2024 年，半導體行業表現強勁，預計實現兩位數 (19%) 增長，全年銷售額達 6270 億美元。這甚至好於早先預測的 6110 億美元。2025年的表現可能會更好，預計銷售額將達到 6970 億美元，創下歷史新高，並有望實現到 2030 年芯片銷售額達到 1 万億美元的广泛接受的目标。這意味著，該行業在 2025 年至 2030 年期間僅需以 7.5% 的复合年增長率增長(圖 1)。假设该行业继续以这样的速度增長，到 2040 年就可能達到 2 万億美元。
股市往往是行業表現的領先指標：截至 2024 年 12 月中旬，全球十大芯片公司的總市值為 6.5 萬億美元，較 2023 年 12 月中旬的 3.4 萬億美元增长 93%，比 2022 年 11 月中旬的 1.9 萬億美元高出 235%。話雖如此，值得注意的是，過去兩年芯片股的“平均”表現一直是“兩個市場的故事”：參與生成式人工智能芯片市場的公司表現優於平均水平，而沒有這種風險的公司(例如汽車、電腦、智能手機和通信半導體公司)表現不佳。
推動行業銷售的一個因素是對新一代人工智能芯片的需求：包括 CPU、GPU、數據中心通信芯片、內存、電源芯片等。德勤的《2024 年 TMT 預測》报告預測，這些新一代人工智能芯片的總價值將“超過”500 億美元，这是一个过于保守的預測，因為到 2024 年，市场价值可能超過 1250 億美元，佔當年芯片總銷售額的 20% 以上。在本文發表時，我们預測到 2025 年，新一代人工智能芯片的价值将超過 1500 億美元。此外，AMD 首席執行官 Lisa Su 將她對人工智能加速器芯片總潛在市場的估計上調至 2028 年的 5000 億美元，這一數字高於 2023 年整個芯片行業的銷售額。
在終端市場方面，個人電腦銷量在 2023 年 2024 年持平於 2.62 億台後，預計 2025 年將增長 4% 以上，達到約 2.73 億台。與此同時，智能手机销量預計将在 2025 年(及以後)以低個位數增長，到 2024 年達到 12.4 億台(同比增長 6.2%)。這兩個終端市場對半導體行業至關重要：2023 年，通信和計算機芯片銷售額(包括數據中心芯片)佔當年半導體總銷售額的 57%，而汽車和工業(僅佔總銷售額的 31%)則佔比更高。
該行業面臨的一個挑戰是，雖然新一代人工智能芯片和相關收入(內存、先進封裝、通信等)帶來了巨額收入和利潤，但它們只代表了少數高價值芯片，這意味著整個行業的晶圓產能(以及利用率)並不像看起來那麼高。2023 年，芯片銷量接近 1 萬億，平均售價為每片 0.61 美元。粗略估計，雖然新一代人工智能芯片可能佔 2024 年收入的 20%，但它們在晶圓總產量中所佔比例還不到 0.2%。儘管預計 2024 年全球芯片收入將增長 19%，但全年矽晶圓出貨量實際上預計下降2.4%。預計到 2025 年，這一數字將增長近 10%，這得益於對新一代 AI 芯片中大量使用的組件和技術(如小芯片)的需求，正如我們在 2025 年 TMT 預測報告中提到的那樣。當然，矽晶圓並不是唯一需要追踪的產能：先進封裝的增长速度更快。例如，一些分析師估計，台積電的 CoWoS(基板上晶圓上的芯片)2.5D 先進封裝产能将在 2024 年達到每月 35,000 片晶圓(wpm)，並可能增加到 70,000 wpm(同比增長 100%)，到 2026 年底将进一步同比增長 30% 至 90,000 wpm。
此外，推動行業創新並不便宜。2015 年，芯片行業整體研發支出佔息稅前利潤 (EBIT) 的平均水平為 45%，但到 2024 年，這一比例預計將達到 52%。研發支出的複合年增長率似乎為 12%，而白色 EBIT 的增長率僅為 10%(圖 2)。
最後，值得提醒讀者的是，芯片行業是出了名的周期性行業。在過去 34 年中，該行業曾 9 次從增長轉為萎縮(圖 3)。因此，與 1990 年至 2010 年相比，過去 14 年該行業的極端增長或萎縮似乎有所減少，但萎縮的頻率似乎有所增加。目前看來，2025 年前景看好，很難預測 2026 年會帶來什麼。
這些趨勢和其他趨勢都影響著我們對 2025 年半導體行業的展望，我們將深入探討未來一年的四大主題：用於個人電腦和智能手機以及企業邊緣的生成式 AI 加速器芯片;芯片設計的新“左移”方法;日益嚴重的全球人才短缺;以及在不斷升級的地緣政治緊張局勢中建立有彈性的供應鏈的必要性。
1.個人電腦、智能手機、企業邊緣和物聯網中的生成式 AI 晶片
用於訓練和推理新一代人工智能的許多芯片價格高達數万美元，用於大型雲數據中心。2024 年 2025 年，這些芯片或這些芯片的輕量級版本也將在企業邊緣、電腦、智能手機以及(隨著時間的推移)其他邊緣設備(如物聯網應用)中找到歸屬。需要明確的是，在許多情況下，這些芯片要么用於新一代人工智能，要么用於傳統人工智能(機器學習)，或者兩者的結合(這種情況越來越多)。
企業邊緣市場在 2024 年就已成為一個因素，但 2025 年的問題將是這些芯片的更小、更便宜、功能更弱的版本如何成為計算機和智能手機的關鍵部件。它們在單芯片價值上的不足可以通過數量來彌補：預計 2025 年個人電腦銷量將超過 2.6 億台，而智能手机销量預計将超过 12.4 億台。有時，“新一代人工智能芯片”可以是一塊獨立的矽片，但更常見的是，它是幾平方毫米的專用人工智能處理空間，是更大芯片的一小部分。
企業邊緣：儘管通過雲端實現人工智能可能仍將是許多企業的主導選擇，但預計全球約有一半的企業將在本地增加人工智能數據中心基礎設施——这是企業邊緣计算的一个例子。這可能部分是為了幫助保護他們的知識產權和敏感數據，並遵守數據主權或其他法規，同時也是為了幫助他們節省資金。這些芯片與超大規模數據中心的芯片大致相同，服務器機架的成本高達數百萬美元，需要數百千瓦的電力。雖然比超大規模芯片的需求要小，但我們估計，到 2025 年，全球企業邊緣服务器芯片的价值可能达到数百亿美元。
個人電腦：預計到 2025 年，搭載人工智能的 PC 銷量將占到所有 PC 的一半，一些預測表明，到 2028 年，幾乎所有 PC 都將至少配備一些板載人工智能處理，也稱為神經處理單元 (NPU)(圖 4)。這些搭載 NPU 的機器預計價格將高出 10% 至 15%，但需要注意的是，並非所有人工智能 PC 都一樣。根據主要 PC 生態系統公司的建議，只有每秒運算速度超過 40 TOPS 的計算機才被視為真正的人工智能 PC，40 TOPS(每秒萬億次運算)級別是一條分界線。截至撰寫本文時，一些買家對這些新 PC 持謹慎態度，要么不願意支付溢價，要么等到 2025 年下半年推出更強大的人工智能 NPU。
截至 2024 年 12 月，許多已安裝的 PC 都運行在 x86 CPU 上，其餘則運行在基於 Arm 架構的 CPU 上。聯發科、微軟和高通於 2024 年宣布，他們將生產基於 Arm 的 PC，特別是新一代 AI PC。目前尚不清楚這些機器在未來 12 個月內會取得多大成功，但這很可能是各家晶片製造商面臨的一個關鍵問題，高通預計到 2029 年，其每年將銷售價值 40 億美元的 PC 晶片。
智能手機：PC NPU 的價值可能高達數十美元，而与智能手機相当的新一代 AI 芯片的價值可能要低得多，我们估计下一代智能手機处理器的硅片价格不到 1 美元。尽管智能手機市场每年的销量超过 10 億部，儘管我們預測到 2025 年新一代 AI 智能手機将占手机销量的 30%，但以美元計算，半導體的影響可能小於 PC。相反，對於芯片製造商來說，一個有趣的角度可能是看看消費者是否對新一代 AI 手機和功能足夠興奮，以縮短更換週期。消費者在升級之前會保留手機更長時間，而且多年來銷量一直持平。如果新一代 AI 热情导致智能手機销量上升，那麼它可能會使所有類型的芯片公司受益，而不僅僅是那些自己生產新一代 AI 芯片的公司。
物聯網：數據中心的新一代人工智能芯片可能要花費 30,000 美元。個人電腦上的新一代人工智能芯片可能要花費 30 美元。智能手機上的新一代人工智能芯片可能要花費 3 美元。对于在低成本物聯網市场中发挥作用的新一代人工智能芯片，它們的成本應該在 0.3 美元左右。這不太可能在短期內發生，但由于数百亿个物聯網终端可能需要人工智能处理器，因此這是一個值得長期關注的市場。
需要考慮的戰略問題：
儘管目前數據中心的新一代人工智能芯片需求旺盛，但考慮到其對行業增長的重要性，是否有跡象表明需求正在減弱，或者處理正在從數據中心轉移到邊緣設備?
鑑於人工智能芯片在數據中心的成功，各種邊緣芯片的市場潛力可能會推動併購，並吸引更多私募股權、風險投資和主權財富基金的興趣：芯片公司已經與金融參與者結盟。我們能在 2025 年看到更多這樣的情況嗎?
一些分析師預計，到 2025 年及以後，人工智能推理市場的增長速度將超過訓練市場：這會對各個半導體行業和參與者產生什麼影響?隨著人工智能推理成本的快速下降，它將如何影響半導體芯片?
隨著人們更加關注可持續性，以及由於人工智能推動的電力需求激增而導致的電力消耗壓力不斷加大，行業如何在筆記本電腦、手機和物聯網設備等小型設備中取得電源效率和性能之間的平衡?
2.芯片設計“左移”，呼籲整個行業加強合作
德勤預測，到 2023 年，人工智能將成為人類半導體工程師的強大助手，幫助他們完成極其複雜的芯片設計流程，並使他們能夠找到改進和優化 PPA(功率、性能和麵積)的方法。截至 2024 年，新一代人工智能已實現快速迭代，以增強現有設計並發現可以在更短時間內完成的全新設計。2025年，可能會更加重視“左移”——一種芯片設計和開發方法，其中測試、驗證和確認在芯片設計和開發過程的早期被提前——因為優化策略可以從簡單的 PPA 指標發展到系統級指標，例如每瓦性能、每瓦 FLOP(或“每秒浮點運算”)和熱因素。而先進的人工智能功能(圖形神經網絡和強化學習)的結合可能會繼續幫助設計比人類工程師生產的典型芯片更節能的芯片。
領域專用芯片和專業芯片預計將繼續比通用芯片佔據主導地位，因為多個行業(例如汽車)和某些 AI 工作負載需要定制的芯片設計方法。然而，專用集成電路的廣泛採用仍不太明朗，因為此類硬件的開發和維護成本高昂，可能會分散對其他 AI 進步的關注。但這正是新一代 AI 工具可以讓公司設計出更專業、更有競爭力的產品(包括定制矽片)的地方。
3D IC 和異構架構帶來了與排列、組裝、驗證和測試各種芯片相關的挑戰，这些芯片有时可以预先組裝。這種從單個產品設計轉向系統設計的轉變可以在早期融入軟件和數字孿生——強調了早期和頻繁測試的重要性。到2025 年，在流程上游同步硬件、系統和軟件開發可能會有助於重新定義未來的系統工程，並提高整體效率、質量和上市時間。
為了發展並跟上設計面貌的變化，業界可能需要考慮處理複雜設計流程的新方法。芯片行業已經在探索數字孿生，以逐步模擬和可視化複雜的設計流程，包括移動或交換芯片以測量和評估多芯片系統性能的能力。數字孿生可以越來越多地用於提供物理終端設備或系統的視覺表示(通過 3D 建模)，以協助設計的各個方面，包括機械和電氣(軟件和硬件)。設計師應該與電子設計自動化 (EDA) 和其他高科技計算機輔助設計/計算機輔助工程公司合作，以加強混合和復雜異構系統的設計、仿真、驗證和確認工具和能力。他們還應該考慮使用和調整基於模型的系統工程工具，作為更廣泛的 EDA“左移”方法的一部分。
由於設計和軟件有望在下一代先進芯片產品的開發中發揮關鍵作用，因此在 2025 年，加強網絡防禦將變得更加重要。為了與左移方法保持一致，芯片設計人員應在芯片設計過程的早期集成安全性和安全測試。他們應該實施冗餘和錯誤糾正和檢測機制，以幫助確保系統即使某些組件發生故障也能繼續運行，以及基於硬件的安全功能，例如安全啟動機制和加密引擎。
需要考慮的戰略問題：
隨著芯片設計中的人工智能變得越來越普遍和普遍，並且 EDA 越來越多地支持人工智能，行業如何才能通過始終讓人類工程師參與其中並讓他們在整個過程中發揮重要作用，主動確保複雜設計過程中的信任和透明度?
在定制矽片設計的情況下，設備原始設備製造商、產品設計師和芯片設計師之間的關係性質是什麼?芯片公司和最終客戶之間的一些差異化因素是什麼?增加定制化是否會在產品定價方面帶來規模優勢，或者降低生產原型的成本或加速原型生產?
新的工具和方法可能需要更廣泛的芯片行業(包括 EDA 和設計公司)考慮長期方向和目標。在此背景下，半導體公司應該從系統工程和芯片開發/研發的角度解決哪些方面的問題?
對更快速、更複雜芯片的設計以及更快的速度不斷增長的需求將如何影響製造能力和產能，特別是對於後端參與者(先進封裝代工廠和外包半導體組裝和測試)?
3.半導體行業人才挑戰加劇
在德勤 2023 年半導體行業展望中，我們估計該行業到 2030 年需要增加 100 萬名技術工人，即每年增加 10 萬名以上。兩年後，這一預測不僅成真，而且人才挑戰預計將在 2025 年進一步加劇。從全球來看，各國都無法培養足夠的技術人才來滿足其勞動力需求。
從核心工程到芯片設計和製造、運營和維護，人工智能可能有助於緩解一些工程人才短缺問題，但技能差距依然存在(圖 5)。到2025 年，吸引和留住人才可能仍將是許多組織面臨的挑戰，而問題很大一部分是勞動力老齡化，這在美國甚至歐洲更為突出。再加上複雜的地緣政治格局和供應鏈脆弱性，很明顯，全球人才供應都面臨壓力。
隨著美國和歐洲製造、組裝和測試的回流，芯片公司和代工廠在 2025 年可能會面臨壓力，因為它們需要在當地尋找更多人才。例如，人才挑戰是新工廠開業延遲的原因之一。與此相關的是，“友岸化”(與被視為盟友的國家或地區的公司合作)可以為供應鏈提供穩定性和彈性，尤其是對美國和歐盟而言。但它也要求在馬來西亞、印度、日本和波蘭等目的地尋找合適的技能，以幫助滿足新的產能需求和人才角色。
芯片公司不能繼續爭奪同樣有限的人才資源，同時還期望跟上行業技術進步和產能擴張的步伐。那麼，半導體公司在 2025 年可以做些什麼來解決人才難題呢?
為了吸引人工智能和芯片人才，芯片公司應該考慮提供一種信任感、穩定性和預期的市場增長。這樣，他們可以幫助讓該行業對高中畢業生和新進入者更具吸引力，從而幫助重振人才渠道。
希望從各自國內芯片法案中獲益的國家應考慮將戰略目標和與勞動力發展和激活相關的方面納入其中。一些例子可能包括培訓計劃、擴大職業和專業教育以及當地芯片公司為獲得資金而承諾提供的就業機會。半導體公司應考慮與教育機構(高中、技術學院和大學)和當地政府組織合作，利用芯片資金開發和策劃符合該地區特定行業需求的有針對性的勞動力培訓和發展計劃。
半導體公司應設計靈活的技能提升和再培訓計劃，以實現職業道路的靈活性，幫助解決未來勞動力技能和差距問題。此外，他們還應實施和利用先進的技術和基於人工智能的工具來評估各種人才相關因素，例如供應、需求以及當前和預計的支出，以執行複雜的勞動力情景建模，以支持戰略人才決策。
需要考慮的戰略問題：
如何根據專業領域(例如設計和知識產權、製造、操作員、工程和技術角色)對勞動力進行描述和細分?行業如何根據這些角色以及招聘的特定地理區域定制人才採購和技能發展戰略?
一個新興趨勢是代理人工智能：多模式、多代理人工智能能否部分解決迫在眉睫的人才短缺問題?
在將新人才融入主流勞動力隊伍時，應考慮哪些細微差別和因素以確保企業文化的一致性?應解決與人才保留問題和人才管道發展差距相關的哪些風險和陷阱?
作為未來人才管道開發的一部分，應該考慮哪些相鄰的技術勞動力類型，以及整體人才組合應該是什麼樣子，包括全職和零工，以幫助公司在未來一到兩年內佔據強勢地位?
4.在地緣政治緊張局勢中構建有彈性的供應鏈
德勤的 2024 年半導體展望已經深入討論了地緣政治緊張局勢，那麼 2025 年又有哪些新情況呢?
一樣……但更多。例如，2024 年 12 月，剛離任的政府發布了一份新的美國出口限制清單，主要仍集中在先進節點上(儘管有人猜測限制可能會擴大到包括一些相對不太先進的節點)。這些限制現在包括圍繞先進檢測和計量的單獨附加類別。此外，許多(超過 100 個)新實體(主要是中國)已被添加到受限實體列表中。
作為這些限制措施的一部分，美國似乎正在採取“小院子、高圍欄”的半導體出口限制方式。其目的是對相對較小的芯片技術子集施加高水平的限制，重點是國防技術，包括先進武器系統和軍事應用中使用的先進人工智能。
新的限制措施(如果由新政府實施)進一步表明，人工智能的發展越來越被視為國家安全問題。在這些新限制措施出台的第二天，中國宣布進一步限制鎵和鍺(以及其他材料)的出口，這兩種材料都是製造多種半導體的關鍵。正如我們在 2024 年預測的那樣，持續的材料限制可能會對芯片行業構成挑戰，但也是該行業加大電子垃圾回收力度的當務之急。
2025 年 1 月中旬，已離任的政府宣布了《人工智能技術擴散臨時最終規則》。《臨時最終規則》將對芯片出口實施新的管制。
在撰寫本文時，尚不清楚新一屆政府是否會取消 12 月亮 - 友好 1 月的限制措施、進行修改，甚至提出額外的限制措施。
此外，新政府還提議增加關稅，包括對來自中國、墨西哥和加拿大的商品徵收關稅。69鑑於大多數半導體供應鏈的全球性，即將離任的政府提出的新的人工智能相關芯片出口管制以及計劃中的更高關稅可能會產生影響，並可能使供應鏈的管理變得更加複雜，從而轉移利潤、成本等。而且這種影響可能會影響整個供應鏈(包括研發和製造)，並影響各個國家和地區的行業政策的製定方式。
當然，還有其他地緣政治風險或變化：烏克蘭/俄羅斯和中東的衝突仍在繼續，可能會影響半導體製造、供應鍊和關鍵原材料。但芯片行業還有其他薄弱環節：韓國 12 月的戒嚴令凸顯了全球供應鏈對某些類型半導體的依賴和集中，尤其是在最先進的技術領域。作為集中度的一個例子，全球近 75% 的 DRAM 内存芯片都是在韓國制造的。
不僅僅是地緣政治因素會中斷關鍵材料供應：2024 年的颶風海倫 (Hurricane Helene) 曾短暫關閉北卡羅來納州的兩座礦山，這兩座礦山是全球幾乎所有超高純度石英的產地，而石英對於製造芯片製造過程中的關鍵部件——坩堝至關重要。由於氣候變化，颶風、颱風和其他極端天氣事件預計將變得更加頻繁和猛烈，擴大關鍵材料來源可能仍是供應鏈的首要任務。
值得注意的是，截至 2024 年底，美國及其盟友的出口限制措施中一個關鍵部分正在產生影響：對極紫外光刻機的限制似乎構成了一道障礙，阻止中國公司大規模生產先進節點芯片並獲得可接受的產量。雖然使用較舊的深紫外技術製造了數量有限的先進工藝芯片，但良率很低，不經濟，這種情況預計至少會持續到 2026 年。
需要明確的是，即使行業增長了近 20%，半導體供應鏈在 2024 年仍然運轉良好。目前，沒有理由相信 2025 年的供應鏈會缺乏彈性，但風險始終存在。考慮到人工智能芯片在 2025 年及以後的重要性(高達銷售額的 50%，也許是75%)，以及尖端芯片所需的處理器、內存和封裝的相對更高集中度，該行業可能比以往任何時候都更容易受到供應鏈中斷的影響。儘管由於各種芯片法案，該行業在地理上的集中度可能會降低——在岸外包、回岸外包、近岸外包和友岸外包等舉措都還處於早期階段——但至少在未來一兩年內，該行業仍然非常脆弱。
需要考慮的戰略問題：
鑑於不斷變化的地緣政治環境和不斷升級的出口限制，回流與離岸外包應該如何搭配?行業應如何考慮對曾經友好國家和盟友的現有供應鏈渠道合作夥伴關係(即友邦外包)的潛在破壞?
由於不可預測的氣候變化影響材料和零部件供應，再加上本已復雜的地緣政治格局，這一因素將如何影響全球數十個國家正在雄心勃勃規劃和推廣的前端晶圓廠和後端封裝測試廠?
如果貿易戰繼續升級，對人才的獲取和供應意味著什麼?出口限制是否會進一步擴大，並最終導致芯片競賽中各國面臨更廣泛的人才流動挑戰?
鑑於有將生產活動轉移到美國的動機，擁有芯片製造能力的國家將如何應對美國可能征收的額外關稅?考慮到更高的成本，高附加值的生產活動是否是轉移到美國的理想選擇?美國公司是否會重新考慮其離岸製造投資和活動?
5.未來的路標
展望2025年，半導體行業高管應留意以下跡象：
目前，人工智能在半導體方面的高額支出與企業能夠將其人工智能產品貨幣化之間存在著不匹配的情況。對於 2025 年，“投資不足的風險大於投資過度的風險”這一論點似乎仍占主導地位，但如果這種態度發生轉變，對人工智能芯片的需求可能會變得比預期的要弱。
來自敏捷晶片初創公司的競爭可能會加劇，對整個半導體行業的現有企業構成挑戰。值得注意的是，人工智能晶片初創公司在 2024 年第二、第三和最後一個季度在全球範圍內獲得了累計 76 億美元的風險投資，其中幾家初創公司提供專業解決方案，包括可定制的基於 RISC-V 的應用程序、晶片、LLM 推理晶片、光子集成電路、晶片设计和晶片设备。
由於美國和其他主要市場的利率可能會進一步下降，有利的信貸環境可能會成為芯片行業併購的順風，而該行業的併購在 2024 年已經出現上升趨勢。此外，隨著兩個不同的芯片市場的發展(一個是人工智能芯片市場，另一個是所有其他類型芯片市場)，該行業可能會經歷併購和整合，尤其是當擁有寶貴知識產權的公司落後於同行並被視為有吸引力的目標時。儘管如此，全球範圍內可能出現的更嚴格的監管和貿易衝突可能會抑制交易環境。
隨著地緣政治挑戰席捲全球，芯片公司應該做好應對進一步中斷的準備。即使回流、友好外包和近岸外包勢頭強勁，傳統的渠道合作夥伴模式和聯盟關係也可能被顛覆。長期的地區衝突和戰爭可能會進一步影響重要材料和庫存的流動。所有這些都可能擾亂半導體公司的需求計劃，要求它們更加靈活，調整供應鍊和採購合同以及定價條款。
資本支出和收入的很大一部分是由人工智能和生產這些高度先進的人工智能芯片所需的先進晶圓推動的。然而，汽車、工業和消費領域的晶圓需求仍然低迷，而手機和其他消費產品的需求有所上升。到 2025 年 2026 年，雖然總體收入和資本支出似乎繼續呈上升趨勢(至少在未來 9 到 12 個月內)，但人工智能相關支出的任何下降趨勢和零部件短缺都可能對更廣泛的全球半導體和電子供應鏈產生不利影響。
本文轉載自“半導體行業觀察”，FOREXBNB編輯：李佛。
