
当前国内半导体产业复苏周期进程加速。在大国相互博弈的大背景下,国产替代逻辑持续增强。
从产业角度来看,先进逻辑芯片与先进存储芯片的产能加快扩张,国内厂商产品迭代速度加快,叠加并购热潮兴起加速行业各细分赛道加速整合。
芯片是国产替代领域深水区,在供应链安全等方面的严峻形势下,国产化提速成为半导体产业发展的重要战略指引方向。
本文重点解析半导体芯片五大核心赛道。
当前AI是半导体产业发展最大驱动力之一。
AI对算力的需求呈指数级增长,直接推动服务器、数据中心、边缘设备等场景对高性能芯片的需求。
AI芯片即人工智能芯片,也被称为AI加速器或计算卡,是专门针对人工智能领域设计的芯片,旨在高效处理大规模并行计算任务。
在云端兼顾执行人工智能的“训练”与“推理”任务,在终端主要负责执行“推理”操作。
AI芯片分类:按技术架构分为GPU(图形处理器)、FPGA(现场可编程逻辑门阵列)和ASIC(专用集成电路)三类,三者功能分工明确。
GPU是较为成熟的通用型人工智能芯片,其价值量占AI服务器高达70-75%。FPGA和ASIC是针对人工智能需求特征的半定制和全定制芯片。
GPU:AI服务器中加速芯片的首选,其通用性强,适合训练和推理,功耗较高。GPU市场由英伟达主导,AMD、英特尔、高通、ARM等都是GPU市场的重要参与者;国内厂商寒武纪、HW海思、景嘉微、海光信息、芯原股份、龙芯中科等引领国产GPU。此外,包括壁仞科技、沐曦、摩尔线程、天数智芯、燧原、瀚博、后摩智能、芯瞳、登临科技等初创企业也在该领域加速布局。
FPGA芯片:是可灵活编程的半定制芯片,可编程灵活,适合快速迭代和低批量场景(如原型验证)。FPGA市场由赛灵思(现AMD旗下)和Altera(现英特尔旗下)垄断。国产替代属于早期阶段,高中低端产品分化明显。国内主要厂商包括复旦微电子、安路科技、紫光同创(紫光国微子公司)引领FPGA国产替代,京微齐力、成都华微电子、智多晶、高云半导体等也在该领域加速布局。
ASIC芯片:全定制化且效率最高,但开发成本和时间较长,适合大规模部署)如数据中心推理),主要应用于深度学习加速,在大模理推理侧相较其他AI芯片在效率和速度方面具有明显优势。全球ASIC市场尚未形成绝对龙头,云厂商(如谷歌TPU、亚马逊Trainium)和初创企业竞争激烈,此外,AWS、微软、Meta等持续扩大自研ASIC算力芯片。国内企业阿里、百度、HW、寒武纪等积极布局自主ASIC方案。相关布局厂商中还包括澜起科技、全志科技、国科微、淳中科技、山石网科等。
存储芯片是半导体产业的核心组件,也是全球芯片市场比重最大的产品之一。
当前存储芯片主要由DRAM、NAND、NOR等细分市场组成。
DRAM主要作为计算机的内存,在整个存储市场的占比约为56%;NANDFlash被广泛用于大容量数据存储介质,占比约为为41%;NOR Flash约占整个存储市场的2.5%,其他存储芯片合计占比约为2.3%。
DRAM:传统内存带宽已无法满足高算力需求,DRAM从2D平面结构转向3D堆叠,以提升带宽与容量,HBM作为高性能的存储解决方案应运而生。全球DRAM市场的几大参与者包括了三星、美光、SK海力士,另外再加上南亚科技、力积电等,高端HBM同样由几大巨头垄断。国内一些本土厂商在DRAM领域取得了较为显著的进展,此外紫光国微、兆易创新、东芯股份等近年来也在加速布局。
HBM:是AI存储的核心技术方向之一,基于3D堆叠封装的DRAM技术发展而来的高性能内存解决方案。HBM产业链由五大核心环节构成,包括IP授权、上游材料、设备、晶粒设计制造、晶片制造以及封装测试等。
IP授权:提供HBM设计所需的核心知识产权,涉及内存控制器、接口协议等关键技术,主要厂商包括芯原股份、牛芯、奎芯等。
材料:环氧塑封料需要大量添加核心材料low-α球硅和low-α球铝,成本占GMC中的70%~90%。HBM由于3D堆叠导致芯片厚度较高,因此需要用特殊的颗粒状环氧塑封料GMC封装。全球GMC量产只有2家日系公司掌握,分别是日本住友和日本昭和。日本住友和日本昭和这两家的国内供应商是联瑞新材,联瑞新材前身是东海硅微粉厂,专注于硅微粉的研发。华海诚科通过收购衡所华威,年产销量有望突破2.5万吨,有望跃居全球第二位,与日系企业展开竞争,产品已通过客户验证,进入送样阶段,有望突破技术封锁。
先进封装:HBM生产的核心难点在于晶圆级先进封装技术,先进封装技术TSV、凸点制造、堆叠键合是HBM制备的关键。中国大陆独立封测第一梯队代表企业有长电科技、通富微电、华天科技等,三家厂商在全球前十大OSAT(封测企业)排名中,分别占据了第三、第四、第六的位置。主要参与厂商包括甬矽电子、晶方科技、兴森科技、深科技、太极实业、鼎龙股份等通过差异化技术路线参与关键环节。