掘金半導體產業鏈：全球半導體產業向國內轉移大勢所趨

垂直分工趨勢明顯

集成電路產業鏈可以大致分為電路設計、晶片製造、封裝及測試三個主要環節。

集成電路生產流程是以電路設計為主導,由集成電路設計公司設計出集成電路, 然後委託晶片製造廠生產晶圓,再委託封裝廠進行集成電路封裝、測試,最後銷 售給電子整機產品生產企業,其中製造與封裝過程中,需要利用許多高精設備和 高純度材料。

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2015 年集成電路三大領域均呈增長的態勢。

設計業增速最快,銷售額 215.7 億 美元,同比增長 26.55%;晶片製造業銷售收額 146.7 億美元,同比增長 26.54%; 封裝測試業銷售額 225.2 億美元,同比增長 10.19%。

從產業鏈比重來看,我國目前設計業占比增長最快,封測比重有所下滑,製造大 體保持穩定。

2015 年我國設計所占比重達到 36.70%,製造比重為 24,95%,封 裝測試業所占比重則為 38.34%,結構逐步趨於優化。

英特爾(Intel)創始人之一戈登·摩爾提出摩爾定律,指出當價格不變時,集成 電路上可容納的元器件的數目,約每隔 18-24 個月便會增加一倍,性能也將提升 一倍,從而要求集成電路尺寸不斷變小。

業內普遍認為 5nm 工藝將是極限,此 時電晶體就只有 10 個原子大小,接近物理極限了。

目前,業界對半導體工藝的 研究已經到了 10nm 以下,Intel 準備在 2017 年後開始使用 7nm 工藝,而這也 成為全世界關注的焦點。

半導體行業目前有了兩種主要業務模式,一種是 IDM 整合元件製造商 (Integrated Device Manufacturer)模式,即一家公司覆蓋集成電路全產業鏈, 另一種是垂直分工模式,即 Fabless+Foundry+封測廠商。

一、IDM 就是指 Intel 和三星這種擁有自己的晶圓廠,能夠一手包辦 IC 設計、芯 片製造、晶片封裝、測試、投向消費者市場五個環節的廠商。

二、Fabless 則是指有能力設計晶片架構,但是卻沒有晶圓廠生產晶片,需要找 代工廠代為生產的廠商,知名的有 Qualcomm、蘋果和華為。

三、代工廠(Foundry)則是無晶片設計能力,但有晶圓生產技術的廠商,代表 公司是台積電。

四、封測廠商,就是專注於封裝測試環節的公司,典型的有日月光、長電科技等。

由於半導體的生產線必須時刻保持其運轉而不能根據訂單多少輕易關停,這意味 著如果沒有足夠的訂單,生產線只能空轉而造成極大的成本浪費。

隨著半導體業 趨於接近摩爾定律的終點(物理極限),其研發、建設和運營成本迅速上升,此 時代工廠技術和成本優勢得到有效體現。

受到 Fabless 盈利模式靈活、輕便和高 利潤率的啟發,越來越多 IDM 廠諸如 TI、Renesas、STM 等紛紛轉型 Fab Lite(輕 晶圓廠),即將部分生產和設計業務外包。

IC Insights 數據顯示 0.13um 製程時代全球有 22 家 IDM 廠。

隨著 IDM 朝輕晶 圓廠發展趨勢成型,IDM 廠數量急遽減少,至 45nm 製程時代,全球 IDM 廠僅 剩 9 家,邁入 22/20nm 製程將僅存英特爾及三星兩家 IDM。

Fabless 模式使「輕資產重設計」的運營模式成為 IC 市場的主流趨勢,較低的 固定資產投資和靈活的企業戰略以及低廉的運營成本使其保持較高的的業績增 速。

從經營業績角度來看,自 1999 年至 2014 年,fabless 幾乎始終保持高於 IDM的營收增速,其中 IDM 的 CAGR 為 3%,而 fabless 的 CAGR 為 15%。

IC 設計異軍突起,領跑集成電路產業

中國積極布局 fabless

集成電路是電子信息產業的基石,而 IC 設計作為集成電路產業鏈上游,是最具 創新的重要環節,具有高投入、高風險、高產出的特點。

一般而言,IC 設計大 致分為以下五個主要步驟:

一、規格制定:客戶向晶片設計公司提出的設計要求,包括晶片需要達到的具體 功能和性能方面的要求。

二、HDL 編程:使用硬體描述語言(VHDL,Verilog HDL)將實際的硬體電路 功能通過 HDL 語言描述出來模塊功能以代碼來描述實現。

三、邏輯綜合:邏輯綜合的結果就是把設計實現的 HDL 代碼翻譯成門級網絡。

四、仿真模擬:仿真模擬檢驗編碼設計的正確性,看設計是否精確地滿足了規格 中的所有要求。

設計和仿真驗證是反覆疊代的過程,直到驗證結果顯示完全 符合規格標準。

五、布線:即普通信號布線了,包括各種標準單元(基本邏輯門電路)之間的走 線。

中國積極布局 fabless。

從銷售額來看,中國晶片設計業持續高速增長,產值由2004 年 82 億元逐年成長至 2015 年 1325 億元,2004~2015 年複合成長率達 29%。

製造環節領域需要加大投資力度:

(1)2015年中國晶圓製造業銷售 額達到 900.8 億元,增速達到了 26.5%。

目前包括聯電、力晶分、 格羅方德和中芯在內的全球前四大純代工廠都計劃在大陸擴大產 能。

(2)28nm 作為現階段關鍵工藝節點,中芯國際已經實現量產, 有望不斷縮小與國際巨頭的技術差距。

(3)相較於集成電路產業鏈 中設計業不斷利好政策出台,晶圓製造環節由於資本支出高,回報 周期長受到忽視,市場占有率不斷下滑,要追趕國際領先的晶圓制 造廠,縮小技術差距有待大基金和社會資本的投入以及產業鏈的有效整合。

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