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

2021年，尽管新冠肺炎疫情的影响仍在持续，半导体产业依然保持增长，全球产值为5559亿美元，同比增长26.2%。随着工业设备、通信网络、消费电子等终端应用市场的不断发展，远距离办公和上课等需求的持续增长，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拉高，全球集成电路设计业呈现出良好的发展态势。2021年，全球集成电路设计业产值为1707亿美元，同比增长33.5%；设计业占全球半导体产业规模的比例为30.7%，较2020年提升了1.7个百分点。2009—2021年全球集成电路设计业销售收入及增长率如图3-1所示。2009—2021年集成电路设计产业占全球半导体产业规模比例如图3-2所示。

二、行业布局

从区域发展情况看，2021年集成电路设计业占有率位居前两位的是美洲和亚太地区（不包括日本）。根据Gartner的数据统计，2021年，美国设计业产值为959.79亿美元，同比增长46.5%，占全球总产值的56.2%，仍继续维持其优势主导地位。亚太地区（不包括日本）的设计业产值为704.28亿美元，同比增长35.6%，占全球总产值的41.3%。欧洲设计业产值为24.57亿美元，同比下跌7.7%，市场占有率为1.4%。日本设计业产值为17.99亿美元，同比下跌9.7%，市场占有率为1.1%。2021年全球半导体设计业市场格局如图3-3所示。

三、技术发展

（一）移动智能终端芯片方面

高通于2021年12月1日正式发布骁龙8 Gen 1芯片。骁龙8 Gen 1是高通第一款使用Arm公司最新Armv9架构的芯片。此外，新芯片从骁龙888采用的5nm工艺升级到了4nm工艺。预计Moto、OPPO、realme、vivo、小米、黑鲨、华硕等品牌将推出搭载该芯片的智能终端。联发科于2021年12月16日发布天玑9000芯片。天玑9000芯片采用“1+3+4”三丛集Armv9架构，第五代APU——APU 590，18位HDR图像信号处理器Imagiq 790，最高支持3.2亿像素的摄像头，Mali-G710 10核GPU，搭载R16 5G调制解调器，采用台积电4nm工艺制程。苹果于2021年9月15日推出A15 Bionic（A15仿生）芯片，采用5nm工艺。A15 Bionic芯片具有6核中央处理器（2个性能核心和4个能效核心）、4核图形处理器和16核神经网络引擎，其搭载的新一代图像信号处理器能带来更出色的降噪和色调映射技术。

（二）5G芯片方面

随着5G技术与人工智能、大数据、物联网等技术的深度融合，市场对5G芯片的需求十分强劲。三星推出了首款基于5nm EUV工艺的5G芯片Exynos 2100。与采用7nm工艺的前一代产品相比，Exynos 2100功耗降低20%，整体性能提高了10%。紫光展锐发布了虎贲T7520芯片，采用6nm EUV工艺制造，虎贲T7520集成了全球首颗支持全场景覆盖增强技术的5G调制解调器，具有可拓展大带宽4G/5G动态频谱共享专利技术，使运营商在现有4G频段上能够部署5G，最大限度地利用既有资源，并满足未来5G共建、共享的需求，有效降低网络部署成本，加快5G部署。此外，紫光展锐于2021年12月推出了性能和续航能力进行平衡的5G芯片T760和全球首款6nm 5G芯片T770，并宣布这两款芯片将投入量产。

（三）智能芯片方面

深度神经网络系统为智能芯片的发展提供了新路径，可以大幅提升运算速度，减少能耗。美国斯坦福大学于2021年1月开发出兼具存储与数据处理功能的“存算一体”深度神经网络系统。该系统由8个计算芯片组成，各个计算芯片内包含一个18千比特阻变存储器（RRAM）和一个8千比特静态随机存储器（SRAM），处理单元和片上存储器紧密相连，大幅提高了数据存取的速度。英特尔推出一款名为“Pohoiki Beach”的新型神经形态芯片，内含800万神经元，速度比现有的CPU快近千倍，效率高近万倍，而耗电量仅为原有产品的1%，所用架构为进一步扩展神经元数量奠定了基础。英伟达于2021年4月推出了首个面向人工智能应用的数据中心中央处理器产品“Grace”。该产品是专为支持人工智能应用而设计的处理器芯片，其最突出的特性是兼具自然语言处理和人工智能超级计算两个功能，有望在新型超级计算机、气象预测和科学模拟仿真等领域得到应用。清华大学开发出全球首款异构融合类脑计算芯片——天机芯，由多个高度可重构的功能性核组成，可同时支持机器学习算法和类脑计算算法，已成功在无人驾驶自行车上进行了实验。

四、重点企业排名

2021年，全球集成电路设计排名前十位的企业销售额为1274.05亿美元，同比增长48%。从企业总部所在地看，排名前十位的企业中有4家中国台湾地区企业，其余6家均为美国企业，美国在集成电路设计领域依然占据无法取代的地位。从企业销售情况来看，高通以51%的年增长率实现营业收入蝉联榜首。

各类终端应用需求强劲导致晶圆缺货、集成电路严重供不应求，缺芯危机蔓延，涨价潮愈演愈烈，这也为集成电路设计企业带来商机，带动总体营业收入持续上升。2021年，全球集成电路设计排名前十位的企业全部实现同比正增长，排名前十位的门槛也同比增长171亿美元。高通是全球移动SoC霸主，其手机系统单芯片、物联网芯片销售分别增长51%与63%，再加上射频与汽车芯片业务的多元化发展，2021年营业收入达到293.33亿美元。英伟达的游戏显卡与数据中心营业收入年增长分别达到64%与59%，表现亮眼，超越博通成为第二。博通受惠于网络芯片、宽带通信芯片及储存与桥接芯片业务的稳定表现，营业收入年增长18%，排名第三。联发科在5G市场需求激增和多元化业务部署下，侧重于手机系统单芯片，手机产品组合销售劲增93%，营业收入年增长61%，在我国手机芯片市场上的表现尤为突出。AMD同样受益于数据中心的业务增长，总营业收入达到164.34亿美元，同比增长68%。此外，奇景光电取代戴乐格半导体的位置，首次进入榜单，其大尺寸与中小尺寸驱动芯片营业收入增长分别达到65%与87%，且驱动芯片导入车用面板成绩显著，总营业收入超过15亿美元，同比增长74%。表3-1为2021年全球集成电路设计企业前十位排名。