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中國芯片產業深度分析報告:一文看懂真實國產芯片現狀

核心觀點:

週期性波動向上,市場規模超 4000 億美元。

半導體是電子產品的核心,信息產業的基石。半導體行業因具有下游應用廣泛、生產技術工序多、產品種類多、技術更新換代快、投資高風險大等特點,產業鏈從集成化到垂直化分工越來越明確,並經歷了兩次空間上的產業轉移。全球半導體行業大致以 4-6 年爲一個週期,景氣週期與宏觀經濟、下游應用需求以及自身產能庫存等因素密切相關。2017 半導體產業市場規模突破 4000 億美元,存儲芯片是主要動力。

供需變化漲價蔓延,創新應用驅動景氣週期持續。

半導體本輪漲價的根本原因爲供需變化,並沿產業鏈傳導,漲價是否持續還是看供需,NAND 隨着產能釋放價格有所降低,DRAM、硅片產能仍吃緊漲價有望持續。展望未來,隨着物聯網、區塊鏈、汽車電子、5G、AR/VR 及 AI 等多項創新應用發展,半導體行業有望保持高景氣度。

提高自給率迫在眉睫,大國戰略推動產業發展

國內半導體市場接近全球的三分之一,但國內半導體自給率水平非常低,特別是核心芯片極度缺乏,國產佔有率都幾乎爲零。芯片關乎到國家安全,國產化迫在眉睫。2014 年《國家集成電路產業發展推進綱要》將半導體產業新技術研發提升至國家戰略高度。大基金首期投資成果顯著,撬動了地方產業基金達 5000 億元,目前大基金二期募資已經啓動,募集金額將超過一期,推動國內半導體產業發展。

大陸設計製造封測崛起,材料設備重點突破。

經過多年的發展,國內半導體生態逐漸建成,設計製造封測三業發展日趨均衡。設計業:雖然收購受限,但自主發展迅速,羣雄並起,海思展訊進入全球前十。製造業:晶圓製造產業向大陸轉移,大陸 12 寸晶圓廠產能爆發。代工方面,雖然與國際巨頭相比,追趕仍需較長時間,但中芯國際 28nm 製程已突破,14nm 加快研發中;存儲方面,長江存儲、晉華集成、合肥長鑫三大存儲項目穩步推進。封測業:國內封測三強進入第一梯隊,搶先佈局先進封裝。設備:國產半導體設備銷售快速穩步增長,多種產品實現從無到有的突破,星星之火等待燎原。材料:國內廠商在小尺寸硅片、光刻膠、CMP 材料、濺射靶材等領域已初有成效;大尺寸硅片國產化指日可待。

1、週期性波動向上,市場規模超 4000 億美元

1.1、半導體是電子產品的核心,信息產業的基石

從晶體管誕生,再到集成電路

計算機的基礎是 1 和 0,有了 1 和 0,就像數學有了 10 個數字,語言有了 26 個字母,人類基因有了 AGCT,通過編碼和邏輯運算等便可以表示世間萬物。1946 年的第一臺計算機是通過真空管實現了 1 和 0,共使用了 18800 個真空管,大約是一間半的教室大,六隻大象重。

通過在半導體材料裏摻入不同元素,1947 年在美國貝爾實驗室製造出全球第一個晶體管。晶體管同樣可以實現真空管的功能,且體積比電子管縮小了許多,用電子管做的有幾間屋子大的計算機,用晶體管已縮小爲幾個機櫃了。

把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及佈線互連一起,製作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質基片上,然後封裝在一個管殼內,成爲具有所需電路功能的微型結構,這便是集成電路,也叫做芯片和 IC。集成電路中所有元件在結構上已組成一個整體,使電子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進了一大步。

集成電路發明者爲傑克·基爾比(基於鍺(Ge)的集成電路)和羅伯特·諾伊思(基於硅(Si)的集成電路)。當今半導體工業大多數應用的是基於硅的集成電路。

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1965 年,戈登·摩爾(GordonMoore)預測未來一個芯片上的晶體管數量大約每 18 個月翻一倍 (至今依然基本適用),這便是著名的摩爾定律誕生。1968 年 7 月,羅伯特·諾伊斯和戈登·摩爾從仙童(Fairchild)半導體公司辭職,創立了一個新的企業,即英特爾公司,英文名 Intel 爲“集成電子設備(integratedelectronics)”的縮寫。

電子產品的核心,信息產業的基石

以智能手機爲例,諸如驍龍、麒麟、蘋果 A 系列 CPU 爲微元件,手機基帶芯片和射頻芯片是邏輯 IC;通常所說的 2G 或者 4G 運行內存 RAM 爲 DRAM,16G 或者 64G 存儲空間爲 NANDflash;音視頻多媒體芯片爲模擬 IC。以上這些統統是屬於半導體的範疇。

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半導體位於電子行業的中游,上游是電子材料和設備。半導體和被動元件以及模組器件通過集成電路板連接,構成了智能手機、PC 等電子產品的核心部件,承擔信息的載體和傳輸功能,成爲信息化社會的基石。

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半導體主要分爲集成電路和半導體分立器件。半導體分立器件包括半導體二極管、三極管等分立器件以及光電子器件和傳感器等。

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集成電路可分爲數字電路、模擬電路。一切的感知:圖像,聲音,觸感,溫度,溼度等等都可以歸到模擬世界當中。很自然的,工作內容與之相關的芯片被稱作模擬芯片。除此之外,一些我們無法感知,但客觀存在的模擬信號處理芯片,比如微波,電信號處理芯片等等,也被歸類到模擬範疇之中。比較經典的模擬電路有射頻芯片、指紋識別芯片以及電源管理芯片等。數字芯片包含微元件(CPU、GPU、MCU、DSP 等),存儲器(DRAM、NANDFlash、NORFlash)和邏輯 IC (手機基帶、以太網芯片等)。

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1.2、集成電路工序多、種類多、換代快、投資大

簡單的講,電子製造產業包括:原材料砂子-硅片製造-晶圓製造-封裝測試-基板互聯-儀器設備組裝。集成電路產業鏈主要爲設計、製造、封測以及上游的材料和設備。

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集成電路產業主要有以下特徵:製造工序多、產品種類多、技術換代快、投資大風險高。

生產工序多:核心產業鏈流程可以簡單描述爲:IC 設計公司根據下游戶(系統廠商)的需求設計芯片,然後交給晶圓代工廠進行製造,這些 IC 製造公司主要的任務就是把 IC 設計公司設計好的電路圖移植到硅晶圓製造公司製造好的晶圓上。完成後的晶圓再送往下游的 IC 封測廠,由封裝測試廠進行封裝測試,最後將性能良好的 IC 產品出售給系統廠商。

具體來說,可以細分爲以下環節:

>IC 設計:根據客戶要求設計芯片

IC 設計可分成幾個步驟,依序爲:規格制定→邏輯設計→電路佈局→佈局後模擬→光罩製作。規格制定:品牌廠或白牌廠的工程師和 IC 設計工程師接觸,提出要求;邏輯設計:IC 設計工程師完成邏輯設計圖;電路佈局:將邏輯設計圖轉化成電路圖;佈局後模擬:經由軟件測試,看是否符合規格制定要求;光罩製作:將電路製作成一片片的光罩,完成後的光罩即送往 IC 製造公司。

>IC 製造:將光罩上的電路圖轉移到晶圓上

IC 製造的流程較爲複雜,過程與傳統相片的製造過程有一定相似主要步驟包括:薄膜→光刻→顯影→蝕刻→光阻去除。薄膜製備:在晶圓片表面上生長數層材質不同,厚度不同的薄膜;光刻:將掩膜板上的圖形複製到硅片上。光刻的成本約爲整個硅片製造工藝的 1/3,耗費時間約佔整個硅片工藝的 40~60%;

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IC 封測:封裝和測試

封裝的流程大致如下:切割→黏貼→切割焊接→模封。切割:將 IC 製造公司生產的晶圓切割成長方形的 IC;黏貼:把 IC 黏貼到 PCB 上;焊接:將 IC 的接腳焊接到 PCB 上,使其與 PCB 相容;模封:將接腳模封起來;

產品種類多。從技術複雜度和應用廣度來看,集成電路主要可以分爲高端通用和專用集成電路兩大類。高端通用集成電路的技術複雜度高、標準統一、通用性強,具有量大面廣的特徵。它主要包括處理器、存儲器,以及 FPGA(現場可編程門陣列)、AD/DA(模數 / 數模轉換) 等。專用集成電路是針對特定系統需求設計的集成電路,通用性不強。每種專用集成電路都屬於一類細分市場,例如,通信設備需要高頻大容量數據交換芯片等專用芯片;汽車電子需要輔助駕駛系統芯片、視覺傳感和圖像處理芯片,以及未來的無人駕駛芯片等。

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技術更新換代快。根據摩爾定律:當價格不變時,集成電路上可容納的元器件數目,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。

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芯片的製程就是用來表徵集成電路尺寸的大小的一個參數,隨着摩爾定律發展,製程從 0.5 微米、0.35 微米、0.25 微米、0.18 微米、0.15 微米、0.13 微米、90 納米、65 納米、45 納米、32 納米、28 納米、22 納米、14 納米,一直髮展到現在的 10 納米、7 納米、5 納米。目前,28nm 是傳統制程和先進製程的分界點。

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以臺積電爲例,晶圓製造的製程每隔幾年便會更新換代一次。近幾年來換代週期縮短,臺積電 2017 年 10nm 已經量產,7nm 將於今年量產。蘋果 iPhoneX 用的便是臺積電 10nm 工藝。除了晶圓製造技術更新換代外,其下游的封測技術也不斷隨之發展。

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除了製程,建設晶圓製造產線還需要事先確定一個參數,即所需用的硅片尺寸。硅片根據其直徑分爲 6 寸(150mm)、8 寸(200mm)、12 寸(300mm)等類型,目前高端市場 12 寸爲主流,中低端市場則一般採用 8 寸。晶圓製造產線的製程和硅片尺寸這兩個參數一旦確定下來一般無法更改,因爲如果要改建,則投資規模相當於新建一條產線。

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投資大風險高。根據《集成電路設計業的發展思路和政策建議》,通常情況下,一款 28nm 芯片設計的研發投入約 1 億元~2 億元,14nm 芯片約 2 億元~3 億元,研發週期約 1~2 年。對比來看,集成電路設計門檻顯著高於互聯網產品研發門檻。互聯網創業企業的 A 輪融資金額多在幾百萬元量級,集成電路的設計成本要達到億元量級。但是,相比集成電路製造,設計的進入門檻又很低,一條 28nm 工藝集成電路生產線的投資額約 50 億美元,20nm 工藝生產線高達 100 億美元。

集成電路設計存在技術和市場兩方面的不確定性。一是流片失敗的技術風險,即芯片樣品無法通過測試或達不到預期性能。對於產品線尚不豐富的初創設計企業,一顆芯片流片失敗就可能導致企業破產。二是市場風險,芯片雖然生產出來,但沒有猜對市場需求,銷量達不到盈虧平衡點。對於獨立的集成電路設計企業而言,市場風險比技術風險更大。對於依託整機系統企業的集成電路設計企業而言,芯片設計的需求相對明確,市場風險相對較小。

1.3、全球半導體產業轉移與產業鏈變遷

半導體行業因具有下游應用廣泛,生產技術工序多、產品種類多、技術更新換代快、投資高風險大等特點,疊加下游應用市場的不斷興起,半導體產業鏈從集成化到垂直化分工越來越明確,並經歷了兩次空間上的產業轉移。

1. 起源,美國,垂直整合模式

1950s,半導體行業於起源於美國,主要由系統廠商主導。全球半導體產業的最初形態爲垂直整合的運營模式,即企業內設有半導體產業所有的製造部門,僅用於滿足企業自身產品的需求。

2. 家電,美國→日本,IDM 模式

1970s,美國將裝配產業轉移到日本,半導體產業轉變爲 IDM (IntegratedDeviceManufacture,集成器件製造)模式,即負責從設計、製造到封裝測試所有的流程。與垂直整合模式不同,IDM 企業的芯片產品是爲了滿足其他系統廠商的需求。隨着家電產業與半導體產業相互促進發展,日本孵化了索尼、東芝等廠商。我國大部分分立器件生產企業也採用該類模式。

3.PC,美日→韓國、臺灣地區,代工模式

1990s,隨着 PC 興起,存儲產業從美國轉向日本後又開始轉向了韓國,孕育出三星、海力士等廠商。同時,臺灣積體電路公司成立後,開啓了晶圓代工(Foundry)模式,解決了要想設計芯片必須鉅額投資晶圓製造產線的問題,拉開了垂直代工的序幕,無產線的設計公司(Fabless)紛紛成立,傳統 IDM 廠商英特爾、三星等紛紛加入晶圓代工行列,垂直分工模式逐漸成爲主流,形成設計(Fabless)→製造(Foundry)→封測(OSAT)三大環節。

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4. 智能手機,全球---> 中國大陸

2010s,隨着大陸智能手機品牌全球市場份額持續提升,催生了對半導體的強勁需求,加之國家對半導體行業的大力支持以及人才、技術、資本的產業環境不斷成熟,全球半導體產業醞釀第三次產業轉移,即向大陸轉移趨勢逐漸顯現。

人力成本是產業鏈變遷和轉移的重要動力

韓國和臺灣地區的集成電路產業均從代工開始,代工選擇的主要因素便是人力成本,當時韓國和臺灣地區的人力成本相比於日本低很多,封測業便開始從日本轉移到韓國、臺灣地區。同樣由於人力成本的優勢,在 21 世紀初,封測業已經向國內轉移,可以說已經完成了當年韓國、臺灣地區的發展初期階段。勞動力密集型的 IC 封測業最先轉移;而技術和資金密集型的 IC 製造業次之,轉移後會相差 1-2 代技術;知識密集型的 IC 設計一般很難轉移,技術差距顯著,需要靠自主發展。

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1.4、4-6 年週期性波動向上,突破 4000 億美元

4-6 年爲 1 個週期性波動向上

費城半導體指數(SOX)由費城交易所創立於 1993 年,有 20 家企業的股票被列入該指數,爲全球半導體業景氣主要指標之一,其走勢與全球半導體銷售額的走勢基本相同。

根據世界半導體貿易統計組織 (WSTS) 數據披露,全球半導體銷售額於 1994 年突破 1000 億美元,2000 年突破 2000 億美元,2010 年將近 3000 億美元 , 預計 2017 年將會突破 4000 億美元,半導體產業規模不斷擴大,逐漸成爲一個超級巨無霸的行業。

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從全球半導體銷售額同比增速上看,全球半導體行業大致以 4-6 年爲一個週期,景氣週期與宏觀經濟、下游應用需求以及自身產能庫存等因素密切相關。

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2017 突破 4000 億美元,存儲芯片是主要動力

據 WSTS 數據,2017 年世界半導體市場規模爲 4086.91 億美元,同比增長 20.6%,首破 4000 億美元大關,創七年以來(2010 年爲年增 31.8%)的新高。

其中,集成電路產品市場銷售額爲 3401.89 億美元,同比增長 22.9%,大出業界意料之外,佔到全球半導體市場總值的 83.2% 的份額。存儲器電路(Memory)產品市場銷售額爲 1229.18 億美元,同比增長 60.1%,佔到全球半導體市場總值的 30.1%,超越歷年佔比最大的邏輯電路(1014.13 億美元),也印證了業界所謂的存儲器是集成電路產業的溫度計和風向標之說。

半導體分立器件(D-O-S)方面,市場爲 685.02 億美元,同比增長 10.1%,佔到全球半導體市場總值的 16.8%,主要得益於功率器件等推動分立器件(DS)市場銷售額同比增長 10.7% 以及 MEMS、射頻器件、汽車電子、AI 等推動傳感器市場(Sensors)銷售額同比增長 15.9%。

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據 ICInsights 報道,DRAM2017 年平均售價(ASP)同比上漲 77%,銷售總值達 720 億美元,同比增長 74%;NANDFlash2017 年平均售價(ASP)同比上漲 38%,銷售總額達 498 億美元,同比增長 44%,NORFlash 爲 43 億美元,導致全球存儲器總體市場上揚增長 58%。如若扣除存儲器售價上揚的 13%,則 2017 年全球半導體市場同比增長率僅爲 9% 的水平。依靠 DRAM 和 NAND 閃存的出色表現,三星半導體在 2017 年第二季度超越英特爾,終結英特爾 20 多年雄踞半導體龍頭位置的記錄。

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從區域上看,WSTS 數據顯示北美(美國)地區市場銷售額爲 864.58 億美元,同比增長 31.9%,增幅提升 36.6%,居全球首位,佔到全球市場的 21.2% 的份額,起到較大的推動作用。其他地區(主要爲中國)銷售額爲 2478.34 億美元,同比增長 18.9%,佔到全球市場總值的 60.6%。

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半導體帶動上游設備創歷史新高。據 SEMI 預測,2017 年半導體設備的銷售額爲 559 億美元,比 2016 年增長 35.6%。2018 年,半導體設備的銷售額達到 601 億美元,比 2017 年增長 7.5%。

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2、供需變化漲價蔓延,創新應用驅動景氣週期持續

2.1、供需變化沿產業鏈傳導,漲價持續蔓延擴展

本輪漲價的根本原因爲供需反轉,並沿產業鏈傳導,從存儲器中 DRAM 和 NAND 供不應求漲價導致上游 12 寸硅片供不應求漲價,12 寸晶圓代工廠漲價,NOR 漲價,12 寸硅片不足用 8 寸硅片代替,導致 8 寸硅片漲價,8 寸晶圓代工廠漲價,傳導下游電源管理 IC、LCD/LED 驅動 IC、MCU、功率半導體 MOSFET 等漲價,漲價持續蔓延。此外,2017Q4 加密幣挖礦芯片半路殺出搶 12 寸晶圓先進製程產能。

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2.1.1、存儲器:供不應求漲價開始,是否持續還是看供需

存儲器主要包括 DRAM、NANDFlash 和 NORFlash。其中 DRAM 約佔存儲器市場 53%,NANDFlash 約佔存儲器市場 42%,而 NORFlash 僅佔 3% 左右。DRAM 即通常所說的運行內存,根據下游需求不同主要分爲:標準型 (PC)、服務器 (Server)、移動式 (mobile)、繪圖用 (Graphic) 和消費電子類 (Consumer)。NANDFlash 即通常所說的閃存,根據下游需求不同主要分爲:存儲卡 /UFD、SSD、嵌入式存儲和其他。

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存儲器的漲價由供不應求開始,是否持續還得看供需。

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DRAM

需求端:下游智能手機運行內存不斷從 1G 到 2G、3G、4G 升級導致移動式 DRAM 快速需求增長,同時 APP 應用市場快速發展導致服務器內存需求增長。

供給端:DRAM 主要掌握在三星、海力士、美光等幾家手中,呈現寡頭壟斷格局,三星市佔率約爲 45%。2016 年 Q3 之前,DRAM 價格一路走低,所有 DRAM 廠商都不敢貿然擴產。供不應求導致 DRAM 價格從 2016 年 Q2/Q3 開始一路飆升,DXI 指數從 6000 點上漲到如今的 30000 點。DXI 指數是集邦諮詢於 2013 年創建反映主流 DRAM 價格的指數。

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展望 2018 年上半年,因 DRAM 三大廠產能計劃趨於保守,2018 年新增投片量僅約 5-7%,實質新產能開出將落於下半年,導致上半年供給仍然受限,整體市場仍然吃緊;SK 海力士決議在無錫興建新廠,最快產能開出時間落在 2019 年,我們預計在 2018 年上半年服務器內存價格仍然會延續漲價的走勢。

2018Q1 移動式內存價格可能會有較明顯影響。在大陸智能手機出貨疲弱的大環境影響下,雖然整體 DRAM 仍呈現供貨吃緊的狀態,但以三星爲首率先調整對大陸智能手機廠商的報價,移動式內存的漲幅已較先前收斂,從原先的 5% 的季成長縮小爲約 3%。

NANDFlash

需求端:下游智能手機閃存存不斷從 16G 到 32G、64G、128G 甚至 256G 升級導致嵌入式存儲快速需求增長,同時隨着 SSD 在 PC 中滲透率提升導致 SSD 需求快速增長。

供給端:2016 和 2017 年爲 NANDFlash 從 2D 到 3DNAND 製程轉化年,產能存在逐漸釋放的過程,主要廠商有三星、東芝、美光和海力士,三星同樣是產業龍頭,市佔率約爲 37%。

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展望未來,智能手機銷售增速疲軟,2018 年上半年 NAND 需求恐不如預期,隨着 3D 產能不斷開出,市況將轉變成供過於求,導致 NANDFlash 價格持續走跌的機率升高。

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NORFlash

雖然 NORFLASH 市場份額較小,但是由於代碼可在芯片內執行,仍然常常用於存儲啓動代碼和設備驅動程序。需求端:隨着物聯網、智慧應用 (智能家居、智慧城市、智能汽車)、無人機等廠商導入 NORFlash 作爲儲存裝置和微控制器搭配開發,NORFlash 需求持續增長。供給端:一方面由於 DRAM 和 NAND 搶食硅片產能,導致 NORFlash 用 12 寸硅片原材料供不應求漲價;另一方面,巨頭美光及 Cypress 紛紛宣佈淡出,關停部分生產線等,產生供給缺口,導致價格上漲。

經過近幾年版圖大洗牌,目前旺宏成爲產業龍頭,市佔率約 24%,CYPRESS (賽普拉斯)市場佔有率約 21%,美光科技市佔率約 20%,華邦電居第四位,大陸廠商兆易創新居第五,佔有一席之地。從各家公司的產品分佈上,最高端 NORFLASH 產品多由美光、賽普拉斯供應,應用領域以汽車電子居多;華邦、旺宏則以 NORFLASH 中端產品供應爲主,應用領域以消費電子、通訊電子居多;而兆易創新提供的多爲低端產品,主要應用在 PC 主板、機頂盒、路由器、安防監控產品等領域。

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展望未來,隨着 iPhoneX 採用 AMOLED,需要再搭配一顆 NORFlash,預期 AMOLED 智能型手機市場滲透率持續上升,對 NORFlash 需求的成長空間頗大。近年蓬勃發展的物聯網 IOT 需要有記憶體搭載,以及車用系統也持續增加新的需求。兆易創新戰略入股中芯國際 , 將形成存儲器虛擬“IDM”合作模式 , 進一步加深雙方合作關係 , 有助於保障長期產能供應,深度受益於 NORFlash 景氣。

2.1.2、硅片:供需剪刀差形成,從 12 寸向 8 寸蔓延

硅片是半導體芯片製造最重要的基礎原材料,在晶圓製造材料成本中佔比近 30%,是份額最大的材料。

目前主流的硅片爲 300mm (12 英寸)、200mm (8 英寸)和 150mm (6 英寸),其中 12 英寸硅片份額在 65-70% 左右,8 寸硅片佔 25-27% 左右,6 寸佔 6-7% 左右。近年來 12 英寸硅片佔比逐漸提升,6 和 8 寸硅片的市場將被逐步擠壓,預計 2020 年二者合計佔比由 2014 年的 40% 左右下降到 2020 年的 30% 左右,而更大尺寸 450mm (18 英寸)產能將在 19 年開始逐步投建。

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硅片尺寸越大,單個硅片上可製造的芯片數量則越多,同時技術要求水平也越高。對於 300mm 硅片來說,其面積大約比 200mm 硅片多 2.25 倍,200mm 硅片大概能生產出 88 塊芯片而 300mm 硅片則能生產出 232 塊芯片。更大直徑的硅片可以減少邊緣芯片,提高生產成品率;同時,在同一工藝過程中能一次性處理更多的芯片,設備的重複利用率提高了。

12 英寸硅片主要用於高端產品,如 CPUGPU 等邏輯芯片和存儲芯片;8 英寸主要用於中低端產品,如電源管理 IC、LCDLED 驅動 IC、MCU、功率半導體 MOSFE、汽車半導體等。

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硅片供給屬於寡頭壟斷市場,目前全球硅晶圓廠商以日本、臺灣、德國等五大廠商爲主,包括日本信越、日本三菱住友 SUMCO、環球晶圓、德國 Siltronic、韓國 SKSiltronic,前五大供應商囊括約 90% 以上的市場份額。

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硅片的下游客戶主要以三星、美光、SK 海力士、東芝/WD 爲代表的存儲芯片製造商和以臺積電、格羅方德、聯電、力晶科技、中芯國際爲代表的純晶圓代工業者。

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需求端:過去十年來硅片需求穩定增長。2016 與 2007 年相比,製造一顆 IC 面積減少了 24% 以上,2016 年 IC 面積 0.044 平方英寸 / 顆,而 2007 年 0.058 平方英寸 / 顆,1 年約減少 2~3%。但來自終端需求成長,帶動硅片需求量平均每年成長 5~7%,故整體硅片面積每年呈 3~5% 的成長。

供給端:擴產不及時。據 DIGITIMES 的數據,自 2006 年至 2016 年上半,半導體硅片產業歷經長達 10 年的供給過剩,大多數硅晶圓供貨商獲利不佳,使得近年來供給端的動作相當保守,供應商基本沒有擴充產能,2017 年受到下游存儲器、ASIC、汽車半導體、功率半導體等需求驅動,硅片呈現供不應求的局面,供需反轉形成剪刀差,硅片廠去庫存,硅片價格逐漸上升,從 12 寸向 8 寸蔓延。

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12 寸硅片

需求端:ICinsights 數據顯示全球營運中的 12 寸晶圓廠數量持續成長,2017 年全球新增 8 座 12 寸晶圓廠開張,到 2020 年底,預期全球將再新增 9 座的 12 寸晶圓廠運營,讓全球應用於 IC 生產的 12 寸晶圓廠總數達到 117 座。而如果 18 寸(450mm)晶圓邁入量產,12 寸晶圓廠的高峯數量可達到 125 座左右;而營運中 8 寸(200mm)量產晶圓廠的最高數量則是 210 座(在 2015 年 12 月爲 148 座)。根據 SUMCO 的數據,2016 下半年全球 300mm 硅片的需求已經達到 520 萬片 / 月,2017 年和 2018 年全球 300mm 硅片的需求分別爲 550 萬片 / 月和 570 萬片 / 月。預計未來三年 300mm 硅片需求將持續增加,2020 年新增硅片月需求預計超過 750 萬片 / 月,較 2017 年增加 200 萬片 / 月以上,需求提升 36%,從 2017-2022 年複合需求增速超過 9.7%,值得注意的是,以上測算需求還沒有考慮部分中國客戶。

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供給端:根據 SEMI 的預測,2017 年和 2018 年 300mm 硅片的產能爲 525 萬片 / 月和 540 萬片 / 月。由於 2017 年之前硅片供大於求,硅片產業虧多賺少,各大硅片廠擴產意願低,所以全球硅片的產量增長緩慢。各大廠商以漲價和穩固市佔率爲主要策略,到目前爲止僅有 SUMCO 預計在 2019 年上半年增加 11 萬片 / 月和 Siltronic 計劃到 19 年中期擴產 7 萬片 / 月。我們預計未來幾年 12 寸硅片的缺貨將是常態。

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漲價:12 寸硅片供不應求,缺貨成常態,硅片價格逐步上升,下游晶圓廠開始去庫存。信越半導體及 SUMCO 的 12 寸硅片簽約價已從 2017 年的 75 美元 / 片上漲至 120 美元 / 片,漲幅高達 60%。未來幾年硅片供給仍然存在明顯缺口,我們預計漲價趨勢將持續,2018 年 12 寸硅片將進一步漲價 20%-30% 左右。

8 寸硅片

需求端:2017 年上半年 8 寸晶圓廠整體的需求較平緩,隨着 2017 年第 3 季旺季需求顯現,預期隨着硅晶圓續漲,在 LCD/LED 驅動 IC、微控制器(MCU)、電源管理 IC (PMIC)、指紋辨識 IC、CIS 影響傳感器等投片需求持續增加。雖然 LCD 驅動 IC、PMIC、指紋辨識 IC 等已出現轉向 12 寸廠投片情況,但多數上游 IC 設計廠基於成本及客製化的考慮,仍以在 8 寸廠投片爲主。Sumco 預計到 2020 年 200mm 硅片需求量將達 574 萬片 / 月,比 2016 年底的 460 萬片 / 月增加 24.78%。

供給端:8 寸晶圓製造設備產能持續降低,部份關鍵設備出現嚴重缺貨,二手 8 寸晶圓製造設備也是供不應求。在此情況下,晶圓代工短期廠很難大舉擴增 8 寸晶圓產能,8 寸硅晶圓的擴產需到 2018 年-2019 年纔有產出,我們預計未來幾年 8 寸硅片也將處於供給緊張狀態。

漲價:2017 年 12 英寸硅晶圓供不應求且價格逐季調漲,8 英寸硅晶圓價格也在 2017 年下半年跟漲,累計漲幅約 10%。在投片需求持續增加,但擴產有限下,預期 2018 年上半年 8 寸晶圓廠產能整體產能仍吃緊。根據 ESM 報道,預期隨着硅晶圓續漲價,預計 2018 年第 1 季 8 寸晶圓代工價格將會調漲 5~10%。

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2.1.3、8 寸晶圓產品:產品漲價蔓延

8 寸硅晶圓短缺以及晶圓廠產能緊缺的影響逐漸向市場滲透,而電源 IC、MCU、指紋 IC、LED/LCD 驅動芯片、MOSFET 等皆爲 8 寸產線。

根據國際電子商情報道,多家國內外原廠發佈了自 2018 年 1 月 1 日起漲價的通知,主要集中在 MOSFET、電源 IC、LCD 驅動 IC 等產品,有的漲幅達到了 15%-20%。國內廠商,富滿電子、華冠半導體、芯電元、芯茂微電子、裕芯電子、南京微盟等對電源 IC、LED 驅動 IC、MOSFET 等產品進行了調價,其中 MOSFET 漲幅較大。國際分立器件與被動元器件廠商 Vishay 決定自 2018 年 1 月 2 日起對新訂單漲價,未發貨訂單價格也將於 3 月 1 日起調整。

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MOSFET:延長交期

根據富昌電子 2017 年 Q4 的市場分析報告指出,低壓 MOSFET 產品,英飛凌、Diodes, 飛兆(安森美)、安森美、安世,ST,Vishay 的交期均在延長,交期在 16-30 周區間。英飛凌交期 16-24 周,汽車器件交貨時間爲 24+周。安世半導體交期 20-26 周,汽車器件產能限制。Vishay/Siliconix 從 5&6 英寸晶圓廠轉型成 8 英寸晶圓廠,貨期也有改進。高壓 MOSFET 產品,除 IXYS 和 MS 交期穩定之外,英飛凌、飛兆 / 安森美、ST、羅姆、Vishay 皆爲交期延長。

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MCU:恐將缺貨一整年

2017 年 12 月,全球汽車電子芯片龍頭大廠 NXP (恩智浦)宣佈,從 2018 年第一季度開始,MCU、汽車電子等產品將會進入漲價通道,漲價幅度 5%-10% 不等。此外,自 2017 年以來,全球多家 MCU 廠商產品出貨交期皆自四個月延長至六個月,日本 MCU 廠更罕見拉長達九個月。2017 年全球電子產品製造業營運大多相當紅火,連日本半導體廠也出現多年不見正成長榮景,帶動 IC 芯片等電子元件銷量走升。預估後市於全球汽車電子、物聯網應用需求不斷爆發、持續成長,矽晶圓廠產能滿載下,2018 年全球 MCU 市場,恐將一整年持續面臨供應短缺局面。

LCD 驅動 IC:漲價 or 缺貨

根據 WitsView 預測,一方面,由於晶圓代工廠提高 8 英寸廠的 IC 代工費用,IC 設計公司第一季可能跟着被迫向面板廠提高 IC 報價 5~10%,以反映成本上升的壓力。另一方面,隨着物聯網、車用電子以及智慧家居等需求興起,帶動電源管理與微控制器等芯片用量攀升,已經開始擠壓 8 英寸晶圓廠 LCD 驅動 IC 的投片量。

近年來因面板廠的削價競爭,驅動 IC 價格大幅滑落,早已成爲晶圓代工廠心中低毛利產品的代名詞,當利潤更佳的電源管理芯片或是微控制器的需求崛起,也剛好給了晶圓代工廠一個絕佳的調整機會,預估截至 2018 年第一季,晶圓代工廠驅動 IC 的投片量將下修約 20%。中低端 IT 面板用驅動 IC 供應吃緊,驅動 IC 的交期普遍都拉長到 10 周以上,有可能連帶影響面板的供貨。

2.2、硅含量提升 & 創新應用驅動,半導體景氣週期持續

本輪半導體景氣週期以存儲器、硅片等漲價開始,受益於電子產品硅含量提升和下游創新應用需求推動,我們認爲半導體行業有望得到長效發展。

2.2.1、硅含量提升

按照 ICInsights 的預測,半導體所佔電子信息產業的比例,將由 2016 年的 25% 提高到接近 2017 年的 28.1%,將會有更多的元器件被半導體所取代或整合,或者更多的新功能新應用被新設備所採用,半導體對應電子產品的重要性越來越大,預計到 2021 年,半導體價值量在整機中的佔比將上升到 28.9%,提升空間廣闊。

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以電動汽車爲例,據 strategyanalytics2015 數據,傳統汽車的汽車電子成本大約在 315 美金,而插混汽車和純電動汽車的汽車電子含量增加超過一倍,插混汽車大約 703 美金,純電動汽車大約 719 美金。此外,汽車智能化還將進一步提高汽車電子的用量,從而推動半導體行業的發展。

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2.2.2、創新應用驅動

根據 SIA 數據,2016 全球半導體下游終端需求主要以通信類(含智能手機)佔比爲 31.5%,PC/ 平板佔比爲 29.5%,消費電子佔比 13.5%,汽車電子佔比 11.6%。

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展望未來,半導體產業除了傳統 3C 及 PC 驅動外,物聯網、5G、AI、汽車電子、區塊鏈及 AR/VR 等多項創新應用將成爲半導體行業長效發展的驅動力。

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物聯網 IOT:到 2020 年全球產業規模將達到 2.93 萬億美元

移動通訊商愛立信的數據顯示,2015-2021 年期間,全球基於蜂窩物聯網和非蜂窩物聯網的物聯設備年複合增長率將分別達到 27%、22%,增速約爲傳統移動電話的 7 倍。

物聯網設備增長帶動全球市場快速增長。據 ICInsights 等機構研究,2016 年全球具備聯網及感測功能的物聯網市場規模爲 700 億美元,比上年增長 21%。預計 2017 年全球物聯網市場規模將達到 798 億美元,增速爲 14%。2018 年全球市場增速將達 30%,規模有望超千億美元。

市場調研機構 Gartner 數據顯示,2017 年全球物聯網市場規模將達到 1.69 萬億美元,較 2016 年增長 22%。在新一輪技術革命和產業變革帶動下,預計物聯網產業發展將保持 20% 左右的增速,到 2020 年,全球物聯網產業規模將達到 2.93 萬億美元,年均複合增長率將達到 20.3%。

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5G:射頻芯片和濾波器價值提升

據中國信息通信研究院預測,5G 商用部署後,至 2025 年中國的 5G 連接數將達到 4.28 億,佔全球連接總數的 39%。華爲 2018 年搶先發布了首款 3GPP 標準的 5G 商用芯片和終端,2019 年,華爲將推出 5G 手機。5G 時代頻段和載波聚合技術會增加射頻元件的使用數量,新技術提高了射頻部分元器件的設計難度,帶來元器件單機價值量提升。在半導體領域體現在射頻芯片和濾波器兩部分價值的提升。智能手機使用的 RF 前端模塊與組件市場於 2016 年產值爲 101 億美元,到了 2022 年,預計將會成長至 227 億美元。

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人工智能 AI & 區塊鏈:特殊應用芯片高速成長

人工智能芯片的發展路徑經歷了從通用走向專用,從 CPU 到 GPU 到 FPGA 再到 ASIC。

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《2016-2017 中國物聯網發展年度報告》顯示 2016 年全球人工智能芯片市場規模達到 23.88 億美金,預計到 2020 年將達到 146 億美金,增長迅猛,發展空間巨大。

此外,以區塊鏈爲底層技術的加密貨幣帶動挖礦芯片及其封裝市場的增長。據預測,2017 年若以主流 28 納米流片的芯片數目來計算,2017 年對應的芯片用量約爲 3.2 億個挖礦芯片,2017 年全年礦機芯片封裝市場約爲 9-11 億元之間。展望 2018,往後還將出現 12 納米制程以下的 ASIC 礦機芯片,根據 DIGITIMES 預估,2018 年礦機芯片封測市場規模預估將成長至少四倍,逼近 40 億元人民幣以上。

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以臺積電爲例,在 iPhoneX 出貨量調降、中國對智能手機需求疲弱之際,加密貨幣相關業務或成爲臺積電營收貢獻的及時雨,比特大陸 2017 年 12 月躍升爲臺積電的最大大陸客戶。臺積電預期虛擬貨幣相關特殊應用芯片,和其他具備核心深度學習、高速運算的繪圖芯片等,將是臺積電 2018 成長最強的領域。根據 Gartner 預測,快速崛起的深度學習處理器到 2022 年將成長至 160 億美元市場規模。

汽車電子:電動化+智能化+網聯化推動汽車電子含量顯著提升

隨着全球能源、環境、交通安全等問題日漸突出和消費者對汽車的舒適、便利、娛樂等的要求越來越高,汽車向電動化、輕量化、智能化、聯網化發展。根據普華永道和思略特預測,從 2025 年開始,電動車將迅速發展;而到 2028 年,4/5 級無人駕駛汽車將成爲主流。

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汽車電動化+智能化+網聯化趨勢下,汽車電子含量顯著提升,主要來自於兩方面:一是電動化帶來功率半導體、MCU、傳感器等增加;二是智能化和網聯化帶來車載攝像頭、雷達、芯片等增加。在智能化帶來的增量方面,自動駕駛級別每提升一級,傳感器的需求數量將相應的增加,到 L4/L5 級別,車輛全身傳感器將多達十幾個以上。

以特斯拉爲例,Autopilot2.0 傳感器包含 12 個超聲波傳感器,8 個攝像頭以及 1 個雷達。未來 5 年,隨着汽車自動化級別的逐步提高,在雷達和攝像頭模塊的驅動下,ADAS/AD 半導體市場將加速增長。英飛凌認爲:2025 年左右,L3 自動駕駛車輛的單車半導體成本平均爲 580 美元;2030 年左右,L4/L5 自動駕駛車輛的單車半導體成本平均爲 860 美元。

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據《中國汽車電子行業分析報告》數據顯示,2013 年,我國汽車電子市場規模爲 3120 億元,到 2015 年時,已增至 3979 億元,呈現逐年快速增長態勢。預計到 2020 年,我國汽車電子市場規模將達到 7049 億元。

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2.2.3、半導體景氣週期持續

美國半導體行業協會(SIA)數據顯示,2018 年 1 月全球半導體銷售額增長 22.7%,達到創紀錄的 376 億美元,連續 18 個月實現增長。其中,美國半導體銷售額同比飆升 40.6%,創有史以來最大增幅;歐洲銷售額增長 19.9%,亞太及所有其它地區銷售額增長 18.6%,中國市場銷售額增長 18.3%,日本銷售額增長 15.1%。

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SEMI 預估,2018 年半導體產值年增率約 5% 至 8%,再創新高,2019 年可望續增,產值將首度站上 5,000 億美元大關。研究機構 Gartner 預期半導體市場 2018 年仍持續是個好年,但相較於 2017 年成長將會趨緩,2018 年預測約達到 7.5%,而在往後 2019-2020 年成長將呈現持平的狀態。

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根據 ICInsights 數據顯示,在集成電路市場的四大產品類別 : 模擬、邏輯、存儲和微元件中,2017-2022 年模擬市場增速最高達到 6.6%,而微元件市場僅爲 3.9%,整體集成電路市場年複合增長率爲 5.1%。

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3、提高自給率迫在眉睫,大國戰略推動產業發展

3.1、市場雖大自給率低,芯片國產化迫在眉睫

中國半導體市場接近全球的 1/3。根據 WSTS 數據,2016 年全球半導體銷售額爲 3389 億美元,其中我國半導體銷售額 1075 億,佔全球市場的 31.7%。中國爲全球需求增長最快的地區。2010 年-2016 年,全球半導體市場規模年均複合增速爲 6.3%,而中國年均複合增速爲 21.5%。隨着 5G、消費電子、汽車電子等下游產業的進一步興起,疊加全球半導體產業向大陸轉移,預計中國半導體產業規模進一步增長。

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自給率水平低,核心芯片缺乏,國產化迫在眉睫。在 2014 及 2015 年的統計中芯片進口就超過了 2000 億美元,超過了原油,成爲中國進口量最大的商品。根據 ICinsights 數據,2015 國內半導體自給率還沒超過 10%,16 年自給率剛達到 10.4%。預計 15 年到 20 年,國內的半導體自給產值 CAGR 能達到 28.5%,從而達到 2020 年國產化比例 15% 的水平。

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特別是核心芯片自給率極低。我國計算機系統中的 CPUMPU、通用電子統中的 FPGA/EPLD 和 DSP、通信裝備中的嵌入式 MPU 和 DSP、存儲設備中的 DRAM 和 NandFlash、顯示及視頻系統中的 DisplayDriver,國產芯片佔有率都幾乎爲零。

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這種情況對於國家和企業而言都是非常不利的,不管是從國家安全還是電子產業的發展而言,全力推動半導體產業目前已經成爲了全國上下的一致共識,整個行業的發展動力非常充足。

根據 ICInsight 的數據,2016 年全球 20 大半導體企業中,仍然以海外公司爲主。其中美國有 8 家,日本、臺灣地區和歐洲各佔 3 家,韓國佔 2 家,新加坡有 1 家,沒有一家大陸半導體公司上榜。不管是設計製造還是 IDM 模式方面,大陸半導體產業和國際先進水平仍然存在不小差距。

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3.2、大國戰略推動產業發展,大基金撬動千億產業資金

國內半導體發展大致可以分爲三個階段:

第一階段爲 1982-2000,稱之爲搭框架階段。1982 年成立了國務院計算機與大規模集成電路領導小組,由於當時的國際環境比較好,我們提出以市場換技術,以北京、上海、無錫爲中心建立半導體產業基地,尤其是 90s 的無錫華晶,成爲國內矚目的半導體標杆性企業。

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第二階段爲 2000-2014,18 號文之後的 15 年,商業化初步階段。2000 年國務院 [18 號文],出臺《鼓勵軟件產業和集成電路產業發展的若干政策》,到 2011 年,國務院很快發佈了關於《進一步鼓勵軟件和集成電路產業發展若干政策》的通知,就是 4 號文,在稅收和財政上給予半導體產業優惠政策,產業分工得以初步實現。晶圓廠迎來一波建設浪潮,2000 年後,天津摩托羅拉投資 14 億美元建成月產 2.5 萬片的 8 英寸工廠,上海中芯國際投資 15 億美元建成月產 4.2 萬片的 8 英寸工廠。到 2003 年,國內出現一批晶圓代工企業,如上海宏力、蘇州和艦(聯電)、上海貝嶺、上海先進(飛利浦),北京中芯環球等。

第三階段爲 2014-2030,以 2014 年發展綱要頒佈爲起點的 15 年,進入跨越式發展推進階段。2014 年 6 月,國務院頒佈了《國家集成電路產業發展推進綱要》,提出設立國家集成電路產業基金(簡稱“大基金”),將半導體產業新技術研發提升至國家戰略高度。且明確提出,到 2020 年,集成電路產業與國際先進水平的差距逐步縮小,全行業銷售收入年均增速超過 20%,企業可持續發展能力大幅增強;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。

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據集邦諮詢統計,截至 2017 年 11 月 30 日,大基金累計有效決策 62 個項目,涉及 46 家企業,累計有效承諾額 1,063 億元,實際出資 794 億元,分別佔首期總規模的 77% 和 57%,投資範圍涵蓋 IC 產業上、下游。大基金在製造、設計、封測、設備材料等產業鏈各環節進行投資佈局全覆蓋,各環節承諾投資佔總投資的比重分別是 63%、20%、10%、7%。

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我們對大基金投資標的進行了彙總,截至 2018 年 1 月 19 日,大基金已成爲 50 多家公司股東,涉及 18 家 A 股公司、3 家港股公司,目前大基金持股市值超 200 億。

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在國家集成電路產業投資基金之外,多個省市也相繼成立或準備成立集成電路產業投資基金,目前包括北京、上海、廣東等在內的十幾個省市已成立專門扶植半導體產業發展的地方政府性基金。根據國家集成電路產業基金的統計,截止 2017 年 6 月,由“大基金”撬動的地方集成電路產業投資基金(包括籌建中)達 5145 億元。

目前大基金二期已經啓動,募集金額有望超過一期,一期規模爲 1387 億元。大基金總經理丁文武透露,大基金將提高對設計業的投資比例,並將圍繞國家戰略和新興行業進行投資規劃,比如智能汽車、智能電網、人工智能、物聯網、5G 等,並儘量對設備和材料給予支持,推動其加快發展。

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4、大陸設計製造封測崛起,材料設備重點突破

4.1、產業生態逐步完善,三業發展日趨均衡

經過多年的發展,通過培育本土半導體企業和國外招商引進國際跨國公司,國內逐漸建成了覆蓋設計、製造、封測以及配套的設備和材料等各個環節的全產業鏈半導體生態。大陸涌現了一批優質的企業,包括華爲海思、紫光展銳、兆易創新、匯頂科技等芯片設計公司,以中芯國際、華虹半導體、華力微電子爲代表的晶圓製造企業,以及長電科技、華天科技、通富微電、晶方科技等芯片封測企業。

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根據集邦諮詢數據,2017 年中國半導體產值將達到 5176 億元人民幣,年增率 19.39%,預估 2018 年可望挑戰 6200 億元人民幣的新高紀錄,維持 20% 的年增長速度,高於全球半導體產業增長率。

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近年來,國內半導體一直保持兩位數增速,製造、設計與封測三業發展日趨均衡,但我國集成電路產業結構依然不均衡,製造業比重過低。2017 年前三季度,我國 IC 設計、製造、封測的產業比重分別爲 37.7%、26% 和 35.5%,但世界集成電路產業設計、製造和封測三業佔比慣例爲 3∶4∶3。

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我國 2016 年設計業佔比首次超越封測環節,未來兩年在 AI、5G、物聯網,以及區塊鏈、指紋識別、CIS、AMOLED、人臉識別等新興應用的帶動下,預估設計業佔比將在 2018 年持續增長至 38.8%,穩居第一的位置。

製造產業加速建設,尤其以 12 寸晶圓廠進展快速。2018 年將有更多新廠進入量產階段,整體產值將有望進一步攀升,帶動 IC 製造的佔比在 2018 年快速提升至 28.48%。

封測業基於產業集羣效應、先進技術演進驅動,伴隨新建產線投產運營、中國本土封測廠高階封裝技術愈加成熟、訂單量增長等利多因素帶動,我們預計 2018 年封測業產值增長率將維持在兩位數水平,封測三巨頭增速將優於全行業。

4.2、設計:自主發展,羣雄並起

我國部分專用芯片快速追趕,正邁向全球第一陣營。專用集成電路細分領域衆多,我國能夠趕上世界先進水平的企業還是少數,這主要有兩類。一是成本驅動型的消費類電子,如機頂盒芯片、監控器芯片等。二是通信設備芯片,例如,華爲 400G 核心路由器自主芯片,2013 年推出時領先於思科等競爭對手,並被市場廣泛認可。上述芯片設計能較好地兼顧性能、功耗、工藝製程、成本、新產品推出速度等因素,具備很強的國際競爭力。但是,在高端智能手機、汽車、工業以及其他嵌入式芯片市場,我國差距仍然很大。

高端通用芯片與國外先進水平差距大是重大短板。在高端通用芯片設計方面,我國與發達國家差距巨大,對外依存度很高。我國集成電路每年超過 2000 億美元的進口額中,處理器和存儲器兩類高端通用芯片合計佔 70% 以上。英特爾、三星等全球龍頭企業市場份額高,持續引領技術進步,對產業鏈有很強的控制能力,後發追趕企業很難獲得產業鏈的上下游配合。雖然紫光展銳、華爲海思等在移動處理器方面已進入全球前列。但是,在個人電腦處理器方面,英特爾壟斷了全球市場,國內相關企業有 3~5 家,但都沒有實現商業量產,大多依靠申請科研項目經費和政府補貼維持運轉。龍芯近年來技術進步較快,在軍品領域有所突破,但距離民用仍然任重道遠。國內存儲項目剛剛起步,而對於 FPGA、AD/DA 等高端通用芯片,國內基本上是空白。

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收購受限,自主發展。隨着萊迪思(以 FPGA 產品爲主營業務)收購案被否決,標誌着通過收購海外公司來加速產業發展的思路已經不太現實,越是關鍵領域,美國等國家對於中國的限制就會嚴格,只有自主發展,纔是破除限制的根本方法。

海思展訊進入全球前十。根據 ICInsights2017 年全球前十大 Fabless 排名,國內有兩家廠商殺進前十名,分別是海思和紫光集團 (展訊+RDA),這兩者分別以 47.15 億美元和 20.50 億美元的收入分居第七位和第 10 位,其中海思的同比增長更是達到驚人的 21%,僅僅次於英偉達和 AMD,在 Fabless 增長中位居全球第三。

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大陸設計業羣雄逐鹿。根據《砥礪前行的中國 IC 設計業》數據顯示,2017 年國內共有約 1380 家芯片設計公司,較去年的 1362 家多了 18 家,總體變化率不大。而 2016 年,則是中國芯片設計行業突飛猛進的一年,相關設計公司數量較 2015 年大增 600 多家。

根據集邦諮詢數據,2017 年中國 IC 設計業產值預估達人民幣 2006 億元,年增率爲 22%,預估 2018 年產值有望突破人民幣 2400 億元,維持約 20% 的年增速。

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2017 年中國 IC 設計產業廠商技術發展僅限於低端產品的狀況已逐步改善,海思的高端手機應用處理芯片率先採用了 10nm 先進製程,海思、中興微的 NB-IoT、寒武紀、地平線的 AI 佈局在國際嶄露頭角,展銳、大唐、海思的 5G 部署也順利進行。

根據集邦諮詢預估的 2017 年 IC 設計產業產值與廠商營收排名數據,今年前十大 IC 設計廠商排名略有調整,大唐半導體設計將無緣前十,兆易創新和韋爾半導體憑藉優異的營收表現進入排行前十名。

海思:受惠於華爲手機出貨量的強勢增長和麒麟芯片搭載率的提升,2017 年營收年增率維持在 25% 以上。

展銳:受制於中低端手機市場的激烈競爭,2017 年業績出現回調狀況。

中興微電子:以通訊 IC 設計爲基礎,受到產品覆蓋領域廣泛的帶動,預估營收成長率超過 30%。

華大半導體:業務涉及到智能卡及安全芯片、模擬電路、新型顯示等領域,2017 年營收也將超過人民幣 50 億元。

匯頂科技:在智能手機指紋識別芯片搭載率的持續提升和產品優異性能的帶動下,在指紋市場業績直逼市場龍頭 FPC,預計今年營收增長也將超過 25%。

兆易創新:首次進入營收前十名,憑藉其在 NORFlash 和 32bitMCU 上的出色市場表現,2017 年營收成長率有望突破 40%,超過人民幣 20 億元。

而在芯謀研究發佈的 2017 年中國十大集成電路設計公司榜單上,比特大陸以 143 億元的年銷售額躍升第二,成爲中國芯片設計業的年度黑馬。比特大陸是全球最大的比特幣礦機生產商,旗下的螞蟻礦機系列 2017 年銷量在數十萬臺,市場佔有率超過 80%。

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2018 年,中國 IC 設計產業在提升自給率、政策支持、規格升級與創新應用三大要素的驅動下,將保持高速成長的趨勢,其中,中低端產品市場佔有率持續提升,國產化的趨勢將越加明顯。另一方面,資金與政策支持將持續擴大。大基金第二期正在募集中,且會加大對 IC 設計產業的投資佔比,同時選擇一些創新的應用終端企業進行投資。此外,科技的發展也引領終端產品規格升級,物聯網、AI、汽車電子、專用 ASIC 等創新應用對 IC 產品的需求不斷擴大,也將爲 2018 年 IC 設計產業帶來成長新動力。

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4.3、製造:產業轉移,3 代工+3 存儲

晶圓製造產業向大陸轉移。在半導體向國內轉移的趨勢下,國際大廠紛紛到大陸地區設廠或者增大國內建廠的規模。據 ICInsight 數據,2016 年底,大陸地區晶圓廠 12 寸產能 210K (包括存儲產能),8 寸產能 611K。本土的中芯國際、華力微以及武漢新芯的 12 寸產能合計爲 160K。

大陸 12 寸晶圓廠產能爆發。根據 SEMI 數據顯示,預計 2017 年至 2020 年間,全球投產的晶圓廠約 62 座,其中 26 座位於中國,佔全球總數的 42%。根據 TrendForce 統計,自 2016 年至 2017 年底,中國新建及規劃中的 8 寸和 12 寸晶圓廠共計約 28 座,其中 12 寸有 20 座、8 寸則爲 8 座,多數投產時間將落在 2018 年。預估至 2018 年底中國 12 寸晶圓製造月產能將接近 70 萬片,較 2017 年底成長 42.2%;同時,2018 年產值將達人民幣 1,767 億元,年成長率爲 27.12%。

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晶圓代工三強:中芯國際、華虹半導體、華力微

在晶圓代工市場,大陸廠商面臨着挑戰與機遇。一方面,大陸設計公司在快速成長,本土設計公司天然有支持本土製造廠商的傾向;另一方面,製造業發展所需資金、人力與知識積累的門檻越來越高,在這些方面中國廠商與世界領先廠商的差距有拉大的趨勢。如何在現有基礎上穩紮穩打,逐步縮小與世界先進水平的差距,相當考驗以中芯國際、華宏宏力、華力微爲代表的大陸代工廠的經營能力。

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全球晶圓代工穩步增長,行業集中高。ICInsight 預計 2016-2021 年的純晶圓代工廠將年均以 7.6% 的複合增速增長,從 2016 年的 500 億美元增長到 2021 年的 721 億美元。純晶圓代工行業集中度很高,前四大純晶圓代工廠合計佔據全球份額的 85%,其中臺積電一家更是雄踞近 60% 的市場份額。基於晶圓代工行業高技術高投入的門檻,我們判斷晶圓代工行業格局短期不會有太大變化,但國內中芯國際可能會是增速最快的一家。

國內代工三強與國際巨頭相比,追趕仍需較長時間。從大陸市場來看,由於國內市場的崛起,尤其是設計公司的快速發展,純晶圓廠在國內的銷售額的增長迅猛。根據 ICinsight 預測,2017 年大陸地區晶圓代工市場達到 70 億美金,同比增長 16%,顯著高於全球平均增速。臺積電依然是一家獨大,佔比高達 47%。

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國內先進製程落後相差兩代以上。半導體晶圓製造集中度提升,只有巨頭才能不斷地研發推動技術的向前發展。世界集成電路產業 28-14nm 工藝節點成熟,14/10nm 製程已進入批量生產,Intel、三星和臺積電均宣佈已經實現了 10nm 芯片量產,並且準備繼續投資建設 7nm 和 5nm 生產線。而國內 28nm 工藝僅在 2015 年實現量產,且仍以 28nm 以上爲主。

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本土晶圓廠最先進量產製程目前仍處於 28nmPoly/SiON 階段,雖然在 28nm 營收佔比、28nmHKMG 量產推進及方面皆取得不錯的成績。中芯國際是國內純晶圓製造廠龍頭,在傳統制程(≥40nm)已具備相當的比較優勢,同時積極擴展 28nm 領域,但面臨最大的障礙是 28nm 良率不足的問題,一旦未來 6-12 個月內取得突破,將爲公司打開更廣闊空間,相應的擴產力度和節奏都將大大提高。梁孟鬆入職中芯擔任聯合 CEO,極大地提高了關鍵製程確定性。梁孟鬆早年是臺積電和三星的技術核心人物,臺積電的 130nm、三星的 45/32/28nm 每一節點都有樑的突出貢獻。我們認爲在樑主導研發之後,將有效整合中芯現有資源,加快突破 28nm 的進程以及進軍 14nm 研發。但另一方面,臺積電(南京)、聯芯(廈門)、格芯(成都)等外資廠商的同步登陸佈局也將進一步加劇與本土廠商在先進製程的競爭。

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存儲器三強:長江存儲、合肥長鑫、福建晉華

存儲器分類、市場空間、競爭格局等相關內容已在本文 2.1 節介紹(單擊此處跳轉查看)。2017 年風光無限的存儲器市場上,中國是買單的一方,無論是 DRAM 還是 NAND 閃存,現在的自給率仍然是零。目前大陸用於專門生產存儲器的 12 英寸晶圓廠都主要爲外資企業,包括 SK 海力士(無錫)、三星(西安)和英特爾(大連)。本土存儲項目剛剛起步,產線尚在建設當中,主要包括武漢長江存儲、福建晉華集成、合肥長鑫存儲。

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長江存儲是由紫光集團與武漢新芯合作成立,首期投入超過 600 億元,預計未來還將追加 300 億美元。2016 年底動工國家存儲器基地項目,2017 年 2 月宣佈與微電子所聯合研發的 32 層 3DNANDFlash 芯片順利通過測試,目前已累積多個 3DNAND 專利,有望 2018 年底順利投產,預計 2020 年月產能將達 30 萬片。紫光還計劃在成都和深圳投資兩條總產能 14 萬 / 月的 NANDFlash12 寸生產線。但是紫光的 NANDFlash 製程節點仍落後國際大廠 1-2 代。目前長江存儲的重心放在 3DNANDflash 的開發上面,同時也在推進 20/18nm 的 DRAM 開發,DRAM 進度慢於 NANDFLASH,預計 DRAM 最快將於 2020 年量產。

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合肥長鑫存儲由兆易創新、中芯國際前 CEO 王寧國與合肥產投簽訂協議成立,項目預算金額爲 180 億元人民幣。兆易創新負責研發 19nm 工藝製程的 12 英寸晶圓移動型 DRAM, 目標於 2018 年底前研發成功,實現產品良率不低於 10%。屆時,合肥長鑫將成爲中國第一家自主化大規模 DRAM 工廠,將是世界第四家突破 20nm 以下 DRAM 生產技術的公司。

福建晉華項目由臺聯電提供技術專攻利基型 DRAM (消費電子),已投資 56.5 億元在晉江建設 12 寸晶圓廠,初期將導入 32nm 製程,規劃產能爲每月 6 萬片,預計 2018 年 9 月開始試產。

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4.4、封測:力爭先進,三足鼎立

現代電子封裝包含的四個層次:零級封裝——半導體制造的前工程,芯片的製造,晶體管互連 7-500 納米;一級封裝——半導體制造的後工程,芯片的封裝,通常的封裝是指一級封裝,封裝體內互連 20-500 微米;二級封裝——在印刷線路板上的各種組裝,基板上互連 100-1000 微米;三級封裝——手機等的外殼安裝,儀器設備內互連 1000 微米。

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根據封裝材料分類,可分爲金屬封裝體(約佔 1%):外殼由金屬構成,保護性好、但成本高,適於特殊用途;陶瓷封裝體(約佔 2%):外殼由陶瓷構成,保護性好、但成本高,適於特殊用途;塑料封裝體(約佔 93%):由樹脂密封而成,成本低,佔封裝體的 90% 以上,被廣泛使用。

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目前主流市場封裝形式粗略地可分爲的兩種:引線框架型和球柵陣列型。

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在性能和成本的驅動下,封裝技術發展呈現兩大趨勢:微型化和集成化。微型化是指單個芯片封裝小型化、輕薄化、高 I/O 數發展;而集成化則是指多個芯片封裝在一起。集成化並不是相互獨立的,集成化可以根據不同的微型化組合形成多種解決方案。

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微型化發展出 FOWLP,封裝的“先進製程”

封裝技術經歷了引線框架(DIPSOPQFPQFN)→WBBGA (焊線正裝)→FCBGA (倒裝)→WLP (晶圓級封裝)的發展過程,可容納的 I/O 數越來越多,封裝的厚度和尺寸越來越小。FC 和 WLP 屬於先進封裝。

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WLP 封裝優點包括成本低、散熱佳、電性優良、信賴度高,且爲芯片尺寸型封裝,尺寸與厚度皆可達到更小要求等。WLP 封裝另一項優勢在於封裝製程採取整批作業,因此晶圓尺寸越大,批次封裝數量越多,成本能壓得更低,符合晶圓廠由 8 吋轉進 12 吋發展趨勢,WLP 專業封測廠利潤空間也可提高。

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WLP 又經歷了從 Fan-in (Fan-inWLP 一般稱爲 WLCSP)向 Fan-out (Fan-outWLP 一般簡稱爲 FOWLP)的演進,Fan-out 可實現在芯片範圍外延伸 RD 以容納更多的 I/O 數。

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Fan-OutWLP 技術是先將芯片作切割分離,然後將芯片正面朝下黏於載具(Carrier)上,並且芯片間距要符合電路設計的節距(Pitch)規格,接者進行封膠(Molding)後形成面板(Panel)。後續將封膠面板與載具分離,因爲封膠面板爲晶圓形狀,又稱重新建構晶圓(ReconstitutedWafer),可大量應用標準晶圓製程,在封膠面板上形成所需要的電路圖案。由於封膠面板的面積比芯片大,不僅可以採用扇入(Fan-In)方式製作 I/O 接點,也可以採用扇出(Fan-Out)方式製作,如此便可容納更多的 I/O 接點數目。

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集成化發展出 SIP,超越摩爾極限

隨着摩爾定律發展接近極限,集成電路的集成化越來越高,呈現出兩種集成路徑,一是 moremoore,即在設計和製造端將多個功能的系統集成在一個芯片上,即 SOC 技術(Systemonchip),同時封測端發展出的 FO-WLP 技術正好可以用來封裝 SOC 芯片;二是 morethanmoore,即是在封測端將多個芯片封裝成一個,即 SIP 技術(SysteminPackage)。

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SIP 是從封裝的立場出發,對不同芯片進行並排或疊加的封裝方式,將多個具有不同功能的有源電子元件與可選無源器件,以及諸如 MEMS 或者光學器件等其他器件優先組裝到一起,實現一定功能的單個標準封裝件。SiP 有效地突破了 SoC 在整合芯片途徑中的限制,極大地降低了設計端和製造端成本,也使得今後芯片整合擁有了客製化的靈活性。

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SIP 封裝並無一定形態,SIP 封裝可根據不同芯片排列方式與不同內部結合技術的搭配,生產定製化產品,滿足客戶定製化需求,例如採取多種裸芯片或模塊進行平面式 2D 封裝(MCM 等)或 3D (MCP、SatckDie、PoP、PiP 等)封裝,其內部的互連技術可以使用引線鍵合(WireBonding),也可使用倒裝焊(FlipChip)或硅通孔(TSV)等,還可採用多功能性基板整合組件的方式,將不同組件內藏於多功能基板中(即嵌入式封裝),最終實現功能整合。

TSV 助力 SIP 向 3D 發展

TSV (ThroughSiliconVia)和 WB 金屬線連接以及倒裝 FC 中的 bumping 都是一種連接技術。TSV 在芯片間或晶圓間製作垂直通道,實現芯片間垂直互聯。相比引線鍵合技術以及倒轉片技術,TSV 連線長度縮短到芯片厚度,傳輸距離減少到千分之一;可以實現複雜的多片全硅系統集成;可以顯著減小 RC 延遲,提高計算速度;顯著降低噪聲、能耗和成本。

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TSV 最早應用於 CIS 封裝,目前成本較高,主要應用於圖像傳感器、轉接板、存儲器、邏輯處理器+存儲器、RF 模組、MEMS 晶圓級 3D 封裝等高端封裝。未來若在成本控制方面有所突破,相信 TSV 技術大有取代引線鍵合互聯之勢。

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除了先 FOWLP 和 SIP2.5D/3D 集成電路封裝,還有一種先進封裝技術稱爲嵌入式封裝(EmbeddedDie),即在 PCB 板中的嵌入芯片。智能手機中的 DC/DC 變換器是首款出貨量顯著嵌入式封裝產品。嵌入式芯片適用的汽車、醫療和航空航天等領域,爲更長的認證時間和監管認證週期而進展緩慢。

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先進封裝技術(FC、FOWLP、SIP、TSV)重構了封測廠的角色。FOWLP 使得封測廠向上延伸到製造工序;SIP 和 TSV 使得封測廠向下遊延伸到微組裝(二級封裝)。

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蘋果 iPhone7 的 A10 處理器採用了臺積電的 FoWLP 和 SIP 相結合的技術,臺積電內部稱作 InFoWLP 技術。A10 處理器是將應用處理器與移動 DRAM 整合在同一個封裝中,相比傳統 POP 封裝,由於 InFOWLP 封裝不使用基板,可減少 0.6 釐米的厚度,爲未來幾年的移動封裝技術立下新的標竿。

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蘋果 AppleWatchS 系列芯片是最早大規模使用 SiP 技術的典型的應用。同時 iPhone 中也具備多個 SiP 模組,在 iPhone7 中 SiP 模組多達 5 個。

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從市場上看,根據 Yole 數據,先進封裝 2016 年至 2022 年的年複合增長率達到 7%,高於整個封裝行業(3-4%),半導體行業(4-5%),PCB 行業(2-3%)以及全球電子產品工業(3-4%)和全球國內生產總值(2-3%)。發展最快的先進封裝技術是 Fan-Out (36%),其次是 2.5D/3DTSV (28%)。到 2022 年,扇出預計將超過 3 億美元,到 2021 年預計 2.5D/3DTSV 將超過 1 億美元。FC 技術目前佔比仍然是最大的,2017 年達到 19.6 億美元,佔先進包裝收入的 81%。隨着 Fan-Out 封裝的滲透提升,到 2020 年預計 FC 市場份額將下降至 74%。

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具體看 FOWLP 市場,FOWLP 市場包括兩個部分,一是單芯片扇出封裝(coreFO),應用於原先 Fan-in 無法應用的通訊芯片、電源管理 IC 等大宗應用市場;二是高密度扇出封裝(HDFO),FoWLP 可作爲多芯片、IPD 或無源集成的 SiP 解決方案,應用於 AP 以及存儲芯片。如臺積電的 InFO 技術在 16nmFinFET 上可以實現 RF 與 Wi-Fi、AP 與 BB、GPU 與網絡芯片三種組合。

根據 Yole 數據,預計 2017 年 FOWLP 市場達到 14 億美元,2022 年市場規模將上升到 23 億美元,未來年複合成長率達 20%。

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國內封測三強進入第一梯隊,搶先佈局先進封裝

中國半導體要趕上世界先進水平大約還需要十年時間,但封裝技術門檻相對較低,國內發展基礎相對較好,所以封測業追趕速度比設計和製造更快。中國半導體第一個全面領先全球的企業,最有可能在封測業出現。

成長迅速,大陸封測三巨頭快速追趕。內生增長+外延併購雙向驅動,長電+華天+通富過去十年已經完成了基礎框架搭建,內生穩步快速增長;2014 年以來,相繼華天收購美國 FCI,長電收購星科金朋,通富微電收購 AMD 蘇州和檳城兩座工廠,完成規模體量的快速擴張。

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根據拓墣產業研究院 10 月份的報告顯示,在專業封測代工的部分,2017 年全球前十大專業封測代工廠商營收,前五名依次爲日月光、安靠、長電科技、矽品和力成,後五名依次爲:天水華天、通富微電、京元電、聯測和南茂科技。長電科技、華天科技、通富微電組成大陸封測三強。

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封測產業高端化,技術上完成國產替代。國內封測產業已經具備規模和技術基礎。目前大陸廠商與業內領先廠商的技術差距正在縮小,基本已逐漸掌握最先進的技術,大陸廠商的技術劣勢已經不明顯。業內領導廠商最先進的技術大陸廠商基本已逐漸掌握,比如凸快技術、晶圓級封裝和 3D 堆疊封裝等。在應用方面,FC 封裝技術大陸三大封測廠均已實現批量出貨,WLP 晶圓級封裝也有億元級別的訂單,SiP 系統級封裝的訂單量也在億元級別。

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根據 YoleDevelopment 統計,2016 年全球先進封裝供應商排名中,中國長電科技將以 7.8% 的市佔率超過日月光、安靠(Amkor)、臺積電及三星等,成爲全球第三大封裝供應商。

從短期看,日月光合並硅品,美國安靠收購日本 J-Device,體量龐大,長電目前處於對星科金朋的整合消化期,華天和通富距離第一梯隊還有一段差距,短期難以從規模上超越。從長遠看,國內封測技術已經跟上全球先進步伐,隨着國內上游芯片設計公司的崛起,下游配套晶圓建廠邏輯的兌現,輔以國家政策和產業資本的支持,國內封測企業全面超越臺系廠商,是大概率事件。

4.5、設備:星星之火,等待燎原

半導體集成電路製造過程及其複雜,需要用到的設備包括硅片製造設備、晶圓製造設備、封裝設備和輔助設備等。

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硅片製造設備

以 IC 集成電路用的 300 毫米(12 寸)大硅片爲例,生產工藝流程如下:拉晶—滾磨—線切割—倒角—研磨—腐蝕—熱處理—邊緣拋光—正面拋光—清洗—外延—檢測。晶體生長設備直接決定了後續硅片的生產效率和質量,是硅片生產過程中的重中之重。硅片尺寸越大,純度越高,對生產工藝和設備的要求也就越高。目前國產單晶爐生產的硅片良率在 50% 左右,進口單晶爐能達到 90% 以上,國產設備在技術上還有較大提升空間。

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晶盛機電是目前國內唯一能生產大尺寸單晶爐的廠商。目前在半導體級別 8 英寸單晶爐領域已成功實現進口替代,12 英寸單晶爐也進入小批量產階段。

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晶圓製造設備

在晶圓製造中,總共有七大生產區域,分別是擴散 (ThermalProcess)、光刻 (Photo-lithography)、刻蝕 (Etch)、離子注入 (IonImplant)、薄膜生長 (DielectricDeposition)、拋光 (CMP,即化學機械拋光)、金屬化 (Metalization),共涉及 7 大類設備:擴散爐(氧化),光刻機,刻蝕機,離子注入機,薄膜沉積設備,化學機械拋光機和清洗機。

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根據 SEMI 的數據,以一座投資規模爲 15 億元美金的晶圓廠爲例,晶圓廠 70% 的投資用於購買設備(約 10 億元美金),設備中的 70% 是晶圓的製造設備,封裝設備和測試設備佔比約爲 15% 和 10%。晶圓製造設備中,光刻機,刻蝕機,薄膜沉積設備爲核心設備,分別佔晶圓製造環節設備成本的 30%,25%,25%。

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美日荷三國壟斷,半導體設備行業集中度非常高

全球半導體設備十強裏面,只有美日荷三個國家的企業入圍。2016 年前五大廠商應用材料、ASML、LamResearch、TokyoElectron 和 KLA-Tencor 合計市場份額高達 92%,其中應用材料 AMAT 市場佔有率爲 24%。

荷蘭 ASML 幾乎壟斷了高端領域的光刻機,市場份額高達 80%。ASML 新出的 EUV 光刻機可用於試產 7nm 製程,價格高達 1 億美元。AMAT 在 CVD 設備和 PVD 設備領域都保持領先,LamResearch 是刻蝕機設備領域龍頭。

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國產設備星星之火可以燎原

隨着我國半導體產業持續快速發展,國內半導體設備業呈現出較快發展的勢頭。在國家科技重大專項以及各地方政府、科技創新專項的大力支持下,國產半導體設備銷售快速穩步增長,多種產品實現從無到有的突破,甚至有些已經通過考覈進入批量生產,在國內集成電路大生產線上運行使用。

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中電科:在離子注入機和 CMP (化學機械拋光機)領域能力較強。

離子注入機:2016 年推出的 45-22nm 低能大束流離子注入機在 2017 年也在中芯國際產線進行驗證,驗證通過後,將會批量出貨,進一步提高中芯國際產線離子注入機國產化率。

CMP:2017 年 11 月 21 日,電科裝備自主研發的 200mmCMP 商用機完成內部測試,發往中芯國際天津公司進行上線驗證,這是國產 200mmCMP 設備首次進入集成電路大生產線。

北方華創:在氧化爐、刻蝕機、薄膜沉積設備和清洗設備領域能力較強。

氧化爐:2017 年 11 月 30 日,北方華創下屬子公司北方華創微電子自主研發的 12 英寸立式氧化爐 THEORISO302MoveIn 長江存儲生產線,應用於 3DNANDFlash 製程,擴展了國產立式氧化爐的應用領域。

刻蝕機:2016 年研發出了 14nm 工藝的硅刻蝕機,目前正在中芯國際研發的 14nm 工藝上驗證使用。2017 年 11 月,研發的中國首臺適用於 8 英寸晶圓的金屬刻蝕機成功搬入中芯國際的產線。

薄膜沉積設備:28nm 級別的 PVD 設備和單片退火設備領域實現了批量出貨,14nm 級別的 ALD,ALPVD,LPCVD,HMPVD 等多種生產設備正在產線驗證中。

清洗機:自研的 12 英寸單片清洗機產品主要應用於集成電路芯片製程,2017 年 8 月 7 日成功收購 Akrion 公司後,北方華創微電子的清洗機產品線將得以補充,形成涵蓋應用於集成電路、先進封裝、功率器件、微機電系統和半導體照明等半導體領域的 8-12 英寸批式和單片清洗機產品線。

中微半導體:在介質刻蝕機、硅通孔刻蝕機以及 LED 用 MOCVD 領域能力較強。

介質刻蝕機:目前已經可以做到 22nm 及其以下,14nm 也在產線進行驗證,同時在推進 5nm 的聯合研究。

硅通孔刻蝕機:主要用於集成電路芯片的 TSV 先進封裝。

MOCVD:公司的 MOCVD 達到世界先進水平,實現了對美國的 VEECO 和德國的愛思強產品的進口替代,客戶爲三安光電等 led 芯片廠商。截止 2017 年 10 月,其 MOCVD 設備 PrismoA7 機型出貨量已突破 100 臺。

上海微電子:國內唯一的一家從事光刻機研發製造的公司。

目前製造用光刻機只能做到 90nm,與主流 65nm 以下還有較大差距。不過,封裝使用的光刻機,達到 1-2 微米就可以使用,上海微電子研發製造的 500 系列步進投影光刻機,面向 IC 後道封裝和 MEMS/NEMS 製造領域,國內市場佔有率達 80% 以上。

盛美半導體:在清洗機領域能力較強。

公司的 SAPS 技術最高可以應用於 65nm 製程的硅片清洗;TEBO 技術可以實現對 FinFET,DRAM,3DNAND,實現覆蓋 16nm-19nm 的製程,產品已經批量應用於上海華力微電子的產線。此外,公司 2017 年 5 月在合肥投資 3000 萬美元建立研發中心,與合肥長鑫和兆易創新一起開發 DRAM 技術。

晶盛機電在半導體級 8 英寸單晶爐領域已成功實現進口替代。捷佳偉創、北京京運通、天通吉成的產品主要應用於光伏產業。

此外,長川科技在分選機、檢測機領域能力較強。2016 年公司擁有機臺產能合計 400 臺,產量 448 臺,銷售 426 臺,產能利用率達 112%,產銷率 95.9%,實現產銷兩旺。

4.6、材料:先易後難,衝刺大硅片

集成電路製造過程中,每一個環節都離不開化學材料,按產業鏈工藝環節可以將半導體材料分爲晶圓製造材料和封裝材料。

晶圓製造材料包括硅片、光罩、高純化學試劑、特種氣體、光刻膠、靶材、CMP 拋光液和拋光墊等。

中國芯片產業深度分析報告:一文看懂真實國產芯片現狀

近年隨着出貨片數成長,中國半導體制造材料營收也由 2013 年 230 億美元成長到 2016 年的 242 億美元,年複合成長率約 1.8%。從細項中可看出硅晶圓銷售佔比由 2013 年 35% 降到 2016 年的 30%。根據拓墣產業研究院預計,2017 年中國半導體材料市場,增長幅度將超過 10%。

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封裝材料包括引線框架、封裝基板、陶瓷封裝材料、鍵合絲、包裝材料、芯片粘結材料等,其中封裝基板是佔比最大。由於中國 IC 產業的快速發展,中國本土封裝企業近年來呈現快速增長,帶動中國半導體封裝材料市場規模快速擴大,智研諮詢預計中國市場半導體封裝材料 2017 年的市場規模爲 352.9 億元,相比於 2015 年的 261.3 億元,增長 35.06%。

國內廠商在小尺寸硅片、光刻膠、CMP 材料、濺射靶材等領域已初有成效。比如 8 英寸硅片領域的金瑞泓、國盛電子和有研半導體,光刻膠相關領域的江化微,靶材領域的江豐電子和阿石創,CMP 拋光材料的安集微電子和鼎龍股份。

在 2016 年中國半導體材料十強企業中,江豐電子、有研新材、上海新陽和江化微四家爲上市公司。

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江豐電子:國內高純濺射靶材的行業龍頭,產品包括鋁靶、鈦靶、鉭靶、鎢鈦靶等,主要應用於超大規模集成電路芯片、液晶面板、薄膜太陽能電池製造的物理氣相沉積(PVD)工藝,用於製備電子薄膜材料。

有研新材:主要從事稀土材料、高純材料和光電材料的生產和經營,子公司有研億金是國內少有的能夠生產金屬靶材的企業,逐步佔領了國內集成電路 4-6 英寸線市場的靶材,並正在進入 8 英寸線以上市場。

上海新陽:公司主導產品包括引線腳表面處理電子化學品和晶圓鍍銅、清洗電子化學品,參股子公司上海新昇是內地唯一具備 12 英寸大尺寸硅片製造能力的企業,目前有效產能爲 2 萬片 / 月,已經實現試生產,項目的目標是在 2018 年 6 月達到 15 萬片 / 月的產能。目前,公司已經與中芯國際、武漢新芯、華力微電子三公司簽署了採購意向性協議,銷售前景明確。

江化微:公司主要生產超淨高純試劑、光刻膠及光刻膠配套試劑等專用溼電子化學品。

大尺寸硅片國產化指日可待

除了上海新昇之外,國內還有寧夏銀和、浙江金瑞泓、鄭州合晶、西安高新區項目等企業計劃或已開始建設 12 英寸大硅片的生產計劃,且合計月產能超過百萬片。

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5.1、兆易創新:NorFlash &DRAM; 龍頭

公司是中國唯一的存儲芯片全平臺公司。主要產品爲 NORFlash、NANDFlash 及 MCU,廣泛應用於手持移動終端、消費類電子產品、個人電腦及周邊、網絡、電信設備、醫療設備、辦公設備、汽車電子及工業控制設備等各個領域。

牽手合肥產投,進軍 DRAM 領域。公司 2017 年 10 月與合肥產投簽署了《關於存儲器研發項目之合作協議》,將開展 19nm 製程工藝存儲器 (含 DRAM 等) 的研發項目,預算約爲 180 億元人民幣,目標是在 2018 年底前研發成功。

入股中芯國際,戰略合作形成虛擬 IDM。2017 年 11 月,公司參與認購中芯國際配售股份,公司作爲 fabless 廠與晶圓代工廠中芯國際戰略合作形成虛擬 IDM,在產能上將有望優先獲得中芯國際的支持,從而提高公司產品的佔有率。

收購思立微,形成 MCU+存儲+交互解決方案。2018 年 3 月,公司收購國內市場領先的智能人機交互解決方案供應商思立微,其產品以觸控芯片和指紋芯片等新一代智能移動終端傳感器 SoC 芯片爲主。本次交易將一定程度上補足公司在傳感器、信號處理、算法和人機交互方面的研發技術,提升相關技術領域的產品化能力,在整體上形成完整的 MCU+存儲+交互系統解決方案,爲上市公司進一步快速發展注入動力。

我們認爲公司牽手合肥產投,進軍 DRAM 領域;入股中芯國際,形成虛擬 IDM,提高產能擴充能力;收購思立微,形成 MCU+存儲+交互解決方案,爲上市公司進一步快速發展注入動力。建議關注。

風險提示:半導體行業景氣度下降,DRAM 項目發展不及預期,收購思立微協同效應不及預期。

5.2、紫光國芯:打造 NAND 龍頭

紫光國芯是紫光集團旗下半導體行業上市公司。紫光集團有三個上市平臺,分別爲紫光股份、紫光國芯和 ST 紫學。紫光國芯主要產品包括智能芯片、特種行業集成電路和存儲器芯片。

DRAM 已量產。公司的 DRAM 存儲器芯片已形成了較完整的系列,包括 SDR、DDR、DDR2 和 DDR3,並開發相關的模組產品。目前,公司的 DDR4 內存模組已經開始量產並且能夠長期供貨。雖然目前產品產量很小,市場份額不大,但 DRAM 爲國內稀缺,進口替代潛力空間大。此外,公司開發完成的 NANDFlash 新產品也已開始了市場推廣。

依託長江存儲打造 NAND 龍頭。2016 年 12 月,公司公告稱紫光國芯擁有收購長江存儲股權的權利;2017 年 7 月,公司公告稱長江存儲的存儲器芯片工廠項目投資規模較大,目前尚處於建設初期,短期內無法產生銷售收入,公司認爲收購長江存儲股權的條件尚不夠成熟,終止收購長江存儲。我們認爲,隨着條件成熟,不排除公司重啓收購的可能,屆時有望成爲國內 NAND 龍頭。

我們認爲公司 DRAM 已量產,進口替代潛力空間大;未來有望收購長江存儲,成爲國內 NAND 龍頭。

5.3、聖邦股份:模擬芯片龍頭

公司是國內模擬芯片龍頭,專注於高性能、高品質模擬集成電路研發和銷售。公司的通用模擬 IC 產品性能優良、品質卓越,可廣泛應用於智能手機、PAD、數字電視、DVD、數碼相機、筆記本電腦、可穿戴式設備、各種消費類電子產品以及車載電子、工業控制、醫療設備、測試儀表等衆多領域。

募投加碼電源管理類和信號鏈類模擬芯片。2017 年 6 月 6 日,公司成功登陸深交所創業板,募集資金 4.47 億元,用於電源管理類模擬芯片開發及產業化項目、信號鏈類模擬芯片開發及產業化項目及研發中心建設項目等。

模擬芯片市場高速增長。根據 ICInsights 數據顯示,2017-2022 年整體集成電路市場年複合增長率爲 5.1%。在集成電路市場的四大產品類別 : 模擬、邏輯、存儲和微元件中,模擬芯片市場增速最高達到 6.6%。

公司發展進入快車道。一方面,作爲國家重點培育和發展的戰略性新興產業的支撐和基礎,集成電路產業未來發展空間巨大;另一方面,公司經過多年發展,掌握了先進的模擬芯片設計與開發技術,產品品質達到世界先進水平,同時還擁有豐富的上下游資源。公司有望在未來廣闊的模擬芯片行業市場搶佔制高點。

我們認爲公司募投加碼電源管理類和信號鏈類模擬芯片,將受益於模擬芯片市場高速增長,公司發展進入快車道。

5.4、中芯國際:晶圓代工龍頭

中芯國際是世界領先的集成電路晶圓代工企業之一,也是中國內地規模最大、技術最先進的集成電路晶圓代工企業,提供 0.35 微米到 28 納米不同技術節點的晶圓代工與技術服務。公司之前憑藉高產能利用率推動收入和盈利雙增長,目前已進入戰略轉型期,爲下一階段的成長準備好技術和工廠。

技術:梁孟鬆效應開始顯現,28nm 與 14nm 進展順利。2017Q4 營收中 28nm 佔比已經提升至 11.3%。梁孟鬆上任後調整更新了 FinFET 規劃,3DFinFET 工藝將鎖定高性能運算、低功耗芯片應用,目前正在積極進行中。14nm 則目前於 2019 年上半年投產,相關產品將具備更高性能、成本更低、技術導入更容易,也更容易融入設備中。

工廠:中芯南方爲 14nm 量產做好準備。2018 年 1 月,中芯國際增資中芯南方,持股比例變爲 50.1%,國家大基金和上海集成電路基金分別擁有中芯南方 27.04% 和 22.86% 的股權,分別成爲第二和第三大股東,預計之後 6 月和 12 月會再次進行外部注資 10 億美元。中芯南方產能就是專門爲公司 14nm 準備,目標是產能達至每月 35000 片晶圓。

此外,公司營收來源越來越多樣化。2017 年汽車和工業應用收入比 2016 年收入翻番。未來成長動力包括:28nm、閃存、指紋識別傳感器和電源管理芯片、汽車和工業應用等。

我們認爲公司在 2017 年 28nm 產品明顯放量標誌着其技術及良率瓶頸期突破,28nm 營收貢獻將逐漸增加,未來相當長時間成爲公司營收增長的主要來源。

5.5、長電科技:國內封測龍頭

公司是國內半導體封裝測試行業龍頭企業。通過併購星科金朋,公司躋身全球半導體封裝行業前三,同時形成了各具特色的七大基地。新加坡廠 (SCS) 擁有世界領先的 Fan-outeWLB 和高端 WLCSP;韓國廠 (SCK) 擁有先進的 SiP、高端的 fcBGA、fcPoP;長電先進 (JCAP) 的主力產品有 FO-WLP、WLCSP、fcBump;星科金朋江陰廠 (JSSC) 擁有先進的存儲器封裝;長電科技 C3 廠的主力產品有高引腳 BGA、QFN 產品和 SiP 模組;滁州廠以小信號分立器件、WB 引線框架產品爲主;宿遷廠以腳數較低的 IC 和功率器件爲主。

原長電穩定增長,星科金朋快速回升。剔除收購星科金朋,近幾年公司的營收、利潤增長穩定。在高端領域,長電先進在全球 WLCSP 和 Bumping 的產能和技術上繼續保持領先優勢;在中低端領域,滁州和宿遷廠產品結構的進一步調整和產能利用率的提升。JSCK (長電韓國)得益於 SIP 等先進封裝新產品開發進展順利,訂單迴流效果顯著。星科金朋已完成上海廠向無錫搬遷工作,結束兩地生產運營,將大幅降低相關費用,盈利能力有望快速回升。

公司的封測龍頭地位將更加穩固。一方面,通過收購,長電科技的規模優勢和星科金朋的技術和客戶優勢實現互補,隨着整合進程逐步完成,協同效應逐漸顯現。另一方面,通過定增,大基金成爲第一大股東,中芯國際成爲第二大股東,虛擬 IDM 形式初露端倪,未來中芯國際和長電科技的上下游配套協同發展值得期待。全球半導體行業景氣度高企和全球晶圓廠向國內轉移是公司業績增長的重要驅動力,將使得長電科技的封測龍頭地位更加穩固。

我們認爲公司作爲國內封測龍頭,原長電保持穩定增長,星科金朋整合穩步推進,與中芯國際戰略合作,未來有望率先受益於行業景氣度高企和晶圓廠向大陸轉移,驅動公司快速發展。

5.6、華天科技:國內封測第二

公司集成電路年封裝規模和銷售收入均位列我國同行業上市公司第二位。公司三地佈局,三地定位不同、技術不同、客戶不同,形成從低端、中高端到先進封裝的全覆蓋。天水廠夯實傳統引線框架封裝,進一步發揮規模優勢;西安廠主攻 QFN 和 BGA 等中高端封裝,導入指紋識別、MEMS、CPU 等新產品封裝;崑山廠佈局 TSV、Bumping 及 FOWLP 等先進封裝技術。

掌握多種先進封裝技術。公司通過實施國家科技重大專項 02 專項等科技創新項目以及新產品、新技術、新工藝的不斷研究開發,自主研發出 FC、Bumping、MEMS、MCM (MCP)、WLP、SiP、TSV、Fan-Out 等多項集成電路先進封裝技術和產品,隨着公司進一步加大技術創新力度,公司的技術競爭優勢將不斷提升。

新建產能釋放促進公司發展。公司三大募投項目到 2017 上半年分別完成了 94.76%、98.08% 和 83.91%,非募投項目《FC+WB 集成電路封裝產業化項目》完成了 98.30%,投資順利、進展迅速,體現了公司優秀的項目把控能力。隨着新建產能的釋放,公司未來一段時期將繼續保持強勁增長。

我們認爲公司已研發出多種先進封裝技術,隨着新建產能釋放,公司業績有望保持強勁的增長。

5.7、揚傑科技:分立器件龍頭

公司是國內分立器件 IDM 龍頭,主要產品包括二極管、整流橋、電力電子模塊等半導體功率器件,主要用於汽車電子、LED 照明、太陽能光伏、通訊電源、開關電源、家用電器等多個領域。

內生驅動產品不斷升級。公司 4 寸產線產能擴產一倍,效率不斷提升;6 寸產線已於 2017 年底實現盈虧平衡,2018 年底可做到第一期滿產,有望持續提升盈利能力;戰略佈局 8 寸線,MOSFET 產品進展順利,最終目標實現 IGBT 芯片和 IPM 功率的模組突破。

外延驅動向上游整合。2017 年 12 月,公司收購成都青洋電子,獲得穩定外延片供應,將 IDM 模式再向上游擴展。成都青洋年產 1200 萬片 8 英寸以下單晶硅切片、磨片和化學腐蝕片的生產線,產品質量及性能位於行業領先水平。業績承諾實現淨利潤爲:2018 年不低於 1280 萬元,2019 年不低於 1480 萬元。

下游需求旺盛助力公司發展。隨着光伏及新能源汽車等下游行業發展迅速,功率半導體市場需求旺盛。公司在光伏及新能源汽車領域深耕多年,產線對照行業標準建立,並且建立了好良好的客戶關係,有望快速導入相關產品。此外,公司戰略佈局高端 SiC 芯片及器件,未來有望打開千億級市場空間。

我們認爲公司內生驅動產品不斷升級,外延驅動向上游整合青洋電子,延伸到材料領域,下游需求旺盛將助力公司發展。

5.8、北方華創:設備龍頭

北方華創是由七星電子和北方微電子戰略重組而成,是目前國內集成電路高端工藝裝備的龍頭企業。公司擁有半導體裝備、真空裝備、新能源鋰電裝備及精密元器件四個事業羣,爲半導體、新能源、新材料等領域提供全方位整體解決方案。公司半導體裝備產品包括刻蝕設備、PVD 設備、CVD 設備、氧化 / 擴散設備、清洗設備、新型顯示設備、氣體質量流量控制器等。

半導體裝備各產品齊頭並進。氧化爐:2017 年 11 月 30 日,公司自主研發的 12 英寸立式氧化爐 THEORISO302MoveIn 長江存儲生產線,應用於 3DNANDFlash 製程,擴展了國產立式氧化爐的應用領域。刻蝕機:2016 年研發出了 14nm 工藝的硅刻蝕機,目前正在中芯國際研發的 14nm 工藝上驗證使用。2017 年 11 月,研發的中國首臺適用於 8 英寸晶圓的金屬刻蝕機成功搬入中芯國際的產線。薄膜沉積設備:28nm 級別的 PVD 設備和單片退火設備領域實現了批量出貨,14nm 級別的 ALD,ALPVD,LPCVD,HMPVD 等多種生產設備正在產線驗證中。清洗機:自研的 12 英寸單片清洗機產品主要應用於集成電路芯片製程,2017 年 8 月成功收購 Akrion 公司後,公司的清洗機產品線將得以補充,形成涵蓋應用於集成電路、先進封裝、功率器件、微機電系統和半導體照明等半導體領域的 8-12 英寸批式和單片清洗機產品線。

真空裝備、鋰電裝備、精密元器件穩定發展。真空裝備:隨着新材料行業的發展,對超高溫、超高壓真空設備需求量的增加,目前公司已有多款產品面向新材料行業推出,已大量應用於國內、外一流企業。應用於光伏產業的單晶爐,公司進行了升級換代,裝料量實現了從 50KG 到 300KG 里程碑式的跨越,市場競爭力顯著提升。鋰電裝備:目前,公司已經爲全國 95% 以上的鋰離子電池研究院所、生產企業提供了電池製造裝備,隨着新能源汽車行業快速發展,鋰電裝備業務有望深度收益。精密元器件:近年來,通過自主創新開發的高精密高穩定金屬膜固定電阻器、雙極性片式鉭電容器、石英晶體振盪器、石英 MEMS 陀螺、負載點電源模塊等產品,以優異的性能獲得各界客戶的信賴,不斷實現進口替代。

我們認爲公司作爲半導體設備龍頭,各產品齊頭並進,真空裝備、鋰電裝備、精密元器件穩定發展。

5.9、長川科技:封測設備龍頭

公司是國內半導體封測設備龍頭,目前主要產品有兩類,分別是測試機和分選機。

產品高性價比贏得客戶。公司產品主要面向下游封裝測試企業、晶圓製造企業、芯片設計企業和測試代工廠等。在優異性能和高性價比等優勢的加持下,已獲得國內外客戶的使用和認可。傳統客戶包括長電科技、華天科技、通富微電、士蘭微、華潤微電子等,國際龍頭大廠日月光亦開始導入公司測試和分選設備,將爲公司有效打開國際市場。

三大能力持續加強。1)新產品生產能力:積極拓展探針臺、數字測試機等一系列新產品,深化客戶服務的廣度,打造完整的解決方案體系;2)新技術研發能力:面向未來五大方向開展前沿研究,包括模擬 IC 測試技術、高壓大功率測試技術、數字測試技術、多類別自動測試技術、多維度高速高精定位技術。通過以上技術的研發,公司將在測試技術演進的高速化、一體化、智能化過程中,優先卡位前沿發展方向,不斷拓寬設備的測試範圍;3)積極擴展技術和銷售服務團隊,保證客戶精準覆蓋,快速提升響應能力。

我們認爲國內半導體產業處於加速發展階段,晶圓廠建設大幅提速,封測國產化進程加快,資本開支規模放大,公司的封測設備國產替代空間大。同時,公司未來將滲透更多的測試類相關產品,包括晶圓檢測用探針臺,封裝用倒裝機、預封裝切割機等新設備,發展空間廣闊。

5.10、江豐電子:濺射靶材龍頭

公司是國內濺射靶材龍頭。公司主要產品爲集成電路芯片製造用超高純金屬材料及濺射靶材,填補了國內的技術空白,打破了美、日跨國公司的壟斷。濺射靶材產品包括鋁靶、鈦靶、鉭靶、鎢鈦靶等,主要應用於超大規模集成電路芯片、液晶面板、薄膜太陽能電池製造的物理氣相沉積(PVD)工藝,用於製備電子薄膜材料。

靶材產品質量卓越,獲臺積電認可。公司從 2009 年開始和臺積電建立合作關係,持續向臺積電 6 寸、8 寸和 12 寸晶圓廠供應靶材。公司堅持技術創新和產品升級,持續向臺積電供應優質的半導體濺射靶材,依靠卓越的品質和服務,依託緊密的技術交流,與臺積電建立了相互信任、合作共贏的良好戰略關係,不斷擴大在臺積電的市場份額。公司在臺積電 2017 年第三季度靶材供應商品質評比中位列第一名。

國產化 CMPPad 贏得首張訂單。CMP 研磨墊具有產品驗證週期長、國外寡頭壟斷等特點。2016 年公司與美國嘉柏合作 CMPPad 項目,併成功取得了本土主流芯片生產廠商的認證。2017 年 11 月,公司贏得了第一張國產 CMP 研磨墊的訂單。

我們認爲公司作爲國內濺射靶材龍頭,靶材產品質量卓越獲臺積電認可,國產化 CMPPad 贏得首張訂單,有望推動公司業績增長。建議關注。

風險提示:半導體行業景氣度下降,公司 CMPPad 產品推進不及預期。

5.11、上海新陽:材料龍頭

公司是國內半導體材料龍頭企業。公司主要產品包括引線腳表面處理電子化學品和晶圓鍍銅、清洗電子化學品,可廣泛應用於半導體制造、封裝領域。

持續鞏固半導體材料龍頭地位。公司逐步形成了其在晶圓級封裝領域材料和設備的配套優勢。在傳統封裝領域,公司晶圓劃片刀產品從 2017 年開始逐步放量,已經實現盈利。在半導體制造領域,晶圓化學品持續放量繼續保持高速增長,晶圓化學品已經進入中芯國際、無錫海力士、華力微電子、通富微電、蘇州晶方、長電先進封裝等客戶,其中在芯片銅互連電鍍液產品方面已經成爲中芯國際 28nm 技術節點的 Baseline,無錫海力士 32nm 技術節點的 Baseline;用於晶圓製程的銅製程清洗液和鋁製程清洗液也都分別開始供貨。此外,已經被臺灣積體電路製造公司(TSMC)列入合格供應商名錄,並正在進行產品驗證。在 IC 封裝基板領域,上海新陽的電鍍銅添加劑產品仍處於少量供貨階段。另外,參股子公司新陽硅密(上海)半導體技術有限公司的晶圓溼製程設備已經進入中芯國際等客戶。

大硅片項目值得期待。公司參股子公司上海新昇半導體科技有限公司 300mm 大硅片項目,一期 15 萬片 / 月的產能,預計在 2018 年年中實現達產。總規劃產能爲 60 萬片 / 月,預計在 2021 年實現滿產。公司從 2017 年第二季度已經開始向中芯國際等芯片代工企業提供樣片進行認證,擋片、陪片、測試片等產品已實現銷售。目前,公司已經與中芯國際、武漢新芯、華力微電子三家公司簽署了採購意向性協議,如果大硅片進展順利,將有望成爲公司業績增長的重要驅動力。

我們認爲公司在半導體材料領域龍頭地位顯著,各項產品進展順利;大硅片項目值得期待,將有望成爲公司業績增長的重要驅動力。

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