半导体市场开始复苏了
半导体行业因“新冠疫情”而陷入前所未有的衰退，但复苏的迹象似乎开始出现。本文根据半导体市场统计数据和主要制造商的财务业绩报告，探讨半导体市场复苏的时机。此外，我们将讨论生成式人工智能，它很可能成为行业的新驱动力。
世界半导体市场统计（wsts）数据和半导体制造商的业绩显示，有迹象表明半导体市场正在从衰退走向复苏。然而，半导体市场的全面复苏很可能在 2024 年发生。
经济衰退复苏后，推动全球半导体产业发展的将是chatgpt等用于生成式ai（人工智能）的半导体。因此，我们预测领先的半导体产品将从苹果的 iphone 处理器转向英伟达的 gpu 等。
01全球半导体市场呈现复苏迹象2020年，新冠疫情爆发，远程办公、在线学习、在线购物在全球范围内流行。然后到了2021年，半导体短缺导致汽车和各种电子设备无法生产。
这引发了全球前所未有的半导体热潮。此外，出于对中美半导体摩擦的担忧，世界各国和地区开始竞相加强半导体制造能力。因此，从2022年开始半导体又出现供过于求和价格暴跌的情况，市场也因此进入严重衰退。
正当我想知道历史上最严重的半导体衰退何时结束时，市场复苏的迹象终于开始出现。
图 1按类型显示了截至 2023 年 6 月的半导体出货量（三个月移动平均值）。这里，mos micro包括intel等公司生产的处理器(mpu)和瑞萨电子等公司生产的微型计算机(mcu)。mos memory大部分是dram和nand闪存。逻辑包括智能手机处理器和英伟达gpu。另外，之所以将图表绘制为3个月移动平均线，是为了呈现每月出货量的波动。
图1 按类型划分的半导体3个月移动平均出货值（截至2023年6月）来源：wsts
再看图1，我们可以看到mos micro、mos memory和logic在2023年4月至5月触底，并正在走向复苏。此外，模拟器件出货量的下降速度似乎已经放缓。
023个月移动平均线同比增长接下来，图2显示了按类型划分的半导体出货量同比增长率（3个月移动平均值）。其中，可以看出mos memory的跌宕起伏尤为严重。而2023年4月的-56.3%将比2019年的内存衰退（-39.2%）、2008年金融危机之后（-41.5%）和1995年windows 95发布之后（-54.2%）更糟糕。这是历史上第二高的跌幅，仅次于 2001 年 it 泡沫破灭后的 66.6% 的跌幅。
图2. 按类型划分的半导体出货量同比增长率（3个月移动平均值）（截至2023年6月）来源：wsts
如果我们放大2016年以来的增长率，我们可以看到mos micro和mos memory在2023年4月触底，而logic和analog的增长率则有所放缓（图3）。因此，可以说各种半导体正在复苏的道路上。上一年三个月移动平均增长率使用以下公式计算（图4）。
图3：上一年按类型划分的半导体出货量增长率（3个月移动平均值）（2016年至2023年6月扩展）来源：wsts
图4 上年3个月移动平均增长率计算公式
然而，各种半导体要出现正增长还需要相当长的时间。从图3的增速走势来看，今年（2023年）很难看到转正增长，全面复苏很可能要到明年（2024年）上半年之后。这样看来，全球半导体市场的数据显示出了从衰退中复苏的迹象。在半导体制造商的业绩中也可以看到类似的趋势。下面，我们来看看美国英特尔、美国amd、韩国三星电子（以下简称三星）、sk海力士截至2023年第二季度（q2）的销售额和营业利润。
03英特尔和 amd销售额图5显示了mpu厂商intel和amd的季度销售额。自2014年以来，英特尔的销售额一直在起伏中增长，并在2021年第四季度创下205.3亿美元的历史新高。然而，随后销售额持续急剧下降，2023 年第一季度降至 117 亿美元，并以此触底，在接下来的第二季度恢复至 129 亿美元。
图5 intel和amd季度销售额（截至2023年q2）来源：intel和amd
另一方面，直到2017年左右，amd的销售额还不到英特尔的10%。然而，从2018年第三季度开始将生产外包给台积电后，销售额逐渐上升，到2022年第二季度达到65.5亿美元。
在 2022 年开始的经济衰退期间，amd 的销售额并没有像英特尔那样下降那么多。这就是无晶圆厂的优势。如果经济衰退来袭，你所要做的就是减少外包给台积电的生产量。然而，这些固定成本对拥有许多大型半导体工厂和超过13万名员工的英特尔造成沉重负担。这反映在营业收入的趋势上。
04英特尔和amd营业利润图6显示了英特尔和amd的季度营业利润。英特尔的营业利润趋势令人震惊。在 2022 年第一季度达到创纪录的 81 亿美元后，第二季度下滑至 5 亿美元的亏损。此后，英特尔的营业利润继续徘徊在红色附近，2023年第一季度降至14.7亿美元的赤字。
图6 intel、amd季度营业收入（截至2023年q2）来源：intel、amd
如果赤字继续扩大，英特尔可能会面临破产，但在接下来的q2，它勉强恢复到15亿美元的利润。再看amd的状况，自2011年以来表现不佳的amd在2020年实现盈利，并在同年第四季度创下17.8亿美元的纪录。随后在2022年q3降至6000万美元的赤字，但规模没有像英特尔那么糟糕。截至2023年第二季度，该公司尚未恢复盈利，但预计第三季度将恢复盈利。
可以看到，intel和amd在2022年之后的表现都很差，但似乎最坏的时候已经过去了（特别是对于intel来说）。这两家公司的表现与mos micro在全球半导体市场统计中的行为一致。
接下来我们就来看看三星和sk海力士这两家内存龙头厂商的表现。
05三星半导体业务部门业绩图7显示了三星半导体业务部门的季度销售额和营业收入。请注意，三星的结果是代工和内存（dram 和 nand）的总和。
图7 三星半导体业务季度销售额和运营利润（截至2023年q2）来源：三星
三星2022年第二季度销售额创下28.4万亿韩元的纪录。同年第四季度，营业利润骤降至仅0.3万亿韩元。据韩国某券商报告称，代工业务弥补了内存业务的亏损，公司勉强扭亏为盈。
然而，在 2023 年第一季度，它最终将降至 1.4 万亿韩元的赤字。如果您想知道业务绩效会恶化到什么程度，那么在接下来的一个季度中，营业利润持平，亏损了6.2万亿韩元，销售额开始小幅上升。
总之，可以看出，三星不断恶化的经营业绩在2023年q1触底，并开始复苏。那么另一家内存厂商sk海力士的发展状况如何？
06sk海力士的业绩图8显示了sk海力士的销售额和营业收入。sk海力士没有代工厂，因此几乎所有成果都在dram和nand上。
图8 sk海力士季度销售额和营业利润 来源：sk海力士
与三星一样，sk海力士在2022年第二季度创下13.8万亿韩元的销售额，但在同年第四季度，该公司赤字降至1.7万亿韩元。同期，三星因代工厂而实现了0.3万亿韩元的盈余，但仅销售内存的sk海力士却出现了亏损。
那么，到 2023 年第一季度，赤字翻了一番，达到 3.4 万亿韩元。除了半导体之外，三星还有智能手机、家电、面板等业务，所以即使半导体持续亏损，三星也能维持下去，但sk海力士只有内存业务。因此，我认为如果sk海力士继续亏损，如果没有sk集团的帮助，该公司可能无法生存。
但同年第二季度，赤字收窄，销量开始增加。如果这种趋势持续下去，我们或许能够在明年恢复盈利。
那么，未来半导体产业的驱动力是什么？可以对个人电脑和智能手机寄予厚望吗？
07个人电脑季度出货量图 9显示了每个季度的 pc 出货量。pc 出货量将在 2011 年第三季度达到约 9500 万台的峰值。此后，出货量迅速减少，呈上下波动。这是因为苹果在 2007 年发布了 iphone，而成熟的智能手机时代在 2010 年左右开始，这些智能手机超越了 pc。
随着2020年新冠疫情的蔓延，pc出货量迅速增加，在2021年第四季度达到9100万台出货量的峰值。这是因为由于疫情期间远程工作、在线学习和在线购物的爆炸性蔓延，对 pc 的需求迅速增加。然而，这种疫情引起的特殊需求在 2022 年迅速结束，出货量大幅下降。
毕竟，2020年至2021年pc出货量只是暂时增长，排除特殊需求，未来出货量仍将延续2011年至2018年的下降曲线。这也意味着pc已经无法成为全球半导体产业的驱动力。
那么智能手机会引领潮流吗？
08智能手机季度出货量
图 10显示了每个季度智能手机的出货量。自2010年以来，智能手机出货量快速增长。然而，2014 年之后增长放缓，并于 2016 年第四季度达到 430 万台的峰值。此后出货数量逐渐减少，虽然2020年因特殊需求略有恢复，但这些需求很快结束，出货数量迅速减少。
图10 季度智能手机出货量及同比增长率（截至2023年q2）来源：idc
尽管智能手机业务不会消失，但智能手机已成为低增长的电子设备。因此，智能手机将不具备带动全球半导体产业的动力。
那么，我们能否期望智能手机成为尖端半导体的技术驱动力？
09“iphone终结”的开始图 11显示了按季度划分的公司智能手机出货量。自2012年以来，三星出货量一直稳居第一。然而在这样的情况下，苹果却表现出了非常有特色的出货行为。那是因为每年第四季度都会出现一个巨大的高峰。
图11 季度智能手机出货量及同比增速（截至2023年q2）
苹果公司每年秋天都会推出新款 iphone，并希望在 12 月的圣诞购物季在美国销售超过 1 亿部 iphone。这就是为什么每年该季度都会出现大的高峰。
根据这一计划，与苹果签约的台积电必须在第三季度之前使用尖端工艺批量生产超过 1 亿颗 iphone 处理器。当每年苹果 iphone 的销售风波结束后，才可以用最先进的工艺制造 amd 的 mpu 和 nvidia 的 gpu 了。换句话说，台积电的订单情况在很大程度上受苹果手机销售的影响。
2020 年第四季度，在疫情期间，苹果出货量超过 9000 万台，创历史最高水平。然而，在随后的第一季度，其出货量迅速下降，2021 年第四季度出货量为 8490 万台，2022 年第四季度出货量为 7230 万台。
如果这种趋势持续下去，台积电可能不再每年为苹果iphone处理器开发全球最先进的工艺。因此，iphone将不再是尖端半导体的领先技术驱动力。
那么，未来半导体的技术驱动力是什么？此外，除了个人电脑和智能手机之外，什么将推动全球半导体行业的发展？作者预测，chatgpt等用于生成式ai的半导体将成为主要参与者。
10chatgpt的狂欢chatgpt由openai于2022年11月30日发布，在全球范围内爆发式流行。达到一亿活跃用户所需的时间：facebook 为 54 个月，x（前身为 twitter）为 49 个月，instagram 为 30 个月，line 为 19 个月，tiktok 为 9 个月，chatgpt 仅两个月。
chatgpt的成绩也在迅速提升，2023年1月mba期末考试答案被评为b（及格水平），同年2月美国医学资格考试正确答案率达到及格线，而同年3月，gpt-4在美国律师考试答卷中得分进入前10%，据称达到了近五年来通过日本国家医师考试的水平。
以chatgpt为起点的生成式ai热潮无边无际，此后高科技公司纷纷着手开发生成式ai。而在以美国nvidia gpu为主的ai半导体市场，amd、英特尔、谷歌、亚马逊、meta等各大云公司也开始研发专用ai半导体。
下面，我会解释一下什么是生成式ai以及它是如何工作的。
11生成ai的机制将使用图12解释诸如chatgpt的生成ai的机制。生成式人工智能的步骤可以分为两个阶段：学习和推理。
图12 一代ai的机制以及其中使用的nvidia gpu等ai半导体
首先，将互联网上的大数据，例如文本数据和图像数据加载到ai服务器中。那时，人工智能半导体（例如 nvidia 的 gpu）会从这些数据中学习。
接下来，当用户写下问题时，运行在ai服务器上的生成的ai会做出推理并给出答案。那时，在ai服务器上进行推理的仍然是nvidia的gpu等ai半导体。
由此我们可以看出，生成式ai可以说是“类似软件的东西”，运行在安装在ai服务器上的ai半导体（例如nvidia的gpu）上。
12nvidia gpu 需求旺盛generation ai在ai服务器上运行。由于它是服务器，因此可能需要大量的 dram 和 nand。此外，ai半导体自然会成为必需品，而nvidia几乎垄断了该市场。nvidia 发布的 gpu“a100”和“h100”是令人惊叹的芯片。
a100：台积电7nm，芯片尺寸826mm2，540亿个晶体管，每个1万美元。
h100：台积电4nm，芯片尺寸814mm2，800亿个晶体管，每个4万美元。
“a100”和“h100”都是芯片尺寸超过800mm2的巨型芯片，每个芯片的成本在10,000到40,000美元之间。生成式人工智能的开发和运行将需要数千到数万个 gpu。
事实上，有一篇文章称，openai 有 25,000 个gpu，meta 有 21,000 个，tesla 有 7,000 个。特斯拉的埃隆·马斯克推测，openai 在 2023 年 7 月注册的“gpt-5”商标需要 30,000 到 50,000 个“h100”。
13gpu制造瓶颈半导体在设计、前工序和后工序三个阶段制造。图13在gpu中，nvidia负责设计，tsmc采用“n4”工艺进行前工序制造，后端工艺也采用台积电为 nvidia gpu 开发的 cowos（晶圆对基板芯片）封装。
图13 nvidia gpu制造瓶颈
首先，n4预处理存在问题。“h100”只能从12英寸晶圆上获得约65片。并且由于芯片尺寸和良率呈反比，因此良率可能在25%左右。如果这样的话，一张晶圆只能制造16个“h100”。
这意味着制造200万片h100需要125,000片晶圆。n4属于“n5”家族，台积电n5的月产能预计为15万片。那样的话，每个月能不能只分配10000多片晶圆给nvidia的gpu“h100”就成问题了。
尽管从数字来看这是可能的，但“h100”并不是 nvidia 外包生产的唯一产品。有“a100”，还有针对中国的“h800”和“a800”。简而言之，问题是台积电将为h100分配多少产能。
下游工序cowos的问题更为严重。首先，台积电基本上是一家代工厂，专注于前端工艺，因此不具备后端工艺的能力。这就是由此产生的nvidia gpu争议。为了解决这个问题，台积电于 2023 年 6 月在中国台湾的新竹开设了一家名为 ap6 的先进封装工厂。据报道，到2024年底，月产量将达到28,000件，但cowos在此之前是否会受到产能不足的困扰？
14ai半导体市场预测这样一来，nvidia的gpu无论是前端进程还是后端进程（cowos）都存在容量不足的问题。台积电正在努力解决这一困扰。
ai半导体市场预计将快速增长（图14）。研究公司 stratview research 预测，2022 年 154 亿美元的人工智能半导体市场将以 42% 的复合年增长率 (caga) 增长，到 2028 年达到 1278 亿美元。如果此后继续以42%的caga增长，到2032年将增长到5240亿美元。
图14 ai半导体市场增长预测 来源：stratview research
根据世界半导体市场统计（wsts），2022年全球半导体市场规模将达到5734亿美元。因此，上述预测的2032年ai半导体市场规模将与2022年全球半导体市场规模相同。
您可能想知道，“我们还能继续看到如此高的增长吗？”以下是 amd 首席执行官苏姿丰 (lisa su) 的观点，该公司正在与 nvidia 竞争人工智能半导体的挑战。
她在接受日本经济新闻专访时表示，未来三到四年，ai用半导体市场将以每年50%的速度增长，ai用半导体市场将从目前的数百亿美元增长到100亿美元。三到四年内将增长到1500亿美元（约21万亿日元）的规模。苏姿丰预测：“人工智能将成为未来5到10年最重要的趋势”。
相信ai半导体未来将带动全球半导体产业。
15世界半导体市场预测图 15显示了 2032 年之前的全球半导体市场预测。首先，让我们回顾一下2022年。
图 15 全球半导体市场将在 10 年内翻一番 来源：wsts
全球半导体市场在 1990 年代约为 750 亿美元，由于个人电脑的普及，十年后的 2000 年代翻了一番，达到 1500 亿美元。其次，随着个人电脑的普及，互联网用户激增，互联网用户数量在2010年代增长到3000亿美元，是2000年代的两倍。接下来，由于智能手机的普及，2020年代增长到近6000亿美元，是2010年代的两倍。
这样，全球半导体市场以每10年翻一番的速度增长。作者预测，未来10年，由于生成式人工智能效应，这一数字将进一步增长十倍，达到1.2万亿美元。
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世界半导体市场统计（wsts）数据和半导体制造商的业绩显示，有迹象表明半导体市场正在从衰退走向复苏。然而，半导体市场的全面复苏很可能在 2024 年发生。
经济衰退复苏后，推动全球半导体产业发展的将是chatgpt等用于生成式ai（人工智能）的半导体。因此，我们预测领先的半导体产品将从苹果的 iphone 处理器转向英伟达的 gpu 等。
01全球半导体市场呈现复苏迹象2020年，新冠疫情爆发，远程办公、在线学习、在线购物在全球范围内流行。然后到了2021年，半导体短缺导致汽车和各种电子设备无法生产。
这引发了全球前所未有的半导体热潮。此外，出于对中美半导体摩擦的担忧，世界各国和地区开始竞相加强半导体制造能力。因此，从2022年开始半导体又出现供过于求和价格暴跌的情况，市场也因此进入严重衰退。
正当我想知道历史上最严重的半导体衰退何时结束时，市场复苏的迹象终于开始出现。
图 1按类型显示了截至 2023 年 6 月的半导体出货量（三个月移动平均值）。这里，mos micro包括intel等公司生产的处理器(mpu)和瑞萨电子等公司生产的微型计算机(mcu)。mos memory大部分是dram和nand闪存。逻辑包括智能手机处理器和英伟达gpu。另外，之所以将图表绘制为3个月移动平均线，是为了呈现每月出货量的波动。
图1 按类型划分的半导体3个月移动平均出货值（截至2023年6月）来源：wsts
再看图1，我们可以看到mos micro、mos memory和logic在2023年4月至5月触底，并正在走向复苏。此外，模拟器件出货量的下降速度似乎已经放缓。
023个月移动平均线同比增长接下来，图2显示了按类型划分的半导体出货量同比增长率（3个月移动平均值）。其中，可以看出mos memory的跌宕起伏尤为严重。而2023年4月的-56.3%将比2019年的内存衰退（-39.2%）、2008年金融危机之后（-41.5%）和1995年windows 95发布之后（-54.2%）更糟糕。这是历史上第二高的跌幅，仅次于 2001 年 it 泡沫破灭后的 66.6% 的跌幅。
图2. 按类型划分的半导体出货量同比增长率（3个月移动平均值）（截至2023年6月）来源：wsts
如果我们放大2016年以来的增长率，我们可以看到mos micro和mos memory在2023年4月触底，而logic和analog的增长率则有所放缓（图3）。因此，可以说各种半导体正在复苏的道路上。上一年三个月移动平均增长率使用以下公式计算（图4）。
图3：上一年按类型划分的半导体出货量增长率（3个月移动平均值）（2016年至2023年6月扩展）来源：wsts
图4 上年3个月移动平均增长率计算公式
然而，各种半导体要出现正增长还需要相当长的时间。从图3的增速走势来看，今年（2023年）很难看到转正增长，全面复苏很可能要到明年（2024年）上半年之后。这样看来，全球半导体市场的数据显示出了从衰退中复苏的迹象。在半导体制造商的业绩中也可以看到类似的趋势。下面，我们来看看美国英特尔、美国amd、韩国三星电子（以下简称三星）、sk海力士截至2023年第二季度（q2）的销售额和营业利润。
03英特尔和 amd销售额图5显示了mpu厂商intel和amd的季度销售额。自2014年以来，英特尔的销售额一直在起伏中增长，并在2021年第四季度创下205.3亿美元的历史新高。然而，随后销售额持续急剧下降，2023 年第一季度降至 117 亿美元，并以此触底，在接下来的第二季度恢复至 129 亿美元。
图5 intel和amd季度销售额（截至2023年q2）来源：intel和amd
另一方面，直到2017年左右，amd的销售额还不到英特尔的10%。然而，从2018年第三季度开始将生产外包给台积电后，销售额逐渐上升，到2022年第二季度达到65.5亿美元。
在 2022 年开始的经济衰退期间，amd 的销售额并没有像英特尔那样下降那么多。这就是无晶圆厂的优势。如果经济衰退来袭，你所要做的就是减少外包给台积电的生产量。然而，这些固定成本对拥有许多大型半导体工厂和超过13万名员工的英特尔造成沉重负担。这反映在营业收入的趋势上。
04英特尔和amd营业利润图6显示了英特尔和amd的季度营业利润。英特尔的营业利润趋势令人震惊。在 2022 年第一季度达到创纪录的 81 亿美元后，第二季度下滑至 5 亿美元的亏损。此后，英特尔的营业利润继续徘徊在红色附近，2023年第一季度降至14.7亿美元的赤字。
图6 intel、amd季度营业收入（截至2023年q2）来源：intel、amd
如果赤字继续扩大，英特尔可能会面临破产，但在接下来的q2，它勉强恢复到15亿美元的利润。再看amd的状况，自2011年以来表现不佳的amd在2020年实现盈利，并在同年第四季度创下17.8亿美元的纪录。随后在2022年q3降至6000万美元的赤字，但规模没有像英特尔那么糟糕。截至2023年第二季度，该公司尚未恢复盈利，但预计第三季度将恢复盈利。
可以看到，intel和amd在2022年之后的表现都很差，但似乎最坏的时候已经过去了（特别是对于intel来说）。这两家公司的表现与mos micro在全球半导体市场统计中的行为一致。
接下来我们就来看看三星和sk海力士这两家内存龙头厂商的表现。
05三星半导体业务部门业绩图7显示了三星半导体业务部门的季度销售额和营业收入。请注意，三星的结果是代工和内存（dram 和 nand）的总和。
图7 三星半导体业务季度销售额和运营利润（截至2023年q2）来源：三星
三星2022年第二季度销售额创下28.4万亿韩元的纪录。同年第四季度，营业利润骤降至仅0.3万亿韩元。据韩国某券商报告称，代工业务弥补了内存业务的亏损，公司勉强扭亏为盈。
然而，在 2023 年第一季度，它最终将降至 1.4 万亿韩元的赤字。如果您想知道业务绩效会恶化到什么程度，那么在接下来的一个季度中，营业利润持平，亏损了6.2万亿韩元，销售额开始小幅上升。
总之，可以看出，三星不断恶化的经营业绩在2023年q1触底，并开始复苏。那么另一家内存厂商sk海力士的发展状况如何？
06sk海力士的业绩图8显示了sk海力士的销售额和营业收入。sk海力士没有代工厂，因此几乎所有成果都在dram和nand上。
图8 sk海力士季度销售额和营业利润 来源：sk海力士
与三星一样，sk海力士在2022年第二季度创下13.8万亿韩元的销售额，但在同年第四季度，该公司赤字降至1.7万亿韩元。同期，三星因代工厂而实现了0.3万亿韩元的盈余，但仅销售内存的sk海力士却出现了亏损。
那么，到 2023 年第一季度，赤字翻了一番，达到 3.4 万亿韩元。除了半导体之外，三星还有智能手机、家电、面板等业务，所以即使半导体持续亏损，三星也能维持下去，但sk海力士只有内存业务。因此，我认为如果sk海力士继续亏损，如果没有sk集团的帮助，该公司可能无法生存。
但同年第二季度，赤字收窄，销量开始增加。如果这种趋势持续下去，我们或许能够在明年恢复盈利。
那么，未来半导体产业的驱动力是什么？可以对个人电脑和智能手机寄予厚望吗？
07个人电脑季度出货量图 9显示了每个季度的 pc 出货量。pc 出货量将在 2011 年第三季度达到约 9500 万台的峰值。此后，出货量迅速减少，呈上下波动。这是因为苹果在 2007 年发布了 iphone，而成熟的智能手机时代在 2010 年左右开始，这些智能手机超越了 pc。
随着2020年新冠疫情的蔓延，pc出货量迅速增加，在2021年第四季度达到9100万台出货量的峰值。这是因为由于疫情期间远程工作、在线学习和在线购物的爆炸性蔓延，对 pc 的需求迅速增加。然而，这种疫情引起的特殊需求在 2022 年迅速结束，出货量大幅下降。
毕竟，2020年至2021年pc出货量只是暂时增长，排除特殊需求，未来出货量仍将延续2011年至2018年的下降曲线。这也意味着pc已经无法成为全球半导体产业的驱动力。
那么智能手机会引领潮流吗？
08智能手机季度出货量
图 10显示了每个季度智能手机的出货量。自2010年以来，智能手机出货量快速增长。然而，2014 年之后增长放缓，并于 2016 年第四季度达到 430 万台的峰值。此后出货数量逐渐减少，虽然2020年因特殊需求略有恢复，但这些需求很快结束，出货数量迅速减少。
图10 季度智能手机出货量及同比增长率（截至2023年q2）来源：idc
尽管智能手机业务不会消失，但智能手机已成为低增长的电子设备。因此，智能手机将不具备带动全球半导体产业的动力。
那么，我们能否期望智能手机成为尖端半导体的技术驱动力？
09“iphone终结”的开始图 11显示了按季度划分的公司智能手机出货量。自2012年以来，三星出货量一直稳居第一。然而在这样的情况下，苹果却表现出了非常有特色的出货行为。那是因为每年第四季度都会出现一个巨大的高峰。
图11 季度智能手机出货量及同比增速（截至2023年q2）
苹果公司每年秋天都会推出新款 iphone，并希望在 12 月的圣诞购物季在美国销售超过 1 亿部 iphone。这就是为什么每年该季度都会出现大的高峰。
根据这一计划，与苹果签约的台积电必须在第三季度之前使用尖端工艺批量生产超过 1 亿颗 iphone 处理器。当每年苹果 iphone 的销售风波结束后，才可以用最先进的工艺制造 amd 的 mpu 和 nvidia 的 gpu 了。换句话说，台积电的订单情况在很大程度上受苹果手机销售的影响。
2020 年第四季度，在疫情期间，苹果出货量超过 9000 万台，创历史最高水平。然而，在随后的第一季度，其出货量迅速下降，2021 年第四季度出货量为 8490 万台，2022 年第四季度出货量为 7230 万台。
如果这种趋势持续下去，台积电可能不再每年为苹果iphone处理器开发全球最先进的工艺。因此，iphone将不再是尖端半导体的领先技术驱动力。
那么，未来半导体的技术驱动力是什么？此外，除了个人电脑和智能手机之外，什么将推动全球半导体行业的发展？作者预测，chatgpt等用于生成式ai的半导体将成为主要参与者。
10chatgpt的狂欢chatgpt由openai于2022年11月30日发布，在全球范围内爆发式流行。达到一亿活跃用户所需的时间：facebook 为 54 个月，x（前身为 twitter）为 49 个月，instagram 为 30 个月，line 为 19 个月，tiktok 为 9 个月，chatgpt 仅两个月。
chatgpt的成绩也在迅速提升，2023年1月mba期末考试答案被评为b（及格水平），同年2月美国医学资格考试正确答案率达到及格线，而同年3月，gpt-4在美国律师考试答卷中得分进入前10%，据称达到了近五年来通过日本国家医师考试的水平。
以chatgpt为起点的生成式ai热潮无边无际，此后高科技公司纷纷着手开发生成式ai。而在以美国nvidia gpu为主的ai半导体市场，amd、英特尔、谷歌、亚马逊、meta等各大云公司也开始研发专用ai半导体。
下面，我会解释一下什么是生成式ai以及它是如何工作的。
11生成ai的机制将使用图12解释诸如chatgpt的生成ai的机制。生成式人工智能的步骤可以分为两个阶段：学习和推理。
图12 一代ai的机制以及其中使用的nvidia gpu等ai半导体
首先，将互联网上的大数据，例如文本数据和图像数据加载到ai服务器中。那时，人工智能半导体（例如 nvidia 的 gpu）会从这些数据中学习。
接下来，当用户写下问题时，运行在ai服务器上的生成的ai会做出推理并给出答案。那时，在ai服务器上进行推理的仍然是nvidia的gpu等ai半导体。
由此我们可以看出，生成式ai可以说是“类似软件的东西”，运行在安装在ai服务器上的ai半导体（例如nvidia的gpu）上。
12nvidia gpu 需求旺盛generation ai在ai服务器上运行。由于它是服务器，因此可能需要大量的 dram 和 nand。此外，ai半导体自然会成为必需品，而nvidia几乎垄断了该市场。nvidia 发布的 gpu“a100”和“h100”是令人惊叹的芯片。
a100：台积电7nm，芯片尺寸826mm2，540亿个晶体管，每个1万美元。
h100：台积电4nm，芯片尺寸814mm2，800亿个晶体管，每个4万美元。
“a100”和“h100”都是芯片尺寸超过800mm2的巨型芯片，每个芯片的成本在10,000到40,000美元之间。生成式人工智能的开发和运行将需要数千到数万个 gpu。
事实上，有一篇文章称，openai 有 25,000 个gpu，meta 有 21,000 个，tesla 有 7,000 个。特斯拉的埃隆·马斯克推测，openai 在 2023 年 7 月注册的“gpt-5”商标需要 30,000 到 50,000 个“h100”。
13gpu制造瓶颈半导体在设计、前工序和后工序三个阶段制造。图13在gpu中，nvidia负责设计，tsmc采用“n4”工艺进行前工序制造，后端工艺也采用台积电为 nvidia gpu 开发的 cowos（晶圆对基板芯片）封装。
图13 nvidia gpu制造瓶颈
首先，n4预处理存在问题。“h100”只能从12英寸晶圆上获得约65片。并且由于芯片尺寸和良率呈反比，因此良率可能在25%左右。如果这样的话，一张晶圆只能制造16个“h100”。
这意味着制造200万片h100需要125,000片晶圆。n4属于“n5”家族，台积电n5的月产能预计为15万片。那样的话，每个月能不能只分配10000多片晶圆给nvidia的gpu“h100”就成问题了。
尽管从数字来看这是可能的，但“h100”并不是 nvidia 外包生产的唯一产品。有“a100”，还有针对中国的“h800”和“a800”。简而言之，问题是台积电将为h100分配多少产能。
下游工序cowos的问题更为严重。首先，台积电基本上是一家代工厂，专注于前端工艺，因此不具备后端工艺的能力。这就是由此产生的nvidia gpu争议。为了解决这个问题，台积电于 2023 年 6 月在中国台湾的新竹开设了一家名为 ap6 的先进封装工厂。据报道，到2024年底，月产量将达到28,000件，但cowos在此之前是否会受到产能不足的困扰？
14ai半导体市场预测这样一来，nvidia的gpu无论是前端进程还是后端进程（cowos）都存在容量不足的问题。台积电正在努力解决这一困扰。
ai半导体市场预计将快速增长（图14）。研究公司 stratview research 预测，2022 年 154 亿美元的人工智能半导体市场将以 42% 的复合年增长率 (caga) 增长，到 2028 年达到 1278 亿美元。如果此后继续以42%的caga增长，到2032年将增长到5240亿美元。
图14 ai半导体市场增长预测 来源：stratview research
根据世界半导体市场统计（wsts），2022年全球半导体市场规模将达到5734亿美元。因此，上述预测的2032年ai半导体市场规模将与2022年全球半导体市场规模相同。
您可能想知道，“我们还能继续看到如此高的增长吗？”以下是 amd 首席执行官苏姿丰 (lisa su) 的观点，该公司正在与 nvidia 竞争人工智能半导体的挑战。
她在接受日本经济新闻专访时表示，未来三到四年，ai用半导体市场将以每年50%的速度增长，ai用半导体市场将从目前的数百亿美元增长到100亿美元。三到四年内将增长到1500亿美元（约21万亿日元）的规模。苏姿丰预测：“人工智能将成为未来5到10年最重要的趋势”。
相信ai半导体未来将带动全球半导体产业。
15世界半导体市场预测图 15显示了 2032 年之前的全球半导体市场预测。首先，让我们回顾一下2022年。
图 15 全球半导体市场将在 10 年内翻一番 来源：wsts
全球半导体市场在 1990 年代约为 750 亿美元，由于个人电脑的普及，十年后的 2000 年代翻了一番，达到 1500 亿美元。其次，随着个人电脑的普及，互联网用户激增，互联网用户数量在2010年代增长到3000亿美元，是2000年代的两倍。接下来，由于智能手机的普及，2020年代增长到近6000亿美元，是2010年代的两倍。
这样，全球半导体市场以每10年翻一番的速度增长。作者预测，未来10年，由于生成式人工智能效应，这一数字将进一步增长十倍，达到1.2万亿美元。
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