當前， 我們使用的許多前沿數字化設備背後的技術都要依靠半導體才能實現。 由於無人駕駛、 人工智慧、 5G和物聯網等新興技術的發展，以及對技術研發的持續投入和市場主要參與者間的激烈競爭， 未來十年全球半導體行業有望持續穩定增長。 半導體行業的兼并收購活動已經達到峰值，專業縱向整合逐漸成為行業重點。日本、 韓國正力圖通過收購重振本國半導體行業，而與此同時，持續的貿易戰和知識產權糾紛將使中國在全球範圍內的大舉投資受阻。隨著消費類電子產品需求飽和，半導體行業的增長將趨於平緩。 然而，許多新興領域將為半導體行業帶來充分的機遇，特別是汽車和人工智慧的半導體應用。

本期的智能內參，我們推薦德勤的報告《 半導體：新興機遇與制勝策略 》， 深入探討汽車半導體和人工智慧晶元為半導體市場帶來的發展機遇，為中國本土半導體行業參與者，以及意圖進軍中國半導體市場的跨國企業帶來全新視野。 如果想收藏本文的詳細內容（半導體：新興機遇與制勝策略），可以在智東西公眾號：（zhidxcom）回復關鍵詞「nc361」獲取。

一、 半導體行業格局不斷演化

過去幾年， 全球半導體行業增長主要依賴智能手機等電子設備的需求， 以及物聯網、 雲計算等技術應用的擴增。 預計全球半導體行業總收入將從2018年的4,810億美元增長到2019年的5,150億美元， 且增長態勢有望持續至下一個十年。

全球半導體行業銷售收入（2016年-2022年， 單位： 十億美元）

汽車電子和工業電子將成為半導體行業增長最迅速的兩大領域， 來自消費電子、 數據處理和通訊電子的收入將穩定增長。

各類別電子設備半導體收入增長率（2017年-2022年）

亞太仍將是全球最大的半導體消費市場。中國產品佔比的增加正在刺激整個亞太市場的增長， 並將提供主要推動力。 此外， 併購活動的增加將有利於半導體行業的未來發展。

半導體行業銷售額區域分析（2018年）

增長方面， 2018年美國市場增速最快， 這主要得益於動態隨機存取存儲器的興起和對微控制單元的高需求， 特別是在存儲設備市場。 隨著存儲器價格上漲並貢獻巨大收益， 存儲器市場發展迅速， 亞太地區因此獲益。中國大陸集成電路產業增長了24.8%，有力推動了亞太區域市場的發展。

然而， 儘管近年來中國半導體廠商的競爭力得到顯著提升， 但關鍵零部件仍需大量從西方國家進口， 自給率不足20%。中國政府十分關注這一問題， 制定了多項有利政策支持半導體行業的發展。

中國半導體行業主要參與者

總體而言，中國半導體行業有四類企業：「國家隊」、「地方隊」、 私募/創投基金和跨國企業， 競相推動中國成為全球半導體行業的動力引擎。

二、 汽車半導體的突破口

汽車行業歷經了長期的發展， 才實現了以安全與舒適性為核心的汽車電子前裝化。早在2004年，僅有四分之一的出廠車輛內置安全氣囊， 而配有前裝電動座椅的車輛不足50%。 然而， 在政府監管和消費者需求的驅動下， 安全相關的電子系統迅速普及。 如今， 汽車行業的創新大多出現在電子系統而非機械層面。 2007年到2017年期間， 汽車電子成本佔比從約20%上升至40%左右。

汽車前裝電子

汽車行業歷經了長期的發展， 才實現了以安全與舒適性為核心的汽車電子前裝化

電子系統在汽車總成本中的佔比（%）

半導體成本（即電子系統零部件的成本）已經從2013年的每車312美元增加到了如今約400美元。 汽車半導體供應商正獲益於微控制單元、 感測器、 存儲器等各類半導體設備需求的大幅上漲。 到2022年， 半導體成本預計將達到每車近600美元。

汽車電子和半導體每車成本佔比

半導體供應商在汽車產業供應鏈中扮演著至關重要的角色。 在傳統汽車行業生態體系中， 半導體供應商將產品銷售給一級電子系統供應商， 後者將技術整合成模塊交給整車廠裝配。 近幾年來， 汽車行業經歷了翻天覆地的變革， 未來幾年的生態體系將被徹底改造。 人工智慧、電動汽車、無人駕駛、 能源儲存和網路安全等技術的發展； 公眾對安全和共享出行等話題的社會意識； 污染等環境問題引發的擔憂；基礎設施支出等經濟層面的考量以及亞洲市場的增長等諸多因素都將重塑汽車行業。

半導體在汽車生態體系中的角色

自動化、電氣化、 數字互聯與安全性：未來十年， 這四大趨勢將推動汽車電子和子系統中的半導體元器件不斷增加。

汽車半導體的主要趨勢

儘管手機在當前以及未來都是半導體企業的最大市場， 但多年以來這一領域的增長已經十分飽和。 而汽車半導體市場卻是個例外。 隨著高級駕駛輔助系統和車載信息娛樂等電子部件越來越多地應用於汽車， 這一領域需求強勁， 成為半導體企業的重要增長市場。

全球各地區汽車半導體收入及產量

汽車半導體應用和設備增長預測

三、 人工智慧晶元競賽開啟

人工智慧框架大致可分為三個層面。 基礎設施層面包括核心的人工智慧晶元和大數據， 這是技術層面的感測和認知計算能力的基礎。 應用層面處於最頂層， 提供無人駕駛、 智能機器人、 智慧安防和虛擬助手等服務。 人工智慧晶元是人工智慧技術鏈條的核心， 對人工智慧演算法處理尤其是深度神經網路至關重要。

「深度」 指神經網路模型中的層級和節點數量。 近年來， 層級之間的複雜程度以及節點數量呈現指數級增長， 這對計算力提出了極大的挑戰。 傳統的中央處理器雖然在處理一般工作負荷——尤其是基於一定規則的工作——方面的性能較為突出，但現在已經難以滿足人工智慧演算法的並行計算要求。

人工智慧晶元在人工智慧不同層面的角色

解決並行計算問題主要有兩種方法： 第一， 在現有的計算架構上添加專用加速器； 第二， 完全重新開發，創造模擬人腦神經網路的全新架構。 第二種方法仍處於初期開發階段， 不適合商業應用。 因此， 目前主要採用的方法是添加人工智慧加速器。 多種類型的人工智慧晶元均可以實現加速， 主流加速器包括圖形處理器、現場可編程門陣列， 以及專用集成電路，這包括張量處理器、 神經網路處理器、 神經網路處理器、 矢量處理器和大腦處理器等變體。 每種人工智慧晶元都有其自身的優勢和劣勢。

深度學習有兩種完全不同的人工智慧部署方式: 訓練和推理。 人工智慧基於大數據「訓練」 神經網路模型， 利用訓練數據集獲取新訓練好的模型。 這些新訓練好的模型隨後便被賦予新的能力， 根據新的數據集進行「推理」 得出結論。

因為需要將龐大的數據集應用到神經網路模型中， 因此訓練階段需要大量的計算能力。 這就要求具有先進並行計算能力的高端伺服器能夠處理大量高度並行的各類數據集。 因此， 這一階段的工作通常利用雲端硬體設備完成。 而推理階段既可以在雲端完成也可以藉助邊緣設備（產品）進行。 與訓練晶元相比， 推理晶元需要更全面地考慮功耗、 延時和成本等因素。

深度學習兩大階段

人工智慧晶元創新剛剛起步， 供應商在晶元加速方面採取的辦法各不相同。 例如，谷歌選擇了專用集成電路的路線， 而微軟則已證明採用現場可編程門陣列亦可獲相當抑或更好的結果。 同時， 賽靈思、 百度和亞馬遜均在努力減少應用專用集成電路的傳統障礙。

到2022年， 人工智慧晶元市場在整個人工智慧市場中的佔比預計超過12%， 複合年均增長率達到54%。 美洲地區將引領全球人工智慧市場， 歐洲、中東及非洲地區和亞太地區緊隨其後。 2022年， 美洲地區將佔據主導市場地位。

全球人工智慧與人工智慧晶元市場（2022年）

根據部署方式， 人工智慧晶元市場可分為基於雲技術和網路邊緣兩個細分市場。

人工智慧晶元市場部署

雲端是人工智慧晶元最大的細分市場， 原因在於數據中心為提升效率， 降低運營成本並改善基礎設施管理， 對人工智慧晶元的採用持續增長。 特別需要指出的是，人工智慧訓練市場的規模將達到約170億美元， 其中雲端推理晶元市場的規模將達到70億美元。 從產品類別來看， 圖形處理器已經成為人工智慧晶元的主流趨勢， 擁有超過30%的市場份額， 高於其他所有產品類別。

人工智慧晶元不僅可以部署在雲端， 還可以應用於多種網路邊緣設備， 如智能手機、 無人駕駛汽車以及監控攝像頭。 應用於網路邊緣設備的人工智慧晶元多為推理晶元， 且專業程度越來越高。 到2022年， 人工智慧推理晶元市場的規模預計將增至20億美元， 複合年均增長率達到40%。

產品成本的不斷上漲將使人工智慧晶元供應商獲益。 例如， 蘋果公司的A11晶元成本上升到了27.50美元。 人工智慧晶元的成本增長將使智能手機價格上漲， 讓智能手機製造商獲得更多收入。 人工智慧晶元的應用亦已從高端機型擴展到中端機型， 這亦有可能為智能手機供應商帶來更多收入。

無人駕駛不僅僅是一個複雜的人工智慧應用場景， 而且還具有重要意義。 無人駕駛預計將有力推動人工智慧推理晶元應用， 使人工智慧推理晶元市場的規模增至50億美元， 複合年均增長率達到40%。

感測、 建模與決策是無人駕駛的三大必備流程， 每一個流程都涉及推理晶元應用。無論是環境感測或障礙物躲避， 無人駕駛對人工智慧晶元的計算力都提出了很高的要求。

在人工智慧技術的支持下， 監控系統的智能程度不斷升級。 過去十年內， 監控系統行業經歷了三個重要的轉型階段。 第一，「高解析度」 階段， 即系統能夠錄製超清視頻。 第二，「聯網」 階段， 即系統實現聯網和互聯。

四、 併購活動回歸理性

半導體併購活動已經經過巔峰期， 汽車、人工智慧以及網路/數據中心等正在成為最受歡迎的新興垂直領域。 日本和韓國一直致力于振興國內半導體行業， 他們積极參与美國和歐洲中型企業收購， 並與中國展開合作。 同時， 圍繞知識產權和國防安全問題的爭議還將抑制中國企業走向全球化的進程。中國收緊對美國高科技公司的境外投資成為新常態， 全球併購市場規模整體縮水。 儘管如此， 半導體大型企業集團仍在各垂直領域尋找擁有高市場份額和利潤的潛在目標。

2016年， 全球半導體併購交易額曾達到1,200億美元的峰值。 2017年， 半導體行業併購交易額大幅下跌。 除了以往交易導致併購目標減少以外， 歐洲和美國收緊監管審查也是一大重要原因。 由於單筆交易額增加， 2018年全球併購交易額再次增長。 例如， 美國博通公司以179.9億美元收購了CA Technology。

全球半導體併購交易（2014年-2018年）

全球前十大半導體併購交易（2018年）

2014年至2015年， 東亞地區（中國、 日本、 韓國以及中國台灣） 的併購交易量迅速增長， 交易額突破220億美元。 但經過幾年的快速擴張後， 2017年和2018年的併購活動有所停滯。 2017年， 東亞地區的半導體併購交易量下降1%， 交易額僅增長2%。

中國大陸、 日本、 韓國以及中國台灣併購交易額（2014年-2018年）

中國大陸、 日本、 韓國以及中國台灣的前十大併購交易（2018年）

國內併購交易量增長——東亞地區（2014年-2018年）

過去五年里，中國半導體行業快速發展的最主要原因是有利的政府政策。中國目前是全球最大的半導體晶元進口國， 政府的總體戰略是減少對外國進口產品的依賴， 發展國內的半導體行業基礎。 這一政策促使中國企業紛紛進軍半導體行業， 並通過收購獲取先進技術。

毫無疑問，中國大陸是東亞地區境內併購活動最活躍的地區。 從2014年至2018年期間， 併購交易量的複合增長率高達24%。 例如， 2018年阿里巴巴收購了杭州中天微系統有限公司。 在此之前， 阿里巴巴已經投資了五家晶元公司： 寒武紀、 Barefoot Networks、 深鑒科技、 耐能和翱捷科技。相較於中國大陸， 日本、 韓國和中國台灣的併購活動相對平緩。 併購交易的主要目的是提高市場地位， 增加市場份額， 以及尋找新興應用。

總體而言， 自2016年以來， 東亞地區的跨境併購交易量出現下滑， 尤其在美國加強了對尋求前沿技術的中國企業的調查之後。 2017年， 白宮發布了有一份題為《確保美國在半導體行業長期領先地位》 的報告， 指出中國的半導體政策對美國產生的潛在威脅， 並建議美國政府採取措施防止或者嚴格限制中國企業的收購， 同時收緊對重要半導體知識產權流動的法規限制。 但是， 儘管政府的併購審查日益加強， 北美和歐洲仍是東亞地區半導體企業的主要併購目的地。

智東西認為， 半導體行業雖然在傳統電子設備市場已經趨於飽和，但在汽車電子、人工智慧等新興行業將迎來爆炸式增長 。 到2022年，汽車半導體元器件的成本將達到每車600美元。 微控制單元、 感測器和存儲器等汽車半導體設備需求激增 ，而雲技術領域也將成為人工智慧晶元的最大市場。 中國已經成為全球主要半導體廠商的重要收入來源，其中許多企業有超過一半的營收來自中國， 意圖進軍中國市場的跨國企業應當綜合考慮包括政策、 技術、市場營銷、物流和全球策略等在內的多方因素。

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