5G叠加产化替代半导体行业砥砺前行

1、第一篇：半导体行业现状高技术、资本壁垒的半导体行业半导体产业链包括上游、中游和下游，上游是制造半导体所需的原材料和设备，中游是制造半导体的过程，主要包括集成电路（IC）设计、集成电路制造和封装测试三个环节，下游是将集成电路应用于 PC、汽车、手机、物联网等领域。在半导体材料方面，靶材、封装基板、CMP 抛光材料、湿电子化学品等产品中国大陆已经实现大批量供货；硅片、电子气体、化合物半导体、掩模版等中国大陆已经小批量供货；但光刻胶等技术水平和全球一流水平仍存在较大差距，目前基本未实现批量供货。在半导体设备方面，光刻机、刻蚀机、薄膜设备、扩散/离子注入设备、湿法设备、过程检测等国产化进程举步维艰。不

2、过，对于中国大陆而言，目前最迫切需求解决的是中游半导体制造环节。图 1 半导体产业链图片来源：Wind 资讯在芯片制造领域里，一直流传这样的一个定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔 1824 个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，人们称之为摩尔定律。尽管当前来看严格的摩尔定律已经失效，不过 IMEC、ASML 等机构为半导体产业规划的蓝图里，制程升级的步伐并没有停止。以台积电制程工艺演进为例，从发展趋势上看，其工艺技术不断精进，2017 年开始大规模出货 10nm FinFET 制程，并开始风险试产 7nm FinFET 制程，并于 2018 年实现量产； 2019 年开始

3、量产 7nm+（EUV 版的 7nm）；2020 年将风险试产 5nm 制程；2022 年 3nm 制程工艺也有望实现量产。但是，每一代制程的推出间隔时间逐步拉长，例如：其 45nm 到 28nm 之间相隔 9 个季度，28nm 到 16nm 之间相隔 11 个季度，16nm 到 10nm 之间相隔 12个季度。图 2 台积电的制程工艺演进图片来源：台积电官网制程工艺升级带来芯片性能的提升。根据 AMD 数据，过去十年制程升级带来更高性能、更低功耗，制程升级为半导体性能提升贡献 40%。根据 ASML 预测，20182028 年的未来十年半导体性能提升进一步加速，制程提升的贡献为 30%左右，

4、剩下增长来自于诸如 3D Stacking、多核架构、内存整合、软件系统、电源管理等多方面的升级。先进制程主要用于高性能计算领域，包括 CPU（AP）、GPU、ASIC、FPGA 等芯片，对应下游包括智能手机、个人电脑、服务器、矿机等。这些应用对于性能要求极高，而非将成本作为首要衡量因素。目前较为成熟的 28nm 节点主要应用包括中低端手机、平板、机顶盒、路由器等主芯片，14nm 主要应用包括中高端 AP/SoC、显卡 GPU、矿机 ASIC、FPGA 等， 7nm 及 10nm 主要应用包括智能手机 AP/SoC、个人电脑及服务器 CPU、矿机 ASIC 等。表 1 先进制程应用领域7nm6

5、nm5nm公司产品公司产品公司产品AMDCPU/GPUAMDCPU/GPUAMDCPU/GPUAppleAPAppleAPAppleAPBitmainSG 基带BroadcomSiliconHisiliconFPGAHisiliconAI 加速器HisiliconphotonicsSamsung LSIMTKFPGASamsung LSIASICXilinxNividiaASICMTKQualcommQualcommXilinx其它数据来源：拓璞产业研究院、艾德证券期货研究部整理制程工艺升级的背后是巨额资本投入。根据 IBS，3nm 芯片的设计费用约 515 亿美元，工艺开发费用约 4050

6、亿美元，兴建一条 3nm 产线的成本约 150200 亿美元。但 3nm 芯片仅比 5nm 芯片提升 15%性能、降低 25%功耗。此外，单位面积的硅晶圆，生产 3nm 芯片的成本也会相应增加。图 3 投资金额：100K 产能对应投资额要求（亿美元）数据来源：gartner、艾德证券期货研究部整理中国大陆芯片高度依赖进口2019 年中国集成电路进口数量 4451.34 亿个，进口总额 3055.5 亿美元，分别较 2015 年增加 41.76%和 32.89%；出口数量 2187 亿个，出口金额 1015.8 亿美元，分别较 2015 年增加 19.67%和 47.17%。图 4 集成电路进口

7、数据数据来源：中国海关总署、艾德证券期货研究部整理图 5 集成电路进出口数据数据来源：中国海关总署、艾德证券期货研究部整理根据国家统计局最新公布的数据显示，2019 年中国大陆集成电路产量约为 2018.2 亿个，集成电路总销量为 4554.1 亿个，自给率只有 44.32%，产销之间的巨大缺口就需要进口来弥补。图 6 集成电路自给率数据来源：艾德证券期货研究部整理根据以上数据，2019 年中国产销之间的缺口为 2535.9 亿个，而集成电路进口均价为 0.6864 美元/个（进口总额 3055.5 亿美元/进口数量 4451.34 亿个），由两者可以推断出 2019年中国集成电路产销之间的缺

8、口为1740.65 亿美元，按照2019 年底的美元/人民币汇率6.9632计算，对应的人民币金额为 12120.44 亿元。基于以上分析，如果半导体产业能逐步实现国产替代，则未来的发展空间十分巨大。更关键的是一些核心芯片市场占有率非常低，根据前瞻产业研究院及一些研究机构公布的数据，2019 年上半年，在计算机系统领域，唯一有占有率（2%）的仅为工业应用的 MCU；在通用电子系统中，DSP 与 FPGA/EPLD 占有率均为零；在移动通信终端领域，应用处理器（AP）与通信处理器占有率尤为突出，分别达到 18%与 22%，这一点与华为海思麒麟与巴龙基带等密切相关，而这两领域也是目前国产芯片表现最

9、好的，除此之外，嵌入式 MPU 与 DSP 占有率均为零；存储芯片方面，DRAM 与 NAND 占有率为零，NOR 与 ISP 处理器占有率都达到 5%；显示及视频系统中，显示处理器占有率为 5%，驱动 IC 占有率为零。当然，这里的占有率为零不代表国内没有这个产品，只是相较于市场主流可以忽略不计。表 2 中国大陆核心芯片市场占率系统设备核心集成电路国产芯片占有率计算机系统服务器MPU0%个人电脑MPU0%工业应用MCU2%通用电子设备可编程逻辑设备FPGA/EPLD0%数字信号处理设备DSP0%通信设备移动通信终端Application Processor18%Communication P

10、rocessor22%Embeded MPU0%DRAM0%核心网络设备NPU15%内存设备半导体存储器DRAM0%NAND FLASH0%NOR FLASH5%Image Processo5%显示及视频系统高清电视Display Processor5%Display Driver0%数据来源：前瞻产业研究院，截止 2019 年 5 月受益于 5G 的持续发展，半导体下游需求旺盛“中兴事件”使得一些半导体下游的企业将自身的产业链条由国外转向国内，加上政府的大力支撑，半导体国产化加速。更重要的是，由于 5G 的到来，来自数据中心、智能手机及通讯对芯片的需求大幅增加。数据中心方面，随着 5G 的到

11、来，服务器将会在应对存储方面呈几何倍数增长的同时，还需要保持高带宽、低时延、高稳定性的要求，这将导致服务器的内部升级。以中国 X86服务器市场出货量为例，IDC 预测，中国 X86 服务器市场在 2019 年经过周期性调整后，2020年后市场将逐步恢复并迎来新一轮增长，2023 中国 X86 服务器市场规模将达到 292.85 亿美元，2020-2023 年复合增长率将达到 11.9%。图 7 中国 X86 服务器市场规模预测数据来源：IDC、艾德证券期货研究部整理智能手机方面，全球智能手机出货量呈现企稳回升之势。IDC 公布的数据显示，2019年全球智能手机出货量 14.86 亿部，与 20

12、18 年基本持平。分季度来看，2019 年四个季度的同比增长率分别为-2.7%、-2.3%、1%及 2%。手机厂商方面，2019 年三星出货量 2.96 亿部，同比增长 1.61%，稳居首位，华为和苹果紧随其后，出货量分别为 2.38 亿部和 1.96 亿部。预料 5G 手机在未来几年出货量将大幅增加。根据 IDC 预测，2019 年 5G 手机出货量为 670 万部，份额仅为 0.5%。到 2023 年，5G 手机出货量将达到整体手机出货量的 26%。各家 5G 芯片供应商纷纷加足马力备货，预计 2020 年全球 5G 手机出货量为 2-3 亿部。与之相对应，对于 5G 芯片的需求也将呈现急

13、速增加的势头。台积电 7 纳米制程产能在 2019 年第 3 季开始全线爆满，2020 年上半年都可能出现产能供不应求的局面。联发科、高通、三星电子及海思等 5G 芯片供应商，都不断要求上、下游协力大举扩充产能，并有效拉高公司内外的库存水平。图 8 全球智能手机出货量（季度）数据来源：Wind 资讯、艾德证券期货研究部整理通讯方面，随着 5G 的推进，各大运营商加紧布局。截至 2019 年 8 月，全球参与 5G 投资和建设的国家和运营商分别为 98 个和 293 个，全球 5G 基站累计出货量 45.3 万个。其中，中国 5G 基建出货量位居世界第一，已构建 8.6 万个基站。表 3 三大运

14、营上 5G 基站建造数量运营商基站数量截止 2019 年底，中国移动在 50 个以上城市提供 5G 商用服务，建设中国移动超过 5 万个 5G 基站，在全国 300 多个城市已开展 5G 网络建设。中国电信截至 2019 年底，中国电信在 50 个城市建设 4 万个 5G 基站，在重点城市的城区实现规模连片覆盖。截至 2019 年 9 月底，中国联通已在 40 多个大中城市部署建设 5G 基站 2.5 万个，预计 19 年全年将建设 4 万个。中国联通数据来源：艾德证券期货研究部整理PC 方面，全球 PC 的出货量于 2016 年触底后，出现反弹，2019 年四季度全球 PC 出货量 71.7

15、8 百万台，同比增长 5.35%。从趋势上看，PC 已经出现止跌企稳的迹象。图 9 全球 PC 出货量（季度）数据来源：Wind 资讯、艾德证券期货研究部整理第二篇：半导体行业产业链分析半导体材料半导体材料分类半导体材料可分为晶圆材料和封装材料，半导体制造和封测技术较为复杂，从晶圆裸片到芯片成品，中间需要经历氧化，溅镀、光刻、刻蚀、离子注入、以及封装等上百道特殊的工艺步骤。包括半导体材料和设备，属于芯片制造、封测的支撑性行业，位于半导体产业链最上游。半导体材料是半导体产业链中细分领域最多的产业链环节，晶圆材料主要有硅片、光掩膜、光刻胶、光刻胶辅助设备、湿制程、溅射靶、电子气体、抛光液、靶材等。

16、封装材料主要有层压基板、引线框架、焊线、模压化合物、底部填充料、液体密封剂、粘晶材料、锡球、晶圆级封装介质、热接口材料。同时类似湿电子化学品中又包含了酸、碱等各类试剂，细分子行业多达上百个。图 10 半导体材料分类资料来源：艾德证券期货研究部整理半导体材料市场全球规模根据中国半导体协会资料，2018 年全球半导体材料市场规模 519 亿美元，同比 2017 年增长 10.7%。其中晶圆制造材料销售额约 322 亿美元，封装材料销售额约 197 亿美元。中国台湾、中国大陆和韩国市场使用了全球一半以上的半导体材料。图 11 全球半导体材料销售额（亿美元）数据来源：中国半导体协会、艾德证券期货研究部

17、整理2018 年，台湾地区凭借在晶圆制造及先进封装的庞大产能，消耗了 114 亿美元的半导体材料，连续 9 年成为全球最大半导体材料消费地区。2018 年，韩国排名第二，半导体材料用量达 87.2 亿美元；中国大陆排名第三，半导体材料用量达 84.4 亿美元。从行业竞争格局看，全球半导体材料产品由日、美、韩、德等国家占据绝对主导，国产半导体材料的销售规模占全球的比重不到 5%，从整体技术水平和销售规模来看，国产半导体材料产业和海外化工及材料龙头仍然存在较大差距。根据 SEMI 预测，2019 年硅片、电子气体、光掩膜、光刻胶配套化学品的销售额分别为123.7 亿美元、43.7 亿美元、41.5

18、 亿美元、22.8 亿美元，分别占全球半导体制造材料行业37.29%、 13.17%、12.51%、6.87%的市场份额。在晶圆制造材料中，硅片占比最高，为半导体制造的 核心材料。而在封装层面，封装基板为占比最大的细分子行业。2018 年，中国晶圆制造材料总体市场规模约 28.2 亿美元，较 2017 年的 24.8 亿美元增长 13.7%。封装材料市场规模约为 56.8 亿美元，较 2017 年的 50.9 亿美元增长 11.59%。晶圆制造材料与封装测试材料总计市场规模约为 85 亿美元，环比 2017 年增长 12.29%。图 12 中国半导体材料市场规模（亿美元）数据来源：SEMI、艾

19、德证券期货研究部整理中国半导体材料现状中国半导体材料自给率不足，规模小，高端占比低，国内企业长期研发投入和积累不足，中国半导体材料在国际分工中处于中低端领域，高端产品市场主要被欧美日韩台等国家的大公司垄断。某些材料往往只是某些大型材料厂商的一小块业务，如陶氏化学公司、杜邦、三菱化学等，半导体材料业务只是其电子材料事业部的一个分支。硅片硅片和硅基础材料是芯片生产过程中最重要、成本占比最高的材料。硅晶圆片的市场销售额占整个半导体材料的市场总销售额的 30%以上。硅片直径主要有 3 英寸、4 英寸、6 英寸、8 英寸、12 英寸（300mm），目前已发展到 18 英寸（450mm）等规格。直径越大，

20、在一个硅片上经一次工艺循环可制作的集成电路芯片数就越多。2016 年-2018 年，全球半导体硅片销售额从 72.09 亿美元增长至 114 亿美元，年复合增长率达到 25.75%。于此同时，2016 至 2018 年，全球半导体硅片出货面积从 107.38 亿平方英寸增长至 127.32 亿平方英寸，年复合增长率达 8.89%。图 13 全球硅片出货面积（亿平方英寸）资料来源：中国半导体协会、艾德证券期货研究部整理从 2009 年开始，12 英寸半导体硅片逐渐成为全球硅片市场的主流产品，由于人工智能，区块链以及云计算等新兴终端市场的发展，12 英寸硅片近几年年复合增长率为 7.51%。但硅片

21、具备极高的技术壁垒和垄断性，全球一半以上的半导体硅材料产能集中在日本，信越和 SUMCO 占据了市场 60%的份额，其他主要由德国、韩国、美国以及台湾的公司占据。总计占据了全球 90%以上的市场份额。中国从 2012 年以来，在半导体硅片市场规模呈现稳定上升趋势，2016 年-2018 年硅片销售额从 5 亿美元上升到 9.96 亿美元，年复合增长率高达 41.17%，高于全球同期增速。中国目前自主生产的硅片以 6 英寸为主，应用于光伏和低端分立器件制造，基本可以满足国内的需求，但 8 英寸的大硅片仅有少量厂商生产，供给远不能满足国内市场需求，2018 年国内对 8 英寸硅片的月需求量预计为

22、80 万片，仍有较大的缺口。12 英寸集成电路级硅片基本依赖进口。不过，近年来，中国在 8 英寸和 12 英寸集成电路级硅片的研发上取得了重大突破，国家在政策和资本等各方面给予大力支持，中国本土企业在市场、政策、资金的推动下开始快速发展。电子气体电子气体在电子产品制程工艺中广泛应用于薄膜、蚀刻、掺杂等工艺，电子特种气体划分种类繁多，在半导体工业应用中有 110 余种单元特种气体，常用的超过 30 种。电子气体的主要应用范围包括电子行业、太阳能电池、移动通讯、汽车导航及车载音像系统、航空航天、军事工业等诸多领域。如同硅片一样，电子特种气体从生产到分离提纯以及运输供应都存在较高的技术壁垒，全球市场

23、主要被几家跨国巨头垄断。包括美国空气化工、普莱克斯、德国林德集团、法国液化空气、日本大阳日酸株式会社等公司占据了全球电子特气 90%以上的市场份额。图 14 特种气体市场格局数据来源：wind 资讯、艾德证券期货研究部整理不过，经过多年的发展以及国家对于半导体产业支持力度加大，中国目前电子特气逐渐实现国产化，稀有气体产量和质量都有了较大的提升，包括硅烷、高纯氨、氢氟酸、氯气、砷烷等为代表的国产电子特气，逐渐开始渗透国内市场，相应的厂商也不断涌现。截至 2015年年底，中国共有特种气体生产企业 150 余家。湿电子化学品湿化学品，主要以上游硫酸、盐酸、氢氧化钠等十余种原料，经过处理、提纯得到的纯

24、高度产品。在半导体领域主要用于芯片的清洗和腐蚀，同时在硅晶圆的清洗中也起到重要作用。其纯度和洁净度对集成电路成品率、电性能及可靠性有十分重要的影响。在这个领域，欧美和日韩台地区企业仍然占据产品的主导地位。德国巴斯夫，美国亚什兰化学、Arch 化学，日本关东化学、三菱化学、京都化工、住友化学、和光纯药工业，台湾鑫林科技，韩国东友精细化工等，上述公司占全球市场份额的 85%以上。中国目前生产超净高纯试剂的企业中产品达到国际标准且具有一定生产量的企业有 30多家，部门产品已经实现了进口替代。另外，中国湿电子化学品应用市场分为三大类：即半导体市场、光伏市场、平板显示器市场，国产化率分别约为 15%、2

25、5%、98%。封装基板封装基板是芯片封装体的重要组成材料，主要起承载保护芯片与连接上层芯片和下层电路板作用。包括固定/支撑芯片、增强芯片导热散热、实现电气和物理连接、功率和信号分配等功能。封装基板的应用领域几乎涵盖下游所有终端场景，包括移动智能终端、服务/存储等领域，类型涵盖消费类（手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴电子产品等）和工业类（通信设备、数据中心等）。全球封装基板的市场格局来看，目前主要产能和生产商都集中在台湾、韩国、日本等地区，前十大企业合计市占率达到 80%，集中度较高。其中，日本就走在了世界 IC 封装基板的开发、应用的最前列，其次为韩国和中国台湾。中国大陆 2009 年起陆续

26、有企业开始进入封装基板产业，产业参与方以 PCB 厂为主，虽然占全球较低水平，但提升趋势明显，2017年产值达到 89 亿元，同比增长 23%，高于全球个位数增速。半导体设备半导体设备指生产半导体相关产品的专用设备，半导体设备是半导体行业的支撑行业，主要应用于 IC 制造（前端设备）、IC 封测（后端设备）两大领域。其中，IC 制造设备又包括晶圆制造设备和晶圆加工设备。其中晶圆制造设备主要由硅片厂进行采购，最终产品为硅片；晶圆加工设备主要由代工厂或 IDM 企业进行采购，最终产品为芯片；IC 封测设备通常由专门的封测厂进行采购，包括拣选、测试、贴片、键合等多个环节。mo图 15 半导体工艺流程

27、AnIC 设计电路设计CDA原图设计光罩制作光罩单品硅片氧化扩散刻号化学气相沉积离子植入扩散溅蚀清洗光阻去除保护层沉积IC 制造WAT 测试单晶硅片制造抛光研磨切割拉晶多晶硅老化试验IC 测试封装IC 封测晶圆电测切割贴片引线键合清洗图片来源：Wind 资讯半导体设备的核心制作硅晶圆需要的半导体设备大致有十个，它们分别是单晶炉、气相外延炉、氧化炉、磁控溅射台、化学机械抛光机、光刻机、离子注入机、引线键合机、晶圆划片机、晶圆减薄机。其中，光刻、刻蚀及清洗、薄膜、过程控制及检测是前端 IC 制造的四大核心领域，设备价值量在晶圆厂单条产线成本中占到 90%以上。实际上，从整个半导体工业流程来看，主要

28、包括单晶硅片制造，IC 设计，IC 制造和 IC封测。单晶硅片制造需要单晶炉等设备，IC 制造需要光刻机、刻蚀机、薄膜设备、扩散离子注入设备、湿法设备、过程检测等六大类设备。半导体设备中，晶圆代工厂设备采购额约占 80%，检测设备约占 8%，封装设备约占 7%，硅片厂设备等其他约占 5%。半导体设备全球市场规模据 2018 年 SEMI 的数据预告显示，2018 年新的半导体制造设备的全球销售额预计将增加 9.7%达到 621 亿美元，超过 2017 年创下的 566 亿美元的历史新高。预估 2019 年全球半导体制造设备销售金额将达 576 亿美元，较去年 644 亿美元的历史高点下滑 10

29、.5%，然 2020年可望逐渐回温，并于 2021 年再创历史新高。图 16 全球半导体设备增速资料来源：SEMI、艾德证券期货研究部整理半导体设备市场集中度比较高，生产企业集中在欧美、日本、韩国和中国台湾地区等。美国应用材料、荷兰阿斯麦、美国泛林集团、日本东京电子、美国科天等为代表的国际知名企业起步较早，经过多年发展，凭借资金、技术、客户资源、品牌等方面的优势，占据了全球集成电路装备市场的主要份额。中国半导体设备现状2020 年之前中国集成电路设备基本靠进口，只有三家集成电路设备厂商承接国家层面的刻蚀机、离子注入机和光刻机项目。2006 年国家设立专项极大规模集成电路制造装备及成套工艺科技项

30、目，研发国产化设备，并于 2008 年开始实施。根据中国电子专用设备工业协会对国内 42 家主要半导体设备制造商的统计，2017 年国产半导体设备销售额为 89 亿元，自给率约为 14.3%。中国电子专用设备工业协会统计的数据包括 LED、显示、光伏等设备。表 4 半导体相关政策支持时间政策2001 年 1 月进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策2011 年 4 号2000 年 6 月鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策2000 年 18 号2012 年 4 月财政部、国家税务总局关于进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展企业所得税政策的通知2014 年 6 月国家集成电路产业发展推

31、进纲要2016 年 5 月关于软件和集成电路产业企业所得税优惠政策有关问题的通知2015 年 5 月中国制造 20252018 年 3 月关于集成电路产业企业有关企业所得税政策问题的通知资料来源：艾德证券期货研究部整理2012 年国务院主导，科技部印发的“02“专项项目，标志着集成电路成为国家重点优先战略目标。在 02 专项的统筹规划下，国内半导体厂商分工合作研发不同的设备，涵盖了主要设备种类，目前已有 20 种芯片制造关键装备、17 种先进封装设备，通过大生产线验证进入海内外销售。目前光刻机、刻蚀、镀膜、量测、清洗、离子注入等核心设备的国产率普遍较低。经过多年培育，国产半导体设备已经取得较大

32、进展，整体水平达到 28nm，并在 14nm 和 7nm 实现了部分设备的突破。单晶炉在硅片制造过程种，单晶炉、抛光机、测试设备是主要设备，分别约占硅片厂设备投资的 25%、25%、20%。日本在硅片制备设备产业中占有相对优势，其产品覆盖了硅片制造的全套设备。其中单晶炉是一种在惰性气体（氮气、氦气为主）环境中，用石墨加热器将多晶硅等多晶材料熔化，用直拉法生长无错位单晶硅的设备。在实际生产单晶硅过程中，它扮演着控制硅晶体的温度和质量的关键作用。中国硅片制备设备经过了 30 余年的发展，已经可以提供直径 200ML 以下的硅片生产设备，但市场需求量较少以及国外设备的冲击，国产设备发展门类并不齐全。

33、不过，受到政策的鼓励和扶持，市场需求的驱动，多家企业正在积极布局大硅片项目。目前 8 寸直拉单晶炉和区熔单晶炉均已实现产业化。12 寸直拉单晶炉产业化推进中，未来有望为国内大硅片项目供货。光刻机在集成电路制造工艺中，光刻是决定集成电路集成度的核心工序，常用的光刻机是掩膜对准光刻，一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀等工序。在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移光刻胶上的过程，将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。光刻机发展之初主要分为无掩模光刻机和有掩模光刻机两大类。到 20 世纪 70 年，出现投影光刻机，开始替代接触/接近式

34、光刻机，成为先进集成电路大批量制造种的唯一光刻形式。随着集成电路集成度的进一步提高，芯片面积更大，要求一次曝光的面积增大，促使更为先进的步进扫描光刻机问世。到目前第五代，采取的为 EUV 光刻。表 5 光刻机光源分类光源波长(nm）工艺工艺节点（nm)第一代g-line436接触/接近式光刻机800-250第二代i-line365接触/接近式光刻机800-250第三代KrF248步进扫描投影光刻机180-130步进扫描/浸没式步进扫描投影130-65/45-22第五代EUV13.5光刻机极紫外光刻机22-7第四代ArF193资料来源：艾德证券期货研究部整理高精度光刻机被 ASML、尼康、佳能三

35、家垄断。其中荷兰的 ASML 在光刻机领域遥遥领先，一家独占全球 70%以上的市场份额。国内厂商研制的 90nm 高端步进扫描投影光刻机已完成整机集成测试，并在客户生产线上进行了工艺试验。封装测试设备封装是半导体设备制造过程中的最后一个环节，包含减薄/切割、贴装/互联、封装、测试等过程，封装的作用主要包括对芯片的支撑与机械保护，电信号的互连与引出，电源的分配和热管理。封装设备主要切割减薄设备、引线机、键合机、分选测试机等，其中焊线机占比最大达 31%，其次为贴片机，占比 18%，划片/切割机占比 15%。根据 SEMI 数据，2017 年全球封装测试设备市场高速增长 27.89%，销售额达到

36、83.1 亿美元。2017 年中国大陆半导体封装测试设备与封装模具市场增长了 18.6%，达到 206.1 亿元，约为 30.53 亿美元，其中封装设备市场 14 亿美元，测试设备与封装模具市场为 16.53 亿美元。图 17 全球封测行业规模数据来源：中国半导体协会、艾德证券期货研究部整理近年来，封测设备商经过不断整合，形成了以日本爱德万测试(ADVANTEST)和美国泰瑞达(TERADYNE)两大公司，其产品约占全球半导体企业测试设备市场份额的 80%以上目前封装测试已成为中国集成电路产业链中最具有国际竞争力的环节，几年来中国集成电路封测产业呈现快速增长态势，据数据显示，2018 年中国

37、IC 封测市场规模达 2194 亿元人民币，同比 2017 年增长了 16.1%。图 18 中国 IC 封装测试行业市场规模（亿元，人民币）数据来源：中国半导体协会、艾德证券期货研究部整理2014-2018 年中国半导体封装设备投资额呈现快速增长态势，2018 年中国封装设备投资总额达 47.4 亿元人民币，同比 2017 年增长了 56.4%。图 19 半导体封装设备投资总额（亿元，人民币）数据来源：中国半导体协会、艾德证券期货研究部整理IC 设计IC 设计占比逐步提高集成电路产业主要由 IC 设计、IC 制造以及 IC 封测三大板块组成。2018 年中国集成电路产业销售收入为 6532 亿

38、元（人民币，单位下同），同比增长 20.7%，其中：IC 设计业销售收入为 2519.3 亿元，占到全年总值的 38.6%，IC 制造销售收入为 1818.2 亿元，占到全年总值的 27.8%；IC 封测业销售收入为 2193.9 亿元，占到全年总值的 33.6%。依据世界集成电路产业设计、制造、封测三业合理占比 4：3：3 的局势来看，大陆集成电路产业比例趋势愈加合理，已经由“小设计-小制造-大封测”向“大设计-中制造-中封测”转变。表 6 中国集成电路产业销售收入（亿元，人民币）及增长率类别指标名称2016 年2017 年2018 年复合增长率集成电路产业合计4335.55411.3653

39、220.80%IC 设计销售额增长率1644.324.1%2073.526.1%2519.321.5%27.36%/IC 制造销售额1126.91448.11818.219.17%增长率25.1%28.5%25.6%/IC 封测销售额增长率1564.313.0%1889.720.8%2193.916.1%16.90%/数据来源：中国半导体行业协会图 20 中国集成电路产业 2018 年三业结构占比数据来源：中国半导体行业协会全球 IC 设计美国占据绝对主导地位在半导体设计领域，美国公司仍占据绝对主导地位，全球占比超 50%，IC 设计公司按照是否拥有工厂，分为无晶圆工厂的 fabless 模式

40、和有晶圆工厂的 IDM 模式。据调研机构 IC Insights 数据，美国 fabless 模式芯片公司占据全球 68%的市场份额，而 IDM 模式芯片公司占据全球 46%的市场份额，两者合计市场份额 52%，远超总部设在中国大陆、韩国、日本、中国台湾及欧洲地区的公司。韩国居世界第二位，fabless 模式、IDM模式公司全球市场份额分别为不到 1%、35%，合计市场份额 27%。日本居世界第三位，fabless模式公司、IDM 模式公司全球市场份额分别为不到1%、9%，合计市场份额7%。欧盟的fabless模式公司、IDM 模式公司全球市场份额分别为 2%、7%，合计市场份额 6%。而中国

41、大陆， fabless 模式公司和 IDM 模式公司全球市场份额分别为 13%、不到 1%，合计市场份额 3%，中国大陆 IC 公司主要为无晶圆厂公司。图 21：2018 年 IDM 模式全球份额分布数据来源：IC Insights图 22：2018 年 Fabless 模式全球份额分布数据来源：IC Insights表 7 美国大型 IC 设计企业及销售额（亿美元）序号公司名称2018 财年收入1英特尔708.52高通227.33博通208.54德州仪器157.85英伟达117.26AMD64.87赛灵思30.68Marvell28.7数据来源：公司财报中国 IC 设计取得显著进步近些年来，

42、在国家政策扶持以及市场应用带动下，中国集成电路产业保持快速增长，继续保持增速全球领先的势头。受此带动，在国内集成电路产业发展中，集成电路设计业始终是国内集成电路产业中最具发展活力的领域，增长也最为迅速。据中国半导体行业协会数据，中国集成电路设计销售额由 2014 年的 1047.4 亿元人民币增至 2018 年的 2519.3 亿元人民币，年复合增长率 24.5%。图 23 中国集成电路设计产业销售规模及增长率数据来源：中国半导体行业协会表 8 中国 IC 设计十大企业2017 年 IC 设计十大企业2018 年 IC 设计十大企业排名公司名称排名公司名称1海思半导体1海思半导体2紫光展锐2紫

43、光展锐3中兴微电子3豪威科技4华大半导体4北京智芯微5北京智芯微5华大半导体6汇顶科技6中兴微电子7士兰微7汇顶科技8敦泰科技8士兰微9格科微电子9北京矽成10中星微电子10格科微资料来源：中国半导体行业协会海思半导体：拳头产品包括麒麟系列 CPU、5G 基带芯片。紫光展锐：中国最大的泛芯片供应商和中国领先的 5G 通信芯片企业，2019 年 2 月发布了 5G 基带芯片春藤 510。豪威科技：主营 CMOS 图像传感器的研发和销售，2019 年已被韦尔股份收购。北京智芯微：从事智能芯片研发、设计、生产，业务范围覆盖电力、信息通信、节能环保、金融、市政和现代服务业等领域。华大半导体：主要产品包

44、括：工控 MCU、FPGA、功率及驱动芯片、智能卡及安全芯片、电源管理芯片、新型显示芯片。中兴微电子：控股子公司，覆盖通讯网络、个人应用、智能家庭和行业应用等 “云管段”全部领域，处于国内先进行列，目前自研芯片且研发成功商用的有 100 多种。汇顶科技：主要从事智能人机交互技术的研究和开发，主要产品为电容触控芯片、指纹识别芯片以及固定电话芯片。在指纹识别芯片领域，公司是国内龙头。士兰微：国内为数不多的以 IDM 模式发展的综合性半导体公司，主要产品包括集成电路、半导体分离器件、LED 产品。北京矽成：主要从事高性能集成电路存储器及相关器件的设计、制造和销售等。格科微： 中国领先图像传感器芯片设

45、计公司，目标瞄准全球移动设备及消费电子市场。兆易创新：闪存芯片及其衍生产品的研发、技术支持和销售，公司主要产品为闪存芯片， 具体为串行的代码型闪存芯片。中国 IC 设计薄弱领域在 IC 设计上，目前，有两大领域或者几个公司中国暂时很难绕过去，对中国 IC 设计“卡脖子”存在潜在可能性。ARM 公司ARM 公司是一家来自英国的半导体 IP（知识产权）提供商它不生产芯片，只设计芯片。但是，ARM 的知识产权却是高通骁龙、苹果 A 系列处理器、三星 Exyons 处理器、华为麒麟处理器，以及全球 4G，甚至是未来 5G 基站的技术底层。根据 2017 年世界大会公布的 ARM 市场份额数据，ARM

46、架构在智能手机和调制解调器方面占比均超过了 99%，而在车载智能硬件和可穿戴设备上的市场份额也分别超过了 95%和 90%。我们使用的几乎所有智能手机，平板电脑，智能穿戴设备，SSD，数字机顶盒，汽车制动设备、网络路由器，里面都可能有 ARM 处理器的存在。ARM 在移动半导体芯片的话语权和地位极为重要且不可替代。ARM 公司以知识产权授权的形式与全球芯片设计公司合作，目前在全球拥有超过 1000个授权合作，超过 300 家合作伙伴。授权形式分为三个层级：使用层级授权内核层级授权架构/指令集层级授权ARM 如此广泛的适用性，是因为它们都遵循着一个统一的标准，这个标准称作指令集架构，即所谓的 I

47、SA（Instruction Set Architecture）。在某种程度上我们可以理解为，ISA是一个蓝图，而各家生产出的各种 CPU 则是通过该蓝图生产出的具体产品。这意味着，如果 ARM 对某一个移动芯片设计公司停止授权“新架构”，则将对该企业形成较大影响。ARM 基础架构的更新频率并不算高，目前的最新版本 ARMv8 发布于 2011年，距离目前已经 8 年之久。但新的 ARM 指令集架构（ARMv9）业界预计会在 2020 或 2021年发布。ARM 公司新架构（ARMv9）的发布，对 IC 设计企业即是机遇也是挑战。EDAEDA 工具是电子设计自动化(Electronic Des

48、ign Automation)的简称，是从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)的概念发展而来的利用 EDA 工具，工程师将芯片的电路设计、性能分析、设计出 IC 版图的整个过程交由计算机自动处理完成。整个半导体产业，贯穿而下的大致产业链条是：原材料（晶圆厂）用工具设计（EDA）设计（Fabless）加工制造（Foundry）。所以，专门为芯片设计工程师提供仿真和验证工具的 EDA 细分行业是整个半导体行业生态链中最上游，最高端的节点。但是，全球 EDA 市场基本上被三家公司霸占：Cadence、Synopsys 和 Mentor

49、 Graphics，综合市占率高达 95%以上，处于绝对垄断地位。中国 IC 设计企业在 EDA 工具上，对外依赖较大！华大九天国产 EDA 巨擘华大九天成立于 2009 年，为中国电子信息产业集团（CEC）旗下集成电路业务板块二级企业，专注于提供专业的 EDA 软件、IP 产品及相关解决方案，是国内规模最大、技术最强的 EDA 企业，是大规模集成电路 CAD 国家工程研究中心依托单位，承担着国产 EDA 软件研发与推广的重任，并在 2012 年推出硅知识产权（IP）和设计服务业务。作为 EDA 领域国家队的华大九天，可以提供全流程数模混合信号芯片设计系统、SoC后端设计分析及优化解决方案、平

50、板(FPD)全流程设计系统、IP 以及面向晶圆制造企业的相关服务，业务包括 EDA 电子设计自动化、Foundry 工程服务、IP 及设计服务。IC 制造IC 制造是集成电路极为重要一环IC 制造是集成电路产业极为重要一环，肩负着将 IC 设计的芯片变成“实物”的重任。电脑 CPU、手机 SOC/基带等高端芯片，国内已有替代，即便性能与国际巨头最好产品仍有差距，但至少可以“将就着用”。但是，如果没有 IC 制造能力，就算中国大陆的芯片设计公司能够设计出跟国际媲美的芯片，那也只是“一堆数据”，而无法形成产品。从集成电路产业链各环节国产化的难度来看，制造封装设计也是不争的事实。所以 IC 制造迫切

51、应该成为中国集成电路发展的核心关注点。2018 年全球纯晶圆代工十强企业分别为：台积电（中国台湾）、格罗方德（美国）、联电（中国台湾）、中芯国际（中国大陆）、力晶科技（中国台湾）、华虹半导体（中国大陆）、高塔半导体（以色列）、世界先进（中国台湾）、东部半导体（韩国）以及 X-Fab（欧洲），而十大企业合计所占市场份额高达 97%。此外，三星电子也为 fabless 模式下的 IC 设计芯片企业代工，且三星电子代工规模，仅次于台积电，在技术实力上，三星电子也是台积电最大挑战者。图 24 全球十大纯晶圆代工企业市占率（2018 年）数据来源:公司财报国内十大 IC 制造企业在国内集成电路制造业方面

52、，根据赛迪顾问数据显示，2017 年国内集成电路制造企业排名，三星（中国）半导体以 274.4 亿元（人民币，下同）销售额排名第一；中芯国际以 201.5亿元排名第二；第三则是 SK 海力士半导体（中国）有限公司，销售额为 130.6 亿元。随后的第 4 到第 10 位分别是：英特尔半导体（中国）有限公司、华虹集团、华润微电子、台积电（中国）有限公司、西安微电子技术研究所、武汉新芯、和舰科技（苏州）有限公司。图 25 中国大陆十大集成电路制造企业销售额（亿元，人民币）数据来源：中国半导体工业协会半导体设备是中国大陆 IC 制造短板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

53、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。晶圆制造设备根据制程又可以主要分为 8 大类，而其中光刻机、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。当前，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巨头企业手上，呈现寡头垄断局面，CR10 份额接近 80%。而目前中国半导体设备的现况是低端制程实现国产替代，高端制程有待突破，设备自给率低、需求缺口较大。全球主要设备厂：应用材料（AMAT）、拉姆研究（LAM）、科天半导体（KLA-Tencor）、东京电子（TEL）、ASML、Screen、SEMES、日立高新、日立国际电

54、气、Daifuku、尼康等。图 27 全球光刻机市场分布图 26 全球蚀刻机市场分布图 29 全球 CVD 设备市场分布图 28 全球 PVD 设备市场分布数据来源：Wind 资讯、艾德证券期货研究部整理中芯国际：中国大陆半导体代工第一，世界第五中芯国际（00981.HK）是中国大陆半导体代工第一企业，是中国大陆真正的核心资产。中国大陆 IC 设计企业众多，且已经取得长足进步，如华为海思半导体 2018 销售额已经达到 500 亿人民币，世界 IC 设计企业十强，中国大陆也有两席（华为和紫光展锐），相关电脑 CPU、手机 SOC/基带等高端芯片，国内也已有替代，即便性能与国际巨头最好产品仍有差

55、距，但至少可以“将就着用”。但 IC 制造代工领域，全球市场非常集中，以台积电为最，占据将近 60%市场份额，其次三星电子。中芯国际肩负着大陆 IC 代工制造追赶国际大厂之重任，是中国集成电路产业发展的基础，尤其在海外市场有可能限制国内半导体制造的背景下，更显中芯国际之重要性。目前，公司 14nm 已经实现量产，2019 年 Q4 已经开始贡献收入，14nm 也是公司当前最先进工艺，距离国际大厂有两代差距 10nm 和 7nm。与此同时，华为已经将部分 14nm 的自主芯片从台积电转向中芯国际。图 30 中芯国际收入分析资料来源：公司年报、艾德证券期货研究部整理IC 封测封测需求旺盛集成电路封

56、测包括封装和测试两个环节，封装是保护芯片免受物理、化学等环境因素造成的损伤，增强芯片的散热性能、实现电气连接，确保电路正常工作；测试主要是对芯片产品的功能、性能测试等，将功能、性能等不符合要求的产品筛选出来。物联网时代开启，半导体行业景气度或将提升。半导体产业的发展紧随信息及互联网产业的发展，并大致可分为四个阶段，一是 1960s-1980s 计算机时代，随着技术的发展，摩尔定律得到快速验证，使得计算机尺寸缩小，并能够广泛普及；二是 19902010s 互联网时代，个人计算机和笔记本电脑广泛普及，世界互联网巨擘也主要是在这一时期成立，智能手机也在 07 年开始进入视野；三是移动互联网时代，20

57、07 年苹果公司发布 iPhone，开启了移动互联网的序幕，2008 年 App Store 上线，进一步推动了移动互联网发展，小米公司将智能手机价格拉到平价时代，进一步开启智能手机的普及。智能手机的广泛普及，推动了半导体进入移动时代，也推动了芯片产业需求的极度扩大。四是已经开启的物联网时代，万物互联，除了当前的消费电子，未来 AI、无人驾驶、智能机器人、5G 移动通信、物联网（IOT）等应用的发展，将给半导体行业带来新一轮前所未有的机遇，带领全球半导体产业进入新一轮景气周期。中国晶圆厂迎来建设高峰，带动封测需求扩大！据 SEMI 报告预测，到 2020 年，全球新建晶圆厂投资总额将达到 50

58、0 亿美元，将有 18 个半导体项目投入建设，而中国大陆在这些项目中占 11 个，总投资额高达 240 亿美元。随着大陆新建晶圆厂产能的释放，必将带来更多半导体封测需求，使中国半导体封测产业复苏。IC 封测中国具全球竞争力在 IC 设计、IC 制造和 IC 封测三业上，中国在 IC 封测上具有全球竞争力。2018 年全球半导体封测市场达到 560 亿美元，同比增长 5.10%，而中国封测市场达 2193.40 亿人民币，同比增长达 16.10%，中国封测市场规模大且增长速度快于全球增速。在 IC 封测市场，日月光公司以 18.90%市场占有率居第一位，美国安靠、中国长电科技以 15.60%和

59、13.10%分居第二和第三位，此外，中国通富微电、华天科技也位居全球前十大封测厂之列。在封测市场，中国既有市场规模也有富有竞争力的公司，未来将进一步巩固中国在 IC 封测市场全球竞争力。表 9 全球 IC 封测前十公司（2018）2018 全球 IC 封测 top10排名名称地区2018 营收（亿美元）市占率1日月光中国台湾53.319.0%2安靠 Amkor美国43.215.4%3长电科技中国大陆36.413.0%4矽品精密中国台湾29.010.3%5力成科技中国台湾22.68.0%6通富微电中国大陆10.93.9%7华天科技中国大陆10.73.8%8联合科技新加坡7.92.8%9京元电子中

60、国台湾6.92.5%10颀邦中国台湾6.22.2%top10 合计227.080.9%数据来源：Wind 资讯全球主要封测企业（非大陆企业）简介日月光集团日月光集团是全球最大的半导体封装与测试服务公司，成立于 1984 年，1989 年在台湾证券交易所上市，2000 年美国上市；其子公司福雷电子于 1996 年在美国 NASDAQ 上市， 1998 年台湾上市。目前，日月光集团在中国大陆的上海市、苏州市、昆山市与威海市设有半导体封装、测试、材料与电子厂。安靠（Amkor）安靠技术是全球半导体封装和测试外包服务业中最大的独立供应商，成立于 1968 年，在菲律宾有 7 家工厂，韩国有 4 家，中