一、前言

2023年半導體產業的發展趨勢將隨著技術、材料、政策、商業模式，以及終端用戶需求而變化。隨著人工智慧與量子計算能力的技術進步、節能產品的推動，半導體產業將持續成長。同時，半導體產業也面臨著挑戰，包含供應鏈風險、永續環境問題，因此，需要關注地緣政治與貿易政策之外部環境的變化，以利制定應對措施。依據McKinsey研究報告顯示，2021年全球半導體產業市場收益約為5,900億美元，推估至2030年，整體收益將成長至10,650億美元，前三大市場為計算與儲存、無線通訊、汽車電子領域。

二、半導體產業的發展趨勢

隨著半導體產業的快速發展，在未來，半導體產業將面臨更多的機會與挑戰，下列將說明半導體的發展趨勢，包含現況發展、未來機會，以及應用案例。

(一) AI人工智慧/ML機器學習導入電子設計自動化
現況發展：傳統演算法無法在合理時間內，處理與解讀大數據的資訊、建立模型，導致半導體元件的設計結果品質(Quality of Results, QoR)較差，需花費長時間、高成本來取得設計結果。電子設計自動化(Electronic Design Automation, EDA)導入AI人工智慧/機器學習，將其結合於設計流程與工具，設計結果品質QoR可由傳統方法獲得的1%至2%，提升為10%。
未來機會：除了在電子設計自動化(Electronic Design Automation, EDA)導入AI/ML，再進一步結合物聯網、數位化工具。其透過AI/ML技術在電子設計自動化EDA中執行半導體模擬，以縮短產品上市時間；或是透過生成式AI技術，自動執行設計流程並於指定的人工檢查點進行檢查，以減少專業人力需求；以及與整合元件製造廠(Integrated Design and Manufacturers, IDMs)協作，將製造、測試、封裝之數據資料，透過AI/ML工具進行數據共享，將有助於代工廠的生產製造。
應用案例：美國Synopsys公司在2020年首先推出將AI/ML導入電子設計自動化之方案，讓電子元件達到性能(Performance)、功耗(Power)及面積(Area)之PPA指標，獲得最高品質與效率；美國Cadence Design Systems公司也在2021年推出以機器學習為基礎開發的新型設計工具「Cadence Cerebrus 」，可更快速地設計目標晶片，提高生產力。

(二)晶片即服務(Chip-as-a-Service)商業模式
現況發展：晶片即服務商業模式是將晶片的設計、製造、性能依照客製化需求作為服務出售，取代傳統的晶片銷售方式，該商業模式特別適用於在快速運算效能的處理器、高效資料傳輸的記憶體，以及高階單晶片系統(System on a Chip, SoC)領域。在2023年，晶片即服務將成為具有前景的商業模式，客戶可以獲得最佳性能與效能之晶片，供應方可提高收入與客戶忠誠度，降低晶片製造過程中的浪費與風險。
未來機會：由於資料中心與電信業者的晶片性能與規格需求非常高，個人電腦與汽車領域也越來越重視其晶片性能與規格，晶片即服務商業模式於上述領域將有很大的發展前景，未來，市場參與者將與其產業鏈的合作夥伴共同合作，開發更多的增值服務機會，為客戶創造更多價值。
應用案例：美國Intel公司於2022年11月推出第四代Xeon Scalable處理器，加入隨需啟用(On Demand Activation)模式，可在有高階運算需求時，啟用額外的加速器；美國EdgeQ公司於2022年推出依使用量付費的5G基地站晶片(Base-station-on-a-chip)服務，可透過軟體升級來擴展性能。

(三)電動車與自駕車
現況發展：隨著汽車產業的互聯、自動化、共享、電動化(Connected, Autonomous, Shared, and Electric, CASE)的技術進步，汽車半導體市場亦隨之成長，尤其是車用處理器、單晶片系統、記憶體、感測器、邏輯積體電路(Logic IC)領域。
未來機會：汽車製造商與晶片商已經開始進行更深入且長期的合作，自主設計晶片，而汽車電池系統將使用碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)之下一代寬能隙(Wide Band Gap, WBG)材料，製造功率半導體，期望將汽車電池系統從400V增加到800V，未來，汽車還需要更高階的感測器、電子設備、執行器，以實現軟體定義車輛(Software-defined Vehicles)的高階自動駕駛目標。
應用案例：德國Infineon Technologies公司推出車用的功率半導體產品、感測器、微控制器、記憶體晶片，具有高效率、高可靠性、優異的熱管理特性；瑞士STMicroelectronics公司推出車用市場的寬能隙(WBG)半導體產品，可提高系統效率與可靠性。

(四)超越矽晶世代(Beyond Silicon)
現況發展：化合物半導體具備高切換頻率(Switching Frequency)、電性卓越、小尺寸、高可靠性之優點，正在逐漸取代傳統的矽基元件，作為功率與射頻元件，尤其是氧化鎵(GaN)與磷化銦鎵(GaInP)材料。
未來機會：電動汽車、再生能源、通訊、消費電子產品領域將成為化合物半導體的未來潛力市場。碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)功率元件，可提高電動汽車的效率與性能；透過寬能隙(WBG)半導體的高壓設備，將可提升太陽能轉換器(Solar Inverter)、風力發電機、製作綠色氫的效率與性能；將氮化鎵(GaN)、磷化銦(InP)、砷化鎵(GaAs)材料，應用於光通訊，將可實現高速傳輸；以及氮化鎵(GaN)材料將成為智慧手機、個人電腦與其他電子設備，提供更快速充電效率。
應用案例：美國Wolfspeed公司為寬能隙(WBG)半導體的市場領導者，產品包含SiC MOSFET功率元件、SiC Schottky二極體、GaN HEMT高電子移動率場效電晶體等產品；美國Qorvo公司擁有氮化鎵(GaN)射頻晶片的關鍵製造技術，可用於5G基礎設施、物聯網等高速通訊設備。

(五)邊緣AI：超越計算的需求
現況發展：近年來，各大產業正在關注資料探勘、數據分析技術，以協助各產業做出明智決策、發現潛在商機與問題，透過AI/ML智慧處理器與加速器，有效執行自我訓練與自我進化的數據模型，準確分析各參數之間的關係，強化邊緣計算的能力和性能，達到自動化、提升運營效率、成本最佳化之目的。
未來機會：為了加速了解市場滲透率所需要的關鍵資源，工業領域將擴大導入邊緣AI與數位孿生技術，期望能提高工業的營運效能；在智慧城市與自動駕駛領域，邊緣AI將能協助軟體廠商、汽車廠商、政府單位共同合作開發所需產品、規劃行銷策略；此外，網路安全為邊緣計算的關鍵問題，人工智慧半導體公司正致力於研究與開發相關解決方案，加速邊緣AI技術的競爭力。
應用案例：美國Nvidia公司於2022年推出單晶片系統「Jetson Orin Nano」，可用於機器人、無人機系統，大幅提高邊緣AI的計算能力；美國Kinara公司推出的邊緣AI處理器「Ara-1」，可有效地運行多個模型，生成更高準確性的結果。

(六)量子計算：後摩爾定律世代
現況發展：量子計算是利用量子位元進行訊息處理，提供量子運算服務，可用於提升資料中心的效能，目前正面臨運營成本與安全挑戰，而多項技術亦正在開發中，包含能夠實現低錯誤糾錯(Low Error Correction)的量子操作(Quantum Operation)之矽光子積體電路，以及量子計算系統的濾波器與放大器之關鍵模擬組件技術。
未來機會：量子技術的部署需要考慮其投資成本，預計在2023年將更大規模使用該技術。未來，在電動車領域，可使用量子技術來了解鋰離子在電池中的運動與交互作用，及其影響性，提高鋰離子電池效率；在物流與供應鏈管理，可透過量子技術的高效計算能力來處理大量數據，以即時交付貨物，提高物流效率並減少成本；在太空領域，透過量子技術來進行大量複雜的計算，了解宇宙行為研究。
應用案例：加拿大Xanadu公司推出矽光子學的量子計算元件，以光速傳輸數據，讓晶片能夠非常快速地執行複雜的計算；美國IBM公司長期深耕於量子計算技術，包含雲端量子計算服務、量子電腦軟硬體的開發。

(七)地緣政治影響
現況發展：在過去三年中，重大地緣政治影響包含：(1)美中貿易戰：儘管兩國政府進行了多次會談與討論，但自2018年以來，提高關稅、實施制裁、阻止獲取前瞻技術的措施一直增加中；(2) COVID-19大流行：政府對商品的政策與人員流動限制影響了製造、銷售之業務，改變了商品的地理戰略；(3)俄烏戰爭：俄羅斯與烏克蘭是生產晶片關鍵化學品的主要供應商，戰爭造成原材料短缺，影響其生產與供應能力，造成商品中斷風險。各國正持續針對已經或可能產生之衝擊，制定相關半導體政策，以確保他們的半導體產業在未來能夠取得重要的國際地位。
未來機會：未來，利用地緣政治趨勢，可採取下列措施來提高業務表現：在特定區域確定目標客戶群，建立長期關係，並了解其需求，同時，利用該地區半導體政策的優勢進行相關投資，以增加在該地區的市占率；另外，企業也需要了解地區政策與產業價值鏈的影響，雖然各地區政府單位提供半導體投資激勵政策，但企業仍需仔細評估區域政治穩定性、區域需求與價值鏈發展，確定是否符合公司的業務目標。
應用案例：美國Intel公司宣布計畫投資1000億美元，擴大美國與歐洲的製造量能；瑞士STMicroelectronics公司在未來 5 年內，將投資 7.96 億美元於義大利打造碳化矽(SiC)基板製造工廠。

(八)永續性
現況發展：半導體產業正在加速實踐零排放目標，努力克服挑戰，落實氣候策略。其具體作為包括：使用再生能源，與供應商合作推動節電，以更具能源效率的方式進行生產製造，並改善放流水質，提高再生水使用量，降低水資源風險，推動循環經濟，提升環保品質等等。
未來機會：未來，將持續關注科技創新、公司治理、環境永續、人權與供應鏈管理等重要議題，開發可循環使用之電子材料，減少廢棄物產出量，以提升環保品質，並制定永續發展計畫，訂定單位產品溫室氣體排放量減少30%之目標，取得ISO14064溫室氣體排放證書，提高再生水使用量，減少碳足跡，朝永續企業邁進。
應用案例：德國Infineon Technologies公司啟動永續發展計畫，目標是在2030年實現碳中和；美國Analog Devices公司宣佈氣候策略，承諾至2030年實現碳中和，2050年實現淨零排放(Net Zero)。

三、結論

目前，半導體產業環境極具挑戰，市場與經濟環境有一定程度的不確定性，然而，隨著車用、手機、工業、通訊、能源應用領域需求成長，以及高性能運算、新材料製程研發等新興技術的快速發展，半導體市場與其技術研發將持續成長。