行業篇

第三章 集成電路設計業

第一節 全球集成電路設計業

一、行業規模

2021年，盡管新冠肺炎疫情的影響仍在持續，半導體產業依然保持增長，全球產值為5559億美元，同比增長26.2%。隨著工業設備、通信網絡、消費電子等終端應用市場的不斷發展，遠距離辦公和上課等需求的持續增長，物聯網、人工智能等新一代信息技術的不斷成熟，高速運算芯片的需求拉高，全球集成電路設計業呈現出良好的發展態勢。2021年，全球集成電路設計業產值為1707億美元，同比增長33.5%；設計業占全球半導體產業規模的比例為30.7%，較2020年提升了1.7個百分點。2009—2021年全球集成電路設計業銷售收入及增長率如圖3-1所示。2009—2021年集成電路設計產業占全球半導體產業規模比例如圖3-2所示。

二、行業布局

從區域發展情況看，2021年集成電路設計業占有率位居前兩位的是美洲和亞太地區（不包括日本）。根據Gartner的數據統計，2021年，美國設計業產值為959.79億美元，同比增長46.5%，占全球總產值的56.2%，仍繼續維持其優勢主導地位。亞太地區（不包括日本）的設計業產值為704.28億美元，同比增長35.6%，占全球總產值的41.3%。歐洲設計業產值為24.57億美元，同比下跌7.7%，市場占有率為1.4%。日本設計業產值為17.99億美元，同比下跌9.7%，市場占有率為1.1%。2021年全球半導體設計業市場格局如圖3-3所示。

三、技術發展

（一）移動智能終端芯片方面

高通于2021年12月1日正式發布驍龍8 Gen 1芯片。驍龍8 Gen 1是高通第一款使用Arm公司最新Armv9架構的芯片。此外，新芯片從驍龍888采用的5nm工藝升級到了4nm工藝。預計Moto、OPPO、realme、vivo、小米、黑鯊、華碩等品牌將推出搭載該芯片的智能終端。聯發科于2021年12月16日發布天璣9000芯片。天璣9000芯片采用“1+3+4”三叢集Armv9架構，第五代APU——APU 590，18位HDR圖像信號處理器Imagiq 790，最高支持3.2億像素的攝像頭，Mali-G710 10核GPU，搭載R16 5G調制解調器，采用臺積電4nm工藝制程。蘋果于2021年9月15日推出A15 Bionic（A15仿生）芯片，采用5nm工藝。A15 Bionic芯片具有6核中央處理器（2個性能核心和4個能效核心）、4核圖形處理器和16核神經網絡引擎，其搭載的新一代圖像信號處理器能帶來更出色的降噪和色調映射技術。

（二）5G芯片方面

隨著5G技術與人工智能、大數據、物聯網等技術的深度融合，市場對5G芯片的需求十分強勁。三星推出了首款基于5nm EUV工藝的5G芯片Exynos 2100。與采用7nm工藝的前一代產品相比，Exynos 2100功耗降低20%，整體性能提高了10%。紫光展銳發布了虎賁T7520芯片，采用6nm EUV工藝制造，虎賁T7520集成了全球首顆支持全場景覆蓋增強技術的5G調制解調器，具有可拓展大帶寬4G/5G動態頻譜共享專利技術，使運營商在現有4G頻段上能夠部署5G，最大限度地利用既有資源，并滿足未來5G共建、共享的需求，有效降低網絡部署成本，加快5G部署。此外，紫光展銳于2021年12月推出了性能和續航能力進行平衡的5G芯片T760和全球首款6nm 5G芯片T770，并宣布這兩款芯片將投入量產。

（三）智能芯片方面

深度神經網絡系統為智能芯片的發展提供了新路徑，可以大幅提升運算速度，減少能耗。美國斯坦福大學于2021年1月開發出兼具存儲與數據處理功能的“存算一體”深度神經網絡系統。該系統由8個計算芯片組成，各個計算芯片內包含一個18千比特阻變存儲器（RRAM）和一個8千比特靜態隨機存儲器（SRAM），處理單元和片上存儲器緊密相連，大幅提高了數據存取的速度。英特爾推出一款名為“Pohoiki Beach”的新型神經形態芯片，內含800萬神經元，速度比現有的CPU快近千倍，效率高近萬倍，而耗電量僅為原有產品的1%，所用架構為進一步擴展神經元數量奠定了基礎。英偉達于2021年4月推出了首個面向人工智能應用的數據中心中央處理器產品“Grace”。該產品是專為支持人工智能應用而設計的處理器芯片，其最突出的特性是兼具自然語言處理和人工智能超級計算兩個功能，有望在新型超級計算機、氣象預測和科學模擬仿真等領域得到應用。清華大學開發出全球首款異構融合類腦計算芯片——天機芯，由多個高度可重構的功能性核組成，可同時支持機器學習算法和類腦計算算法，已成功在無人駕駛自行車上進行了實驗。

四、重點企業排名

2021年，全球集成電路設計排名前十位的企業銷售額為1274.05億美元，同比增長48%。從企業總部所在地看，排名前十位的企業中有4家中國臺灣地區企業，其余6家均為美國企業，美國在集成電路設計領域依然占據無法取代的地位。從企業銷售情況來看，高通以51%的年增長率實現營業收入蟬聯榜首。

各類終端應用需求強勁導致晶圓缺貨、集成電路嚴重供不應求，缺芯危機蔓延，漲價潮愈演愈烈，這也為集成電路設計企業帶來商機，帶動總體營業收入持續上升。2021年，全球集成電路設計排名前十位的企業全部實現同比正增長，排名前十位的門檻也同比增長171億美元。高通是全球移動SoC霸主，其手機系統單芯片、物聯網芯片銷售分別增長51%與63%，再加上射頻與汽車芯片業務的多元化發展，2021年營業收入達到293.33億美元。英偉達的游戲顯卡與數據中心營業收入年增長分別達到64%與59%，表現亮眼，超越博通成為第二。博通受惠于網絡芯片、寬帶通信芯片及儲存與橋接芯片業務的穩定表現，營業收入年增長18%，排名第三。聯發科在5G市場需求激增和多元化業務部署下，側重于手機系統單芯片，手機產品組合銷售勁增93%，營業收入年增長61%，在我國手機芯片市場上的表現尤為突出。AMD同樣受益于數據中心的業務增長，總營業收入達到164.34億美元，同比增長68%。此外，奇景光電取代戴樂格半導體的位置，首次進入榜單，其大尺寸與中小尺寸驅動芯片營業收入增長分別達到65%與87%，且驅動芯片導入車用面板成績顯著，總營業收入超過15億美元，同比增長74%。表3-1為2021年全球集成電路設計企業前十位排名。