2020中國半導體突圍之戰：行業競爭環境深度研究與指引（下）

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中長期來看，如果中美「脫鉤」發生，中國可能會成功發展出一個有競爭力的國內半導體行業，能夠滿足國內絕大部分需求。

在上半部分，我們和大家分享了2020年半導體行業的市場預測、半導體行業的國產化形勢、以用如何突破美國的科技圍剿。

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下半部分，我們將重點按半導體行業細分領域對競爭環境進行分析，為中國半導體行業提供借鑑。

首先，我們分析一下半導體設備的競爭環境。

半導體製造工藝流程

如今建設一條12英寸晶片生產線的投資已經很高，少則30-50億美元，其中僅半導體設備的投資占70%以上。

根據2017年美國加州UC Berkeley大學的理論數據，一條月產12英寸矽片， 5萬片的生產線，估計各類設備的總計台(套)要超過500個。

技術革新帶來矽片製造設備資本支出大幅提升

按照摩爾定律，每隔18-24個月集成電路 的技術都要進步一代，那麼相應的上游設 備商也必須每隔18-24個月推出更先進的製造設備。

50多年來，光刻機的解析度從10微米發展到目前的10納米，整整提升了1000倍。

新建產線投資中半導體設備占比高達80%

新晶圓製造廠從建立到生產的周期大概為2年；一般在第20個月的時候開始進行設備搬入安裝、測試、試生產； 一條新建產線最大的資本支出來自於半導體設備，資本支出占比高達80%，廠房建設占比僅20%。

晶圓製造設備種，光刻機占比最高30%，其次是刻蝕設備20%，PVD 15%，CVD 10%，量測設備10%，離子注入設備5%等。

全球半導體設備市場集中度高

產品市場集中度高，美日技術領先。

以美國應用材料、荷蘭阿斯麥、美國拉姆研究、日本東京電子、 美國科磊等為代表的Top10國際知名企業占據了全球集成電路裝備市場的主要份額。

光刻機市場阿斯麥、尼康、佳能三分天下

從全球角度來看，高精度的光刻機長期由ASML、尼康和佳能三家把持，從2011-2017歷年全球光刻機出貨比例可以看出，ASML，尼康，佳能三家公司幾乎占據了99%的市場份額，其中ASML光刻機市場份額常年在60%以上，市場地位極其穩固。

半導體刻蝕市場的領先企業主要包括拉姆研究、東京電子、應用材料、日立。

細分市場表現出一家獨大的態勢，Top3設備供應廠商的市占率超過90%。

而在鍍膜設備全球市場競爭格局—AMAT一家獨大。

前端檢測設備科磊半導體超50%，後道測試設備三分天下

清洗機市場規模及市場競爭格局

2017年全球半導體晶圓清洗設備市場規模接近30億美元。

預計2015-2024年複合年增長率將達到 6.8%。

國內集成電路裝備已進行了系統部署

國產刻蝕機設備與國際先進技術水平的差距縮短至2-3年

以02專項實施最早的矽刻蝕機為例，於2003年啟動時，與國外相差20多年的差距；經過這些年的發展和國家專項的大力支持，北方華創每一代的設備推出後，差距都在縮小。

2016年14nm的刻蝕機進入生產線時，技術差距基本縮小到2-3年。

全球半導體行業周期向下，中國IC設備板塊雙正β邏輯

2018-2019年全球半導體設備銷售額增速放緩，2018和2019同比增速為9.0%和 2.7%，全球半導體設備巨頭東京電子在SEMI預測數據的基礎上，給出了2019-2021全球半導體設備市場將維持在600億美元左右的預測。

2018-2020年全球IC設備投資規模年均複合增長率僅4%，而中國的IC設備投資規模年均複合增長 率卻高達42%，充分映證了儘管了全球半導體設備支出趨於滯緩，但是中國的半導體設備依舊處於高速增長態勢。

半導體晶片行業的三種運作模式：IDM、Fabless和Foundry

先進技術節點工藝製程掌握在少數幾個公司手中

純代工市場規模上看700億美元

據IHS Markit統計，2017年全球純晶圓代工市場營收為530億美元，同比增長7.1%。

預計到2021年，純晶圓代工市場營收將達到754億美元，2016年到2021年的年複合增長率為9.1%，超過同期全球半導體市場的2.8%。

成熟製程為主，先進位程不斷提高

2017 年28/22納米及以下先進位程市場占比僅38%，預計到2021年可以達 到56%。

台灣貢獻了全球最大的代工產能

台灣貢獻了全球最大的代工產能，僅台積電一家在2018年上半年就占據了全球晶圓代工市場的 56.1%，聯華電子市占率為8.9%，兩者加起來總共占據了65%的市場規模。

中芯國際是中國大陸最大的晶圓代工廠，占據了中國大陸超過晶圓代工市場的58%。

華虹半導體是全球領先的200mm純晶圓代工廠，主要面向1微米到90納米的可定製服務，根據IHS的數據，按2016年銷售收入總額計算，華虹半導體是全球第二大200mm純晶圓代工廠。

中國前端晶圓廠產能，到2020 年占全球份額將增加到20％。

受跨國公司和國內公司存儲和代工項目的推動，中國將在2020年的晶圓廠投資將以超過200億美元的支出，超越世界其他地區，占據首位。

2014年中國成立大基金以來，促進了中國集成電路供應鏈的迅速增長，目前已成為全球半導體進口最大的國家市場。

目前中國正在進行或計劃開展25個新的晶圓廠建設項目，代工廠、 DRAM和3D NAND是中國晶圓廠投資和新產能的首要部 分。

中國晶圓製造產業：出現「兩頭在外」現象

2017年：晶圓代工的規模440億元，其中本土代工規模370億元（比2013年增加49%），外資晶圓代工規模70 億元。

占比國內代工產能53%，提高15個pct。

2017年本土設計公司產品對晶圓產值需求671億元，實際本土晶 圓代工營收190億元，滿足率28.3%，比2013年下降了20%。

2017年國內10大設計公司中，除了智芯微電子和士蘭微用國內代工，其他8家都在使用海外代工。

出現的矛盾：「兩頭在外」現象更加顯著。

2017年本土晶圓代工缺口約481億元，比2013年增加了130%。

國內晶圓代工廠與國內集成電路需求之間的匹配度

目前國內晶圓代工廠的特色工藝同國外晶圓代工廠差別不大，基本能滿足國內設計公司要求，同時也承接了大規模海外設計公司的需求。

國內晶圓代工廠難以滿足國內設計公司對主流工藝（16nm及以下）和高性能模擬工藝的需求， 2017年國內設計公司到外資晶圓代工廠代工規模達481億元。

2010-2025全球晶圓代工廠規模和中國晶圓代工需求

2017年中國IC設計公司對晶圓製造需求671億元，占全球代工規模3865億元的17.4%，預測到 2025年增長到30.5%。

根據IBS顯示，2017年中國IC設計公司對晶圓製造需求約671億元，占全球晶圓代工規模3865億元 的17.4%，到2025年時需求上升至30.5%。

2017-2025年全球晶圓代工市場規模年均複合增長率為5%，中國晶圓代工需求年均複合增長率為12%。

晶片設計一般包括五個步驟

晶片設計位於半導體產業的最上游，是半導體產業最核心的基礎，擁有極高的技術壁壘，需要大量的人力、 物力投入，需要較長時間的技術積累和經驗沉澱。

半導體產業鏈垂直分工模式日趨成熟，產業鏈更加細化

上世紀60年代，早期企業都是IDM運營模式（垂直整合），這種模式涵蓋設計、製造、封測等整個 晶片生產流程，這類企業一般具有規模龐大、技術全面、積累深厚的特點，如Intel、三星等。

隨著技術升級的成本越來越高以及對IC產業生產效率的要求提升，促使整個產業逐漸向設計、制 造、封裝、測試分離的垂直分工模式發展。

半導體產業模式的發展軌跡

半導體產業模式-垂直整合IDM

半導體產業模式-垂直分工Fabless

Fabless 商業模式的優勢：資產較輕，初始投資規模小，創業難度相對較小，運營風險較低 ；企業運行費用較低，轉型相對靈活，市場靈活性高 ；專注於設計，分工程度高，更有助於產品更迭，產品研發周期更短；輕資產使Fabless的投資盈利回報率要勝過IDM。

代工廠的出現促進了半導體設計公司的發展

全球設計公司2010年銷售收入為635億美元，2017年增長至1000億美元，年均複合增長率高達6.7%。

中國功率器件前10大企業收入之和不及一家單設計公司

我國半導體行業的市場結構出現了明顯的變化，其中， 設計和製造業的收入占比明顯上升。

設計業從2009年的24.3%上升到了2017年的38.3%。

製造業從2011年的22.3%上升到了2017年的26.8%。

封裝測試收入從2011年的巔峰50.5%下降到了目前的34.9%。

中國半導體設計企業的成功率與出生率

隨著製程節點的縮小和工藝精度的提高，集成電路設計產品的設計成本迅速增加，10nm的設計 成本約為28nm的4.5倍，並且對產品銷售規模的要求也同步提升（銷售規模需要超過設計成本的10倍），同時開發風險也隨之增加。

以28nm長壽命周期的技術節點來評測，邏輯集成電路設計企業的規模至少要在6.3億美金（43.2 億人民幣以上），相當於2017年中國設計企業的第六大。

格局分明國產未來可期

技術同步且已實現批量供貨材料：靶材、封裝基板、CMP 拋光材料、濕電子化學品，引線框等部分封裝材料 。

部分小批量供貨材料：電子氣體、矽片、化合物半導體、掩模版。

技術落後且未能實現供貨：光刻膠。

矽片是半導體日圓製造最主要的原材料

2017年，全球晶圓製造材料市場規模259.8億美元。

其中矽片市場規模75.8億美元。

占比29.17%，往後分別是 電子氣體，掩膜，其他材料，光刻膠配套試劑，CMP材料，光刻膠，工藝化學品，靶材，SOI。

矽片製造工藝流程及要點

矽片生產過程非常複雜，總體可分為兩個階段：即拉單晶矽錠（步驟一至步驟三）和切片及拋光矽晶片（步驟四）。

其中較為關鍵的步驟有多晶矽錠的製造、拉晶以及矽晶片的切片拋光，這些生產步驟將會對最終產成矽片的質量、性能、尺寸等方面產生重大影響。

晶圓尺寸越大，可利用效率越高

12英寸晶圓擁有較大的晶方使用面積，得以達到效率最佳化， 12英寸晶圓相對於8英寸晶圓的可使用面積超過 兩倍以上；每片晶圓可使用率是前期晶圓的2.5倍。

由於18英寸晶圓的前景褪色，2016年至2021年期間，預計將有25家12英寸晶圓廠重出江湖，而晶圓廠越來越 多地投入使用12英寸和8英寸直徑的矽基板。

2016年全球範圍內有98家12英寸晶圓廠，預計將在2017年後每 年有一定數量增加，到2021年可達到123家。

截至2016年底，12英寸晶圓占全球晶圓廠產能的63.6%，預計 到2021年底將達到71.2%，其年均複合增長率為8.1%。

我國大尺寸矽片國產化低亟待突破

我國能夠實現150mm及下矽片自給，但200mm以上大尺寸矽片國產化率仍然較低。

中國電子材料行業協會預 計我國200mm矽片在2018年需求在81萬片/月左右，而目前我國對應產能23.3萬片/月（僅部分在華外資廠商能夠量 產），缺口超過50萬片/月。

目前我國300mm矽片進口依賴嚴重，市占率不足3%。

而正在規劃中的300mm矽片產能約120萬片/月，目前國內對應需求量45萬片，預估到2020年月需求量為80至100萬片。

除去外資矽片廠產能，國內月需求量在40萬至50萬，屆時300mm矽片國產化率有望得到提升。

移動網際網路和物聯網是5G發展的主要趨動力

麥肯錫：移動網際網路和物聯網在面向2025年最具商業影響力的技術中排名第一和第三。

ITU：綜合愛立信、Cisco、GSMA等多家公司結 果，預測2020年全球將有250億聯網設備。

5G生態系統全景圖

5G射頻前端

5G為射頻前端帶來新機會

移動手機射頻前端市場和 WiFi連接部門預計將在2023年達到352億美元， CAGR為14%。

濾波器增長主要來自高質量的體聲波濾光片，這是5G NR所定義的超高頻范 圍所需的。

低噪聲放大器增長來自於分集模塊的實施和手機功 率放大器模塊的集成。

交換機和天線調諧器增長來自於採用4x4 MIMO技術的普及。

5G標準下現有的移動通信、物聯網通信標準將進行統一，射頻前端晶片產品的應用領域會 被進一步放大。

5G下單個智慧型手機的射頻前端晶片價值亦將繼續上升。

從2010年至2016年全球射頻前端市場規模以每年約 12%的速度增長，2016年達114.88億美元，未來將以 12%以上的增長率持續高速增長， 2020年接近190億美元。

全球射頻前端市場集中度較高，前四大廠商 Skyworks、Qorvo、Avago、Murata占據著全 球85%的市場，且均是日美已開發國家企業，而這 也意味著國產射頻企業的成長空間巨大。

基帶晶片的定義和巨頭

基帶晶片競爭格局

基帶晶片市場規模和格局

從2014年到2017年，全球基帶晶片營收沒有很 大波動，分別是223億，213億，223億，212 億（單位：美元），這主要得益於全球智慧型手機 市場需求量大而且穩定。

高通在全球基帶晶片市場占據領先地位，近幾年營收占到50%以上；聯發科一直穩居第二，在 17年被三星超越。

基帶晶片市場始終是巨頭壟斷，小公司很難介入。

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