「研報」中國晶圓代工行業競爭如何破局？

晶圓代工（Foundry）是半導體產業鏈的基礎，中國在14nm以下先進工藝的缺失是發展AI、5G的主要瓶頸之一。

目前全球半導體行業處於AI、5G普及之前的下行周期，競爭格局上台積電（TSMC）一家獨大，幾乎壟斷先進位程市場。

中芯國際，華虹半導體等中國大陸企業技術上雖與台積電存在5年以上的差距，但在1）政府集中資金投入，2）公司增強有效的人才和研發體系，以及3）大客戶的支持下，預計中國大陸企業在2020年以後通過技術突破帶來的跳躍式發展機遇。

1 行業特徵：2017全球市場規模500億美金以上，資本研發密集型行業

晶圓代工在半導體產業鏈中地位十分重要，是行業著實的中流砥柱。

具體來講，代工廠商的任務是將設計客戶的版圖製造成實際的集成電路或分立器件，再交給封測廠商進行實施後道工序，毫不誇張地說，是代工廠商給了晶片「生命」。

在行業發展初期，IDM（垂直一體化廠商）幾乎占領了整個市場，但隨著製造成本的不斷上升，為實現更大的經濟效益，純晶圓代工模式逐漸普及。

根據IHS的統計，全球矽晶圓代工行業營收2017年達到521億美元，2012-2017年複合增長率達10.8%，主要驅動力包括（1）智慧型手機的普及帶來的半導體用量上升，（2）代工模式的占比提升（純晶圓代工產能占比由2012 年的24.1%增長至2017年的34.0%）。

在2018-2020年，行業收入增速將維持在8%上下。

從應用端來看，半導體代工行業的主要客戶包括：智慧型手機等無線通訊產品（2017：49%，255億美金）、個人計算機和伺服器用計算晶片（2017：11%，57.3億美金）、消費類產品（2017：18%，93.7億美金）、車用產品（2017：6%，31.2億美金）、工業用產品（2017：14%，72.9億美金）、及占比較小的有線通訊產品。

從工藝節點來看，各製程市場規模及占比分別為：16nm及以上工藝（2017：20%，104億美金）、16-28nm先進工藝（2017：19%，101億美金），28-90nm成熟工藝（30%，157億美金），90nm以上的8 寸（28%，145億美金），其他（3%，17億美金）。

從競爭格局來看，台積電2017年收入323億美金，約占全球62%。

其他廠商2017年收入包括聯電（9.5%，49.3 億），SMIC（6%，31.3億）。

台積電在16nm及以上工藝節點（總共104億美金市場）領先主要競爭對手3年以上時間，處於絕對壟斷地位。

相比設計廠商和封測廠商，代工環節具有資本密集型及技術密集型兩大特徵，進入難度相對較高；同時廠商通過持續的研發投入，獲得更先進的技術能力後，能夠取得較高的營業利潤率。

代工行業是資本密集型行業：晶圓廠建設、擴產需要大量的資本開支投入。

根據IHS的數據，近五年來，全球半導體代工廠商資本開支占收入比例維持35%以上的高位，充分說明行業資本的密集性。

代工行業是研發密集型行業：我們統計了台積電、聯電、中芯國際、華虹半導體及世界先進五家廠商的情況，近五年來，它們的研發支出占收入比維持在高個位數，充分說明研發在代工行業中的重要地位。

由於先進位程每遷移一次技術節點都伴隨著比成熟製程高數倍的投入，2017年起台積電開始10nm以上製程研發，支出明顯加大，帶動行業研發費用率上升。

2 發展趨勢：短期受手機及虛擬貨幣增速放緩拖累，長期AI、5G、汽車等成為新動能

在存儲器價格上升，智慧型手機硬體升級，雲計算快速發展，以及半導體公司合併等因素推動下，費城半導體指數從2016年1月到2018年9月總共上升133.9%，大幅跑贏標準普爾500指數（+50.2%）。

但從SEMI公布月度數字來看，全球半導體銷售額以及半導體設備月度出貨額的同比增速都出現放緩趨勢，反映全球半導體行業已經進入下行周期。

目前代工行業發展的負面因素有：先進位程增長受到拖累，主要由於智慧型手機出貨量2018-2020年增速放緩至低個位數，虛擬貨幣價格相比去年年末下跌較多，礦機晶片需求減退；成熟製程方面，客戶存在重複下單情況，代工廠商庫存較高。

而正面因素是：在未來五年，整個晶圓代工行業的驅動力由智慧型手機逐漸轉向AI、5G、IoT、汽車等新應用。

►人工智慧（AI）涉及大量的數據處理任務，促進對10nm以上先進位程計算晶片的需求增長。

根據IBS的預測，到2025年，全球10nm/7nm製程矽晶圓代工出貨量將達220萬片，相比目前翻了一番。

從設計端來看，計算晶片在2017-2022年CAGR將保持在高個位數。

► 5G主要帶來射頻前端晶片新的需求。

包括射頻開關，功率放大器等。

第三代化合物半導體GaN在射頻器件中的滲透率不斷上升，根據Yole的預測，2017~2023GaN器件市場規模保持23%CAGR增長，促進非矽半導體行業分工細化，利好非矽純代工廠商。

此外，5G手機的增多，也會帶來AP及基帶晶片價值的提高，利好矽基代工廠商營業收入增長。

從設計端來看，有線通訊晶片銷售收入2017-2022年CAGR有所提高。

► IoT同樣成為半導體行業新的驅動力。

IoT晶片雖然單顆的價值低，但需求量巨大。

工業用晶片是典型體現，設計端市場規模2017-2022年CAGR維持在高個位數。

►電動汽車和自動駕駛將大大增加車載半導體的用量。

微處理器、模擬電路、邏輯晶片、以及分立器件都會受益於車載半導體市場規模的增長。

IHS的預測，設計廠商來自車用晶片的收入將在2017-2022年保持8.6%的CAGR增速。

但新應用的滲透仍需要時間，在未來1-2年內還很難對代工行業形成有力的需求刺激。

從2016年起，代工行業增長基本由16nm以下先進位程貢獻，未來也近乎成為行業的唯一驅動。

28nm、 12寸成熟製程、及因供不應求暫時樂觀的8英寸在未來1-2年內，甚至在更長期時間內都將面臨風險。

3 競爭格局：台積電利用技術及規模優勢，不斷擴大領先地位

隨著新應用對晶片計算能力及功耗要求的不斷提升，整個代工行業中，先進位程營收規模自2015年起占據首要地位，並保持雙位數同比增速。

根據我們對六家主要晶圓代工廠商的統計（TSMC、GF、UMC、Vanguard、中芯國際、華虹半導體），2017年全年來自28nm以上先進位程的營業收入約為205億美元，占比達40%左右。

28nm-90nm成熟製程（12月）的營收占比約為30%，而8寸晶圓營收占比約為28%。

台積電憑藉自身在代工行業的先發優勢，擁有了領先的市占率和利潤率，以高額的利潤和良好的現金流支撐巨額的資本開支和研發支出（可以和資本實力強大的IDM廠商媲美），再利好技術的進步，以此周而復始，成為行業絕對的王者。

我國大陸企業的長江存儲（IDM）、中芯國際資本開支躋身世界前十。

主要工藝節點競爭格局點評：

► 16nm及以上（FinFET）先進位程: 受益於人工智慧、高性能計算及數字貨幣驅動，台積電2017年10nm營業收入占比已達10%，約為30億美元，包攬14nm以下純晶圓代工所有訂單（不含存儲器），市占率達100%。

► 28nm製程：28nm是先進位程的門檻，2017年台積電市占率達71%，各代工企業競爭激烈。

聯電、格羅方德及中芯國際均有28nm產線量產，華虹JV也逐漸進入了28nm陣營。

由於台積電技術突破最早，目前憑藉較小的折舊壓力打低價戰來獲得更多的市場份額，加上整個製程擴產相對激進，供大於求，使其餘廠商毛利率承壓。

► 40-90nm成熟製程：12寸成熟製程市場格局清晰。

目前台積電市占率在一半左右，格羅方德、聯電、中芯國際和力晶等廠商幾乎平分秋色。

但我們也觀察到，2Q18各廠商12英寸存貨水平達到高點。

► 8寸（90nm-0.35um）成熟製程：根據IHS的數據，2017台積電仍以41%的市占率位居8寸矽晶圓代工榜首。

根據SEMI的統計，過去五年中，2012-2014年8寸晶圓產能變化不大，甚至一度因為客戶轉單原因有8寸廠關閉。

總體需求在3600k-4300k片每月之間波動，產能利用率70%-80%。

而在2015年後，8寸片產能有所上升，2017年產能相比2015年上漲約7%。

4Q15起8寸受上游矽片供給不足、中低端MCU/PMIC需求增加及功率半導體大量轉向8英寸廠投片，需求開始爬坡，到2017年底全球8寸片已出現供需緊張。

今年8寸片ASP上漲尤其明顯。

根據SUMCO的測算，目前8英寸晶圓的需求量約在550萬片-560萬片每月，2018年全球8寸晶圓廠有194座，月產能約為550萬片（包含IDM），且因設備短缺擴產不利。

預計供需緊張的局面仍將持續到2019年，短期內對ASP有推動作用，而長期來看，受此影響，8 寸產品重複下單的情況有所擴大，代工廠商庫存水平上升，構成一定風險。

4 中國大陸企業的機會與挑戰：產能迅速擴張，技術有待提高

根據對全球主要半導體代工企業財報的分析，過去五年（2012-2017）全球主要半導體代工企業中國區收入保持年均25%的複合增長率高速增長。

中國區收入占全球比例從2012年的7.3%上升到2017年的13.4%。

這反映中國半導體設計企業在過去幾年的快速成長。

按中國區收入口徑統計，2017年台積電在中國大陸客戶的市占率達到53%，反映其在28nm以上先進工藝的壟斷地位。

中芯國際、華虹集團兩大晶圓代工廠商合計市占率達28%，與台積電仍有不小差距。

不過另一方面，也說明了我國本土企業的市場增長空間仍然巨大，前景向好。

一旦擁有先進的技術或差異化產品，加上地域優勢，很容易搶占外資在大陸的市場份額。

在2014年發布的《國家集成電路產業發展推進綱要》等有利的產業政策推動下，中國大陸半導體行業產能迅速擴張。

根據iHS統計，截止2017年年末，中國大陸境內已經建成的晶圓廠24座，總產能摺合8寸矽片約160萬片，占全球總產能18%。

此外，中國目前在建晶圓廠7座（不含存儲器），全部投入生產後，總產能與2017比擴大46%，占全球總產能達到20%左右。

但是從技術角度，中國大陸企業與與全球龍頭差距仍然較大，中芯國際在28nm節點上落後，目前大力投入14nm 及以上研發；華虹在實現28nm量產以後，在華力微二廠積極布局14nm。

先進位程上，台積電處於絕對領先地位，三星位居其次。

台積電在2012 年便攻克了28nm HKMG（高介電常數金屬柵極）製程，之後先進位程發展迅速，其7nm製程已於2Q18開始風險生產，預計2019年收入占比將超過20%。

5nm預計在2020年推出。

三星宣布將於下半年投產7nm，同時5nm及以下的製程也在規劃中。

格羅方德、聯電位於第二梯隊。

考慮到成本，兩家均未有繼續研發先進位程的計劃。

格羅方德將繼續依靠14nm 及22nm FD-SOI產品的差異化、多樣化提升自身實力，聯電積極擴產28nm（廈門廠）來鞏固競爭地位。

我國的中芯國際在28nm製程上早前公司在28nm的研發進度上略讓人失望，落後上述國際大廠。

但14nm平台目前已進入「製程凍結」，將於1H19 底開始進行風險生產，公司已成為了除台積電外唯一致力於10nm以下晶片（含）開發的純晶圓代工廠商。

華虹集團藉助大基金的支持，也開始進行14nm研發。

5 化合物半導體代工市場：規模尚小，穩懋市占率達六成

非矽基半導體代工主要包含第二代半導體材料砷化鎵以及第三代半導體材料氮化鎵（GaN）、碳化矽（SiC）等。

目前純代工市場主要的份額集中在穩懋、宏捷科以及環宇等，另外中國大陸廠商，例如三安光電也從2015起宣布建設化合物半導體相關產線。

根據我們統計的穩懋、宏捷科、環宇、晶電及三安光電五家化合物半導體代工廠商的數據，化合物半導體代工行業2017年營收約2.7億美元（規模不足矽基代工營收的1%），根據市場一致預期，2018年行業收入規模達3.0億美元，同比增長8.3%。

受5G新周期驅動，射頻前端晶片市場規模的增加將在未來對上述企業構成一定利好。

化合物半導體代工廠商中，2017 年穩懋仍穩居收入第一。

三安光電雖然營收達到12.9億美元，但其主營業務仍為LED晶片製造，來自化合物半導體代工的收入占比仍然較低。

晶電也非純化合物半導體代工廠商。

我們認為目前砷化鎵射頻以及光電市場環境穩定，主要以IDM模式為主，總體呈現寡頭競爭格局。

純代工市場規模尚小，但穩懋占據60%以上的份額，對於三安光電等新進入者來說，短期內難以取得領先地位。

而第三代化合物半導體將在未來主要應用於電力、射頻上，目前市場主要還被英飛凌、OnSemi等傳統功率半導體IDM大廠壟斷，而GaN射頻器件主要玩家則包括Qorvo、住友電工等。

6 中國大陸企業戰略：中芯國際、華虹半導體、三安光電

篇幅有限 餘下節段 更多精彩 敬請搜索關註：華強微電子 WX公眾號 或者 http://news.hqew.com/ 焦點新聞欄目