进入到2022年，全球经济依然笼罩在新冠疫情阴影下，但半导体行业却在持续增长。2021年8月初，世界半导体贸易统计组织（WSTS）预测——全球半导体产业2022年的营收额将为10.1%。不过，2021年12月初，WSTS把该数据重新修订为8.8%，全球半导体市场规模调整为6014亿美元。

值得注意的是，2021年全球半导体同比增长为25.6%，2022年预估的增长率比2021年下滑17个百分点，但仍呈现出正增长的趋势。同时，业内人士也普遍认同，全球半导体产能紧缺的趋势，将贯穿2022年一整年。

在这样的大环境下，《国际电子商情》分析师团队围绕芯片工艺、跨界造芯、DPU创业、光线追踪、AI手机摄影、DDR5内存、第三代半导体、移动机器人、快充应用、涨价缺货、元宇宙概念等热点议题的趋势做了分析。

4nm工艺芯片批量商用

尽管7nm以下先进工艺的复杂性和成本都在大幅攀升，但这对那些追求极致芯片性能的厂商们来说仍然非常重要。因为在半导体制程工艺逐渐逼近物理极限的限制下，芯片发展必须通过晶体管架构的改变、后段封装技术或材料突破等方式，才能持续达成提高效能、降低功耗和缩小芯片尺寸的目的。

在2021年底，两家顶级手机SoC芯片厂商联发科和高通，先后宣布推出采用台积电4nm和三星4nm工艺制造的旗舰SoC平台——天玑9000和骁龙8 Gen 1。这意味着，经过这一场龙争虎斗之后，2022年，安卓手机阵营将跑步进入4nm时代。

5nm芯片其实在2020年就已实现量产，华为麒麟9000、高通骁龙888，以及苹果的A14、A15等芯片，都采用了5nm工艺制造。在此基础上，台积电和三星正向3nm芯片进发。在3nm量产之前，4nm制程有效填补了5nm与3nm之间的空挡。

台积电N4工艺平台基于N5平台，新工艺在速度、功耗和密度都得到了进一步的提升，在设计规则、SPICE和IP方面同样与N5保持兼容，以利于在5nm和4nm之间实现无缝衔接，并在3nm未大规模量产时形成一种补充。根据此前的规划，N4会在2021年Q4开始试产，并于2022年实现量产。

此前，三星将其4nm工艺4LPE视为其7LPP工艺的演进版本，并在此基础上新增了低功耗版本4LPP，据称相比4LPE会实现5%的性能提升和10%的功耗降低，是“全环绕栅极晶体管(GAA)架构之前，实现最佳PPAc(功率、性能、面积、成本)的第5代EUV节点工艺”，预计在2022年实现量产。当然，这也是三星最后一个采用鳍式场效晶体管架构(FinFET)工艺的先进制程技术，从3nm工艺开始，该公司将全面采用GAA工艺。

总体来说，相对于3nm工艺，以5nm制程为基础改良而来的4nm制程技术相对稳定和成熟，生产成本相对低廉，属于过渡性制程工艺，3nm才是相关企业未来比拼的重点。

但另一方面，我们也不得不承认，先进工艺面临的挑战是巨大的，这也是为什么当前集成电路工艺技术的发展趋势，正逐渐从单一追求尺寸依赖的先进工艺，向先进工艺(More Moore)、非尺寸依赖的特色工艺(More than Moore)和先进封装三个维度并举发展，小芯片(Chiplet)、异构集成的系统级封装(System-in-Package)、3D堆叠等新技术层出不穷的原因。

跨界自研芯片趋势将更明显

标准芯片已无法满足苹果、亚马逊、Facebook、特斯拉等全球顶尖科技公司的实际需求，他们正在开发属于自己的定制化芯片。这样的趋势在中国也得到了体现，目前，国内排名前十的电子产品制造企业均拥有自主芯片设计的能力，OPPO、小米、美的，甚至于百度、阿里巴巴等企业都已在建立自己的团队。

自建芯片设计团队的主要好处，一是希望把命运掌握在自己手中，尤其是在近两年爆发的产业链危机面前，这一策略还是经受住了考验，收到了效果；其次，OEM厂商具备系统化知识，知道自己需要何种类型芯片；再次，就是在形成一定量级的规模后，便可降低采购成本。此外，企业也可以发展自己独立的技术、做一些差别化、专有的技术与产品。

澎湃C1是小米自研的ISP图像处理器，相关负责人曾表示，“如果我们不投入芯片设计，那么未来就可能掌握不了数字世界的钥匙。小米将以此为起点，重新出发回到手机的核心SoC器件设计当中。”

再看看自动驾驶，传统意义上的汽车行业具有复杂的供应链，汽车制造商位于最顶端，原材料供应商、二级供应商、一级供应商等多层供应商向其提供各种硬件和软件。但随着智能驾驶和大量造车新势力的出现，他们开始直接与软件/硬件设计公司合作，从而绕过传统供应链中的某些步骤。这意味着，提供软件和数字技术的市场参与者原本处于Tier 2、Tier 3级别，但在当前趋势下，也许很快就会跃居Tier 1的位置。

但在我们看来，这些企业同时也面临挑战，包括：企业能够做到怎样的量级、产品的设计能力、性价比是否能满足需求等等。当下，大多数企业在起步初期均处于“烧钱”阶段，发展比较困难。所以相对而言，大公司的行动会更为积极，因为他们在财务方面的境况较好，而且大公司以及在国内环境下投资半导体常会得到政府的补助或其他支持。

DPU成为SoC创业新贵

2020年10月，英伟达正式将基于Mellanox的SmartNIC方案命名为数据处理单元(Data Processing Units, DPU)，并将CPU、GPU、DPU称之为组成“未来计算的三大支柱”。此后，DPU概念“一炮而红”，全球众多竞争者纷至沓来。

DPU的出现并不令人感到意外，这是异构计算的又一个阶段性标志。众所周知，摩尔定律的放缓使得通用CPU性能增长的边际成本迅速上升，但计算需求却始终呈现爆发性增长态势，这种性能增长与数据增长之间的“剪刀差”现象，是以DPU为代表的专用计算芯片得以发展的重要原因。

全球算力需求每3.5-4个月就会翻一倍，远超当前算力的增长速度。在此驱动下，全球计算、存储和网络基础设施也在发生根本转变，一些复杂的工作负载在通用的CPU上不能得到很好的处理。因此，为减轻CPU内核负担，并提高计算效率，DPU正在网络数据处理、网络安全、网络互连协议方面逐渐取代CPU芯片。

尽管是数字基础设施中的“新物种”，但DPU并非凭空而生，而是孕育已久。从早期的网络协议处理卸载，到后续在SmartNIC基础上新增AI、安全、存储和网络等各种功能，能够完成性能敏感且通用的工作任务加速，更好地支撑CPU、GPU上层业务，一跃成为整个网络的中心节点和新一代算力芯片。可以说，DPU芯片此前不过是功能已在，唯独“缺少名分”而已。

英特尔、博通、英伟达、赛灵思、Marvell这些我们耳熟能详的国际企业，是DPU市场的重要玩家，但近两年间，以中科驭数、芯启源、星云智联为代表中国的DPU创企，也加入了火热的DPU赛道中，一时间，DPU成为了2021年SoC创业最火的概念。

据《国际电子商情》预测，到2023年，中国DPU市场规模将接近200亿人民币；同时，也有其它分析机构预测称，中国DPU市场规模预计将在2025年超过37亿美元，约合240亿人民币。

未来，用于数据中心的DPU量级将达到和数据中心服务器等量的级别，甚至可以豪不夸张的说，“每台服务器可能没有GPU，但一定会有一块或者几块DPU/IPU卡，这将是一个千亿量级的市场。”

DDR5内存批量商用，2-3年后价格下降

2020年7月，JEDEC固态存储协会正式公布DDR5 SDRAM标准（JESD79-5）。DDR5内存的引脚带宽（频率）是DDR4的两倍，改为独立的双32bit通道，主频从DDR4的2400MHz升至4800MHz，比DDR4 3200MHz频率提升约50%左右，总传输带宽提升了38%，未来会达到6400MHz甚至8400MHz左右。

虽然2021年是DDR5商用的元年，但是当前DDR5的价格依旧居高不下。2021年下半年，金士顿、闪迪、嘉合劲威、海盗船、美光、TEAMGROUP、Innodisk、铭瑄等厂商分别发布了DDR5内存条产品。以TEAMGROUP的内存条套装为例，其4800MHz 32GB DDR5定价为399.99美元（约合人民币2578元）。而当前主流电商平台上32GB DDR4内存条的价格主要在1000-1500元人民币之间，在同等容量的情况下，DDR5的价格比DDR4约贵了三分之二至两倍。有业内人士表示，当DDR5内存占整个内存市场30%的份额时，其价格才会逐渐下降。

观察此前每一代内存转换的特点，相邻两代间一般会有2-3年的转换过程，在这个过程中新产品的市占率会越来越高。依据这个特点来判断，我们预计DDR5内存价格在2023年下半年至2024年下半年才会迎来显著下调。

随着DDR5产品将逐渐进入量产，NAND Flash堆栈技术将超越200层。在DRAM方面，三星、SK海力士、美光将逐渐量产DDR5产品，而5G手机需求也刺激着LPDDR5市占比持续提升。另外，SK海力士和三星将陆续量产1a纳米制程产品，预计该市场能见度将在2022年逐季提升。

在应用方面，2021年10月28日，Intel发布第12代酷睿桌面CPU，将DDR 5内存带入了PC DIY市场。当然，要体验Intel 12代酷睿的全部功能，必须配合来使用DDR5内存。由于DDR5正面临缺货危机，当前部分消费者无法体验DDR5内存给PC带来的优势。

第三代半导体晶圆厂加大8英寸产能

作为率先商用的第三代半导体材料，近年来碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）备受关注。到2025年，全球功率分立器件和模块市场规模将达274亿美金，其中SiC和GaN的市场份额将增加到17%。

全球晶圆大厂正在积极推进8英寸SiC晶圆的商用。SiC的制造难点集中在衬底生长、衬底切割加工、氧化工艺方面，SiC衬底环节掌握产业链话语权，一些下游的外延、器件厂商收购SiC衬底厂，硅晶圆厂也在切入SiC衬底业务。

近几年以来，Cree、英飞凌、SiCrystal、II－IV、新日铁住金及道康宁等厂商扩产了6英寸产线，又在积极推动SiC向8英寸发展。其中，Cree、II-VI、SiCrystal、ST已拥有8英寸SiC衬底技术。而国内厂商在SiC衬底环节正由4英寸向6英寸升级，中电55所、中国中车、三安光电、华润微电子、积塔等已经有6英寸SiC产线。

除了汽车逆变器之外，车用OBC、慢充充电器、快充电桩等都能使用SiC产品。这导致当前SiC产能无法满足市场需求，而大厂凭借扩产/并购方式提前锁定衬底产能，例如Wolfspeed（Cree旗下）与英飞凌、ST、安森美，SiCrystal（罗姆旗下）与ST，GTAT（安森美旗下）与英飞凌分别签署了长期供应协议。

外延片是GaN非常关键的环节，其外延片通常用的是异质衬底，例如蓝宝石、SiC、硅（Si）等。理论上，GaN同质衬底是生长GaN外延层最好的衬底，但传统熔体法无法用于GaN单晶的生长，因此GaN单晶的生长进展缓慢。

当前较为主流的是GaN-on-Si（硅基氮化镓）和GaN-on-SiC（碳化硅基氮化镓）两种衬底技术。GaN-on-SiC的性能较佳，但价格高昂，但目前尺寸限制在4-6英寸晶圆；GaN-on-Si的生长速度较快，容易扩展到8英寸晶圆，但性能略逊于GaN-on-SiC。

GaN-on-Si在电力电子中有广泛应用，SunEdison、胜高、硅产业集团等代工厂和TI、ST、英飞凌、安森美、英诺赛科、华润微电子、士兰微电子等IDM厂在该赛道发力；GaN on SiC适用于射频领域应用，SiC衬底散热性更好，但其晶圆尺寸较小，尚未超过6英寸。 GaN on SiC赛道供应商有Wolfspeed、道康宁、罗姆、II-VI、新日铁住金、Norstel（中国资本收购）、天科合达、山东天岳等。

值得注意的是，2021年6月5日，英诺赛科GaN生产基地正式投产。截至 2021年年底，英诺赛科GaN晶圆产能达6000片/月，待项目完全投产后，年产能将达78万片，年产值超过100亿元人民币。我们预判，2022年开始GaN在国内将加速商用。

电动汽车、5G通讯、数据中心等应用的增长，也将推升SiC和GaN晶圆的产能。目前，SiC及GaN晶圆主要被限制在4-6英寸，随着头部供应商在8英寸晶圆方面的发力，2022年第三代半导体8英寸晶圆产能将增多，晶圆大厂增加8英寸产能的趋势，在未来几年内将持续存在。

光线追踪在GPU应用中成为必选项

这里所说的光线追踪是指实时光线追踪。这两年实时光线追踪在图形计算领域很热门，即便光线追踪技术的诞生已经有相当的年头了。光追如今被业界一致认为是图形计算必备技术，它能在虚拟图形世界，令画面中的3D对象之间产生更为真实的光影关系，在视觉上令画面更真实。

桌面、数据中心及专业视觉领域，光线追踪的主要推力来自英伟达。AMD和Intel的GPU产品都在2021进行了积极的跟进。移动领域，则因为光线追踪的贪婪算力需求，会稍晚一步。但Imagination已经于2020年在IP方面为光线追踪技术在移动领域的实现准备就绪；Arm、联发科等参与者目前正在市场上做前期部署。

应用层面，游戏、专业视觉作为光线追踪前期应用的重要场景自不必多说。但光线追踪真正代表的，乃是真实世界在虚拟图形世界映射的一类模拟、仿真技术。近两年热门的概念中，“数字孪生”与“元宇宙”都对真实世界的物理模拟，提出了极高的要求，包括光、粒子、液体、材料、弹簧、线缆等物理特性模拟。

光线追踪在数字孪生之上的应用，颇具代表性的一例是爱立信借助英伟达的Omniverse打造了一座城市的数字孪生。这座虚拟城市在建筑物、植被、树叶等材质上都具备了物理级准确性，实现了信号反射强度的精准模拟。利用光线追踪技术，能够对城市中每个点的5G信号质量进行计算与可视化，最终设计出高效、可靠的网络。

以光线追踪为代表的模拟与仿真技术将进一步驱动图形世界、数字孪生、元宇宙等技术和应用的发展。

AI成手机拍照标配，并深度渗透至更多成像/视觉市场

AI大概是计算摄影现在最热门的技术方向了，手机摄影是受益最多的一个应用。不仅是在摄影方向，汽车、工业、安防等市场，AI在机器视觉领域所占的比重变得越来越大。AI专用处理器或单元，正全面进入图像处理流程。

硬件层面颇具代表性的趋势：手机芯片制造商普遍开始在影像处理流程上，将ISP与NPU做“融合”，并为两个单元间的通讯做优化。2020-2021年，华为、三星、联发科等芯片厂商都在做这方面的努力。而索尼、思特威这类CMOS图像传感器厂商，则普遍在考虑或已推出将图像传感器与AI处理芯片做融合的解决方案，当前已经在工业机器视觉等领域发挥作用。AI彻底改变了视觉系统中的硬件，对整个行业造成了影响。

单就手机摄影应用来看，AI对于摄影和成像的参与也远不只是换脸、美颜这些锦上添花的功能特性，而是在摄影与成像的关键组成部分发挥作用，例如对照片自动白平衡、暗光摄影降噪、视频拍摄防抖、HDR高动态范围、局部光照等流程的深度参与。这些特性目前得益于AI硬件技术的发展，也开始从拍照全面渗透到视频拍摄——AI视频拍摄将成为智能手机标配。

与此同时AI摄影技术还在做更多探索，例如有研究团队将手机与单反所摄相同场景作为神经网络映射，训练能够获得“单反级”成像质量的网络。

新的一年预计会看到AI在摄影领域的更多应用和特性；成像画质的主战场甚至因此逐步转向后端处理。持续渗透到更多机器视觉应用领域，更是AI技术发展的核心构成。

移动机器人借助“AI”征服市场

全球对机器人应用的创新研究由来已久，在汽车工业、3C电子、物流等行业取得广泛应用。直到“黑天鹅”新冠肺炎疫情的到来，让人们重新发现机器人代替人工进行“无接触”行为的更多商业价值，这使得入局者从不同领域纷沓而至，不同场景的新兴应用层出不穷，移动机器人产业景气度持续上升。据增长趋势预测，2022年全球移动机器人市场规模有望突破250亿元，同比成长率约30%，是今后五年的最高值！

移动机器人何以在市场上获得如此大的期待？这不得不谈AMR应用的崛起。

自主移动机器人(AMR) 是一种具有理解能力并在场景环境中独立移动的机器人，具有灵活、智能、复合的三大优势，来改进内部运输流程的运营效率、提高速度、确保精度和增加安全性。

AMR不同于前代产品自动导航车辆 (AGV)，其应用无需依赖于轨道或预定义路线，而是使用传感器、人工智能、机器学习技术来计算路径规划，并利用避撞等导航技术来减速、停止或重新规划路线绕过障碍物，然后继续执行任务。这体现AMR机器人的灵活和智能优势。

AMR也被称为“复合机器人”， 因为它可以集合各类顶部模块解决方案，拓展多元功能。从实际案例来看，AMR集合货架、牵引挂钩、顶升装置、传送带、机械臂等顶部模块，即可替代AGV在大型制造工厂、第三方物流运输等大规模场景里满足物流运输的基本需求；而集合显示屏、互动模块、消毒设施等顶部模块，AMR即可扩展到医药疗养、商场超市、餐饮场所等细分场景，典型案例有商场的迎宾机器人、餐厅里的送餐机器人、园区内的物流机器人、大厦里的测温/消毒机器人……不难看出，从传统AGV到AMR，移动机器人的“车辆”属性正被弱化，进而更加凸显出“机器人+AI”的商业价值。

快充产业加速技术创新与应用落地

随着人们对电子产品的依赖性逐步增强，“电池焦虑症”也变得普遍起来。小到智能手机、TWS耳机、电动牙刷、充电宝，大到笔记本电脑、平板，甚至是电动汽车，使用者均希望充电更快速、用电更节能、续航更持久。鉴于这一需求，在电池技术没有革命性变更的情况下，快充/超级快充技术重新走红，在技术创新与产业落地两方面加速发展。

在技术创新方面，快充产品正往大功率、小体积、低成本、多口化、无线化等方向发展，相应地对电源适配器集成化程度、电路拓扑结构设计、抗电磁干扰、散热管理等性能提出了新的要求。同时，快充厂商也更关心集合产品品质、结构和成本控制方面优势的一体化解决方案。

另外，GaN开关特性会远远优于MOSFET，这为通过高频化来减小充电器体积提供了可行性。而且随着GaN出货量的提升，GaN的成本也在逐步优化，部分型号的价格已经贴近MOSFET。未来GaN很有机会成为快充充电器的主流。

当然，2021年电源类芯片短缺行情在一定程度上影响了快充市场的发展。但长远来看，出于消费者快充需求的因素，未来快充需求肯定会急剧增加，尤其是最近一些手机厂商取消了配送充电器，这给整个行业带来了巨大潜在需求。

在应用落地方面，快充技术已经从普及度最高的手机、笔电、平板三大板块，逐步覆盖到了TWS耳机、新能源汽车、电动工具、个人护理、户外电源等新兴市场，有望急速扩大市场容量。

尤其是在碳中和、环保趋势下，电动汽车已是未来明确趋势。我们预估2021年电动汽车总出货车辆数将达540万台，占整体车市出货量约5%。而目标是到2030年电动车占整体车市的比重将达30%左右，且目前看起来速度还可能更快，等于未来十年该数量会呈现6倍以上的成长。

不过，电动汽车的快充普及速度将明显低于消费类电子产品。这是因为暂时受到动力电池、控制及热管理等技术制约，且国内充电设施建设相关法规、标准缺失，还需要电力供应部门、社区中心等环节的助力。因此，电动汽车的快充普及将成为未来5年里产业链多环节共同配合的热点领域。

缺货涨价或笼罩2022全年

尽管“缺货”已经成为电子产业的一个“新常态”，但业者仍然对缺货涨价信息十分敏感。展望2022年，我们认为：“缺货”困境短时间内无法彻底缓解，结构性缺货将会贯穿2022全年，可能集中在车用MCU、功率元件、电源管理芯片等热门类别；至于“涨价”是波动行情的具体表现，属于区域性、部分品类的涨价，建议产业链上下通过加强沟通联系、互通行情信息、共享分析预报等手段来应对。

引起缺货行情的首要因素，是新冠肺炎疫情状况的反覆不定。乐观预计，倘若2022年下半年全球疫情得到根本性控制，全球成熟制程半导体元件供应紧张将有望在年底得到基本缓解。尽管如此，这比原先预期到2022年Q2的时间还要拉长，长短料状况也会延长，希望产业链继续关注疫情对整体电子供应链的影响。

反观需求方面，全球防疫常态化之下，市场需求稳健增长是行业共识。例如5G、AI、物联网、先进驾驶辅助系统(ADAS)等应用芯片需求持续强劲，可弥补部分终端产品市场需求趋缓的迹象，2022年整体市场需求仍可稳健成长。

由此，《国际电子商情》建议全球上游供应链需要“开源节流”来应对产能紧缺和需求上升的双重压力。具体来说，“开源”是指积极扩充产能，“节流”是对产能和产品结构进行调整，如此才能熬过特殊形势、迎接后市机会。

对于元器件分销商来说，相信近两年的波动行情已经给了足够多的时间和经验，让其适应快速变化的各种不确定性。在即将到来的2022年，分销商将继续通过与原厂积极配合、适量的备货、积极使用替代方案等手段，持续发挥其业务敏捷性和灵活性，协助上下游构筑起供应链稳定体系。

元宇宙概念产品2022年难以落地

2021年，一场名为“元宇宙(Metaverse)”的狂欢潮席卷了全球——4月，字节跳动以1亿元投资元宇宙概念公司代码乾坤；5月，Facebook更名为Meta，表示要在5年内转型成一家元宇宙公司；8月，VR初创企业Pico披露已被字节跳动以高达90亿元价格收购；微软8月在Inspire全球合作伙伴大会上宣布了企业元宇宙解决方案；VR初创企业Pico披露，已被字节跳动以高达90亿元收购……一时间，全球高科技企业仿佛看到了庞大的蓝海市场，纷纷开始元宇宙产业初期布局。

元宇宙本身不是一种技术，而是一个理念和概念，是基于扩展现实技术提供沉浸式体验，以及数字孪生技术生成现实世界的镜像。它的到来需要整合不同的新技术，如5G、6G、人工智能、大数据等，强调虚实相融。

2021年8月，英伟达在发布会上就是借着14秒“数字替身”版黄仁勋为被视为当前“元宇宙基建”的云宇宙平台Omniverse“大秀肌肉”。根据英伟达的说法，AR是AI从Omniverse进入真实世界的方式，而VR是则是用来进入Omniverse的“虫洞”。

元宇宙旨在构建一个持久的虚拟共享空间，同时依然能够保持对现实世界的感知和体验。而VR/AR设备被视为用户端最好的元宇宙“入口”，换而言之，VR/AR设备的普及率也会成为元宇宙产业发展的一大关键。而尴尬的是，被视为“元宇宙”入口的VR设备发展至今普及率仍低，被认为是“不成熟的产品”。这也意味着，我们距离元宇宙的开启，仍有很长的距离。

虽然元宇宙概念火爆，但《国际电子商情》认为，未来一年内，观望仍是高科技企业对元宇宙概念的主要情绪。但可以确定的一点是，在元宇宙概念驱动下，2022年将会有更多厂商开始进入VR/AR市场发展。

本文为《国际电子商情》2022年1月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击