关键词:物联网 射频识别 M2M
中图分类号:TN91 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(b)-0023-01所谓物联网,就是利用射频自动识别技术,实现物体和物体之间能够识别的网络。EPC global的Auto-ID中心的提出的定义是:把所有物品通过射频识别等信息窗设备与互联网连接起来,实现智能化识别与管理。从本质上来说物联网是互联网技术的一种延伸,涵盖信息主要包含了射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等传感设备。设备之间按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。其中主要包括了两种概念:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通讯。
1 物联网涉及关键技术
11射频识别技术(RFID)
RFID射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签, *** 作快捷方便。在物联网中重要起“使能”(Enable)作用。
射频识别技术应用非常广泛,目前产品:RFID读写器、RFID标签等已经广泛应用了,典型应用范围:门禁控制、航空包裹识别、文档追踪管理、包裹追踪识别、畜牧业、产品防伪、票证管理、汽车晶片防盗器、停车场管制、生产线自动化等。
12传感器技术
传感器是一种物理装置或生物器官,能够探测、感受外界的信号、物理条件(如光、热、湿度)或化学组成(如烟雾),并将探知的信息传递给其他装置或器官。因此可以说,传感器是人类五官的延长,又称之为电五官。在我们生活中声控灯、自动门、遥控器等都是传感器的典型应用。
传感器的特点包括:微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化,它不仅促进了传统产业的改造和更新换代,而且还可能建立新型工业,从而成为21世纪新的经济增长点。
13M2M
M2M是机器对机器(machine-to-machine)通信的简称。是多种不同类型的通信技术有机的结合在一起实现机器之间通信、机器控制通信、人机交互通信以及移动互联通信等。M2M让机器、设备、应用处理过程与后台信息系统共享信息,并与 *** 作者共享信息;它提供了设备实时的在系统之间、远程设备之间或和个人之间建立无线连接,实现数据传输。
14其他技术
物联网还包含了其他如纳米技术、智能潜入技术以及工业化和信息化的融合技术等等在此就不一一详述了。
2 物联网应用领域
21城市管理
通过物联网可以实现智能交通,物联网技术可以自动检测并报告公路、桥梁的“健康状况”,还可以避免过载的车辆经过桥梁。在交通控制方面,可以通过检测设备,在道路拥堵或特殊情况时,系统自动调配红绿灯,并可以向车主预告拥堵路段、推荐行驶最佳路线。
22公共安全
通过物联网与摄录技术综合起来,我们可以实现人脸自动识别技术、车牌自动识别技术、指纹识别技术等可以有效增加公安机关的办案效率,增强社会安全保障。
23家电行业
将家庭所有家电家具实现物联网连接,可以实现真正的智能化家庭。典型的例子是海尔曾经通过物联网网桥(WSNBridge),实现了用户通过手机、互联网、固话与家中灯光、窗帘、报警器、电视、空调、热水器等电器设备的沟通,将物联概念与用户的生活实际紧密联系起来,使之成为了一种像水、电、气一样的用户居家生活的基础应用服务;海尔的全球首款“物联网冰箱”具有网络可视电话功能、浏览资讯、播放视频等多项生活与娱乐功能,让原本属于生活电器的冰箱成为一个娱乐中心。
24医护行业
医护领域的物联网应用主要在人体的监护和生理参数的测量等方面,利用传感器可以对人体的各种状况进行监控,将数据传送到各种通信终端上。在美国曾经实现了在鞋垫上设置传感器对有特殊病情老人通过物联网进行监控,最终获得有效数据实现最佳治疗效果。
25物流行业
物流行业是使用物联网技术比较早的行业,由RFID等技术和移动手持设备组成物联网后,基于感知的货物数据便可在全球范围内监控货物的流通状态,可以提供全面的货物信息以及物流跟踪信息,能够实时的获得货物以及航运信息,降低物流风险并提高风险的控制能力。
3 物联网技术存在问题
31物联网跟风较多,应用较小
物联网的价值不是一个可传感的网络,而是必须各个行业参与进来进行应用,不同行业,会有不同的应用,也会有各自不同的要求,这些必须根据行业的特点,进行深入的研究和有价值的开发。现阶段的物联网同样现处于跟风这一种现象,很多的企业盲目的炒作物联网,而没有形成具体的应用。物联网的体系基本形成需要一些应用形成示范,更多的传统行业感受到物联网的价值,这样才能有更多企业看清楚物联网的意义。
32物联网标准难以统一
互联网能够快速发展很大原因取决于互联网标准的成功,现阶段的物联网没有形成统一的标准,很难形成产业的规模的应用,对于推动物联网的普及起到很大的阻碍。因此,标准的建立至关重要。
33大规模应用普及需要较长时间
没有标准,整个行业的发展就要受到制约,同样,对于物联网的普及也需要经过很长的时间,而时间的成本,对于快速发展的企业来讲还是有非常大的影响。
34物联网大企业部署较快
从现状来看,提到物联网都是比较高端的人群或者是企业,对于物联网的部署,只有具有一定的实力的企业能做或者承接物联网项目,如中电信、中移动等,对于小企业来讲,物联网的应用还没有具体的涉及到,以至于出现可望可及的现象。
35技术环境不成熟
虽然互联网的发展为物联网迈进了重要的一步,物联网不仅仅需要互联网的支撑,还需要许多如通信、企业应用软硬件的支撑,对于如何实现这些网络的融合,从技术的角度来讲,需要涉及到大量跨行业、跨企业的协条,导致了物联网在技术方面还存在很大方面的缺
36全社会对物联网的内涵尚未取得共识
虽然物联网受到全社会的普遍关注,但目前物联网的概念和技术架构缺乏统一的清晰描述,全社会对物联网的内涵尚未取得共识。物联网从广义上认为是深度信息化,狭义上认为是此深度信息化的承载网络,这其中的“深度还需要业内人士共同探讨,不断发展完善。物联网技术的重点在于识别，识别出连接于网络上的任何智能终端和可以与之互动的物件或设备，允许非电脑的其他设备间的通讯与连接，比如一台冰箱，可以和你的电脑或手机通信，而冰箱内的食品都带有RFID标签，冰箱可以知道你储存的食品的类别，数量，来源，保质期等等，如果东西少了，或者某些事物块过期了，它就能通知到你，通过手机或电脑，如果吃了什么吃出问题了，也可以追溯到食品提供方，等等。
将来物联网可以无处不在，家庭也会朝着越来越智能的方向发展，就目前而未来十几年内它会是网络技术发展的重头戏，但无论如何，技术为人服务，且是不断发展的，尤其是网络技术这一发展迅速的前沿技术上，很难遇见长久之后的发展方向，好比20年前，没人会想到目前网络发展的现状一样物联网已成为当前世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一，发展物联网对于促进经济发展和社会进步具有重要的现实意义。
一、现状及形势
（一）发展现状
目前，我国物联网发展与全球同处于起步阶段，初步具备了一定的技术、产业和应用基础，呈现出良好的发展态势。
产业发展初具基础。无线射频识别（RFID）产业市场规模超过100亿元，其中低频和高频RFID相对成熟。全国有1600多家企事业单位从事传感器的研制、生产和应用，年产量达24亿只，市场规模超过900亿元，其中, 微机电系统（MEMS）传感器市场规模超过150亿元；通信设备制造业具有较强的国际竞争力。建成全球最大、技术先进的公共通信网和互联网。机器到机器（M2M）终端数量接近1000万，形成全球最大的M2M市场之一。据不完全统计，我国2010年物联网市场规模接近2000亿元。
技术研发和标准研制取得突破。我国在芯片、通信协议、网络管理、协同处理、智能计算等领域开展了多年技术攻关，已取得许多成果。在传感器网络接口、标识、安全、传感器网络与通信网融合、物联网体系架构等方面相关技术标准的研究取得进展，成为国际标准化组织（ISO）传感器网络标准工作组（WG7）的主导国之一。2010年，我国主导提出的传感器网络协同信息处理国际标准获正式立项，同年，我国企业研制出全球首颗二维码解码芯片，研发了具有国际先进水平的光纤传感器，TD-LTE技术正在开展规模技术试验。
应用推广初见成效。目前，我国物联网在安防、电力、交通、物流、医疗、环保等领域已经得到应用，且应用模式正日趋成熟。在安防领域，视频监控、周界防入侵等应用已取得良好效果；在电力行业，远程抄表、输变电监测等应用正在逐步拓展；在交通领域，路网监测、车辆管理和调度等应用正在发挥积极作用；在物流领域，物品仓储、运输、监测应用广泛推广；在医疗领域，个人健康监护、远程医疗等应用日趋成熟。除此之外，物联网在环境监测、市政设施监控、楼宇节能、食品药品溯源等方面也开展了广泛的应用。
尽管我国物联网在产业发展、技术研发、标准研制和应用拓展等领域已经取得了一些进展，但应清醒的认识到，我国物联网发展还存在一系列瓶颈和制约因素。主要表现在以下几个方面：核心技术和高端产品与国外差距较大，高端综合集成服务能力不强，缺乏骨干龙头企业，应用水平较低，且规模化应用少，信息安全方面存在隐患等。
（二）面临形势
“十二五”时期是我国物联网由起步发展进入规模发展的阶段，机遇与挑战并存。
国际竞争日趋激烈。美国已将物联网上升为国家创新战略的重点之一；欧盟制定了促进物联网发展的14点行动计划；日本的 U-Japan计划将物联网作为四项重点战略领域之一；韩国的 IT839战略将物联网作为三大基础建设重点之一。发达国家一方面加大力度发展传感器节点核心芯片、嵌入式 *** 作系统、智能计算等核心技术，另一方面加快标准制定和产业化进程，谋求在未来物联网的大规模发展及国际竞争中占据有利位置。
创新驱动日益明显。物联网是我国新一代信息技术自主创新突破的重点方向，蕴含着巨大的创新空间，在芯片、传感器、近距离传输、海量数据处理以及综合集成、应用等领域，创新活动日趋活跃，创新要素不断积聚。物联网在各行各业的应用不断深化，将催生大量的新技术、新产品、新应用、新模式。
应用需求不断拓宽。在“十二五”期间，我国将以加快转变经济发展方式为主线，更加注重经济质量和人民生活水平的提高，亟需采用包括物联网在内的新一代信息技术改造升级传统产业，提升传统产业的发展质量和效益，提高社会管理、公共服务和家居生活智能化水平。巨大的市场需求将为物联网带来难得的发展机遇和广阔的发展空间。
产业环境持续优化。党中央和国务院高度重视物联网发展，明确指出要加快推动物联网技术研发和应用示范；大部分地区将物联网作为发展重点，出台了相应的发展规划和行动计划，许多行业部门将物联网应用作为推动本行业发展的重点工作加以支持。随着国家和地方一系列产业支持政策的出台，社会对物联网的认知程度日益提升，物联网正在逐步成为社会资金投资的热点，发展环境不断优化。2018年中国物联网行业发展现状与2019年前景预测 边缘计算+AI推动行业新一轮增长
LoRa“涅槃”：与NB-IoT各撑“半边天”
纵观2018年，物联网行业最热闹的就是NB-IoT与LoRa技术之争，NB-IoT与LoRa都适用于低速率、低成本、低功耗、广覆盖、大连接的物联网应用场景。
不同的是，NB-IOT有国家政策支持，国内三大运营商都积极部署;而LoRa属于企业私有技术，工作在未授权频段上，存在被清频的风险。
在NB-IoT的建设上，近年来，我国物联网政策频频出台，《关于全面推进移动物联网(NB-IOT)建设发展通知》指出，到2020年，NB-IoT网络实现全国普遍覆盖，基站规模达到150万个，因此，三大运营商各显神通全力部署NB-IOT建设。
据悉，中国电信发力物联网较早，率先率先建成了全球最大的NB-IoT网络，实现城乡全覆盖，NB-IoT基站规模超过40余万个;中国联通紧随其后，在2018年5月实现物联网全国覆盖，完成30万个NB-IoT基站升级工作;中国移动也已实现了348个城市NB-IoT连续覆盖和全面商用，物联网连接数突破5亿。
值得一提的是，在模组采集方面，中国联通与中国移动在去年分别开出300万片与500万片NB-IoT通信模块项目大单，加速布局物联网。
2019年NB-IoT模组将出现大爆发，届时NB-IoT模组价格会进一步下调，随着模组市场的成本压力增大，利润空间越来越小，预计模组行业会重新洗牌，落后产能、落后规模模组厂商会被淘汰，模组厂家会进行一次大洗牌。
而对于LoRa来说，2018年像是坐了一次“过山车”。
2017年年底，工信部无线电管理局发布《微功率短距离无线电发射设备技术要求(征求意见稿)》，一时给耕耘LoRa技术的企业泼了盆“冷水”，引起了市场的极大反响，转年11月，工信部无线电管理局在认真梳理分析反馈意见建议，并与相关单位协调和沟通基础上，参考微功率短距离无线电发射设备国际使用和管理情况，对征求意见稿进行了完善和修改，让LoRa获得了“重生”。
与NB-IoT不同，LoRa凭借其网络结构简单，实现成本较低，可以按需部署的优势获得了大量企业的青睐，阿里、谷歌、腾讯、京东等互联网巨头纷纷加入LoRa联盟则是一个代表。
近年来，互联网企业纷纷将物联网作为未来重要方向进行布局，以阿里巴巴为例，曾公开表示互联网的下半场是将整个物理世界数字化，并且宣布阿里巴巴将正式进军IoT，同年阿里巴巴获得Semtech的LoRa
IP授权，在各地展开了智慧小镇园区等项目的实施，在互联网企业强势推进物联网业务和国内低功耗广域网络快速发展背景下，这一IP授权合作在很大程度上将加速国内LoRa产业链的完善。
总的来看，一年以来，NB-IoT由于政策、运营商招标及补贴等原因在表类、烟感等市场取得了不错的成绩，占据大量市场份额，没有政策支持的LoRa，凭借其网络结构简单，实现成本较低，可以按需部署的优势也从险些出局到获得业内巨头站台，实现了“涅槃重生”，日前艾瑞咨询发布报告中指出,从应用场景需求角度分析，预计到2025年NB-IoT与LoRa在国内的发展将趋于6:4的格局。
专家预测，2019年，随着技术的成熟、NB-IoT与LoRa技术优势的不断凸显，将会有根据技术特点设计的实际应用落地，其中，NB-IoT具备了规模爆发的必要条件，预计2019年将会以移动物联网为突破口，产业加速转型升级，引爆新的经济增长点。
2019年物联网行业将迎来新一轮增长
2018无疑是物联网应用落地的一年，作为这个时代下最伟大的科技产物，物联网正在取代移动互联网成为信息产业的主要驱动，统观市场，近年我国物联网市场持续保持高速增长。据前瞻产业研究院发布的《2019-2024年中国物联网行业应用领域市场需求与投资预测分析报告》统计数据显示，2015年我国物联网链接数量为639亿个，截止至到2017年我国物联网链接数量达到了1535亿个，相比2016年增长了698%。初步预计2018年我国物联网链接数量突破20亿个，在2019年我国物联网链接数量将达3125亿个，同比增长3852%。并预测在2020年我国物联网链接数量将达到40亿个。可以说，2019年将是物联网真正由示范到实际应用转化的起始年，诸多物联网环节领域都将在今年迎来新一轮增长。
2015-2020年我国物联网链接数量统计及增长情况预测
数据来源：前瞻产业研究院整理
物联网的下一赛道：边缘计算+AI
2018年物联网产业所表现的最大特征是市场格局基本形成，核心技术区域成熟，目前最重要的是要解决各种碎片化的物联网应用和相应的智能传感器采集终端产品的技术突破和产业化问题，如何把AI和IoT紧密结合，把边缘计算和物联网融合发展正成为物联网的下一个赛道。
物联网正在从万物互联走向万物智能的阶段，像消费、医疗等众多行业数据都将在边缘进行处理，强大的边缘计算将是物联网发展的必备能力。
据悉，随着5G临近，行业转型以及敏捷连接、智能应用等方面的需求剧增，数据量的增长速度已超过网络带宽的增长速度。预计到2020年，50%数据需要在网络边缘进行处理，以BAT为首的互联网巨头也已纷纷布局AI+边缘计算这一环节。
以百度为例，2018年百度发布智能边缘产品智能边缘BIE、智能家居云平台度家DuHome等产品，用边缘计算+AI的能力在各产业落地，腾讯则是在2018年提出人+物联网+智能网的“三张网”概念，以“一云两端”模式，打通物联网全生态链路，构筑设备、云、应用一体化应用体系。
边缘计算将作为物联网设备与远端云设备的桥梁，将数据处理、存储、应用在靠近实物的边缘上，为物联网设备提供边缘智能服务，满足行业数字化在敏捷连接，实时业务，数据优化，应用智能等方面的关键需求，使得用户可以获得更快的响应，解决设备与云端的数据传输问题，2019年，边缘计算将逐渐渗透于物联网各主要领域，根据各领域物联网技术的不同发展状态，边缘计算呈现不同的渗透率。
数据增长也大幅提升了实时性数据处理需求，因此数据在边缘进行处理将成为刚需，物联网将按照物联、智能到自主三个阶段发展。随着人工智能技术被越来越多地运用到物联网领域，AI在边缘计算领域的重要性也将越来越大。
工业物联网与智慧城市：落地爆发场景
物联网一直被视作互联网的延伸，但与商业模式极度成熟的互联网不同，物联网商业落地难、盈利路径不清晰等问题一直影响物联网的发展，随着移动互联网人口红利消耗殆尽，传统制造业瓶颈等问题日益严重，智慧城市与工业物联网正成为下一个重要的流量入口。
智慧城市正成为全球国家发展的大趋势，智慧小镇作为智慧城市建设理念的延伸和拓展，物联网智慧小镇的投入和建设、管理和运维相比于智慧城市更具优势，而且可以更好的与地方特色文化、产业相融合，更加充分的运用物联网技术，2019年随着物联网智慧小镇投入和建设的不断推进，物联网智慧小镇将实现应用和推广。
传统行业在寒冬之下，必然寻找新的出路，而网联化，一定是给传统行业提供了新的发展契机。企业普遍渴望通过新技术解放生产力，降本增效，加快转型升级，工业物联网云平台无疑成为他们转型发展的主要抓手。
2019年，随着工业物联网平台大规模的使用，平台建设将日渐成熟完善。工业物联网时代客户的个性化需求信息更加透明，以网络为主的工业物联网平台则将分布式、模块化、开放式的微服务架构，与第三方公有云或者私有云进行对接、部署和开发，将数据、软件、平台、服务等资料都聚集在平台做资源整合。
伴随着工业互联网创新发展工程示范带动，工业互联网平台设备管理能力、工业机理模型封装能力、应用服务开发能力以及跨平台服务调用能力将会大大提高，推动工业互联网平台性能优化、兼容适配和规模应用，加速技术产业成熟、打造协同创新生态。
5G时代的到来，成为物联网的催化剂，这势必会影响物联网本身和他相关的产业，而其他行业中最核心的就是芯片产业。
物联网的高速发展
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是"信息化"时代的重要发展阶段。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。
新兴产业如物联网、人工智能、大数据、云计算、智能驾驶、区块链、医疗信息化、政务信息化等等都离不开半导体芯片的支持。因此，伴随着物联网的快速发展，半导体产业被进一步推动。
根据产业链发展的逻辑，在一个大的产业周期起来的过程中，受益的先后顺序应该是从上游到中游再到下游逐渐扩散。而半导体在5G通信网络中充当上游原材料的角色，半导体产业持续高热。
基于此，物联网的多重场景和多重情况就大大的刺激芯片行业的发展，按需定制的芯片服务也成为趋势。
按需定制的芯片服务成为趋势
随着先进的工艺节点趋于极限，设计变得复杂，导致商业化的时间延长，成本效益不再得到保证。但是如果采用定制化芯片的方式，在性能提升和功耗降低的情况下，就可能不会提升任何成本。对于成本更加敏感的物联网市场似乎更需要定制化芯片。
IP需要长期的技术积累，也需搭建完备的生态，需要持续的研发投入，同时也考验企业的商业策略和能力。大多数为人们所熟悉的IP公司都来自于国外，然而在如今国产替代紧迫的形势下，发掘本土优秀企业显得格外重要。
据了解，芯动 科技 (Innosilicon)就是一家中国芯片IP和芯片定制的一站式领军企业，他们拥有14年全球最先进工艺产品交付记录的专家团队，从55纳米到8纳米先进工艺，具有创纪录（> 200次流片）和年10万片FinFet晶圆授权量产的骄人业绩。芯动 科技 以高智能、高性能、高安全、低成本为客户定制芯片，以灵活共赢的商业模式服务于全球客户，长期赋能，加速产品应用落地，为国产芯片定制量产保驾护航。
未来我们将看到更多的芯片在物联网和人工智能等应用上的使用，甚至在某些特定领域，定制化的芯片将会发挥主导作用。
突出重围，助力中国芯
国产半导体正积极打破万亿元的高额逆差，打破国外垄断，战略安全可靠，国产IP及自主芯片生态链迎来新的使命。链、网、云智能应用驱动着AIoT、5G、 汽车 电子、大数据等交互加速落地，特别是5G+AI时代需要高性能计算和存储芯片技术，FinFet高端工艺芯片的需求量也与日俱增，因此国产一站式IP和芯片定制化设计企业也迎来了前所未有的机遇。
以芯动 科技 为例，在IP定制化设计领域提供全球主流代工厂（台积电/三星/格芯/中芯国际/联华电子/英特尔/上海华力/武汉新芯等），从180nm到5nm工艺全套高速混合电路IP核和ASIC定制解决方案，尤其22nm以下FinFET工艺全覆盖。公司14年来本土发展，所有IP和产品自主可控，支持了华为海思、中兴通讯、瑞芯微、君正、AMD、Microsoft、Amazon、Microchip、Cypress、Micron、Synaptics、Google、OnSemi等国内外知名企业数十亿颗芯片量产，连续10年中国市场份额遥遥领先。
芯动团队持续聚焦先进工艺芯片IP和定制技术，以赶超世界先进水平为己任，硕果累累。2018年率先攻克顶级难度的GDDR6高带宽显存技术瓶颈，成功量产高性能计算GPU；2019年推 出4K/8K显示的HDMI21 IP和高速32Gbps SerDes Memory；2020年率先推出国产自主标准的INNOLINK Chiplet和HBM2E技术，并即将首发全定制云计算智能渲染GPU芯片。在高性能计算/高带宽储存/加密计算/AI云计算/低功耗IoT等领域展现出强悍的创新力，一站式赋能国产自主可控高端芯片生态。
在国产化替代的浪潮下，在万物互联互通的5G时代，芯动作为一个有担当的国产芯片赋能企业，将会一如既往地秉承 科技 创芯、生态共赢的理念，以开放的心态助力芯片国产化事业不断发展。
国内外芯片产业发展态势分析研判中国科学院科技战略咨询研究院
芯片专题课题组
芯片是指内含集成电路的硅片，是采用半导体工艺把多种元件以及元件之间的连线制作在半导体晶圆上的具有特定功能的电路，是电子产品的基础构件。芯片广泛应用于从手机到超级计算机，从普通家用电器到大型工程机械和设备上，几乎无处不在。因此芯片扮演着现代工业基石的角色，成为信息科技迈上新台阶的关键命门。芯片制造技术是当今世界最高水平微细加工技术，是全球高科技国力竞争的战略必争制高点。

半导体产业及其上下游
芯片产业链包括设计、制造、封装测试等主要环节，也涉及上游的半导体设备和材料产业，以及下游的应用行业。
全球芯片产业技术发展态势
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经过多年发展，芯片产业成为高度国际化、高度研发导向的产业。芯片产业发展面临着来自技术和产业的双重挑战。
从技术角度而言，缩小晶体管尺寸越来越难并将最终达到极限，先进制程工艺的推进越来越慢。摩尔定律长期被认为是半导体行业的发展蓝图，而近年来摩尔定律被认为或已趋于发展极限，业界提出了“摩尔定律牵引”（More Moore）、“超越摩尔定律”（More than Moore）、“超越互补金属氧化物半导体（CMOS）”（Beyond CMOS）三大发展方向。《国际元件及系统技术路线图》提出不再以继续提升运算速度与效能为重点，而是关注如何让芯片发展更能符合应用需要。路线图预测非硅CMOS 尺寸微细化将止于2024 年的3 纳米工艺节点，提出通过管芯三维堆叠、层间致密互联、异质异构集成、器件低功率化等方案，变相实现微细化，借以延续芯片性能增长。IC Insights 提出集成电路设计和制造将向以下方向发展：缩小特征尺寸、引入新的材料和晶体管结构、采用更大直径硅晶圆、提高制造设备的生产能力、提高工厂自动化程度、电路和芯片的三维集成，先进的集成电路封装和整体系统驱动的设计方法等。
集成电路产业链及相关主要厂商
过去20年间，美国半导体企业的销售额约占全球的一半，韩国、日本、欧洲和我国的台湾地区也有表现优异的企业。
从产业角度而言，芯片产业创新的重心正在转移和扩张，产业高度集中导致竞争减少、市场垄断等风险不断加大。当前，芯片产业应用从传统的计算扩展到移动设备、汽车、云数据中心等领域，企业涉及的技术领域和目标进一步拓展。领先一步，“赢者通吃”，落后一招，“全盘皆输”，是芯片产业生态的“丛林法则”，因此预先布局、掌握领先的核心技术是芯片企业市场制胜的关键砝码。此外，通过并购来扩展市场规模、占有先进技术、布局未来关键领域是芯片企业强化市场竞争力的重要途径。近年来，国内外集成电路企业兼并重组风起云涌，产业并购呈现聚焦战略整合和布局新兴领域的趋势。一方面，龙头企业为实现规模经济和降低成本，持续开展出于战略整合目的的国际并购，呈现出规模大、交易金额高、强强联合的特征。另一方面，随着产业技术进入后摩尔时代，企业加快布局新兴市场，围绕物联网、汽车电子、数据中心、人工智能等领域的并购日趋活跃。上游企业让下游客户入股，以提升研发能力、分担研发风险也是巩固市场竞争力的一种手段。ASML 公司即采用这一模式。英特尔、三星、台积电是ASML 公司的股东，以购买股票以及投资ASML 公司科研的方式，成为ASML 公司高端设备的优先供货对象。
全球芯片技术创新步伐加快。QUESTEL 公司发布的《芯片行业专利分析及专利组合质量评估》报告显示（2016 年检索数据），全球芯片专利申请数量在1995～2013 年实现了6 倍的惊人增长，特别是2010 年以来专利申请节奏显著加速。
我国芯片产业和技术发展分析
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从产业链视角分析，我国集成电路封测业与国际先进水平技术差距最小，接近“并跑”。集成电路设计企业已经涌现若干在细分领域具有相当国际竞争力的企业，但是无论从基础技术平台、市场体量还是到战略产品领域等方面与国际领先企业仍然有不小的差距。集成电路制造业在技术研发上取得系列重大进步的同时，在核心量产工艺上与国际领先制造企业有15 代以上的差距。国内芯片制造设备和关键材料，除了已经取得的若干装备和产品研发及生产线应用的突破以外，与国际先进水平的整体差距是最大的。
▌（一）我国半导体芯片市场需求和供给能力总体评价
我国是世界第一大信息电子生产大国和消费大国，我国的家电、手机、台式机、笔记本电脑、信息通信设备、服务器乃至各类交通工具和医疗设备等产业需要大量芯片产品。根据中国海关统计数据，2017 年中国进口集成电路金额26014 亿美元，同比增长146%。
我国进口最大宗的是“处理器及控制器”类（占全部芯片进口总值接近一半），其次是存储器，再次是逻辑芯片。随着中国产业的升级转型，在工业应用、汽车应用、移动互联网、数字电视、数字娱乐、人工智能和医疗应用等新兴行业，形成集成电路产品多元化的增长态势。
Gartner 公司数据显示，近年来全球接近80%的手机是中国生产的，95%的电脑在中国组装生产（近两年部分开始向越南等国转移），但是需要注意中国的芯片进口额其中大部分是以苹果、三星和惠普等为代表的跨国IT 公司在华装配企业的进口额。可以说中国对芯片的巨额消费很大部分是由跨国公司在中国组装电子设备和产品造成的。
2017 年中国出口集成电路20435 亿块，同比增长131%，出口金额6688亿美元，同比增长98%。这里面也有大量跨国公司在华企业的贡献。
我国国内芯片供给能力较强的为移动处理和基带芯片、逻辑芯片和分立器件等，在移动智能终端和网络通信领域应用较广，已经形成有效供应。但在国内市场和全球市场需求量很大的存储器、中央处理器（CPU）、图形处理器（GPU）、微处理器单元（MPU）、传感器、模拟射频芯片和现场可编程逻辑门阵列（FPGA）等芯片产品方面，尚处于攻关、试产、小批量开发阶段，基本没有形成规模供应能力，整体上看所需的关键集成电路产品大量依赖美国等进口，难以对经济发展和信息安全等形成全面有力支撑。
▌（二）我国芯片产业技术现状分析
2008 年以来，在重大科技专项（01）—核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品（核高基）和重大科技专项（02）—极大规模集成电路制造装备与成套工艺的支持下，在芯片、软件和电子器件领域，以及集成电路制程和成套工艺上取得了较大突破。2014 年6 月，国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》，设立集成电路产业基金，以大力度部署带动产业链协同持续发展，加快追赶和超越的步伐，努力实现集成电路产业跨越式发展。
1 集成电路设计业
中国集成电路设计业增速为261%，销售额为20735 亿元。根据工业和信息化部的数据，境内设计业规模从2014 年的1047 亿元增长到2017 年的1980 亿元，位居全球第二。代表性企业为进入全球前10 名的华为海思和紫光展锐。例如华为海思半导体、紫光展锐等开发的移动处理芯片全球市场占有率超过20%。而兆芯和龙芯等公司在CPU、GPU、芯片组（Chipset）等核心技术方面取得了突破。同时国内在金融集成电路卡芯片、北斗导航芯片上取得了突破。但是国内芯片设计企业对第三方IP 核的依赖程度非常高；对设计方法学的重视程度不够，需要设计企业提供更完善的方案方可完成制造流程。我国在需求量很大的数字信号处理（DSP）芯片、FPGA、模拟芯片等方面尚未形成强有力的设计能力。
2 集成电路制造业
根据中国半导体行业协会提供的数据，我国集成电路制造业2017 年同比增长285%，销售额达到14481 亿元，领军企业为中芯国际、华力、华虹等，整体上12 英寸生产线的产能只有15 万片左右（2016 年），亟待加强；国内代工制造企业完整的设计服务和支持体系仍然有待加强，大多数企业尚未建成有竞争力的设计服务和支持体系，独立工艺研发能力有待加强。
中国芯片制造业现有先进工艺产能与市场需求方面存在的差距仍然较大。例如，中芯国际2016 年的营收为2921 亿美元，位列全球代工企业第4名，并宣布实现28 纳米成套工艺量产，在02 专项的支持下，22 纳米和14纳米先导技术研发取得突破，当前在国家集成电路大基金的全力支持下，正在推进14 纳米工艺研究和量产开发。国际上领先的代工制造企业为中国台湾的台积电、美国的格罗方德、韩国的三星和中国台湾的台联电。全球领先的台积电目前的主流工艺正在试图从10 纳米向7 纳米转换，采用极紫外光刻（EUV）前沿技术，同时在南京部署16 纳米生产线。
3 集成电路封测业
根据中国半导体行业协会数据，集成电路封测业继续保持快速增长，增速为208%，2017 年达到18897 亿元。目前国内集成电路封装已经形成了四大领军企业，即长电科技、通富微电、华天科技和晶方科技；其中长电科技名列全球第三，位列全球第一是中国台湾的日月光。在02 专项支持下，中国大陆封装企业围绕三维高密度集成技术研发，接近国际先进水平。中国大陆和中国台湾企业在技术上已经不存在代差。
4 芯片制造设备和关键材料
在国家02 专项的支持下，研制成功靶材、抛光液等多种关键材料产品，性能达到国际先进水平。国产刻蚀机、离子注入机等多种关键设备研制成功并通过了大生产线考核，实现了海内外批量销售，总体技术水平达到28 纳米，部分14 纳米设备开始进入客户生产线验证。
国内代表性企业为中微（刻蚀机）和北方华创（等离子刻蚀、气相沉积设备和清洗设备）等。值得注意的是，我国优势企业主要集中在后道工艺设备部分。在前端工艺方面，如核心光刻工艺方面，国内目前推出了90 纳米光刻机装备，这与国际顶尖装备企业[如得到国际集成电路制造巨头全力支持的荷兰ASML 公司（正在研发推出10 纳米及以下节点工艺装备）]的差距较大，而国内企业在提供尖端生产工艺、高效服务和先进软件产品方面的差距较大。
光刻胶是半导体工艺中最核心的材料，直接决定芯片制程。现阶段，日、美企业垄断国内半导体光刻胶市场，我国光刻胶产业和国外先进产品相差三四代，极易被国外企业“卡脖子”。但国内企业在资金和技术上奋起直追，如苏州瑞红、北京科华等，它们有望持续引领半导体光刻胶国产化进程，逐渐降低我国对半导体光刻胶的进口依赖程度。
▌（三）我国芯片产业和技术发展趋势
我国集成电路领域近几年取得了长足发展。国产手机芯片大量进入市场，芯片制造和封装技术快速进步，芯片制造装备和材料实现了从无到有的突破。紫光展锐、华为等企业研发的芯片的设计能力快速提升。“龙芯”CPU已形成3 个产品系列，部分国产芯片开始大力推广。
2017 年，美国总统科技顾问委员会发布的报告评估了中国半导体产业的发展优势和短板，包括：中国在先进逻辑芯片制造技术方面明显落后于世界先进水平，虽然制造企业数量很多，但比当前先进的量产工艺至少落后15代，缺少可商业量产的本土存储器企业，缺少半导体设备厂商等。中国半导体产业中表现最突出的是设计企业，并且发展势头良好，但与国外先进企业之间还存在技术差距，而且大部分设计企业主要瞄准低端和中端市场。此外，中国企业在国际上的收并购活动日益活跃。
我国未来集成电路发展趋势应按照“摩尔定律牵引”和“超越摩尔定律”抓住技术变革的有利时机，以“摩尔定律牵引”战略，持续推动国际先进12 寸前沿工艺研发，下决心突破处理器、存储器等全球产业技术制高点，迅速形成国际前沿水平的规模生产能力，争夺全球主流应用市场。同时要按照“超越摩尔定律”战略，基于我国巨大的市场潜力和战略需求，大力发展模拟及数模混合电路、微机电系统（MEMS）、高压电路、射频电路等特色8 寸专用工艺生产线。以制造工艺能力的提升带动国内芯片设计水平提升，以国际高水平生产线建设战略性带动我国关键装备和材料配套突破发展。
文章来源：企鹅号 - 科学出版社
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目前我国人工智能、汽车电子、物联网、5G等现代科技行业的发展都离不开集成电路的支持，换言之，集成电路是目前我国科技发展的核心零部件，因此我国政府高度重视集成电路的发展，出台了多项政策支持集成电路行业。尤其是在经济发达的长三角和泛珠三角区域，上海、广东等城市拥有强大的经济和人才优势，在“十四五”期间形成了集成电路集群化发展的趋势。
1、集成电路渗透到我国各个行业
集成电路是我国科技发展的重要组成部分，也是我国各行各业实现智能化、数字化的基础。目前我国集成电路渗透到我国各个行业，例如工业机器人、5G网络建设、汽车电子以及计算机等重要科技领域，可以说集成电路是我国科技发展的基石，集成电路技术发展到位，我国才能够在科技领域不受制于人。
2、我国集成电路行业依赖进口较为严重
目前集成电路已渗透到我国各个行业，对于我国科技、工业等领域发展显得尤为重要，但因集成电路行业具有较高的技术壁垒，我国目前尚未完全突破技术壁垒，因此在7nm等精度较高的集成电路领域，我国仍需要进口。换言之，在关键技术领域，我国集成电路依赖进口较为严重。
2017-2020年，我集成电路进出口数量均呈现上升趋势，且进出口逆差也在不断扩大。根据海关总署数据显示，2020年中国共进口集成电路5431亿个，较2019年增加985亿个;出口集成电路2596亿个，较2019年增加411个，贸易逆差为2835亿个。2021年1-2月，我国累计进口集成电路963亿个;出口集成电路468亿个，贸易逆差为495亿个。
3、多项规划指明集成电路发展方向
在《中国制造2025》中针对集成电路产业的市场规模、产能规模等提出了具体的量化目标，同时在全国两会发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中也提到在事关国家安全和发展全局的基础核心领域，制定实施战略性科学计划和科学工程。瞄准人工智能、量子信息、集成电路等前沿领域，实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。
从国家急迫需要和长远需求出发，集中优势资源攻关关键元器件零部件和基础材料等领域关键核心技术。支持北京、上海、粤港澳大湾区形成国际科技创新中心，建设北京怀柔、上海张江、大湾区、安徽合肥综合性国家科学中心，支持有条件的地方建设区域科技创新中心。
3、政策规划下我国集成电路市场规模不断提升
在我国政策的促进下，我国集成电路行业主要代表企业不断突破技术壁垒，促进我国集成电路行业的发展，其中，中芯国际已能够生产n+1 nm的集成电路，虽不能完全替代7nm的芯片，但也能在短时间内解决我国机场电路短缺的问题。
根据中国半导体行业协会数据显示，2015-2020年我国集成电路市场规模呈逐年增加趋势。2020年我国集成电路市场规模为8848亿元，较2019年增加1700%。
4、“十四五”期间各省份出台规划促进集成电路发展
目前长三角地区的安徽省、江苏省、上海市，泛珠三角地区的江西省、福建省、广东省、四川省均对“十四五”期间，集成电路的发展做出了明确的目标规划，形成了较为明确的集群化发展，除此之外，湖北省、重庆市以及山西省也针对“十四五”期间集成电路的发展做出了明确的目标规划。
综合来看，集成电路行业的发展对于我国工业智能化、5G网络、汽车电子、计算机等关键领域的发展起着至关重要的作用，但目前由于我国尚未完全突破集成电路的技术壁垒，到至我国对集成电路的进口依赖较为明显，未来在《中国智造2025》以及《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》的支持下，我国集成电路的发展会越来越好。
除国家层面外，我国经济较为发达的省份也在不停的摸索集成电路的发展，目前在长三角和泛珠三角地区已形成了集成电路发展的集群效应。
—— 更多数据请参考前瞻产业研究院《中国集成电路行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》
台积电开启晶圆代工时代，成为集成电路中最为重要的一个环节。 1987 年，台积电的成立开启了 晶圆代工时代，尤其在得到了英特尔的认证以后，晶圆代工被更多的半导体厂商所接受。晶圆代工 打破了 IDM 单一模式，成就了晶圆代工+IC 设计模式。目前，半导体行业垂直分工成为了主流， 新进入者大多数拥抱 fabless 模式，部分 IDM 厂商也在逐渐走向 fabless 或者 fablite 模式。
全球晶圆代工市场一直呈现快速增长，未来有望持续 。晶圆代工+IC 设计成为行业趋势以后，受益 互联网、移动互联网时代产品的强劲需求，整个行业一直保持快速增长，以台积电为例，其营业收 入从 1991 年的 17 亿美元增长到 2019 年的 346 亿美元，1991-2019 年，CAGR 为 21%。2019 年全球晶圆代工市场达到了 627 亿美元，占全球半导体市场约 15%。未来进入物联网时代，在 5G、 人工智能、大数据强劲需求下，晶圆代工行业有望保持持续快速增长。
晶圆代工行业现状：行业呈现寡头集中。 晶圆代工是制造业的颠覆，呈现资金壁垒高、技术难度大、 技术迭代快等特点，也因此导致了行业呈现寡头集中，其中台积电是晶圆代工行业绝对的领导者， 营收占比超过 50%，CR5 约为 90%。
晶圆代工行业资金壁垒高。 晶圆代工厂的资本性支出巨大，并且随着制程的提升，代工厂的资本支 出中枢不断提升。台积电资本支出从 11 年的 443 亿元增长到 19 年的 1094 亿元，CAGR 为 12%。 中芯国际资本性支出从 11 年的 30 亿元增长到了 19 年的 131 亿元，CAGR 为 20%，并且随着 14 nm 及 N+1 制程的推进，公司将显著增加 2020 年资本性支出，计划为 455 亿元。巨额投资将众多 追赶者挡在门外，新进入者难度极大。
随着制程提升，晶圆代工难度显著提升。 随着代工制程的提升，晶体管工艺、光刻、沉积、刻蚀、 检测、封装等技术需要全面创新，以此来支撑芯片性能天花板获得突破。
晶体管工艺持续创新。 传统的晶体管工艺为 bulk Si，也称为体硅平面结构（Planar FET）。 随着 MOS 管的尺寸不断的变小，即沟道的不断变小，会出现各种问题，如栅极漏电、泄漏功 率大等诸多问题，原先的结构开始力不从心，因此改进型的 SOI MOS 出现，与传统 MOS 结 构主要区别在于：SOI 器件具有掩埋氧化层，通常为 SiO2，其将基体与衬底隔离。由于氧化 层的存在，消除了远离栅极的泄漏路径，这可以降低功耗。随着制程持续提升，常规的二氧 化硅氧化层厚度变得极薄，例如在 65nm 工艺的晶体管中的二氧化硅层已经缩小仅有 5 个氧 原子的厚度了。二氧化硅层很难再进一步缩小了，否则产生的漏电流会让晶体管无法正常工 作。因此在 28nm 工艺中，高介电常数（K）的介电材料被引入代替了二氧化硅氧化层（又称 HKMG 技术）。随着设备尺寸的缩小，在较低的技术节点，例如 22nm 的，短沟道效应开始 变得更明显，降低了器件的性能。为了克服这个问题，FinFET 就此横空出世。FinFET 结构 结构提供了改进的电气控制的通道传导，能降低漏电流并克服一些短沟道效应。目前先进制 程都是采用 FinFET 结构。
制程提升，需要更精细的芯片，光刻机性能持续提升。 负责“雕刻”电路图案的核心制造设备是光刻机，它是芯片制造阶段最核心的设备之一，光刻机的精度决定了制程的精度。第四 代深紫外光刻机分为步进扫描投影光刻机和浸没式步进扫描投影光刻机，其中前者能实现最 小 130-65nm 工艺节点芯片的生产，后者能实现最小 45-22nm 工艺节点芯片的生产。通过多 次曝光刻蚀，浸没式步进扫描投影光刻机能实现 22/16/14/10nm 芯片制作。到了 7/5nm 工艺， DUV 光刻机已经较难实现生产，需要更为先进的 EUV 光刻机。EUV 生产难度极大，零部件 高达 10 万多个，全球仅 ASML 一家具备生产能力。目前 EUV 光刻机产量有限而且价格昂 贵，2019 年全年，ASML EUV 销量仅为 26 台，单台 EUV 售价高达 12 亿美元。
晶圆代工技术迭代快，利于头部代工厂。 芯片制程进入 90nm 节点以后，技术迭代变快，新的制程 几乎每两到三年就会出现。先进制程不但需要持续的研发投入，也需要持续的巨额资本性支出，而 且新投入的设备折旧很快，以台积电为例，新设备折旧年限为 5 年，5 年以后设备折旧完成，生产 成本会大幅度下降，头部厂商完成折旧以后会迅速降低代工价格，后进入者难以盈利。
21摩尔定律延续，技术难度与资本投入显著提升
追寻摩尔定律能让消费者享受更便宜的 算 力，晶圆代工是推动摩尔定律最重要的环节。 1965 年， 英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔提出，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，这也是全球电子产品整体性能不断进化的核 心驱动力，以上定律就是著名的摩尔定律。换而言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔 18- 24 个月翻一倍以上。推动摩尔定律的核心内容是发展更先进的制程，而晶圆代工是其中最重要的 环节。
摩尔定律仍在延续。 市场上一直有关于摩尔定律失效的顾虑，但是随着 45nm、28nm、10nm 持续 的推出，摩尔定律仍然保持着延续。台积电在 2018 年推出 7nm 先进工艺，2020 年开始量产 5nm， 并持续推进 3nm 的研究，预计 2022 年量产 3nm 工艺。IMEC 更是规划到了 1nm 的节点。此外， 美国国防高级研究计划局进一步提出了先进封装、存算一体、软件定义硬件处理器三个未来发展研 究与发展方向，以此来超越摩尔定律。在现在的时间点上来看，摩尔定律仍然在维持，但进一步提 升推动摩尔定律难度会显著提升。
先进制程资本性投入进一步飙升 。根据 IBS 的统计，先进制程资本性支出会显著提升。以 5nm 节 点为例，其投资成本高达数百亿美金，是 14nm 的两倍，是 28nm 的四倍。为了建设 5nm 产线， 2020 年，台积电计划全年资本性将达到 150-160 亿美元。先进制程不仅需要巨额的建设成本，而 且也提高了设计企业的门槛，根据 IBS 的预测，3nm 设计成本将会高达 5-15 亿美元。
3nm 及以下制程需要采用全新的晶体管工艺。 FinFET 已经历 16nm/14nm 和 10nm/7nm 两个工艺 世代，随着深宽比不断拉高，FinFET 逼近物理极限，为了制造出密度更高的芯片，环绕式栅极晶 体管（GAAFET，Gate-All-Ground FET）成为新的技术选择。不同于 FinFET，GAAFET 的沟道被 栅极四面包围，沟道电流比三面包裹的 FinFET 更加顺畅，能进一步改善对电流的控制，从而优化 栅极长度的微缩。三星、台积电、英特尔均引入 GAA 技术的研究，其中三星已经先一步将 GAA 用 于 3nm 芯片。如果制程到了 2nm 甚至 1nm 时，GAA 结构也许也会失效，需要更为先进的 2 维 、 甚至 3 维立体结构，目前微电子研究中心（Imec）正在开发面向 2nm 的 forksheet FET 结构。
3nm 及以下制程，光刻机也需要升级。 面向 3nm 及更先进的工艺，芯片制造商或将需要一种称为 高数值孔径 EUV（high-NA EUV）的光刻新技术。根据 ASML 年报，公司正在研发的下一代极紫 外光刻机将采用 high-NA 技术，有更高的数值孔径、分辨率和覆盖能力，较当前的 EUV 光刻机将 提高 70%。ASML 预测高数值孔径 EUV 将在 2022 年以后量产。
除上面提到巨额资本与技术难题以外，先进制程对沉积与刻蚀、检测、封装等环节也均有更高的要 求。正是因为面临巨大的资本和技术挑战，目前全球仅有台积电、三星、intel 在进一步追求摩尔定 律，中芯国际在持续追赶，而像联电、格罗方德等晶圆代工厂商已经放弃了 10nm 及以下制程工艺 的研发，全面转向特色工艺的研究与开发。先进制程的进一步推荐节奏将会放缓，为中芯国际追赶 创造了机会。
22先进制程占比持续提升，成熟工艺市场不断增长
高性能芯片需求旺盛，先进制程占比有望持续提升。 移动终端产品、高性能计算、 汽车 电子和通信 及物联网应用对算力的要求不断提升，要求更为先进的芯片，同时随着数据处理量的增加，存储芯 片的制程也在不断升级，先进制程的芯片占比有望持续提升。根据 ASML2018 年底的预测，到 2025 年，12 寸晶圆的先进制程占比有望达到 2/3。2019 年中，台积电 16nm 以上和以下制程分别占比 50%，根据公司预计，到 2020 年，16nm 及以下制程有望达到 55%。
CPU、逻辑 IC、存储器等一般采用先进制程（12 英寸），而功率分立器件、MEMS、模拟、CIS、 射频、电源芯片等产品（从 6μm 到 40nm 不等）则更多的采用成熟工艺（8 寸片）。 汽车 、移动 终端及可穿戴设备中超过 70%的芯片是在不大于 8 英寸的晶圆上制作完成。相比 12 寸晶圆产线，8 寸晶圆制造厂具备达到成本效益生产量要求较低的优势，因此 8 寸晶圆和 12 寸晶圆能够实现优 势互补、长期共存。
受益于物联网、 汽车 电子的快速发展，MCU、电源管理 IC、MOSFET、ToF、传感器 IC、射频芯 片等需求持续快速增长。 社会 已经从移动互联网时代进入了物联网时代，移动互联网时代联网设备 主要是以手机为主，联网设备数量级在 40 亿左右，物联网时代，设备联网数量将会成倍增加，高 通预计到 2020 年联网 设备数量有望达到 250 亿以上。飙升的物联网设备需要需要大量的成熟工艺 制程的芯片。以电源管理芯片为例，根据台积电年报数据，公司高压及电源管理晶片出货量从 2014 年的 1800 万片（8 寸）增长到 2019 年的 2900 万片，CAGR 为 10%。根据 IHS 的预测，成熟晶 圆代工市场规模有望从 2020 年的 372 亿美元增长到 2025 年的 415 亿美元。
特色工艺前景依旧广阔，主要代工厂积极布局特色工艺。 巨大的物联网市场前景，吸引了众多 IC 设计公司开发新产品。晶圆代工企业也瞄准了物联网的巨大商机，频频推出新技术，配合设计公司 更快、更好地推出新一代芯片，助力物联网产业高速发展。台积电和三星不仅在先进工艺方面领先布局，在特色工艺方面也深入布局，例如台积电在图像传感器领域、三星在存储芯片领域都深入布 局。联电、格罗方德、中芯国际、华虹半导体等代工厂也全面布局各自的特色工艺，在射频、 汽车 电子、IOT 等领域，形成了各自的特色。
5G 时代终端应用数据量爆炸式提升增加了对半导体芯片的需求，晶圆代工赛道持续繁荣。 随着对 于 5G 通信网络的建设不断推进，不仅带动数据量的爆炸式提升，要求芯片对数据的采集、处理、 存 储 效率更高，而且也催生了诸多 4G 时代难以实现的终端应用，如物联网、车联网等，增加了终 端对芯片的需求范围。对于芯片需求的增长将使得下游的晶圆代工赛道收益，未来市场前景极其广 阔。根据 IHS 预测，晶圆代工市场规模有望从 2020 年的 584 亿美元，增长到 2025 年的 857 亿美 元，CAGR 为 8%。
315G 推动手机芯片需求量上涨
5G 手机渗透率快速提升。手机已经进入存量时代，主要以换机为主。2019 年全球智能手机出货量 为 137 亿部，2020 年受疫情影响，IDC 等预测手机总体出货量为 125 亿台，后续随着疫情的恢 复以及 5G 产业链的成熟，5G 手机有望快速渗透并带动整个手机出货。根据 IDC 等机构预测，5G 手机出货量有望从 2020 年的 183 增长到 2024 年的 1163 亿台，CAGR 为 59%。
5G 手机 SOC、存储和图像传感器全面升级，晶圆代工行业充分受益。 消费者对手机的要求越来越 高，需要更清晰的拍照功能、更好的 游戏 体验、多任务处理等等，因此手机 SOC 性能、存储性能、 图像传感器性能全面提升。目前旗舰机的芯片都已经达到了 7nm 制程，随着台积电下半年 5 nm 产 能的释放，手机 SOC 有望进入 5nm 时代。照片精度的提高，王者荣耀、吃鸡等大型手游和 VLOG 视频等内容的盛行，对手机闪存容量和速度也提出了更高的要求，LPDDR5 在 2020 年初已经正式 亮相小米 10 系列和三星 S20 系列，相较于上一代的 LPDDR4，新的 LPDDR5 标准将其 I/O 速 度从 3200MT/s 提升到 6400MT/s，理论上每秒可以传输 512GB 的数据。相机创新是消费者更 换新机的主要动力之一，近些年来相机创新一直在快速迭代，一方面，多摄弥补了单一相机功能不 足的缺点，另一方面，主摄像素提升带给消费者更多的高清瞬间，这两个方向的创新对晶圆及代工 的需求都显著提升。5G 时代，手机芯片晶圆代工市场将会迎来量价齐升。
5G 手机信号频段增加，射频前端芯片市场有望持续快速增长。射频前端担任信号的收发工作，包 括低噪放大器、功率放大器、滤波器、双工器、开关等。相较于 4G 频段，5G 的频段增加了中高 频的 Sub-6 频段，以及未来的更高频的毫米波频段。根据 yole 预测，射频前端市场有望从 2018 年 的 149 亿美元，增长到 2023 年的 313 亿美元，CAGR 为 16%。
32云计算前景广阔，服务器有望迎来快速增长
2020 年是国内 5G 大规模落地元年，有望带来更多数据流量需求 。据中国信通院在 2019 年 12 月 份发布的报告，2020 年中国 5G 用户将从去年的 446 万增长到 1 亿人，到 2024 年我国 5G 用户 渗透率将达到 45%，人数将超过 77 亿人，全球将达到 12 亿人，5G 用户数的高增长带来流量的 更高增长。
5G 时代来临，云计算产业前景广阔。 进入 5G 时代，IoT 设备数量将快速增加，同时应用的在线 使用需求和访问流量将快速爆发，这将进一步推动云计算产业规模的增长。根据前瞻产业研究院的 报告，2018 年中国云计算产业规模达到了 963 亿元，到 2024 年有望增长到 4445 亿元，CAGR 为 29%，产业前景广阔。
边缘计算是云计算的重要补充，迎来新一轮发展高潮。 根据赛迪顾问的数据，2018 年全球边缘计 算市场规模达到 514 亿美元，同比增长率 577%，预计未来年均复合增长率将超过 50%。而中国 边缘计算市场规模在 2018 年达到了 774 亿元，并且 2018-2021 将保持 61%的年复合增长率，到 2021 年达到 3253 亿元。
服务器大成长周期确定性强。 服务器短期拐点已现，受益在线办公和在线教育需求旺盛，2020 年 服务器需求有望维持快速增长。长期来看，受益于 5G、云计算、边缘计算强劲需求，服务器销量 有望保持持续高增长。根据 IDC 预测，2024 年全球服务器销量有望达到 1938 万台，19-24 年， CAGR 为 13%。
服务器半导体需求持续有望迎来快速增长，晶圆代工充分受益。 随着服务器数量和性能的提升，服 务器逻辑芯片、存储芯片对晶圆的需求有望快速增长，根据 Sumco 的预测，服务器对 12 寸晶圆 需求有望从 2019 年的 80 万片/月，增长到 2024 年的 158 万片/月，19-24 年 CAGR 为 8%。晶圆 代工市场有望充分受益服务器芯片量价齐升。
33三大趋势推动 汽车 半导体价值量提升
传统内燃机主要价值量主要集中在其动力系统。 而随着人们对于 汽车 出行便捷性、信息化的要求逐 渐提高， 汽车 逐步走向电动化、智能化、网联化，这将促使微处理器、存储器、功率器件、传感器、 车载摄像头、雷达等更为广泛的用于 汽车 发动机控制、底盘控制、电池控制、车身控制、导航及车 载 娱乐 系统中， 汽车 半导体产品的用量显著增加。
车用半导体有望迎来加速增长。 根据 IHS 的报告，车用半导体销售额 2019 年为 410 亿美元，13- 19 年 CAGR 为 8%。随着 汽车 加速电动化、智能化、网联化，车用芯片市场规模有望迎来加速， 根据 Gartner 的数据，全球 汽车 半导体市场 2019 年销售规模达 41013 亿美元，预计 2022 年有望 达到 651 亿美元，占全球半导体市场规模的比例有望达到 12%，并成为半导体下游应用领域中增 速最快的部分。
自动驾驶芯片要求高，有望进一步拉动先进制程需求。 自动驾驶是通过雷达、摄像头等将采集车辆 周边的信息，然后通过自动驾驶芯片处理数据并给出反馈，以此降低交通事故的发生率、提高城市 中的运载效率并降低驾驶员的驾驶强度。自动驾驶要求多传感器之间能够及时、高效地传递信息， 并同时完成路线规划和决策，因此需要完成大量的数据运算和处理工作。随着自动驾驶级别的上升， 对于芯片算力的要求也越高，产生的半导体需求和价值量也随之水涨船高。英伟达自动驾驶芯片随 着自动驾驶级别的提升，芯片制程也显著提升，最早 Drive PX 采用的是 20nm 工艺，而最新 2019 年发布的 Drive AGX Orin 将会采用三星 8nm 工艺。根据英飞凌的预测，自动驾驶给 汽车 所需要的 半导体价值带来相当可观的增量，一辆车如果实现 Level2 自动驾驶，半导体价值增量就将达到 160 美元，若自动驾驶级别达到 level4&5，增量将会达到 970 美元。
34IoT 快速增长，芯片类型多
随着行业标准完善、技术不断进步、政策的扶持，全球物联网市场有望迎来爆发性增长。GSMA 预 测，中国 IOT 设备联网数将会从 2019 年的 36 亿台， 增到 到 2025 年的 80 亿台，19-25 年 CAGR 为 173%。根据全球第二大市场研究机构 MarketsandMarkets 的报告，2018 年全球 IoT 市场规模 为 795 亿美元，预计到 2023 年将增长到 2196 亿美元，18-23 年 CAGR 为 225%。
物联网的发展需要大量芯片支撑，半导体市场规模有望迎来进一步增长 。物联网感知层的核心部件 是传感器系统，产品需要从现实世界中采集图像、温度、声音等多种信息，以实现对于所处场景的 智能分析。感知需要向设备中植入大量的 MEMS 芯片，例如麦克风、陀螺仪、加速度计等；设备 互通互联需要大量的通信芯片，包括蓝牙、WIFI、蜂窝网等；物联网时代终端数量和数据传输通道 数量大幅增加，安全性成为最重要的需求之一，为了避免产品受到恶意攻击，需要各种类型的安全 芯片作支持；同时，身份识别能够保障信息不被盗用，催生了对于虹膜识别和指纹识别芯片的需求； 作为物联网终端的总控制点，MCU 芯片更是至关重要，根据 IC Insights 的预测，2018 年 MCU 市 场规模增长 11%，预计未来四年内 CAGR 达 72%，到 2022 年将超过 240 亿美元。
41 国内 IC 设计企业快速增长，代工需求进一步放量
国内集成电路需求旺盛，有望持续维持快速增长。 国内集成电路市场需求旺盛，从 2013 年的 820 亿美元快速增长到 2018 年的 1550 亿美元，CAGR 为 136%，IC insight 预测，到 2023 年，中国 集成电路市场需求有望达到 2290 亿美元，CAGR 为 8%。但是同时，国内集成电路自给率也严重 不足，2018 年仅为 15%，IC insight 在 2019 年预测，到 2023 年，国内集成电路自给率为 20%。
需求驱动，国内 IC 设计快速成长。 在市场巨大的需求驱动下，国内 IC 设计企业数量快速增加，尤 其近几年，在国内政策的鼓励下，以及中美贸易摩擦大的背景下，IC 设计企业数量加速增加，2019 年底，国内 IC 设计企业数量已经达到了 1780 家，2010-2019 年，CAGR 为 13%。根据中芯国际 的数据，国内 IC 设计公司营收 2020 年有望达到 480 亿美元，2011-2020 年 CAGR 为 24%，远 高于同期国际 4%的复合增长率。
国内已逐步形成头部 IC 设计企业。 根据中国半导体行业协会的统计，2019 年营收前十的入围门槛 从 30 亿元大幅上升到 48 亿元，这十大企业的增速也同样十分惊人，达到 47%。国内 IC 企业逐步 做大做强，部分领域已经形成了一些头部企业：手机 SoC 芯片领域有华为海思、中兴微电子深度 布局；图像传感领域韦尔豪威大放异彩；汇顶 科技 于 2019 年引爆了光学屏下指纹市场；卓胜微、 澜起 科技 分别在射频开关和内存接口领域取得全球领先。IC 设计企业快速成长有望保持对晶圆代 工的强劲需求。
晶圆代工自给率不足。 中国是全球最大的半导体需求市场，根据中芯国际的预测，2020 年中国对 半导体产品的需求为 2130 亿美元，占全球总市场份额为 49%，但是与之相比的是晶圆代工市场份 额严重不足，根据拓墣研究的数据，2020Q2，中芯国际和华虹半导体份额加起来才 6%，晶圆代 工自给率严重不足，尤其考虑到中国 IC 设计企业数量快速增长，未来的需求有望持续增长，而且， 美国对华为等企业的禁令，更是让我们意识到了提升本土晶圆代工技术和产能的重要性。
42政策与融资支持，中国晶圆代工企业迎来良机（略）
晶圆代工需求不断增长，但国内自给严重不足，受益需求与国内政策双重驱动，国内晶圆代工迎来 良机。建议关注：国内晶圆代工龙头，突破先进制程瓶颈的中芯国际-U、特色化晶 圆代工与功率半导体 IDM 双翼发展的华润微华润微、坚持特色工艺，盈利能力强的华虹半导体华虹半导体。
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（报告观点属于原作者，仅供参考。作者：东方证券，蒯剑、马天翼）
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