2020中国半导体突围之战：行业竞争环境深度研究与指引（下）

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中长期来看，如果中美“脱钩”发生，中国可能会成功发展出一个有竞争力的国内半导体行业，能够满足国内绝大部分需求。

在上半部分，我们和大家分享了2020年半导体行业的市场预测、半导体行业的国产化形势、以用如何突破美国的科技围剿。

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下半部分，我们将重点按半导体行业细分领域对竞争环境进行分析，为中国半导体行业提供借鉴。

首先，我们分析一下半导体设备的竞争环境。

半导体制造工艺流程

如今建设一条12英寸芯片生产线的投资已经很高，少则30-50亿美元，其中仅半导体设备的投资占70%以上。

根据2017年美国加州UC Berkeley大学的理论数据，一条月产12英寸硅片， 5万片的生产线，估计各类设备的总计台(套)要超过500个。

技术革新带来硅片制造设备资本支出大幅提升

按照摩尔定律，每隔18-24个月集成电路 的技术都要进步一代，那么相应的上游设 备商也必须每隔18-24个月推出更先进的制造设备。

50多年来，光刻机的分辨率从10微米发展到目前的10纳米，整整提升了1000倍。

新建产线投资中半导体设备占比高达80%

新晶圆制造厂从建立到生产的周期大概为2年；一般在第20个月的时候开始进行设备搬入安装、测试、试生产； 一条新建产线最大的资本支出来自于半导体设备，资本支出占比高达80%，厂房建设占比仅20%。

晶圆制造设备种，光刻机占比最高30%，其次是刻蚀设备20%，PVD 15%，CVD 10%，量测设备10%，离子注入设备5%等。

全球半导体设备市场集中度高

产品市场集中度高，美日技术领先。以美国应用材料、荷兰阿斯麦、美国拉姆研究、日本东京电子、 美国科磊等为代表的Top10国际知名企业占据了全球集成电路装备市场的主要份额。

光刻机市场阿斯麦、尼康、佳能三分天下

从全球角度来看，高精度的光刻机长期由ASML、尼康和佳能三家把持，从2011-2017历年全球光刻机出货比例可以看出，ASML，尼康，佳能三家公司几乎占据了99%的市场份额，其中ASML光刻机市场份额常年在60%以上，市场地位极其稳固。

半导体刻蚀市场的领先企业主要包括拉姆研究、东京电子、应用材料、日立。细分市场表现出一家独大的态势，Top3设备供应厂商的市占率超过90%。

而在镀膜设备全球市场竞争格局—AMAT一家独大。

前端检测设备科磊半导体超50%，后道测试设备三分天下

清洗机市场规模及市场竞争格局

2017年全球半导体晶圆清洗设备市场规模接近30亿美元。预计2015-2024年复合年增长率将达到 6.8%。

国内集成电路装备已进行了系统部署

国产刻蚀机设备与国际先进技术水平的差距缩短至2-3年

以02专项实施最早的硅刻蚀机为例，于2003年启动时，与国外相差20多年的差距；经过这些年的发展和国家专项的大力支持，北方华创每一代的设备推出后，差距都在缩小。2016年14nm的刻蚀机进入生产线时，技术差距基本缩小到2-3年。

全球半导体行业周期向下，中国IC设备板块双正β逻辑

2018-2019年全球半导体设备销售额增速放缓，2018和2019同比增速为9.0%和 2.7%，全球半导体设备巨头东京电子在SEMI预测数据的基础上，给出了2019-2021全球半导体设备市场将维持在600亿美元左右的预测。

2018-2020年全球IC设备投资规模年均复合增长率仅4%，而中国的IC设备投资规模年均复合增长 率却高达42%，充分映证了尽管了全球半导体设备支出趋于滞缓，但是中国的半导体设备依旧处于高速增长态势。

半导体芯片行业的三种运作模式：IDM、Fabless和Foundry

先进技术节点工艺制程掌握在少数几个公司手中

纯代工市场规模上看700亿美元

据IHS Markit统计，2017年全球纯晶圆代工市场营收为530亿美元，同比增长7.1%。预计到2021年，纯晶圆代工市场营收将达到754亿美元，2016年到2021年的年复合增长率为9.1%，超过同期全球半导体市场的2.8%。

成熟制程为主，先进制程不断提高

2017 年28/22纳米及以下先进制程市场占比仅38%，预计到2021年可以达 到56%。

中国台湾贡献了全球最大的代工产能

中国台湾贡献了全球最大的代工产能，仅台积电一家在2018年上半年就占据了全球晶圆代工市场的 56.1%，联华电子市占率为8.9%，两者加起来总共占据了65%的市场规模。

中芯国际是中国大陆最大的晶圆代工厂，占据了中国大陆超过晶圆代工市场的58%。华虹半导体是全球领先的200mm纯晶圆代工厂，主要面向1微米到90纳米的可定制服务，根据IHS的数据，按2016年销售收入总额计算，华虹半导体是全球第二大200mm纯晶圆代工厂。

中国前端晶圆厂产能，到2020 年占全球份额将增加到20％。受跨国公司和国内公司存储和代工项目的推动，中国将在2020年的晶圆厂投资将以超过200亿美元的支出，超越世界其他地区，占据首位。2014年中国成立大基金以来，促进了中国集成电路供应链的迅速增长，目前已成为全球半导体进口最大的国家市场。目前中国正在进行或计划开展25个新的晶圆厂建设项目，代工厂、 DRAM和3D NAND是中国晶圆厂投资和新产能的首要部 分。

中国晶圆制造产业：出现“两头在外”现象

2017年：晶圆代工的规模440亿元，其中本土代工规模370亿元（比2013年增加49%），外资晶圆代工规模70 亿元。占比国内代工产能53%，提高15个pct。2017年本土设计公司产品对晶圆产值需求671亿元，实际本土晶 圆代工营收190亿元，满足率28.3%，比2013年下降了20%。2017年国内10大设计公司中，除了智芯微电子和士兰微用国内代工，其他8家都在使用海外代工。

出现的矛盾：“两头在外”现象更加显著。2017年本土晶圆代工缺口约481亿元，比2013年增加了130%。

国内晶圆代工厂与国内集成电路需求之间的匹配度

目前国内晶圆代工厂的特色工艺同国外晶圆代工厂差别不大，基本能满足国内设计公司要求，同时也承接了大规模海外设计公司的需求。

国内晶圆代工厂难以满足国内设计公司对主流工艺（16nm及以下）和高性能模拟工艺的需求， 2017年国内设计公司到外资晶圆代工厂代工规模达481亿元。

2010-2025全球晶圆代工厂规模和中国晶圆代工需求

2017年中国IC设计公司对晶圆制造需求671亿元，占全球代工规模3865亿元的17.4%，预测到 2025年增长到30.5%。

根据IBS显示，2017年中国IC设计公司对晶圆制造需求约671亿元，占全球晶圆代工规模3865亿元 的17.4%，到2025年时需求上升至30.5%。

2017-2025年全球晶圆代工市场规模年均复合增长率为5%，中国晶圆代工需求年均复合增长率为12%。

芯片设计一般包括五个步骤

芯片设计位于半导体产业的最上游，是半导体产业最核心的基础，拥有极高的技术壁垒，需要大量的人力、 物力投入，需要较长时间的技术积累和经验沉淀。

半导体产业链垂直分工模式日趋成熟，产业链更加细化

上世纪60年代，早期企业都是IDM运营模式（垂直整合），这种模式涵盖设计、制造、封测等整个 芯片生产流程，这类企业一般具有规模庞大、技术全面、积累深厚的特点，如Intel、三星等。

随着技术升级的成本越来越高以及对IC产业生产效率的要求提升，促使整个产业逐渐向设计、制 造、封装、测试分离的垂直分工模式发展。

半导体产业模式的发展轨迹

半导体产业模式-垂直整合IDM

半导体产业模式-垂直分工Fabless

Fabless 商业模式的优势：资产较轻，初始投资规模小，创业难度相对较小，运营风险较低 ；企业运行费用较低，转型相对灵活，市场灵活性高 ；专注于设计，分工程度高，更有助于产品更迭，产品研发周期更短；轻资产使Fabless的投资盈利回报率要胜过IDM。

代工厂的出现促进了半导体设计公司的发展

全球设计公司2010年销售收入为635亿美元，2017年增长至1000亿美元，年均复合增长率高达6.7%。

中国功率器件前10大企业收入之和不及一家单设计公司

我国半导体行业的市场结构出现了明显的变化，其中， 设计和制造业的收入占比明显上升。设计业从2009年的24.3%上升到了2017年的38.3%。制造业从2011年的22.3%上升到了2017年的26.8%。封装测试收入从2011年的巅峰50.5%下降到了目前的34.9%。

中国半导体设计企业的成功率与出生率

随着制程节点的缩小和工艺精度的提高，集成电路设计产品的设计成本迅速增加，10nm的设计 成本约为28nm的4.5倍，并且对产品销售规模的要求也同步提升（销售规模需要超过设计成本的10倍），同时开发风险也随之增加。

以28nm长寿命周期的技术节点来评测，逻辑集成电路设计企业的规模至少要在6.3亿美金（43.2 亿人民币以上），相当于2017年中国设计企业的第六大。

格局分明国产未来可期

技术同步且已实现批量供货材料：靶材、封装基板、CMP 抛光材料、湿电子化学品，引线框等部分封装材料 。部分小批量供货材料：电子气体、硅片、化合物半导体、掩模版。技术落后且未能实现供货：光刻胶。

硅片是半导体日圆制造最主要的原材料

2017年，全球晶圆制造材料市场规模259.8亿美元。其中硅片市场规模75.8亿美元。占比29.17%，往后分别是 电子气体，掩膜，其他材料，光刻胶配套试剂，CMP材料，光刻胶，工艺化学品，靶材，SOI。

硅片制造工艺流程及要点

硅片生产过程非常复杂，总体可分为两个阶段：即拉单晶硅锭（步骤一至步骤三）和切片及抛光硅晶片（步骤四）。

其中较为关键的步骤有多晶硅锭的制造、拉晶以及硅晶片的切片抛光，这些生产步骤将会对最终产成硅片的质量、性能、尺寸等方面产生重大影响。

晶圆尺寸越大，可利用效率越高

12英寸晶圆拥有较大的晶方使用面积，得以达到效率最佳化， 12英寸晶圆相对于8英寸晶圆的可使用面积超过 两倍以上；每片晶圆可使用率是前期晶圆的2.5倍。由于18英寸晶圆的前景褪色，2016年至2021年期间，预计将有25家12英寸晶圆厂重出江湖，而晶圆厂越来越 多地投入使用12英寸和8英寸直径的硅基板。2016年全球范围内有98家12英寸晶圆厂，预计将在2017年后每 年有一定数量增加，到2021年可达到123家。截至2016年底，12英寸晶圆占全球晶圆厂产能的63.6%，预计 到2021年底将达到71.2%，其年均复合增长率为8.1%。

我国大尺寸硅片国产化低亟待突破

我国能够实现150mm及下硅片自给，但200mm以上大尺寸硅片国产化率仍然较低。中国电子材料行业协会预 计我国200mm硅片在2018年需求在81万片/月左右，而目前我国对应产能23.3万片/月（仅部分在华外资厂商能够量 产），缺口超过50万片/月。

目前我国300mm硅片进口依赖严重，市占率不足3%。而正在规划中的300mm硅片产能约120万片/月，目前国内对应需求量45万片，预估到2020年月需求量为80至100万片。除去外资硅片厂产能，国内月需求量在40万至50万，届时300mm硅片国产化率有望得到提升。

移动互联网和物联网是5G发展的主要趋动力

麦肯锡：移动互联网和物联网在面向2025年最具商业影响力的技术中排名第一和第三。

ITU：综合爱立信、Cisco、GSMA等多家公司结 果，预测2020年全球将有250亿联网设备。

5G生态系统全景图

5G射频前端

5G为射频前端带来新机会

移动手机射频前端市场和 WiFi连接部门预计将在2023年达到352亿美元， CAGR为14%。

滤波器增长主要来自高质量的体声波滤光片，这是5G NR所定义的超高频范 围所需的。

低噪声放大器增长来自于分集模块的实施和手机功 率放大器模块的集成。

交换机和天线调谐器增长来自于采用4x4 MIMO技术的普及。

5G标准下现有的移动通信、物联网通信标准将进行统一，射频前端芯片产品的应用领域会 被进一步放大。5G下单个智能手机的射频前端芯片价值亦将继续上升。从2010年至2016年全球射频前端市场规模以每年约 12%的速度增长，2016年达114.88亿美元，未来将以 12%以上的增长率持续高速增长， 2020年接近190亿美元。

全球射频前端市场集中度较高，前四大厂商 Skyworks、Qorvo、Avago、Murata占据着全 球85%的市场，且均是日美发达国家企业，而这 也意味着国产射频企业的成长空间巨大。

基带芯片的定义和巨头

基带芯片竞争格局

基带芯片市场规模和格局

从2014年到2017年，全球基带芯片营收没有很 大波动，分别是223亿，213亿，223亿，212 亿（单位：美元），这主要得益于全球智能手机 市场需求量大而且稳定。

高通在全球基带芯片市场占据领先地位，近几年营收占到50%以上；联发科一直稳居第二，在 17年被三星超越。基带芯片市场始终是巨头垄断，小公司很难介入。

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编辑：沃巴查芒