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华创策略半导体产业链行业崛起前景确凿

2018-10-13 03:39:57

分析认为,半导体产业链作为制造业的核心板块,我国亟需推行国产化替代。随着IC下游驱动力切换到消费电子、物联网等领域,国内需求爆发的现实环境有利的促进本土芯片孕育。辅以政策扶持不断加码,已占天时、地利、人和,行业崛起前景确凿。

一、制造兴国,IC先行

我国进入社会主义建设的“新时代”,为解决新的主要矛盾而力争实现既平衡、又充分的发展,产业发展重心将不仅仅局限于在国内实现己有资源禀赋的配置、产出社会财富,更要在全球市场的维度上,探讨如何提升我国的自身竞争优势,在与他国的竞争中催生出压力与动力。一国的工业,特别是制造业水平,和一国当前及潜在国家竞争力有着决定性的关系。在经济周期的衰退与萧条阶段,由于经济体中所固有的、占据主导的资本存量生产力过剩,同时边际产出递减,均使得求新、求变的内生性动力得以孕育。半导体产业链作为制造业的核心板块,我国亟需推行国产化替代。随着IC下游驱动力切换到消费电子、物联网等领域,国内需求爆发的现实环境有利的促进本土芯片孕育。辅以政策扶持不断加码,已占天时、地利、人和,行业崛起前景确凿。

二、半导体产业链梳理

半导体产品包括集成电路、光电元件、传感器、分类器件四大类,其中核心部分集成电路的产业价值占比达82%。半导体制造产业链包括由IC设计、晶圆制造、封测等环节构成的核心产业链,以及由材料和设备供应等构成的支撑产业链。总体而言,半导体行业主要的进入壁垒是资金壁垒和技术壁垒,主要风险源于下游市场需求的大幅波动。其中IC设计行业的核心驱动力是技术创新能力和对市场的把握能力,而晶圆制造、封测行业的核心驱动力是规模生产下的低成本。

国内半导体产业发展情况梳理:设计环节,美国、台湾占据设计龙头,中国在设计环节市占率不断提升。中国的IC设计行业在16年保持了24.1%的增长趋势,成为过去十年中占比提升的领域。制造环节,世界五大供应商垄断硅晶圆全球92%的市场供应,本土的晶圆代工厂正在慢慢崛起,未来发展可期。封测环节,大陆本土封测产业通过自主研发及海外并购已经处于全球地位,16年封测业增长率达到20%。半导体材料及半导体设备的支撑产业环节,竞争格局处于寡头垄断格局,目前国内产业相对薄弱。未来大陆半导体崛起路径将由封测主导转变为IC设计、晶圆制造快速崛起及材料设备逐步突破的全面发展模式.

三、风险提示

经济超预期快速下行;公司所在行业景气度不及预期;政策推行力度低于预期。

报告正文

一、制造兴国,IC先行

我国进入社会主义建设的“新时代”,为解决新的主要矛盾而力争实现既平衡、又充分的发展,产业发展重心将不仅仅局限于在国内实现己有资源禀赋的配置、产出社会财富,更要在全球市场的维度上,探讨如何提升我国的自身竞争优势,在与他国的竞争中催生出压力与动力。一国的工业,特别是制造业水平,和一国当前及潜在国家竞争力有着决定性的关系。国际贸易地位(顺逆差、进出口产品附加值)、国际金融市场环境(汇率、外商直接投资吸引力)、与他国相比具有的核心竞争力(技术、创新、知识产权)等,都是国家竞争力的直接表现形式,是国际分工中一个国家产业竞争力的直接体现。

我们在8月6日的深度报告《战略型工业化下的产业趋势与市场选择》中,通过梳理美、日、德工业化道路,指出新兴战略性工业化也将是我国历史和现实赋予的必然选择。9月13日的专题报告《先进制造,大势所趋——行业配置观察》中,明确提示了半导体、轨交、新能源汽车产业链、5G、环保设备的投资机会。展望明年,我们坚定的认为先进制造是一条确凿的并且贯穿全年的行业配置主线,并在11月20日发布的2018年度策略报告《远山初见,曲径徐行》浓墨推荐。以2008年金融危机爆发为标志,全球进入了经济增长中枢下移和价格体系大幅波动的阶段。面对金融危机的冲击,全球主要经济体都通过财政扩张予以应对,而我国在财政政策之外,同时开启了企业部门、地方政府债务以及居民的加杠杆之旅。随着我国2009年后进入工业化转型期,国内劳动生产率下滑,国外贸易与需求恶化,钢铁、煤炭、建材等行业产能过剩。在经济周期的衰退与萧条阶段,由于经济体中所固有的、占据主导的资本存量生产力过剩,同时边际产出递减,均使得求新、求变的内生性动力得以孕育。

传统制造业大国,产业升级模式便更多的是利用先进的云计算、大数据或物联网等技术,在己经工业化的基础上再一次提高制造业的劳动生产效率,这也是当今全球时代背景下,产业升级的核心要义。不管是亚洲、北美还是欧洲,各国纷纷采取行动,力求保持自己在新一轮的工业革命中不被时代摒弃。美国提出“再工业化”,意识到不能过度依赖于虚拟经济,在2011年及2012年提出了《先进制造业伙伴计划》和《先进制造业国家战略计划》,致力于用先进的生产模式改造传统制造业,并大力发展高新技术产业。日本提出了“重振制造业”,号召高新技术产业更大程度上服务于人们的生活,并且鼓励企业经营的多元化,积极进入新的有发展前景的高新技术产业之中。英国对传统工业提出了“低碳”和“数字化”两大升级战略,希望通过先进的科学技术打造新的经济增长点。法国同样在2013年相继提出了“新工业法国”和“未来工业”两大战略,力求通过整合信息化的技术,改造和发展先进制造业,抑制自身国内制造业萎缩的趋势。一直未进行去工业化的德国得益于制造业的强大竞争优势,积极推出了“工业4.0”的概念,力求在新一轮竞争中,保持并发展自身的工业优势。非传统制造业强国也纷纷加入此列,如西班牙在2011年也出台了“再工业化援助计划”,积极响应着新科技驱动下的产业趋势。

当下“人工智能”、“自动化”、“数字化”无疑是产业发展与制造升级主流、鲜明的标签。在工业化水平越来越高的现代社会中,三项技术进步,正改变着制造业的版图,也绘制着未来工业的蓝图。在新一轮产业升级浪潮中,制造业将朝着精细化、个性化、订制化、发散化的方向演变发展。产业升级浪潮来势汹汹,并且势不可挡,先进工业国纷纷行动,力求抢占新一轮工业革命的制高点,而上述趋势无一不新增了对于半导体产业的大量需求。

我国作为一个己完成工业化,且一定程度上仍以制造业出口贸易为拉动经济重要增长方式的国家,在当前的政治背景、经济环境、社会特征中,抓住工业化持续升级的契机非常重要。从2010年国务院颁布《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》开始,高端装备制造、新一代信息技术、节能环保等承载着经济转型希望的产业逐步走上历史舞台。自此,一系列相关扶持智能装备行业发展的国家政策、法律法规及指导意见相继出台。在我国较长的供给侧改革、经济结构转型过程中,政府成为决定性力量。产业政策的倾斜势必将引领资本流入我国中长期战略发展方向。

图表 1 先进制造产业政策梳理

资料来源:华创证券研究所整理

我们从人力资本、固定资产投资、研发投入三个维度来审视制造业政策引导效果及未来发展潜力。

(一)人力资本:工程师红利显现

1961年“人力资本之父”西奥多·W·舒尔茨(Theodore W. Schultz)在其代表作《论人力资本投资》中指出,人力资本是劳动者通过教育、医疗保健、在职培训、其他非企业学习积累、家庭或个人的就业迁徙所获得的各种素质的总和。人力资本对先进制造业发展的影响主要体现为具有丰富知识与经验、较高技能水平、较好身体素质。高素质人才是企业采用先进制造技术生产制造与先进管理技术管理的前提。先进制造业包括高新技术产业和经过先进制造技术改造升级后的生产传统工业品的企业,但无论哪一种企业都要求采用先进制造技术。这种技术往往跨专业、学科交叉,因而具有相当程度的复杂性。制造业企业采用该种制造技术需要员工的理解与掌握,这就对劳动者的素质提出了更高的要求。先进的管理技术是将管理过程通过信息技术的形式加以实施的,并有现代管理学理论知识。

结合我国国情看,尽管类人口红利正在衰减,但以人力资本积累为代表的第二类人口红利的潜力仍然非常丰富。为了避免人口红利枯竭对经济增长产生负面影响,应通过效率改善、提升劳动力素质等手段来充分挖掘第二类人口红利。2000年至2016年,我国共培养了超过7500万名高校毕业生,而这个数据还在以每年超过700万的速度递增。到2025年还将有超过7000万高校毕业生参加工作,这是一个很庞大的高校毕业生资源,届时将有超过数以亿计的工程师分布于社会各个岗位,这就是所谓“工程师红利”。从高校毕业人数来看,根据美国NSF《科学与工程指标(2016)》统计,2015年,我国工科毕业生数、占所在国家毕业生总数比例及占世界工科毕业生总数的比例均居世界首位。

(二)固定资产投资:雄厚支撑及政策扶持

固定资产投资在实物投资中的地位和作用是主要的,其对先进制造业发展的影响主要体现在宏观层面。首先,一国或地区经济社会对于固定资产的购买可以形成有效需求。有效需求能够增加社会总需求,从而引起社会总产出的增长。社会总产出的增长带动经济的繁荣,处于经济社会中的先进制造业企业的产品就更容易销售掉。其次,一国或地区的固定资产投资往往在于建立新兴部门。采用更加先进的技术装备,以及社会基础设施建设方面,包括铁路、公路与机场。采用先进的制造技术可以提高先进制造业企业的生产效率,而基础设施的改进可以降低先进制造业企业的外部成本,从而增强企业的竞争力。再次,固定资产投资的方向往往和国家的产业政策密切相关。针对不同的产业政策,一国或地区政府会对固定资产投资的方向加以限制,比如当前我国政府想要转变经济发展方式,调整工业结构,提高先进制造业企业的比重,就会向先进制造业进行更多的固定资产投资。

2003年全国固定资产投资总额为5.6万亿元,制造业投资总额为1.1万亿元,总额占比为19%。2016年全国固定资产投资总额为60.6万亿元,制造业行业的投资总额为18.8万亿元,总额占比为31%。全国固定资产投资增长率成逐年上升趋势,截至2017年CAGR为20.2%,而同期制造业固定资产投资年复合增长率为24.6%。

制造业是中国对外开放时间早、领域宽、程度深的产业。中国以充裕的劳动力和广阔的市场为条件,通过引进国外直接投资,制造业资本存量和技术水平逐步提高,并且对制造业产业升级具有明显的带动效应。制造业外商投资企业的产出在全部制造业产出中具有重要地位。截至2017年4月,比较各行业外商直接投资情况,服务业、高技术服务业、制造业包揽前三甲。

(三)研发投入:潜力与征途

先进制造业的先进性体现在技术的先进性,包括使用先进的制造技术与先进的管理技术,生产制造具有先进性的工业产品。先进制造业获得先进的技术主要是通过企业自主研发,通常以研究与开发(R&D)作为技术进步的衡量指标。向国外进行技术引进的方式受到了诸多限制,比如一些发达国家明令禁止本国先进技术转让给其它国家,甚至连先进技术制造的产品的出口也有一定限制。通常企业引进外国即将淘汰或者已经淘汰的技术,运用这样的技术在本国市场上或许具有一定的竞争力,但是在国际市场上就没有竞争优势。根据垄断优势理论,R&D活动是跨国公司获得竞争优势的方式之一,企业通过牢牢控制R&D环节,维持其长期垄断优势。

国际上通常使用一国R&D的投入所占GDP的比重来衡量该国的科技投入水平。发达国家的R&D占GDP比重一般在2%以上,世界平均水平则为1.6%左右,而2015年我国R&D占GDP比重为2.07%。一般来说,R&D投入占GDP比重再由1%上升到2%的阶段是R&D投入的快速增长期,也是经济快速发展时期。之后R&D投入占GDP比重在2%左右的水平则会维持相当一段时间。

截至2015年,我国R&D占GDP比重为2.07%,已达到发达国家2%的水平。同时,从研发开支值来看,2015年研发开支为2144亿美元,居世界第二位。2010-2015年,我国研发开支增长迅速,以11%复合年均增长率居世界首位,同期的韩国研发开支复合年均增长率为9%,美国、德国、英国等发达国家维持在4%左右。

我们以R&D经费支出与主营业务收入之比来衡量一个行业对技术创新或者技术进步的支持力度,即R&D投入强度。一般而言,R&D投入与主营业务收入之越高意味着企业创新能力越强,反之则越弱。按照国际上比较流行的观点,研发投入低于3%的企业在市场上没有竞争力,而研发投入如果低于1%,则该企业通常难以生存。

先进制造企业所归属的一级行业普遍R&D投入强度较高,占前6名,计算机6.75%,电子5.19%,通信4.49%,电气设备4.08%,机械设备3.87%,国防军工3.66%。

专利技术申请数量,是一国科研投入及研发成果的集中体现。从几个专利大国PCT专利申请量的发展轨迹看,我国的增长速度快,2000-2016年,我国从781件猛增至4.3万余件,国际排名从第16位跃居至第3位,申请量年均增速达到28%,居世界之首。

(四)半导体产业链:弯道超车的关键

谈现状,我国集成电路严重依赖进口。集成电路由于广泛应用于网络通信、工业控制、消费电子等领域,其在制造业中的战略地位不言而喻,但我国集成电路却严重依赖进口。根据IHS数据,2016年全球半导体市场规模达到3389亿美元,而我国2016年集成电路进口额为2271亿美元,占全球半导体市场规模的67%。这一超高的比例,一方面揭示了我国是主要的电子设备消费国的事实,另一方面则反映了我国集成电路国有制造供给端的严重缺失。

集成电路下游驱动力切换,国内需求爆发利于本土芯片孕育。半导体产业下游驱动力随着时代的变迁而不断变换着内涵,回望20世纪40-50年代,二战期间战争需求催化了IC的诞生;70-80年代PC的普及使得众多半导体公司开始技术竞赛,IC制造工艺大幅提高;进入21世纪,移动通讯设备的爆发式增长使得面向智能手机的芯片成为主流产品。展望未来,包括指纹识别、OLED显示驱动等在内的智能手机新型芯片、当前电子化率仍处于较低水平的汽车电子、物联网等下游应用将成为半导体产业的主要驱动力。当前,我国在手机、汽车等下游需求端觉有数量优势,本土需求的激增,辅以政策引导,极大的利于采购需求的倾斜并推动国产芯片的发展。

政策扶持力度加大,产业投资迎来风口。国务院在2015年发布的《中国制造2025》中明确提出,到2020年中国芯片自给率要达到40%,2025年要达到50%。按2016年全球半导体产量作为估算基准,《中国制造2025》提出的目标意味着2025中国集成电路产业规模将占全世界35%,位居世界首位。2014年6月国务院发布《国家集成电路产业发展推进纲要》,同年千亿国家集成电路产业投资基金成立,投资范围涵盖了半导体产业链各个主要环节。半导体行业作为高资金壁垒的产业,产业资金的密集投入为行业发展提供了重要保证。

综上,站在国内经济新旧动能切换的关键时点,半导体产业链作为制造升级的重要抓手,已占天时、地利、人和,行业崛起前景确凿国内行业龙头启运时点已来。

二、半导体产业链梳理

半导体是指常温下导电性介于导体和绝缘体之间的材料,常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。由于导电性的可控制性,半导体被广泛地应用于大部分电子产品中。半导体产品可分为集成电路、分立器件(含功率器件)、光电器件和传感器,集成电路又可以分为数字电路和模拟电路,数字电路又细分为存储器、微器件(CPU、MPU、MCU、DSP)、逻辑电路(标准应用电路、特殊逻辑电路).

2016年全球半导体产业3389亿美元的销售额中,产业的核心部分集成电路占据82%的市场份额。其中,逻辑电路销售额达到915亿美元,占比达27%,位列;储存器销售额达到768亿美元,占比达23%,位居第二。存储器是成长快的集成电路,其中DRAM表现。微器件和模拟电路产品销售额达到606亿美元,占比达18%,位居第三。

(一)半导体价值链全景

半导体产业从相关R&D开始,依次为设计、制造、组装、测试、封装等环节,一环为分销。整个产业链主要包括核心产业链和支撑产业链,核心产业链主要由设计、制造和封测三个环节构成,具体指芯片设计、晶圆制造加工和封装、测试;支撑产业链主要包括半导体材料、半导体设备以及半导体软件服务,其中半导体设备主要应用于晶圆制造及封装测试环节,半导体软件主要应用于IC设计流程中。

1、半导体核心产业链

IC设计:芯片设计是芯片的研发过程,是通过系统设计和电路设计,将设定的芯片规格形成设计版图的过程。芯片设计公司对芯片进行寄存器级的逻辑设计和晶体管级的物理设计后,将不同规格和效能的芯片提供给下游。这一过程要求公司根据下游用户需求设计新的芯片产品。芯片设计高度依赖技术经验丰富的工程师和设计团队整体水平。

晶圆制造:晶圆制造是在制备的晶圆材料上构建完整的物理电路。这一过程固定成本投入巨大,同时设备和技术水平与良率息息相关。对于制造环节而言,一方面扩大产能可产生显著的规模效应;另一方面由于市场竞争激烈,只有大规模经营且产能利用率达到90%以上的公司才可能存活。

封装测试:将生产出来的合格晶圆进行切割、焊线、塑封,使芯片电路与外部器件实现电气连接,并为芯片提供机械物理保护,利用集成电路设计企业提供的测试工具,对封装完毕的芯片进行功能和性能测试。

2、半导体支撑产业链

IP(Intellectual Property)供应商:IP核位于半导体行业的上游。目前IC设计已经步入SoC(系统级芯片)时代,一款SoC设计的芯片内可能包含CPU、DSP、Memory、各类I/O接口等多个内部单元,这些内部单元在设计时都是以IP的形式集成在一起。由于大多数无生产线的IC设计公司没有足够的精力和时间单独开发IP,必须借助于IP供应商的IP来加快产品设计进度和缩短面市时间,所以近几年IP供应商成长迅速,IP市场还有巨大的增长空间。IP厂商的商业模式:目前国际IP市场的通用商业模式是基本授权费和版税的结合。设计公司首先通过支付一笔不菲的IP技术授权费来获得在设计中集成该IP并在芯片设计完成后销售含有该IP的芯片的权利,而一旦芯片设计完成并销售后,设计公司还需根据芯片销售平均价格(ASP)按一定比例(通常在1%~3%之间)支付版税。由于设计成本变得日益高昂,很多中小型设计公司面临的风险越来越大。IP厂商为此进行了商业模式变革,将由一些设计用仿真模型组成的设计套件部分(DesignKit)授权给设计公司,将GDSII部分(硬核)授权给晶圆制造厂商,以减轻设计公司的授权成本。

半导体软件服务:半导体软件主要应用在IC设计流程中。设计完产品规格后,要用硬体描述语言将电路描写出来,然后将合成完的程式码再放入EDA Tool,进行电路布局和绕线。这一过程有助于减少设计成本、缩短设计时间。

半导体材料:半导体材料公司主要提供晶圆制造的材料和封装的材料,种类繁多,涉及衬底(硅片/蓝宝石/GaAs等)、光刻胶、电子气体、溅射靶材、CMP材料、掩膜板、电镀液、封装基板、引线框架、键合丝等。

半导体设备:半导体设备主要应用于晶圆制造、组装、封装测试环节,由于半导体加工工序多,因此在制造的过程中需要大量的半导体制造设备,例如光刻机、刻蚀机、化学气相沉积等。

3、与时俱进的商业模式:IDM模式和Fabless-Foudry模式

半导体价值链分工的细化和产业的专业化,导致半导体行业两种商业模式的出现:IDM模式和Fabless-Foudry模式。IDM模式,即一体化的商业模式,厂商的经营范围涵盖了IC设计、晶圆制造、封装、测试等环节。Fabless-Foudry模式,即垂直分工的商业模式,形成了专业的IP(知识产权)核、无生产线的IC设计(Fabless)、晶圆制造(Foundry)以及封装测试(Package &Testing)厂商。

截至2015年,IDM模式占据52%的市场份额。尽管目前而言,IDM模式对于半导体产业仍是主流,但近些年来迅速变化的下游需求促使Fabless-Foudry模式快速崛起。2009-2015年IDM复合年均增长率为6.8%,而晶圆制造复合年均增长率为15.0%,IC设计、封装测试分列二三名,均高于IDM行业。

出现垂直分工模式的主要原因有两个:首先,半导体制造业具有规模经济性特征,适合大规模生产。随着制造工艺的进步和晶圆尺寸的增大,单位面积上能够容纳的IC数量剧增,成品率显著提高。企业扩大生产规模会降低单位产品的成本,提高企业竞争力。其次半导体产业所需的投资十分巨大,沉没成本高。一般而言,一条8英寸生产线需要8亿美元投资,一条12英寸生产线需要12-15亿美元的投资,而且每年的运行保养、设备更新与新技术开发等成本占总投资的20%。这意味着除了少数实力强大的IDM厂商有能力扩张外,其他的厂商根本无力扩张。

4、半导体各子行业的核心驱动因素分析

总体来看,半导体行业主要的进入壁垒包括资金壁垒与技术壁垒。从资金需求角度来看,IDM、晶圆制造、封测、IC设计、IP核依次降低。但IP核的技术要求,IC设计与IDM次之,晶圆制造再次之,封测的技术壁垒。半导体行业的主要风险源于下游市场需求的大幅波动。从面临的市场风险角度看,IC设计与IDM都拥有自己的产品,直接面对客户需求,因此所面临的市场风险较大。晶圆制造与封测企业只负责代工或者加工,不直接面对终端用户,相较而言市场风险较小。相应地,IC设计与IDM的收益率较高,晶圆制造与封测企业的收益率较低。

IP供应行业的根本驱动因素是技术创新能力。IP核代表着半导体产业的技术,这些技术往往被少数企业掌握,形成技术垄断。全球三大IP核供应商ARM、MIPS和Synopsys占据一半以上的市场份额(仅指第三方IP市场,不包括IDM、IC设计公司自有的IP)。此外某个细分产品市场上往往只能容纳一两家中大型IP供应商,如物理库IP市场就只有ARM,其他IP供应商想挤进这个市场很难,除非掌握了更高级的技术,开发出全新的IP。所以,技术创新能力强的IP供应商成功的可能性更大。

IC设计行业的核心驱动因素是市场把握能力。与IDM公司相比,IC设计的技术储备与品牌影响力较弱,企业规模与资金更是远远不及,但是IC设计的优势是“快”,能够迅速对市场做出反应。所以,对IC设计而言,其核心驱动因素就在于对市场的把握能力。能够准确掌握市场需求,并快速实现产品上市的企业有可能成功。

晶圆制造行业的核心驱动因素是低成本。晶圆制造根据IC设计厂商或者IDM的订单生产硅晶圆,只专注IC制造环节,不管设计、封测以及产品销售,所以单位成本是IC制造业的核心驱动因素。IC制造业具有规模经济性,容易出现规模垄断。提升工艺水平、降低人工成本、提升生产自动化水平、提高管理水平等方式也能降低单位成本。

封装测试行业的核心驱动因素也是低成本。与IC制造相比,封装测试环节的投资少、建设周期短、技术相对简单,所以封装测试环节的进入门槛较低。与制造业一样,成本是封装测试业的首要驱动因素,成本较低的企业能够获得较多的订单,成功的可能性更高。另外可以通过区域集中和提升封装技术来降低成本。区域集中,即封装测试企业向IC制造产能相对密集的地区迁移。IC制造是封装测试的上游,封测业的发展依赖于制造业,与制造厂商相邻,能降低运输成本。技术实力强,率先采用先进封装技术与封装形式的企业能够获得低成本优势。

(二)国内半导体产业发展情况一览

1、设计环节:美国、台湾占据行业龙头,中国市占率不断提升

集成电路(IC)是半导体产业重要的组成部分,占到半导体总产值的80%以上。在IC设计环节,美国无疑是行业龙头,市占率。根据IC insight的报告,2009年全球纯芯片设计公司50强中,仅有一家是中国企业,即华为旗下的海思公司,而到2016年数量扩张到11家,包括海思、展讯、中兴、大唐、南瑞、华大、锐迪科、ISSI、瑞芯微、全志和澜起科技。17Q3芯片设计环节更是占全行业比重达到31.7%。据IC Insight统计,2016年全球IC设计业中,美国市占率达到53%,稳居龙头地位,台湾市占率达到18%,位居第二。中国大陆市占率达到10%,除去内部销售额该比例为6%。欧洲IC设计业由于欧洲第二、三大设计厂英商CSR和德商Lantiq被收购导致16年市占率仅仅只有1%。日本地区主要纯IC设计业者也仅仅剩下Mega Chips一家,市占率下滑到不足1%。

我国IC设计行业发展迅猛,是过去十年中占比提升领域。2015年,我国IC设计业规模达到1325亿元,实现了26.5%的高增长,2016年规模进一步提升至1644.30亿元,保持了24.1%的增长趋势。在2017年季度,中国的芯片设计产业销售额已达到351.6亿元,整体增长达到23.8%,中国自主设计芯片全球市场占有率已经高达8%,中国市场占有率达到13%以上。目前随着《中国制造2025》的出台,包括电子汽车、物联网在内的新兴市场成长趋势确定,极大地激发了对上游半导体芯片的需求,叠加多项产业政策的出台对半导体行业无疑是大力的扶持和推动,我国IC设计业有望在未来继续保持高速发展态势。预计在2017年我国IC设计市场规模将有望超过1990亿元。

2、制造环节:五大供应商垄断硅晶圆,本土晶圆代工厂正在崛起

五大供应商占据主要市场份额,打破国际垄断成为国内硅晶圆产业首要目标。制造环节主要是指晶圆的制造加工,是半导体产业链上盈利能力的环节。在半导体制造环节中,硅晶圆是半导体制造的基础部分。据国际半导体产业协会旗下硅晶圆制造部门SMG公布的硅晶圆产业分析报告显示,今年第三季度全球半导体硅晶圆出货面积达到2997百万平方英寸,已经连续6个季度出货量刷新历史纪录。目前硅晶圆市场基本被日、台、韩厂商垄断,其中五大供应商的全球市占率达到92%。由于当前硅晶圆仍然处于供不应求状态,预计明年价格还会继续上涨。在我国积极发展智能手机、新能源汽车、物联网、云端服务器等半导体下游产业的同时,国内对硅晶圆的市场需求快速上升,而中国大陆在半导体硅晶圆产业的发展水平远不及世界先进水平,进口依赖度非常高。打破硅晶圆的国际垄断将是中国半导体行业未来发展的首要目标之一。

随着IC设计的推动,本土晶圆代工厂未来发展可期。半导体硅晶圆供应商的货源去向是只做晶圆代工和封装测试的公司。早期半导体公司(IDM)多一手包办包括IC设计、制造、封装、测试到销售的全套环节。随着摩尔定律发挥作用,单独一家公司完成全程需要负担高额研发和制作费用,产业分工开始明细,代工厂开始出现,其中晶圆代工市占率全球的台积电的成立便是该分工模式形成的重要里程碑。紧随其后的是格罗方德(Global Foundries)、联电(UMC)和中芯(SMIC)。本土晶圆厂中芯国际和华虹宏力虽然榜上有名,但与台积电相比仍有较大差距。截止2014年,按照真实国产化率来计算的大陆本土公司拥有的晶圆厂占全球产能不足2%。未来随着IC设计的发展、下游新增需求的推动,本土晶圆厂有较大的发展潜能。未来几年大陆将新投建26座晶圆厂,占全球新建数量的50%以上,若成功投建,大陆将成为晶圆厂产能全球扩张快的地区。

3、封测环节:大陆封测产业通过自主研发及海外并购已处于全球地位

《国家集成电路产业发展纲要》发布后,中国本土封测产业链取得快速发展。由于该环节技术含量低,属于劳动密集型产业,因此在半导体发展早期成为我国半导体行业的主要选择。大批骨干企业技术突破再加上海外人力成本的提升、国际IDM企业封测业务向国内转移,中国大陆的封测行业获得迅猛发展。2015年我国封测市场规模是2010年的两倍以上,2016年封测业更是占整体销售规模的36%,产值增长到1564亿元,复合增长率达20%。值得注意的是,虽然大陆封测三强长电科技、华天科技以及通富微电已经跻身全球TOP10,但是在封测行业的仍是日月光、矽品、京元电、力成等多家台湾厂商。2016年,台湾地区在全球封测市场的市占率高达54.3%。

4、支撑产业:两大支撑产业处于寡头垄断格局,国内产业相对薄弱

设备和材料在半导体产业链中位于上游,是半导体制造所需的工具和原料。由于半导体的制造技术十分精细复杂,因此对设备和材料的要求非常苛刻。目前半导体设备和半导体材料行业处于寡头垄断局面。

全球知名的半导体设备制造商主要集中在美国、日本和荷兰,截止2014年在前十大半导体设备生产商中,分别拥有4家美国企业、5家日本企业和1家荷兰企业。其中美国的应用制造在晶圆制造设备的几个核心环节,如热处理、镀膜设备、离子注入设备等全球,日本公司在刻蚀设备、涂胶机、显影机、测试设备等产品表现突出,而荷兰以ASML为首的公司则在高端光刻机领域处于地位。据SEMI统计,14年全球半导体设备前十大厂商的销售额为351亿美元,市占率达到93.6%的高点。

目前国内的本土设备占比值较低,2015年国内半导体设备需求41亿美元,本土企业市场7.49亿美元,本土化率仅为16%。国产化才刚刚开始,中国在半导体设备上将有巨大的成长空间。目前中国晶圆厂已经开始加速建设,预估在2017-2020年间,中国大陆将投入26座晶圆厂, 中国的晶圆厂投资将迎来史上少见的爆炸性增长。此外大陆晶圆生产线建设也将进入新一轮的发展浪潮,目前共有9条12英寸晶圆生产线,16条8英寸晶圆生产线,40条6英寸晶圆生产线及15条5英寸晶圆生产线。当前我国已经在次级设备或泛半导体设备领域取得了一定的突破,代表企业有中微半导体的刻蚀设备及北方华创的CVD设备等。

半导体材料同样被海外厂商垄断,我国半导体材料和设备占全球市场不足1%。半导体的主要材料如硅片被日本厂商垄断, Photronics、大日本印刷株式会社DNP和日本凸版印刷株式会社Toppan三家则占领掩膜版领域80%以上市场份额,同样光刻胶的核心技术也基本掌握在美国和日本手上,另外CMP材料主要被美国的陶氏化学垄断,市占率高达90%,整个半导体材料海外垄断局面严重。从市场规模上看,目前中国大陆地区、中国台湾地区和日本是成长快的市场,欧洲、韩国和其他地区材料市场仅微幅成长,北美则出现萎缩状态。2016年中国台湾地区以97.9亿美元的市场规模连续7年成为全球的半导体材料买主,韩国和日本分居第二和第三,中国大陆排名则提升至全球第四。

受益于下游Foundry厂和封测强势崛起,国内晶圆、光刻胶等材料发展迅猛。半导体材料按所属环节来看可以分为晶圆制造环节材料和封装测试环节材料,分别占比60%和40%。晶圆制造材料主要包括硅片、掩膜版、光刻胶等8大类,是影响半导体制造流程中主要的材料。封装材料主要包括封装基板、陶瓷基板、键合丝、引线框架及包封材料。近年来国内半导体行业快速增长,带动半导体材料需求的加速释放,2011年半导体制造材料市场规模已经超过北美成为全球第四大市场,之后一直保持高速增长,并有望在2017年进入全球前三。但是本土的半导体材料仍然有很大的供给缺口,目前主要依赖进口,半导体材料厂商仅能满足约20%的需求,且提供的材料多为中低端材料,不能满足分立器和集成电路等高端领域的材料要求。随着下游Foundry厂和封测的发展,我国的半导体材料行业虽然起步晚,但是发展迅猛,部分材料如靶材和抛光液已经达到了国际水平。目前中国半导体材料产业已经解决政策和资金方面的问题,的阻碍来自于技术、人才和客户认证等方面的挑战,未来我国将大概率围绕各类别的半导体材料,集中优势资源进行资源的再整合,并建立完善的半导体材料体系,加大半导体材料的研发力度,实行半导体人才储备和培养计划,努力实现国产替代。

大陆未来半导体崛起路径将由封测主导转变为IC设计、晶圆制造快速崛起及材料设备逐步突破的全面发展模式。进入17年以来,在半导体行业美国依然保持超级强势状态,中国和韩国半导体行业处于上升态势,台湾、欧洲和日本出现小幅衰退。据中国半导体行业协会分析,2017年上半年中国IC产业销售额同比增长19.1%,达到2201.4亿元,而台湾在17Q2衰退4.8%。未来中国半导体行业发展重心将由封测向IC设计和IC制造微笑曲线的两端转移,逐步补上在半导体设备和材料方面的短板,提高整个半导体行业的产值水平,实现劳动密集型向技术密集型的转型。

报告正文

一、制造兴国,IC先行

我国进入社会主义建设的“新时代”,为解决新的主要矛盾而力争实现既平衡、又充分的发展,产业发展重心将不仅仅局限于在国内实现己有资源禀赋的配置、产出社会财富,更要在全球市场的维度上,探讨如何提升我国的自身竞争优势,在与他国的竞争中催生出压力与动力。一国的工业,特别是制造业水平,和一国当前及潜在国家竞争力有着决定性的关系。国际贸易地位(顺逆差、进出口产品附加值)、国际金融市场环境(汇率、外商直接投资吸引力)、与他国相比具有的核心竞争力(技术、创新、知识产权)等,都是国家竞争力的直接表现形式,是国际分工中一个国家产业竞争力的直接体现。

我们在8月6日的深度报告《战略型工业化下的产业趋势与市场选择》中,通过梳理美、日、德工业化道路,指出新兴战略性工业化也将是我国历史和现实赋予的必然选择。9月13日的专题报告《先进制造,大势所趋——行业配置观察》中,明确提示了半导体、轨交、新能源汽车产业链、5G、环保设备的投资机会。展望明年,我们坚定的认为先进制造是一条确凿的并且贯穿全年的行业配置主线,并在11月20日发布的2018年度策略报告《远山初见,曲径徐行》浓墨推荐。以2008年金融危机爆发为标志,全球进入了经济增长中枢下移和价格体系大幅波动的阶段。面对金融危机的冲击,全球主要经济体都通过财政扩张予以应对,而我国在财政政策之外,同时开启了企业部门、地方政府债务以及居民的加杠杆之旅。随着我国2009年后进入工业化转型期,国内劳动生产率下滑,国外贸易与需求恶化,钢铁、煤炭、建材等行业产能过剩。在经济周期的衰退与萧条阶段,由于经济体中所固有的、占据主导的资本存量生产力过剩,同时边际产出递减,均使得求新、求变的内生性动力得以孕育。

传统制造业大国,产业升级模式便更多的是利用先进的云计算、大数据或物联网等技术,在己经工业化的基础上再一次提高制造业的劳动生产效率,这也是当今全球时代背景下,产业升级的核心要义。不管是亚洲、北美还是欧洲,各国纷纷采取行动,力求保持自己在新一轮的工业革命中不被时代摒弃。美国提出“再工业化”,意识到不能过度依赖于虚拟经济,在2011年及2012年提出了《先进制造业伙伴计划》和《先进制造业国家战略计划》,致力于用先进的生产模式改造传统制造业,并大力发展高新技术产业。日本提出了“重振制造业”,号召高新技术产业更大程度上服务于人们的生活,并且鼓励企业经营的多元化,积极进入新的有发展前景的高新技术产业之中。英国对传统工业提出了“低碳”和“数字化”两大升级战略,希望通过先进的科学技术打造新的经济增长点。法国同样在2013年相继提出了“新工业法国”和“未来工业”两大战略,力求通过整合信息化的技术,改造和发展先进制造业,抑制自身国内制造业萎缩的趋势。一直未进行去工业化的德国得益于制造业的强大竞争优势,积极推出了“工业4.0”的概念,力求在新一轮竞争中,保持并发展自身的工业优势。非传统制造业强国也纷纷加入此列,如西班牙在2011年也出台了“再工业化援助计划”,积极响应着新科技驱动下的产业趋势。

当下“人工智能”、“自动化”、“数字化”无疑是产业发展与制造升级主流、鲜明的标签。在工业化水平越来越高的现代社会中,三项技术进步,正改变着制造业的版图,也绘制着未来工业的蓝图。在新一轮产业升级浪潮中,制造业将朝着精细化、个性化、订制化、发散化的方向演变发展。产业升级浪潮来势汹汹,并且势不可挡,先进工业国纷纷行动,力求抢占新一轮工业革命的制高点,而上述趋势无一不新增了对于半导体产业的大量需求。

我国作为一个己完成工业化,且一定程度上仍以制造业出口贸易为拉动经济重要增长方式的国家,在当前的政治背景、经济环境、社会特征中,抓住工业化持续升级的契机非常重要。从2010年国务院颁布《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》开始,高端装备制造、新一代信息技术、节能环保等承载着经济转型希望的产业逐步走上历史舞台。自此,一系列相关扶持智能装备行业发展的国家政策、法律法规及指导意见相继出台。在我国较长的供给侧改革、经济结构转型过程中,政府成为决定性力量。产业政策的倾斜势必将引领资本流入我国中长期战略发展方向。

图表 1 先进制造产业政策梳理

资料来源:华创证券研究所整理

我们从人力资本、固定资产投资、研发投入三个维度来审视制造业政策引导效果及未来发展潜力。

(一)人力资本:工程师红利显现

1961年“人力资本之父”西奥多·W·舒尔茨(Theodore W. Schultz)在其代表作《论人力资本投资》中指出,人力资本是劳动者通过教育、医疗保健、在职培训、其他非企业学习积累、家庭或个人的就业迁徙所获得的各种素质的总和。人力资本对先进制造业发展的影响主要体现为具有丰富知识与经验、较高技能水平、较好身体素质。高素质人才是企业采用先进制造技术生产制造与先进管理技术管理的前提。先进制造业包括高新技术产业和经过先进制造技术改造升级后的生产传统工业品的企业,但无论哪一种企业都要求采用先进制造技术。这种技术往往跨专业、学科交叉,因而具有相当程度的复杂性。制造业企业采用该种制造技术需要员工的理解与掌握,这就对劳动者的素质提出了更高的要求。先进的管理技术是将管理过程通过信息技术的形式加以实施的,并有现代管理学理论知识。

结合我国国情看,尽管类人口红利正在衰减,但以人力资本积累为代表的第二类人口红利的潜力仍然非常丰富。为了避免人口红利枯竭对经济增长产生负面影响,应通过效率改善、提升劳动力素质等手段来充分挖掘第二类人口红利。2000年至2016年,我国共培养了超过7500万名高校毕业生,而这个数据还在以每年超过700万的速度递增。到2025年还将有超过7000万高校毕业生参加工作,这是一个很庞大的高校毕业生资源,届时将有超过数以亿计的工程师分布于社会各个岗位,这就是所谓“工程师红利”。从高校毕业人数来看,根据美国NSF《科学与工程指标(2016)》统计,2015年,我国工科毕业生数、占所在国家毕业生总数比例及占世界工科毕业生总数的比例均居世界首位。

(二)固定资产投资:雄厚支撑及政策扶持

固定资产投资在实物投资中的地位和作用是主要的,其对先进制造业发展的影响主要体现在宏观层面。首先,一国或地区经济社会对于固定资产的购买可以形成有效需求。有效需求能够增加社会总需求,从而引起社会总产出的增长。社会总产出的增长带动经济的繁荣,处于经济社会中的先进制造业企业的产品就更容易销售掉。其次,一国或地区的固定资产投资往往在于建立新兴部门。采用更加先进的技术装备,以及社会基础设施建设方面,包括铁路、公路与机场。采用先进的制造技术可以提高先进制造业企业的生产效率,而基础设施的改进可以降低先进制造业企业的外部成本,从而增强企业的竞争力。再次,固定资产投资的方向往往和国家的产业政策密切相关。针对不同的产业政策,一国或地区政府会对固定资产投资的方向加以限制,比如当前我国政府想要转变经济发展方式,调整工业结构,提高先进制造业企业的比重,就会向先进制造业进行更多的固定资产投资。

2003年全国固定资产投资总额为5.6万亿元,制造业投资总额为1.1万亿元,总额占比为19%。2016年全国固定资产投资总额为60.6万亿元,制造业行业的投资总额为18.8万亿元,总额占比为31%。全国固定资产投资增长率成逐年上升趋势,截至2017年CAGR为20.2%,而同期制造业固定资产投资年复合增长率为24.6%。

制造业是中国对外开放时间早、领域宽、程度深的产业。中国以充裕的劳动力和广阔的市场为条件,通过引进国外直接投资,制造业资本存量和技术水平逐步提高,并且对制造业产业升级具有明显的带动效应。制造业外商投资企业的产出在全部制造业产出中具有重要地位。截至2017年4月,比较各行业外商直接投资情况,服务业、高技术服务业、制造业包揽前三甲。

(三)研发投入:潜力与征途

先进制造业的先进性体现在技术的先进性,包括使用先进的制造技术与先进的管理技术,生产制造具有先进性的工业产品。先进制造业获得先进的技术主要是通过企业自主研发,通常以研究与开发(R&D)作为技术进步的衡量指标。向国外进行技术引进的方式受到了诸多限制,比如一些发达国家明令禁止本国先进技术转让给其它国家,甚至连先进技术制造的产品的出口也有一定限制。通常企业引进外国即将淘汰或者已经淘汰的技术,运用这样的技术在本国市场上或许具有一定的竞争力,但是在国际市场上就没有竞争优势。根据垄断优势理论,R&D活动是跨国公司获得竞争优势的方式之一,企业通过牢牢控制R&D环节,维持其长期垄断优势。

国际上通常使用一国R&D的投入所占GDP的比重来衡量该国的科技投入水平。发达国家的R&D占GDP比重一般在2%以上,世界平均水平则为1.6%左右,而2015年我国R&D占GDP比重为2.07%。一般来说,R&D投入占GDP比重再由1%上升到2%的阶段是R&D投入的快速增长期,也是经济快速发展时期。之后R&D投入占GDP比重在2%左右的水平则会维持相当一段时间。

截至2015年,我国R&D占GDP比重为2.07%,已达到发达国家2%的水平。同时,从研发开支值来看,2015年研发开支为2144亿美元,居世界第二位。2010-2015年,我国研发开支增长迅速,以11%复合年均增长率居世界首位,同期的韩国研发开支复合年均增长率为9%,美国、德国、英国等发达国家维持在4%左右。

我们以R&D经费支出与主营业务收入之比来衡量一个行业对技术创新或者技术进步的支持力度,即R&D投入强度。一般而言,R&D投入与主营业务收入之越高意味着企业创新能力越强,反之则越弱。按照国际上比较流行的观点,研发投入低于3%的企业在市场上没有竞争力,而研发投入如果低于1%,则该企业通常难以生存。

先进制造企业所归属的一级行业普遍R&D投入强度较高,占前6名,计算机6.75%,电子5.19%,通信4.49%,电气设备4.08%,机械设备3.87%,国防军工3.66%。

专利技术申请数量,是一国科研投入及研发成果的集中体现。从几个专利大国PCT专利申请量的发展轨迹看,我国的增长速度快,2000-2016年,我国从781件猛增至4.3万余件,国际排名从第16位跃居至第3位,申请量年均增速达到28%,居世界之首。

(四)半导体产业链:弯道超车的关键

谈现状,我国集成电路严重依赖进口。集成电路由于广泛应用于网络通信、工业控制、消费电子等领域,其在制造业中的战略地位不言而喻,但我国集成电路却严重依赖进口。根据IHS数据,2016年全球半导体市场规模达到3389亿美元,而我国2016年集成电路进口额为2271亿美元,占全球半导体市场规模的67%。这一超高的比例,一方面揭示了我国是主要的电子设备消费国的事实,另一方面则反映了我国集成电路国有制造供给端的严重缺失。

集成电路下游驱动力切换,国内需求爆发利于本土芯片孕育。半导体产业下游驱动力随着时代的变迁而不断变换着内涵,回望20世纪40-50年代,二战期间战争需求催化了IC的诞生;70-80年代PC的普及使得众多半导体公司开始技术竞赛,IC制造工艺大幅提高;进入21世纪,移动通讯设备的爆发式增长使得面向智能手机的芯片成为主流产品。展望未来,包括指纹识别、OLED显示驱动等在内的智能手机新型芯片、当前电子化率仍处于较低水平的汽车电子、物联网等下游应用将成为半导体产业的主要驱动力。当前,我国在手机、汽车等下游需求端觉有数量优势,本土需求的激增,辅以政策引导,极大的利于采购需求的倾斜并推动国产芯片的发展。

政策扶持力度加大,产业投资迎来风口。国务院在2015年发布的《中国制造2025》中明确提出,到2020年中国芯片自给率要达到40%,2025年要达到50%。按2016年全球半导体产量作为估算基准,《中国制造2025》提出的目标意味着2025中国集成电路产业规模将占全世界35%,位居世界首位。2014年6月国务院发布《国家集成电路产业发展推进纲要》,同年千亿国家集成电路产业投资基金成立,投资范围涵盖了半导体产业链各个主要环节。半导体行业作为高资金壁垒的产业,产业资金的密集投入为行业发展提供了重要保证。

综上,站在国内经济新旧动能切换的关键时点,半导体产业链作为制造升级的重要抓手,已占天时、地利、人和,行业崛起前景确凿国内行业龙头启运时点已来。

二、半导体产业链梳理

半导体是指常温下导电性介于导体和绝缘体之间的材料,常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。由于导电性的可控制性,半导体被广泛地应用于大部分电子产品中。半导体产品可分为集成电路、分立器件(含功率器件)、光电器件和传感器,集成电路又可以分为数字电路和模拟电路,数字电路又细分为存储器、微器件(CPU、MPU、MCU、DSP)、逻辑电路(标准应用电路、特殊逻辑电路).

2016年全球半导体产业3389亿美元的销售额中,产业的核心部分集成电路占据82%的市场份额。其中,逻辑电路销售额达到915亿美元,占比达27%,位列;储存器销售额达到768亿美元,占比达23%,位居第二。存储器是成长快的集成电路,其中DRAM表现。微器件和模拟电路产品销售额达到606亿美元,占比达18%,位居第三。

(一)半导体价值链全景

半导体产业从相关R&D开始,依次为设计、制造、组装、测试、封装等环节,一环为分销。整个产业链主要包括核心产业链和支撑产业链,核心产业链主要由设计、制造和封测三个环节构成,具体指芯片设计、晶圆制造加工和封装、测试;支撑产业链主要包括半导体材料、半导体设备以及半导体软件服务,其中半导体设备主要应用于晶圆制造及封装测试环节,半导体软件主要应用于IC设计流程中。

1、半导体核心产业链

IC设计:芯片设计是芯片的研发过程,是通过系统设计和电路设计,将设定的芯片规格形成设计版图的过程。芯片设计公司对芯片进行寄存器级的逻辑设计和晶体管级的物理设计后,将不同规格和效能的芯片提供给下游。这一过程要求公司根据下游用户需求设计新的芯片产品。芯片设计高度依赖技术经验丰富的工程师和设计团队整体水平。

晶圆制造:晶圆制造是在制备的晶圆材料上构建完整的物理电路。这一过程固定成本投入巨大,同时设备和技术水平与良率息息相关。对于制造环节而言,一方面扩大产能可产生显著的规模效应;另一方面由于市场竞争激烈,只有大规模经营且产能利用率达到90%以上的公司才可能存活。

封装测试:将生产出来的合格晶圆进行切割、焊线、塑封,使芯片电路与外部器件实现电气连接,并为芯片提供机械物理保护,利用集成电路设计企业提供的测试工具,对封装完毕的芯片进行功能和性能测试。

2、半导体支撑产业链

IP(Intellectual Property)供应商:IP核位于半导体行业的上游。目前IC设计已经步入SoC(系统级芯片)时代,一款SoC设计的芯片内可能包含CPU、DSP、Memory、各类I/O接口等多个内部单元,这些内部单元在设计时都是以IP的形式集成在一起。由于大多数无生产线的IC设计公司没有足够的精力和时间单独开发IP,必须借助于IP供应商的IP来加快产品设计进度和缩短面市时间,所以近几年IP供应商成长迅速,IP市场还有巨大的增长空间。IP厂商的商业模式:目前国际IP市场的通用商业模式是基本授权费和版税的结合。设计公司首先通过支付一笔不菲的IP技术授权费来获得在设计中集成该IP并在芯片设计完成后销售含有该IP的芯片的权利,而一旦芯片设计完成并销售后,设计公司还需根据芯片销售平均价格(ASP)按一定比例(通常在1%~3%之间)支付版税。由于设计成本变得日益高昂,很多中小型设计公司面临的风险越来越大。IP厂商为此进行了商业模式变革,将由一些设计用仿真模型组成的设计套件部分(DesignKit)授权给设计公司,将GDSII部分(硬核)授权给晶圆制造厂商,以减轻设计公司的授权成本。

半导体软件服务:半导体软件主要应用在IC设计流程中。设计完产品规格后,要用硬体描述语言将电路描写出来,然后将合成完的程式码再放入EDA Tool,进行电路布局和绕线。这一过程有助于减少设计成本、缩短设计时间。

半导体材料:半导体材料公司主要提供晶圆制造的材料和封装的材料,种类繁多,涉及衬底(硅片/蓝宝石/GaAs等)、光刻胶、电子气体、溅射靶材、CMP材料、掩膜板、电镀液、封装基板、引线框架、键合丝等。

半导体设备:半导体设备主要应用于晶圆制造、组装、封装测试环节,由于半导体加工工序多,因此在制造的过程中需要大量的半导体制造设备,例如光刻机、刻蚀机、化学气相沉积等。

3、与时俱进的商业模式:IDM模式和Fabless-Foudry模式

半导体价值链分工的细化和产业的专业化,导致半导体行业两种商业模式的出现:IDM模式和Fabless-Foudry模式。IDM模式,即一体化的商业模式,厂商的经营范围涵盖了IC设计、晶圆制造、封装、测试等环节。Fabless-Foudry模式,即垂直分工的商业模式,形成了专业的IP(知识产权)核、无生产线的IC设计(Fabless)、晶圆制造(Foundry)以及封装测试(Package &Testing)厂商。

截至2015年,IDM模式占据52%的市场份额。尽管目前而言,IDM模式对于半导体产业仍是主流,但近些年来迅速变化的下游需求促使Fabless-Foudry模式快速崛起。2009-2015年IDM复合年均增长率为6.8%,而晶圆制造复合年均增长率为15.0%,IC设计、封装测试分列二三名,均高于IDM行业。

出现垂直分工模式的主要原因有两个:首先,半导体制造业具有规模经济性特征,适合大规模生产。随着制造工艺的进步和晶圆尺寸的增大,单位面积上能够容纳的IC数量剧增,成品率显著提高。企业扩大生产规模会降低单位产品的成本,提高企业竞争力。其次半导体产业所需的投资十分巨大,沉没成本高。一般而言,一条8英寸生产线需要8亿美元投资,一条12英寸生产线需要12-15亿美元的投资,而且每年的运行保养、设备更新与新技术开发等成本占总投资的20%。这意味着除了少数实力强大的IDM厂商有能力扩张外,其他的厂商根本无力扩张。

4、半导体各子行业的核心驱动因素分析

总体来看,半导体行业主要的进入壁垒包括资金壁垒与技术壁垒。从资金需求角度来看,IDM、晶圆制造、封测、IC设计、IP核依次降低。但IP核的技术要求,IC设计与IDM次之,晶圆制造再次之,封测的技术壁垒。半导体行业的主要风险源于下游市场需求的大幅波动。从面临的市场风险角度看,IC设计与IDM都拥有自己的产品,直接面对客户需求,因此所面临的市场风险较大。晶圆制造与封测企业只负责代工或者加工,不直接面对终端用户,相较而言市场风险较小。相应地,IC设计与IDM的收益率较高,晶圆制造与封测企业的收益率较低。

IP供应行业的根本驱动因素是技术创新能力。IP核代表着半导体产业的技术,这些技术往往被少数企业掌握,形成技术垄断。全球三大IP核供应商ARM、MIPS和Synopsys占据一半以上的市场份额(仅指第三方IP市场,不包括IDM、IC设计公司自有的IP)。此外某个细分产品市场上往往只能容纳一两家中大型IP供应商,如物理库IP市场就只有ARM,其他IP供应商想挤进这个市场很难,除非掌握了更高级的技术,开发出全新的IP。所以,技术创新能力强的IP供应商成功的可能性更大。

IC设计行业的核心驱动因素是市场把握能力。与IDM公司相比,IC设计的技术储备与品牌影响力较弱,企业规模与资金更是远远不及,但是IC设计的优势是“快”,能够迅速对市场做出反应。所以,对IC设计而言,其核心驱动因素就在于对市场的把握能力。能够准确掌握市场需求,并快速实现产品上市的企业有可能成功。

晶圆制造行业的核心驱动因素是低成本。晶圆制造根据IC设计厂商或者IDM的订单生产硅晶圆,只专注IC制造环节,不管设计、封测以及产品销售,所以单位成本是IC制造业的核心驱动因素。IC制造业具有规模经济性,容易出现规模垄断。提升工艺水平、降低人工成本、提升生产自动化水平、提高管理水平等方式也能降低单位成本。

封装测试行业的核心驱动因素也是低成本。与IC制造相比,封装测试环节的投资少、建设周期短、技术相对简单,所以封装测试环节的进入门槛较低。与制造业一样,成本是封装测试业的首要驱动因素,成本较低的企业能够获得较多的订单,成功的可能性更高。另外可以通过区域集中和提升封装技术来降低成本。区域集中,即封装测试企业向IC制造产能相对密集的地区迁移。IC制造是封装测试的上游,封测业的发展依赖于制造业,与制造厂商相邻,能降低运输成本。技术实力强,率先采用先进封装技术与封装形式的企业能够获得低成本优势。

(二)国内半导体产业发展情况一览

1、设计环节:美国、台湾占据行业龙头,中国市占率不断提升

集成电路(IC)是半导体产业重要的组成部分,占到半导体总产值的80%以上。在IC设计环节,美国无疑是行业龙头,市占率。根据IC insight的报告,2009年全球纯芯片设计公司50强中,仅有一家是中国企业,即华为旗下的海思公司,而到2016年数量扩张到11家,包括海思、展讯、中兴、大唐、南瑞、华大、锐迪科、ISSI、瑞芯微、全志和澜起科技。17Q3芯片设计环节更是占全行业比重达到31.7%。据IC Insight统计,2016年全球IC设计业中,美国市占率达到53%,稳居龙头地位,台湾市占率达到18%,位居第二。中国大陆市占率达到10%,除去内部销售额该比例为6%。欧洲IC设计业由于欧洲第二、三大设计厂英商CSR和德商Lantiq被收购导致16年市占率仅仅只有1%。日本地区主要纯IC设计业者也仅仅剩下Mega Chips一家,市占率下滑到不足1%。

我国IC设计行业发展迅猛,是过去十年中占比提升领域。2015年,我国IC设计业规模达到1325亿元,实现了26.5%的高增长,2016年规模进一步提升至1644.30亿元,保持了24.1%的增长趋势。在2017年季度,中国的芯片设计产业销售额已达到351.6亿元,整体增长达到23.8%,中国自主设计芯片全球市场占有率已经高达8%,中国市场占有率达到13%以上。目前随着《中国制造2025》的出台,包括电子汽车、物联网在内的新兴市场成长趋势确定,极大地激发了对上游半导体芯片的需求,叠加多项产业政策的出台对半导体行业无疑是大力的扶持和推动,我国IC设计业有望在未来继续保持高速发展态势。预计在2017年我国IC设计市场规模将有望超过1990亿元。

2、制造环节:五大供应商垄断硅晶圆,本土晶圆代工厂正在崛起

五大供应商占据主要市场份额,打破国际垄断成为国内硅晶圆产业首要目标。制造环节主要是指晶圆的制造加工,是半导体产业链上盈利能力的环节。在半导体制造环节中,硅晶圆是半导体制造的基础部分。据国际半导体产业协会旗下硅晶圆制造部门SMG公布的硅晶圆产业分析报告显示,今年第三季度全球半导体硅晶圆出货面积达到2997百万平方英寸,已经连续6个季度出货量刷新历史纪录。目前硅晶圆市场基本被日、台、韩厂商垄断,其中五大供应商的全球市占率达到92%。由于当前硅晶圆仍然处于供不应求状态,预计明年价格还会继续上涨。在我国积极发展智能手机、新能源汽车、物联网、云端服务器等半导体下游产业的同时,国内对硅晶圆的市场需求快速上升,而中国大陆在半导体硅晶圆产业的发展水平远不及世界先进水平,进口依赖度非常高。打破硅晶圆的国际垄断将是中国半导体行业未来发展的首要目标之一。

随着IC设计的推动,本土晶圆代工厂未来发展可期。半导体硅晶圆供应商的货源去向是只做晶圆代工和封装测试的公司。早期半导体公司(IDM)多一手包办包括IC设计、制造、封装、测试到销售的全套环节。随着摩尔定律发挥作用,单独一家公司完成全程需要负担高额研发和制作费用,产业分工开始明细,代工厂开始出现,其中晶圆代工市占率全球的台积电的成立便是该分工模式形成的重要里程碑。紧随其后的是格罗方德(Global Foundries)、联电(UMC)和中芯(SMIC)。本土晶圆厂中芯国际和华虹宏力虽然榜上有名,但与台积电相比仍有较大差距。截止2014年,按照真实国产化率来计算的大陆本土公司拥有的晶圆厂占全球产能不足2%。未来随着IC设计的发展、下游新增需求的推动,本土晶圆厂有较大的发展潜能。未来几年大陆将新投建26座晶圆厂,占全球新建数量的50%以上,若成功投建,大陆将成为晶圆厂产能全球扩张快的地区。

3、封测环节:大陆封测产业通过自主研发及海外并购已处于全球地位

《国家集成电路产业发展纲要》发布后,中国本土封测产业链取得快速发展。由于该环节技术含量低,属于劳动密集型产业,因此在半导体发展早期成为我国半导体行业的主要选择。大批骨干企业技术突破再加上海外人力成本的提升、国际IDM企业封测业务向国内转移,中国大陆的封测行业获得迅猛发展。2015年我国封测市场规模是2010年的两倍以上,2016年封测业更是占整体销售规模的36%,产值增长到1564亿元,复合增长率达20%。值得注意的是,虽然大陆封测三强长电科技、华天科技以及通富微电已经跻身全球TOP10,但是在封测行业的仍是日月光、矽品、京元电、力成等多家台湾厂商。2016年,台湾地区在全球封测市场的市占率高达54.3%。

4、支撑产业:两大支撑产业处于寡头垄断格局,国内产业相对薄弱

设备和材料在半导体产业链中位于上游,是半导体制造所需的工具和原料。由于半导体的制造技术十分精细复杂,因此对设备和材料的要求非常苛刻。目前半导体设备和半导体材料行业处于寡头垄断局面。

全球知名的半导体设备制造商主要集中在美国、日本和荷兰,截止2014年在前十大半导体设备生产商中,分别拥有4家美国企业、5家日本企业和1家荷兰企业。其中美国的应用制造在晶圆制造设备的几个核心环节,如热处理、镀膜设备、离子注入设备等全球,日本公司在刻蚀设备、涂胶机、显影机、测试设备等产品表现突出,而荷兰以ASML为首的公司则在高端光刻机领域处于地位。据SEMI统计,14年全球半导体设备前十大厂商的销售额为351亿美元,市占率达到93.6%的高点。

目前国内的本土设备占比值较低,2015年国内半导体设备需求41亿美元,本土企业市场7.49亿美元,本土化率仅为16%。国产化才刚刚开始,中国在半导体设备上将有巨大的成长空间。目前中国晶圆厂已经开始加速建设,预估在2017-2020年间,中国大陆将投入26座晶圆厂, 中国的晶圆厂投资将迎来史上少见的爆炸性增长。此外大陆晶圆生产线建设也将进入新一轮的发展浪潮,目前共有9条12英寸晶圆生产线,16条8英寸晶圆生产线,40条6英寸晶圆生产线及15条5英寸晶圆生产线。当前我国已经在次级设备或泛半导体设备领域取得了一定的突破,代表企业有中微半导体的刻蚀设备及北方华创的CVD设备等。

半导体材料同样被海外厂商垄断,我国半导体材料和设备占全球市场不足1%。半导体的主要材料如硅片被日本厂商垄断, Photronics、大日本印刷株式会社DNP和日本凸版印刷株式会社Toppan三家则占领掩膜版领域80%以上市场份额,同样光刻胶的核心技术也基本掌握在美国和日本手上,另外CMP材料主要被美国的陶氏化学垄断,市占率高达90%,整个半导体材料海外垄断局面严重。从市场规模上看,目前中国大陆地区、中国台湾地区和日本是成长快的市场,欧洲、韩国和其他地区材料市场仅微幅成长,北美则出现萎缩状态。2016年中国台湾地区以97.9亿美元的市场规模连续7年成为全球的半导体材料买主,韩国和日本分居第二和第三,中国大陆排名则提升至全球第四。

受益于下游Foundry厂和封测强势崛起,国内晶圆、光刻胶等材料发展迅猛。半导体材料按所属环节来看可以分为晶圆制造环节材料和封装测试环节材料,分别占比60%和40%。晶圆制造材料主要包括硅片、掩膜版、光刻胶等8大类,是影响半导体制造流程中主要的材料。封装材料主要包括封装基板、陶瓷基板、键合丝、引线框架及包封材料。近年来国内半导体行业快速增长,带动半导体材料需求的加速释放,2011年半导体制造材料市场规模已经超过北美成为全球第四大市场,之后一直保持高速增长,并有望在2017年进入全球前三。但是本土的半导体材料仍然有很大的供给缺口,目前主要依赖进口,半导体材料厂商仅能满足约20%的需求,且提供的材料多为中低端材料,不能满足分立器和集成电路等高端领域的材料要求。随着下游Foundry厂和封测的发展,我国的半导体材料行业虽然起步晚,但是发展迅猛,部分材料如靶材和抛光液已经达到了国际水平。目前中国半导体材料产业已经解决政策和资金方面的问题,的阻碍来自于技术、人才和客户认证等方面的挑战,未来我国将大概率围绕各类别的半导体材料,集中优势资源进行资源的再整合,并建立完善的半导体材料体系,加大半导体材料的研发力度,实行半导体人才储备和培养计划,努力实现国产替代。

大陆未来半导体崛起路径将由封测主导转变为IC设计、晶圆制造快速崛起及材料设备逐步突破的全面发展模式。进入17年以来,在半导体行业美国依然保持超级强势状态,中国和韩国半导体行业处于上升态势,台湾、欧洲和日本出现小幅衰退。据中国半导体行业协会分析,2017年上半年中国IC产业销售额同比增长19.1%,达到2201.4亿元,而台湾在17Q2衰退4.8%。未来中国半导体行业发展重心将由封测向IC设计和IC制造微笑曲线的两端转移,逐步补上在半导体设备和材料方面的短板,提高整个半导体行业的产值水平,实现劳动密集型向技术密集型的转型。

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