〈工業技術與資訊〉半導體未來5年續現正成長
撰文／林玉圓
2021 年疫情衝擊全球，半導體非但未受影響，反而呈現爆發性成長。全球 17 家半導體供應鏈廠商獲利逾百億美元，半導體廠資本支出也創下新臺幣 4.2 兆元的新紀錄。展望 2022 年，工研院 IEK Consulting 預估，受惠新興應用、數位轉型以及政策助攻，全球半導體榮景可望延續。
世界半導體貿易統計協會（World Semicon-ductor Trade Statistics；WSTS）預估，2021 年全球半導體市場規模將較 2020 年大幅成長 25.1%，產值可望創新高來到 5,509 億美元；2022 年供需漸恢復正常，仍保有 10.1% 的年增幅，產值達 6,065 億美元。臺灣半導體業表現更是高於全球平均。工研院 IEK Consulting 預估，2021 年臺灣 IC 產業總產值將創下新臺幣 4.1 兆元的歷史新高，年增 25.9%。
臺灣半導體產值首度突破 4 兆元
美中競爭下，半導體產業逐漸形成兩大壁壘分明的陣營。疫情推升數位轉型商機，半導體需求大起，工研院產業科技國際策略發展所研究副總監彭茂榮指出，「在強大需求推升下，臺灣半導體產業緊緊抓住了這波商機，有許多優異表現，包括：推出領先全球的 5G 系統單晶片、導入全球最先進的 5 奈米製程、提供異質整合的晶片封裝服務等。」挾強大競爭力，臺灣半導體供應鏈接單爆發，產能利用率滿載，市場仍供不應求。
展望 2022 年，彭茂榮認為，半導體供不應求可望改善，供需將漸趨平衡，但市場需求持續存在，估計 2022 年國內半導體產業總產值將年增 12.0%，至新臺幣 4.5 兆元，持續保有優於全球平均值的高動能表現。
臺灣 IC 設計首破兆 車用 AI 應用夯
若將半導體產業再細分為 IC 設計與 IC 製造；在 IC 設計方面，工研院產科國際所分析師范哲豪分析，「疫情改變人類生活，智慧醫療、智慧工廠、智慧城市、智慧農業均加速發展，加上 5G、WiFi6 技術普及，各種電子終端產品持續熱銷，提供全球半導體業多面向的成長動能。」當中以自駕車應用最受囑目，根據 IC Insights 統計，去年車用邏輯 IC 成長近 4 成，類比 IC 也有 3 成以上的成長，都高於產業平均成長。范哲豪指出，未來汽車將是除了 PC 與手機之外的「第三台電腦」，勢必引爆各類 IC 需求的大幅成長。
「因應車輛電子化趨勢，以往主攻 PC 與手機的國內供應鏈，也開始布局車用領域，」范哲豪表示，國內 IC 設計廠已先後推出智駕平台、車用乙太網路晶片、智慧座艙系統、車載資通訊系統、車用顯示晶片、車用微控制器（MCU）等多元車用產品及技術，目的就是搶攻未來商機。
IC 設計的另一重要趨勢為 AI 的導入。目前 AI 晶片的應用範圍，已從雲端運算走向邊緣運算，晶片的設計、生產與封測也結合 AI 技術。在這波 AI 浪潮下，業者多已陸續宣示 AI 晶片計畫或推出相關產品，像是於手機、智慧電視、智慧音箱、低功耗 AI 攝影機、AI 視覺感測、輔助駕駛系統、車用影像及家用安防等，應用面可說十分廣泛。
此外，臺灣也有人工智慧晶片（AI on Chip）等多項相關的科專計畫，積極協助廠商投入 AI 新技術的開發。范哲豪指出，「目前 AI 晶片的架構仍待最佳化，建議國內業者可加強開發新興架構的 AI 晶片如記憶體內運算（CIM）、軟體定義硬體（SDH）與類神經架構等，以利提早布局下世代應用，維持競爭力。」
2021 年全球晶片嚴重缺貨，國內 IC 設計業者趁機優化出貨產品組合，多數廠商營收紛傳創新高。工研院 IEK Consulting 預估，我國 IC 設計業 2021 年產值將首度突破兆元，達新臺幣 1.2 兆元，較 2020 年強增 4 成。
IC 製造業年增 22.4% 先進製程搶手
2021 年，臺灣半導體製造的「護國群山」成為全球焦點，不僅成為資本市場寵兒，更是經濟成長動力。工研院 IEK Consulting 預估 2021 年臺灣 IC 製造業產值上看新臺幣 2.23 兆元，年增 22.4%。其中晶圓代工成長 18.7%，達 1.93 兆元；記憶體產值則受 5G 通訊發展、伺服器需求增強、以及 IT 產品需求穩健等諸多正面因素加持，相關產值可望大增 54.0%，來到 2,936 億元。
工研院產科國際所分析師劉美君歸納，過去一年 IC 製造業表現亮眼，重要議題包括：IT 產品規格對先進製程的需求增加、5G 手機與相關通訊設備所需晶片種類與數量遽增、GAFA（Google、蘋果、Facebook 與亞馬遜）自製 AI 晶片增加對晶圓代工依賴、各國半導體政策從全球分工轉向保護主義、新應用與疫情惡化半導體分配問題，7 奈米以下先進製程競賽，以及電動車帶動化合物半導體的發展。
七大議題牽動半導體製造
首先在先進製程議題上，劉美君指出，受惠疫情，筆記型電腦、平板電腦與桌上型電腦需求同步上揚，「由於產品規格持續提升，對處理器效能的要求也愈來愈高，使得先進製程大受歡迎；然而過去一年，市場受限於缺料及物流延滯等問題，對供應鏈形成挑戰。」
5G 滲透率續增，從 2019 至 2025 年，5G 手機的年平均複合成長率超過 100%，2025 年全球 5G 手機銷售量則上看 14.3 億支，無論是手機核心處理器、5G 通訊元件如基地台、電源管理 IC，或記憶體、鏡頭感測器、驅動 IC 等，無論種類或數量都將急遽增加。
雲端運算成長快，網路巨擘 Google、蘋果、Facebook 與亞馬遜對高運算力晶片需求大增。劉美君指出，因製程演進趕不上數據增長與 AI 需求，運算消耗電力大增，網路巨擘開始投入專用 AI 晶片的設計與開發，盼以最低功耗發揮最大效能，此一趨勢對晶圓代工將是大利多。
新興應用接踵而至，需求端包括減碳需求帶動功率半導體、疫情推升 IT 裝置需求、汽車電動化、智慧化趨勢，所需半導體種類及數量大幅增加，如 MCU、微處理器（MPU）、可程式化邏輯閘陣列（FPGA）等需求都顯著成長；供給端則有日本瑞薩半導體火災停工、三星德州工廠因大雪減產，導致產能分配不及。
而晶片嚴重缺貨的狀況，也讓各國的半導體產業政策大轉彎，從全球化分工走向保護主義。美國、歐盟、印度、日本、中國大陸均以建立自主半導體產能為國家政策，未來可能造成供應鏈板塊位移；臺灣廠商因為供應鏈完整，成為各國爭取合作的熱門首選。
先進製程的競賽無疑是 2021 年的焦點，劉美君表示，台積電與三星均宣示 2022 年啟動 3 奈米量產，2025 年挺進 2 奈米製程，但台積電在極紫外光（EUV）微影技術上先馳得點，也持續強化特殊製程能力；三星則在戰略上聚焦在物聯網移動應用處理器與記憶儲存晶片，目標 2023 年在晶圓代工超車台積電；英特爾則宣示重返代工市場，力拼 2025 年拿下代工龍頭地位。
另一值得關注的是化合物半導體的發展，電動車的電能轉換及電路控制，強調大功率、快速化、體積小、散熱佳、高續航力等特性，由化合物半導體打造的功率元件可滿足這些嚴苛需求，因而成為熱門的材料首選，這也將牽動國內廠商的未來布局。
未來 5 年終端應用將提供半導體有力支撐
「半導體產業自 2020 年以來迭創高峰，與其說是疫情推升了無接觸經濟與數位轉型的需求，不如說是新技術、新應用逐漸成熟、匯流，如今水到渠成。」工研院產科國際所分析師江柏風指出，全球半導體在 2021 年經歷產能滿載、供不應求的狀況後，預計 2022 年供需將漸趨平衡；而終端電子產品種類與數量也為半導體提供有力支撐，預估 2021 年至 2025 年，全球半導體市場平均年複合成長率為 3.7%。
江柏風歸納終端電子產品三大趨勢，包括 ARM 切入 PC 領域，5 奈米 ARM CPU 將逐漸攻占 X86 的 PC 市場；其次，手機品牌包括蘋果、Google Pixel、小米等均自行研發應用處理器與影像處理器晶片；第三，3C 廠商切入電動車市場，鴻華先進將於 2022 年陸續推出電動巴士及電動休旅車、小米汽車預計 2024 年上市等。
由終端產品推估半導體應用，江柏風也提出三大重點：首先是未來 5 年高成長類別將以車用、儲存、工業用半導體為主，預估無線通訊將成 2022 年半導體主要應用，車用半導體於 2023 年接棒，超越工業用半導體，2024 年超越消費型半導體；其次是英特爾開發神經運算型晶片，採用 7 奈米 EUV 技術，創造「觸覺及味覺」的全新功能；最後是車輛電子化帶動車用高效能運算（HPC）晶片的需求，2021 至 2025 年，車用 HPC 半導體的平均年複合成長率高達 212.4%，呈現爆炸性成長。
半導體被喻為 21 世紀的石油，人類未來生活已不能缺少半導體，臺灣半導體產業發展 40 多年取得世界關鍵地位，更發揮技術與產能優勢，以「護國群山」之姿庇蔭國家與國人，未來更將乘勢而上，發揮無所不在的影響力。
轉載自《工業技術與資訊》月刊第 359 期 2022 年 1／2 月號，未經授權不得轉載。