半導體產業深度報告：論半導體持久戰

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投資摘要

半導體不會長期受制於人，當然也不會快速國產化，「速勝論」 和「必亡論」都不對，是持久戰：

第一：全球半導體增速放緩，而中國半導體仍然高增長。

第二：中國市場需求大，國產化替代仍有 10 倍以上空間。

第三：半導體製造工藝落後很多，需要長期大發展。

第四：高端晶片設計在長時間內還會受制於人。

關鍵結論

一、 全球增速放緩——全球半導體增速放緩。

與市場的一貫理解的高科技行業 的增長速度不同，全球半導體市場增速並不高。

1999~2019 年，過去 20 年年間全球半導體銷售額複合增速為 5.2%。

過去 20 年、15 年、10 年、9 年、 5 年、 3 年全球半導體銷售額 CAGR 分別為 5.1%、4.4%、6.1%、3.6%、 4%、-0.3%。

二、 中國高增長——中國半導體產業增速遠超全球。

1）從季度、年度增速看， 中國半導體產業整體增速超全球，設計產業增速更高。

2）國內代工製造需 求超全球需求（2019 年全球增 13.5%，中國增 21.7%）。

3）最近 7 年 A 股公司收入增速都高於美股公司。

三、 10 倍空間—— 若能替代全部進口，國內半導體還有 10 倍以上空間。

2018 年中國集成電路設計產業收入中只有1763億元（251億美元）銷售給國內， 而 2018 年中國集成電路進口額 3121 億美元，是國內自給的 12.3 倍。

假 如國內晶片設計公司的供給，能替代巨額進口的需求，那麼國內晶片設計 公司的市場還有超過 10 倍的空間。

四、 「卡脖子」的半導體製造短板，是稀缺資源，投資價值最大。

半導體產業是 涉及多方面的，所有環節在短期全部國產化是不可能的，國產化的第一步 是先擺脫「卡脖子」，然後才是全方位國產化。

從產業鏈角度看，半導體制 造是我們的「短板」、是稀缺資源；從投資角度看，越是短板、越是稀缺資 源，越有投資價值。

投資建議

產業屬性決定，現在的龍頭也是未來的龍頭。

半導體製造是大投入、長期積累 的產業，成立 20 年的中芯國際、成立 15 年的華虹半導體已經在先進工藝和特 色工藝領域有巨額資本投入和大量經驗積累，中芯國際是中國大陸先進工藝的 龍頭、華虹半導體是特色工藝龍頭，現在的龍頭也是未來的龍頭。

2020 年是半 導體製造的大年，我們繼續推薦中芯國際、華虹半導體。

全球半導體增速放緩，與 GDP 趨於同步

1999~2019 年 CAGR 為 5.2%

2019 年全球半導體銷售額 4098 億美元，1999 年為 1494 億美元。

過去 20 年 年間全球半導體銷售額複合增速為 5.2%。

全球半導體市場增速放緩

第一，區間越短複合增速越低，說明全球半導體市場增速趨於放緩。

按照不同 時間區間的複合增速看，過去 20 年、15 年、10 年、9 年、5 年、3 年全球半 導體銷售額的 CAGR 分別為 5.1%、4.4%、6.1%、3.6%、4%、-0.3%。

與市場的一貫理解的高科技行業的增長速度不同，從複合增速看，全球半導體 市場增速並不高。

第二，全球半導體季度增速趨於放緩。

下圖明顯看出，全球半導體銷售收入季 度增速是放緩的。

要是不考慮 2008 年金融危機帶來的波動性，季度同比增速 放緩的趨勢更加明顯。

半導體作為科技產業的基礎已經有 73 年的發展歷史，自從 1947 年貝爾實驗室 的第一個集成電路（只有 1 個電晶體）發明以來，全球半導體產業整體已經進 入成熟穩定階段。

半導體市場增速略高於 GDP 增速

再將全球半導體銷售額的複合增速與全球 GDP 增速比較，分別按照過去 20 年、 15 年、10 年、9 年、5 年、3 年的區間段看，半導體市場和 GDP 基本同步， 半導體市場增速略高於 GDP 增速。

與 GDP 相關性越來越高

按每年增速看，全球半導體增速和 GDP 增速相關性越來越高。

半導體是信息技 術的基礎，終端用戶是計算機汽車通信，與宏觀經濟相關性較高，所以，從全 球範圍看，半導體行業的增速和 GDP 相關性高是合理的。

中國增速超全球

中國半導體產業增速超全球

從季度、年度增速看，中國半導體產業的增速超全球，是支撐國內股票市場半 導體大行情的必要條件。

2009~2019 年，中國大陸半導體產業的整體增速超過全球，雖然全球半導體增 速放緩，但是，中國半導體產業還在高速發展。

中國半導體產業的年度增速超全球，2019 前三季度全球半導體銷售額同比增速 都是負值，而中國市場同期是正增長。

中國半導體產業的年度增速超全球，2017~18 中國集成電路設計增長 26.1%、21.5%，而全球為 21.6%、13.7%。

集成電路設計增速更高

從細分領域——集成電路設計產業看，增速更高。

代工增速超全球增速

半導體廠商模式分為只有設計無製造的 Fabless 模式和有設計有製造的 IDM。

Fabless、IDM、系統廠商都是代工廠的客戶。

2019 年中國大陸半導體代工市場規模預計在 110 億美元同比增長 14.6%。

2019 年全球 Fabless 半導體代工需求為 1260 億美元，同比增長 13.5%，其中 中國市場需求為 280 億美元，同比增長 21.7%。

IDM 廠商產能不足的時候外找代工廠，一些 system 廠商自己做晶片，例如匯 川（變頻器）、合肥陽光（電源）、英威騰（變頻器），這些終端系統商為了減低成本，保證供應鏈，自己設計晶片交給代工廠製造。

半導體代工增速超半導體行業增速，2013~2019 年，全球半導體增長 34%，而 Fabless 需求（對應代工廠收入）增加 83%。

A 股公司收入增速高於美股

從收入增速看，中國半導體公司處於成長階段。

以美股主流的 30 家半導體公司和 A 股主流 27 家半導體公司整體收入做比較， 發現 A 股公司收入增速大於美股。

國產化 10 倍以上空間

進口是國內供給的 10 倍

2019 年全國進口集成電路 3055 億美元，而 2018 年中國集成電路設計產業收 入只有 2519 億元人民幣（含出口）。

按照申萬一級行業目錄中的電子行業—— 半導體——集成電路，此分類中的 26 家集成電路設計公司為樣本，26 家集成 電路公司的 2018 年合計海外收入占比為 40.4%。

上述 26 家上市集成電路設計企業出口比例 40.4%，我們假設全部中國集成電路 設計企業的出口比例為 30%，內銷為 70%。

按照上述出口比例，2018 年中國集成電路設計產業收入中只有 1763 億元（251 億美元）銷售給國內，而 2018 年中國集成電路進口額 3121 億美元，是國內自 給的 12.3 倍。

所以，我們可以得出結論，假如國內晶片設計公司的供給，能替代巨額進口的 需求，那麼國內晶片設計公司的市場還有超過 10 倍的空間。

關鍵晶片空間更大

具體到核心晶片領域，國產自給率更低，甚至為零。

中國市場占比超過三分之一

從晶片需求看，亞太地區占 60%的市場需求，一是因為日本、韓國、中國大陸、台灣地區擁有眾多 IC 下游產業，是全球工廠；二是亞太地區人口眾多，電 子設備市場需求大。

全球半導體銷售市場中，中國市場占比逐漸提升，到 2018 年中國市場占全球 半導體銷售額的 33.8%。

隨著中國市場占比逐漸提升，中國本土設計企業的市場空間會越來越大。

製造需長期大發展

製造是半導體產業的重點

一般情況下，我們將半導體產業劃分為：設計——製造——封測，EDA 面向設 計和製造，設備面向製造和封測。

半導體製造是目前中國大陸半導體發展的最大瓶頸，電腦 CPU、手機 SOC/基帶等高端晶片，國內已經有替代，雖然性能與國際巨頭產品有差距，但是至少 可以「將就著用」。

而半導體製造是處於「0~1」的突破過程中，假如海外半導體代工廠不給中國大 陸設計公司代工，那麼中國的半導體產業將會受到很嚴重影響。

五大矽片廠壟斷市場

全球半導體矽片市場主要集中在幾家大企業，行業集中度高，技術壁壘較高。

2018 前 5 大矽片廠商合計 95%市場份額，行業前五名企業的市場份額分別為： 日本信越化學市場份額 28%，日本 SUMCO 市場份額 25%，德國 Siltronic 市 場份額 14%，台灣環球晶圓市場份額為 14%，韓國 SKSiltron 市場份額占 比為 11%，法國 Soitec 為 4%。

全球代工被台積電壟斷

2019 年 Q3 全球十大晶圓廠排名為：台積電、三星、格羅方德、聯電、中芯國 際、高塔、華虹、世界先進、力晶、東部高科。

國內代工龍頭中芯國際排名第五，市場占有率 4.4%。

「卡脖子」的短板，投資價值最大

半導體製造五大難點

伴隨著晶片的集成度越來越高、半導體製造的先進程度也逐漸提升。

半導體產業包 含越來越多的機械、化工、軟體、材料等其它領域，是集成了很多子系統的大系統。

同時，涉及如此眾多產業的半導體產業，也推動經濟發展。

因為，半導體產品的性 能逐漸提升，而成本降低、價格下降。

從而滿足了市場對於高性能、低成本需求。

如此高度行業集成的產業，具有五大難點，分兩類。

一類是：高精細度、高集成度。

二類是：單點工藝技術、集成單點技術、批量生產技術。

第一，集成度越來越高。

在一顆晶片上集成的電晶體的數量，越來越多，從 20 世紀 60 年代至今，從 1 個電晶體增加到 100 億以上。

電路集成度越高，挑戰 半導體製造工藝的能力，在可接受的成本條件下改善工藝技術，以生產高級程 度的大規模集成電路晶片。

為達到此目標，半導體產業已變成高度標準化的， 大多數製造商使用相似的製造工藝和設備。

開發市場成功的關鍵是公司在合適 的時間推出合適的產品的能力。

第二，對精度要求越來越高。

精度高體現在關鍵尺寸（CD），晶片上的物理尺 寸特徵被成為特徵尺寸，業內描述特徵尺寸的術語是電路幾何尺寸。

通俗理解 是，關鍵尺寸越小，工藝加工難度越大。

關鍵尺寸從 1988 年的 1um，減小到 2020 年的 5nm，減少了 99.5%。

從此角度看，集成電路製造的難度在逐漸提 升，難度提升的加速度也在變大。

從電晶體結構圖看，關鍵尺寸是電晶體的柵長（下圖中的線寬）。

第三，單點技術突破難。

構成半導體製造工序的最小單位的工藝技術就是單點 技術，或者組件技術。

集成電路製造就是在矽片上執行一系列複雜的化學或者 物理操作。

複雜電路的製造工序超過 500 道工序，500 道工序相當於 500 個單點技術，並 且，這些工序都是在精密儀器下進行，人類的肉眼是看不清楚的，給製造帶來 很大的困難。

以最典型的 CMOS 工藝為例，涉及到以下步驟。

第四，需要將多個技術集成。

結合單點技術，將電路植入矽片，構建此工藝流 程的技術就是集成技術。

例如在生產 DRAM 需要 500 道以上工序，該流程先在 研發中心制定，且制定的流程是可以實際生產的。

在制定工藝流程階段，單點技術的組合方式是無限的，即使是製造同樣集成度、 同樣精密度的 DRAM，不同半導體廠家採取的方式也各不相同。

此外，不同的 技術集成人員的工藝流程結構也不同。

集成技術的難點在於，如何在短時間內完成從無限的組件技術組合中，制定低 成本、滿足規格且完全運行的工藝流程。

集成技術我們用通過桌球、足球來理解。

半導體製造的單點技術我們中國人 可以突破，就跟單人體育的桌球一樣，中國人可以全球拿冠軍。

但是，把這 些單點技術組合到一起，就跟 11 人的足球隊伍一樣，組合到一起就不能拿冠軍。

這就是集成技術的難點。

第五，批量生產技術。

將研發中心通過集成技術構建的工藝流程移交給批量生 產工廠，在矽片上植入符合目標質量要求的半導體並進行大量生產的技術就是 批量生產技術。

真正嚴格意義上的精確複製基本是不可能的。

即使開發中心和批量生產工廠的 設備相同，在同樣的工藝條件下也未必能夠得到同樣的結果。

坦率地說，一般 情況下難以得到相同的結果。

這是因為即使是同樣的設備，兩台機器之間也會存在微小的性能差異。

這種差 異稱作機差。

機差可以說是半導體製造設備廠家在生產同一型號的設備時，因 不可控因素的存在而可能產生的設備差異。

隨著半導體精密化程度的不斷提高， 機差問題也日益顯著。

也就是說，隨著精密化程度的提升，需要實施高精度的加工，(此前生產過程中 不會成為問題的微小的)機差都成了嚴重的問題。

英特爾曾要求位於愛爾蘭、以色列以及美國的 12 英寸晶圓批量生產工廠不僅要 統一製造設備的類型、型號，就連每一根管道的規格都要嚴格統一。

此外，它 還制定了設備維修、維護檢查細節等的詳細指南，要求上述三個工廠嚴格按照 操作指南執行作業。

即便如此，上述三個工廠產品的成品率還是有差異。

其根 本原因還是在於設備的機差。

在批量生產技術方面，良率具有重大意義。

良率就是植入晶圓片的半導體成品 中合格產品所占比率。

一般來說，剛從開發中心將工藝流程轉移到批量生產工 廠的階段，批量生產工廠的良率幾乎是 0%。

而將成品率儘快提高到 100% ，並且長期維持接近 100%的成品率的技術，才 是真正的批量生產技術。

開發中心的集成技術人員的使命就是盡最大努力制定工藝流程，使至少一個產 品能夠完整運行。

批量生產工廠的集成技術人員的使命則是在該工藝流程的基 礎上，完成能獲得高成品率的工藝流程。

毋庸置疑，此時，批量生產工廠的集 成技術人員會指揮工廠里的組件技術人員。

但是，有時也會遇到成品率難以提高的情形。

這時，有可能需要重新制定工藝 流程。

需要進行大規模調整時，該工藝流程就會被退回開發中心。

更不幸時， 則可能需要重新設計。

這樣，從開發中心最初制定的工藝流程到形成能使批量生產工廠獲得高成品率 的工藝流程，通常需要 5~10 次反覆。

半導體的製造需要精密集成了各種組件技術的集成技術以及提高成品率的批量 生產技術。

只有這樣才能製造出半導體。

目前全國範圍的半導體製造投資熱是基於這樣的邏輯——「只要買了設備、排 列好，按下按鈕，人人都可以生產半導體」。

這種觀點是錯誤的，這種觀點應用 於其它行業有可能對，但是半導體製造是肯定錯誤的。

製造是最急於突破的環節

半導體產業是涉及多方面的，所有環節在短期全部國產化是不可能的，國產化 的第一步是先擺脫「卡脖子」，然後才是全方位國產化。

從下圖半導體產業鏈：設計——製造——封裝測試，三大環節看，最「卡脖子」 的是製造。

半導體製造是目前中國大陸半導體發展的最大瓶頸，電腦 CPU、手機 SOC/基 帶等高端晶片，國內已經有替代，雖然性能與國際巨頭產品有差距，但是至少 可以「將就著用」。

而半導體製造是處於「0~1」的突破過程中，假如海外半導體代工廠不給中國大 陸設計公司代工，那麼中國的半導體產業將會受到很嚴重影響。

因為，就算中國大陸的晶片設計公司能夠設計出跟國際媲美的晶片，但是，沒 有製造能力，設計出來的晶片只是「一堆數據」，無法形成產品。

再具體到細分產品領域，高端 CPU、GPU、FPGA 等晶片用 7nm 及以下的工 藝，低端晶片現在也逐漸從成熟工藝轉向先進工藝，所以，先進工藝是大陸半 導體必須首先突破的「卡脖子」工程、是短板。

雖然中芯國際、華虹半導體落後全球龍頭，但中芯國際是中國大陸先進工藝的 龍頭、華虹半導體是特色工藝龍頭。

半導體製造是大投入、長期積累的產業， 成立 20 年的中芯國際、成立 15 年的華虹半導體已經在先進工藝和特色工藝領 域有巨額資本投入和大量經驗積累，中國大陸的半導體製造崛起肯定得指望這 兩家公司。

所以，從以上角度看，越是我們的「短板」，越有投資價值。

製造是中國大陸核心科技資產

能夠成為國家半導體發展重大轉折點的中芯國際才是核心資產。

核心資產不是 1~N 的無限擴大，二是 0~1 的關鍵突破。

核心資產不是有了它更好，而是缺了它不行。

市場上所謂的核心資產的缺乏或 者消失，對國家、對社會的影響不大，大不了再成立一家公司繼續做。

而中芯 國際這種半導體代工廠是整個科技產業的基礎，在海外限制半導體製造的背景 下，大陸缺少半導體製造，會動搖科技產業的根基。

從這個角度看，中芯國際 才是核心資產。

由於中芯國際處於港股，大陸資本對中芯國際認識不夠。

同時，再加上半導體 產業研究的高壁壘，導致資本市場對中芯國際是被動型忽視的。

貿易戰加速中芯國際成長，也加速資本市場對中芯國際的認識。

最近一年，在 貿易戰、美國對中國半導體發展各種限制的大背景下，市場逐漸意識到半導體 製造才是核心資產，是不可或缺的資產。

在這個邏輯下，中芯國際應該享有比 其它製造業更高的估值。

一是中芯國際作為不可獲取的核心資產，相對於面板龍頭、家用電器龍頭、手 機零部件龍頭，中芯國際的估值有很大提升空間。

投資建議

我們看好國內的半導體上游的晶片設計產業，上游晶片設計公司越多，對下游 的代工需求越旺盛，有利於國內的半導體代工廠，國內兩大代工巨頭都在港股， 我們在港股範圍內推薦中芯國際和華虹半導體。

……

（報告來源：國信證券）

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