智芯研報 | 從製程材料看晶片國產化程度

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1. 智慧型手機：IC 設計率先追趕，代工、材料尚待突破

智慧型手機核心晶片涉及先進位程及化合物半導體材料，國產率低。

以目前國產化晶片已採用較多的華為手機為例可大致看出國產晶片的「上限」。

CPU目前華為海思可以獨立設計，此外還包括小米松果等 fabless 設計公司，但由於採用 12 英寸最先進位程，製造主要依賴台灣企業；DRAM、NAND 快閃記憶體國內尚無相關公司量產；前端 LTE 模塊、WiFi 藍牙模塊採用了GaAs 材料，產能集中於 Skyworks、Qorvo 等美國 IDM 企業以及穩懋等台灣代工廠，中國大陸尚無砷化鎵代工廠商；射頻收發模塊、PMIC、音頻 IC 可做到海思設計+foundry 代工，而充電控制 IC、NFC 控制 IC 以及氣壓、陀螺儀等傳感器主要由歐美 IDM廠商提供。

總體來看智慧型手機核心晶片國產率仍低，部分晶片如 DRAM、NAND、射頻模塊等國產化幾乎為零。

以主流旗艦手機 iPhone X 為例可以大致看出中國大陸晶片廠商在全球供應鏈中的地位。

CPU採用蘋果自主設計+台積電先進位程代工，DRAM、NAND來自韓國/日本/美國 IDM廠商；基帶來自高通設計+台積電先進位程代工；射頻模塊採用砷化鎵材料，來自 Skyworks、 Qorvo 等 IDM廠商或博通+穩懋代工；模擬晶片、音頻 IC、NFC 晶片、觸控 IC、影像傳感器等均來自中國大陸以外企業，中國大陸晶片在蘋果供應鏈中占比為零。

而除晶片、螢幕以外的零部件大多有中國大陸供應商打入，甚至部分由大陸廠商獨占。

由此可見中國大陸晶片企業在全球範圍內競爭力仍低。

2. 通信基站：大功率射頻晶片對美依賴性極高

通信基站對國外晶片依賴程度極高，且以美國晶片企業為主。

目前基站系統主要由基帶處理單元（BBU）及射頻拉遠單元（RRU）兩部分組成，通常一台 BBU 對應多台 RRU 設備。

相比之下，RRU 晶片的國產化程度更低，對於國外依賴程度高。

這其中主要難點體現在 RRU 晶片器件涉及大功率射頻場景，通常採用砷化鎵或氮化鎵材料，而中國大陸缺乏相應產業鏈。

美國廠商壟斷大功率射頻器件。

具體來看，目前 RRU 設備中的 PA、LNA、DSA、VGA等晶片主要採用砷化鎵或氮化鎵工藝，來自 Qorvo、Skyworks 等公司，其中氮化鎵器件通常為碳化矽襯底，即 GaN on SiC。

RF 收發器、數模轉換器採用矽基及砷化鎵工藝，主要廠商包括 TI、ADI、IDT 等公司。

以上廠商均為美國公司，因而通信基站晶片對美國廠商依賴性極高。

3. 汽車電子：產業技術日趨成熟，部分已實現國產化

汽車電子對於半導體器件需求以 MCU、NOR Flash、IGBT 等為主。

傳統汽車內部主要以 MCU 需求較高，包括動力控制、安全控制、發動機控制、底盤控制、車載電器等多方面。

新能源汽車還包括電子控制單元ECU、功率控制單元PCU、電動汽車整車控制單元VCU、混合動力汽車整車控制器 HCU、電池管理系統 BMS 以及逆變器核心部件 IGBT 元件。

此外在以上相關係統以及緊急剎車系統、胎壓檢測器、安全氣囊系統等還需應用 NOR Flash 作為代碼存儲。

MCU 通常採用 8 英寸或 12 英寸45nm~0.15μm 成熟製程，NOR Flash 通常採用45nm~0.13μm 成熟製程，國內已基本實現量產。

智能駕駛所採用半導體器件包括高性能計算晶片及 ADAS 系統。

高性能計算晶片目前採用 12 英寸先進位程，而 ADAS 系統中的毫米波雷達則涉及砷化鎵材料，目前國內尚無法量產。

4. AI 與礦機晶片：成長新動力，國內設計廠商實現突破

AI 晶片與礦機晶片屬於高性能計算，對於先進位程要求較高。

在 AI 及區塊鏈場景下，傳統 CPU 算力不足，新架構晶片成為發展趨勢。

當前主要有延續傳統架構的 GPU、FPGA、 ASIC（TPU、NPU 等）晶片路徑，以及徹底顛覆傳統計算架構，採用模擬人腦神經元結構來提升計算能力的晶片路徑。

雲端領域 GPU 生態領先，而終端場景專用化是未來趨勢。

根據 NVIDIA 與 AMD 公布的技術路線圖，2018 年GPU 將進入 12nm/7nm 製程。

而目前 AI、礦機相關的 FPGA 及 ASIC 晶片也均採用了10~28nm 的先進位程。

國內廠商湧現了寒武紀、深鑒科技、地平線、比特大陸等優秀的 IC 設計廠商率先實現突破，而製造則主要依靠台積電等先進位程代工廠商。

■ 拓展閱讀

前景展望：部分領域有望率先突破，更多參與全球分工

現階段國產化程度低，半導體產業實際依靠全球合作。

儘管我國半導體產業目前正處於快速發展階段，但總體來看存在總體產能較低，全球市場競爭力弱，核心晶片領域國產化程度低，對國外依賴程度較高等現狀。

我國半導體產業鏈在材料、設備、製造、設計等多個高端領域對國外高度依賴，實現半導體產業自主替代需經歷較漫長道路。

根據 IC Insight 數據顯示，2015 年我國集成電路企業在全球市場份額僅有 3%，而美國、韓國、日本分別高達54%/20%/8%。

事實上，即便是美國、韓國、日本也無法達到半導體產業鏈 100%自產。

例如在先進位程製造的核心設備光刻機方面依然依賴荷蘭 ASML 一家企業。

更多參與全球分工，在此過程中逐漸提升國產化占比，是一條切實可行的半導體產業發展道路。

中國大陸晶片下游需求端終端市場全備，供給端有望向中國大陸傾斜。

（1）需求端：下游終端應用市場全備，規模條件逐步成熟。

隨著全球終端產品產能向中國轉移，中國已經成為全球終端產品製造基地，2017 年中國汽車、智慧型手機出貨量占全球比重分別達 29.8%、 33.6%。

晶片需求全面涵蓋矽基、化合物半導體市場，晶片市場空間巨大。

（2）供給端：當前中國大陸產值規模居前的 IC 設計、晶圓代工、存儲廠商寥寥數計，技術水平尚未達到領先水平，中高端晶片製造、化合物半導體晶片嚴重依賴進口。

隨著近些年終端需求隨智慧型手機等產業鏈而逐漸轉移至中國大陸，需求轉移或拉動製造轉移，下游晶片供給端隨之開始轉移至大陸。

國內政策加速半導體行業發展。

近年來我國集成電路扶持政策密集頒布，融資、稅收、補貼等政策環境不斷優化。

尤其是 2014 年 6 月出台的《國家集成電路產業發展推進綱要》，定調「設計為龍頭、製造為基礎、裝備和材料為支撐」，以 2015、2020、2030 為成長周期全力推進我國集成電路產業的發展：目標到 2015 年，集成電路產業銷售收入超過 3500 億元；到 2020 年，集成電路產業銷售收入年均增速超過 20%；到 2030 年，集成電路產業鏈主要環節達到國際先進水平，一批企業進入國際第一梯隊，實現跨越發展。

「產業+資本」成為產業發展重要手段，集成電路產業基金累計支持資金超過 7000 億元。

2014年 10 月，中國成立國家集成電路產業投資基金（簡稱「大基金」），「大基金」首批規模達到 1200 億元，加之超過 6000 億元的地方基金以及私募股權投資基金，中國有望以千億元基金撬動萬億元資金投入集成電路行業。

截至 2017 年底，國家集成電路大基金共決策投資 62 個項目，累計項目承諾投資額 1387 億元，已實施項目涵蓋 IC 產業上、下游，製造、設計、封測、設備材料等產業鏈各環節投資比重分別是 63%、20%、10%、7%。

巨大市場支撐和產業資本發力下，IC 製造最先落地。

大陸半導體產業鏈落地率先從 IC製造開始，合資、外資晶圓廠在國內設廠，先進工藝節點拉動中國半導體製造能力。

中國大陸晶圓代工廠中芯國際積極研發 14nm 先進位程，擴大投資建廠，中國大陸存儲廠商長江存儲、合肥長鑫、福建晉華瞄準國內DRAM、NAND Flash 空白積極布局，有望實現零的突破。

根據 SEMI 預測，2017 至 2020四年間將新建 62 座晶圓廠，而中國大陸地區就將占 26 座，美國將有 10 座位居第二，台灣地區預計有 9 座。

在 IC 製造落地帶動下，配套封測、設計領域率先受益。

長電科技通過收購星科金朋獲得 FC+Bumping 能力以及扇出型封裝技術，隨著大陸 12 英寸晶圓廠的增加，客戶資源掣肘將逐漸打破。

在中低端 8 英寸方面華天科技、通富微電等國內廠商優勢明顯。

IC 設計已有華為海思等優秀公司湧現，在通信晶片方面華為海思逐漸對高通的手機晶片銷售、專利授權等業務構成了威脅，由於華為公司本身擁有海量專利，通過專利交叉授權協議，華為應該從高通享受到非常優惠的專利費率。

遠景展望：部分核心領域國產化仍較遙遠，參與全球分工逐步提升話語權。

在部分核心領域例如核心 FPGA 晶片、EDA 輔助設計工具、設備、材料等方面，國產化依然比較遙遠。

例如在 EDA 設計工具方面，自 1991 年開始 Cadence 已連續在國際 EDA 市場中銷售業績穩居第一，中美貿易爭端之下 Cadence 便停止了對中興的服務。

此外，智能設備處理器大多採用 ARM 底層架構，例如海思麒麟 970CPU 部分採用的仍然是 ARM 公版 A73 架構+A53架構大小核心搭配，在 GPU 方面，麒麟 970 採用了ARMMali-G72MP12，都需要 ARM 授權。

在半導體設備、材料方面同樣對國外具有強依賴性，在這些領域需要的時間遠大於 IC製造、設計等領域，其發展離不開全球合作。

在產業鏈全球化的今天，沒有任何國家可以做到100%自主化，因而更多參與到國際合作和競爭中去，獲取更多話語權，逐步提升領域競爭優勢和國產化率，才是中國半導體產業長期實現自主可控切實可行的發展道路。

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