芯東西（公眾號：aichip001）
作者 | 湯之上隆
編輯 | Panken
編者注：本文作者湯之上隆先生為日本精密加工研究所所長，曾長期在日本製造業的生產第一線從事半導體研發工作，2000年獲得京都大學工學博士學位，之後一直從事和半導體行業有關的教學、研究、顧問及新聞工作者等工作，曾撰寫《日本“半導體”的失敗》、《“電機、半導體”潰敗的教訓》、《失去的製造業：日本製造業的敗北》等著作。
本文是湯之上隆先生近日發表於eetimes.jp上的一篇長文，不僅對十年前全球半導體市場增長預測的數據進行復盤和分析，而且提出新的計算方法，預測到2050年，全球半導體市場規模有望突破萬億美元大關。
全文內容如下：
2020年是被新冠肺炎疫情折磨的一年，湯之上隆希望今年是新冠病毒威脅消失、充滿希望的一年……然而這樣的想法還沒過多久，1月7日，日本首都圈的一都三縣就發佈了緊急事態宣言，從年初開始就大跌眼鏡，令人擔心今後。
但在遭受疫情衝擊的情況下，全球半導體市場和製造設備市場都持續增長。
受存儲半導體產業衰退影響，2019年全球半導體市場規模降至4123億美元，好在2020年受新冠病毒影響甚微，又恢復至4331億美元，並有望在2021年創下歷史最高紀錄，達到4694億美元，超過2018年存儲半導體泡沫時期的4688億美元。
此外，據國際半導體產業協會（SEMI）在2020年12月10日公佈的資料顯示，2020年全球半導體制造設備市場規模較2019年的596億美元增加了16%，創下689億美元新紀錄，預計2021年將達到719億美元，2022年將達到761億美元。這大大超出了湯之上隆此前的預期。
圖1：半導體制造設備市場變化（來源：湯之上隆根據Gartner和WSTS數據繪製）
一、全球半導體市場增長預測：2050年將破萬億大關雖然在全球範圍內，新冠病毒疫情更加嚴重，但正如前面所述，全球半導體產業的發展勢頭非常好，對於相關人員來説，這是“不幸中的萬幸”。
因此，作為2021年的第一篇文章，湯之上隆想要預測到2050年，全球半導體市場將增長多少。
另外，之所以將時間設定在2050年，是因為據説到2045年，人工智能（AI）超越人類能力的技術奇點將會出現，人們也意識到了這一點。
其實在2011年，湯之上隆就曾預測全球半導體市場將以每年1125億美元的速度增長，到2050年將達到7500億美元。然而，2010年全球半導體市場規模為3000億美元，40年後的2050年將增長至原來的2.5倍，對於這一預測，許多人批評説：“我認為它不會增長這麼多。”
圖2：到2050年的全球半導體市場增長預測（來源：湯之上隆根據Gartner和WSTS數據繪製）
因此，本文首先回顧了在2011年是如何對2050年的增長進行預測的，接下來，在大約十年後的2020年，我們將檢驗這一預測的結果，並再次嘗試預測2050年全球半導體市場規模。
湯之上隆的預測結果是，到2050年，全球半導體市場規模將達到8622億至1.123萬億美元。
不過，從短期來看，持續的中美高科技戰爭可能會阻礙全球半導體市場的增長。但對於人類來説，半導體是不可或缺的，湯之上隆堅信，只要人口不斷增長，人類文明不斷進步，半導體市場就會不斷擴大。
二、全球半導體市場發展的三個時代將時鐘的指針撥回2011年左右。2008年9月，雷曼兄弟事件引發了世界金融危機。但是，全球半導體市場呈V型復甦，2010年達到3000億美元。
當時，湯之上隆劃分了三個時代，來了解全球半導體市場的轉型。
圖3：全球半導體市場趨勢（資料來源：湯之上隆根據Gartner和WSTS數據繪製）
（1）1995年以前：年增長率為10％-15％的時代。日本、美國和歐洲等發達國家帶動了半導體市場的增長。
（2）1995-2000年：隨着Windows 95發佈，這是一個半導體增長放緩的時代。雖然2000年因IT泡沫而格外突出，但湯之上隆決定將這一年作為奇點而忽略。
（3）2001年以後：半導體市場再次以5-7％的年增長率發展。下圖展示了各地區半導體市場的變化，可以看出，日美歐半導體市場已經飽和，而其他亞洲半導體市場卻在快速增長。
這一時期，經濟開始發展的新興國家巴西、俄羅斯、印度、中國被稱為“金磚四國”。其中，中國的經濟發展尤為顯著，因此，包括中國在內的亞洲國家引領了全球半導體市場。
圖4：按地域劃分特定的半導體城市場趨勢（資料來源：湯之上隆根據Gartner和WSTS數據繪製）
由此，湯之上隆分別估算了發達國家和新興國家人均一年的半導體消費量。
三、人均一年消耗多少半導體？首先，湯之上隆估算了發達國家人均一年的半導體消費量。如前文所述，全球半導體市場在1995年一度飽和。如果將2000年的IT泡沫視作一個奇點予以排除的話，1995年~2001年期間，全球半導體市場規模約為1500億美元/年。
圖5：世界人口變化（來源：聯合國經濟社會信息和政策分析局人口部編《聯合國世界人口預測2006年修訂版》）
從世界人口變化來看，日美歐等發達國家總人口約為10億人（圖5）。這個人口數量自2001年以來幾乎沒怎麼變化（來源：聯合國經濟社會信息和政策分析局人口部編纂的《聯合國世界人口預測2006年修訂版》）。
因此，在發達國家，每年約有10億人消費1500億美元的半導體。簡單計算的話，在發達國家，人均一年的半導體消費為150美元。
圖6：人均一年消耗多少半導體？（資料來源：資料來源：湯之上隆根據Gartner和WSTS數據繪製）
例如，日本人購買PC、智能手機、數碼家電、汽車等電子產品，按人均一年花費150美元（2010年1美元兑換88.8日元，相當於1萬3320日元）購買半導體來計算，這一數據體感似乎很吻合。
接下來，湯之上隆計算了新興國家的人均半導體消費量。從2001年到2010年，全球半導體市場規模增長了1500億美元，達到約3000億美元。其中1500億美元是發達國家10億人的半導體消費量，新增加的1500億美元是新興國家的消費量。
2010年世界人口金字塔的70億人中，發達國家有約10億人，新興國家的中產階層有約20億人（如圖7右側所示）。剩下的40億人是貧困階層（Bottom of the Pyramid，BOP）。
也就是説，2010年左右，新興國家的20億中產階層消費了1500億美元的半導體。因此，通過除法運算，新興國家中產階層的人均一年半導體消費額為75美元，是發達國家150美元的一半。
圖7：1995-2010年世界人口變化（來源：聯合國經濟社會信息與政策分析局人口部編著《聯合國世界人口預測2006年修訂版》）
四、世界人口金字塔的變遷聯合國預測，到2050年，世界人口總數將達90-100億人。那時，發達國家和新興國家的中產階層有多少人呢？
根據上述內容，2010年以後的10年內，貧困階層的10億人將成為中產階層，新興國家中產階層的5億人將屬於發達國家。那麼，到2020年，發達國家的中產階層將達到15億人，新興國家的中產階層將達到25億人。
也就是説，每10年，發達國家和中產階層分別增加5億人。因此，如果持續這樣的經濟發展，到2050年，發達國家的中產階級將達到30億人，新興國家的中產階級將達到40億人（如圖8右側所示）。
圖8：2010-2050年世界人口變化（來源：聯合國經濟社會信息和政策分析局人口部編纂《聯合國世界人口預測2006年修訂版》）
五、沒打臉！兩種預測方法數據相近如果每10年發達國家和新興國家的中產階層分別增加5億人，那麼全球半導體市場將增加：
5億人×150美元+5億人×75美元=1125億美元。
以每10年1125億美元的速度增長，全球半導體市場變化如圖2所示。據預測，2050年全球半導體市場規模將達7500億美元，是2010年的2.5倍。
對於這一預測，有人批評説：“我不認為會有那麼大的增長。”因此，湯之上隆用了完全不同的方法，來計算2050年的全球半導體市場規模。
圖9：全球半導體市場和出貨量的變化（來源：湯之上隆根據Gartner和WSTS數據繪製）
圖9展現了全球半導體市場（億美元）和出貨量（億個）的變化。根據出貨量的曲線斜率，可以計算出，半導體出貨量每年增加250億個。另外，2010年左右所有半導體的平均價格為0.43美元。
因此，全球半導體市場每年平均增加250億個×0.43美元=107.5億美元。如果是10年，將達到1075億美元。
以人均一年消費的半導體量來計算，全球半導體市場規模將在10年內增加1125億美元。而根據出貨數量和平均價格計算，全球半導體市場規模10年內將增加1075億美元。
兩種不同的方法計算了10年的全球半導體市場的增加額大體一致，因此，湯之上隆堅持認為“2050年全球半導體市場規模將達到7500美元的預測”幾乎是正確的。
六、2020年全球半導體市場發展超預期在此，將時鐘的指針撥回到現在。
2011年，湯之上隆曾預測説：“全球半導體市場將以每10年1125億美元的速度增長，到2050年將達到7500億美元。”因此，他想驗證一下自己的預測是否正確。
圖10：10年前全球半導體市場增長預測的驗證（來源：湯之上隆根據WSTS數據繪製）
按湯之上隆的預測，全球半導體市場將從2010年的3000億美元增加1125億美元，增長到2020年的4125億美元。
事實上，據世界半導體貿易統計協會（WSTS）預測，2020年全球半導體市場將達4331.45億美元。該數值比湯之上隆的預測值高了約5%。
WSTS還推測，2021年全球半導體市場規模將比2020年增加8.4%，超過因存儲半導體泡沫而創下歷史最高記錄的2018年，達到4694.03億美元。這一預測數值估計比湯之上隆的預測值高出約13.8%。
綜上所述，湯之上隆認為他在2011年所做的預測是低估了，全球半導體市場的發展速度超出了他的預期。因此，那些反對湯之上隆在2011年預測數據的批評也完全沒有道理。
七、重新預測2050年全球半導體市場規模按照調查，全球半導體市場增長速度遠遠超出湯之上隆的預測。因此，他想再次預測一下2050年的全球半導體市場規模。
根據圖10半導體出貨量的曲線圖斜率，可以計算出，半導體出貨量以每年310億個的速度增加。另外，由2020年平均價格為0.461美元，因此可以計算出，全球半導體市場每年平均增長310億個×0.461美元=143億美元，10年增長額是其10倍，即1430億美元。
結果是，全球半導體市場將以每10年1430億美元的速度增長，預計到2050年將達到8622億美元。
圖11：新的2050年全球半導體市場增長預測（來源：湯之上隆根據Gartner和WSTS數據繪製）
這裏，可以做出如下預測。
以2011年為例，每年出貨量增加250億個，其平均價格為0.43美元，由此計算，全球半導體市場將在10年內增加1075億美元。
2020年用同樣方法計算的全球半導體市場10年間的增量為1430億美元，是2010年1075億美元的約1.33倍。
在這10年間，隨着智能手機在世界範圍內普及，用於智能手機的半導體出貨量也呈現了飛躍性增長。另外，隨着大數據時代到來，用於數據中心服務器的半導體市場也大幅增長。這些均與1.33倍的增長有關。
這樣的事情在接下來的10年內也會發生嗎？實際上，用於5G智能手機、人工智能的半導體出貨量正在增加。因此，假設每隔10年，出貨個數×出貨額的增加部分持續為1.33倍。
據此計算，到2050年，全球半導體市場規模將達到1.123萬億美元，是2020年4331億美元的2.34倍。
如果奇點在2045年到來，那麼5年後，全球半導體市場規模有可能超過1萬億美元。
結語：只要人類文明在進化，全球半導體市場就會成長根據湯之上隆的預測，三十年後的2050年，全球半導體市場規模將達到8622億-1.123萬億美元。
但近期中美高科技戰爭的加劇可能會阻礙全球半導體市場的增長。10年後，半導體的微縮化將會降至1nm以下，乃至可能停止微縮化。此外，隨着全球變暖等環境問題日益嚴重，半導體制造能力的擴大也將變得困難。因此，湯之上隆認為，和10年前一樣，他的預測結果可能會受到“我認為不會增長那麼多”的批評。
對於這樣的批評，湯之上隆想要反駁一下。請再看一次圖8。據預測，在世界人口構成中，每10年發達國家和新興國家的中產階層將分別增加5億人，而貧困階層將逐漸減少。
圖8：2010-2050年世界人口變化（來源：聯合國經濟社會信息和政策分析局人口部編纂《聯合國世界人口預測2006年修訂版》）
是人類文明進步才需要半導體，還是半導體的普及推動了人類文明的進步？湯之上隆也不太清楚，但無論如何，對於人類文明的進步來説，半導體必不可少。除非新冠病毒毀滅人類，否則全球半導體市場就會長期持續增長。
因此，希望大家能夠克服這場前所未有的疫情危機，看到30年後的半導體世界。首先要徹底洗手、漱口、戴口罩，避免不必要的外出，最大限度地注意避免感染新冠病毒。
注：原文作者湯之上隆先生主要基於世界人口變化、人均一年半導體消耗量、半導體出貨量、平均價格等數據來進行預測，並未將通貨膨脹、貨幣貶值等因素的影響納入計算考量範圍，考慮到這些影響的可能性，三十年後的全球半導體產業規模或將更加超出預期。
來源：EE Times Japan