2020年中国半导体产业链图谱解读:国产化加速中

半导体,指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。

半导体行业是国民经济支柱性行业之一,是信息技术产业的重要组成部分,是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业,其发展程度是衡量一个国家科技发展水平的核心指标之一,属于国家高度重视和鼓励发展的行业。
 
半导体是电子产品的核心,信息产业的基石。从我国半导体行业产业链来看,有上游支撑产业、中游制造产业以及下游应用产业构成,其中上游支撑产业主要有半导体材料和设备构成,中游制造产业核心为集成电路的制造,下游为半导体应用领域。
 
2020年中国半导体产业链图谱解读:国产化加速中 投资机会何在?
▲来源:中商产业研究院
 
半导体产业链主要包含芯片设计、晶圆制造和封装测试三大核心环节,此外还有为晶圆制造与封装测试环节提供所需材料及专业设备的支撑产业链。虽然我国本土半导体行业起步相对较晚,但在政策支持、市场拉动及资本推动等因素合力下,中国半导体行业不断发展,半导体产业链投资机会频现。
 

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半导体产业链上游
 
半导体材料是指电导率介于金属和绝緣体之间的材料,是制作晶体管、集成电路、光电子器件的重要材料。半导体材料主要应用在晶圆制造和芯片封测阶段。由于半导体材料领域高端产品技术壁垒高,而中国企业长期研发和累计不足,中国半导体材料在国际中处于中低端领域,大部分产品的自给率较低,主要是技术壁垒较低的封装材料,而晶圆制造材料主要依靠进口。目前,中国半导体材料企业集中在6英寸以下的生产线,少量企业开始打入8英寸、12英寸生产线。
 
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▲资料来源:中商产业研究院整理
 
半导体设备作为半导体产业链的支撑行业,主要应用于IC制造、IC封测。其中,IC制造包括晶圆制造和晶圆加工设备;IC封测主要用封测产进行采购,包括拣选、测试、贴片、键合等环节。目前,中国半导体设备国产化低于20%,国内市场被国外巨头垄断。
 
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▲资料来源:中商产业研究院整理
 
在半导体材料市场构成方面,大硅片占比最大,占比为32.9%。其次为气体,占比为14.1%,光掩膜排名第三,占比为12.6%,其后:分别为抛光液和抛光垫、光刻胶配套试剂、光刻胶、湿化学品、建设靶材,比分别为7.2%、6.9%、6.1%、4%和3%。
 
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▲数据来源:中商产业研究院整理
 

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半导体产业链中游
 
半导体产业链的中游为半导体终端产品以及其衍生的应用、系统等。半导体产品按功能区分,可以分为集成电路、光电子器件、分立器件和传感器等四大类。其中,集成电路作为信息产业的基础与核心,被誉为“现代工业的粮食”。集成电路是指采用一定的工艺,将数以亿计的晶体管、三极管、二极管等半导体器件与电阻、电容、电感等基础电子元件连接并集成在小块基板上,然后封装在一个管壳内,成为具备复杂电路功能的一种微型电子器件或部件。封装后的集成电路通常称为芯片。
 
近年来,我国集成电路产业实现了快速发展,产业规模从2015年的3609.8亿元提升至2019年的7591.3亿元,年复合增长率达到22.88%,技术水平显著提升,有力推动了国家信息化建设。据预测,到2020年我国集成电路产业规模将突破9000亿元。
 
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▲数据来源:中商产业研究院整理
 
而在半导体产业链中,芯片设计、晶圆制造和封装测试是三大核心环节。
 
(1)芯片设计
 
芯片设计的本质是将具体的产品功能、性能等产品要求转化为物理层面的电路设计版图,并且通过制造环节最终实现产品化。设计环节包括结构设计、逻辑设计、电路设计以及物理设计,设计过程环环相扣、技术和工艺复杂。芯片设计公司的核心竞争力取决于技术能力、需求响应和定制化能力带来的产品创新能力。
 
芯片设计行业已经成为国内半导体产业中最具发展活力的领域之一,近年来,中国芯片设计产业在提升自给率、政策支持、规格升级与创新应用等要素的驱动下,保持高速成长的趋势。数据显示,芯片设计业销售收入从2015年的1325亿元增长到2019年的2947.7亿元。预计2020年,中国芯片涉及行业市场规模将突破3500亿元。
 
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▲数据来源:中商产业研究院整理
 
(2)圆晶制造
 
晶圆制造是根据设计出的电路版图,通过炉管、湿刻、淀积、光刻、干刻、注入、退火等不同工艺流程在半导体晶圆基板上形成元器件和互联线,最终输出能够完成功能及性能实现的晶圆片。在工艺选择上,数字芯片主要为CMOS工艺,沿着摩尔定律发展,追逐高端制程,产品强调的是运算速度与成本比;而模拟芯片除了少部分产品采用CMOS工艺外,大部分产品主要采用的是BCD、CDMOS工艺等特色工艺,其制造环节更注重工艺的特色化、定制化,不绝对追逐高端制程。晶圆制造产业属于典型的资本和技术密集型产业。目前中国正承接第三次全球半导体产业转移,根据SEMI数据显示,2017年到2020年的四年间,预计中国将有26座新晶圆厂投产,成为全球新建晶圆厂最积极的地区。
 
数据显示,2016年中国圆晶制造行业市场规模突破1000亿元;到2019年,中国圆晶制造行业市场规模超过2000亿元,达到2149.1亿元。预计2020年,我国圆晶制造行业市场规模或达到2623.5亿元。
 
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▲数据来源:中商产业研究院整理
 
(3)封装测试
 
半导体封装测试是半导体制造的后道工序,封测主要工序是将芯片封装在独立元件中,以增加防护并提供芯片和PCB之间的互联,同时通过检测保证其电路和逻辑畅通,符合设计标准。在半导体产业链中,传统封装测试的技术壁垒相对较低,但是人力成本较为密集。封装测试产业规模的强劲发展对国内半导体产业整体规模的扩大起到了显著的带动作用,为国内芯片设计与晶圆制造业的迅速发展提供有力支撑。
 
未来随着物联网、智能终端等新兴领域的迅猛发展,先进封装产品的市场需求明显增强。2019年,我国封装测试行业市场规模将近2500亿元,预计2020年将超过2800亿元。
 
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半导体产业链下游
 
随着人工智能的快速发展,以及5G、物联网、节能环保、新能源汽车等战略性新兴产业的推动下,半导体的需求持续增加。预计2020年中国半导体市场需求规模将进一步扩大,市场需求规模有望达到19850亿元
 
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▲数据来源:中商产业研究院整理
 
半导体下游需求向好,将迎来发展新机遇:
 
(1)国家政策大力扶持为中国半导体行业创造良好的发展环境
 
半导体行业的发展程度是国家科技实力的重要体现,是信息化社会的支柱产业之一,更对国家安全有着举足轻重的战略意义。发展我国半导体相关产业,是我国成为世界制造强国的必由之路。
 
近年来,国家各部门相继推出了一系列优惠政策、鼓励和支持集成电路行业发展。2006年2月,国务院发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》,明确提出将核心电子器件、高端通用芯片作为16个重大专项之一。2014年6月,工信部发布《国家集成电路产业发展推进纲要》,提出“到2020年,集成电路产业与国际先进水平的差距逐步缩小,全行业销售收入年均增速超过20%,企业可持续发展能力大幅增强。”2014年10月,国家集成电路产业基金成立,带动中央和各省投入资金总规模超过4,000亿人民币。2016年,《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》等多项政策的出台为半导体行业的发展提供了政策保障,进一步明确了发展方向。国家相关政策的陆续出台从战略、资金、专利保护、税收优惠等多方面推动半导体行业健康、稳定和有序的发展。
 
(2)半导体产业重心转移带来国产替代巨大机遇
 
半导体行业目前呈现专业分工深度细化、细分领域高度集中的特点。从历史进程看,全球半导体行业已经完成两次的半导体产业转移:第一次是20世纪70年代从美国转向日本,第二次是20世纪80年代半导体产业转向韩国与中国台湾。目前全球半导体行业正经历第三次产业转移,世界半导体产业逐渐向中国大陆转移。产业转移是市场需求、国家产业政策和资本驱动的综合结果。历史上两次成功的产业转移都带动产业发展方向改变、分工方式纵化、资源重新配置,并给予了追赶者切入市场的机会,进而推动整个行业的革新与发展。
 
目前,中国拥有全球最大且增速最快的半导体消费市场。2018年,中国半导体产业产值达6532亿元,比上年增长20.7%。巨大的下游市场配合积极的国家产业政策与活跃的社会资本,正在全方位、多角度地支持国内半导体行业发展。我国光伏、显示面板、LED等高新技术行业经过多年已达到领先水平,也大力拉动了上游的功率半导体、显示驱动芯片、LED驱动芯片等集成电路的国产化进程。随着半导体产业链相关技术的不断突破,加之我国在物联网、人工智能、新能源汽车等下游市场走在世界前列,有望在更多细分市场实现国产替代。
 
(3)第三代半导体材料带来发展新机遇
 
半导体行业经过近六十年的发展,目前已经发展形成了三代半导体材料,第一代半导体材料主要是指硅、锗元素等单质半导体材料;第二代半导体材料主要是指化合物半导体材料,如砷化镓、锑化铟;第三代半导体材料是宽禁带半导体材料,其中最为重要的就是SiC和GaN。和传统半导体材料相比,更宽的禁带宽度允许材料在更高的温度、更强的电压与更快的开关频率下运行。SiC具有高临界磁场、高电子饱和速度与极高热导率等特点,使得其器件适用于高频高温的应用场景,相较于硅器件,可以显著降低开关损耗。因此,SiC可以制造高耐压、大功率电力电子器件如MOSFET、IGBT、SBD等,用于智能电网、新能源汽车等行业。与硅元器件相比,GaN具有高临界磁场、高电子饱和速度与极高的电子迁移率的特点,是超高频器件的极佳选择,适用于5G通信、微波射频等领域的应用。
 
未来,随着第三代半导体材料的成本因生产技术的不断提升而下降,其应用市场也将迎来爆发式增长,给半导体行业带来新的发展机遇。
 
(4)新兴科技产业的发展孕育新的市场机会
 
随着物联网、5G通信、人工智能等新技术的不断成熟,消费电子、工业控制、汽车电子等半导体主要下游制造行业的产业升级进程加快。下游市场的革新升级强劲带动了半导体企业的规模增长。如在汽车电子领域,相比于传统汽车,新能源汽车需要用到更多传感器与制动集成电路,新能源汽车单车半导体价值将达到传统汽车的两倍,同时功率半导体用量比例也从20%提升到近50%;在物联网领域,根据预测,全球联网设备将从2014年的37.5亿台上升到2020年的250亿台,形成超过3000亿美元的市场规模,其中整体成本集中在MCU、通信芯片和传感芯片三项,总共占比高达60%-70%。新兴科技产业将成为行业新的市场推动力,并且随着国内企业技术研发实力的不断增强,国内半导体行业将会出现发展的新契机。
 
附半导体产业链概念股上市企业一览:
 
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