全球半導體市場預計将于2023年觸底，并于2024年開始全面複蘇。
2021年至2022年，因新冠疫情爆發而出現特殊需求，全球半導體市場快速增長。然而，随着新冠疫情造成的特殊需求在2022年下半年結束，半導體行業在2023年陷入了曆史上最嚴重的衰退之一。然而，大衰退預計将于 2023 年觸底，今年（2024 年）将出現全面複蘇。
筆者認為半導體市場能否全面複蘇取決于存儲器的趨勢。
事實上，從各類型的季度半導體出貨量來看，邏輯晶片已經超越了因新冠疫情造成的特殊需求峰值，并創下了新的曆史新高。此外，Mos Micro（微處理器）和Analog（模拟器件）很可能在2024年創下曆史新高，因為新冠特殊需求結束導緻的跌幅并不大（圖1）。
圖1：按類型和總量劃分的半導體季度出貨量（截至2023年第四季度）來源：作者根據WSTS資料建立
其中，Mos Memory在大幅下跌後，在2023年第一季度（Q1）觸底并正在恢複，但似乎仍需要相當長的時間才能達到疫情後需求的峰值。然而，如果Mos Memory超過這個峰值，半導體總出貨量肯定會重新整理曆史新高。這樣的話，可以說半導體市場已經全面恢複了。
但是，從半導體出貨量的變化來看，很明顯這種看法是錯誤的。這是因為，雖然Mos Memory的出貨量已基本恢複，但出貨值創曆史新高的邏輯晶片卻仍處于極低水準。也就是說，要想讓全球半導體市場全面恢複，邏輯晶片的出貨數量必須大幅增加。
是以，在本文中将針對各類半導體和半導體總量來分析半導體的出貨量和數量。接下來，筆者以邏輯晶片的出貨量與出貨量之間的差異為例，展示台積電的出貨量在快速恢複的情況下，晶圓出貨量卻如何低迷。
進一步推測為什麼會出現這種差異，并論述了全球半導體市場全面恢複的可能性很有可能推遲到2025年。
結論是，現在半導體市場似乎正在複蘇，這是由于英偉達 GPU以非常高的價格交易而引起的“錯覺”。是以，在台積電等代工廠達到滿負荷、邏輯晶片出貨量再創曆史新高之前，半導體市場似乎不會全面複蘇。
半導體出貨額及出貨數量分析
圖2顯示了各種類型的半導體以及整個半導體的出貨量和數量的趨勢。
Mos Micro的出貨量在2021年Q4達到峰值後，在2023年Q1達到底部并正在恢複。另一方面，其出貨個數沒有大的變動，大緻持平，從2023年Q3到Q4略有減少。
圖2 各類半導體及半導體整體出貨額及出貨數量趨勢（截至2023年第4季度）來源：作者根據WSTS資料制作
Mos Memory的出貨量從2022年Q2大幅下降，在2023年Q1觸底并轉為上升，但在同年Q4也僅恢複到峰值時的40%左右。另一方面，其出貨個數恢複到高峰時的94%。也就是說，可以認為存儲器制造商的工廠運作率接近滿容量。問題是DRAM和NAND閃存的價格會上漲多少。
邏輯晶片的出貨量在2022年Q2達到峰值後，在2023年Q1觸底并開始上升，并在同年Q4重新整理曆史新高。另一方面，其出貨個數在2022年Q2達到峰值後，在2023年Q3下降到峰值時的約65%，同年Q4也持平。換句話說，在邏輯晶片中，發貨金額和發貨機關數的行為之間存在很大差異。
模拟器件的出貨量在2022年Q3達到峰值後，在2023年Q2觸底，之後持平。另一方面，其出貨個數在2022年Q3達到峰值後，持續下降趨勢，直到2023年Q4。
最後，半導體整體出貨量從2022年Q2大幅下降後，在2023年Q1觸底并轉為上升，并在同年Q4恢複到峰值時的約96%。另一方面，其出貨數量從2022年Q2大幅減少，在2023年Q1觸底，但此後在高峰時的約75%繼續持平。
從上面來看，如果隻看出貨量，Mos Memory才是問題所在，目前僅恢複到峰值的40%左右。然而，如果從更廣泛的角度來看，可以看到邏輯晶片是一個主要問題，盡管出貨量已經達到了曆史新高，但出貨量卻停滞在峰值的65%左右。邏輯晶片 的出貨量和出貨量之間的這種差異的影響似乎延伸到了整個半導體領域。
簡而言之，全球半導體市場的複蘇取決于Mos Memory的價格上漲和邏輯晶片出貨量是否會大幅增加。而且，由于DRAM和NAND價格處于上升趨勢，最大的問題是邏輯晶片的出貨數量增加。
下面，我們将解釋台積電的出貨量和出貨晶圓數量的行為，以具體展示邏輯晶片的出貨量和出貨晶圓數量之間的差異。
台積電季度出貨額及晶圓出貨數量
圖3顯示了台積電按節點劃分的銷售比例以及2023年第四季度7nm及以上工藝的銷售趨勢。
台積電将7nm及以後定位為先進節點，2023年Q4，7nm占比17%，5nm占比35%，3nm占比15%，使得先進節點總數達到67%。此外，先進節點的季度銷售額将從2021年第一季度開始增長，從2022年第四季度開始下降一次，但在2023年第二季度觸底并重新開始上升，同年第四季度達到曆史新高。
圖3 台積電2023Q4各節點銷量占比及先進節點銷量趨勢 來源：台積電2023Q4财報幻燈片
換句話說，如果你看看先進節點的銷售情況，台積電的表現就很好。那麼，台積電整體季度銷售額和晶圓出貨量情況如何（圖4）？
圖4：台積電季度出貨值與出貨晶圓數量（截至2023年第4季度）來源：作者根據台積電曆史營運資料制作
台積電季度的季度出貨量和晶片出貨張數圖表的上下變動大緻一緻。2000年IT泡沫達到頂峰，2008年在金融危機沖擊後下跌，在2018年記憶體泡沫破滅後也下跌。
然而，2022 年第三季度疫情特殊需求高峰後的行為有所不同。出貨額最高達到202億美元，随後大幅下降，但在2023年第二季度觸底157億美元後開始回升，同年第四季度恢複至197億美元，為峰值的97%。
另一方面，本季度晶片出貨量在2022年Q3達到397萬片峰值後大幅下降，2023年Q2達到292萬片峰值，但此後仍持平，同年Q4也保持在296萬片，比峰值時減少約100萬片。
在台積電生産的半導體中，邏輯晶片是最多的。台積電在2023年第四季度的銷售額創下前端節點的曆史新高，整體上恢複到97%的曆史新高。盡管如此，該季度的晶片出貨量比高峰時少100萬張以上。也就是說，台積電整體的工廠運作率僅為75%左右。
就全球半導體整體而言，邏輯晶片出貨量已下滑至新冠特殊需求高峰期的 65% 左右。與此相一緻的是，台積電季度晶圓出貨量比巅峰時期減少了超過100萬片晶圓，工廠開工率被認為低迷在75%左右。
今後，全球半導體市場要真正複蘇，邏輯晶片出貨量需要大幅增加，而要做到這一點，以台積電為首的代工廠開工率必須接近滿負荷。
那麼具體是什麼時候呢？
預測主要代工廠使用率
2023年12月14日，中國台灣研究公司TrendForce的研讨會「産業聚焦資訊」在東京灣有明華盛頓酒店舉行。研讨會上，TrendForce分析師Joanna Chiao介紹了“台積電全球戰略以及2024年半導體代工市場展望”。其中，Joanna Chiao 談到了預測代工廠使用率（圖 5）。
圖5：主要代工廠12英寸晶圓廠開工率變化 來源：Joanna Chiao（TrendForce），《台積電全球戰略與2024年半導體代工市場展望》
根據該預測，到2022年第二季度，所有晶圓代工廠的營運率将超過90%。然而，在同年Q4期間，許多晶圓代工廠的營運率急劇下降。
其中，隻有台積電以99%的營運率穩居榜首，但在2023年Q4時将降至76%。該台積電的運轉率與從季度的晶片出貨張數推導出的運轉率約75%大緻一緻。
而且，預計包括台積電在内的主要晶圓代工廠的運轉率即使到2024年Q4也不會達到滿負荷。即使是最高效率的台積電也隻有85%。按銷售額計算全球第二大晶圓代工公司三星電子（以下簡稱“三星”）預計開工率低至67%。
也就是說，根據這一預測，主要晶圓代工廠的營運率在2024年底之前不會達到滿負荷。是以，預計到2024年，邏輯晶片的出貨數量不會大幅增加，是以，全球半導體市場不會真正恢複。
那麼，為什麼以台積電為首的主要晶圓代工廠的營運率如此之低呢？
各類電子裝置出貨量同比增速
圖6 顯示了2022年、2023年、2024年各種電子裝置出貨台數的前一年增長率。其中，對包括邏輯晶片在内的半導體市場有較大影響的電子裝置是智能手機、伺服器、PC（Notebook）。然而，這三種裝置的出貨量增長率并不明顯。
圖6：各類電子裝置出貨量同比增長率（2022-2024）來源：Joanna Chiao（TrendForce），《台積電全球戰略與2024年半導體代工市場展望》
智能手機2022年增長率下降10.6%，2023年增長率為持續下降為2.7%，2024年轉正，但僅增長3.0%。伺服器銷量2022年增長4.7%，2023年下降6.0%，2024年恢複正增長，但增幅僅為2.5%。筆記本電腦将在 2022 年大幅下降至24.5%，2023 年保持在-10.2%，最終在 2024 年恢複至+3.2%。
除了這三種類型外，2024年的增長率也令人失望，平闆電腦下降 0.1%，電視下降0.3%，顯示器下降1.5%。
在這種情況下，AI伺服器和電動汽車（EV）的高增長率令人矚目。具體而言，AI伺服器在2022年為零，但在2023年增長36.9%，2024年增長44.2%。該AI伺服器使用AI半導體。而且，英偉達的GPU占該AI半導體的80%以上。
邏輯晶片發貨金額與發貨數量不符的原因
在英偉達的GPU中，H100是目前性能最高的GPU，需求量很大，并且以每顆500萬到600萬日元的極高價格成交。這被認為是邏輯晶片出貨額創下新高的原因。
然而，如圖6所示，除了AI伺服器和電動汽車之外，許多電子裝置的增長速度極其緩慢，是以這些裝置中使用的邏輯晶片的出貨量将處于較低水準。是以，生産邏輯晶片的主要代工廠的開工率也将低迷。
那麼，英偉達的GPU等AI半導體未來會出貨多少呢？預計全球邏輯晶片出貨量将增加多少？換句話說，AI半導體會成為市場複蘇的救星嗎？
AI伺服器出貨量變化
圖7 顯示了2022年～2026年間AI伺服器出貨台數的推移。根據該預測，2022年AI伺服器出貨量為87.7萬台，到2023年将增長36.9%，超過120萬台，到2024年将進一步增長44.2%，超過170萬台。預計到2026年将出貨約270萬台。
圖7：AI伺服器出貨量趨勢 來源：Ken Kuo（TrendForce）資料，《從全球記憶體市場分析預測明年AI的未來》
那麼，這台AI伺服器占所有伺服器的比例是多少（圖8）？根據這個數字，預計2022年AI伺服器占總數的比例為6%，2023年為9%，2024年為13%，2025年為14%，2026年為16%。
圖8：伺服器出貨數量、AI伺服器占比、AI晶片晶圓占比 來源：Joanna Chiao（TrendForce），《台積電全球戰略與2024年半導體代工市場展望》
ChatGPT等生成AI正在爆炸性地在全球範圍内普及。是以，對AI伺服器的需求似乎非常大。然而，現實中，AI伺服器的出貨量并沒有想象的那麼大。
AI伺服器瓶頸
可以認為，其原因在于AI半導體的供給速度。目前，英偉達擁有約80%的AI半導體的GPU在台積電中進行前工序和後工序。在随後的工序中，進行稱為CoWoS的封裝，但該CoWoS的容量成為瓶頸。
另外，在CoWoS中，在GPU周圍配置多個層疊DRAM的HBM（HighBandwidthMemory），但該HBM也被認為是瓶頸之一。因為向英偉達提供HBM的主要是SK海力士，而DRAM之王三星則落後了。
這樣，除了CoWoS的容量不足之外，很難說HBM也充分供給。此外，CoWoS的提前期約為半年，之後還需要半年時間來組裝AI伺服器。簡而言之，出貨AI伺服器需要大約一年時間。
而且，在圖8的右側圖中，寫有AI半導體用晶片在世界先進制程（可能為7nm以後）的容量中所占的比例。人工智能半導體晶片在2022年僅為4%，預計到2026年将翻番8%。
邏輯晶片出貨量什麼時候會增加？
這個8%是大還是小？盡管這是一個微妙的問題，但即使到 2026 年，剩下的 92% 的晶圓也将被非 AI 半導體的晶片消耗。其中大多數都是邏輯晶片。是以，為了讓邏輯晶片出貨量增加，以及以台積電為首的各大代工廠開工率達到滿負荷，智能手機、PC、伺服器等電子裝置的需求必須增加。
總而言之，以英偉達 GPU為代表的AI半導體不會成為救世主。是以，全球半導體市場在2024年很難真正恢複，預計将推遲到明年2025年。
但是，還有另一種（積極的）可能性來扭轉這一預測。
到目前為止已經說明的AI半導體意味着全部搭載在伺服器上。但是，現在在PC、智能手機、平闆電腦等終端（邊緣）上進行AI處理的運動正在出現。
例如，英特爾倡導的AI PC和三星即将制造的AI智能手機等。如果它們爆炸性地普及（即創新），AI半導體市場将迅速擴大。事實上，美國研究公司Gartner估計，到2024年底，将出貨2.4億部人工智能智能手機和5450萬部人工智能PC。如果這一預測得以實作，對尖端邏輯晶片的需求（出貨量和出貨個數）也将增加，台積電等晶圓代工廠的使用率也将上升。此外，對MPU和記憶體的需求也必将急劇擴大。
換句話說，如果這樣的世界到來，AI半導體将成為真正的救世主。是以，今後筆者将重點關注邊緣AI半導體的動向。
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