半導體行業(yè)因“新冠疫情”而陷入前所未有的衰退，但復蘇的跡象似乎開始出現(xiàn)。本文根據(jù)半導體市場統(tǒng)計數(shù)據(jù)和主要制造商的財務業(yè)績報告，探討半導體市場復蘇的時機。此外，我們將討論生成式人工智能，它很可能成為行業(yè)的新驅動力。

世界半導體市場統(tǒng)計（WSTS）數(shù)據(jù)和半導體制造商的業(yè)績顯示，有跡象表明半導體市場正在從衰退走向復蘇。然而，半導體市場的全面復蘇很可能在 2024 年發(fā)生。

經(jīng)濟衰退復蘇后，推動全球半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的將是ChatGPT等用于生成式AI（人工智能）的半導體。因此，我們預測領先的半導體產(chǎn)品將從蘋果的 iPhone 處理器轉向英偉達的 GPU 等。

01全球半導體市場呈現(xiàn)復蘇跡象2020年，新冠疫情爆發(fā)，遠程辦公、在線學習、在線購物在全球范圍內流行。然后到了2021年，半導體短缺導致汽車和各種電子設備無法生產(chǎn)。

這引發(fā)了全球前所未有的半導體熱潮。此外，出于對中美半導體摩擦的擔憂，世界各國和地區(qū)開始競相加強半導體制造能力。因此，從2022年開始半導體又出現(xiàn)供過于求和價格暴跌的情況，市場也因此進入嚴重衰退。

正當我想知道歷史上最嚴重的半導體衰退何時結束時，市場復蘇的跡象終于開始出現(xiàn)。

圖 1按類型顯示了截至 2023 年 6 月的半導體出貨量（三個月移動平均值）。這里，Mos Micro包括Intel等公司生產(chǎn)的處理器(MPU)和瑞薩電子等公司生產(chǎn)的微型計算機(MCU)。Mos Memory大部分是DRAM和NAND閃存。邏輯包括智能手機處理器和英偉達GPU。另外，之所以將圖表繪制為3個月移動平均線，是為了呈現(xiàn)每月出貨量的波動。

圖1 按類型劃分的半導體3個月移動平均出貨值（截至2023年6月）來源：WSTS

再看圖1，我們可以看到Mos Micro、Mos Memory和Logic在2023年4月至5月觸底，并正在走向復蘇。此外，模擬器件出貨量的下降速度似乎已經(jīng)放緩。

023個月移動平均線同比增長接下來，圖2顯示了按類型劃分的半導體出貨量同比增長率（3個月移動平均值）。其中，可以看出Mos Memory的跌宕起伏尤為嚴重。而2023年4月的-56.3%將比2019年的內存衰退（-39.2%）、2008年金融危機之后（-41.5%）和1995年Windows 95發(fā)布之后（-54.2%）更糟糕。這是歷史上第二高的跌幅，僅次于 2001 年 IT 泡沫破滅后的 66.6% 的跌幅。

圖2. 按類型劃分的半導體出貨量同比增長率（3個月移動平均值）（截至2023年6月）來源：WSTS

如果我們放大2016年以來的增長率，我們可以看到Mos Micro和Mos Memory在2023年4月觸底，而Logic和Analog的增長率則有所放緩（圖3）。因此，可以說各種半導體正在復蘇的道路上。上一年三個月移動平均增長率使用以下公式計算（圖4）。

圖3：上一年按類型劃分的半導體出貨量增長率（3個月移動平均值）（2016年至2023年6月擴展）來源：WSTS

圖4 上年3個月移動平均增長率計算公式

然而，各種半導體要出現(xiàn)正增長還需要相當長的時間。從圖3的增速走勢來看，今年（2023年）很難看到轉正增長，全面復蘇很可能要到明年（2024年）上半年之后。這樣看來，全球半導體市場的數(shù)據(jù)顯示出了從衰退中復蘇的跡象。在半導體制造商的業(yè)績中也可以看到類似的趨勢。下面，我們來看看美國英特爾、美國AMD、韓國三星電子（以下簡稱三星）、SK海力士截至2023年第二季度（Q2）的銷售額和營業(yè)利潤。

03英特爾和 AMD銷售額圖5顯示了MPU廠商Intel和AMD的季度銷售額。自2014年以來，英特爾的銷售額一直在起伏中增長，并在2021年第四季度創(chuàng)下205.3億美元的歷史新高。然而，隨后銷售額持續(xù)急劇下降，2023 年第一季度降至 117 億美元，并以此觸底，在接下來的第二季度恢復至 129 億美元。

圖5 Intel和AMD季度銷售額（截至2023年Q2）來源：Intel和AMD

另一方面，直到2017年左右，AMD的銷售額還不到英特爾的10%。然而，從2018年第三季度開始將生產(chǎn)外包給臺積電后，銷售額逐漸上升，到2022年第二季度達到65.5億美元。

在 2022 年開始的經(jīng)濟衰退期間，AMD 的銷售額并沒有像英特爾那樣下降那么多。這就是無晶圓廠的優(yōu)勢。如果經(jīng)濟衰退來襲，你所要做的就是減少外包給臺積電的生產(chǎn)量。然而，這些固定成本對擁有許多大型半導體工廠和超過13萬名員工的英特爾造成沉重負擔。這反映在營業(yè)收入的趨勢上。

04英特爾和AMD營業(yè)利潤圖6顯示了英特爾和AMD的季度營業(yè)利潤。英特爾的營業(yè)利潤趨勢令人震驚。在 2022 年第一季度達到創(chuàng)紀錄的 81 億美元后，第二季度下滑至 5 億美元的虧損。此后，英特爾的營業(yè)利潤繼續(xù)徘徊在紅色附近，2023年第一季度降至14.7億美元的赤字。

圖6 Intel、AMD季度營業(yè)收入（截至2023年Q2）來源：Intel、AMD

如果赤字繼續(xù)擴大，英特爾可能會面臨破產(chǎn)，但在接下來的Q2，它勉強恢復到15億美元的利潤。再看AMD的狀況，自2011年以來表現(xiàn)不佳的AMD在2020年實現(xiàn)盈利，并在同年第四季度創(chuàng)下17.8億美元的紀錄。隨后在2022年Q3降至6000萬美元的赤字，但規(guī)模沒有像英特爾那么糟糕。截至2023年第二季度，該公司尚未恢復盈利，但預計第三季度將恢復盈利。

可以看到，Intel和AMD在2022年之后的表現(xiàn)都很差，但似乎最壞的時候已經(jīng)過去了（特別是對于Intel來說）。這兩家公司的表現(xiàn)與Mos Micro在全球半導體市場統(tǒng)計中的行為一致。

接下來我們就來看看三星和SK海力士這兩家內存龍頭廠商的表現(xiàn)。

05三星半導體業(yè)務部門業(yè)績圖7顯示了三星半導體業(yè)務部門的季度銷售額和營業(yè)收入。請注意，三星的結果是代工和內存（DRAM 和 NAND）的總和。

圖7 三星半導體業(yè)務季度銷售額和運營利潤（截至2023年Q2）來源：三星

三星2022年第二季度銷售額創(chuàng)下28.4萬億韓元的紀錄。同年第四季度，營業(yè)利潤驟降至僅0.3萬億韓元。據(jù)韓國某券商報告稱，代工業(yè)務彌補了內存業(yè)務的虧損，公司勉強扭虧為盈。

然而，在 2023 年第一季度，它最終將降至 1.4 萬億韓元的赤字。如果您想知道業(yè)務績效會惡化到什么程度，那么在接下來的一個季度中，營業(yè)利潤持平，虧損了6.2萬億韓元，銷售額開始小幅上升。

總之，可以看出，三星不斷惡化的經(jīng)營業(yè)績在2023年Q1觸底，并開始復蘇。那么另一家內存廠商SK海力士的發(fā)展狀況如何？

06SK海力士的業(yè)績圖8顯示了SK海力士的銷售額和營業(yè)收入。SK海力士沒有代工廠，因此幾乎所有成果都在DRAM和NAND上。

圖8 SK海力士季度銷售額和營業(yè)利潤來源：SK海力士

與三星一樣，SK海力士在2022年第二季度創(chuàng)下13.8萬億韓元的銷售額，但在同年第四季度，該公司赤字降至1.7萬億韓元。同期，三星因代工廠而實現(xiàn)了0.3萬億韓元的盈余，但僅銷售內存的SK海力士卻出現(xiàn)了虧損。

那么，到 2023 年第一季度，赤字翻了一番，達到 3.4 萬億韓元。除了半導體之外，三星還有智能手機、家電、面板等業(yè)務，所以即使半導體持續(xù)虧損，三星也能維持下去，但SK海力士只有內存業(yè)務。因此，我認為如果SK海力士繼續(xù)虧損，如果沒有SK集團的幫助，該公司可能無法生存。

但同年第二季度，赤字收窄，銷量開始增加。如果這種趨勢持續(xù)下去，我們或許能夠在明年恢復盈利。

那么，未來半導體產(chǎn)業(yè)的驅動力是什么？可以對個人電腦和智能手機寄予厚望嗎？

07個人電腦季度出貨量圖 9顯示了每個季度的 PC 出貨量。PC 出貨量將在 2011 年第三季度達到約 9500 萬臺的峰值。此后，出貨量迅速減少，呈上下波動。這是因為蘋果在 2007 年發(fā)布了 iPhone，而成熟的智能手機時代在 2010 年左右開始，這些智能手機超越了 PC。

隨著2020年新冠疫情的蔓延，PC出貨量迅速增加，在2021年第四季度達到9100萬臺出貨量的峰值。這是因為由于疫情期間遠程工作、在線學習和在線購物的爆炸性蔓延，對 PC 的需求迅速增加。然而，這種疫情引起的特殊需求在 2022 年迅速結束，出貨量大幅下降。

畢竟，2020年至2021年PC出貨量只是暫時增長，排除特殊需求，未來出貨量仍將延續(xù)2011年至2018年的下降曲線。這也意味著PC已經(jīng)無法成為全球半導體產(chǎn)業(yè)的驅動力。

那么智能手機會引領潮流嗎？

08智能手機季度出貨量

圖 10顯示了每個季度智能手機的出貨量。自2010年以來，智能手機出貨量快速增長。然而，2014 年之后增長放緩，并于 2016 年第四季度達到 430 萬臺的峰值。此后出貨數(shù)量逐漸減少，雖然2020年因特殊需求略有恢復，但這些需求很快結束，出貨數(shù)量迅速減少。

圖10 季度智能手機出貨量及同比增長率（截至2023年Q2）來源：IDC

盡管智能手機業(yè)務不會消失，但智能手機已成為低增長的電子設備。因此，智能手機將不具備帶動全球半導體產(chǎn)業(yè)的動力。

那么，我們能否期望智能手機成為尖端半導體的技術驅動力？

09“iPhone終結”的開始圖 11顯示了按季度劃分的公司智能手機出貨量。自2012年以來，三星出貨量一直穩(wěn)居第一。然而在這樣的情況下，蘋果卻表現(xiàn)出了非常有特色的出貨行為。那是因為每年第四季度都會出現(xiàn)一個巨大的高峰。

圖11 季度智能手機出貨量及同比增速（截至2023年Q2）

蘋果公司每年秋天都會推出新款 iPhone，并希望在 12 月的圣誕購物季在美國銷售超過 1 億部 iPhone。這就是為什么每年該季度都會出現(xiàn)大的高峰。

根據(jù)這一計劃，與蘋果簽約的臺積電必須在第三季度之前使用尖端工藝批量生產(chǎn)超過 1 億顆 iPhone 處理器。當每年蘋果 iPhone 的銷售風波結束后，才可以用最先進的工藝制造 AMD 的 MPU 和 NVIDIA 的 GPU 了。換句話說，臺積電的訂單情況在很大程度上受蘋果手機銷售的影響。

2020 年第四季度，在疫情期間，蘋果出貨量超過 9000 萬臺，創(chuàng)歷史最高水平。然而，在隨后的第一季度，其出貨量迅速下降，2021 年第四季度出貨量為 8490 萬臺，2022 年第四季度出貨量為 7230 萬臺。

如果這種趨勢持續(xù)下去，臺積電可能不再每年為蘋果iPhone處理器開發(fā)全球最先進的工藝。因此，iPhone將不再是尖端半導體的領先技術驅動力。

那么，未來半導體的技術驅動力是什么？此外，除了個人電腦和智能手機之外，什么將推動全球半導體行業(yè)的發(fā)展？作者預測，ChatGPT等用于生成式AI的半導體將成為主要參與者。

10ChatGPT的狂歡ChatGPT由OpenAI于2022年11月30日發(fā)布，在全球范圍內爆發(fā)式流行。達到一億活躍用戶所需的時間：Facebook 為 54 個月，X（前身為 Twitter）為 49 個月，Instagram 為 30 個月，LINE 為 19 個月，Tiktok 為 9 個月，ChatGPT 僅兩個月。

ChatGPT的成績也在迅速提升，2023年1月MBA期末考試答案被評為B（及格水平），同年2月美國醫(yī)學資格考試正確答案率達到及格線，而同年3月，GPT-4在美國律師考試答卷中得分進入前10%，據(jù)稱達到了近五年來通過日本國家醫(yī)師考試的水平。

以ChatGPT為起點的生成式AI熱潮無邊無際，此后高科技公司紛紛著手開發(fā)生成式AI。而在以美國NVIDIA GPU為主的AI半導體市場，AMD、英特爾、谷歌、亞馬遜、Meta等各大云公司也開始研發(fā)專用AI半導體。

下面，我會解釋一下什么是生成式AI以及它是如何工作的。

11生成AI的機制將使用圖12解釋諸如ChatGPT的生成AI的機制。生成式人工智能的步驟可以分為兩個階段：學習和推理。

圖12 一代AI的機制以及其中使用的NVIDIA GPU等AI半導體

首先，將互聯(lián)網(wǎng)上的大數(shù)據(jù)，例如文本數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)加載到AI服務器中。那時，人工智能半導體（例如 NVIDIA 的 GPU）會從這些數(shù)據(jù)中學習。

接下來，當用戶寫下問題時，運行在AI服務器上的生成的AI會做出推理并給出答案。那時，在AI服務器上進行推理的仍然是NVIDIA的GPU等AI半導體。

由此我們可以看出，生成式AI可以說是“類似軟件的東西”，運行在安裝在AI服務器上的AI半導體（例如NVIDIA的GPU）上。

12NVIDIA GPU 需求旺盛Generation AI在AI服務器上運行。由于它是服務器，因此可能需要大量的 DRAM 和 NAND。此外，AI半導體自然會成為必需品，而NVIDIA幾乎壟斷了該市場。NVIDIA 發(fā)布的 GPU“A100”和“H100”是令人驚嘆的芯片。

A100：臺積電7nm，芯片尺寸826mm2，540億個晶體管，每個1萬美元。

H100：臺積電4nm，芯片尺寸814mm2，800億個晶體管，每個4萬美元。

“A100”和“H100”都是芯片尺寸超過800mm2的巨型芯片，每個芯片的成本在10,000到40,000美元之間。生成式人工智能的開發(fā)和運行將需要數(shù)千到數(shù)萬個 GPU。

事實上，有一篇文章稱，OpenAI 有 25,000 個GPU，Meta 有 21,000 個，Tesla 有 7,000 個。特斯拉的埃隆·馬斯克推測，OpenAI 在 2023 年 7 月注冊的“GPT-5”商標需要 30,000 到 50,000 個“H100”。

13GPU制造瓶頸半導體在設計、前工序和后工序三個階段制造。圖13在GPU中，NVIDIA負責設計，TSMC采用“N4”工藝進行前工序制造，后端工藝也采用臺積電為 NVIDIA GPU 開發(fā)的 CoWoS（晶圓對基板芯片）封裝。

圖13 NVIDIA GPU制造瓶頸

首先，N4預處理存在問題。“H100”只能從12英寸晶圓上獲得約65片。并且由于芯片尺寸和良率呈反比，因此良率可能在25%左右。如果這樣的話，一張晶圓只能制造16個“H100”。

這意味著制造200萬片H100需要125,000片晶圓。N4屬于“N5”家族，臺積電N5的月產(chǎn)能預計為15萬片。那樣的話，每個月能不能只分配10000多片晶圓給NVIDIA的GPU“H100”就成問題了。

盡管從數(shù)字來看這是可能的，但“H100”并不是 NVIDIA 外包生產(chǎn)的唯一產(chǎn)品。有“A100”，還有針對中國的“H800”和“A800”。簡而言之，問題是臺積電將為H100分配多少產(chǎn)能。

下游工序CoWoS的問題更為嚴重。首先，臺積電基本上是一家代工廠，專注于前端工藝，因此不具備后端工藝的能力。這就是由此產(chǎn)生的NVIDIA GPU爭議。為了解決這個問題，臺積電于 2023 年 6 月在中國臺灣的新竹開設了一家名為 AP6 的先進封裝工廠。據(jù)報道，到2024年底，月產(chǎn)量將達到28,000件，但CoWoS在此之前是否會受到產(chǎn)能不足的困擾？

14AI半導體市場預測這樣一來，NVIDIA的GPU無論是前端進程還是后端進程（CoWoS）都存在容量不足的問題。臺積電正在努力解決這一困擾。

AI半導體市場預計將快速增長（圖14）。研究公司 Stratview Research 預測，2022 年 154 億美元的人工智能半導體市場將以 42% 的復合年增長率 (CAGA) 增長，到 2028 年達到 1278 億美元。如果此后繼續(xù)以42%的CAGA增長，到2032年將增長到5240億美元。

圖14 AI半導體市場增長預測來源：Stratview Research

根據(jù)世界半導體市場統(tǒng)計（WSTS），2022年全球半導體市場規(guī)模將達到5734億美元。因此，上述預測的2032年AI半導體市場規(guī)模將與2022年全球半導體市場規(guī)模相同。

您可能想知道，“我們還能繼續(xù)看到如此高的增長嗎？”以下是 AMD 首席執(zhí)行官蘇姿豐 (Lisa Su) 的觀點，該公司正在與 NVIDIA 競爭人工智能半導體的挑戰(zhàn)。

她在接受日本經(jīng)濟新聞專訪時表示，未來三到四年，AI用半導體市場將以每年50%的速度增長，AI用半導體市場將從目前的數(shù)百億美元增長到100億美元。三到四年內將增長到1500億美元（約21萬億日元）的規(guī)模。蘇姿豐預測：“人工智能將成為未來5到10年最重要的趨勢”。

相信AI半導體未來將帶動全球半導體產(chǎn)業(yè)。

15世界半導體市場預測圖 15顯示了 2032 年之前的全球半導體市場預測。首先，讓我們回顧一下2022年。

圖 15 全球半導體市場將在 10 年內翻一番來源：WSTS

全球半導體市場在 1990 年代約為 750 億美元，由于個人電腦的普及，十年后的 2000 年代翻了一番，達到 1500 億美元。其次，隨著個人電腦的普及，互聯(lián)網(wǎng)用戶激增，互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量在2010年代增長到3000億美元，是2000年代的兩倍。接下來，由于智能手機的普及，2020年代增長到近6000億美元，是2010年代的兩倍。

這樣，全球半導體市場以每10年翻一番的速度增長。作者預測，未來10年，由于生成式人工智能效應，這一數(shù)字將進一步增長十倍，達到1.2萬億美元。