半导体产业链深度研究报告:厉兵秣马,迈入“芯”征程

核心观点

厉兵秣马,大陆半导体转化效率进入加速期。科技企业的本质在于创新, 过去五年来我们着重研究科技企业依靠科技红利实现扩张成长。对于有效 研发投入及有效研发产值的研究,能有效前瞻性判断企业成长方向、速度、 空间。

中国大陆半导体板块迎来十年黄金转化期,高转化效率是支撑大陆半导体 公司高估值的基础。大陆半导体产业迎来十年黄金攀爬期,一批龙头公司 迈入成长新阶段。为什么我们一直以来最看好半导体板块——在创新周 期、国产替代、行业人才回流大背景下,半导体板块具备从产品迭代、品 类扩张到客户突破的三重叠加驱动,因此具备相当大的营收、盈利能力弹 性。

通过对全球半导体龙头公司进行分析,伴随着疫情企稳、下游需求环比改 善,龙头业绩普遍并给出未来行业景气的乐观指引,美股半导体指数也在 不断创新高。电子最核心逻辑在于创新周期带来的量价齐升,本轮创新, 射频、光学、存储等件在 5G+AIoT 时代的增量有望与下游需求回补共振, 2021 年有望迎行业拐点。晶圆厂、封测厂在 2020Q4 行业产能利用率上 行,订单交期拉长,逐渐呈现半导体行业产能资源紧张局面。

存货占比大幅下降,去库存效果显著,存货拐点显现。相当值得关注的一 个指标是,IC 设计板块存货占比指标在 20Q3 大幅下降,反映此前重复下 单(over-booking)的存货在三季度得到显著去化,同时我们跟踪韦尔股 份、兆易创新、澜起科技等龙头公司来看也确实存在这一趋势。Q4 起存 货拐点显现,景气趋势有望上行。

国产替代历史性机遇开启,2019-2020 年正式从主题概念到业绩兑现。 2021 年有望继续加速。逆势方显优质公司本色,为什么在 19-20 年行业 下行周期中 A 股半导体公司迭超预期,优质标的国产替代、结构改善逐步 兑现至报表是核心原因。进入 2021 年,我们预计在国产化加速叠加行业 周期景气上行之下,A 股半导体龙头公司们有望继续延续高增长表现!

代工整体高景气,8 寸率先开启供需紧张。本轮代工行业景气两大驱动因 素:1)5G:先进制程 5/7nm 供不应求,高端移动终端及数据中心建设需 求;2)CIS、PMIC、FPC、蓝牙、Nor 等应用需求快速增长,8 寸片供不 应求。驱动力为什么具有可持续性?1)5G 终端渗透率不超过 20%,2~3 年内快速渗透到 60%以上;龙头资本开支大幕刚启动;创新趋势。2)8 寸缺乏供给,结构性创新需求溢出,稼动率不会降。此外我们也建议重点 关注封测、设备、材料等领域的重点投资机会。

一、厉兵秣马,迈入“芯”征程

1.1 厉兵秣马,大陆半导体转化效率进入加速期

科技企业的本质在于创新,过去五年来我们着重研究科技企业依靠科技红利实现扩张成 长。对于有效研发投入及有效研发产值的研究,能有效前瞻性判断企业成长方向、速度、 空间。

中国大陆半导体板块迎来十年黄金转化期,高转化效率是支撑大陆半导体公司高估值的 基础。过去两年电子行业优质公司两大特点 1)新产品不断推出,市场边界扩张,科技 转换效率提升;2)市场份额不断提升。核心龙头从财报体现明显,如韦尔股份、立讯精 密等公司,一旦全球疫情恢复,这类优质龙头公司具备更强的弹性,19-24 年五年创新 周期,电子行业优质龙头长期具备高成长性!

大陆半导体产业迎来十年黄金攀爬期,一批龙头公司迈入成长新阶段。为什么我们一直 以来最看好半导体板块——在创新周期、国产替代、行业人才回流大背景下,半导体板 块具备从产品迭代、品类扩张到客户突破的三重叠加驱动,因此具备相当大的营收、盈 利能力弹性!

1.2 行业景气高启,2021 年拐点无虞

通过对全球半导体龙头公司进行分析,伴随着疫情企稳、下游需求环比改善,龙头业绩 普遍并给出未来行业景气的乐观指引,美股半导体指数也在不断创新高。电子最核心逻 辑在于创新周期带来的量价齐升,本轮创新,射频、光学、存储等件在 5G+AIoT 时代的 增量有望与下游需求回补共振,2021 年有望迎行业拐点。晶圆厂、封测厂在 2020Q4 行 业产能利用率上行,订单交期拉长,逐渐呈现半导体行业产能资源紧张局面。紧抓两大 主要矛盾:

1)全球周期再次启动,快速释放的需求与历史底部的库存、严重不足的资本开支的矛 盾。

2)亮眼的业绩表现与市场情绪的矛盾,前三季度半导体行业表现全行业前列,市场过度 担心中美等外界因素影响,资本价值还未充分反应产业价值提升空间。

我们选取目前已公布 Q3 季度业绩的具有代表性的全球(非 A 股)半导体领域公司进行 分析,伴随着三季度疫情企稳、下游需求环比改善,美光(存储龙头)、AMD(设计龙头)、 联发科等 Q3 业绩高速增长同时,普遍给出未来行业景气的乐观指引。电子最核心逻辑 在于创新周期带来的量价齐升,本轮创新,射频、光学、存储等件在 5G+AIoT 时代的增量有望与下游需求回补共振,2021 年有望迎行业拐点。

1.3 以史为鉴,景气复苏有望超预期

半导体的景气规律是跟随下游应用拓展,与经济景气周期,同时金融危机带来的产能/ 库存加速出清往往伴随强反弹!

本轮半导体景气与上一轮周期不同在于,创新、复苏启动的需求增长。本轮景气分析: 在疫情复苏背景下,部分应用品类受创新/复苏需求拉满代工/封测厂产能,从而使其他 应用品类拿不到新增产能、传导涨价趋势。

我们进一步通过复盘 2008 年经济危机后半导体行业景气度复苏来佐证。

半导体行业与宏观经济相关度较高,受 2008 年金融危机深度扩散影响,全球半导体产 业进入冷冬,2009 年下半年起伴随经济回暖迅速走出低谷,于 2010 年迎来全行业强 势反弹。根据世界银行统计,2008 年全球 GDP 增速大幅下滑至 1.85%,并于 2009 年 出现 1.67%的负增长。全球经济萎靡不振重创全球半导体产业,根据 WSTS,2009 年全 球半导体销售额仅为 2263.13 亿美元,同比下滑 8.8%。2009 年下半年,世界各国刺激 经济措施带动全球经济状况好转,市场需求恢复,半导体产业迅速复苏,月度销售额于 当年 11 月结束了 13 个月的下行周期,重返正增长。2010 年全球半导体行业更是一路 高歌猛进,销售额同比增长 31.3%,一举冲至 298.32 亿元的新高。

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拆分产品来看,此番经济复苏之下半导体景气上行,并不局限于个别板块,宏观经济改 善和整个供应链库存低位,推动半导体各细分板块均实现同比高增。根据 WSTS,2008 年 DRAM 及 NAND 价格下行叠加下半年金融危机影响,当年存储全球销售额同比回撤 19.89%,其他品类受终端需求疲软影响在 2009 年也相继出现销售额的同比下滑。但随 着经济复苏,需求回暖惠及半导体各品类,2010 年半导体迎来了全面复苏,而其中存储 由于供给端连续两年未有新产能开出,库存出清叠加需求反攻,供需矛盾之下迎来最为 强劲的反弹,实现了同比 55.4%的大幅增长。

需求端来看,智能手机创新浪潮及 PC 换机回暖为全球半导体收入增长的主要动力。根 据 Gartner,2008 年至 2012 年,数据处理(主要是 PC、平板等)及通讯类(主要包含 手机和无线通信设备)为半导体前两大下游需求市场,以 2010 年为例,两者占比分别为 约 42%和 33%。

智能手机引领创新浪潮,2010 年起加速渗透构成此番需求提振的主旋律。苹果在 2008 年推出 iPhone 3G,将手机推入智能化时代。2007 年上半年智能手机在全球范围内的渗 透率仅为 11%,金融危机延缓换机节奏,2008 年-2009 年渗透率在 15%以下徘徊不前。 经济复苏后积攒的换机需求一触即发,我们可以看到 09Q4 起手机出货量加速增长的同 时,智能手机渗透也同步提速,至 10Q4 达到 22%(13 年底进一步突破 40%)。智能手 机推广和普及带动包括处理器、RAM、ROM、基带、射频、摄像头 CMOS、电源管理 IC 等等芯片蓬勃发展,接棒上一个时代的 PC 驱动半导体行业继续成长。

受益于微软 Win7 系统的推出以及笔记本的强劲增长,2010 年全球 PC 市场走出阴霾 高增长再现。根据 Gartner,全球 PC 市场 08Q3 增速由正转负,直至 19Q3 重回正增长 (2%),紧接着于连续三个季度实现同比 20%以上的高增。一方面微软 Win7 系统于 2009 年 7 月发布激发了市场的换机需求,另一方面轻薄笔记本增长强劲。而 2010 年二 季度苹果 iPad 面世掀起的平板电脑消费热潮,相较于 2009 年全年平板电脑 100 万台仅 左右的出货量,iPad2010 年 Q2 单季度即创造 320 万部的销量纪录,开辟了行业新成长 空间。

金融危机加速库存出清,产能利用率加速上行印证景气周期。晶圆代工厂的产能利用率 可视为半导体行业景气度的风向标,根据 SICAS,2008 年第三季度起,全球晶圆代工厂 季度产能利用率加速下行,至 09Q1 降至 57%的低位,而 09 年二季度起供给端产能利 用率先于需求端拉升,并于四季度恢复至 89%,可视为恢复至经济危机前的正常水平, 去库存进入尾声,需求景气沿产业链加速向上传导,于是我们看到 2010 年起产能利用 率继续上行,并连续 5 个季度保持 90%以上的高位。

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上游代工厂感知需求回暖的信号,2010 年全球半导体新一轮 CAPEX 扩张应声启动, 设备环节景气来袭。2009 年全球半导体资本支出相较 2008 年下降仅 40%,而 2010 年 资本开支重启,同比增长 106%至 538 亿美元,2011 年进一步增长并超过 2007 年的峰 值。台积电、中芯国际、英特尔等晶圆制造龙头纷纷加大资本开支,其中台积电 2009、 2010 及 2011 年资本开支节节高升,2010 年相较 2009 年大幅增长 122%至 59.4 亿美 元,2011 年进一步提升至 83 亿美元,进而得以成就 28nm 传奇。代工厂强势扩张开启 设备环节新一轮景气周期,根据 SEAJ,北美半导体设备销售额自 10Q2 开始恢复正增长, 2011Q1 实现以 202%的同比增速冲向 27.5 亿美元的峰值。

SOX 先行触底反弹,全球半导体龙头业绩高增接力兑现。通过我们上面的分析,2008 年 金融危机后半导体行业的全面景气始于 2009 年第四季度,而费城半导体指数则于 09Q1 见底后率先反攻,先行开启两年的上涨行情。从全球主要半导体龙头公司的业绩来看, 设计、设备、材料制造、封测的大部分公司在 2009 年业绩受挫增速下降甚至负增长之 后,于 2010 年普遍受益于全行业景气上行,迎来强势的业绩反弹,其中设备厂商由于受 代工厂资本开支拉动,2011 年仍旧维持了较高速的增长。

1.4 创新与需求共振,库存回补周期开启

通过选取全球部分半导体龙头进行存货周转天数分析,可以发现除去英特尔与 latice 以 外,其他公司 20Q3 的周转天数均出现显著减少。我们预计是从终端、渠道到原厂集体 去库存所致。一旦经济复苏,消费电子、家电、工控、汽车等主要需求出现明显回暖, 20Q4-21Q1 的库存回补确定性将加强,近期从 8 寸模拟、功率行业出现的供需紧张和涨 价或许只是开始。

1.5 服务器及汽车是新一轮创新周期核心驱动

1.5.1 服务器:2021 年有望重启 CAPEX 周期

在整个服务器市场之中,我们认为未来的主要驱动力将会是云计算。过去服务器资源由 于具备自有调用以及集中化管理的特性,拥有相对较高的安全性和稳定性,受到广众企 业的青睐,但是其 Capex(资本支出)和 Opex(运营支出)都相对较高,同时服务器资 源如若利用率不高,则容易造成资源极大程度的闲置与浪费。根据麦肯锡的调研数据, 企业自建机房的服务器 CPU 利用率仅为 6%。而云服务不仅满足了“服务器”的特性, 同时采用了虚拟化技术,整合了大量集群主机的计算、网络、与存储资源,在降低使用 门槛(Capex 及 Opex)的同时,提高了 CPU 利用率,以及稳定性和安全性的保障。

根据 Gartner 数据统计及预测,在 2020 年预期全球云计算市场规模将达到超过 2200 亿 美元,至 2023 年市场规模将会达到约 3600 亿美元。而对应的 AI-Force HPC 也将会是 服务器市场继传统 HPC 后新的增长动力,Tractica 预测在 2020 年将会有 187 亿美元的 市场规模,至 2025 年将会达到 205 亿美元的市场规模。

在确立了服务器行业长期的增长趋势后,我们预计服务器对于半导体行业尤其是存储及 高性能运算芯片的拉动将非常强劲。

我们预计 2021-2025 年服务器在存储及高性能运算芯片的需求占比中将超越智能手机提 升至第一位,相关品类的芯片有望收到需求拉动迎来持续高景气。

1.5.2 电动化+智能化趋势下,汽车半导体需求大增

“电动化+智能驾驶+新能源汽车”已经成为当前汽车行业三大核心驱动力,汽车电子 也因此成为半导体下游领域需求增长最快的市场。

汽车硅含量及单体价值量持续提升。根据 PwC 数据,目前全球汽车的电子化率(电子零 部件成本/整车成本)不到 30%,未来会逐步提升到 50%以上,发展空间很大;从绝对 值看,目前单车汽车半导体价值量在 358 美金,未来将以每年 5-10%的增速持续提升。

从应用领域来看,目前汽车电子半导体仍集中于动力系统、信息娱乐系统、底盘&安全 以及车身,四者占据约 76%的车用半导体份额。不过从增速来看,ADAS 和混合/电动 系统领域车用半导体的复合增长率最高,IHS 预计 2014-2021 年两者复合增长率分别能 够达到 15%/18%,汽车电子大厂赛普拉斯亦认为 ADAS 能够在 2016-2021 迎来 17.6% 的复合增长率。

半导体产业链深度研究报告:厉兵秣马,迈入“芯”征程

新能源汽车与传统汽车最大区别在于动力总成系统(Powertrain),这也是新能源汽车较 传统汽车电子零部件及半导体器件核心增量所在。典型的电动车动力总成系统主要由动 力电池系统、驱动单元(包括电驱动电机、逆变器与变速器)、车载充电机以及 DC/DC 转 换器组成,此外还包含高压电缆、充电线、热管理系统和高压配电模块。

为了方便直观比较新能源汽车动力传动系统电子零部件及半导体器件价值量变化,我们 将接近 8000 美元的锂电池组去掉后对动力传动系统各 ECU 进行比较,发现逆变器和车 载充电机的单体价值量最高,分别接近 700/600 美元,且通常在高端配置上配备 2 个。 此外 BMS、热管理以及 DC/DC 转换器等 ECU 价值量均在 200-300 美元之间。

汽车电子部分关键芯片物料已经出现明显交期拉长现象,我们预计相关零部件及芯片短缺将从 20Q4 延伸至 21H1,将带动功率半导体及 MCU 整体产业景气高启。

1.6 国产替代窗口期才刚开始,2021 年迎来加速

国产替代历史性机遇开启,2019-2020 年正式从主题概念到业绩兑现。2021 年有望 继续加速。逆势方显优质公司本色,为什么在 2019-2020 年行业下行周期中 A 股半导体 公司迭超预期,优质标的国产替代、结构改善逐步兑现至报表是核心原因。进入 2021 年, 我们预计在国产化加速叠加行业周期景气上行之下,A 股半导体龙头公司们有望继续延 续高增长表现!

以华为为代表的行业龙头过去两年多时间已经加大了对国内厂商的扶持力度,国内通信 及家电龙头厂商对供应商资质非常严格,过去很多元器件非行业前三基本不会给供应商 合作的机会,但从过去一年的产业跟踪来看,华为、中兴、美的等厂商大幅放开了对国 内有潜力供应商的认证条件。

我们认为尽管华为在 2020 年经历了更进一步的制裁措施、后续相关订单存在不确定性, 但是国产替代的窗口已经完全打开,华为以为的终端厂商、行业龙头也对供应链自主的 重要性理解的更为透彻,2021 年有望迎来加速替代!

二、IC 设计:十年黄金攀爬期

2.1 IC 设计综述:业绩领跑板块,研发转换加速

研发投入带来的新品迭代和品类扩张是科技企业之本,这一点在轻资产运营、下游创新 需求迭代快的 IC 设计公司上体现的尤为明显。我们非常欣喜地发现,以韦尔股份、兆 易创新、圣邦股份、卓胜微、乐鑫科技、澜起科技、景嘉微等一批优质公司在新产品、 新技术工艺、市场份额以及客户方面取得重大突破,研发转化加速落地!

财报表现方面,我们选取 24 家芯片设计公司(主板 15 家+科创板 9 家)作为 IC 设计板 块成分股进行分析,可以发现绝大部分公司在 20Q3 营收及归母净利润取得大幅度成长。

其中 20Q3 24 家 IC 设计公司中 20 家营收同比增速为正,10 家公司营收同比增速超过 50%,3 家公司营收同比增速超过 100%;24 家 IC 设计公司中 17 家公司归母净利润同 比增速为正,10 家公司归母净利润同比增速超过 50%,4 家公司归母净利润同比增速超 过 100%;

2.2 CIS:光学持续升级,龙头市占率将进一步提升

行业趋势:19H2 起旗舰机四摄、中低端三摄加速渗透,2020 年中高端四摄、低端三 摄成为标配.对比 2018 与 2019 年国产智能手机摄像头形态可以发现,相比 2018 年, 2019 年后置三摄的渗透率从 7%左右极速扩张至超过 50%,而配置后置四摄手机的市 场份额也实现了从 0 到 15%左右的增长。

旗舰机型双主摄开始应用,强化供需逻辑。Mate30 Pro 是全球首个商用双后置 4000 万 摄像头的手机,并拥有超高的 ISO 和双 OIS 光学防抖,新加入的 4000 万像素电影摄像 头,1/1.54 英寸感光元器件,是华为手机迄今最大的一颗感光元件,支持超高清的夜 景摄像,支持最高 7680 帧的超级慢动作功能,每秒定格 7680 个瞬间。

继 2019 年光学传感市场空间、增速上调后,2020 年有望继续超预期。根据 IC INSIGHTS 数据,2019 年 CIS 传感器市场空间同比增长 19%至 168.3 亿美金,在年初预测基础上 上修,增速领跑半导体细分领域。我们认为随着 2020 年前置、后置摄像头量价进一步 提升,CIS 市场有望继续超预期!

另一家研究机构 Yole Development 亦于 19H2 同步上调 CIS 市场空间,并且预测 2024 年整体 CIS 市场规模可达 240 亿美元。

2.3 射频:国产替代加速,受益 5G 快速放量

在整个射频前端芯片/模组的产业链中,中国在其中的参与程度目前仍然很低。目前全 球前五大射频厂商分别是:Murata(IDM)、Skyworks(IDM)、Qorvo(IDM)、 Broadcom/Avago(Fabless,除滤波器外)、Qualcomm/TDK Epcos(Fabless);主流的射 频芯片代工厂包括稳懋(中国台湾)、global foundry、towerjazz 等。

4G 向 5G 切换,智能手机支持的频段数跨越式增长,从而带来对射频器件更多的需求。 根据 Yole Development 的数据,2011 年及之前智能手机支持的频段数不超过 10 个, 4G 通讯技术普及之下,2016 年智能手机支持的频段数增至近 40 个,而以苹果第一代 5G 手机 iPhone 12 为例,在支持原有 LTE 频段同时,新增支持 17 个 5G 频段(美版由 于支持毫米波而再添 3 个频段)。因此,移动智能终端中需要不断增加射频前端的数量以 满足对不同频段信号接收、发射的需求。

4G 到 5G,射频模组化、高集成化发展。由于 5G 频段上升,天线数量增加,射频元器件数量大幅增长。将 4G 分立器件方案延续到 5G,会导致调试时间增加 3-5 倍,此外设 备和人力成本也将大幅提升。尽管元器件数量增加,5G 手机中射频前端 PCB 面积不变, 因此模组化是 5G 手机时代趋势。

内资厂商由中低性能模组向中高性能模组演进。目前国内射频前端公司仍普遍以分立器 件为主,缺少先进的滤波器技术和产品,因此模组化能力不强。从 4G 到 5G,射频模组 向着元器件小型化和模组高集成度发展,内资厂商将有望在这一过程中实现由中低性能 模组到中高性能模组的迭代升级。

同时支持 4G/5G 的模组技术难度和价值量都最高。无论是发射端还是接收端,同时支 持 4G/5G 的模组技术难度和复杂度高于单纯 5G 射频前端模组,因此价值量也更高。

射频芯片景气度较高,2021 年主流射频代工产能预计较为饱满,我们判断后续有望迎 来供应紧缺甚至涨价。射频前端芯片市场规模主要受移动终端需求的驱动。近年来,随 着移动终端功能的逐渐完善,手机、平板电脑等移动终端的出货量保持稳定。而移动数 据传输量和传输速度的不断提高主要依赖于移动通讯技术的变革,及其配套的射频前端 芯片的性能的不断提高。

2.4 功率:供需催化景气上行,国产替代持续推进

功率半导体市场规模稳步增长,2020~2024 CAGR 预计约为 5%。根据 IHS 统计 2018 年全球功率半导体市场约为 466 亿美元,同比增长约 11%,其中功率 IC 市场约 256 亿美元,功率分立器件及模组规模约 210 亿美元。2019 年贸易摩擦干扰整体市场收入略 微下降至 454 亿美元,2020 年受疫情对终端需求短期的影响,根据 Omdia 的统计及预 测,全球功率半导体市场规模将相对 2019 年同比下降 5%左右至 431 亿美元,但 2021 年汽车、消费类电子等抑制性需求释放将带动功率半导体市场整体迎来复苏,预计市场 整体收入将反弹至 460 亿美元,并在下游需求的持续带动下,有望实现未来 4 年年均 5% 的复合增速,稳步增长。

半导体产业链深度研究报告:厉兵秣马,迈入“芯”征程

功率半导体下游应用十分广泛,汽车及工控为前两大应用领域。功率半导体几乎应用于 包括计算机领域、网络通信、消费类电子、工业控制等传统电子产业及新能源汽车、光 伏发电等等各类电子制造业。根据 Yole 统计,2019 年汽车及工业领域为前两大应用领 域,各占据 29%的份额,其次为通讯、计算机等。中长期来看,新能源汽车、工业自动 化、可再生能源设施建设及新兴消费电子等领域将持续驱动行业增长。

2.5 模拟:黄金赛道,重视核心龙头业绩高增长

中国是全球最大的模拟电路消费市场,高端模拟电路仍以国际大厂为主。赛迪顾问数据 显示,中国模拟电路市场前五大厂商分别为德州仪器、恩智浦、英飞凌、思佳讯、意法 半导体,中国模拟市场规模占全球比重约为 60%,使用的模拟集成电路产品约占世界产 量的 45%,而我国的模拟芯片产量仅占世界份额的 10%左右。巨大的产业缺口为本土 集成电路公司提供了良好发展机遇。本土集成电路公司有机会在第一现场了解市场,可 有针对性地进行产品研发,产业链之间合作更加密切,相对国外厂商能够更快速、更准确地响应本土终端客户的需求,未来进步空间广阔。

模拟 IC 护城河极高,领先者 22 年屹立不倒。模拟 IC 设计者需要全面的知识,包括 IC 和晶圆制作工艺与流程,同时还要对大部分元件的电特性和物理特性了如指掌,这都需 要时间与经验的积累。优秀的模拟 IC 企业经过长时间的研制和量产,可以将设计和制造 中的各种问题积累起来,形成独一无二的技术壁垒。对比 1995 年和 2017 年模拟 IC 全 球前十的厂商可以发现,如今前十的厂商中,仅有 Skyworks、美信(Maxim)与 1995 年 前十的厂商关系不大,同时也只有东芝和 Sany 掉出如今的前十,而德州仪器、ADI、意 法半导体等公司经过 22 年仍然是行业标杆。

模拟 IC 份额相对分散,细分赛道仍存突破机会。与其他半导体板块不同,模拟品类繁 多,仅德州仪器一家企业,目前在售产品就达上万款,下游应用的多元化导致细分赛道 极多。相较于存储器、CPU 等数字 IC 产业,模拟 IC 市场集中度较低,前三市占率仅为 30%左右,且不同领域企业优势差异较大,如龙头德州仪器在放大器市场份额第一,但 在转换器市场不如模拟器件公司,而在功率相关芯片市场,欧洲企业英飞凌优势较大。 整体来看,不存在单一企业在所有模拟 IC 细分市场占优的情况,细分赛道仍存在大量国产突破机会。

2.6 内存接口芯片:存储世代升级,高增速、格局优

新一代主流存储器标准 DDR5 SDRAM(以下简称“DDR5”)内存密度和传输速率等性能 大幅升级,预计 DDR5 将率先在服务器领域得到应用,随后逐渐向消费级 PC 及其他设 备推广、渗透。

DDR5 相比前代在密度、容量(die 堆叠)、带宽及可靠性等方面大幅提升。在密度上, DDR5 单个内存芯片密度可达 64Gbit,是 DDR4(16Gbit)的 4 倍,die 堆叠可进一步扩 展有效容量,如将 8 个管芯 die 为一个芯片,40 个单元的 LRDIMM 的有效存储容量可达 2TB;在带宽上,DDR5 将首先达到 4.8Gbps,相比 DDR4 官方传输速率峰值(3.2Gbps) 快约 50%,预计未来几年官方峰值传输速率可进一步提升至 6.4Gbps;在可靠性上, DDR5 引入决策反馈均衡(DFE),可提供高速率下更清晰的信号传输,并提高数据传输 的稳定性。

2021 年 DRAM 市场迈入 DDR5 时代,服务器将成为其最先开始渗透的领域。根据 Cadence analysis 的预测,DDR5 在 2020 年市占率有望达到约 5%,至 2022 年将有望 提升至超过 20%,而 IDC 则给出了更乐观的 43%的市占率预测。我们认为,新一代 DDR5 存储器标准将有望在对带宽需求最为迫切的服务器领域(如云端、边缘端等)开始渗透, 并逐渐向消费级终端等领域过渡。

服务器所需的内存性能及容量提升,内存接口芯片随之迭代升级。内存接口芯片是服务 器内存模组的核心器件,可解决服务器CPU的高处理速度与内存存储速度不匹配的问题。 为了实现更高的传输速率和支持更大的内存容量,JEDEC 不断更新、完善内存接口芯片 的技术规格,DDR5 第一子代产品可实现 4800MT/s 的运行速率,是 DDR4 最高运行速 率的 1.5 倍。

澜起科技在内存接口芯片领域具备话语权,DDR5 第一代内存接口芯片量产版本研发进 展顺利。澜起科技为全球三大内存接口芯片供应商之一,产品进入国际主流内存、服务 器和云计算厂商,公司的 DDR4 全缓冲“1+9”架构,被 JEDEC 采纳为国际标准,同时 公司也参与了 DDR5 国际标准的制定。根据公司公告,2019 年已完成符合 JEDEC 标准 的第一子代 DDR5 RCD 及 DB 芯片工程样片的流片,工程样片也于 2019 年下半年送样 给主要客户和合作伙伴进行测试评估,2020 年上半年公司已根据主要客户和合作伙伴的 反馈对芯片进行设计优化。DDR5 内存接口芯片及其配套芯片或将拥有比 DDR4 更大的 市场空间,公司提前发力将有望巩固公司的竞争优势、提升市场份额。

半导体产业链深度研究报告:厉兵秣马,迈入“芯”征程

2.7 存储:价格趋稳,看好 2021 年行业复苏

存储国产化突破不断,2021 年景气上行可期。长江存储 64 层 NAND 成功打入 Mate40 供应链,国产化取得巨大进展,同时根据 TrendForce,预计 2021 年底前投片量将向 10 万片/月迈进,产能爬坡提速。根据 2020 年 11 月 11 日公告,大基金二期增资长鑫存储 母公司,有望进一步推动 DRAM 国产化加速。同时存储龙头美光及行业调研机构 TrendForce 均给出未来行业景气的乐观指引,在 5G、云、AIoT、汽车电子等等多维需求 驱动下,预计 2021 年存储市场状况将改善。

美光预计 2021 年存储市场状况将改善,五重因素驱动行业增长。根据美光预计,2020 年 DRAM 的 Bit 需求增长 10~20%,NAND 的 Bit 需求增长 25%左右;2021 年 DRAM 的 Bit 需求增长 20%,NAND 的 Bit 需求增长 30%。2021 年行业增长受五大因素驱动:1) 经济复苏;2)新的 CPU 架构,带动更多服务器存储需求,预计将在 2021 年下半年开始 向 DDR5 过渡;3)云、人工智能和机器学习的增长 4)5G 驱动的移动需求,预计到 2021 年,5G 手机的数量将从 2020 年的 2 亿台增长到大约 5 亿台 5)以及游戏和汽车领域的 需求,汽车自动化程度将进一步提高。

存储行业价格下降趋稳,2021 年有望恢复到上行走势。根据美光 Q3 财报,Q4 DRAM/Nand 价格预计仍然下降,但跌幅并未扩大,行业下行趋势逐渐趋稳。DRAM 由于 短期三季度拉货,消费品现货价格略有提振。由于需求端的产品内存规格不断向上成长, 根据 TrendForce 预测,2021 年内存价格将有机会在上半年止跌反弹,下半年有望恢复 到上涨的格局走势。

Nor Flash 受益于 5G、TWS 耳机、AMOLED 等技术趋势,需求不断增长。随着车载 市场、5G 通讯设备、消费电子领域、AMOLED 及 TDDI 需求、工业领域、物联网等各种 应用场景,对于 Nor Flash 使用需求量不断增长,行业较为景气叠加供应短缺,近期出现 供不应求局面。

TWS 耳机的增长,带来 Nor Flash 的增量需求。每颗 TWS 耳机均需要一颗 Nor Flash 用于存储固件及相关代码。实现主动降噪的功能至少需要标配 128M Nor Flash,此后 主动降噪+语音识别多功能对于容量要求更高,典型例子如升级版本搭载 256M Nor Flash、Sony 降噪豆搭载 128M Nor Flash。

智能手机 OLED 仍处于渗透期。根据 Omdia 于 2020 年 8 月的预测,2020 年全球智能 手机 OLED 面板出货将达约 4.65 亿片,OLED 将占智能手机显示屏市场的 32%。随着三 星独供地位逐渐被打破,OLED 渗透仍有进一步提速的空间,每一快屏幕需要一颗 8-16M NOR 用于 demura 光学补偿。

2.8 AIOT:纵深发展,应用场景日益多元化

5G 通讯技术、wifi/蓝牙等连接技术的成熟,卸下了物联网数据传输的枷锁,传感器技术 的发展和应用提升了物联网感知能力,AI 技术的逐步推进提升数据处理的速度和质 量……物联网生态日趋完善和成熟,拉近着我们与万物互联时代的距离。

先连接再爆发是物联网实现“万物互联”终极形态的重要路径。根据 IDC,全球物联网 设备 2020 年将超过 120 亿台,到 2025 年将超过 280 亿台。

半导体产业链深度研究报告:厉兵秣马,迈入“芯”征程

伴随物联网技术的更迭,中国物联网连接量一路高歌猛进。2018 年中国物联网连接量直 逼 30 亿,年复合增长率高达 67%。根据 iresearch 推测,受益于智能家居场景的率先爆 发,2019 年物联网连接量将达 45.7 亿,而后由于 5G 的商用,低功耗广域物联网的超广 覆盖,中国物联网连接量将增至 2025 年的 199 亿个。

得益于大数据产业发展、深度学习算法革新和硬件技术的提升,人工智能正成为掀起下 一阶段科技变革浪潮的新引擎,延伸至各行各业,拥有广阔的发展前景和市场潜力。据 全球市场调研机构 IHS Markit 发布的 AI 普及度调查预测,到 2025 年 AI 应用市场规模 将从 2019 年的 428 亿美元激增到 1289 亿美元。

AI 芯片作为人工智能产业发展的基石,是承载算法、产生算力、为各个应用领域赋能智 慧的核心载体。随着深度学习算法的快速发展,各个应用领域对算力提出愈来愈高的要 求,传统的芯片架构无法满足深度学习对算力的需求,因此,具有海量数据并行计算能 力、能够加速计算处理的 AI 芯片应运而生并快速发展。AI 芯片应用领域遍布云端、边 缘计算、消费类终端、智能制造、智能驾驶等各领域,催生了包含地平线、寒武纪、深 鉴科技等大量的 AI 芯片创业公司,也吸引了诸如 Nvidia、AMD、Google 等国际龙头纷 纷投注。

半导体产业链深度研究报告:厉兵秣马,迈入“芯”征程

2.9 重点企业分析(参见原报告)

韦尔股份:全球竞争力大幅提升,光学龙头开启新征程

卓胜微:国内射频前端芯片龙头,5G 时代充分受益

兆易创新:主业景气度展望高启

芯朋微:增速换挡,细分赛道渗透助腾飞

思瑞浦:信号链与电源管理双驱动,乘 5G 建设东风

晶丰明源:LED 照明业务稳健增长,布局 MCU 及信号链

乐鑫科技:着眼中长期价值及持续渗透的成长性

新洁能:功率半导体设计龙头,有望迎来量价齐升

斯达半导:国产 IGBT 领军企业

澜起科技:高增速赛道,受益行业景气复苏

景嘉微:国产 GPU 龙头,增速换挡

紫光国微:特种芯片高景气

睿创微纳:红外热成像先行者,军民双轮驱动快速成长

晶晨股份:业绩拐点显现,产品结构改善

芯原股份:SiPaaS 平台傲立潮头

虹软科技:视觉龙头高增长,静待芯片产品放量

三、制造:资产端重要瓶颈,景气从 8 寸向 12 寸扩散

3.1 制造板块综述:本轮景气,晶圆资产端是重要产能瓶颈

本轮半导体景气是在疫情复苏背景下,部分应用品类受创新/复苏需求拉满代工/封测厂 产能,从而使其他应用品类拿不到新增产能、传导涨价趋势。

产能紧张持续性较强,从 8 寸向 12 寸全面蔓延行业稼动率从 2019Q3 进入上行期,台 积电保持高增长,中芯国际 19Q3~20Q3 连续四个季度产能利用率 95%+,华虹半导体 在 20Q2~20Q3 两个季度八寸稼动率均超 100%,联电 20Q2~20Q3 稼动率分别 98%/97% (历史高位)。联电、力晶等八寸厂宣称行业景气至少持续到 2021 年下半年;台积电则 取消了主要客户的批量折扣,映射 12 寸产能同样处于紧张情况。

全球代工厂产能爆满,台积电、三星、联电、世界先进、中芯国际等纯代工厂稼动率保 持高水位,IDM 厂商如华润微、士兰微等 8 寸及 8 寸以下亦满载。产业链订单溢出,展 望 Q4 仍然供不应求。10 月 15 日中芯国际上调 2020Q3 业绩,收入环比增速从 1~3% 调整至 14~16%;毛利率由 19~21%调整至 23~25%。中芯国际 2020Q3 业绩表现超预 期。

本轮代工行业景气两大驱动因素:

1)5G:先进制程 5/7nm 供不应求,高端移动终端及数据中心建设需求;

2)CIS、PMIC、FPC、蓝牙、Nor 等应用需求快速增长,8 寸片供不应求。

驱动力为什么具有可持续性?

1)5G 终端渗透率不超过 20%,2~3 年内快速渗透到 60%以上;龙头资本开支大幕 刚启动;创新趋势。

2)8 寸缺乏供给,结构性创新需求溢出,稼动率不会降。

八寸扩产有限,多种应用挤占。(1)八寸晶圆厂产能增长有限,根据 Gartner,2020 年 全球八寸晶圆年产能约 3229 万片,2020~2023 年 CAGR 约 2%。(2)八寸晶圆厂产能 被挤占。海外疫情影响向国内转单。5G 手机 PMIC 及 RF 用量翻倍,光学多摄持续增长, Nor Flash、指纹 IC 等也均挤占八寸产能。

8 寸晶圆设备停产,限制产能释放。在摩尔定律驱动下,芯片晶圆尺寸由 6 寸→8 寸→12 寸演变。晶圆面积越大,所能生产的芯片就越多,即降低成本又提高良率。但相比于 12 寸晶圆,8 英寸固定成本低、达到成本效益生产量要求较低、技术成熟等特点被应用于 功率器件、MEMS、电源管理芯片等特色工艺芯片的制作,与 12 寸形成互补。8 寸晶圆 厂始建于 1990 年, 2007 年全球 8 寸晶圆代工厂数量达到顶峰 201 座,随后 12 寸晶 圆逐渐成熟,存储,逻辑代工等产能纷纷迁移至 12 寸晶圆。8 寸晶圆代工厂由于运行时 间过长,设备老旧,同时 12 寸晶圆厂资本支出规模巨大,部分厂商逐渐关闭 8 寸晶圆 厂,设备厂商也停止生产 8 寸设备。根据 IC Insights 统计,2009-2019 年,全球共关闭 了 100 座晶圆代工厂,其中 8 寸晶圆厂为 24 座,占比 24%,6 寸晶圆厂为 42 座,占比 42%。目前 8 寸设备主要来自二手市场,数量极少且价格昂贵,设备的停产钳制着 8 寸 晶圆产能的释放。

3.2 化合物半导体方兴未艾,新能源汽车成为重要应用前景

GaN 在射频和电力电子均有较大发展潜力。GaN 目前主要应用于光电子、射频、电力电 子。随着未来 GaN 技术的发展,更大尺寸、更低成本以及更成熟的硅基 GaN、增强热导 性能的金刚石基 GaN 发展会越来越成熟,GaN 也将被应用到 PA 以外的射频器件,诸如 LNA、Switch 等。电力电子随着新能源汽车、光伏产业发展,也具有较大发展潜力

RF GaN 复合增速为 22%,下游应用领域以军工、基站为主。根据 Yole,RF GaN 市场 会从 2018 年的 6.45 亿美元增长至 2024 年的 20.01 亿美元,复合增速为 21%。从应用 结构上看,2018 年分别为基站 3.04 亿美元、军工 2.70 亿美元、卫星通信 0.37 亿美元。

半导体产业链深度研究报告:厉兵秣马,迈入“芯”征程

SiC 的应用优势在于高压、超高压器件。目前 600V、1200V、1700V SiC 器件已实现商 业化,预期未来 3300V(三菱电机已经生产出来)和 6500V 级、甚至万伏级以上的应用 需求将快速提升。SiC 混合模块的电流可以做到 1000A 以上,与相同电流电压等级的 Si 模块比较,性能优势较为明显,成本和可靠性方面相对于全 SiC 模块较易被用户接受, 因此,在要求有高电能转换效率的领域具有较大的应用市场。随着 SiC 产品向高压大容 量方向发展,SiC 产品的应用领域、应用量都会越来越多。但在 600V 及以下小容量换流 器中,在面临现有 Si MOSFET 强有力竞争之外,还可能会受到 GaN 器件的冲击。

受益于电动车、光伏,第三代半导体电力电子器件快速增长。根据 Yole,2018 年全球电 力电子分立器件市场规模约 390 亿美元,其中分立器件约 130 亿美元。全球 SiC 电力电 子器件市场规模约 3.9 亿美元,GaN 电力电子市场规模约 0.5 亿美元,两者合计占全球 电力电子市场规模分立器件比重约 3.4%。据 Yole 预测,在汽车等应用市场的带动下, 到 2023 年 SiC 电力电子器件市场规模将增长至 14 亿美元,复合年增长率接近 30%。根 据 IHS,SiC 和 GaN 电力电子器件在 2020 年预计将近 10 亿美元,主要受益于混合动力、 电力、光伏逆变器等需求增长,在 2027 年有望达到 100 亿美元。

未来 5 年内驱动 SiC 器件市场增长的主要因素将由 SiC 二极管转变为 SiC MOSFET。 目前,SiC 电力电子器件市场的主要驱动因素是功率因数校正(PFC)和光伏应用中大规 模采用的 SiC 二极管。然而,得益于 SiC MOSFET 性能和可靠性的提高,3~5 年内,SiC MOSFET 有望在电动汽车传动系统主逆变器中获得广泛应用,未来 5 年内驱动 SiC 器件 市场增长的主要因素将由 SiC 二极管转变为 SiC MOSFET。

根据研究机构 Rohm 预测,2025 年 SiC 功率半导体的市场规模有望达到 30 亿美元。 在未来的 10 年内,SiC 器件将开始大范围地应用于工业及电动汽车领域。纵观全球 SiC 主要市场,电力电子占据了 2016-2017 年最大的市场份额。该市场增长的主要驱动因素 是由于电源供应和逆变器应用越来越多地使用 SiC 器件。

Die Size 和成本是碳化硅技术产业化的核心变量。我们比较目前市场主流 1200V 硅基 IGBT 及碳化硅基 MOSFET,可以发现 SiC 基 MOSFET 产品较 Si 基产品能够大幅减少 Die Size,且表现性能更好。但是目前最大阻碍仍在于 Wafer Cost,根据 yole development 测算,单片成本 SiC 比 Si 基产品高出 7~8 倍。

3.3 重点企业分析(参见原报告)

三安光电:深耕化合物半导体,Mini-LED 放量在即

华润微:IDM 全产业链一体化,前瞻布局第三代半导体功 率器件

四、封测:景气超高,供不应求

4.1 封测板块综述:行业景气超预期,有望保持较高增速

封测行业在 2020Q2 及 2020Q3 持续高稼动率运转,利润加速攀升。2019Q3 封测行 业开启了本轮行业景气修复及国产替代加速,收入端持续高增长,我们此前预判超预期 有望从收入端向利润端传导。封测行业在收入规模增长的同时,加强成本管控和费用降 低,毛利率提升,净利润释放加速。2020Q3,核心封测公司(长电科技、通富微电、华 天科技、晶方科技)营业收入为 120 亿元,同比增长 1%;归母净利润为 8.41 亿元,同 比增长 251%。考虑到长电科技 2020 年收入口径调整,按照去年同比口径计算,国内核 心封测公司营业收入同比增长 10%。

2019H2 产能利用率提升,2020H2 有望开启利润率提升。国内封测行业产能利用率低 点在 2019Q1,2019Q2 以后产能利用率逐季提升,2019Q3 开启行业收入高增速阶段。 封测行业毛利率提升的基础上,净利率还有较高提升空间。收入增长摊低费用率水平的 基础上,国内主要封测厂精益管理、控费降本有望逐渐显现。2020Q1 费用拐点逐渐出 现,随着疫情影响逐渐减弱,2020Q3 利润率进一步攀升。

中国台湾供应链率先涨价,近期跟踪大陆封测同样供不应求。国内半导体行业处于中长期上 升通道,国内封测大厂普遍涨价,一方面由于成本端涨价(基板、铜材);另一方面由于 需求旺盛(国内客户订单增长)。受益于强劲的多摄像头渗透增长,千万像素以下 CIS 需求提升,行业供不应求。行业景气有望持续,封测行业保持较高增长。

4.2 业绩表现超预期,有望进入盈利释放期

封测行业在 2020Q2 及 2020Q3 持续高稼动率运转,利润加速攀升。2019Q3 封测行 业开启了本轮行业景气修复及国产替代加速,收入端持续高增长,我们此前预判超预期 有望从收入端向利润端传导。封测行业在收入规模增长的同时,加强成本管控和费用降 低,毛利率提升,净利润释放加速。2020Q3,核心封测公司(长电科技、通富微电、华 天科技、晶方科技)营业收入为 120 亿元,同比增长 1%;归母净利润为 8.41 亿元,同 比增长 251%。考虑到长电科技 2020 年收入口径调整,按照去年同比口径计算,国内核 心封测公司营业收入同比增长 10%。

半导体产业链深度研究报告:厉兵秣马,迈入“芯”征程

封测价值重估两阶段,从毛利率修复到净利率修复。长电科技、通富微电、华天科技等 三大封测厂合计全球市占率超过 20%,具备全球竞争力。长期视角相对成熟,具备中期 维度的产业投资机会。封测重资产属性强,产能利用率是盈利的关键。在周期上行时, 跨越平衡点后具有较高利润弹性,需求和产能的矛盾也会导致局部涨价。

2019H2 产能利用率提升,2020H2 有望开启利润率提升。国内封测行业产能利用率低 点在 2019Q1,2019Q2 以后产能利用率逐季提升,2019Q3 开启行业收入高增速阶段。 封测行业毛利率提升的基础上,净利率还有较高提升空间。收入增长摊低费用率水平的 基础上,国内主要封测厂精益管理、控费降本有望逐渐显现。2020Q1 费用拐点逐渐出 现,随着疫情影响逐渐减弱,2020Q3 利润率进一步攀升。

国内封测行业持续发展壮大,直接受半导体景气周期影响。国内晶圆代工厂仍处于追赶 过程,而封测行业已经跻身全球第一梯队,全球逻辑电路的景气程度会直接影响到国内 的封测厂商。封测行业直接受半导体景气回升影响,国内封测厂是最直接受益赛道之一。

封测行业整合,大陆外延内生持续增长。长电科技并购星科金朋、通富微电并购 AMD 苏 州/槟城厂、华天科技并购 Unisem。长电科技、天水华天、通富微电三大封测厂合计市 占率已从 2011 年的 4.5%上升到了 2018 年的 20.5%。

4.3 重点企业分析(参见原报告)

长电科技:三季报超预期,净利率持续攀高

通富微电:业绩超预期,AMD Zen3 竞争力加强

晶方科技:光学赛道 TSV 龙头,行业高度景气

五、设备:设备国产替代、时不我待

收入、利润快速增长,国产替代持续深化。设备行业核心公司(中微公司、北方华创、 至纯科技、精测电子、长川科技、晶盛机电、华峰测控、万业企业)第三季度营业收入 42 亿元,同比增长 27%(剔除掉重组因素,下同);第三季度归母净利润 7.6 亿元,同 比增长 37%。设备行业持续处于高速增长,国产替代空间快速打开,国内核心设备公司 成长可期。

北美半导体设备销售数据高增长,20Q3 销售额创历史新高。伴随着下游资本开支提升, 设备厂商营业收入增速从 2019Q2 触底后逐渐回暖。2020Q1 由于疫情冲击,产品发货 推迟,进入到 2020Q3 以来,北美半导体设备数据表现亮眼,行业持续修复和回暖。 2020Q3 单季度全球半导体设备销售额创历史新高。

美国商务部正式将中芯国际纳入实体清单,上游设备国产化需求更紧迫。中芯国际使用 美国技术,或者包含美国技术的设备,均需要获得美国的出口许可,尤其强调 10nm 及 以下的先进制程技术。全球前五大设备厂商分别在美国(3)、日本(1)、欧洲(1),合 计市占率约 70%,在各细分赛道均具有一定卡位能力。半导体国产化时不我待。国内设 备公司目前已经覆盖各细分领域,有望近几年加速替代。

5.1 设备国产替代持续深化

收入、利润快速增长,国产替代持续深化。设备行业核心公司(中微公司、北方华创、 至纯科技、精测电子、长川科技、晶盛机电、华峰测控、万业企业)第三季度营业收入 42 亿元,同比增长 27%(剔除掉重组因素,下同);第三季度归母净利润 7.6 亿元,同 比增长 37%。设备行业持续处于高速增长,国产替代空间快速打开,国内核心设备公司 成长可期。

半导体产业链深度研究报告:厉兵秣马,迈入“芯”征程

设备厂商在手订单充足,预收款项单季度快速增长。由于会计准则调整,预收账款部分 项目重分类到合同负债。2020Q3 单季度,设备板块主要公司仍有较高预收账款/合同负 债;其中,北方华创预收款约 23.5 亿元;中微公司约 5.1 亿元;至纯科技、晶盛机电预 收款金额明显增加。

5.2 全球设备市场高增长,国产替代空间更巨大

根据 SEMI,全球每年半导体设备市场规模约 500~600 亿。半导体设备投资同比增速 在 2019H2 拐点已经很出现,持续上行。2020 年前三季度全球半导体设备销售额分别为 156/168/194 亿美元,同比 22%/27%/29%,增长明显,其中 2020Q3 单季度半导体设 备销售额创历史新高。根据 SEMI 预测,2021 年全球半导体设备销售额有望创下年度新 高,达到 688 亿美元。

半导体产业链深度研究报告:厉兵秣马,迈入“芯”征程

中国大陆半导体设备市场在全球比重中逐步提高。根据 SEMI,大陆设备市场在 2013 年 之前占全球比重为 10%以内,2014~2017 年提升至 10~20%,2018 年之后保持在 20% 以上,2019/2020 年大陆设备份额加快上行。根据 SEMI,大陆设备市场需求近两年高速 增长,2020 年前三季度中国市场半导体设备销售额分别 35/46/56 亿美元,同比 48%/37%/63%,增速明显高于全球。2020Q3 单季度,中国半导体设备销售在全球的销 售占比达到 29%,创历史新高。

前道设备占主要份额,测试设备增速更快。按制程分类,前道、封装、测试三类设备分 别占 85%、6%、9%。半导体设备 2013~2018 年复合增长率为 15%,前道、封装、测 试分别为 15%、11%、16%。增速最快的子项目分别微刻蚀设(CAGR 24%)备和存储 测试设备(CAGR 27%)。

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AI、5G 需求旺盛,半导体产业向大陆持续转移。国内数字芯片产业链设计-晶圆制造-封 测产业成长动力不变,一是 AI、5G 带来的逻辑电路行业本身的成长;二是半导体产业持 续向大陆转移。据 SEMI 估计,2017 年至 2020 年间全球将有 62 座新的晶圆厂投入营 运,其中在中国大陆的新厂有 26 座,占新增晶圆厂的比重高达 42%。

国内晶圆厂建设即将键入高峰期,内资采购市场仍有提升空间。根据已经披露的国内规 划在建的晶圆厂投资规划统计,2020~2022 年晶圆厂投资额将是历史上最高的三年,并 且随着国内对于半导体制造国产替代的需求增加,未来可能还会有新增的投资项目。根 据 SEMI,中国大陆设备需求已经达到全球设备需求的 20~30%,但考虑到大陆的需求 有一半来自于英特尔、三星、台积电等公司的投资,实际上内资采购金额的市场空间约 10%。

Capex 进入上行期,台积电、中芯国际纷纷增加资本开支。台积电率先推进大幅资本开 资提升,推进先进制程应用。台积电 2018 年资本开支 104 亿美元,2019 年提升至 148 亿美元,2020 年预期 170 亿美元。中芯国际 2019 年资本开支 22 亿美元,预期 2020 年 上升至 67 亿美元,开启新一轮资本开支。

5.3 封装测试设备赛道高度景气,国产厂商初具实力

半导体测试环节的三大核心设备是测试机、分选机和探针台。集成电路生产需经过几十 步甚至几百步的工艺,其中任何一步的错误都可能是最后导致器件失效的原因,同时版 图设计是否合理、产品是否可靠,都需要通过集成电路的功能及参数测试才能验证。集 成电路测试设备主要包括测试机、分选机和探针台等。测试机主要用于检测芯片的功能 和性能,探针台和分选机在不同环节实现被测芯片与测试机的链接。晶圆检测(CP)环 节使用探针台,成品测试(FT)使用分选机。

封测行业景气,封测厂资本开支重回增长。2007 年以来,随着国内测试厂在全球市占率 不断提高,其资本支出也不断增加。长电科技、华天科技、通富微电、士兰微的资本开 支保持增长趋势,其中资本开支增长有 2015 年长电科技并表星科金朋、2016 年通富微 电并表 AMD 苏州及槟城厂的影响。由于半导体行业景气周期因素,经历 2018~2019 年 封测行业资本开支放缓之后。封测行业 2020 年资本开支大幕重启,长电科技公告投资 扩充产能,通富微电、晶方科技均定增扩产,华天科技在投建新厂。

封测行业产能稼动率较高,有进一步扩充产能的需求。我们认为,全球半导体周期向上, 封测行业景气度提升,叠加国产替代需求。紧张的产能与密集的需求、加速推进的国产 化能力与中高端国产化的要求是当前两大矛盾。

根据 Gartner 统计,2018 年全球封装设备市场规模达 39.9 亿美元,2013-2018 年 CAGR 达到 11.6%,VLSI 对 2018 年市场规模的预测更乐观,比 Gartner 高 7.8%,在经历了 2019 年上半年半导体行业整体不景气后,封装设备销售情况与需求拉开差距,2020 年 三季度开始封装设备销售规模回升,我们认为这一趋势将在 2021 年延续,从而填补需 求差,满足同样在不断增长的半导体制造需求。

国际领先厂商依靠内生外延扩大规模,新加坡 ASMPT(0522.HK)龙头优势明显。国 际封装设备领先厂商 ASMPT、K&S、Besi、Yamada 等通过积极研发与投资收购相结合的 方式,拓展产品品类,提升市场份额。其中 ASMPT 在产品覆盖、营收等领域均显著领先 于竞争对手,一方面,ASMPT 背靠 ASMI(光刻机 ASML 母公司),具有资本、客户资源 优势。另一方面,公司注重研发投入,其设备不仅涵盖半导体封装材料和后段(芯片集 成、焊接、封装)和 SMT 等所有工艺技术,还包括 CIS 设备和 Mini/Micro LED 完整设备 解决方案,带来高于同行的营收天花板。

设备交货期较长,封装订单营收有望在 2021 年体现。根据 K&S 2020Q1 法说会,公司 交货周期两个月左右,Besi 产品交货周期 4-12 周,封测厂三、四季度订单部分有望在 2021 年体现在封装设备厂营收。

通过打入国内测试龙头企业,华峰测控、长川科技等实现了部分半导体测试设备国产替 代。由于半导体检测设备不如光刻、刻蚀等前道设备难度高,单台设备金额相对较小, 适合于半导体大厂或科研机构人员创业成立,且国内在检测设备部分领域已经实现了突 破。目前以华峰测控、长川科技为代表的少数国产测试设备产品已进入国内封测龙头企 业的供应商体系,正通过不断的技术创新逐渐实现进口替代,在降低下游企业测试成本 的同时推动国内测试产业的技术升级。国产优势装备企业的崛起对完善国内集成电路产 业链、打破国外产品的技术和市场垄断、提升我国集成电路制造装备的自主创新能力和 国际竞争力起着重要的战略意义。长川科技以模拟/数模混合的测试机以及分选机实现了 进口替代,在积极向数字测试机、探针台市场推进。

据 SEMI,2018 年全球半导体后道测试设备(ATE,包含测试机、分选机、探针台)市场 规模约 54 亿美元。中国大陆 ATE 市场约 57 亿元人民币,测试机、分选机、探针台分别 占 63%、17%、15%,其他设备占 4%。

半导体产业链深度研究报告:厉兵秣马,迈入“芯”征程

5.4 重点企业分析(参见原报告)

北方华创:国产半导体设备龙头,布局领域完整

中微公司:国产刻蚀设备龙头,未来打造半导体设备旗舰

华峰测控:模拟测试设备龙头,国产替代加速突破

六、材料:产品持续突破,国产化正式开启

6.1 半导体材料行业综述,国产化初成型

从半导体材料来看,至 2019 年全球市场规模在 521.4 亿美元,较 2018 年同比下滑 1.1%。 但是从长期维度来看半导体材料一直随着全球半导体产业销售而同步波动。而由于半导 体芯片存在较大的价格波动,但是作为上游原材料的价格相对较为稳定,因此半导体材 料可以被誉为半导体行业中的剔除价格方面最好的参考指标之一。

在全球半导体材料的需求格局之中,中国大陆从 2011 年的 10%的需求占比,至 2019 年 已经达到占据全球需求总量的 16.7%,仅次于中国台湾(21.7%)及韩国(16.9%),位 列全球第二。随着整个半导体产业的持续增长,以及中国大陆不断新建的代工产能,我 们有望看到中国大陆半导体市场规模增速将会持续超越全球增速的同时,攀登至全球需 求第一的宝座。

半导体产业链深度研究报告:厉兵秣马,迈入“芯”征程

在整个半导体材料 521 亿美元的市场规模之中,半导体晶圆制造材料占据了约 63%,达 到了 328 亿元。晶圆制造材料的持续增长也是源自于当前制造工艺不断升级带来的对于 材料的更大的消耗所致。

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半导体制造过程繁琐且复杂,对于的材料大类的设计也超过了 9 种。其中硅片的占比最 大,达到了 122 亿美元,37.3%;其次为电子特气,市场规模约为 43 亿美元,13.2%; 光掩模,光刻胶及其辅助材料分别为 41 亿美元和 40亿美元,占比达到12.5%和 12.2%。

当前 A 股市场已经涌现出一批在各个领域已有所建树的公司,从成本占比最大的硅片, 再到美国高度垄断的 CMP 材料,均实现了一定的技术突破,并且部分厂商已实现了稳定 的原材料的出货,均可以看到中国半导体材料板块正在多个细分领域收获成果。

6.2 中美科技贸易纠纷下,CMP 及气体国产替代刻不容缓

2020 年 12 月 18 日美国商务部正式发布公告,将中芯国际正式纳入“实体清单”。根 据公告,在列入实体清单后,美国出口商必须向美国政府申请许可证后才能继续向其供 货,其中针对先进工艺节点制程半导体产品的所需物品的出口供应,美国政府将优先采 取“推定拒绝”政策,即,原则上不批准出口许可。

从半导体材料方面来看,美国从原材料供应方面进行了限制,这直接致使例如 CMP 材 料及电子特气这类美国高市占率产品存在的断供的可能性,进一步推动国产 CMP 及气 体厂商的需求及国产替代化进度。

6.3 硅片、光刻胶持续突破,进步飞速,多点开花

6.3.1 硅片

由于半导体行业与全球宏观形势紧密相关,全球半导体硅片行业在 2009 年受经济危机 影响,出货量与销售额均出现下滑;2010 年智能手机放量增长,硅片行业大幅反弹;2011 年-2016 年,全球经济复苏但较为低迷,硅片行业易随之低速发展;2017 年以来,得益 于半导体终端市场需求强劲,半导体市场规模不断增长,于 2018 年突破百亿美元大关。 至 2019 年全球半导体硅片的收入已经达到 112 亿美元的规模,出货量也达到了 118.1 亿平方英寸。

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2008 年至 2013 年,中国大陆半导体硅片市场发展趋势与全球半导体硅片市场一致。 2014 年起,随着中国半导体制造生产线投产、中国半导体制造技术的不断进步与中国半 导体终端市场的飞速发展,中国大陆半导体硅片市场步入飞跃式发展阶段。2016 年-2018 年,中国半导体硅片销售额从 5.00 亿美元上升至 9.96 亿美元,年均复合增长率高达 41.17%。中国作为全球最大的半导体终端市场,未来随着中国芯片制造产能的持续扩张, 中国半导体硅片市场的规模将继续以高于全球市场的速度增长。

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中国大陆仅有少数几家企业具有 200mm 半导体硅片的生产能力。2017 年以前,300mm 半导体硅片几乎全部依赖进口。2018 年,硅产业集团子公司上海新昇作为中国大陆率先 实现 300mm 硅片规模化销售的企业,打破了 300mm 半导体硅片国产化率几乎为 0%的 局面。

6.3.2 光刻胶

光刻胶,目前做为半导体生产中光刻工艺的核心材料,其主要工作原理是:光刻工艺利 用光刻胶对于各种特殊射线及辐射的反应原理,将事先制备在掩模上的图形转印到晶圆, 建立图形的工艺,使硅片表面曝光完成设计路的电路图,做到分辨率清晰和定位无偏差 电路。

光刻胶从功能上又可分为正性及负性光刻胶:

1. 正性光刻胶之曝光部分发生光化学反应会溶于显影液,而未曝光部分不溶于显影液, 仍然保留在衬底上,将与掩膜上相同的图形复制到衬底上;

2. 负性光刻胶之曝光部分因交联固化而不溶于显影液,而未曝光部分溶于显影液,将与 掩膜上相反的图形复制到衬底上。

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按照应用领域的不同,光刻胶又可以分为 PCB 用、LCD 用、半导体用和其他用途光刻胶。

行业壁垒高耸,研发能力要求极高,资金需求巨大。光刻胶的种类繁多,实际操作中由 于各个客户的产品的要求不同,因此对光刻胶的具体要求也较多。这一点将会直接导致 光刻胶企业在生产制作光刻胶的时候需要具备足够的配方研发能力,对众多国内仍在起 步的厂商无疑是个巨大的挑战。

248nm 及以上高端光刻胶为全球市场的主流。SEMI 的数据显示,2018 年全球半导体 用光刻胶市场达到 24 亿美元,较 2017 年同比增长 20%。光刻胶配套试剂方面,2018 年全球光刻胶配套试剂市场达到 28 亿美元,较 2017 年增长 27%。

全球共有 5 家主要的光刻胶生产企业,其中,日本厂商技术和生产规模占绝对优势。

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