2. 晶圓代工:AI 強勢引領,激活晶圓代工增長潛能
晶圓代工是指專門從事半導體晶圓制造生產,接受其他集成電路(IC)設計公司的委托制造,而不從事設計。晶圓代工是半導體產業(yè)中的重要環(huán)節(jié)之一。
在晶圓代工中,代工廠負責整個晶圓制造流程,包括采購原材料、生長晶圓、切割、清洗、薄膜沉積等環(huán)節(jié),以及后續(xù)的封裝和測試等步驟,能夠讓芯片設計公司或品牌商能夠專注于產品設計、市場營銷和研發(fā)等關鍵領域,而將制造過程交給專業(yè)的代工廠來完成。為芯片設計公司節(jié)省大量的資金和資源,減少生產成本和風險,并在市場競爭中更加靈活和敏捷。晶圓代工是全球半導體產業(yè)中不可或缺的核心環(huán)節(jié),具有技術密集、資本密集以及承上啟下的特點。
根據(jù) SEMI 數(shù)據(jù),芯片需求不斷上升帶動全球半導體晶圓廠產能持續(xù)增長,產能將由 2024 年的 3150 萬片/ 月增長至 2025 年的 3370 萬片/月(以 8 英寸晶圓當量計算),2024 年及 2025 年增長率分別為 6%和 7%。
分地區(qū)來看,預計 2025 年中國大陸晶圓月產能將同比增長 14%到 1010 萬片,占據(jù)全球總量的三分之一;預計中國臺灣以 580 萬片(同比增長 4%)位居全球第二。
2025 年全球晶圓月需求量預計達到 11.2 百萬片,到 2030 年增至 15.1 百萬片。需求增長集中在成熟邏輯(5.8至 7.5 百萬片)和先進邏輯(2.0 至 3.2 百萬片)。總體需求增長包括成熟邏輯 340、先進邏輯 240、DRAM160 和 NAND 40 Kwsmp/年,合計 780 Kwsmp/年。
AI 重塑 DRAM 市場——HBM 與 AI 服務器成絕對增長引擎,技術升級與產能擴張成破局關鍵。隨著 AI 的快速發(fā)展,對高性能內存的需求顯著提升,預計到 2030 年將極大地推動 DRAM 市場的增長。自 2020 年以來,Nvidia 的 AI 芯片逐步提升 HBM 的配置,從 Ampere 芯片的 5 片 HBM2e(80GB)逐步擴展到 2027 年預期的 Rubin 芯片,配備 12 片 HBM4,顯示了 AI 芯片對高性能內存的需求大幅提升。此外,AI 驅動的服務器也驅動對 DRAM 晶圓的需求增長,預計到 2030 年,AI 服務器將推動 DRAM 的晶圓需求接近每月 100 萬片。
3. SoC:AI 加速向多維度布局延伸,SoC 各細分領域需求高漲
SoC(System - on - Chip),即系統(tǒng)級芯片,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)字信號處理器、電源管理系統(tǒng)、存儲器、輸入輸出系統(tǒng)等功能模塊,內部結構復雜,對研發(fā)設計、制造工藝以及軟硬件協(xié)同開發(fā)技術的要求較高。SoC 芯片集成了多個特定功能模塊,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,是當前集成電路設計研發(fā)的主流方向,是各類電子終端設備運算及控制的核心部件。
IP 核是構成 SoC 的基礎單元與核心技術支撐。IP 核(知識產權核)指的是在集成電路設計行業(yè)中,經過驗證、可重復利用且具有特定功能的芯片設計模塊,是 SoC 以 IP 模塊為基礎的設計技術的核心所在。 IP核既可以按功能劃分為 CPU、GPU、DSP、VPU、總線、接口等 6 個類別,其復用性和可靠性直接決定了SoC 設計的效率與性能,是 SoC 應用的基礎支撐。
當前 AI 技術成為 SoC 架構的重要組成部分,為邊緣設備提供了更強大的智能處理能力,AI 應用也持續(xù)向各行各業(yè)滲透多領域場景。隨著進入 AI、5G 連接和邊緣計算時代,SoC 繼續(xù)演變以適應不斷增長的復雜性和處理要求。例如,通過集成 AI 加速器、神經網絡處理器(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:
在智能終端領域支撐手機、平板等設備運行;于智能家居和物聯(lián)網場景實現(xiàn)設備遠程控制與數(shù)據(jù)互聯(lián);在汽車電子領域助力自動駕駛與娛樂導航系統(tǒng);在工業(yè)、醫(yī)療、航空航天等嵌入式系統(tǒng)中完成精準控制任務;在數(shù)據(jù)中心與網絡設備中實現(xiàn)高效存儲和路由功能;為視頻音頻處理及 AI 領域提供算力支持等。
AI 場景化成為智能家居行業(yè)加速發(fā)展的絕佳機會,場景復雜運算和決策對核心芯片的需求持續(xù)攀。智能家居是 AIoT 設備的重要應用場景,智能家電和其他家居設備不僅能夠執(zhí)行基本的任務,還能通過內置的高性能處理器獨立處理復雜的 AI 任務,從而提供更高級別的智能化服務。中商產業(yè)研究院預測,2024 年市場規(guī)模將達 7848 億元,2025 年市場規(guī)模將突破 8000 億元。隨著智能家居設備功能的日益復雜與豐富,例如掃地機器人、智能門鎖等設備進行復雜運算和決策時,對核心芯片的算力要求持續(xù)攀升。
智能座艙 SoC 國產化進程加速,面向 AI 的座艙 SoC 將成為未來 2-3 年主流。據(jù)佐思汽研統(tǒng)計,2024 年智能座艙 SoC 國產化率已超 10%,芯馳科技、華為海思、芯擎科技等國產廠商快速崛起。目前,智能汽車座艙 SoC 正進入產品換代周期,面向 AI 的座艙 SoC 預計未來 2-3 年成為主流。引領端側模型從現(xiàn)階段1B-1.5B 的大語言模型,向 7B-10B 左右的多模態(tài)模型升級演進。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 先進制程,支持 7B 參數(shù)多模態(tài)大模型的端側部署。
“SoC + 智能穿戴” :AI 功能開啟便攜智能設備革新浪潮。自 2023 年 Meta 智能眼鏡引發(fā)市場熱潮以來,谷歌、字節(jié)跳動等企業(yè)紛紛推出搭載 AI 功能的可穿戴設備,推動端側 SoC 向先進制程加速迭代。小體積與低功耗成為技術核心,通過集成化設計與能效優(yōu)化,SoC 正全面賦能智能穿戴領域,引領設備形態(tài)與功能的雙重突破。智能穿戴設備作為核心交互入口,全球智能穿戴市場正迎來快速增長期,市場規(guī)模預計將在 2034年達到 4317.4 億美元,預測期內復合年增長率為 19.59%。
智能手表 AI 成大廠內卷方向,高端化與能效比成競爭關鍵。廠商們在探索產品與 AI 的結合方式,從 2023年至今,Zepp Health、谷歌(Fitbit)、三星、蘋果、360 集團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,因此多核結構成為技術迭代方向隨著 AI 大模型在智能手表的逐步滲透。全球智能手表市場規(guī)模預計將在 2033 年達到 1387 億美元,結合 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 方案決定產品差異化競爭力。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(如手勢識別、眼動追蹤等),AR 為 AI 提供虛實融合的顯示載體,主控 SoC 成為差異化核心。當前 AI/AR 眼鏡芯片主要有三類:(1)系統(tǒng)級 SoC,如高通 AR1 Gen1;(2)MCU 級 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(語音、手勢、眼球追蹤)已成為趨勢,據(jù) Wellsenn XR 預測,預計到2025 年將會有更多大廠進場競爭,推動 AI 智能眼鏡發(fā)展趨向成熟,2030 年后,AI+AR 技術發(fā)展到成熟階段,AI+AR 智能眼鏡行業(yè)進入高速發(fā)展期; 2035 年 AI+AR 智能眼鏡滲透率有望達到 70%,全球 AI+AR 智能眼鏡銷量達到 14 億副,成為下一代通用計算平臺和終端,智能眼鏡的高速增長有望加速 SoC 需求量攀升。
4. 熱管理材料:消費電子終端散熱效能的核心基石,AI 賦能下迎來高增長
熱管理材料導熱、散熱性能的高低很大程度上影響著消費電子產品運行的穩(wěn)定性及可靠性。溫度是影響消費電子產品性能和用戶體驗感的關鍵因素,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,據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,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%,溫度達到 50℃時的壽命只有 25℃時的 1/6。溫度過高是電子設備失效的主要原因,因此熱管理材料導熱、散熱性能的高低很大程度上影響著消費電子產品運行的穩(wěn)定性及可靠性。此外,電子產品表面溫度很大程度影響了人體接觸感受,人們往往對快速的溫度變化與大溫差的感覺更為敏感,溫度過高會帶來較低的主觀舒適感。
熱管理材料是具備高效導熱和散熱的功能性材料,是消費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、熱對流和熱輻射,消費電子終端產品由于高集成化、輕薄便攜化設計,散熱主要以被動熱傳導方式進行, 熱管理材料能夠將消費電子設備內部產生的熱量及時、高效地傳導到外界,是解決其散熱問題的核心基石。
消費電子現(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特的晶體結構,能夠以最大的有效表面積將電子設備發(fā)熱器件表面上熱力均勻的分布在二維平面,從而高效的轉移熱量;熱管能夠通過內部工質的蒸發(fā)和冷凝過程實現(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,其傳導機制為將發(fā)熱源運行時的熱量傳導至蒸發(fā)端,讓冷凝液吸收熱量轉化為熱蒸汽,由高壓區(qū)擴散到低壓區(qū)(冷凝端)接觸溫度較低的內壁,迅速凝結為液體釋放熱能。
消費電子熱管理行業(yè)的產業(yè)鏈主要包括上游原材料供應商、中游熱管理器件制造商和下游消費電子設備制造商。
上游:主要涉及基礎原材料供應和生產設備,原材料包括導熱粉料、聚酰亞胺膜、銅管等金屬材料和其他可用于生產多種導熱產品的材料。生產設備包括碳化爐、壓延機、貼合機等。
中游:主要包括導熱界面材料、高導熱石墨產品、熱管與均熱板、熱模組和其他導熱散熱產品等。導熱界面材料如導熱墊片、導熱硅脂、導熱膏等,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,廣泛應用于各類電子設備中;高導熱石墨產品包括人工合成石墨、石墨烯高導熱膜、可折疊石墨等。其中,石墨烯高導熱膜具有超高的導熱性能,可有效解決高性能芯片散熱難題;熱模組是將多種導熱散熱元件組合在一起形成的模塊化產品,能夠為電子設備提供更全面、高效的散熱解決方案。
下游:主要應用于消費電子、汽車電子、通信設備、安防設備、工業(yè)控制與自動化和醫(yī)療電子設備等。
AI 技術的融入有望帶動熱管理材料進入高增長時代。隨著 AI 的普及,熱管理材料產業(yè)在本輪變革中屬于確定性的增量環(huán)節(jié)。AI 技術的融入會讓設備在運行過程中會產生大量熱量,如果不能及時有效地散熱,不僅會制約 AI 算力,甚至會影響設備的穩(wěn)定運行,在端側 AI 算力加碼的情況下,熱管理材料的散熱效能對 AI 性能的穩(wěn)定性及可靠性起到直接決定性作用。
此外,隨著電子產品進一步向輕薄化方向發(fā)展,高效地散熱成了產品設計的重要環(huán)節(jié)。超厚型或多層復合人工合成石墨散熱膜以及多種散熱組件構成的散熱模組將成為未來市場的主流和技術發(fā)展方向,未來,以人工合成石墨散熱膜為基礎的多材料散熱模組市場有望在電子產品散熱需求的不斷提升下實現(xiàn)快速增長。
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