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史上最全的半導體産業鏈全景!

史上最全的半導體産業鏈全景! 

集成電路作爲半導體産業的核心,市場份額達83%,由于其技術複雜性,産業結構高度專業化。隨著産業規模的迅速擴張,産業競爭加劇,分工模式進一步細化。

目前市場産業鏈爲IC設計、IC制造和IC封裝測試。

○ 在核心环节中,IC设计处于产业链上游,IC制造为中游环节,IC封装为下游环节。小编现在用的运动耳机,是在神州省钱的公种号上领抵用券,然后去天猫六块钱包邮买的。原价四十多块钱的运动耳机,领券后竟然只要六元包邮了。还买到了一块钱数据线、一块钱钢化膜、六块钱电竞鼠标等。质量都不错,推荐经常逛淘宝天猫的朋友关注一下神州省钱。可以省下不少钱。

○ 全球集成电路产业的产业转移,由封装测试环节转移到制造环节,产业链里的每个环节由此而分工明确。

○ 由原来的IDM为主逐渐转变为Fabless+Foundry+OSAT。

▲全球半導體産業鏈收入構成占比圖

① 设计:

細分領域具備亮點,核心關鍵領域設計能力不足。從應用類別(如:手機到汽車)到芯片項目(如:處理器到FPGA),國內在高端關鍵芯片自給率幾近爲0,仍高度仰賴美國企業;

② 设备:

自給率低,需求缺口較大,當前在中端設備實現突破,初步産業鏈成套布局,但高端制程/産品仍需攻克。中國本土半導體設備廠商只占全球份額的1-2%,在關鍵領域如:沈積、刻蝕、離子注入、檢測等,仍高度仰賴美國企業;

③ 材料:

在靶材等领域已经比肩国际水平,但在光刻胶等高端领域仍需较长时间实现国产替代。全球半导体材料市场规模443 亿美金,晶圆制造材料供应中国占比10%以下,部分封装材料供应占比在30%以上。在部分细分领域上比肩国际领先,高端领域仍未实现突破;

④ 制造:

全球市場集中,台積電占據60%的份額,受貿易戰影響相對較低。大陸跻身第二集團,全球産能擴充集中在大陸地區。代工業呈現非常明顯的頭部效應,在全球前十大代工廠商中,台積電一家占據了60%的市場份額。此行業較不受貿易戰影響;

⑤ 封测:

最先能实现自主可控的领域。封测行业国内企业整体实力不俗,在世界拥有较强竞争力,长电+华天+通富三家17 年全球整体市占率达19%,美国主要的竞争对手仅为Amkor。此行业较不受贸易战影响。

一、設計

按地域来看,当前全球IC 设计仍以美国为主导,中国大陆是重要参与者。2017 年美国IC设计公司占据了全球约53%的最大份额,IC Insight 预计,新博通将总部全部搬到美国后这一份额将攀升至69%左右。台湾地区IC 设计公司在2017 年的总销售额中占16%,与2010年持平。联发科、联咏和瑞昱去年的IC 销售额都超过了10 亿美元,而且都跻身全球前二十大IC 设计公司之列。欧洲IC 设计企业只占了全球市场份额的2%,日韩地区Fabless 模式并不流行。

与非美国海外地区相比,中国公司表现突出。世界前50 fabless IC 设计公司中,中国公司数量明显上涨,从2009 年1 家增加至2017 年10 家,呈现迅速追赶之势。2017 年全球前十大Fabless IC 厂商中,美国占据7 席,包括高通、英伟达、苹果、AMD、Marvell、博通、赛灵思;中国台湾地区联发科上榜,大陆地区海思和紫光上榜,分别排名第7 和第10。

2017 年全球前十大Fables s IC 设计厂商

(百萬美元)

然而,尽管大陆地区海思和紫光上榜,但可以看到的是,高通、博通和美满电子在中国区营收占比达50%以上,国内高端 IC 设计能力严重不足。可以看出,国内对于美国公司在核心芯片设计领域的依赖程度较高。

自中美貿易戰打響後,通過“中興事件”和“華爲事件”我們可以清晰的看到,核心的高端通用型芯片領域,國內的設計公司可提供的産品幾乎爲0。

大陸高端通用芯片與國外先進水平差距主要體現在四個方面:

1)移動處理器的國內外差距相對較小。

紫光展銳、華爲海思等在移動處理器方面已進入全球前列。

2)中央处理器(CPU) 是追赶难度最大的高端芯片。

英特尔几乎垄断了全球市场,国内相关企业约有 3-5 家,但都没有实现商业量产,多仍然依靠申请科研项目经费和政府补贴维持运转。龙芯等国内 CPU 设计企业虽然能够做出 CPU 产品,而且在单一或部分指标上可能超越国外 CPU,但由于缺乏产业生态支撑,还无法与占主导地位的产品竞争。

3)存儲器國內外差距同樣較大。

目前全球存储芯片主要有三类产品,根据销售额大小依次为:DRAM、NAND Flash 以及Nor Flash。在内存和闪存领域中,IDM 厂韩国三星和海力士拥有绝对的优势,截止到2017年,在两大领域合计市场份额分别为75.7%和49.1%,中国厂商竞争空间极为有限,武汉长江存储试图发展 3D Nand Flash(闪存)的技术,但目前仅处于 32 层闪存样品阶段,而三星、英特尔等全球龙头企业已开始陆续量产 64 层闪存产品;在Nor flash 这个约为三四十亿美元的小市场中,兆易创新是世界主要参与厂家之一,其他主流供货厂家为台湾旺宏,美国Cypress,美国美光,台湾华邦。

4)FPGA、AD/DA 等高端通用型芯片,国内外技术悬殊。

這些領域由于都是屬于通用型芯片,具有研發投入大,生命周期長,較難在短期聚集起經濟效益,因此在國內公司層面發展較爲緩慢,甚至有些領域是停滯的。

总的来看,芯片设计的上市公司,都是在细分领域的国内最强。比如2017 年汇顶科技在指纹识别芯片领域超越FPC 成为全球安卓阵营最大指纹IC 提供商,成为国产设计芯片在消费电子细分领域少有的全球第一。士兰微从集成电路芯片设计业务开始,逐步搭建了芯片制造平台,并已将技术和制造平台延伸至功率器件、功率模块和MEMS 传感器的封装领域。但与国际半导体大厂相比,不管是高端芯片设计能力,还是规模、盈利水平等方面仍有非常大的追赶空间。

二、設備

目前,我國半導體設備的現況是低端制程實現國産替代,高端制程有待突破,設備自給率低、需求缺口較大。

关键设备技术壁垒高,美日技术领先,CR10 份额接近80%,呈现寡头垄断局面。半导体设备处于产业链上游,贯穿半导体生产的各个环节。按照工艺流程可以分为四大板块——晶圆制造设备、测试设备、封装设备、前端相关设备。其中晶圆制造设备占据了中国市场70%的份额。再具体来说,晶圆制造设备根据制程可以主要分为8 大类,其中光刻机、刻蚀机和 薄膜沉积设备这三大类设备占据大部分的半导体设备市场。同时设备市场高度集中,光刻机、CVD 设备、刻蚀机、PVD 设备的产出均集中于少数欧美日本巨头企业手上。

中國半導體設備國産化率低,本土半導體設備廠商市占率僅占全球份額的1-2%。

关键设备在先进制程上仍未实现突破。目前世界集成电路设备研发水平处于12 英寸7nm,生产水平则已经达到12 英寸14nm;而中国设备研发水平还处于12 英寸14nm,生产水平为12 英寸65-28nm,总的来看国产设备在先进制程上与国内先进水平有2-6 年时间差;具体来看65/55/40/28nm 光刻机、40/28nm 的化学机械抛光机国产化率依然为0,28nm化学气相沉积设备、快速退火设备、国产化率很低。

三、材料

半导体材料發展曆程

  • Si:主要應用于集成電路的晶圓片和功率器件;
  • GaAs:主要應用于大功率發光電子器件和射頻器件;
  • GaN:主要應用于光電器件和微波通信器件;
  • SiC:主要應用于功率器件

▲各代代表性材料主要應用

▲第二、三代半導體材料技術成熟度

细分领域已经实现弯道超车,核心领域仍未实现突破,半导体材料主要分为晶圆制造材料和封装材料两大块。晶圆制造材料中,矽片机硅基材料最高占比31%,其次依次为光掩模版14%、光刻胶5%及其光刻胶配套试剂7%。封装材料中,封装基板占比最高,为40%,其次依次为引线框架16%,陶瓷基板11%,键合线15%。

日美德在全球半导体材料供应上占主导地位。各细分领域主要玩家有:矽片——Shin-Etsu、Sumco,光刻胶——TOK、Shipley,电子气体——Air Liquid、Praxair,CMP——DOW、3M,引线架构——住友金属,键合线——田中贵金属、封装基板——松下电工,塑封料——住友电木。

(1)靶材、封装基板、CMP 等,我国技术已经比肩国际先进水平的、实现大批量供货、可以立刻实现国产化。已经实现国产化的半导体材料典例——靶材。

(2)矽片、电子气体、掩模板等,技术比肩国际、但仍未大批量供货的产品。

(3)光刻膠,技術仍未實現突破,仍需要較長時間實現國産替代。

四、制造

晶圓制造環節作爲半導體産業鏈中至關重要的工序,制造工藝高低直接影響半導體産業先進程度。過去二十年內國內晶圓制造環節發展較爲滯後,未來在國家政策和大基金的支持之下有望進行快速追趕,將有效提振整個半導體行業鏈的技術密度。

半导体制造在半导体产业链里具有卡口地位。制造是产业链里的核心环节,地位的重要性不言而喻。统计行业里各个环节的价值量,制造环节的价值量最大,同时毛利率也处于行业较高水平,因为Fabless+Foundry+OSAT 的模式成为趋势,Foundry 在整个产业链中的重要程度也逐步提升,可以这么认为,Foundry 是一个卡口,产能的输出都由制造企业所掌控。

代工业呈现非常明显的头部效应 根据IC Insights 的数据显示,在全球前十大代工厂商中,台积电一家占据了超过一半的市场份额,2017 年前八家市场份额接近90%,同时代工主要集中在东亚地区,美国很少有此类型的公司,这也和产业转移和产业分工有关。我们认为,中国大陆通过资本投资和人才集聚,是有可能在未来十年实现代工超越的。

“中國制造”要從下遊往上遊延伸,在技術轉移路線上,半導體制造是“中國制造”尚未攻克的技術堡壘。中國是個“制造大國”,但“中國制造”主要都是整機産品,在最上遊的“芯片制造”領域,中國還和國際領先水平有很大差距。

在從下遊的制造向“芯片制造”轉移過程中,一定要湧現出一批技術領先的晶圓代工企業。在芯片貿易戰打響之時,美國對我國制造業技術封鎖和打壓首當其沖,我們在努力傳承“兩彈一星”精神,自力更生艱苦創業的同時,如何處理與台灣地區先進企業台積電、聯電之間的關系也會對後續發展産生較大的蝴蝶效應。

五、封測

当前大陆地区半导体产业在封测行业影响力为最强,市场占有率十分优秀,龙头企业长电科技/通富微电/华天科技/晶方科技市场规模不断提升,对比台湾地区公司,大陆封测行业整体增长潜力已不落下风,台湾地区知名IC 设计公司联发科、联咏、瑞昱等企业已经将本地封测订单逐步转向大陆同业公司。封测行业呈现出台湾地区、美国、大陆地区三足鼎立之态,其中长电科技/通富微电/华天科技已通过资本并购运作,市场占有率跻身全球前十(长电科技市场规模位列全球第三),先进封装技术水平和海外龙头企业基本同步,BGA、WLP、SiP 等先进封装技术均能顺利量产。

封测行业我国大陆企业整体实力不俗,在世界拥有较强竞争力,美国主要的竞争对手为Amkor 公司,在华业务营收占比约为18%,封测行业美国市场份额一般,前十大封测厂商中,仅有Amkor 公司一家,应该说贸易战对封测整体行业影响较小,从短中长期而言,Amkor 公司业务取代的可能性较高。

封测行业位于半导体产业链末端,其附加价值较低,劳动密集度高,进入技术壁垒较低,封测龙头日月光每年的研发费用占收入比例约为4%左右,远低于半导体IC 设计、设备和制造的世界龙头公司。随着晶圆代工厂台积电向下游封测行业扩张,也会对传统封测企业会构成较大的威胁。

2017-2018 年以后,大陆地区封测(OSAT)业者将维持快速成长,目前长电科技/通富微电已经能够提供高阶、高毛利产品,未来的3-5 年内,大陆地区的封测企CAGR增长率将持续超越全球同业。

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