購(gòu)原材料、生長(zhǎng)晶圓、切割、清洗、薄膜沉積等環(huán)節(jié),以及后續(xù)的封裝和測(cè)試等步驟,能夠讓芯片設(shè)計(jì)公司或品牌商能夠?qū)W⒂诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)、市場(chǎng)營(yíng)銷和研發(fā)等關(guān)鍵領(lǐng)域,而將制造過(guò)程交給專業(yè)的代工廠來(lái)完成。為芯片設(shè)計(jì)公司節(jié)省大量的資金和資源,減少生產(chǎn)成本和風(fēng)險(xiǎn),并在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中更加靈活和敏捷。晶圓代工是全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中不可或缺的核心環(huán)節(jié),具有技術(shù)密集、資本密集以及承上啟下的特點(diǎn)。
根據(jù) SEMI 數(shù)據(jù),芯片需求不斷上升帶動(dòng)全球半導(dǎo)體晶圓廠產(chǎn)能持續(xù)增長(zhǎng),產(chǎn)能將由 2024 年的 3150 萬(wàn)片/ 月增長(zhǎng)至 2025 年的 3370 萬(wàn)片/月(以 8 英寸晶圓當(dāng)量計(jì)算),2024 年及 2025 年增長(zhǎng)率分別為 6%和 7%。
分地區(qū)來(lái)看,預(yù)計(jì) 2025 年中國(guó)大陸晶圓月產(chǎn)能將同比增長(zhǎng) 14%到 1010 萬(wàn)片,占據(jù)全球總量的三分之一;預(yù)計(jì)中國(guó)臺(tái)灣以 580 萬(wàn)片(同比增長(zhǎng) 4%)位居全球第二。
2025 年全球晶圓月需求量預(yù)計(jì)達(dá)到 11.2 百萬(wàn)片,到 2030 年增至 15.1 百萬(wàn)片。需求增長(zhǎng)集中在成熟邏輯(5.8至 7.5 百萬(wàn)片)和先進(jìn)邏輯(2.0 至 3.2 百萬(wàn)片)。總體需求增長(zhǎng)包括成熟邏輯 340、先進(jìn)邏輯 240、DRAM160 和 NAND 40 Kwsmp/年,合計(jì) 780 Kwsmp/年。
AI 重塑 DRAM 市場(chǎng)——HBM 與 AI 服務(wù)器成絕對(duì)增長(zhǎng)引擎,技術(shù)升級(jí)與產(chǎn)能擴(kuò)張成破局關(guān)鍵。隨著 AI 的快速發(fā)展,對(duì)高性能內(nèi)存的需求顯著提升,預(yù)計(jì)到 2030 年將極大地推動(dòng) DRAM 市場(chǎng)的增長(zhǎng)。自 2020 年以來(lái),Nvidia 的 AI 芯片逐步提升 HBM 的配置,從 Ampere 芯片的 5 片 HBM2e(80GB)逐步擴(kuò)展到 2027 年預(yù)期的 Rubin 芯片,配備 12 片 HBM4,顯示了 AI 芯片對(duì)高性能內(nèi)存的需求大幅提升。此外,AI 驅(qū)動(dòng)的服務(wù)器也驅(qū)動(dòng)對(duì) DRAM 晶圓的需求增長(zhǎng),預(yù)計(jì)到 2030 年,AI 服務(wù)器將推動(dòng) DRAM 的晶圓需求接近每月 100 萬(wàn)片。
3. SoC:AI 加速向多維度布局延伸,SoC 各細(xì)分領(lǐng)域需求高漲
SoC(System - on - Chip),即系統(tǒng)級(jí)芯片,也有稱片上系統(tǒng),是將系統(tǒng)所需全部組件集成于同一芯片的集成電路解決方案。SoC 芯片中嵌入了中央處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、電源管理系統(tǒng)、存儲(chǔ)器、輸入輸出系統(tǒng)等功能模塊,內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,對(duì)研發(fā)設(shè)計(jì)、制造工藝以及軟硬件協(xié)同開發(fā)技術(shù)的要求較高。SoC 芯片集成了多個(gè)特定功能模塊,包含完整的硬件系統(tǒng)及嵌入式軟件。與單功能芯片相比,SoC 芯片集成度高、功耗低、性能全面,是當(dāng)前集成電路設(shè)計(jì)研發(fā)的主流方向,是各類電子終端設(shè)備運(yùn)算及控制的核心部件。
IP 核是構(gòu)成 SoC 的基礎(chǔ)單元與核心技術(shù)支撐。IP 核(知識(shí)產(chǎn)權(quán)核)指的是在集成電路設(shè)計(jì)行業(yè)中,經(jīng)過(guò)驗(yàn)證、可重復(fù)利用且具有特定功能的芯片設(shè)計(jì)模塊,是 SoC 以 IP 模塊為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)技術(shù)的核心所在。 IP核既可以按功能劃分為 CPU、GPU、DSP、VPU、總線、接口等 6 個(gè)類別,其復(fù)用性和可靠性直接決定了SoC 設(shè)計(jì)的效率與性能,是 SoC 應(yīng)用的基礎(chǔ)支撐。
當(dāng)前 AI 技術(shù)成為 SoC 架構(gòu)的重要組成部分,為邊緣設(shè)備提供了更強(qiáng)大的智能處理能力,AI 應(yīng)用也持續(xù)向各行各業(yè)滲透多領(lǐng)域場(chǎng)景。隨著進(jìn)入 AI、5G 連接和邊緣計(jì)算時(shí)代,SoC 繼續(xù)演變以適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的復(fù)雜性和處理要求。例如,通過(guò)集成 AI 加速器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器(NPU)等專用硬件,SoC 可以加速 AI 算法的執(zhí)行,提高處理速度和效率:
在智能終端領(lǐng)域支撐手機(jī)、平板等設(shè)備運(yùn)行;于智能家居和物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程控制與數(shù)據(jù)互聯(lián);在汽車電子領(lǐng)域助力自動(dòng)駕駛與娛樂(lè)導(dǎo)航系統(tǒng);在工業(yè)、醫(yī)療、航空航天等嵌入式系統(tǒng)中完成精準(zhǔn)控制任務(wù);在數(shù)據(jù)中心與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)高效存儲(chǔ)和路由功能;為視頻音頻處理及 AI 領(lǐng)域提供算力支持等。
AI 場(chǎng)景化成為智能家居行業(yè)加速發(fā)展的絕佳機(jī)會(huì),場(chǎng)景復(fù)雜運(yùn)算和決策對(duì)核心芯片的需求持續(xù)攀。智能家居是 AIoT 設(shè)備的重要應(yīng)用場(chǎng)景,智能家電和其他家居設(shè)備不僅能夠執(zhí)行基本的任務(wù),還能通過(guò)內(nèi)置的高性能處理器獨(dú)立處理復(fù)雜的 AI 任務(wù),從而提供更高級(jí)別的智能化服務(wù)。中商產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測(cè),2024 年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 7848 億元,2025 年市場(chǎng)規(guī)模將突破 8000 億元。隨著智能家居設(shè)備功能的日益復(fù)雜與豐富,例如掃地機(jī)器人、智能門鎖等設(shè)備進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算和決策時(shí),對(duì)核心芯片的算力要求持續(xù)攀升。
智能座艙 SoC 國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加速,面向 AI 的座艙 SoC 將成為未來(lái) 2-3 年主流。據(jù)佐思汽研統(tǒng)計(jì),2024 年智能座艙 SoC 國(guó)產(chǎn)化率已超 10%,芯馳科技、華為海思、芯擎科技等國(guó)產(chǎn)廠商快速崛起。目前,智能汽車座艙 SoC 正進(jìn)入產(chǎn)品換代周期,面向 AI 的座艙 SoC 預(yù)計(jì)未來(lái) 2-3 年成為主流。引領(lǐng)端側(cè)模型從現(xiàn)階段1B-1.5B 的大語(yǔ)言模型,向 7B-10B 左右的多模態(tài)模型升級(jí)演進(jìn)。以芯馳科技為例,其在 2025 年上海車展上發(fā)布了其新一代 AI 座艙芯片 X10。這一 SoC 采用 4nm 先進(jìn)制程,支持 7B 參數(shù)多模態(tài)大模型的端側(cè)部署。
“SoC + 智能穿戴” :AI 功能開啟便攜智能設(shè)備革新浪潮。自 2023 年 Meta 智能眼鏡引發(fā)市場(chǎng)熱潮以來(lái),谷歌、字節(jié)跳動(dòng)等企業(yè)紛紛推出搭載 AI 功能的可穿戴設(shè)備,推動(dòng)端側(cè) SoC 向先進(jìn)制程加速迭代。小體積與低功耗成為技術(shù)核心,通過(guò)集成化設(shè)計(jì)與能效優(yōu)化,SoC 正全面賦能智能穿戴領(lǐng)域,引領(lǐng)設(shè)備形態(tài)與功能的雙重突破。智能穿戴設(shè)備作為核心交互入口,全球智能穿戴市場(chǎng)正迎來(lái)快速增長(zhǎng)期,市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將在 2034年達(dá)到 4317.4 億美元,預(yù)測(cè)期內(nèi)復(fù)合年增長(zhǎng)率為 19.59%。
智能手表 AI 成大廠內(nèi)卷方向,高端化與能效比成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)鍵。廠商們?cè)谔剿鳟a(chǎn)品與 AI 的結(jié)合方式,從 2023年至今,Zepp Health、谷歌(Fitbit)、三星、蘋果、360 集團(tuán)等廠商宣布在自家的智能手表里植入云生成式 AI。智能手表芯片都在走向低功耗、大算力,因此多核結(jié)構(gòu)成為技術(shù)迭代方向隨著 AI 大模型在智能手表的逐步滲透。全球智能手表市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將在 2033 年達(dá)到 1387 億美元,結(jié)合 AI 算法的智能手表芯片有望持續(xù)滲透。
AI 智能眼鏡加速迭代,SoC 方案決定產(chǎn)品差異化競(jìng)爭(zhēng)力。AI 智能眼鏡目前正向 AI+AR 融合發(fā)展:AI 提升AR 的交互智能(如手勢(shì)識(shí)別、眼動(dòng)追蹤等),AR 為 AI 提供虛實(shí)融合的顯示載體,主控 SoC 成為差異化核心。當(dāng)前 AI/AR 眼鏡芯片主要有三類:(1)系統(tǒng)級(jí) SoC,如高通 AR1 Gen1;(2)MCU 級(jí) SoC+ISP,如恒玄科技 BES2500YP、BES2700、BES2800 以及展銳 W517;(3)MCU,如富瀚微 MC6350、瑞芯微RK3588 和 RK356X、聚信科技 ATS3085。
智能眼鏡接入大模型與多模態(tài)交互(語(yǔ)音、手勢(shì)、眼球追蹤)已成為趨勢(shì),據(jù) Wellsenn XR 預(yù)測(cè),預(yù)計(jì)到2025 年將會(huì)有更多大廠進(jìn)場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),推動(dòng) AI 智能眼鏡發(fā)展趨向成熟,2030 年后,AI+AR 技術(shù)發(fā)展到成熟階段,AI+AR 智能眼鏡行業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展期; 2035 年 AI+AR 智能眼鏡滲透率有望達(dá)到 70%,全球 AI+AR 智能眼鏡銷量達(dá)到 14 億副,成為下一代通用計(jì)算平臺(tái)和終端,智能眼鏡的高速增長(zhǎng)有望加速 SoC 需求量攀升。
4. 熱管理材料:消費(fèi)電子終端散熱效能的核心基石,AI 賦能下迎來(lái)高增長(zhǎng)
熱管理材料導(dǎo)熱、散熱性能的高低很大程度上影響著消費(fèi)電子產(chǎn)品運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性。溫度是影響消費(fèi)電子產(chǎn)品性能和用戶體驗(yàn)感的關(guān)鍵因素,電子元器件故障發(fā)生率隨工作溫度的提高呈指數(shù)增長(zhǎng),據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),電子元器件溫度每升高 2℃,可靠性將下降 10%;溫度每升高 10℃,系統(tǒng)可靠性降低 50%,溫度達(dá)到 50℃時(shí)的壽命只有 25℃時(shí)的 1/6。溫度過(guò)高是電子設(shè)備失效的主要原因,因此熱管理材料導(dǎo)熱、散熱性能的高低很大程度上影響著消費(fèi)電子產(chǎn)品運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性。此外,電子產(chǎn)品表面溫度很大程度影響了人體接觸感受,人們往往對(duì)快速的溫度變化與大溫差的感覺更為敏感,溫度過(guò)高會(huì)帶來(lái)較低的主觀舒適感。
熱管理材料是具備高效導(dǎo)熱和散熱的功能性材料,是消費(fèi)電子終端散熱效能的核心基石。目前已知的熱量傳遞方式有三種,分別為熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射,消費(fèi)電子終端產(chǎn)品由于高集成化、輕薄便攜化設(shè)計(jì),散熱主要以被動(dòng)熱傳導(dǎo)方式進(jìn)行, 熱管理材料能夠?qū)⑾M(fèi)電子設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的熱量及時(shí)、高效地傳導(dǎo)到外界,是解決其散熱問(wèn)題的核心基石。
消費(fèi)電子現(xiàn)階段主流的熱管理材料為人工合成石墨散熱膜、人工合成石墨散熱片、均熱板、熱管等材料。其中,人工合成石墨散熱膜具有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu),能夠以最大的有效表面積將電子設(shè)備發(fā)熱器件表面上熱力均勻的分布在二維平面,從而高效的轉(zhuǎn)移熱量;熱管能夠通過(guò)內(nèi)部工質(zhì)的蒸發(fā)和冷凝過(guò)程實(shí)現(xiàn)熱量的快速傳遞;均熱板則是一種平面狀的熱管,能夠更均勻地分布熱量,其傳導(dǎo)機(jī)制為將發(fā)熱源運(yùn)行時(shí)的熱量傳導(dǎo)至蒸發(fā)端,讓冷凝液吸收熱量轉(zhuǎn)化為熱蒸汽,由高壓區(qū)擴(kuò)散到低壓區(qū)(冷凝端)接觸溫度較低的內(nèi)壁,迅速凝結(jié)為液體釋放熱能。
消費(fèi)電子熱管理行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游原材料供應(yīng)商、中游熱管理器件制造商和下游消費(fèi)電子設(shè)備制造商。
上游:主要涉及基礎(chǔ)原材料供應(yīng)和生產(chǎn)設(shè)備,原材料包括導(dǎo)熱粉料、聚酰亞胺膜、銅管等金屬材料和其他可用于生產(chǎn)多種導(dǎo)熱產(chǎn)品的材料。生產(chǎn)設(shè)備包括碳化爐、壓延機(jī)、貼合機(jī)等。
中游:主要包括導(dǎo)熱界面材料、高導(dǎo)熱石墨產(chǎn)品、熱管與均熱板、熱模組和其他導(dǎo)熱散熱產(chǎn)品等。導(dǎo)熱界面材料如導(dǎo)熱墊片、導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱膏等,主要用于填充電子元件與散熱器之間的微小間隙,降低接觸熱阻,提高熱傳遞效率,廣泛應(yīng)用于各類電子設(shè)備中;高導(dǎo)熱石墨產(chǎn)品包括人工合成石墨、石墨烯高導(dǎo)熱膜、可折疊石墨等。其中,石墨烯高導(dǎo)熱膜具有超高的導(dǎo)熱性能,可有效解決高性能芯片散熱難題;熱模組是將多種導(dǎo)熱散熱元件組合在一起形成的模塊化產(chǎn)品,能夠?yàn)殡娮釉O(shè)備提供更全面、高效的散熱解決方案。
下游:主要應(yīng)用于消費(fèi)電子、汽車電子、通信設(shè)備、安防設(shè)備、工業(yè)控制與自動(dòng)化和醫(yī)療電子設(shè)備等。
AI 技術(shù)的融入有望帶動(dòng)熱管理材料進(jìn)入高增長(zhǎng)時(shí)代。隨著 AI 的普及,熱管理材料產(chǎn)業(yè)在本輪變革中屬于確定性的增量環(huán)節(jié)。AI 技術(shù)的融入會(huì)讓設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量,如果不能及時(shí)有效地散熱,不僅會(huì)制約 AI 算力,甚至?xí)绊懺O(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行,在端側(cè) AI 算力加碼的情況下,熱管理材料的散熱效能對(duì) AI 性能的穩(wěn)定性及可靠性起到直接決定性作用。
此外,隨著電子產(chǎn)品進(jìn)一步向輕薄化方向發(fā)展,高效地散熱成了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。超厚型或多層復(fù)合人工合成石墨散熱膜以及多種散熱組件構(gòu)成的散熱模組將成為未來(lái)市場(chǎng)的主流和技術(shù)發(fā)展方向,未來(lái),以人工合成石墨散熱膜為基礎(chǔ)的多材料散熱模組市場(chǎng)有望在電子產(chǎn)品散熱需求的不斷提升下實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)。
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