行业篇
第三章
集成电路设计业
第一节 全球集成电路设计业
一、行业规模
2020年在新冠肺炎疫情的影响下，全球GDP整体萎缩，但全球经济加速向数字化转型，全球半导体市场从2019年低迷的状态中恢复过来，产值为4 404亿美元，实现逆势增长6.8%。5G智能手机的出现，以及远距离办公和线上教学等需求的增长，导致PC和数据中心相关设备市场需求的增长。随着物联网、人工智能等新一代信息技术的不断成熟，高速运算芯片的需求也随之增长。因此，全球集成电路设计业呈现良好态势。2020年，全球集成电路设计业市场规模为1 279亿美元，同比增长23.8%；全球集成电路设计业在全球半导体产业的市场占有率为29.0%，较2019年提升了4百分点。2009-2020年全球集成电路设计业市场规模如图3-1所示。2009-2019年集成电路设计业在全球半导体产业的市场占有率如图3-2所示。
图3-1 2009-2020年全球集成电路设计业市场规模
数据来源：IC Insights 2021，3
图3-2 2009-2019年集成电路设计业在全球半导体产业的市场占有率
数据来源：WSTS，IC Insights 2021，3
二、行业布局
从区域发展情况看，2020年集成电路设计业市场规模排名前两位的是亚太地区（除日本）和美洲。2020年亚太地区（除日本）集成电路设计业市场规模增长了20.6百分点，其在全球集成电路设计业的市场占有率为61.9%。2021年，亚太地区（除日本）集成电路设计业市场规模反超美洲，强势占据主导地位。美洲集成电路设计业市场规模为1 021.64亿美元，同比下跌30.94%，在全球集成电路设计业的市场占有率为21.8%。欧洲和日本集成电路设计业市场规模和市场占有率均有所上升，分别以385.43亿美元和378.41亿美元占据8.2%和8.1%的市场份额，分别同比增长4.81%和5.56%。2020年，除美洲集成电路设计业产能下降以外，其他区域集成电路设计业市场均逐步回暖。2020年全球半导体市场格局如图3-3所示。
图3-3 2020年全球半导体市场格局
数据来源：Gartner 2021，4
三、技术发展
（一）移动智能终端芯片方面
高通于2020年12月1日发布的骁龙888芯片，搭载骁龙X60 5G基带，成为首款全面集成5G调制解调器的芯片。该芯片采用先进的5nm制程工艺，能够获得更好的功率效率，改善5G载波聚合，支持毫米波和6GHz以下频段的频谱。在CPU内核方面，骁龙888芯片较骁龙865芯片处理速度提升25%；在GPU方面，骁龙888芯片将图形核心升级到Adreno 660，较前代骁龙865芯片渲染性能提升35%，能效提升20%。同时，骁龙888芯片也是首款采用三ISP的骁龙芯片，解决了之前多摄像头视频流切换时出现的跳转问题。苹果在2020年11月11日发布了首款自研基于ARM架构的M1芯片。M1芯片采用台积电5nm先进制程工艺，配备4个高性能核心和4个高能效核心，分别可用来处理高速需求任务和轻量级日常任务；这8个核心可以同时运行，处理严苛任务，在提供出色计算能力的同时维持较好的性能功耗比。M1芯片同时配备具有8个核心的图形处理器，采用16核架构，将机器学习速度最高提升了15倍。2020年，得益于中低价位（100～250美元）的手机正成为中国及印度市场的主流。联发科芯片是这一价格段产品非常好的选择，故而在智能手机芯片的市场占有率上，联发科首次超越高通成为全球最大的智能手机芯片供应商。
（二）5G芯片方面
截至2020年年底，我国5G基站数可达65万个，5G用户数约为2亿人。如今，市面上的5G手机渗透率已经达到了18%，而在2022年这个比例预计会增加到49%，5G手机将逐渐成为主流。5G芯片主要厂商有中国大陆的华为、紫光展锐，中国台湾的联发科，美国的高通和韩国的三星。目前，推出的5G基带芯片有高通X50/X55/X60/X62/X65、三星Exynos M5100/M5123、联发科Helio M70、华为巴龙5000、华为麒麟990 5G、紫光展锐春藤510等。在5G领域，高通以39%的市场占有率保持第一，并于2021年2月9日晚发布4nm 5G基带芯片-骁龙X65和X62芯片。骁龙X65芯片是全球首个符合3GPP Release 16规范的调制解调器及射频系统芯片，传输速率是4G LTE早期传输速率的100倍，支持覆盖包括毫米波和Sub-6GHz频段的全部主要5G频段。骁龙X62芯片可视为骁龙X65芯片的精简版，主要特性类似于骁龙X65芯片特性，但下载速度峰值则是4.4Gbit/s。联发科于2020年1月7日发布7nm天玑800系列5G芯片，集成5G调制解调器。此款芯片主要面向于中端手机市场。之后，联发科于2021年1月推出天玑1100/1200两款旗舰芯片，均采用台积电6nm制程工艺，并采用联发科UltraSave 5G技术，节能效果极佳。在高端5G芯片上，联发科将推出4nm芯片-天玑2000芯片，并会在2021年第四季度开始量产。2020年3月30日，华为推出了麒麟820芯片。该芯片的CPU核心相比上一代麒麟810芯片无太大变动，只是进行了结构优化，在性能与功耗之间寻找一个较好的平衡点。2020年9月15号之后，美国切断了华为获得芯片的商业渠道，致使华为面临芯片断供危机，而华为智能手机销量也有所下滑。在5G方面，华为贡献5G专利占业界总数的20%以上，逐渐恢复智能手机的市场也指日可待。从整体来看，我国乃至全世界5G应用未达到理想状态，5G芯片市场正快速增长。
（三）人工智能芯片方面
人工智能芯片按照主流研究方向可分为GPU、FPGA和ASIC芯片。GPU芯片是目前应用范围最广、灵活度最高的AI硬件，可以在云端作为主力芯片进行AI训练，也可以在终端的安防、汽车等领域发挥重要作用。英伟达在加速深度学习算法芯片市场中占据垄断地位，并将GPU芯片强大的计算能力用于包括AI、智能驾驶及高性能平台等多个领域。2021年4月，英伟达推出Ampere架构的A10 / A30 Tensor Core GPU芯片。与GPU芯片相比，FPGA芯片与ASIC芯片专业化程度更高，计算能力更强。在全球FPGA芯片市场中，赛灵思与Altera（已被英特尔收购）两大厂商合计市场占有率高达90%左右。赛灵思专攻FPGA芯片在计算、网络与储存三大硬件加速领域的应用，并于2021年4月推出Kria系列自适应模块SOM产品组合搭载FPGA芯片，以加速视觉AI算法；英特尔则着眼于如何利用FPGA芯片补强CPU的不足，并于2019年4月推出基于10nm FPGA芯片-Agilex芯片后，又于2020年2月发布了Agilex芯片若干重大的架构创新，比上一代Stratix 10芯片在性能上大幅提升。近些年，出现的TPU、NPU、VPU、BPU等产品都属于ASIC芯片范畴。ASIC芯片即专用集成电路，而谷歌的张量处理器TPU可作为其典型代表。2018年5月，谷歌发布TPU3.0产品，并于2018年8月推出了专攻边缘计算的Edge TPU产品。2019年5月7日，谷歌发布Cloud TPU v2/v3 Pod测试版，能够训练更大的模型。
四、重点企业排名
2020年，在全球集成电路设计业中，销售额排名前十的集成电路设计企业合计销售额为859.74亿美元，在全球集成电路设计业总销售额的占比达75.9%。从企业总部所在地看，销售额排名前十的集成电路设计企业有6家美国企业、3家中国台湾企业、1家英国企业。从集成电路设计企业销售额情况看，高通以33.7%的销售额年增长率超越博通坐上销售额第一的宝座。
2020年，在全球集成电路设计业中，销售额排名前十的集成电路设计企业有8家企业实现销售额同比正增长，只有排在第六的赛灵思和排在第十的Dialog两家企业销售额呈现同比负增长。销售额排名前十的集成电路设计企业门槛也同比降低0.45亿美元。其中，赛灵思依然受到中美贸易摩擦影响，其网通领域部门年销售额同比下降37%，拖累企业整体销售额表现；戴泺格半导体则因为客制化混合信号产品线表现不佳，年销售额同比下降19.6%，导致企业整体第三季销售额仅为3.86亿美元。高通回归苹果供应链，再加上终端客户因新冠肺炎疫情而需求增长，以及5G射频元件产品逐渐开始贡献销售额，故高通以194.07亿美元的销售额夺回第一的位置。位居第二的博通年销售额同比上涨2.90%，因在云端、无线与网通等应用的需求增长，同时博通也是苹果新机的芯片供应商之一，因此抵消了中美贸易摩擦带来的冲击。位居第三的英伟达销售额持续受到网通芯片商Mellanox的挹注，年销售额高达52.2%，同比上涨幅度再度居冠。2020年全球前十大集成电路设计企业销售额情况如表3-1所示。
表3-1 2020年全球前十大集成电路设计企业销售额情况
注：1. 高通仅计算QCT部门销售额，QTL部门销售额未被计入。
2. 博通仅计算半导体部门销售额。
3. 英伟达扣除了OEM/IP部门销售额。
数据来源：集邦咨询，赛迪智库，2021.03