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半导体行业分析

  • 作者:瞳雨
  • 动态
  • 时间:2019-11-21
  • 346人已阅读
简介半导体处于整个电子信息产业链的顶端,是各种电子终端产品得以运行的基础。被广泛的应用于PC,手机及平板电脑,消费电子,工业和汽车等终端市场。按照其制造技术划分,半导体可以分为:集成电路,分立器件、光电子、传感器四大类


 

  产业链全景图


  半导体处于整个电子信息产业链的顶端,是各种电子终端产品得以运行的基础。被广泛的应用于PC,手机及平板电脑,消费电子,工业和汽车等终端市场。

按照其制造技术划分,半导体可以分为:集成电路,分立器件、光电子、传感器四大类。根据美国半导体协会统计数据,2016 年全球半导体产业中,集成电路占比超过 80%,占据大部分市场份额,是重中之重。其中,在集成电路又分为逻辑电路、模拟电路、存储器和微处理器四大类。

  核心产业链剖析

  以半导体集成电路为例,在集成电路生产环节,大致可以分为设计、制造和封测三部分,围绕制造进行一系列工艺。首先上游的晶圆材料是硅片,经过拉单晶、切割和清洗得到合格的集成电路生产原材料。

然后按照设计的电路与投入的掩膜版在晶圆厂中进行芯片的生产,生产完成之后,

就进入第三部分封测环节,封装主要是切割和打线,然后把裸晶片安放在基板上,固定包装成为一个整体。在封装前后都需要进行测试,以获取最终的合格芯片产品。

  如下图所示半导体核心产业链从上至下大致可以分为三个环节:


IC设计、晶圆制造和封装测试,另外还有相关配套行业,设备和材料。


  1.IC设计:根据电路功能和性能要求,正确的选择系统配置、电路形式、器件结构、工艺方案等。设计公司最终输出的是电路版图,交给制造厂商,通常把这类公司称为Fabless

  2.晶圆制造:按照设计厂商输出的电路设计版图要求,在硅片上完成每个元器件的制造及电路互连。

它们拥有晶圆制造厂,但不从事IC设计,成为专业的晶圆代工厂,如TSMC(台积电)UMC(联电)、以及国内的中芯国际(SMIC)等,通常把这类公司称为Foundry

  3.封装测试:这些公司将制造好的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立的芯片,这类公司包括Amkor、日月光等。

  半导体的核心产业链上的三个环节,芯片设计位于价值链的顶端,毛利率比较高,目前主要是欧美日韩企业垄断,IC 设计对人才和专利的依赖比较强,赶超有一定难度;

芯片制造属于资产和技术密集型产业,企业每年资本性开支比较高,强者恒强的状态;芯片封测属于劳动密集型行业,技术含量低国内发展较快。

  半导体产业链演变史

  从 1947 年晶体管被发明开始算起,刚开始作为军用,从 70 年代开始了半导体的商业化应用历程,商用化历程发展到现在已经开启了第五轮周期。

  第一轮周期(1970-1990:以家电为主的需求驱动。半导体应用的逐渐成熟,家电中半导体的需求逐渐打开了市场空间,

期间 80 年代经历了产业的转移,日本依靠家电产品的爆发在 1984 年使半导体行业增速达到 135.08%,并使主要市场由美国转移到日本。

  第二轮周期(1990-2001:以个人 PC 为主要需求驱动。20 世纪 90 年代开始,个人 PC 业务越来越成熟,下游的需求主要是个人 PC 为主,驱动了半导体行业第二轮周期达到了 41.74%的增长高峰。

  第三轮周期(2001-2009:以笔记本电脑产品作为需求驱动。从 2001 年开始,世界进入因特网的时代,便携上网的工作和生活,带来了笔记本电脑的旺盛需求,带动行业第三轮达到 38%的增长高峰。

  第四轮周期(2009-2016:以智能手机产品作为需求驱动。第一个增长高峰出现在 2010 年,主要由 iPhone 创造,iPhone 重新定义了手机,开创了智能手机的先河,智能手机对半导体产业的拉动功不可没;第二个增长高峰出现在 2014 年,这一个增长高峰由国产智能手机主导,以 HOVML 五家作为最主要的销量代表。

  第五轮周期(2016-:以 AI、物联网(IoT)、5G 通信等一系列代表未来发展方向的应用为需求驱动。2017 年开年的增长由 AI 领域的高性能运算作为需求,带来存储器的高速增长。

  第五轮周期增长将使行业市场超 5400 亿美元。依照现在的发展情形,按照下游终端需求划分,物联网(IoT)将是未来几年最为强劲的持续增长来源,其次在 2020 5G 带来的一个爆发性的空间增长。

  半导体产业发展的引爆点

  半导体下一个机遇之一:物联网。18-20 年物联网设备安装量将带来 140 亿、180 亿、200 亿美元增量空间。


2016 年根据 SIA 统计数据,工业用半导体需求为 471.1 亿美元,其中工业中可以归类为物联网的用途约一半以上,约235.5 亿美元。

结合 BI Intelligence 预测的物联网设备安装量增速,预计 2018-2020 年带来半导体需求增量空间约为 140/180/200 亿美元。根据 Business Insider 预测,从 2016 年至 2021 年的市场值将以 33.3%年复合成长率,成长到 6617.4 亿美元。

下一个机遇之二:AI目前,谷歌、亚马逊、阿里巴巴、百度、腾讯等互联网公司都在大力布局人工智能,此外,众多的处理器公司也在布局未来的人工智能市场,2016 8 月英特尔 4 亿美元收购深度学习公司 Nervana Systems,随后又推出了人工智能专用芯片 Xeon Phi


2016 9 月,Nvidia 针对自动驾驶领域推出了专为无人驾驶汽车设计的新一代人工智能系统Xavier。我们认为伴随着物联网以及 2020 5G 商用的临近,数据体量将会越来越大,再加上 CPU/GPU 运算力的进一步提升,2020 年之后人工智能将会逐渐走向成熟。

  半导体机遇之三:技术节点的突破。技术节点的突破是周期更迭的支撑力,在半导体集成电路的早期发展进程中,英特尔公司的联合创始人之一戈登-摩尔扮演着重要的角色,根据摩尔定律,每隔 24 个月,晶体管的数量将翻番,性能也将提升一倍。

长期以来,技术节点的突破也基本按照这这个规律。未来 7nm14nm28nm 将是最重要的三个技术节点。到 2020 年,最新的 7nm 技术节点将产生最大的收入占比,同时 28nm 14nm 这两个高性价比的平台技术节点都将维持超过 100 亿美元的收入空间。

  半导体产业发展的驱动力

  动能之一:我国半导体贸易逆差明显,国产替代进口需求空间巨大中国集成电路产业发展落后,严重依赖进口。中国集成电路产业存在明显的贸易逆差,发展落后于世界领先水平。


2017 年中国的集成电路贸易逆差达到 1,932 亿美元,而集成电路进口额占中国进口总额的比例则达到 14%。根据 CSIA 数据统计,2006 年我国半导体产业销售额占国内半导体市场的份额仅为 21.2%2016 年该数字上升至 46%


2015 5 月中国发布中国制造 2025”白皮书,提到中国芯片的自给率要在 2020 年达到 20%2025 年达到 70%。国产芯片份额的提升,必将给半导体设备的国产化带来契机。

  动能之二:国家政策推动。当前国家政策支持力度前所未有,随着政策、资金的逐步落实,有望实质性推动中国半导体产业发展。中央政府半导体产业政策主要有:《十三五规划》、《大基金》、《中国制造 2025》以及在税收补贴方面等的政策。


  1)预计十三五期间我国半导体销售额的年均复合增速为 20%

  根据中国半导体行业协会组织编写的《中国半导体产业十三五发展规划》,我国集成电路产业十三五发展的总体目标是到 2020 年,集成电路产业与国际先进水平的差距逐步缩小,全行业销售收入年复合增长率为 20%,达到 9,300 亿元。

集成电路设计业仍引领产业发展,移动智能终端、网络通信、云计算、物联网、大数据等重点领域集成电路产品技术达到国际水平,通用处理器、存储器等核心产品要形成自主设计与生产能力,产业生态体系初步形成。


16/14nm 制造工艺实现规模封装测试技术进入全球第一梯队,关键设备和材料进入国际采购体系,基本建成技术先进、安全可靠的集成电路产业体系。

 设计业目标:到 2020 年,全国集成电路设计业年销售收入将达到 3,900 亿元,新增2,600 亿元,年复合增长率为 25.9%;产业规模占全国集成电路产业比例为 41.9%

届时,我国的集成电路设计产业规模将位居全球第二。

制造业的目标:到 2020 年,集成电路晶圆制造产业销售额达到 2,500 亿元,新增 1,600亿元,年复合增长率达到 22%,产业规模占全国集成电路产业比例为 26.88%

封测业目标:到 2020 年,国内集成电路封测业销售收入达到 2900 亿元,新增 1400亿元,年复合增长率达到 15%。产业规模占全国集成电路产业 31.1%,先进封装销售收入占封测业总销售收入比例目标为 45%以上。


 2)大基金提供资金支持,半导体产业迎来黄金时代。2014 9 月,国家集成电路产业投资基金(大基金)设立,发起人为国开金融、中国烟草、亦庄国投、中国移动、上海国盛、中国电科、紫光通信、华芯投资等企业。

基金重点投资集成电路芯片制造业,兼顾芯片设计、封装测试、设备和材料等产业。大基金一期规模 1,387 亿元,其中 63%投资到制造环节,20%10% 7%分别投资到设计、封测和设备材料。目前大基金二期的募资规模已经超过一期,达到 1,500~2,000 亿元,预计撬动的社会资金规模在 4,500~6,000 亿左右。在政策和资金的共同支持下,我国半导体产业发展迎来黄金时代。

3) 集成电路企业将享受不同程度的所得税减免。

为进一步支持集成电路产业发展,财政部、税务总局、国家发展改革委、工业和信息化部近日发布通知,就有关企业所得税政策进行明确,相关优惠政策自 2018 1 1 日起执行。通知明确:

  12018 1 1 日后投资新设的集成电路线宽小于 130 纳米,且经营期在 10 年以上的集成电路生产企业或项目,第一年至第二年免征企业所得税,

第三年至第五年按照 25%的法定税率减半征收企业所得税,并享受至期满为止。

22018 1 1 日后投资新设的集成电路线宽小于 65 纳米或投资额超过 150 亿元,且经营期在 15 年以上的集成电路生产企业或项目,

第一年至第五年免征企业所得税,第六年至第十年按照 25%的法定税率减半征收企业所得税,并享受至期满为止。

32017 12 31 日前设立但未获利的集成电路线宽小于 0.25 微米或投资额超过 80 亿元,且经营期在 15 年以上的集成电路生产企业,

自获利年度起第一年至第五年免征企业所得税,第六年至第十年按照 25%的法定税率减半征收企业所得税,并享受至期满为止。

42017 12 31 日前设立但未获利的集成电路线宽小于 0.8 微米(含)的集成电路生产企业,自获利年度起第一年至第二年免征企业所得税,

第三年至第五年按照 25%的法定税率减半征收企业所得税,并享受至期满为止。

中国半导体产业现状

1)导体行业迎来向上周期,销售额将继续上行

  2016 8 月到至 2018 1 月,全球半导体销售额已经实现了连续 18 个月的正增长,主要由于存储器价格大幅上涨。


2017 年全球半导体行业实现 4,122 亿美元收入,同比增长 21.6%,预计 2018 年半导体销售额依然保持~10%的高速增长。

2)国内半导体生产工艺技术差距在缩小,整个全球的半导体市场开始向中国转移,内半导体销售额占全球总额比例年年攀升。2017 年全球半导体销售额为 4050.8 亿美元,中国市场的销售额为 1315 亿元,占全球销售额的 32.5%

国内已经是半导体行业的重要市场。从销售额增长速度来看,国内 15/16/17 年销量的增速分别7.52%/9.03%/22.33%,显著高于全球半导体销售总额的增速,

甚至在全球销量下降的2016 年,国内半导体销量也保持了 9%的销量增速。

3)国内半导体生产产线出现雨后春笋之势头。国内半导体行业发展环境有天时地利之优势。半导体芯片关系着信息安全、经济安全、乃至国防安全,是国家发展战略的重中之重,解决少芯的难题比突破缺屏的困境更为重要,

为此国家不仅从政策层面全力支持,更是成立国家背景的国家集成电路产业投资基金(大基金),在国家意志引领下,造就行业发展大势所趋的天时之利。

新时期半导体下游应用的产品市场集中在国内,给国内半导体产线提供投产地利优势。国内已经立项或者开工的晶圆制造产线已达 20 条。

根据中国半导体行业协会数据显示,现在国内已经立项或者开工的晶圆制造产线已达 20 条,总投资额达 1255 亿美元,呈现雨后春笋之势头。

4)半导体行业市场竞争格局较为集中,主要份额都集中在海外企业。综合来看,全球前十大半导体企业(不包含代工厂)的销售额占半导体销售总额的 55%以上,市场集中度很高,但是目前为止还没有大陆企业可以跻身前十。

各个环节来看:

1.硅片制造环节,市场集中度非常高,全球前五大企业的市场占有率达到 92%,主要包括日本信越、Sumco、台湾环球晶圆等公司,对应的设备包括单晶硅生长炉、切片机、倒角机、磨削设备、抛光机、清洗设备等;

2.设计环节,轻资产运营,对设备需求较小,国外的企业代表企业包括博通、高通、英伟达等,国内企业有海思半导体、紫光展锐、豪威科技、兆易创新等;

3.半导体制造环节,市场集中度较高,前五大制造企业市场份额接近 50%IDM公司主要包括三星、Intel、海力士、Micron 等,代工厂主要包括台积电、格罗方德、台联电、中芯国际等,制造环节设备价值量高、技术门槛高、进口替代也最难;

4.封测环节:包括长电科技、通富微电、长川科技、爱德万、泰瑞达等,涉及到的设备有划片机、装片机、缝合机、塑封机、测试机和分选机等。

半导体行业投资策略综述

半导体产业链由上游、中游、下游三大部分组成,上游包括材料和设备两部分,中游包括 IC 设计、IC 制造、IC 封测三大环节,下游包括 3C、仪器仪表、汽车等各类市场需求。

1)中国 IC 上游设备

 半导体制造是典型的重资产行业,设备投资占资本支出60%~70%,半导体设备是半导体产业发展的基础,半导体制造是典型的重资产行业,

工艺复杂繁多,技术难度高,单条生产线所需要的设备种类较多,且单台设备的价格较为昂贵,导致整个环节需要大量的设备投资。

根据工艺前、中、后的顺序,半导体产业链可分为设计、制造、封装测试三个部分,此外还有最上游的硅片制造,每个环节对应相应的上游设备,其中制造环节的设备投入占比达到半导体设备总投入的 80%以上,

测试和封装分别为 8% 7%,而其他环节如硅片制造、光罩制造等环节则占比 5%。半导体设备集中度更高。

半导体设备技术难度非常高,对良率的要求更是非常苛刻,所以每一种工艺设备基本都是前三位的企业占据了全球 90%的市场份额。2016 年全球前十大晶圆制造设备供应商占全球设备市场的 70%以上。

 晶圆厂大规模建设,2018/19 年设备投资迎来高峰,根据 Semi 的统计,目前处于规划或建设阶段,预计将于 2017~2020 年间投产的 62 座晶圆厂中有 26 座设于大陆,

占全球总数 42%。从时间点来看,2017 年中国的晶圆厂开始大规模兴建,按照 1~2 年的建设周期,2018 年和 2019 年将是设备入场的高峰期。


Semi预测 2018 年和 2019 年中国的设备销售额将同比增长 57% 60% 750 亿元和 1,201 亿元,而中国的晶圆厂商占设备销售市场的比例将从2017 年的 33%增长到 2019 年的 45%

其中大规模兴建晶圆厂的企业包括紫光集团、中芯国际、德科玛、士兰微、格罗方德等。

晶圆制造环节:工艺难度最高,国产化空间大

晶圆制造环节是生产链条里最重资产的一环,设备投入占比超过 80%。晶圆制造包括七大生产区域,分别是扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、抛光和金属化,

主要涉及到的生产设备有七种,分别是扩散炉、光刻机、刻蚀机、离子注入机、薄膜沉积设备、化学机械抛光机和清洗机,其中光刻机、刻蚀机和薄膜沉积设备的价值量最大,生产难度也最高。

按照价值量从高到低排序,设备依次是光刻机(30%)、CVD 设备(20%)、刻蚀设备(12%)、PVD 设备(12%)、氧化扩散炉(5%)、离子注入设备(4%)、剥离设备(4%)、抛光设备

3%)和快速热处理设备(2%)。在所有设备中,最核心、技术壁垒最高的是光刻机,占据半导体设备市场 39%的市场份额。

目前,在光刻设备领域中,荷兰公司 ASML 处于绝对垄断地位,占据全球高达 80%的市场份额,以及全部的高端市场份额,国内在光刻机方面技术最先进的是上海微电子,已经研制成功 90nm 光刻机,

同时承担了国家科技重大专项极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项02 专项)的 65nm 光刻机研制;在刻蚀设备、沉积设备方面,国内企业中微半导体、北方华创具备较强的竞争力,中微以介质刻蚀机为突破口,目前台积电、联电都已经成为公司的客户,

北方华创已经承担了国家02 专项的诸多研发项目,尤其是关于 12 英寸晶圆制造的刻蚀机、PVD、立式氧化炉、清洗机、LPCVD 等设备,已经批量进入了国内主流集成电路生产线;

在长晶炉方面,国内企业晶盛机电具备一定的竞争力,公司是国内首家唯一自主研制成功全套单晶炉的供应商,并且连续承担了两项国家重大专项;

在测试设备方面,国内企业长川科技在测试机和分选机方面具备一定的竞争力,已获得长电科技、华天科技、通富微电、日月光等多个一流集成电路企业的使用和认可。

  

  

 


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