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半导体产业

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截至2016年电子集成电路出口（按国家），按HS4贸易标准分类。
截至2016年，由联合国统一商品描述和编码系统进行分类的半导体出口
半导体器件制造
金屬氧化物半導體場效電晶體
未來

半导体产业（英語：semiconductor industry）是从事半导体以及半导体器件设计制造的产业。该产业滥觞于1960年左右，由于科技的发展，半导体器件的制造在当时已经成为来一项可行的业务。截至2018年，半导体行业的年度销售收入已经增长到4810亿美元以上。[1]半导体行业是电子工业背后的驱动力，[2]截至2011年，全球电子产品的年销售额为1350亿英镑（2180亿美元），[3]消费性电子产品的年销售额预计到2020年将达到2.9万亿美元，[4]科技行业的销售额预计在2019年达到5万亿美元，[5]而电子商务的交易总额将于2017年超过29万亿美元。[6]

最广泛使用的半导体器件是金属氧化物半导体场效应管，[7]它是1959年由贝尔实验室的穆罕默德·阿塔拉（英语：Mohamed M. Atalla）和姜大元（英语：Dawon Kahng）发明的。[8][9]自20世纪60年代以来，金属氧化物半导体场效应管的规模和小型化一直是半导体技术快速指数增长背后的主要因素。[10][11]占晶体管总数99.9%的金属氧化物半导体场效应管是半导体工业背后的驱动力，也是历史上制造最广泛的器件，[12][13]据估计，在1960年至2018年期间全球共制造了13千万亿（1.3×1022）个金属氧化物半导体场效应管。[12]

产业结构

全球半导体行业由来自美国、台湾、韩国和欧盟的公司主导。中国大陆、日本、韩国和台湾占据全球半导体总收入前六大国家/地区的四席。[14]

该行业的独特特点是持续增长，但具有高波动性的周期性模式。虽然半导体行业目前20年的年平均增长率约为13%，但这也伴随着同样高于平均水平的市场波动，这可能导致显著的周期性波动。这就需要高度的灵活性和创新，以不断适应市场快速变化的步伐，因为许多嵌入半导体器件的产品往往有非常短的生命周期。

与此同时，半导体行业持续的性价比提升速度令人震惊。因此，半导体市场的变化不仅发生得非常快，而且预计行业的变化将以较慢的速度发展。半导体行业被广泛认为是整个电子价值链的关键驱动力和技术推动者。[15]

半导体销售

销售收入

半导体年销售额(1987-2018)
年份 收入(名义上) 收入(考虑通货膨胀) 参考文献
2018 $481,090,000,000 583,730,000,000美元 [1]
2017 $420,390,000,000 522,550,000,000美元 [1]
2016 $345,850,000,000 439,070,000,000美元 [1]
2015 $335,170,000,000 430,830,000,000美元 [16]
2014 $335,840,000,000 432,240,000,000美元
2013 $305,580,000,000 399,700,000,000美元
2012 $291,560,000,000 386,940,000,000美元
2011 $299,520,000,000 405,680,000,000美元
2010 $298,320,000,000 416,820,000,000美元
2009 $226,310,000,000 321,400,000,000美元
2008 $280,000,000,000 396,000,000,000美元
2007 $255,600,000,000 375,600,000,000美元 [17]
2006 $247,700,000,000 374,400,000,000美元
2005 $227,000,000,000 354,000,000,000美元 [16]
2004 $213,000,000,000 344,000,000,000美元
2000 $204,000,000,000 361,000,000,000美元
1995 $144,000,000,000 288,000,000,000美元
1992 $60,000,000,000 130,000,000,000美元
1990 $51,000,000,000 119,000,000,000美元
1987 $33,000,000,000 89,000,000,000美元
2017年销售明细[1]
工业部门 收入 市场份额 参考文献
半导体记忆体 $1240亿 30% [18]
逻辑系列 $1022亿 25%
微处理器 $639亿 16%
功率半导体器件 $368亿 9% [19]
总计 $4203.9亿元 100%
2008年销售明细
半导体类型 收入 市场份额 参考文献
硅MOS集成电路芯片 $2500亿 89.3% [20]
化合物半导体 $200亿 7.1%
功率半导体器件 $100亿 3.6% [21]
总计 2800亿美元 100%

市场份额

半导体市场份额(1980-2005)
半导体类型 2008 2005[22] 2000[23] 1995[22] 1990[22] 1987[24] 1985[22] 1982[24] 1980[22]
硅制金氧半场效晶体管 >90% 90% 88% 84% 74% 64% 59% 55% 53%
三五半导体 <7% 4% 4% 2% 1% 1% 1% 1% 1%
硅制双极性晶体管 <3% 6% 8% 14% 25% 35% 40% 44% 46%
金氧半场效晶体管市场份额(1985 - 2000)
金氧半场效晶体管半导体器件制造 2003[24] 2000[22] 1990[22] 1987[24] 1985[22] 1982[24]
互补式金属氧化物半导体 99% 99% 88% 61% 47% 22%
P型金属氧化物半导体逻辑和N型金属氧化物半导体逻辑 1% 1% 12% 39% 53% 78%
微处理器市场占有率(2005)[23]
工业部门 市场份额
电脑和外部设备 32.3%
消费电子产品 21.2%
通訊裝置 16.5%
电力电子学 14.3%
国防和航天 11.5%
汽车电子 4.2%

大型企业

最大的半导体公司（按年度半导体销售金額排名）
排名 2023 [25] 2018[26] 2017[26] 2011[27] 2006[28] 2000[28] 1995[28] 1992[29] 1990[28] 1986[30] 1985[28] 1975[30]
1 臺積電

(TSMC)

三星 三星 英特尔 英特尔 英特尔 英特尔 日本电气 日本电气 日本电气 日本电气 德州仪器
2 三星電子 英特尔 英特尔 三星 三星 东芝 日本电气 东芝 东芝 东芝 德州仪器 摩托罗拉
3 英特爾

(Intel)

SK海力士 台积电 台积电 德州仪器 日本电气 东芝 英特尔 日立 日立 摩托罗拉 飞利浦
4 SK海力士 台积电 SK海力士 德州仪器 东芝 三星 日立 摩托罗拉 英特尔 ? 日立 ?
5 輝達(NVIDIA) 美光科技 美光科技 东芝 意法半导体 德州仪器 摩托罗拉 日立 摩托罗拉 ? 东芝
6 高通(Qualcomm) 博通 博通 瑞萨电子 瑞萨电子 摩托罗拉 三星 德州仪器 富士通 ? 富士通
7 博通 高通 高通 高通 SK海力士 意法半导体 德州仪器 ? 三菱电机 ? 飞利浦
8 美光科技 东芝 德州仪器 意法半导体 飞思卡尔 日立 IBM 三菱电机 德州仪器 ? 英特尔
9 德州儀器 德州仪器 东芝 SK海力士 恩智浦半导体 英飞凌 三菱电机 ? 飞利浦 ? 国家半导体
10 超微半導體（AMD） 英伟达 英伟达 美光科技 日本电气 飞利浦 SK海力士 ? 松下电器 ? 松下电器
主要的半导体公司
名称 总部所在地 类型[31] 硬件产品
三星电子  韩国 整合元件制造厂 闪存，动态随机存取存储器，CMOS传感器，射频收发器，有机发光二极管，固态硬盘
英特尔  美国 整合元件制造厂
台积电  臺灣 晶圆代工
SK海力士[a]  韩国 整合元件制造厂
美光科技[b]  美国 整合元件制造厂 DRAM, NAND闪存，SSD, NOR闪存，管理NAND，多芯片包
高通  美国 无厂半导体公司
博通  美国 无厂半导体公司
东芝  日本 整合元件制造厂
德州仪器  美国 整合元件制造厂
亚德诺半导体  美国 整合元件制造厂 放大器，数据转换器，音频和视频产品，射频和微波，传感器，微机电系统
微芯科技  美国 整合元件制造厂 微控制器和模拟半导体
恩智浦半导体  荷蘭/ 美国 整合元件制造厂
联发科技  臺灣 无厂半导体公司
英飞凌  德国 整合元件制造厂
意法半导体  瑞士 整合元件制造厂
索尼  日本 整合元件制造厂
安谋控股  英国/ 美国 无厂半导体公司
超微半导体  美国 无厂半导体公司
英伟达  美国 无厂半导体公司
瑞萨电子[c]  日本 整合元件制造厂
格芯[d]  美国 晶圆代工
安森美  美国 整合元件制造厂
联华电子  臺灣 晶圆代工
苹果公司  美国 无厂半导体公司
富士通  日本 整合元件制造厂
日立  日本 整合元件制造厂
IBM  美国 无厂半导体公司
三菱电机  日本 整合元件制造厂
松下电器  日本 整合元件制造厂
美信集成产品  美国 整合元件制造厂
Imagination Technologies  英国 无厂半导体公司

注释：

  • 晶圆代工：它们专门从事制造服务，也可能向第三方提供设计服务，亦可能不向第三方提供光罩制造、半导体封装和测试服务，这些服务也可以外包给其他公司。例如，提供设计、测试和封装服务的台积电、只提供光掩模制造服务的TCE phtomask和只提供封装和测试服务的南茂科技、日月光等公司。
  • 整合元件制造厂：它们主要自己研發、設計與製造晶片，但也可能提供其他公司晶圓代工制造的服务。
  • 无厂的供应商：它们僅研發、設計晶片，而將制造委託給晶圓代工廠或整合元件製造廠進行。它们也可能向第三方提供晶片设计服务。

产品发货

半导体器件(百万制造单位)[32]
年份 光电工程 传感器 / 执行器 金氧半场效晶体管[12]
1960–2001 ? ? 2,900,000,000,000,000
2002 23,164 1,654
2003 28,955 2,482
2004 38,056 3,310
2005 44,675 4,137
2006[33] 55,429 4,137
2007[34] 67,839 4,136
2008 76,939 4,964
2009 91,003 4,964
2010 97,622 6,619
2011 110,031 8,273
2012 129,886 11,583
2013 131,541 14,064
2014–2015 ? ? 10,100,000,000,000,000
2016[35][36] 217,200 17,376
2017–2018 ? ?
1960–2018 1,112,340+ 87,699+ 13,000,000,000,000,000

集成电路

集成电路芯片(百万计)[32]
年份 半导体存储器 微处理器 / 单片机 混合信号集成电路 逻辑门 专用集成电路 专用应用标准产品 总计
1960–1991 ? 15,000[37] ? ? ? ? 350,000[37]
1992[38] 3,706
1993[38] 4,060
1994[38] 4,938
1995[38] 6,092
1996[38] 6,206
1997 7,155[39] ? ? ? ? ? 60,100[34]
1998–1999 ? ? ? ? ? ? ?
2000[40] ? ? ? ? ? ? 89,100
2001 ? ? ? ? ? ? ?
2002 9,100 6,619 24,819 11,582 2,482 23,992 78,594
2003 10,755 6,618 30,611 14,064 1,655 25,646 89,349
2004 13,237 9,100 33,092 14,064 1,654 33,092 104,239
2005 15,719 8,273 37,229 14,891 2,481 38,056 116,649
2006[33] 18,201 10,755 43,020 18,200 2,482 45,501 141,600
2007[34] 23,992 12,409 48,811 18,201 3,309 45,502 156,000
2008 25,646 12,410 49,639 18,200 1,655 47,156 154,706
2009 28,128 11,582 43,020 14,892 2,482 43,847 143,951
2010[40] 33,919 16,546 57,084 19,028 1,654 57,911 189,800
2011 33,919 17,374 56,256 19,028 1,655 58,738 186,970
2012 34,747 17,373 57,084 17,373 1,655 57,083 185,315
2013 33,919 16,546 67,839 18,201 2,481 64,530 203,516
2014 ? 18,600[41] ? ? ? ? ?
2015 ? 22,058[42] ? ? ? ? 235,600[40]
2016[35][36] 43,440 21,174[42] 130,320 52,128 ? ? 342,416
2017 ? 25,797[42] ? ? ? ? 581,321[43]
2018 ? ? ? ? ? ? 634,700[43]
1960–2018 356,879+ 274,298+ 635,804+ 249,852+ 25,645+ 541,054+ 4,043,926+

分立器件

分立器件(百万制造单位)[44][32]
年份 分立式晶体管 二极管 总计
功率半导体器件 小信号模型 总计
1954–1956[45] ? ? 28 ? 28+
1957[45] ? ? 30 ? 30+
1958–1962 ? ? ? ? ?
1963[45] ? ? 303 ? 303+
1964–1965 ? ? ? ? ?
1966[46] ? ? 968 ? 968+
1967[46] ? ? 881 ? 881+
1968[46] ? ? 997 ? 997+
1969[45] ? ? 1,249 ? 1,249+
1970[46] ? ? 914 ? 914+
1971[45] ? ? 881 ? 881+
1972–2001 ? ? ? ? ?
2002 ? ? ? ? 232,472
2003 ? ? ? ? 245,708
2004 ? ? ? ? 287,901
2005 ? ? ? ? 290,382
2006[33] ? ? ? ? 321,820
2007[34] ? ? ? ? 356,566
2008 ? ? ? ? 324,301
2009 ? ? ? ? 289,555
2010 53,000[47] ? 53,000+ ? 371,458
2011 45,000 110,000 155,000 143,000 356,000
2012 ? ? ? ? 345,812
2013 44,000 103,000 147,000 146,000 358,000
2014 48,000 109,000 157,000 154,000 380,000
2015[40] 52,000 107,000 159,000 150,000 372,000
2016[35] 53,300 ? 53,300+ ? 382,272
2017 58,100 ? 58,100+ ? 58,100+
2018 62,800 ? 62,800+ ? 62,800+
1954–2018 416,200+ 429,000+ 851,451+ 593,000+ 5,041,398+

地区

销售

总部位于以下地区的制造商是行业内晶圆代工、IDM(集成设备制造)、无生产线制造和OSAT(外包半导体组装和测试)领域的销售领导者。[31]

排名 晶圆代工 IDM 无生产线制造 OSAT
1  臺灣  美国  美国  臺灣
2  美国  韩国  臺灣  美国
3  中國  日本  中國  中國
4  以色列  欧洲联盟  欧洲联盟  新加坡
5  韩国  臺灣  日本  日本

请注意，总部设在美国的制造商在世界各地都有制造工厂，其中超过50%在美洲，39%在亚太地区(包括日本的9%)，还有9%在欧洲。[31]

专利

截至2005年，下列国家或地区的专利持有者每年在世界范围内创造了最多的半导体专利。[48]

排名 国家（地区） 专利数量 (est.)
1  日本 30,500
2  韩国 13,500
3  美国 9,500
4  臺灣 4,000
5  中國 3,500
6  德国 2,500

另见

注释

  1. ^ 之前是海力士电子
  2. ^ 收购尔必达存储器和力积电
  3. ^ 之前为日本电气
  4. ^ 收购特许半导体制造

参考文献

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