摘要
全球終端市場，面臨到智慧型手機市場成長趨緩、個人電腦甚至連續多年下滑，進而影響IC需求，然IC設計產業在大尺寸高解析度面板、人工智慧、5G等新興應用帶動之高效能運算的趨勢朝高質化發展，讓全球IC設計產業能持續成長。在台灣IC設計產業方面，雖然通訊處理器需求受中國大陸客戶採用晶片之策略改變而降低，但在多樣應用擴展下，顯示驅動晶片需求及高效運算需求延續。
摩爾定律（Moore`s law）說明積體電路上可容納的電晶體數目約每隔兩年便會增加一倍，長年來為半導體發展重要參考依據，然而在製程持續發展下即將面臨微縮極限，也因此發展出摩爾定律外的其他方式（More Than Moore）如異質整合以提升電晶體密度及晶片效能，而矽光子、奈米碳管、量子電腦等脫離現今半導體製程的Beyond Moore技術也開始日益受到矚目。
人工智慧技術逐步落實至各行各業以及我們日常生活中，深度學習運算帶動半導體AI晶片的需求，傳統CPU、GPU、FGPA等通用運算架構，已無法滿足AI運算需求，因而使AI晶片加速發展，在設計、製造及商業模式上進行改變，以符合於不同場域及情境應用中。
隨著半導體應用需求逐漸走向多元且客製化的趨勢發展，具備縮小體積、降低成本及提高彈性等優勢的異質整合封裝方式成為因應未來應用需求的重要方法，面對異質整合效益的發酵，半導體產業鏈關係將有所改變。
耗損、高耐壓，有助於縮減冷卻裝置與被動元件的體積與價格。SiC與GaN等新型功率半導體，挾此優越性，逐漸進入電動車、電車、產業設備、家電等市場。另一方面，傳統的Si功率半導體則可望以低廉成本與綜合性能等競爭優勢，持續固守市場，面對新型產品的挑戰，並不會有快速世代交替的情況發生。預測今後SiC與GaN等新型產品，與傳統Si功率半導體的交替將進入長期戰，並在過程中開拓可充分發揮其特長的新應用領域。
另一方面，隨著AI模型日益複雜，AI晶片的運算效能成為應用實現的關鍵，吸引全球晶片業者投入發展。而將AI視為重要產業發展方向的中國大陸，亦不會錯過此波發展機會，除了既有晶片業者之外，新創業者亦積極投入AI晶片的研發，在政府政策、創投資金、國內市場的支持下，新創業者逐漸累積技術實力及應用實績，並持續往先進技術發展。2019年10月中國大陸成立的「大基金二期」不僅募集更多來源的資金、擴大資金規模，更將投資重點朝向完善整體供應鏈前進。
台積電亦於2020年表達將在美國亞利桑那州興建一座12吋晶圓廠的意願，該廠預計於2024年完工量產，並以5nm製程生產半導體晶片，月產能初期規畫約為20,000片晶圓，台積電赴美設廠所可能引發的效應值得持續關注。
本書彙整近年半導體產業相關趨勢，並進一步分析產業未來的發展方向，內容涵蓋AI晶片發展、半導體技術發展趨勢、半導體大廠動態等，提供產官學研等相關機構與從業人士作為參考。
- 前言 I
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 IX
第一章 半導體產業回顧與展望 1
一、 全球與台灣IC設計產業回顧與展望 1
二、 全球封測產業回顧與展望 18
三、 從人工智慧產業應用看AI晶片發展 35
四、 日本功率半導體廠商之產品發展策略剖析 55
五、 從未來應用需求看異質整合發展對半導體產業影響 74
第二章 半導體產業技術發展趨勢 91
一、 後摩爾時代半導體技術發展趨勢 91
二、 進入長期戰—傳統與新世代功率元件的主流之爭 104
三、 3D封裝技術及市場發展動態 113
四、 FO-WLP封裝技術發展動態 118
五、 SiC-SBD技術發展現況與未來趨勢 123
六、 碳化矽磊晶晶圓基板市場發展狀況分析 129
七、 氮化鎵磊晶晶圓基板市場發展狀況分析 137
第三章 半導體大廠與產業動態重點評析 147
一、 中國大陸成立大基金二期評析 147
二、 中國大陸AI晶片新創業者發展分析 153
三、 日本半導體大廠現況與未來發展分析 167
四、 新型冠狀病毒肺炎對半導體產業影響評析 187
五、 台積電赴美亞利桑那州設廠之影響 199
第四章 結論 205
附錄 217
一、 英文名詞縮寫對照表 217
二、 中英文名詞對照表 218
- 圖1 1 2013-2019年全球IC設計產業產值 3
圖1 2 2015-2019年全球IC設計產業區域比重 4
圖1 3 2016-2020年台灣IC設計產業產值 8
圖1 4 2013-2019年台灣IC設計產業終端應用型態 9
圖1 5 2013-2019年台灣IC設計產業產品組合 10
圖1 6 2016～2020年全球封測代工產值與年成長率 20
圖1 7 2019年全球前十大IC封測廠之營收與排名 22
圖1 8 2016~2020年台灣封測代工產值與年成長率 23
圖1 9 Amkor營收比重依終端產品區分 25
圖1 10 日月光封測營收比重依產品組合區分 30
圖1 11 AI運算訓練及推論架構 43
圖1 12 CNN模型運算結構 43
圖1 13 AI模型神經元乘加矩陣運算 45
圖1 14 AI模型訓練運算需求 47
圖1 15 AI模型推論運算需求 49
圖1 16 Google TPU與 GPU運算效率比較 53
圖1 17 Infineon與日本大廠產品線齊全，新興勢力則鎖定特定產品 56
圖1 18 12吋新廠預定2021年投產、將生產SiC與GaN 57
圖1 19 持續推動Si-IGBT的進化 59
圖1 20 持續推動SiC產品的進化 61
圖1 21 採用離子注入技術的縱型GaN，導通電阻降至1.4mΩcm2 62
圖1 22 持續推動Si產品的進化 63
圖1 23 於電車領域累積SiC產品的實績 64
圖1 24 於縱型GaN達成極低的導通電阻 66
圖1 25 進入積極投資階段的SiC 68
圖1 26 以SiC的低成本結晶成長法確認量產性 69
圖1 27 改良為可發揮縱型GaN性能的結構 70
圖1 28 以GaO元件確認半導體特性 72
圖1 29 GaO晶圓口徑提升為6吋 73
圖1 30 於0.5吋晶圓製作鑽石基板 74
圖1 31 應用領域需求著重要素 75
圖1 32 三大應用領域未來晶片需求及市場規模 77
圖1 33 處理器未來發展趨勢 78
圖1 34 摩爾定律與半導體收益 79
圖1 35 摩爾定律與終端產品關係 79
圖1 36 SoC與SiP比較 81
圖1 37 異質整合技術發展歷程 82
圖1 38 異質整合挑戰與半導體產業鏈關係改變 83
圖1 39 半導體產業鏈投入封測產業現況 84
圖1 40 三大類廠商異質整合技術發展歷程 86
圖1 41 三大類廠商異質整合競合關係 87
圖1 42 異質整合產品發展歷程與市場趨勢 88
圖1 43 未來新興垂直應用 89
圖2 1 新興應用帶動先進製程發展 92
圖2 2 EUV技術突破使得摩爾定律得以延續 93
圖2 3 FinFET與GAAFET結構比較示意圖 94
圖2 4 扇出型封裝業者布局 96
圖2 5 晶圓代工業者發展次世代記憶體製造 99
圖2 6 新技術挑戰Si的王者寶座 105
圖2 7 帶動Si與GaN市場的將是EV 106
圖2 8 看法分歧的新型產品之未來發展性與依舊被寄予厚望的Si產品 109
圖2 9 豐田集團分工進行新型功率半導體的研究 110
圖2 10 解決設計的課題 112
圖2 11 3D封裝產品Roadmap 114
圖2 12 3D封裝市場規模變遷、預測，2017年-2025年 115
圖2 13 3D封裝技術類型別比重 116
圖2 14 3D封裝應用別比重 116
圖2 15 FO-WLP封裝技術產品Roadmap 119
圖2 16 FO-WLP封裝技術市場規模變遷、預測 120
圖2 17 FO-WLP封裝技術類型別比重 121
圖2 18 FO-WLP封裝技術用途別比重 121
圖2 19 SiC-SBD採用製程現狀 123
圖2 20 SiC-SBD產品Roadmap 124
圖2 21 SiC-SBD市場規模變遷、預測 125
圖2 22 SiC-SBD封裝類型別比重 126
圖2 23 SiC-SBD類型別比重 126
圖2 24 SiC-SBD用途別比重 127
圖2 25 SiC-SBD製造商市占率 127
圖2 26 SiC-SBD採購關係 128
圖2 27 碳化矽晶圓產品種類／特徵 129
圖2 28 碳化矽晶圓產品Roadmap 130
圖2 29 碳化矽晶圓市場規模變遷、預測 131
圖2 30 碳化矽晶圓類型別市場規模變遷、預測 132
圖2 31 碳化矽晶圓用途別比重 133
圖2 32 SiC基板製造商動向 135
圖2 33 SiC基板採購關係 136
圖2 34 SiC磊晶採購關係 136
圖2 35 氮化鎵磊晶晶圓基板產品種類／特徵 138
圖2 36 氮化鎵磊晶晶圓基板產品Roadmap 139
圖2 37 氮化鎵磊晶晶圓基板市場規模變遷與預測 141
圖2 38 GaN on SiC比重 142
圖2 39 GaN on Si比重 142
圖2 40 GaN on GaN比重 142
圖2 41 GaN on SiC用SiC基板製造商動向 144
圖2 42 GaN on SiC用GaN基板製造商動向 145
圖3 1 各公司專利數量分析 162
圖3 2 前二十項專利分類及數量 163
圖3 3 全球前十大半導體日本大廠排名趨勢 168
圖3 4 全球NAND Flash 廠商製程進展比較 170
圖3 5 全球主要NAND Flash廠商市占率分布變化 171
圖3 6 2013~2018年Panasonic半導體採取之重整策略 174
圖3 7 Fujitsu旗下半導體廠房狀態 177
圖3 8 Renesas旗下半導體廠房現今狀態 178
圖3 9 Renesas日本晶圓製造產能利用率 179
圖3 10 Renesas三大應用領域營收狀況 180
圖3 11 Renesas四大產品類別及三大應用領域發展策略 181
圖3 12 Renesas併購策略擴展新興應用 182
圖3 13 Sony半導體營收分佈，2015年~2018年 183
圖3 14 Sony CMOS影像感測器主要工廠分布 184
圖3 15 中國大陸主要晶圓製造廠地區分布 189
圖3 16 中國大陸主要封測廠地區分布 192
圖3 17 台灣封測廠於中國大陸地區分布 194 - 表1 1 2019年全球前十大IC設計廠商 5
表1 2 2019年中國大陸前十大IC設計廠商 7
表1 3 2019年台灣前十大IC設計廠商 11
表1 4 日月光營收比重整理 29
表2 1 投入研發次世代記憶體業者 98
表2 2 量子位元主要技術 101
表2 3 光收發器主要零組件積體化技術之比較表 102
表2 4 3D封裝採用製程現狀 113
表2 5 3D封裝技術類型及市場動向 115
表2 6 3D封裝市場主要製造商動向 117
表2 7 FO-WLP封裝技術採用製程現狀 118
表2 8 FO-WLP封裝技術類型別市場動向 120
表2 9 FO-WLP封裝技術市場主要製造商動向 122
表2 10 SiC-SBD價格動向 125
表2 11 SiC-SBD市場主要製造商動向 128
表2 12 碳化矽晶圓價格動向 131
表2 13 基板+SiC磊晶製造商 134
表2 14 SiC磊晶製造商 134
表2 15 SiC磊晶製造商＋裝置製造商 134
表2 16 基板＋裝置製造商 134
表2 17 基板＋SiC磊晶＋裝置製造商 135
表2 18 氮化鎵磊晶晶圓基板價格動向 142
表2 19 基板+GaN磊晶製造商 143
表2 20 GaN磊晶製造商 143
表2 21 GaN磊晶＋裝置製造商 143
表2 22 基板＋GaN磊晶＋裝置製造商 144
表3 1 大基金一、二期比較表 150
表3 2 大資金一期投資的上市公司 152
表3 3 中國大陸AI晶片新創業者列表（依成立年份排列） 154
表3 4 創立團隊背景 155
表3 5 業者募資狀況 157
表3 6 中國大陸業者AI晶片產品型態 158
表3 7 新運算架構 159
表3 8 各家業者ASIC產品規格比較表 159
表3 9 各家業者產品功能比較表 161
表3 10 業者應用領域列表 164
表3 11 台灣主要封測廠生產據點分布 194
表3 12 全球12吋晶圓產能分布 195
表3 13 全球8吋晶圓產能分布 195
表3 14 2018封測廠商中國大陸營收比重 196
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