2015 年全球半导体市场规模为$3,352 亿同比略减0.2%

2017-12-06 03:41

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　　一、设备和材料是半导体产业的上游核心环节

　　集成电路占半导体总市场的八成，是半导体的主要构成部分。美国半导体产业协会（SIA）最新发布的数据显示，2015 年全球半导体市场规模为3,352 亿美元，比2014 年略减0.2%。半导体可以分为四类产品，分别是集成电路、光电子器件、分立器件和传感器。其中规模最大的是集成电路，达到2,753 亿美元，占半导体市场的81%。由于半导体产品中大部分是集成电路，因此二者常常被混为一谈，在此特别说明二者的异同，以免混淆。

　　参考观研天下发布《2018-2023年中国半导体产业市场现状规划调查与投资价值前景评估报告》

2015 年全球半导体市场（按产品分类；单位：百万美元）

　　1、设备和材料在半导体产业链中位于上游，是半导体制造所需的工具和原料
　　经过50 多年的发展，如今的半导体产业已经高度专业化。我们以集成电路（IC）产业为例来说明产业的分工。集成电路产业经过了几十年不断的发展与演变，在1970 年代以前，由系统厂商（System）和IDM 厂商主导，之后演变为IC 设计、晶圆代工和封装测试为主导的垂直分工模式。随着IC 产业规模的壮大，产业竞争加剧，分工模式进一步细化，从封装测试环节中分出测试，从IC 设计环节分出了专门提供IP 的厂商（如ARM）。
　　半导体设备和材料处于IC 产业的上游，为IC 产品的生产提供必要的工具和原料。当前IC 产业的商业模式可以简单描述为，IC 设计公司根据下游客户（系统厂商）的需求设计芯片，然后交给晶圆代工厂进行制造，之后再由封装测试厂进行封装测试，最后将性能良好的IC 产品出售给系统厂商。IC 设计、晶圆制造、封装测试是IC 产业的核心环节，除此之外，IC 设计公司需要从IP/EDA 公司购买相应的IP 和EDA 工具，而IC 制造和封装测试公司需要从设备和材料供应商购买相应的半导体设备和材料化学品。因此，在核心环节之外，集成电路产业链中还需要IP/EDA、半导体设备、材料化学品等上游供应商。

集成电路产业的垂直分工历程

集成电路产业链的主要环节

　　2、半导体生产工艺复杂，对半导体设备和材料的要求极高
　　集成电路产业按照摩尔定律持续发展，制程节点不断缩小，今年将量产10 纳米。摩尔定律是由英特尔（Intel）创始人之一戈登〃摩尔（Gordon Moore）于1965 年提出来的。其内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24 个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。几十年来，集成电路产业沿着摩尔定律发展，1971年集成电路的制程节点是10 微米（百分之一毫米），今年台积电将开始量产10 纳米（十万分之一毫米），技术节点缩小到千分之一，意味着晶体管面积缩小百万分之一。

集成电路制程发展历史

　　82 平方毫米的集成电路产品中有超过十亿颗晶体管，制造工艺极其复杂。英特尔在2015 年CES 展会上发布的第五代酷睿处理器系列，采用14nm 3D 三栅极晶体管技术打造，U 系列核心面积相比采用22nm 3D 三栅极集体管技术的第四代酷睿U 系列处理器缩小了37%，但所集成的晶体管数量提升了35%，达到13 亿个！这使得第五代酷睿处理器与同级别第四代酷睿处理器相比，显卡性能最大提升22%，视频处理器能力最大提升50%，电池续航时间最多延长1.5 小时。第五代处理器芯片的面积仅82 平方毫米，在如此小的面积上要集成13 亿个晶体管，其制造难度可想而知。

英特尔发布的第五代酷睿处理器

　　半导体制造技术十分精细，制造工艺的极其复杂，对设备和材料的要求非常苛刻。根据产品的不同，集成电路生产需经过几十步甚至上千步的工艺，其中任何一步的错误都可能是最后导致器件失效的原因，因此对设备和材料的要求非常高，且对每一步的良率要求极高，通常要达到3 个9 以上的良率。在20nm 技术节点，集成电路产品的晶圆加工工艺步骤约1000 步，在7nm 时将超过1500 步。假设每一步的加工合格率为99.0%（2个9），那么经过1000 步加工之后，其合格率为零！当每一步的加工合格率为99.99%（4 个9）时，经过1000 不加工，其合格率才能达到90%。因此，集成电路制造过程中对设备和材料的稳定性要求极高。

　　集成电路产品的生产流程