半导体代工行业深度报告：大洋育鲲鹏，代工出巨头

一、代工环节孕育巨头，先进制程引领发展

（一）亿万晶体管的安家之旅，制造实现蜕变

制造是集成电路产业链的核心环节之一。集成电路产业链包括多个环节，主要可以分 为核心产业链和支撑产业链。核心产业链包括 IC 设计、IC 制造和 IC 封测三个环节，支 撑产业链包括半导体材料、设备、EDA&IP 等。制造商承接全球 IC 设计商订单，为 IC 设 计商制造芯片，随后由 IC 封测商完成封装和测试环节。半导体材料供应商和设备供应商 为 IC 制造商提供生产所需的设备和原材料，是制造环节的基础。

制造过程通过在硅单晶抛光片上制造出数以亿计的晶体管，以实现逻辑运算、数据 存储等功能。制造过程使用薄膜沉积、光刻、掺杂和热处理四种最基本的工艺方法，通过 大量的工艺顺序和工艺变化制造出特定结构。晶体管是芯片的基本构成单元，是一种类似 于阀门的固体半导体器件，可实现开关、放大、稳压和信号调制等多种功能，主要分为双 极性晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET），集成电路芯片采用的是金属氧化物场效应晶 体管结构（MOSFET）。MOSFET 由栅极（Gate）、漏极（Drain）和源极（Source）组成， 通过在栅极上施加不同程度的电压以控制源极和漏极之间电子的流动，从而实现特定的功 能。

晶体管的制造涉及多道工序，技术含量高。晶圆厂通过对硅单晶裸片进行初加工得到 晶圆，之后将光罩上的电路图刻蚀到晶圆上。主要工序包括光刻胶覆盖、紫外曝光、离子 注入、电镀、抛光等工序。

FinFET 是目前主流结构，GAA 有望延续摩尔定律。随着晶体管的尺寸逐渐向细微 化方向发展，在晶体管尺寸变小的同时漏电流的控制也变的愈发困难，当制造工艺推进到 16/14nm 技术节点时，传统的平面型场效应晶体管（Planar FET）结构已经无法继续使用， 由胡正明教授提出的鳍式场效应晶体管（FinFET）结构通过将晶体管立体化较好地解决 了这个问题，此后 FinFET 结构被应用于 16/14nm 及以后工艺节点的制造。直到工艺节点 发展至 3nm，FinFET 结构的晶体管尺寸已经缩小到极限，环绕栅极（GAA）结构应运而 生，GAA 结构可以实现栅极对沟道的四面包裹，从而有效解决了栅极间距尺寸减小后带 来的问题。目前主流的 GAA 结构的鳍片形状为纳米线，三星认为纳米线 GAA 的沟道宽度较小且制造工艺复杂，往往只能用于低功率设计，因此三星正在开发鳍片形状为纳米片 的 GAA 结构（MBCFET），并将率先在 3nm 工艺产品中采用，三星宣称其 GAA 技术相 比 7nm 工艺而言，性能提升 35% 、功耗降低 50% 以及芯片面积缩小 45%。台积电方 面也在对 GAA 相关技术进行研发和试产，但鉴于 FinFET 技术更为成熟且成本更低，台 积电 3nm产品的首发可能还是选择 FinFET 结构。由于三星将在 3nm产品上率先应用 GAA 技术，且采用自主研发的 MBCFET（Multi-Bridge Channel FET）结构，和主流的纳米线 GAA 结构有所区别，3nm 节点可能成为台积电和三星技术路线的分化点。

（二）专注代工实为幕后英雄，承接全球订单成就行业巨头

晶圆制造的商业模式可以分为 IDM 和晶圆代工两种，目前晶圆代工已经成为主流模 式。1）IDM（Integrated Device Manufacture，整合设备制造商）模式：厂商同时完成设计、 制造和封测环节，具备产业链整合优势，可以实现芯片设计和量产平台同步推进，但随着 制造工艺迈上更先进的技术节点，不断攀升的研发和建厂成本给 IDM 厂商带来了巨大的 资金和运营压力。2）晶圆代工（Foundry）模式：设计、制造和封测三个环节可以采取垂 直分工的方式，由无晶圆设计厂商（Fabless）、晶圆代工厂商（Foundry）和封测厂商 （Outsourced Assembly and Test，OSAT）共同完成芯片生产，Foundry 专注于晶圆代工领 域，向全球承接委外订单可以充分利用其生产线，提升产能利用率，从而形成规模经济。 随着先进制程的推进，对于资本密集型、技术密集型的晶圆制造环节，晶圆代工模式的优 势凸显。目前全球晶圆制造环节以代工模式为主，IDM 模式占比较低。2013-2018 年，全 球晶圆制造市场中，純晶圆代工厂商的销售额占比平均达到 86%。

制造环节采取以代工为主的商业模式，承接全球 Fabless 订单和 IDM 厂商的部分订 单，更易孕育大体量企业。选取各环节的龙头公司博通（设计）、台积电（制造）、日月光 （封测）、应用材料（设备）和信越化学（材料）进行比较，发现台积电的营收规模远超 其他环节的龙头公司，2019 年台积电营收规模为 357 亿美元，分别为博通、日月光、应 用材料和信越化学的营收规模的 1.6 倍、2.6 倍、2.4 倍和 2.5 倍。从体量的增速看，2010-2019 年台积电、博通、日月光、应用材料和信越化学的营收规模 CAGR 分别为 10.48%、30.26%、 8.79%、4.84%和 2.05%。

需注意到，台积电规模的增长主要靠自身驱动力实现，包括自身产能的扩大和先进制 程的发展，而对于设计龙头博通和封测龙头日月光而言，兼并收购对其体量的增长均产生 不可小觑的推动力，应用材料和信越化学的营收规模增速有限。

晶圆代工的盈利能力远超封测环节，盈利稳定性高于设计环节。以各环节的龙头公 司博通（设计）、台积电（制造）和日月光（封测）为例： 1）毛利率：2019 年台积电、 博通和日月光的毛利率分别为 46.1%、55.2%和 15.6%。由于封测是集成电路产业链技术 水平相对较低的环节，因此日月光的毛利率最低。2019 年台积电的毛利率较博通低 9.1pct， 但 2010-2019 年台积电毛利率的稳定性高于博通。2）净利率：2012-2019 年，台积电的净 利率稳定在 30%-35%左右。博通与并购相关的无形资产摊销费用较高，导致净利率波动 剧烈，2014 年收购 LSI 后的净利率为 6.2%，2016 年收购博通（Broadcom）后的净利率为 -13.1%，2018 年因无形资产摊销费用下降加上美国税改获得税收优惠，净利率达到历史 新高 58.8%。日月光净利率水平维持在 5%-10%左右。

（三）得先进制程者得天下

先进制程可以大幅提升芯片性能，一旦研发成功将具备技术壁垒和成本优势，历来 是各大晶圆制造厂商竞争的焦点。相比传统制程，先进制程的优势主要体现在以下两点： 1）先进制程对应晶体管的特征尺寸更小，电子在源极和漏极之间流动的距离缩短，可以 在降低芯片功耗的同时提升运行频率。2）先进制程可以在芯片上集成更多的晶体管，提 高晶体管密度，从而缩小芯片尺寸和降低单位制造成本。以苹果芯片为例，在工艺刚导入 时，16nm 工艺的成本为 4.98 美元/10 亿晶体管，使用 7nm 工艺后成本降低到 2.65 美元/10 亿晶体管；待工艺成熟，制造成本进一步下降，16nm 工艺的成本为 3.03 美元/10 亿晶体 管，7nm 工艺的成本只有 1.66 美元/10 亿晶体管。

以全球代工巨头台积电的成功之道为参考，其之所以能稳坐全球晶圆代工头把交椅， 关键在于领创先进制程，并在此基础上灵活调整产能。

1） 先进制程技术构筑高壁垒，规模经济效应凸显。

晶圆制造卡位先进技术节点，其制造工艺的先进程度直接决定芯片的性能水平。1965 年，戈登.摩尔（Gordon Moore）提出的摩尔定律指出：集成电路芯片上可容纳的晶体管 数目，约每 18-24 个月翻一番；微处理器的性能提高一倍，价格下降一半。此后，集成电 路芯片大致按照摩尔定律给出的路线发展，由制造工艺决定产品的性能水平，并以制程节 点衡量晶圆制造的工艺水平。按照 ITRS（国际半导体技术路线图）的定义，制程节点代 数以晶体管的半节距（half-pitch）或栅极长度（gate length）等特征尺寸（CD，critical dimension）表示，先进制程代表当前晶圆制造最先进的若干工艺节点。CPU、GPU、ASIC、 FPGA 等对性能要求较高的高性能计算领域，往往率先采用最先进的制程工艺。以苹果的 A 系列处理器芯片为例，其新产品采用的生产工艺与当前最先进的制程工艺保持同步。

通过率先突破并量产先进制程，构筑高行业壁垒，同时扩充产能实现规模经济效应， 摊薄产品的生产成本，从而充分享受先进技术带来的价值提升。

台积电和联电的竞争历程是最好的说明。2001 年之前，作为台湾第一家半导体公司， 联电相比台积电具备明显的优势。技术上，1993 年-1997 年之间联电的专利数量是台积电 的 2 倍、台湾工研院的 3 倍，联电的高介电系数/金属闸极、低电介值、浸润式微影术与 混合信号等均为行业内公认的先进技术。2001 年，台积电聘请胡正明教授出任首席技术 官，并在之后逐渐完成在鳍式场效应晶体管（FinFET）方面的技术积累，逐渐拉大了与 联电的差距。

2009 年，台积电通过在 28nm 上的技术突破，再次赢得竞争的主动性。借助 28nm 的 技术优势，台积电顺势抢占了原来由三星独占的苹果订单。2010 年，苹果进一步将 iPhone 和 iPad 芯片全部订单交由台积电代工。后来台积电又率先量产了包括 20nm、10nm、7nm、 5nm 先进制程，并且在 7nm/5nm 阶段是全球绝对领导者。台积电持续推进先进工艺，3nm 预计 2021 年进入风险试产阶段，2022H2 实现量产。目前台积电 28nm 及以下先进制程的 营收占比从 2012 年的 12%已提升到 2019 年的 67%，2018 年量产的 7nm 工艺营收占比在 2019 年达到 27%。

将 28nm 及以下制程作为先进制程，2019 年前五大晶圆代工厂商的先进制程产能占比 达到 44%。据 IHS Markit 预测，全球晶圆代工的市场规模将从 2020 年的 585 亿美元，上 升到 2025 年的 861 亿美元，其中先进工艺的占比将从 2020 年的 36%提升到 2025 年的超 过 50%。

先进制程带来优质客户，订单充足保障公司有能力维持高产能利用率。借助先进技 术，台积电 2019 年为全球 499 名客户提供 10,761 种产品的制造服务，即使在市场需求低 迷的环境下，也能获取充裕的订单提高已有产线的产能利用率。台积电的主要客户包括苹 果、华为海思、高通、英伟达、联发科、AMD 等全球顶级优质客户，2019 年台积电前 10 大客户合计营收占比达到 71%。数据显示，台积电的产能利用率基本保持在 80%以上， 毛利率维持在 40%-50%之间，净利率维持在 30%-40%之间。

2）顺应市场需求的周期性变化，灵活调整产能。台积电制定长期的产能规划，顺应 半导体市场需求的周期性变化，灵活调整当年的产能目标，在市场需求旺盛时快速扩充产 能以满足客户需求，在市场需求低迷时缩减产能扩充计划。1995-2000 年，台积电几乎每 年建设一个新晶圆厂；2001 年前后，台积电抓住晶圆厂从 8 英寸向 12 英寸转型的机遇， 不遗余力地投资建设 12 英寸晶圆厂，在竞争中初步占据主动地位。12 英寸工厂投资额极 高，导致很多 IDM 厂商无力投入足够资金，使台积电抓住“行业断层”的良机逐渐登顶 晶圆代工龙头。2004-2005 年间，台积电扩建了 4 个工厂；2015 年前后，台积电大力扩建 12 英寸晶圆厂。通过在产能上的战略规划，台积电在保证抓住市场发展机遇的同时，也 能降低市场低迷对公司经营带来的负面冲击，从而保证高盈利水平。

目前台积电拥有 1 座 6 英寸晶圆厂、6 座 8 英寸晶圆厂和 4 座 12 英寸晶圆厂，2019 年的总产能为 12.3 百万片/年（等效 12 英寸），出货量为 10.1 百万片/年（等效 12 英寸）。从全球晶圆制造市场来看，台积电在全球的晶圆产能占比约为 12.8%，仅次于三星（15.0%）； 从全球晶圆代工市场来看，台积电在全球的晶圆产能占比约为 34%，排名第一。

高盈利水平与高资本开支之间形成良性循环，稳固台积电的市场龙头地位。在技术 领先和高产能利用率的带动下，台积电的高盈利水平为其创造了丰厚的自由现金流，从而为持续高资本投入技术研发奠定坚实的基础，2001 年台积电的资本支出为 20 亿美元，2019 年达到 153.9 亿美元，CAGR 为 12%，远超同行业的联电和中芯国际。在先进晶圆厂的建 厂开支一路走高的背景下，台积电在行业内始终维持遥遥领先的资本开支稳固了其市场份 额，自 2010 年以来台积电的市场份额长期保持在 50%左右，2019 年达到 56%，远超排名 第二的格罗方德。

二、制造需求大，国产替代正当时

（一）从先进制程到产能，大陆需求大

全球集成电路产业链历经三次转移，目前正处于从韩国、台湾向中国大陆转移的阶段。1） 第一次产业转移（1960-1970）：随着家电行业的兴起，半导体器件逐渐从军工设备延伸到家电 领域，日本的索尼、东芝、日立等企业快速发展，带动集成电路产业链从美国转移到日本。2） 第二次产业转移（1970-1980）：PC 电脑的普及极大地提升了对半导体器件的需求，韩国、台 湾依托在存储器制造和晶圆代工方面的优势，逐渐掌握了集成电路领域的主导权。3）第三次 产业转移（1990-2000）：移动通信的出现对半导体器件的性能、功耗和集成度提出了更高的要 求，加上技术更新速度加快，产业链专业化分工的趋势愈发明显。此外，2010 年之后兴起的 物联网、人工智能、云计算等概念进一步拓宽了半导体器件的应用领域，中国依托庞大的消费 市场正在逐步承接全球集成电路产业链的第三次转移。

中国大陆的集成电路市场呈现“大市场+低自给率”特征。2019 年，中国大陆的集成电路 销售规模达到 1084 亿美元，占全球集成电路销售规模的 33%。但大陆消耗的集成电路产品大 多依赖国外进口，2018 年大陆在集成电路领域的进口额为 3121 亿美元，出口额只有 846 亿美 元，贸易逆差达到 2275 亿美元，缺口巨大。

中国大陆晶圆制造市场的需求旺盛，半数以上来自台积电代工。据半导体行业协会统计， 2018 年中国集成电路制造业的销售额达到 1818 亿元，同比增长 26%，2013-2018 年中国集成 电路制造业销售额的 CAGR 达到 25%，中国晶圆制造市场的发展极为迅速。但大陆的晶圆代 工环节同样面临自给率不足的困境，2018 年大陆 56%的晶圆代工销售额被台积电占据，中芯 国际、华虹集团和武汉新芯的合计占比只有 28%。

大陆晶圆制造国产化面临产能不足和先进制程落后两大困境。1）产能不足：随着物联网、 自动驾驶、人工智能等下游新兴应用的兴起，对集成电路产品的需求大幅提升，中国大陆拥有 庞大的集成电路消费市场，对晶圆制造产能的需求日益增长，2019 年中芯国际和华虹半导体 的合计年产能约为 342 万片（等效 12 英寸），只占台积电年产能（1230 万片等效 12 英寸）的 28%，远不能满足目前大陆对晶圆制造产能的需求。2）先进制程落后：作为大陆目前技术最 先进的中芯国际，于 2019Q4 量产 14nm FinFET 工艺，而台积电已经推进到 5nm 工艺，中芯 国际在先进制程上与台积电至少相差两个身位，还处于不断追赶的阶段。同时高性能计算芯片 往往需要率先采用最先进制程工艺，通过性能优势抢占市场，比如华为的麒麟 820、麒麟 985、 麒麟 990/990 5G 等高端处理器芯片均由台积电负责代工。

晶圆制造是资本密集型和技术密集型行业，需要高资本支出和高研发投入，其中超 过 70%的固定资产来源于设备投资。1）资本支出：台积电的资本支出远超 IC 设计环节 的博通和 IC 封测环节的日月光，2019 年台积电的资本支出为 153.9 亿美元，是博通的 36 倍和日月光的 7 倍；2）固定资产净值：晶圆制造需要建设厂房并购置大量的制造设备用 于芯片生产，台积电的固定资产净值远超博通和日月光，2019 年台积电的固定资产净值 为 451.3 亿美元，是博通的 18 倍和日月光的 6 倍；3）研发费用：2012-2019 年，台积电 的研发费用占总营收的比例维持在 8%-9%之间，博通维持在 15%-20%之间，日月光维持 在 4%左右，说明制造环节在研发上的支出需求高于封测，但低于纯设计公司的研发需求。

晶圆制造需要国家政策和资金的大力支持，大基金一期已重点布局支持。大陆在集 成电路领域的销售额主要来自于设计和封测，晶圆制造占比相对较低。2014-2019 年，晶 圆制造环节在大陆集成电路领域的销售额占比平均为 26%，低于 IC 设计环节的 38%和 IC 封测的 36%。截止 2019 年，大基金一期公开投资公司 23 家，未公开投资公司 29 家，涵 盖集成电路产业链各环节，其中晶圆制造环节的投资额占比最大，达到 67%。

大陆晶圆制造领域的龙头企业还有巨大成长空间，国家政策和资金有望继续扶持， 支持龙头企业做大做强。2019 年全球晶圆代工排名前 10 中，大陆的中芯国际、华虹半导 体和上海华力微电子分别排名全球第五、第八和第十，市占率分别为 5.0%、1.5%和 1.1%， 营业收入分别为台积电的 9.0%、2.7%和 2.0%，与国际大厂仍然存在巨大差距。此外，大 陆晶圆代工厂商中技术最先进的中芯国际，目前其量产工艺只推进到 14nm，与台积电的 5nm 技术至少相差两个身位，仍处于不断追赶的过程中。鉴于先进制程的研发需要投入巨 大资金，国家政策和资金有望继续扶持行业龙头做大做强。

（二）支撑产业自给率低，中美贸易摩擦倒逼国产化进程加速

制造过程复杂、技术含量高，需要使用数百种专用设备和材料，历经上千道工艺流 程。制造过程包括扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜淀积、抛光等一系列复杂的工艺流 程，涉及相应的多种生产设备和原材料。

晶圆制造使用的设备和材料被美国把控，国产化需求迫切。仅从晶圆制造来看，台 湾占据了全球半数以上的市场份额，大陆和美国在全球的市占率基本相当，2018 年的市 占率分别为 10%和 9%。但晶圆制造环节使用的核心设备和关键材料受制于美国，国产化 需求迫切，2018 年美国占据了全球半导体设备 41.5%的市场份额，而大陆在半导体设备方 面的国产化率只有 0.4%；半导体材料方面，2018 年大陆的国产化率约为 16%，但大多为 中低端的封装材料，晶圆制造所使用的关键材料仍然被美日欧企业垄断。

美国加大对华为的技术限制，晶圆制造环节短期承压，中长期受益国产化进程加速。2020 年 5 月 15 日，美国商务部宣布计划加大对华为的技术限制，将通过修改出口管理条 例（EAR），要求全世界所有公司，包括美国以外的海外公司，只要使用美国设备和技术 帮助华为生产产品，都必须获得美国政府的许可，且无使用比例要求。美国对华为采取进 一步的技术限制，旨在削弱华为利用美国技术和设备在海外设计和制造半导体的能力，倒 逼包括华为在内的所有国产芯片制造业务向国内转移。由于晶圆制造环节上游的设备和材 料多数依赖美国进口，EDA 设计软件也被美国三大巨头垄断，晶圆制造短期承压，中长 期将助推材料、设备和晶圆制造环节的国产化进程加速，产业链相关公司受益。大基金二 期、科创板等也将有望重点扶持上游的设备和材料端，并持续扶持制造环节。

1、高端设备依赖进口，本土企业有望逐步突破

大陆高端设备自制率低，长期依赖进口。随着半导体制造技术的发展，半导体器件的尺 寸越来越小，结构越来越精细，新产品的更新迭代严重依赖“先进工艺”和高端设备，目前大 陆在半导体高端设备基本依赖进口。2018 年，大陆的半导体设备自制率仅有 15%，仅集成电 路用设备进口金额为 112.5 亿美金，半导体硅片用设备为 8.2 亿美金。

制造各环节所需主要设备均由国外企业把控。制造过程需使用包括硅片清洗设备、CVD、 CMP、光刻、刻蚀等多种设备，按照生产流程可以分为前道设备（晶圆加工设备、晶圆制 造设备）和后道设备（封装和测试设备），前道设备占据整个产业链设备投资的主要份额， 其中刻蚀设备和光刻设备的市场份额最大，分别达到 25.2%和 23.5%。

光刻设备基本被美国、日本和荷兰企业垄断。全球半导体光刻设备主要有荷兰 ASML、 日本尼康、日本佳能三家，其中 ASML 占据 83%的市场规模，是全球唯一能提供 EUV 光刻机 的供应商。目前先进制程已经推进到 5nm 节点，EUV（极紫外）设备成为关键。台积电 在 2020 年 4 月启动 5nm 量产，产能主要供应华为、苹果和高通，三星紧随台积电之后， 宣布 2020Q2 开始量产 5nm 产品。要实现晶体管尺寸的细微化，必须相应提高光刻机的分 辨率，先进光刻机需要选用更短波长以提高分辨率。7nm 工艺的技术实现方式有两种，既 可以选择 DUV（深紫外，193nm 波长）设备+多重图案曝光，也可以选择 EUV（13nm 波 长）设备+单次图案曝光。到 5nm 及以下工艺节点，对光刻机的分辨率提出了更高的要求， 使用多重图案曝光弥补分辨率的方式在技术上的实现难度更大，且良率较低，EUV 设备使用的波长可以达到 13 nm，能够较好地提高光刻机的分辨率，未来 EUV 设备将成为推 进先进制程发展的关键。

刻蚀设备国外垄断。全球主要的供应商包括美国 Lam、美国 AMAT、日本东京电子、中 国大陆北方华创和中微公司等，其中 Lam 位居全球第一，市占率 45%，东京电子和 AMAT 分 别位列全球第二、第三，市占率分别为 28%和 18%。

大陆中微北创在刻蚀设备方面占有一席之地。根据刻蚀对象的不同，刻蚀可分为导体刻 蚀和电介质刻蚀，导体刻蚀适宜于导电材料的塑形，而电介质刻蚀大量用于绝缘材料中。根据 Gartner 的数据，2018 年全球刻蚀设备供应中 55%为导体刻蚀，其余 45%为电介质刻蚀。北方 华创是大陆硅刻蚀设备龙头，中微公司是大陆介质刻蚀设备龙头，2018 年中微公司在全球电 介质刻蚀设备的市场份额约为 1.5%。

本土厂商承担重要职责，有望逐步突破。国内设备厂商在大陆半导体自制化进程中占据 着举足轻重的地位，2020 年 5 月 15 日，在美国升级对华为的打击中，半导体设备就是主要目 标。目前在高端半导体设备的技术水平整体与国外仍存在差距，我们认为国家政策/资金仍将 有望大力支持发展。目前国内主要的半导体设备供应商中已上市的有北方华创（刻蚀设备、沉 积设备、清洗设备等）、中微半导体（刻蚀设备）、长川科技（检测设备）、精测电子（检测设 备）、至纯科技（清洗设备）、盛美半导体（清洗设备）等。

2、材料自给率低，本土企业任重道远

晶圆制造所需的半导体材料自给率低，绝大部分依赖进口。晶圆制造材料包括硅片、光刻胶、靶材、CMP 抛光材料、电子特种气体和光罩等。按市场规模看，硅片市场规模占比最 高，为 33%，电子特种气体占比 14%，位列第二。2019 年，大陆晶圆制造材料的市场规模为 27.6 亿美元，主要由美国和日本提供，大陆的半导体材料自给率低，且大多为中低端材料。

以硅片为例，大陆是第一大市场但自给率极低。全球硅片产业主要被日本信越化学、日 本 SUMCO、德国 Siltronic、台湾环球晶圆、韩国 SK Siltron 厂商垄断，市占率依次为 28%、 24%、14%、16%、10%，大陆厂商硅产业集团（拟科创板上市）市占率约为 2.18%。2018 年， 全球硅片市场规模超过 112 亿美元，中国市场规模达 10 亿美元。

此外，CMP 抛光液、光刻胶、电子特种气体等半导体关键材料也主要由国外企业供应。CMP 抛光液是晶圆制造环节的重要材料，7nm 工艺抛光次数达到 16 次，5nm 工艺达到 19 次。 全球光刻胶市场份额主要被 JSR 和东京应化占据，市占率分别达到 28%和 21%。国内电子特 种气体的主要供应商为美国气体化工和美国普莱克斯，2019 年两者在国内占据的市场份额分 别达到 30%和 20%。

国内企业已在多领域积极布局。硅片方面，国内主要的公司有上海新阳、有研新材、沪 硅产业等；光刻胶方面，国内主要的公司有北京科华（南大光电子公司）、上海新阳等；CMP 抛光材料方面，国内主要的公司有鼎龙股份、安集科技等；靶材方面，国内主要的公司有江丰 电子、有研亿金等；特种电子气体方面，国内主要的公司有南大光电、华特气体等。

3、IP&EDA 国产化率低且替代难度大，国内企业已有布局

全球半导体 IP 市场规模快速增长，2019 年国内厂商芯原在全球 IP 企业中排名第七。随 着半导体产业专业化分工程度加大，设计环节逐渐朝着轻设计的方向发展，推动半导体 IP 市 场快速发展。据 IBS 估计，全球半导体 IP 市场规模将从 2018 年的 46 亿美元增长到 2027 年的 101 亿美元，CAGR 为 9%。其中 ARM、Synopsys（新思科技）和 Cadence（铿腾电子）占据 全球 IP 市场的主要份额，2019 年三者在全球 IP 市场的合计占比超过 60%，国内厂商芯原的 市场份额约 1.8%，排名全球第七。

EDA（电子设计自动化）软件被美国三大巨头垄断，国产化率低，国内厂商积极布局。美国对华为采取进一步的技术限制，除了影响制造环节对美国设备的使用外，还特别提到了对 美国软件的使用，其中软件主要指 EDA 软件。EDA 可以实现 IC 设计自动化，加速产品的开 发和应用，被广泛应用于电子、通信和航空航天等领域，目前全球 EDA 软件的供应被美国 Synopsys、美国 Cadence 和美国 MentorGraphic（已被西门子收购）三家公司垄断，三者在全 球的合计市占率超过 60%。国内的 EDA 厂商主要有华大九天、芯愿景、芯禾科技等，其中芯 愿景为国内首个拟上市的 EDA 企业。但国产 EDA 软件性能与国外还存在一定差距，对先进 工艺的支持力度还有待提升。国内超过 90%的 EDA 市场份额被 Cadence、Synopsys 和 Mentor 占据。

三、国内两大代工龙头专注发展，有望贡献主要力量

（一）中芯国际：引领国产进程，大陆制造绝对龙头

中芯国际成立于 2000 年，目前已是大陆技术最先进、规模最大、配套服务最完善、 跨国经营的专业晶圆代工厂商。历经 20 年的发展，中芯国际现拥有 4 座 300mm 晶圆厂 （北京 2 座、上海 2 座）、3 座 200mm 晶圆厂（上海、天津和深圳各 1 座）、1 座 300mm 凸块加工厂（江苏江阴），主要为客户提供 0.35μm-14nm 多个技术节点、不同工艺平台 的晶圆代工服务，在全球设有服务基地。此外，中芯国际的晶圆产能稳步上升，2020Q1 实现产能等效 8 英寸 47.6 万片/月，晶圆出货量达到 140.67 万片，产能利用率达到 98.5%。

中芯国际高度重视供应链的安全，努力构建产业生态。除晶圆代工业务以外，中芯 国际也为客户提供设计服务与 IP 支持、光掩膜制造、凸块加工和测试等一站式的配套服 务，同时积极提升在产业链的整合与布局能力，加强与产业链各环节公司的紧密合作，共 同为客户提供全方位、一体化的集成电路解决方案。

中芯国际营收自 2019Q1 开始逐步增长，毛利率在 2018Q4 达到底部后开始稳步回升， 盈利能力持续改善。2019Q4 实现营收 8.39 亿美元，同比增长 6.4%，实现净利润 0.89 亿 美元，同比增长 230%，毛利率达到 23.8%，环比增加 2.96pct；2020Q1 实现营收 9.05 亿 美元，同比增长 35.3%，实现净利润 0.64 亿美元，同比增长 433%，毛利率达到 25.8%， 环比增加 2.05pct；2020Q2 业绩指引显示，营业收入环比增长 3%-5%，毛利率上升至 26%-28%，盈利能力持续向好。

0.35μm-45nm 制程工艺成熟，客户需求强劲，是中芯国际营收的主要来源。0.35μ m-45nm 工艺节点在 2019Q4 的营收占比达到 94%，2020Q1 为 92.2%。从中芯国际 2020Q1的营收占比来看，其中 55/65nm 占比 32.6%，40/45nm 占比 14.9%，两者主要应用于逻辑 芯片的制造。

14nm 产能逐渐放量，有望持续为中芯国际贡献营收。中芯南方 SN1 厂（中芯国际控 股）在 2019 年实现第一代 14nm FinFET 的量产，2019Q4 产能达到 3 千片/月，营收贡献 占比约 1%；2020Q1 产能达到 4 千片/月，营收贡献占比上升至 1.3%。第二代 14nm FinFET 技术平台也已经处于客户导入阶段。目前中芯国际是大陆第一家在逻辑芯片领域实现 14nm FinFET 量产的晶圆代工厂商，代表了大陆在晶圆制造环节自主研发技术的最先进 水平。14nm 制程主要应用于中高端 AP/SOC、GPU、FPGA、矿机 ASIC 和汽车半导体等 逻辑芯片领域，目前全球具备 14nm 制程量产能力的代工厂商包括台积电、三星、格罗方 德、联电和中芯国际。由于先进制程具备技术和成本优势，随着制程节点不断向先进工艺 迈进，目前市场应用28nm及以上工艺的逻辑芯片产品将逐渐向14nm工艺过渡，未来14nm 有望成为中芯国际营收增长的主要驱动力。

中芯国际与台积电对比，先进制程追赶尚需时日，盈利水平还有上行空间。若将 28nm 及以下制程作为先进制程，中芯国际先进制程的营收占比远低于台积电，2020Q1 台积电 先进制程的占比达到 70%，中芯国际仅有 8%。从先进节点的推进时间来看，台积电于 2011 年开始量产 28nm 工艺，中芯国际于 2015 年开始量产，相差 4 年；台积电于 2014 年开始 量产 16/20nm 工艺，中芯国际于 2019 年开始量产 14nm 工艺，相差 5 年。目前台积电已 经实现 5nm 量产，中芯国际 2019Q4 刚实现 14nm 量产，在先进工艺上至少相差两个身位。 由于先进工艺的落后，中芯国际的盈利水平远低于台积电，2020Q1 台积电的毛利率和净 利率分别为 51.8%和 37.7%，中芯国际对应为 25.81%和 7.07%，台积电的毛利率是中芯国 际的 2 倍以上，净利率是中芯国际的 3 倍以上，中芯国际的盈利水平还有较大上行空间。

中芯国际保持高研发投入比例，持续推进先进制程研发。2017-2019 年，在全球晶圆 代工厂商中，中芯国际的研发投入总金额仅次于台积电，研发支出占总营业收入的比例保 持第一，2019 年达到 22%，是台积电的 2 倍以上。

2020 年 5 月 5 日，中芯国际发布公告称，将于科创板发行 16.86 亿股人民币股份，发 行数目不超过 2019 年 12 月 31 日已发行股份总数及本次即将发行的人民币股份数目之和 的 25%。扣除发行费用后，本次募集资金约 40%将用于投资“12 英寸芯片 SN1 项目”（中 芯南方 SN1 厂的 14nm 及以下先进制程），约 20%用于先进及成熟工艺研发项目的储备资 金，约 40%用于补充流动资金。

我们认为中芯国际在科创板上市后，不仅可以扩宽融资渠道，还能充分享受国内政策红利和产业链支持。

1）科创板上市将扩宽融资渠道，加大资本投入推进先进制程研发。先进制程的研发 和产能扩充成本高昂，需要投入巨大的资金成本。据 Gartner 统计，28nm 体硅器件的 IC 设计成本为 3000 万美元，16nm/14nm 芯片的平均 IC 设计成本上升到约 8000 万美元，7nm 芯片大概需要 2.71 亿美元。此外，随着制程越先进，设备投资额也将迅速攀升，按 5 万 片晶圆产能的设备投资计算，16/14nm 为 63 亿美元，7nm 为 114 亿美元，到 3nm 已经攀 升到 215 亿美元，是 16/14nm 的 3 倍以上，中芯国际此次“12 英寸芯片 SN1 项目”总投 资额的 80.92%将用于设备投资。在先进制程上，目前中芯国际和三星、台积电仍然存在 巨大差距，需要继续加大资本投入，2019 年中芯国际资本支出达到 20 亿美元，2020 年预 计投入 43 亿美元。通过在科创板上市融资，中芯国际将获得大陆资本市场的资金支持， 加快推进先进制程工艺的研发。

2）中芯国际的营收主要来自中国大陆和香港，回归 A 股有利于享受国内政策红利和 产业链支持。从需求来看，中国大陆是全球集成电路产业最大的消费市场，2019 年中国 大陆的集成电路销售规模达到 1084 亿美元，占全球集成电路总销售额的 33%，中芯国际 2019Q4 营业收入的 65.1%来源于中国大陆和香港，这一比例在 2020Q1 为 61.6%，显著受 益中国大陆庞大的集成电路消费市场。从供给来看，大陆拥有大量的设计公司，2019 年 设计公司总数约为 1780 家，且主要为无晶圆设计公司，据 IHS Markit 估计，2019 年中国 集成电路设计市场的价值约 400 亿美元，2019-2023 年的 CAGR 可达 21.4%，大陆集成电 路设计市场对晶圆代工的需求强劲。中芯国际回归 A 股后，一方面大陆拥有更为完整的 芯片产业链，能够更好地发挥与产业链上下游公司的协同效应；另一方面，大陆集成电路 产业自给率低，国家政策重点扶持该领域的龙头企业做大做强，中芯国际回归 A 股能够 更充分享受国家政策红利。

美国技术限制倒逼制造环节加速国产化，大陆龙头中芯国际趁势崛起。从中芯国际、华 虹半导体和台积电三家公司的历史 PB 数据来看，台积电的历史 PB 维持在 4-6 倍左右，中芯 国际 2-3 倍，华虹半导体 1-2 倍，相比之下中芯国际和华虹半导体仍然具备较大的估值提升空 间。在美国加大对华为技术限制的背景下，国内设计厂商在利用美国技术和设备在海外设计和 制造半导体受到制约，晶圆制造的国产化需求愈发迫切，华为于 2019 年 5 月宣布将采用中芯 国际的 14nm 工艺代工麒麟 710A 芯片。大陆晶圆代工龙头中芯国际借助科创板融资平台，未 来渐次解决产能和先进制程的难题后，在大陆集成电路庞大内需的支持下，有望成长为晶圆代 工领域的国际巨头，改变目前晶圆代工市场一超多强的格局。

（二）华虹半导体：立足大陆集成电路市场，专注差异化工艺定制 服务

华虹半导体成立于 2005 年，2014 年在香港联交所上市，目前是大陆第二大、全球第 八大晶圆代工厂商。华虹半导体是中国大陆除中芯国际外最大的晶圆代工厂商，2019 年 在全球晶圆代工领域的市占率达 1.5%，位列全球第八。华虹半导体可以提供 1.0μm-90nm 节点的晶圆代工服务，目前在上海建有 3 座 8 英寸晶圆厂（Fab1、Fab2 和 Fab3），月产能 约 18 万片；在无锡建有一座 12 英寸的晶圆厂（Fab7），计划月产能约 4 万片。通过差异 化的产品定制服务，华虹半导体的营收规模保持增长，2019 年营收达到 10.13 亿美元，同 比增长 3.7%，净利润为 1.61 亿美元。

通过专注特色工艺，华虹半导体盈利能力较强。华虹半导体于 2019Q4 在 12 英寸晶 圆厂实现 65nm 逻辑芯片的生产，目前 65nm 为华虹最先进的逻辑芯片制造工艺。0.35μm 及以上制程是华虹主要的营收来源，2020Q1 的营收占比达到 49.6%。通过专注特色工艺， 搭建差异化的产品定制服务平台，华虹半导体实现了较高的盈利水平。2014Q2-2019Q4， 华虹半导体的毛利率保持在 30%以上，净利率保持在 10%-20%之间。

12 英寸生产线建成投产，产能供给能力大幅提升。2019Q4，华虹半导体在无锡的 12 英寸（300mm）晶圆厂建成投产，计划产能 4 万片/月，目前已经实现 1 万片/月。12 英寸 生产线的建成为华虹带来了更多的晶圆产能，能够满足客户日益增长的代工需求，2020Q1 的月产能超过 20 万片。由于 12 英寸生产线正出于产能爬坡阶段，华虹整体的产能利用率 有所下滑，未来随着 12 英寸生产线逐步扩产，产能和产能利用率都将显著上升。

华虹立足大陆集成电路市场，超过 50%的营收来自中国。2019 年华虹在中国地区的 营收占比达到 58.5%，2020Q1 上升到 61.4%。华虹虽然不具备先进制程工艺，但国内物 联网、边缘计算等领域发展迅速，对低功耗、低漏电率的特色工艺芯片需求旺盛，华虹有 望在传统制程和特色工艺方面承接大陆集成电路的庞大需求。

四、投资建议（详见报告原文）

作为半导体产业链的核心环节之一，国内代工产业的发展与壮大势必将大力推动大陆半导 体全产业链的国产化进程，带来行业发展机遇。

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（报告观点属于原作者，仅供参考。报告来源：民生证券）

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（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）