盘点半导体行业2021：整年陷入“缺芯”困局，国产替代已在路上

  四、写在最后

  1、中国半导体行业的未来在哪里

  在过去的一年里，半导体、5G等板块受到了热情的关注，成为年轻人认可的未来发展方向。其实这些趋势从长远来看肯定是顺理成章的，甚至可以成为未来的主流赛道，但从短期来看，这只是一个话题。

  从2020年开始，国家大力支持半导体产业发展，希望国内相关企业能够加紧研发。

  随着半导体行业的再次崛起，其实来自更多应用场景带来的好处。如上所述，越来越多的智能家居产品不断涌现，而这些产品都需要芯片来控制，包括新能源汽车的兴起，也需要芯片控制工程网络的大量版权，这些都在推动半导体企业向前发展。

  但是，这些场景和产品对芯片的要求并不高。与手机不同，它们不需要最先进的工艺来满足当前消费者的需求。基本上都是低端芯片产品。但这样的产品只能说提升了芯片厂商的性能和利润，对其企业技术升级和未来发展的好处非常有限。

  芯片研发和生产耗时耗力，大多数厂商对研发持谨慎态度。也许当我们刚刚完成7nm工艺时，国外的3nm就可以立即实现大规模生产。在这种情况下，虽然我们取得了进展，但仍然很难实现研发。

  对于中国半导体领域来讲，2021年是高速发展的一年，也是摆脱困境寻求突破的一年。这也促使我们对2022年充满期待。

  2、后摩尔定律芯片制造行业如何发展

  随着摩尔定律经过数十载的发展，目前片上晶体管的尺寸已经离技术极限不远。这意味着按照摩尔定律进一步缩减晶体管特征尺寸的难度越来越大，半导体工艺下一步发展走到了十字路口。在逼近物理极限的情况下，新工艺研发的难度以及人力和资金的投入，也是呈指数级攀升，因此，业界开始向更多方向进行探索。

  在半导体行业，制成工艺的不断迭代，是维持摩尔定律的重要底层驱动因素。现在半导体工艺上所说的多少nm工艺其实是指线宽，也就是芯片上的最基本功能单位门电路的宽度，因为实际上门电路之间连线的宽度同门电路的宽度相同，所以线宽可以描述制造工艺。目前先进制成已经发展到5nm。

  先进的制成，带来两个好处：其一，缩小线宽意味着晶体管可以做得更小、更密集，而且在相同的芯片复杂程度下可使用更小的晶圆，于是成本降低了;其二，缩小线宽可以提升工作频率，缩减元件之间的间距之后，晶体管之间的电容也会降低，晶体管的开关频率也得以提升，从而整个芯片的工作频率就上去了。

  对于头部的晶圆厂来说，一方面，维持摩尔定律，就意味着每年超过百亿美元的资本投入和研发投入，是一项非常高的成本支出;另一方面，先进制成的大部分场景是在消费电子领域，如手机的高端旗舰机或者笔记本电脑，这部分市场加起来，仅占整个半导体市场的25%左右，随着全球智能手机和笔记本电脑的出货量已经到达高点并开始下滑，先进制成带来好处是在下降的。

  由此可见，维持摩尔定律的收益有限，头部的晶圆厂商也开始放缓先进制成迭代的速率，在资本研发投入和先进制程带来的收益之间，找一个平衡，摩尔定律失效了。

  距离“摩尔定律”的提出(1965年)，已经过去50多年了，站在今天这个时点回顾，我们会发现摩尔定律已经不能再准确地描述半导体先进制程的迭代速度了。而这背后蕴含的经济规律是：维持先进制成迭代需要的成本，逐渐超过他所带来的价值，因此先进制程迭代速度的放缓，也是顺理成章了。

  然而另一方面，先进制成工艺发展的放缓，并不意味着计算芯片性能发展的放缓。我们依然能看到诸如增加AI计算能力、针对场景优化的垂直一体化整合等设计思路，推动计算芯片性能的不断进步，给用户带来各方面体验的提升。

  2021年，在半导体领域中，大国竞合，巨头交锋，整体看上去一片荣景，向内看却是错综复杂，险象环生。变幻的是国际风云，不变的是科技创新这一主流。摩尔定律并未消亡，借力制程、封装、器件、高性能材料和新一代信息技术，未来即使穷尽元素周期表，也定会柳暗花明又一村。