2020年的全球半導體業(yè)表現出人意料的好，據WSTS統(tǒng)計，同比增長了7%，這種結果在去年年初是不可想象的。2020年3月，疫情在全球爆發(fā)，各大市場研究機構都看衰該行業(yè)的全年表現，普遍認為整體銷售額會出現負增長，而最終7%的正增長結果，再一次體現出這一絕對高端、技術和資金高度密集型產業(yè)的與眾不同。
水漲船高，產業(yè)逆勢發(fā)展，企業(yè)對未來的信心自然就增強了，突出體現在研發(fā)投入上。據IC Insights統(tǒng)計，全球半導體芯片廠商（這里主要包括IDM、Fabless和Foundry這三種模式的廠商）的研發(fā)支出預計將在2020年增長5％，達到創(chuàng)紀錄的684億美元，預計2021年將增長4％，達到714億美元。
IC Insights給出了研發(fā)支出排名前十的廠商，它們分別是：英特爾，三星，博通，高通，英偉達，臺積電，聯(lián)發(fā)科，美光，SK海力士，AMD。這十家廠`商在2020年的研發(fā)支出總和增長了11％，達到435億美元，占行業(yè)總研發(fā)支出的64％。
其中，研發(fā)支出同比變化突出的廠商包括英偉達（從2019年排名第一下降至2020年的第五），聯(lián)發(fā)科（從2019年的排名第二降至第七），AMD（從2019年的第11升至第10）。可以看出，這三家的排名有升有降，加上排名前兩位的英特爾和三星，這五家廠商的研發(fā)支出情況，在全球芯片廠商中具有很強的代表性，也體現了產業(yè)的發(fā)展變化情況。
世界五強
首先看龍頭英特爾，該公司在2020年的研發(fā)支出約占該行業(yè)總支出的19％，達到129億美元。然而，成本削減，淘汰某些產品類別，以及追求最高效率等舉措使得英特爾2020年的研發(fā)支出同比減少了4％。該公司2019年的研發(fā)支出為134億美元，2018年為135億美元，可以看出，最近三年，該公司的研發(fā)支出處于小幅下降的態(tài)勢，這也充分體現了其正處在業(yè)務調整和轉型期的狀態(tài)。
在更早期，比如2010年，英特爾研發(fā)支出比例為16%，之前的2005年為15%，2000年為16%，1995年僅為9%。
從2012年開始，英特爾的研發(fā)支出就突破了百億美元大關，那之后，該公司連續(xù)7年增長，一直到2018年小幅下降，到2019年，英特爾的研發(fā)支出占銷售額的比例為18.57%，低于2015年22%的歷史最高水平，也低于2018年的19.72%。
在過去五年里，英特爾一直處于較為艱難的時期，很重要的一點就是遭受到了AMD的嚴峻挑戰(zhàn)。近幾年，AMD每年的研發(fā)支出為20多億美元，該公司將研發(fā)重點放在了PC處理器上，且市場推廣也很給力，這一“單點突破”的策略明顯奏效，市場份額大闊步前進，特別是在臺式機領域，其CPU市場份額已經與英特爾分庭抗禮了。
反觀英特爾，雖然每年的研發(fā)支出高達130美元左右，但其產品線過于龐大，包括消費和企業(yè)級的CPU，還有FPGA，低功耗芯片，NUC，WiFi適配器，汽車芯片，以及近幾年新成立的Xe架構GPU業(yè)務部門。另外，該公司10nm產品線經過8年左右的研發(fā)，近期才實現大規(guī)模量產，這方面就消耗了大量的研發(fā)資金。去年，該公司又宣布7nm制程量產時間不得不推遲6個月。
近期，英特爾又宣布正在研發(fā)新一代處理器Alder Lake，其最大的特點就是采用了類似于Arm的大小核設計，從而提升能效比。然而，近些年，該公司的各種架構處理器“層出不窮”，如Lakefield，Xe GPU，還有Ice Lake和Tiger Lake等，這些都需要大量的研發(fā)投入，但其先進制程始終無法跟上先進處理器的設計步伐，而設計與制造都需要大量的資金投入，二者發(fā)展的不匹配，客觀上必定會浪費掉一定比例的研發(fā)資金，而英特爾的研發(fā)投入基數達到130億美元級別，全球同業(yè)最高，多年下來，費用消耗總額可觀，這樣下去，即使是財大氣粗的英特爾也是吃不消的。因此，最近三年，該公司也在調整業(yè)務和產品發(fā)展節(jié)奏，越來越果斷地砍掉了沒有發(fā)展前途的部門和產品線，提高研發(fā)資金利用效率。
2014年，在Lisa Su接任CEO之后，AMD果斷放棄了雞肋般的推土機架構處理器，轉到Zen，之后艱苦奮斗了三年，然后市場表現和業(yè)績就與之前判若兩人。不斷蠶食英特爾的消費類CPU市場份額。實現這樣的效果，AMD只用了相當于英特爾五分之一的研發(fā)支出，資金利用效率之高令人驚嘆。
排名第二的三星在2020年的研發(fā)支出增加了19％，達到56億美元。該存儲巨頭加快了前沿邏輯工藝（5nm及以下）的開發(fā)，以與臺積電競爭先進制程工藝IC代工業(yè)務。該公司雄心勃勃，不僅要在晶圓代工領域進一步挑戰(zhàn)臺積電，還要在邏輯芯片領域與傳統(tǒng)巨頭較量一番，為此，該公司還制定了一個長達十年，投資千億美元的發(fā)展計劃。
再來看英偉達，該公司的研發(fā)同樣比英特爾少很多。2019年的研發(fā)支出約為28億美元，較2018年增長19%，營收則增長了21%，這主要得益于其GPU在企業(yè)級AI應用領域的快速發(fā)展。2020年研發(fā)投入比2019年有所下降，這在很大程度上是疫情影響造成的。
最后看聯(lián)發(fā)科，2019年，該公司推出了一系列5G新品，如采用7nm制程工藝的天璣1000 系列和天璣800系列，導致2019年研發(fā)支出增長11%，當然，在新品的助力下，該公司的營收也增長了3%。本周，該公司還新推出了天璣1200系列產品。
2020可以說是聯(lián)發(fā)科的豐收年，不僅營收突破百億美元大關，其手機處理器市場份額大漲，特別是在中國市場，超越高通，排在了龍頭位置。
聯(lián)發(fā)科認為，盡管擴大研發(fā)風險高，卻是產業(yè)轉型及進入全球第一梯隊的必要條件。2019年，該公司營收約80億美元，研發(fā)費用超過20億美元，在全球芯片廠商排名第五名，研發(fā)費用占營收比重高達26%，與英偉達相當，高于競爭對手高通。
由于半導體業(yè)的技術與產品迭代速度極快，產品一旦進入成熟期，毛利就會快速下滑。先進技術的投資金額與風險極大，但是，為了維持領先全球競爭力，只能持續(xù)投資先進技術。
聯(lián)發(fā)科重點研發(fā)的新技術，如5G、企業(yè)級ASIC等，在2020年都有不錯的表現，尤其是5G，不僅在5G 時代最初期就進入市場，更推出各區(qū)間價格帶產品搶攻市場。另外，聯(lián)發(fā)科企業(yè)級ASIC也有斬獲，已與谷歌、亞馬遜、微軟等國際一線客戶接洽，搶進服務器領域，2020年已開始實現營收，耕耘多年的產品線終于迎來了收割期。2020年底，聯(lián)發(fā)科還收購了英特爾的電源管理芯片業(yè)務，布局高端市場，可與企業(yè)級ASIC呼應，提供一站式服務。
中國崛起
最近幾年，隨著政策和各路資金進場，中國大陸地區(qū)的半導體研發(fā)投入也是水漲船高，特別是在IC設計領域，雖然與全球排名前列的廠商相比，還有很大差距，但與自身縱向比較，還是有明顯進步的。
據中國半導體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2020年我國IC設計業(yè)銷售約為3819.4億元人民幣，比2019年的3084.9億元增長23.8%，增速比上年的19.7%提升了4.1個百分點。按照美元與人民幣1:6.8的兌換率，全年銷售約為561.7億美元，預計在全球集成電路產品銷售收入中的占比將接近13%。
隨著收入的增長，研發(fā)支出的增加，研發(fā)水平和成果持續(xù)提升，例如，以前在芯片領域的奧林匹克國際學術會議ISSCC上很少看到中國人的論文，但在近幾年出現了積極的變化。在2021年的ISSCC會議上，中國大陸、香港、澳門的錄用論文超越了日本和中國臺灣，其中，中國大陸的論文數量達到21篇，比2020年增長40%。雖然與全球排名第一的美國相比，在論文總數、產業(yè)界投稿比例和實際錄用比例等方面仍存在比較大的差距，但與過去相比有了重大進步。從2016年起，論文收錄數量年均增長114%，第一作者單位數量年均增長78%，涵蓋技術領域從5個增加到10個，受邀的技術評委專家也從4位到10位，充分展現了我國在IC設計領域研發(fā)投入取得的顯著成果。
未來展望
自1990年代以來，半導體行業(yè)在研發(fā)投入力度方面一直領先于所有其它主要工業(yè)領域，每年在研發(fā)上的支出平均約占總銷售額的15％。然而，在過去的三年中，半導體行業(yè)的研發(fā)銷售額占總銷售額的比例在2017年下滑至13.5％，在2018年下滑至13.0％，這主要是由于內存IC的收入增長非?？?。該行業(yè)的研發(fā)/銷售比例在2019年反彈至14.6％，當時內存IC收入下降了33％，整個半導體市場下降了12％。
但是，隨著市場的復蘇，特別是在2020年疫情影響下，產業(yè)依然取得了可喜的增長，這就為未來幾年的發(fā)展定下了基調。另外，在新技術、新應用的推動下，例如EUV光刻、3nm制程工藝，以及3D芯片堆疊技術等高精尖技術的推進，對相應半導體企業(yè)的研發(fā)投入提出了更高的要求。這些將會扭轉過去這么多年全球芯片企業(yè)總體研發(fā)投入增長率下降的態(tài)勢，有望于近兩年實現發(fā)彈，具體如下圖所示。
本周，IC Insights給出的預測數據顯示，2021年至2025年，全球半導體芯片廠商的總研發(fā)支出將以5.8％的復合年增長率（CAGR）增長。