世界半导体市场统计（WSTS）数据和半导体制造商的业绩显示，有迹象表明大衰退正在走向复苏。然而，全面复苏可能会在2024年发生。
经济衰退复苏后，推动全球半导体产业发展的将是chatGPT等用于生成式AI(人工智能)的AI半导体。因此，我们预测领先的半导体将从苹果iPhone处理器转向NVIDIA的GPU等AI半导体。
全球半导体市场呈现复苏迹象
2020年，新冠肺炎疫情爆发，远程办公、在线学习、在线购物在全球范围内爆发式流行。然后到了2021年，半导体短缺，导致汽车和各种电子设备无法生产。
这引发了全球前所未有的半导体热潮。此外出于对中美半导体摩擦以及台湾突发事件的担忧，世界各国和地区开始竞相加强半导体制造能力。结果，从2022年开始，半导体将出现供过于求，价格暴跌，我们将进入严重衰退。
正当我想知道历史上最严重的半导体衰退何时结束时，复苏的迹象终于开始出现。
图1按类型显示了截至2023年6月的半导体出货量 (三个月移动平均值)。这里，Mos Micro包括Intel等公司生产的处理器(MPU)和瑞萨电子等公司生产的微型计算机(MCU)。Mos Memory大部分是DRAM和NAND闪存逻辑包括智能手机处理器和 NVIDIA GPU。另外，之所以将图表绘制为3个月移动平均线是为了平滑每月出货量的波动。
再看图1，我们可以看到Mos Micro、Mos Memory和Logic在2023年4月至5月触底并正在走向复苏。此外，模拟器件出货量的下降速度似乎已经放缓。
三个月移动平均同比增长率
接下来，图2显示了按类型划分的半导体出货量同比增长率(3个月移动平均值)。其中可以看出Mos Memory的跌宕起伏尤为严重。而2023年4月的同比下滑56.3%将比2019年的内存衰退 (-39.2%) 、2008年雷曼冲击之后 (-41.5%) 和1995年Windows 95发布之后 (-54.2%)更糟糕。这是历史上第二高的跌幅，仅次于2001年IT泡沫破灭后的66.6% 的跌幅。
如果我们放大2016年以来的增长率，我们可以看到Mos Micro和Mos Memory在2023年4月触底，而Logic和Analog的增长率则有所放缓(图3)。因此，可以说，各种半导体正在复苏的道路上。上一年三个月移动平均增长率使用以下公式计算(图4)。
然而，各种半导体要出现正增长还需要相当长的时间。从图3的增速走势来看，今年(2023年)很难看到转正增长，全面复苏很可能要到明年 (2024年)上半年之后。毕竟，今年剩下的时间将是耐心的一年。
这样看来，全球半导体市场的数据显示出了从衰退中复苏的迹象。在半导体制造商的业绩中也可以看到类似的趋势。下面，我们来看看美国英特尔、美国AMD、韩国三星电子(以下简称三星)、SK海力士截至2023年第二季度(Q2)的销售额和营业利润。
英特尔和AMD的表现
图5显示了MPU厂商Intel和AMD的季度销售额。自2014年以来，英特尔的销售额一直在起伏中增长，并将(很可能)在2021年第四季度创下205.3亿美元的历史新高。然而，销售额随后急剧下降，2023年第一季度降至117亿美元。销售额的跌幅在此触底，在接下来的第二季度恢复至129亿美元。
另一方面，直到2017年左右，AMD的销售额还不到英特尔的10%。然而，从2018年第三季度开始将生产外包给台积电后，销售额逐渐上升，到2022年第二季度达到65.5亿美元此外，2023年第一季度，对英特尔的销售额比例为46%。
即使在2022年开始的经济衰退期间，AMD的销售额也没有像英特尔那样下降那么多。这就是无晶圆厂的优势。如果经济衰退来袭，你所要做的就是减少外包给台积电的生产量。然而，这些固定成本对拥有许多大型半导体工厂和超过13万名员工的英特尔造成沉重负担。这反映在营业收入的趋势上。
图6显示了英特尔和AMD的季度营业利润。英特尔的营业利润趋势令人震惊。在 2022年第一季度(可能)达到创纪录的81亿美元后第二季度将下滑至5亿美元的亏损。此后英特尔的营业利润继续徘徊在红色附近2023年第一季度降至14.7亿美元的赤字。
如果赤字继续扩大，我以为英特尔可能会破产，但在接下来的Q2，它勉强恢复到15亿美元的利润。虽然情况仍然不安全，但最坏的情况或许已经避免了。
另一方面，自2011年以来表现不佳的AMD将在2020年实现盈利，并在同年第四季度创下17.8亿美元的纪录。2022年Q3将降至6000万美元的赤字，但规模不会像英特尔那么糟糕。截至2023年第二季度，该公司尚未恢复盈利，但预计第三季度将恢复盈利。
这样一来，Intel和AMD在2022年之后的表现都会很差，但似乎最坏的时候已经过去了(特别是对于Intel来说)。这两家公司的表现与Mos Micro在全球半导体市场统计中的行为一致。
接下来我们就来看看三星和SK海力士这两家内存龙头厂商的表现。
三星半导体和SK海力士的业绩
图7显示了三星半导体业务部门的季度销售额和营业收入。请注意，三星的结果是代工和内存(DRAM和 NAND)的总和。
三星2022年第二季度销售额将创下28.4万亿韩元的纪录，超过2018年第三季度的内存泡沫。然而，同年第四季度，营业利润骤降至仅0.3万亿韩元。据韩国某券商报告称，代工业务弥补了内存业务的亏损，公司勉强扭亏为盈。
然而，到了2023年的第一季度，该公司最终将陷入4.6万亿韩元的赤字。我本来想知道业绩会恶化到什么程度，但第二年第二季度，营业利润保持在4.4万亿韩元的赤字，持平，销售额开始略有上升。
总之，可以看出，三星不断恶化的经营业绩在2023年Q1触底，并开始复苏。那么，另一家内存厂商SK海力士又是怎么回事呢?
图8显示了SK海力士的销售额和营业收入SK海力士代工厂占比不大，因此几乎所有成果都在DRAM和NAND上。
与三星一样，SK海力士将在2022年第二季度创下13.8万亿韩元的销售额，超过2018年第三季度的内存泡沫。然而，同年第四季度，该公司赤字降至1.7万亿韩元。同期，三星因代工厂而实现了0.3万亿韩元的盈余，但仅销售内存的SK海力士却出现了亏损。
那么，到2023年第一季度，赤字将翻一番达到3.4万亿韩元。除了半导体之外，三星还有智能手机、家电、面板等业务，所以即使半导体持续亏损，三星也能维持下去，但SK海力士只有内存业务。因此，我认为如果SK海力士继续亏损，如果没有SK集团的帮助，该公司可能无法生存。
但同年第二季度，赤字收窄，销量开始增加。如果这种趋势持续下去，我们或许能够在明年2024年恢复盈利。
如此看来，三星和SK海力士两大内存厂商的业绩恶化已经停止了。2023年可能还不可能，但明年2024年就有可能实现盈利。
那么，未来半导体产业的驱动力是什么?对个人电脑和智能手机寄予厚望可以吗?
个人电脑和手机的表现
图9显示了每个季度的PC出货量。PC出货量将在2011年第三季度达到约9500万台的峰值。此后，出货量迅速减少，呈上下波动。这是因为苹果在 2007 年发布了iPhone，而成熟的智能手机时代在2010年左右开始，智能手机超越了PC。
然而，随着2020年冠状病毒的蔓延，PC出货量迅速增加，在2021年第四季度达到9100万台出货量的峰值。这是因为，正如开头提到的，由于冠状病毒大流行期间远程工作、在线学习和在线购物的爆炸性蔓延，对 PC的需求迅速增加。然而，这种由冠状病毒引起的特殊需求将在2022年迅速结束，出货量将大幅下降。
毕竟，2020年至2021年PC出货量只是暂时增长，排除特殊需求，未来出货量仍将延续2011年至2018年的下降曲线。对。换句话说，可以说，被智能手机赶走的PC已经无法成为全球半导体产业的驱动力。
那么您的智能手机会引领潮流吗?
图10显示了每个季度智能手机的出货量。自2010年以来，智能手机出货量快速增长。然而，2014 年之后增长放缓，并于2016 年第四季度达到430万台的峰值。此后出货数量逐渐减少，虽然2020年因电晕特殊需求略有恢复，但特殊需求很快结束，出货数量迅速减少。
尽管智能手机业务不会消失，但智能手机已成为低增长的电子设备。因此，智能手机将不具备带动全球半导体产业的动力。
那么，我们能否期望智能手机成为尖端半导体的技术驱动力?
iPhone走向下坡路?
图11显示了按季度划分的公司智能手机出货量。自2012年以来，三星出货量一直稳居第一。然而在这样的情况下，苹果却表现出了非常有特色的出货行为。那是因为每年第四季度都会出现一个巨大的高峰。
苹果公司每年秋天都会推出新款iPhone，并希望在12月的圣诞购物季在美国销售超过1亿部Phone。这就是为什么每年该季度都会出现大的高峰。
根据这一计划，与苹果签约的台积电必须在第三季度之前使用尖端工艺批量生产超过1亿颗ihone处理器。由于苹果占台积电销售额的25%以上，这是必须死而复生的当务之急。
当每年苹果iPhone的风波结束后，终于可以用最先进的工艺制造AMD的MPU和NVIDIA的GPU了。
换句话说，可以说，台积电之所以以疯狂的速度运行全球最先进的小型化，是因为美国的圣诞销售旺季。因此，这一切都取决于苹果每年12月销售了多少部新iPhone，以及美国人是否愿意购买它们。
因此，目前台积电推行的摩尔定律可以说是“人类欲望法则”(更准确地说，是美国欲望法则?)
但苹果iPhone的出货量一直是台积电尖端小型化的推动力，但本季度似乎正在放缓2020年第四季度，在冠状病毒大流行期间出货量超过 9000 万台，创历史最高水平。然而，第一季度的出货量正在迅速下降，2021年第四季度出货量为8490万台，2022年第四季度出货量为 7230万台。
如果这种趋势持续下去，台积电可能不再每年为苹果iPhone处理器开发全球最先进的工艺。因此，iPhone将不再是尖端半导体的领先技术驱动力。
那么，未来半导体的技术驱动力是什么?此外，除了个人电脑和智能手机之外，什么将推动全球半导体行业的发展?作者预测，chatGPT等用于生成式AI的AI半导体将成为主要参与者。
生成式AI担当主角
ChatGPT由OpenAl于2022年11月30日发布，在全球范围内爆发式流行。达到一亿活跃用户所需的时间，Facebook为54个月，X(前身为Twitter)为 49 个月，Instagram为30个月，LINE为19 个月，Tiktok为9个月，chatGPT 仅两个月。
其成绩也在迅速提升，2023年1月MBA期未考试答案被评为B(及格水平)，同年2月美国医学资格考试正确答案率达到及格线，而同年3月，GPT-4在美国律师考试答卷中得分进入前10%，据称达到了近五年来通过日本国家医师考试的水平。
以ChatGPT为起点的生成式AI热潮无边无际，此后高科技公司纷纷着手开发生成式AI。而在以美国NVIDIAGPU为主的AI半导体市场，AMD、英特尔、谷歌、亚马逊、Meta等各大云公司也开始研发专用AI半导体。
下面，我会解释一下什么是生成式AI以及它是如何工作的 (我也不太明白，所以我很快就研究了它)。
首先，将互联网上的大数据，例如文本数据和图像数据加载到AI服务器中。那时，人工智能半导体(例如 NVIDIA的 GPU)会从这些数据中学习。
接下来，当用户写下问题时，运行在AI服务器上的生成的AI会做出推理并给出答案。那时,在AI服务器上进行推理的仍然是NVIDIA的GPU等AI半导体。
由此我们可以看出，生成式AI可以说是“类似软件的东西”，运行在安装在AI服务器上的AI半导体(例如NVIDIA的GPU) 上。
Generation AI在AI服务器上运行。由于它是服务器，因此可能需要大量的DRAM和NAND。此外，AI半导体自然会成为必需品而NVIDIA几乎垄断了该市场。NVIDIA 发布的GPU“A100”和“H100”是令人惊叹的芯片。
“A100”和“H100”都是芯片尺寸超过800平方毫米的巨型芯片，每个芯片的成本在10,000到40,000美元之间。生成式人工智能的开发和运行将需要数千到数万个 GPU。
事实上，有一篇文章称，OpenAI 有25,000个GPU，Meta有21,000个，Tesla有7,000个
根据这篇文章，特斯拉的埃隆·马斯克推测OpenAl在2023年7月注册的“GPT-5”商标需要30,000到50,000个“H100”
另外，今年预定出货50万台的“H100”订单积压不断累积，预计明年2024年出货1.5至200万台 (必须要做?)。但是，我不知道是否可以如此轻松地增加发货数量。为什么?
GPU的瓶颈
半导体的制造分为三个阶段: 设计、预处理和后处理。以GPU为例，NVIDIA设计的，如果台积电是“H100”，则前处理采用“N4”工艺，后处理也采用台积电开发的CoWoS (chip onWafer on Substrate) 封装NVIDIA的GPU(图13)。
首先，N4预处理存在问题。“H100”只能从12英寸晶圆上获得约65片。并且由于芯片尺寸和良率成反比，因此良率可能在25%左右。如果这样的话，一张晶圆只能制造16个“H100”。
这意味着制造200万片H100需要125,000片晶圆。N4属于“N5”家族，台积电N5的月产能预计为15万片。那样的话，每个月能不能只分配10000多片晶圆给NVIDIA的GPU“H100”就成问题了。
尽管从数字来看这是可能的，但“H100”并不是NVIDIA外包生产的唯一产品。有“A100”，还有针对中国的“H800”和“A800”。简而言之，问题是台积电将为H100分配多少产能。
下游工序CoWoS的问题更为严重。首先，台积电基本上是一家代工厂，专注于前端工艺因此不具备后端工艺的能力。这就是由此产生的NVIDIA GPU争议。为了解决这个问题，台积电于 2023年6月在台湾新竹开设了一家名为 AP6的先进封装工厂(匆忙?)。据报道，到2024年底，月产量将达到28,000件但CoWoS在此之前是否会受到产能不足的困扰?
半导体未来预测
这样一来，NVIDIA的GPU无论是前端进程还是后端进程(CoWoS)都存在容量不足的问题。然而，如果我们回顾台积电迄今为止的历史，他们会“如果生产外包，他们就会建造”这不就是NVIDIA会继续拼命做GPU的原因吗?
因此，AI半导体市场预计将快速增长 (图14) 。研究公司 Stratview Research 预测，2022年154 亿美元的人工智能半导体市场将以 42%的复合年增长率(CAGA) 增长到2028年达到1278亿美元。如果此后继续以42%的CAGA增长，到2032年将增长到5240亿美元。
根据世界半导体市场统计 (WSTS)，2022年全球半导体市场规模将达到5734亿美元。因此，上述预测的2032年AI半导体市场规模将与2022年全球半导体市场规模相同
您可能想知道，“我们还能继续看到如此高的增长吗?”以下是 AMD 首席执行官苏姿丰(Lisa Su)的观点，该公司正在与 NVIDIA 竞争人工智能半导体的挑战。
他在接受日本经济新闻专访时表示，未来三到四年，AI用半导体市场将以每年50%的速度增长，AI用半导体市场将从目前的数百亿美元增长到100亿美元。三到四年内将增长到1500亿美元(约21万亿日元)的规模”和“人工智能将成为未来5到10年最重要的趋势”(日经新闻2023年7月22日) )。
我也非常赞同苏的说法。我相信AI半导体未来将带动全球半导体产业。
图15显示了2032年之前的全球半导体市场预测。首先，让我们回顾一下2022年。
全球半导体市场在1990年代约为750亿美元，由于个人电脑的普及，十年后的 2000年代翻了一番，达到1500 亿美元。其次，随着个人电脑的普及，互联网用户激增，互联网用户数量在2010年代增长到3000亿美元，是2000年代的两倍。接下来，由于智能手机的普及，2020年代增长到近6000亿美元，是2010年代的两倍。
这样，全球半导体市场以每10年翻一番的速度增长。作者预测，未来10年，由于生成式人工智能效应，这一数字将进一步增长十倍，达到1.2万亿美元。
由此可见。全球半导体产业前景光明! (首先，我们必须在明年2024年从衰退中复苏)。
本文转载自《半导体行业联盟》微信公众号，原文发布于2023年9月10日。
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