【20+8系列专题】2022年中国战略性新兴产业之——半导体与集成电路产业全景图

2023-04-25 20:51:46

　　江南体育集成电路价值链及各环节毛利率分布;集成电路产量及销售额规模;集成电路产业产值及国产化率;细分市场及下游战略地位;集成电路产业链企业营收排名;晶圆厂产能分布等

　　半导体(semi-conductor)是常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。集成电路作为半导体的核心产品，又分为逻辑电路、存储器、微处理器和模拟电路，占据整个半导体行业规模80%以上。

　　半导体行业目前主流商业模式有两种，一种是以英特尔、三星、SK海力士为代表，从设计到制造、封测直至进入市场全部覆盖的IDM模式;一种是上游的无晶圆芯片设计公司(Fabless)负责芯片的设计，设计好的芯片掩膜版图交由中游的晶圆厂(Foundry)进行制造，加工完成的晶圆交由下游的封装测试公司进行切割、封装和测试，每一个环节由专门公司负责。

　　集成电路产业链具体包括上游支撑产业(芯片设计工具、半导体原材料与设备供应等)、中游集成电路产品制造和下游应用。其中，半导体材料处于上游供应环节，材料品类繁多，按制造流程可细分为前端制造材料和后端封装材料。半导体设备，即在芯片制造和封测流程中应用到的设备，主要包括光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备、离子注入机、测试机、分选机、探针台等。集成电路产业中游芯片制造主要包括IC设计、IC制造、IC封测三部分;集成电路产业下游主要应用领域包括计算机、消费电子、汽车电子、显示面板、可穿戴设备等。

　　集成电路产业价值链分布：全球价值链以封装制造为主，中国以封测为主

　　数据显示，全球半导体产业链主要分布在中游封装制造，其中，逻辑器件占比达30%，而DAO(分立器件，模拟器件，及其他器件)、半导体设备占比也在10%以上;半导体制造环节的价值占比为19%，封装测试环节的价值占比为6%。而中国市场方面，技术壁垒较低的封装检测环节价值占比最大，达38%，其次是半导体材料、晶圆制造，价值占比为16%左右。

　　以半导体主要细分产品集成电路为例，根据集成电路各产业链环节代表企业的毛利率情况可知，上游支撑产业的毛利波动区间较大，其中EDA/IP环节因技术壁垒极高，平均毛利率高达95%左右，半导体材料、设备环节平均毛利率约为30%-40%;中游环节，芯片设计也由于技术壁垒较高，毛利水平略高于晶圆制造及半导体封测;下游应用市场，代表性企业的毛利水平在20%-30%之间。

　　为满足持续上涨的半导体需求，以及应对全球缺芯现状，各国纷纷出台政策，加大对其芯片产业的扶持力度。长期来看，各国的补贴政策将会对半导体行业内技术变革、人才吸纳、产业规模等各方面产生重大影响。当前全球半导体行业高度集中，主要分布在美国、亚洲的韩国、日本、中国、中国等地。

　　亚洲地区中，2021年底，日本批准了2021财年预算修正案，其中约7740亿日元(约合人民币423亿元)投向半导体产业。韩国对于半导体产业的扶持主要是通过为相关企业提供税收减免、扩大金融和基础设施等支援方式;2021年5月，韩国发布“K半导体战略”，宣布将投资510万亿韩元(约合人民币2.9万亿元)。从中国来看，早在2014年6月，国务院印发的《国家集成电路产业发展推进纲要》提出了集成电路产业2030年的发展目标，且近年来在税收上的扶持力度不断加大。

　　欧美地区中，2022年8月，美国总统拜登签署《2022年芯片与科学法案》，提出为美国半导体产业提供高达527亿美元的政府补贴。在2021年2月，欧盟19国就推出了“芯片战略”，计划为欧洲芯片产业投资约500亿欧元，打造欧洲自己的半导体生态系统。2022年，欧盟委员会正式公布了《欧洲芯片法案》，计划投入超过430亿欧元公共和私有资金。

　　近年来，发改委、财政部、国务院、商务部、科技部等多部门都陆续印发了规范、引导、鼓励、规划集成电路行业的发展政策，内容涉及集成电路技术规范、集成电路集群发展支持、集成电路人才培养支持等内容，2010-2022年，行业国家层面主要政策规划如下：

　　根据《国家集成电路产业发展推进纲要》中提出的发展目标，至2015年，集成电路产业销售收入超过3500亿元;至2020年，全行业销售收入年均增速超过20%，截至目前，这两项目标均已完成。另根据国家制造强国建设战略咨询委员会发布的《中国制造2025》重点领域技术路线图，其中针对集成电路产业的市场规模、产业规模等提出了具体的量化发展目标：

　　半导体与集成电路产业发展阶段：技术进步和工艺持续改进不断创造赶超机遇

　　从全球来看，半导体产业主要经历了技术积累PC时代移动互联网时代物联网时代4个主要阶段，其中20世纪90年代-20世纪末，大型计算机微型化加速，加之互联网的普及，全球半导体迎来第一个爆发周期;但随着互联网泡沫的破灭，2000年左右出现了大幅下滑;经历08年全球经济危机后，行业回归长期成长，主要的驱动力来自移动互联网通信技术的升级(4G)，叠加智能手机市场的迅速扩大;随着摩尔定律的持续生效，龙头技术壁垒愈发难以被打破，近年来半导体产业发展主要由需求推动，当前5G与AI提供的增长动力已经显现，下游端可穿戴设备与物联网已有一定的增长趋势储备了足够的增长动能。

　　从中国来看，中国半导体产业起步较晚，主要经历了起步探索初步发展加速发展高速发展4个主要阶段，2018年以来美国商务部将多家中国知名科技企业及实体列入“实体清单”，对中兴、华为等企业进行贸易制裁后，中国更加重视半导体产业发展，政府出台多项政策促进国产集成电路发展，国产集成电路进入高速发展阶段。

　　集成电路产量方面，根据国家统计局数据，2009年以来中国集成电路产量逐年增长，由414亿块增长至2020年的2614亿块，2021年更是迅猛增长至3594亿块，同比大幅增长37.5%，是除了2010年以外近13年来的最高增速。

　　2011-2021年，中国集成电路市场规模逐年增长。2021年是中国“十四五”开局之年，在国内宏观经济运行良好的驱动下，国内集成电路产业继续保持快速、平稳增长态势，中国集成电路产业首次突破万亿元。中国半导体行业协会统计，2021年中国集成电路产业销售额为10458.3亿元，同比增长18.2%。其中，设计业销售额为4519亿元，同比增长19.6%;制造业销售额为3176.3亿元，同比增长24.1%;封装测试业销售额2763亿元，同比增长10.1%。

　　我国虽然占据了全球30%以上的半导体消费市场，但由于国内芯片行业生产水平与国际先进水平差距较大，导致我国芯片产业对外严重依赖，其中CPU、GPU、存储器等领域几乎全部依赖进口。根据IC insights的数据，2021年我国集成电路自给率仅为16.7%，预计2021到2026年我国集成电路产值CAGR为13.3%，从而在2026年达到21.2%的自给率水平，但芯片国产化率总体仍处于较低水平。

　　据IC Insights数据显示，2021年全球半导体市场份额中中国仅占4%，在集成设计及制造的IDM领域中国小于1%，在无晶圆厂的纯半导体设计Fabless领域中国占9%，这主要是由于集成电路产业链各个环节都具有较高的技术门槛，中国在产业链关键环节国产替代能力弱，在EDA设计软件、IP、光刻机等关键设备/材料全球市场份额小于1%，技术与材料设备制约高端芯片研发生产。

　　半导体与集成电路产业细分市场战略：国产需求较大但国产化率低，企业毛利率较高

　　2021年全球半导体产业中，集成电路市场份额达83%，占最主要比重;半导体分立器件、光电器件、传感器占比分别为5%、8%、3%。

　　集成电路产业细分产品中，逻辑芯片为市场份额占比第一产品，2021年中国逻辑芯片市场规模超400亿美元，其次为MPU，2021年市场规模约为370亿美元;存储芯片中，两大细分产品DRAM和NAND Flash在2021年均恢复高速增长。从国产化情况来看，中国芯片设计整体国产化率较低，其中MPU、DRAM、NAND Flash国产化率仍不足1%。从代表企业盈利水平来看，2021年中国集成电路产业代表上市企业毛利率水平整体较高，均在30%-50%左右。

　　注：1)IC Insights与WSTS统计口径略有差异;2)2021年中国市场规模为前瞻结合全球IC细分产品增长率、中国2021年整体IC市场规模测算;3)代表企业盈利水平以行业代表性上市公司2021年毛利率填列。

　　从集成电路细分产品战略地位来看，横坐标采用中国细分产品规模占全球比重，表现该细分产品的全球市场地位，纵坐标采用产品市场代表上市企业毛利率作为市场盈利水平指标，据此对主要细分产品进行了战略分析。综合来看，微处理器、模拟芯片、逻辑芯片均处于由现金牛市场向明星市场过渡期，存储芯片市场规模较大，毛利率水平略低于其他三大细分产品。

　　半导体与集成电路产业下游应用潜力：电脑手机等消费电子以及通信、汽车应用潜力较大

　　半导体作为电子行业发展的核心，被广泛应用在社会各行各业，涉及领域包括电脑、手机、可穿戴设备、汽车、机器人、光伏、发电等场景。半导体技术的进步将创造出更好的产品，使新的应用成为可能，例如人工智能、物联网、云计算和数据中心等。其中，2021年，PC/个人电脑、通讯电子、汽车电子为半导体前三大应用市场，2022年需求增长潜力(1-5评级)分别为2.8、3.4、3.8。

　　横坐标采用应用市场占整体市场比重，表现下游市场对半导体产品的重视程度与需求迫切程度，纵坐标采用应用市场规模增速作为市场发展前景指标，据此对主要细分领域进行了战略分析。综合来看，PC/个人电脑需求发展逐渐稳定，正在从“star”产业向“cow”产业过渡。汽车领域驱动芯片是下游市场迫切需求的产品，汽车电子尚处于是“Question Marks”象限，说明仍存在较大市场潜在空间。

　　近年来，受到政策支持、技术进步等因素的影响，我国半导体行业得到迅速发展，目前国内半导体行业的主要竞争者均为专注于半导体产品及设备的生产制造商。从企业入场进程来看，多数半导体行业企业于1997-2006年间注册入局，其中包括士兰微、长电科技、中芯国际、北方华创等。

　　从企业集成电路产业链各环节布局来看，我国半导体厂商在上游(支撑产业)企业主要布局在封测环节的设备和非核心材料，中游IC设计企业以海思、韦尔股份、紫光为代表，主要布局在MCU、模拟芯片、功率器件、IGBT、MOSFET、CMOS、液晶芯片、触控芯片等细分领域;晶圆代工厂(中芯国际、华虹半导体、合肥晶合)主要布局在8英寸和12英寸晶圆代工;封测企业中以长电科技、通富微电、华天科技为代表的龙头企业连续成为全球前十大集成电路封测代工企业。

　　从企业营收排名情况来看，韦尔股份、华大半导体位列中国Fabless原厂前二，2021年营收均超过20亿美元;中芯国际、华虹集团位列Fabless中国晶圆代工厂前二，营收均在100亿元以上，远超其他厂商;长电科技、通富微电、华天科技位列中国本土封测厂前三，2021年营收均在100亿元以上。

　　从地区分布来看，江苏省、上海晶圆厂数量最多，全国占比合计将近三分之一，主要分布在上海、南京、无锡等城市，包括台积电、中芯国际、SK海力士、华虹宏力等厂商;此外，中芯国际在北京、天津、深圳、绍兴、宁波等城市也建有12寸晶圆及8寸晶圆产线。

　　中国半导体行业的发展与其宏观经济环境、半导体行业相关政策环境、半导体产业建设情况以及半导体产业链配套息息相关。结合中国31省市半导体行业政策占全国比重，汇总31省市半导体企业数量、集成电路产量等指标进行综合评价，绘制中国31省市半导体行业发展矩阵图。目前，中国半导体产业建设发展较为出色的主要为广东、江苏、上海、浙江、北京等地。以上省市半导体产业建设市场发展相关指标对比如下：

　　注：1)坐标轴中心点为(4%，4%);2)气泡大小代表该区域2021年集成电路产量，仅统计产量大于1亿块的省市。

　　根据国家发改委公布的《第一批66个国家级战略性新兴产业集群名单》(截至2022年9月初未公布第二批名单)，目前我国共有五大国家级集成电路产业集群，分别是上海浦东集成电路、合肥市集成电路产业集群、武汉市集成电路、北京经开集成电路、西安市集成电路产业集群：

　　中国集成电路重点产业园区规划：“十四五”期间大力推动行业产值增长

　　结合重点城市“十四五”发展规划、重点集成电路产业园区规划来看，多数园区大力推动集成电路产业规模增长，到“十四五”末珠海高新区、厦门海沧区集成电路产业规模达到百亿级;北京经开区、南京浦口、上海临港新片区集成电路产业规模达到千亿级;南京江北新区、上海浦东新区集成电路产业规模分别突破3000亿元、4000亿元。

　　集成电路产业的发展遵循摩尔定律，从芯片制程来看，纳米数字越小，说明晶体管密度越大，芯片性能就越高。当前，国际上领先半导体制造厂商中，台积电、三星3nm芯片研发成功，英特尔官宣制程回归两年更新周期;国产厂商中，中芯国际具备中国最为领先的先进制程技术，建立了14纳米FinFET技术，与世界先进工艺技术仍有差距。

　　半导体实现计算机存储/计算的功能主要依靠其内部电路电子状态的变化来实现，性能的核心在于算力和算法。而算力实现的核心依赖于CPU、GPU、FPGA、ASIC等各类计算芯片，因此芯片设计成为关键，其中芯片线路图设计高度依赖EDA软件。从半导体制造来看，光刻、刻蚀、清洗等为重要环节。从全产业链来看，中国在部分关键设备材料如光刻机、光刻胶及EDA设计工具环节与海外龙头的差距仍较明显，国产替代势在必行。

　　EDA是指利用计算机辅助设计(CAD等)软件，来完成超大规模集成电路(VLSI)芯片的功能设计、综合、验证、物理设计(包括布局、布线、版图、设计规则检查等)等流程的设计方式，以百亿美元规模体量，撬动超5千亿美元半导体产业的发展。同时，摩尔定律使芯片容纳更多晶体管，推动设计工具及流程自动化。

　　在大规模集成电路的制造过程中，光刻和刻蚀技术决定着芯片的最小特征尺寸和性能。半导体用光刻胶通过不断缩短曝光波长以提高极限分辨率，从而得到更佳的线路图案精密度。世界芯片工艺水平目前已跨入微纳米级别，光刻胶的波长由紫外宽谱逐步至g线、i线，以及最先进的EUV线水平。

　　注：Resolution为分辨率，代表投影最小图像的能力;k1为工艺相关参数;