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芯片行业现状与未来以及中国芯突围方向

1. 中美矛盾背后实为世界经济地位的争夺

随着中国经济高速发展,中国经济占世界体量比重逐步提升,从不足2%上升至2017年15.12%,而美国经济比重在逐步降低,从40%下降至2017年27.08%。中国经济在稳步追赶美国,中国GDP增速持续维持6%以上,美国GDP维持2%水平,如果中国维持6%增速,美国维持2%增速,十多年后中国GDP将超越美国成为全球最大经济体。

2. 中美贸易逆差背后是高科技的管制和禁运

中国研发支出占比逐步提升,已达到2%比例,接近美国2.5%,表明中国科技投入力度越来越大,最终将不输欧美国家。美国限制高科技产品出口中国,中美之间呈现出中国高科技产品大幅顺差。美国对中国的出口主要以农产品和飞机、汽车等产品为主。美国对中国的技术管制由来已久,既想共享中国的发展红利,又不想让中国掌握先进和高端技术。

3. 步步施压,美国对中国贸易战逐步升级

从2018年301调查到中兴、晋华事件,再到关税升级和华为事件,表明中美冲突不仅仅在贸易层面,而是美国试图通过限制贸易和打压高科技公司来达到限制中国发展的目的。

4. 美国通过长臂管辖对华为实施综合打击

市场端:限制华为进入美国市场。2018年1月,美国最大的无线电通讯公司Verizon放弃销售华为Mate 10 Pro,美国第二大移动运营商AT&T取消在美销售华为手机。2018年3月,美国最大电子产品零售商百思买停牌华为产品。

供给端:2019年5月15日,美国总统特朗普签署行政命令,要求美国进入“紧急状态”,美国商务部将把华为及70家关联企业列入列入出口管制的所谓实体清单。这项禁令适用于那些拥有25%或更多源自美国的技术或材料,并可能影响非美国公司的商品。

5. 中美贸易冲突上升为技术高地争夺战,芯片自主可控是唯一出路

中美科技竞争日趋激烈,中美关系进入新时期对抗阶段,技术管制会愈发增多。中兴晋华事件表明没有自主可控技术储备将面临“断粮”“卡脖子”风险。华为事件始末:从最初欧美企业和技术组织的相继顺从表态,到中间华为坚定迎战和启动备胎计划,到后来国际组织陆续恢复华为会员身份,美国商务部两度推迟针对华为的禁令。华为事件案例表明中国企业在科技领域唯有充分实现芯片供应链的自主可控方能应对国际形势突变形成的危机。

6. 中国大陆半导体发展快速但自给率依旧较低

中国半导体产业起步晚但发展迅速,连续多年保持两位数以上增速,显著高于全球增速。集成电路三大产业均保持稳定增长。大陆半导体市场高增长主要源于大陆处于产业成长初期,在庞大产业需求缺口刺激下产业投资和产出均表现快速增长。

虽然大陆集成电路产业发展迅速,但中国集成电路进出口差额依旧在扩大,这是由于大陆半导体需求尤其高端产品需求继续在增长,而大陆集成电路产品更多在中低端,芯片进口依赖局面并没有改变,中国仍受缺芯的困扰。

中国已经成为全球最大的半导体市场,但中国半导体自给率依旧非常低。2017年中国半导体消费额1315亿美元,占全球32%,但芯片自给率仅10%左右。

8. 海外半导体公司领先全球,缺乏中国企业身影

DIGITIMES数据显示2018年上半年全球15大半导体公司全部为欧美、日韩和台湾公司,中国大陆没有公司入围。大陆作为全球最大市场却没有巨头的公司,表明大陆半导体产业进口替代空间非常巨大,同时也面临很大的挑战,行业落后是不争的事实。

从全球领先企业格局来看,从事存储和逻辑电路的企业相对靠前,与半导体细分行业市场规模匹配。存储以三星、SK海力士、美光为代表,逻辑电路以Intel、博通、高通为代表,晶圆代工以台积电为代表,模拟和分立器件以TI、英飞凌、NXP为代表。

9. 下游产品多样,集成电路市场规模最大

半导体分类:主要分成分立器件、集成电路、光电器件、传感器几大类。

集成电路是半导体产业最大的市场,也是应用最广泛的市场,市场份额占比超过80%。

细分产品方向:存储和逻辑电路份额最大,二者占比超过50%。

10.数字电路实际发展路径与摩尔定律理论轨迹契合

摩尔定律:集成电路芯片上所集成的电路的数目,每隔18个月就翻一倍;器件尺寸缩小70%可以降低50%的成本。真实的晶体管密度发展规律遵循摩尔定律。摩尔定律更多是经济规律而不仅仅是技术规律。

以TSMC、Intel为代表的企业在摩尔定律的驱使下不断提高晶体管密度,良好的经济效益促使这些企业成长为世界领先企业。

随着器件尺寸越来越小,逼近物理极限,摩尔定律将出现放缓的局面,新的发展规律呼之欲出。

摩尔定律演进过程中所未开发的部分还有提升空间如功率器件、MEMS和传感器、RF器件等多样化功能的非数字器件或电路等。另外是系统集成方式上创新,系统性能提升不再单纯依靠晶体管特征尺寸缩小,而是更多地依靠电路设计以及系统算法优化。

事实证明晶闸管、IGBT等功率器件制程无法有效遵循摩尔定律,功率器件下游市场追求可靠性与品质,物理特性也决定高压器件CD无法过小。

延续CMOS的整体思路,在器件结构、沟道材料、连接导线、高介质金属栅、架构系统、制造工艺等方面进行创新研发。由传统的“性能 驱动的制程进化”转变为“由功耗驱动的制程进化”。

11.半导体产业链分工协作模式

全球集成电路产业链发展模式分为两种:1.设计-制造-封测一体化的IDM模式;2.设计-制造-封测分工协作模式。

台积电的诞生加速了全球集成电路产业分工协作。晶圆专业代工激发了上游IC设计商的爆发,降低了IC产业进入的门槛,刺激了产业设计和 应用创新,加速了IC产品的开发周期,成本的降低也大规模拓展了IC的下游应用。现在半导体行业多数采用Fabless(无工厂芯片供应商)+Foundry(代工厂)模式,Fabless只负责芯片的电路设计与销售,Foundry只负责制造、封装或测试的其中一个环节。

IC设计公司以高通、博通、华为海思为代表,IC制造环节台积电独占鳌头;

12.半导体产业链一体化模式(IDM)

IDM(Integrated DeviceManufacture)模式:集芯片设计、芯片制造、芯片封装和测试等多个产业链环节于一身,优势是可将设计、制造等环节协同优化,有助于充分发掘技术潜力;缺点是公司规模庞大,管理成本高。国内仅有极少数企业能够维持这种模式。

国际知名数字IC设计企业中以英特尔和三星代表为IDM模式,三星晶圆厂除了满足自身需求,也还进行晶圆代工业务,业务规模仅次于台积电。

其余采用IDM模式的多数都为功率IC厂商,其中恩智浦和英飞凌都以车用半导体业务作为成长主力,意法半导体的成长动力来源相比较为平均。

13.国内部分半导体企业发展IDM模式

中国企业IC的设计能力与制造能力相对都弱于海外,数字集成电路领域目前没有国内公司能同时兼有设计、制造与封测的能力,紫光集团正在朝着这个方向打造。少数几家能实现IDM模式的国内企业均为功率半导体公司。这些公司在公司实力、产能规模和盈利水平上与海外厂商差距巨大。目前国内IDM厂商以6-8寸线为主,国际IDM企业以8-12寸产线为主。

闻泰科技通过收购安世半导体成为国内最大的IDM企业,安世半导体的分立器件、逻辑芯片和小信号MOSFET器件的市占率均位于全球前三,销售网络遍布全球,客户包括苹果、三星、博世、华为等企业。

14.IC设计领域国内少数企业走向国际一流舞台

DIGITIMES数据显示,全球领先公司有大陆地区的华为海思上榜,华为海思跻身前五,34.2%的增速是所有厂商中最高的,这也使得其超过AMD,成为全球第5大FablessIC设计公司。这也表明大陆IC设计产业已经具备追赶国际领先公司的能力,未来将涌现更多的大陆公司。

虽然国内有海思这样的优秀企业,但整体IC设计产业依旧以美国公司为主导,美国占了全球IC设计份额的53%,中国占比11%,差距明显。

15.大陆IC设计业发展迅速但自给率偏低

中国大陆IC设计业伴随国内经济快速发展和政府大力支持发展迅速,2018年中国大陆IC设计类企业销售收入合计已超2500亿元,连续4年保持两位数以上的增速。

随着近几年政策推动以及产业资金的推动,自2016年以来中国IC设计企业数量有了显著增加,2018年已有1698家IC设计企业,同比增长超20%。

虽销售收入和企业数量都在保持高速增长,但半导体芯片自给率仍然偏低,我国芯片进出口差额依旧在继续扩大。

16.大陆IC设计业发展迅速但总体小而分散

集邦咨询数据显示,中国大陆营收2018年数据显示仅三家公司营收过百亿,并且华为海思一家公司遥遥领先,海思营收虽达到500亿元,但与国际领先的高通、博通超1000亿元的营收差距依旧很大。

从产品类型上来看,除华为海思的麒麟、巴龙等系列产品技术上可达到国际水平之外,能跻身世界前列的还有豪威科技的CMOS产品,汇顶科技的指纹芯片,澜起科技的内存接口芯片等,但其余大多数在CPU、GPU、FPGA、存储、模拟电路等领域产品和国际水平都存在较大的差距。

17.大陆IC设计业发展瓶颈—EDA

在芯片设计的环节中,EDA等设计软件是必不可少的工具。设计者使用硬件描述语言(Verilog HDL)完成设计文件,通过EDA软件自动逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真。芯片设计分为前端设计(也称逻辑设计)和后端设计(也称物理设计),后端设计完成之后就便交给芯片代工厂在硅片上做出实际的电路。

全球做EDA的厂商约六七十家,但核心只有Synopsys、Cadence及Mentor三家公司,共垄断了国内95%、全球65%的市场份额。

18.EDA国内已有涉足,但缺乏产业链应用

我国EDA技术起步较早,但是没有上下游产业的协同,发展较为缓慢。

目前只有华大九天的规模较大,拥有三大EDA解决方案,数模混合IC设计全流程EDA解决方案、SoC设计优化EDA解决方案及面向IC、FPD制造业的EDA解决方案,其数模混合设计平台可以支持到40nm设计节点。其余还有广立微、芯禾科技、蓝海微、九同方微、博达微、概伦电子、珂晶达、创联智软等企业有EDA产品,但普遍是针对特殊需求的专用工具类型,产品不够全。我国现存10余家EDA公司2018年销售额累计3.5 亿元,占全球份额不足1%,与国际巨头之间的距离还非常巨大。

19.大陆IC设计业发展瓶颈—芯片底层架构

X86架构和ARM架构双雄称霸全球

目前芯片架构主要分为两大阵营:一个是以intel、AMD为首的基于复杂指令集的架构X86架构,另一个是以IBM、ARM为首的精简指令集ARM/MIPS/Power架构

X86架构在个人计算机芯片和服务器芯片中占绝对主导:2018年台式机CPU市场 Intel销售量占比84.2%,AMD销售量占比15.8%;笔记本市场Intel销售量占比87.9%, AMD销售量占比12.1%;服务器芯片Intel几乎独享市场。2018年服务器市场Intel销售量占比96.8%,AMD销售量占比3.2%;

ARM架构在移动设备和物联网设备芯片中占绝对主导:其中在手机、汽车电子及IoT 等领域中具备绝对的话语权,ARM架构芯片占手机市场份额约90%;

此外还有MIPS、Power、Alpha以及开源的RISC-V等芯片架构在不同的领域各有应用。

20.“自主芯片”并非“自主可控”

根据国内厂商采用芯片架构的格局来看,采用X86架构的芯片都不能“自主可控”,因为一旦授权停止将面临受制于人的困境。

ARM授权分两种:授权处理器IP和授权处理器架构。后者授权方式可以允许合作伙伴自主研发,属于“自主可控”的范围。海思、展讯和飞腾都属于获取ARM架构授权的公司,在当前授权版本上将不再受制于人。

21.芯片架构的困境在于应用生态

应用生态对芯片架构的发展有着极其重要的影响,下游设备的软件系统与硬件适配是核心价值链。Intel X86架构处理器独霸全球就在于不仅构建技术壁垒,还构建市场和软件的客户生态壁垒。而ARM架构同样是抓住移动互联网的机遇构筑一套自己的商业生态体系。

龙芯的指令集完全兼容MIPS32和MIPS64的指令集,并在此基础上开发了属于自己的指令,现阶段龙芯已永久买断MIPS指令的使用授权,技术可以做到自主可控,但龙芯缺乏下游应用厂商,无法建立商业生态,至今仍未发展壮大。

22.ARM在移动设备领域大放异彩

ARM的授权方式也给了国内芯片设计厂商突破的机会。根据性能测试分数排行,海思的麒麟芯片性能已在全球各类芯片前十名占据3位名额,同时海思的各类手机芯片在中国已能占据五分之一的席位,虽距离高通半壁江山的市占率还有不少距离,但若中美贸易摩擦持续,海思芯片在国内市场占有率将会进一步上升。

潜在风险:虽海思已经获得ARMv8的永久授权,可以在此基础上完全自主的设计芯片,短期2-3年影响较小,但是如果美国制裁升级,华为未能获得ARM新版本授权,将会对海思后续芯片迭代升级形成较大影响,不过华为也正在积极开发自己的IP和培养国内IP厂商以应对可能出现的危机。

23. RISC-V架构在AI、物联网领域或有“芯机遇”

相比于ARM高额的授权费、命途多舛的MIPS,象征着自主可控的开源的RISC-V正成为国产芯片的“芯机遇”。

机遇:X86在PC、服务器领域的生态以及ARM在手机的生态难以超越,但是在AI、物联网领域尚未构建完整的生态壁垒,物联网应用的碎片化特性使得RISC-V和物联网十分契合,更容易摆脱X86和ARM生态的影响;在AI领域,传统 ARM 架构擅长的 general purpose 不一定适合AI芯片,因为不同的 AI 芯片强调的功能不一样,有些是语音,也有些是其他方面,像是 RISC-V 这种弹性的架构比较容易让芯片客制化。

国内进展:国内华为、中兴等大企业以及部分中小企业如C-SKY在RISC-V开发上已经取得一定进展,2019年7月25日,阿里“平头哥”发布玄 铁910,采用RISC-V架构,支持16核,单核性能达到7.1Coremark/MHz,主频达到2.5GHz,比目前业界主流的RISC-V处理器性能高40%以上, 可以用于5G、人工智能、网络通信、自动架构等领域。

24.丰富的下游应用推动不同类型芯片的产生

随着应用场景的增加,具体执行不同功能的芯片也越来越多,如应用于PC、服务器、手机等设备的中央处理器CPU,应用于图像处理、深度学习的GPU,内含数字信号处理模块的DSP,以及基带芯片、存储芯片、射频芯片等。

不同厂商产品侧重于不同的芯片设计,有些芯片如手机处理器AP、基带芯片等产品大陆公司已经跻身世界前列,而有些产品如计算机CPU、 FPGA、GPU等国内则出现空白或大陆厂商被全面压制的场景。

以下将按照不同类型的芯片逐一分析国内外厂商的格局。

  • CPU(中央处理器):由于X86架构生态的限制,在个人PC处理器领域,目前Intel和AMD已经成为全球CPU寡头。Intel占据约九成的市场,AMD则收下其余市场份额;服务器领域依然由Intel和AMD 统领市场,不同的是由亚马逊、华为海思各自推出基于ARM架构的服务器芯片也正在建立生态。海思的鲲鹏系列芯片主要应用于自身服务器等应用,将带动新的参与者加入这个领域,市场有望进一步打开。

手机处理器芯片领域,高通中国市场占有率约50%,海思和联发科在中国市场各占约20%

  • GPU(图形处理器):主要作为显卡的计算核心解决图形渲染的问题。相比于CPU,GPU的算数逻辑单元(ALU)更多,高达数千个,可同时并行处理数以千计的数据;而CPU一般最多只有8核,一般用来处理运算量较为复杂的计算数据。图形渲染时需要将大量的3D坐标转变成2D坐标,每一个单独的位置都要计算其坐标,虽坐标计算并不复杂,但其巨大的数据量是CPU无法承载的。如果使用CPU计算则不仅浪费了其ALU的巨大算力,而且其并行数据处理能力也不够。

GPU非常适用于进行深度学习,深度学习是人工智能具体实现的一种算法,通过对大量输入数据进行归纳总结并提取特征,从而进一步识别新输入的数据。例如计算机视觉需要识别画面中的某物品,就需要提前学习无数张该物品的照片并提取其特征,GPU强大的并行数据处理能力就可以完美的解决这个问题。

电脑端集成显卡GPU:市场主要由Intel、英伟达和AMD占有,其中Intel的市场占有率最高,约三分之二;

独立显卡GPU:主要包括英伟达和AMD,自2015年以来英伟达市场份额不断被AMD追赶,但2018年8月英伟达发布了RTX2000系列显卡之后便重拾市场份额;

移动设备GPU:市场主要包括五家公司,按市占率排名分别为:Imagination、ARM、高通、Vivante、英伟达。

云平台的GPU(AI芯片):多数以英伟达为主,AMD也占据一定的市场份额。

国内在 GPU 芯片设计方面,还处于起步阶段,与国际主流产品尚有一定的差距,只能用于图形显示领域,比如国内领先的GPU制造商景嘉微最新款产品在2018年9月流片的JM7200的对比对象是2012年NVIDIA推出的GT640,显著优于后者的参数只有功耗。在高性能GPU方面, 如人工智能深度学习需要的GPU等领域国产化市场几乎空白。

除景嘉微之外,中船系研制的凌久GP101于2018年2月流片成功,支持4K 分辨率、视频解码和硬件图层处理等功能;西邮微电子2015年12 月研制成功GPU芯片“萤火虫1号”,主要作为学术课题。

此外,中科曙光与AMD进行深度合作,计划布局GPU领域,但中科曙光2019年6月进入美国“实体名单”,合作充满变数。

  • FPGA(现场可编程门阵列):FPGA具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性,使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。相比于 ASIC的定制化、不可改变,FPGA具有可重复配置的特点,理论上允许无限次编程。

目前FPGA领先公司全部为美国公司,全球FPGA市场中,Xilinx、Intel(Altera)两大公司对FPGA的技术与市场仍然占据绝对主导地位。2016年两家公司占有将约87%市场份额,专利达6000余项之多。FPGA在芯片行业门槛很高的类别,是一个技术密集型的行业,没有坚实的技术功底,很难形成有竞争力的产品。巨头构筑了强大的技术、市场和专利壁垒,这也是FPGA市场多年来被Xilinx、Intel(Altera)、 Lattice、Microsemi基本垄断的原因。

FPGA是全球芯片设计业最需要技术和垄断突破的产品之一,在所有的芯片领域中属于最难以突破和打破格局的技术产品,国际巨头提前布局的专利保护对后来者形成了强大的市场壁垒。国内的FPGA与国际厂商有两代半的工艺线差距。国际厂商已量产16nm产品,国内厂商目前只做到40nm,28nm产品还在推进阶段。

中国背景私募股权基金CanyonBridge收购Lattice被特朗普叫停,在新的中美冲突背景下,中资收购美国芯片公司变得更加困难。因此国内FPGA只能依靠自主发展,国内企业已陆续发力该领域,国内在通讯和AI芯片等领域有庞大的FPGA需求,同时有政策的呵护,国内厂商迎来发展机遇,但道路漫长,需要技术和市场双重配合。

  • ASIC芯片—海外厂商领先,但尚未形成垄断

ASIC(专用集成电路)是一种高度定制化并且不可重新配置的产品,通过对于特定应用领域的高度定制化来实现高性能、低功耗的双重目标。ASIC的特点是面向特定用户的需求,品种多、批量小。设计过程中不使用现有的库单元,可实现最佳布线布局、最优的速度功耗,与通用集成电路相比具有体系更小、重量更轻、功耗更低、性能更高等特点。缺点是初始设计投入大,上市速度较慢,针对性的设计会限制芯片的通用性。

目前国外主要以谷歌为主导,国内主要是寒武纪。人工智能领域的ASIC 专用芯片仍是一片蓝海,尚未出现足以垄断市场的巨头公司。

在 ASIC 芯片领域,国内厂商已经取得了一定成绩。以比特大陆、嘉楠耘智为代表的矿机厂商采用的ASIC芯片已经达到了7nm制程,在国际中处于较先进地位。寒武纪科技推出的寒武纪1A处理器(Cambricon-1A)是世界首款商用深度学习专用处理器,面向智能手机、安防监控、可穿戴设备、无人机和智能驾驶等各类终端设备,在运行主流智能算法时性能功耗比全面超越CPU和GPU。

国内各大科技互联网巨头都在投资布局ASIC芯片。2018年9月阿里巴巴成立平头哥半导体芯片公司,其开发的自主嵌入式CPU在语音识别、机器视觉、无线连接、工业控制和汽车电子等领域已得到规模化的应用,终端产品累计应用已超10亿颗。2019年4月,小米公司将旗下子公司重组,成立大鱼半导体,专注于AI和IoT芯片与解决方案的技术研发。随着未来人工智能与物联网的潜能释放,ASIC芯片将打开更大的市场空间。

发展机遇:ASIC芯片存在竞争空间,国内应用市场较大,有望以点及面助力AI芯片弯道超车。如果说在芯片产业上ARM对X86架构的反击制衡成就于移动终端的兴起,那么AI浪潮之下,AI芯片尤其是专用于深度学习的ASIC,用以点及面的方式实现跨越式发展,未尝不是一个弯道超车的好机会。

竞争空间上,传统的CPU领域有Intel、高通,GPU领域有英伟达,FPGA中有Xilinx和Altera,唯有与AI计算最为定制化结合的ASIC领域尚未有绝对的垄断性龙头;应用场景上,智能手机、可穿戴设备、安防前端等均可能成为ASIC芯片落地放量的先行地。AI芯片尤其是ASIC芯片由于其低功耗高效率的特点特别适用于功耗较低,空间较小的智能手机、智能安防摄像头、智能家居、无人机等智能终端,这些领域可能成为ASIC芯片率先放量之处。

  • 存储芯片—海外龙头占据绝大部分市场

半导体存储器分为随机存储器RAM和只读存储器ROM,通俗来讲ROM在系统停止供电的时候仍然可以保持数据,而RAM在就会丢失数据。

RAM:分为静态随机存储器SRAM和动态随机存储器DRAM,SRAM的速度非常快,但价格昂贵,一般只用在较为苛刻的环境下,比如CPU的一级缓冲和二级缓冲;而DRAM速度相对较慢,在价格方面要比SRAM便宜很多,计算机的内存条是典型的DRAM。

ROM:从早期的不可擦除PROM、用紫外光擦除的EPROM,到电子擦除的EEPROM,发展到现在的Flash。Flash分为NORFlash和NAND Flash两种,NOR Flash装载的代码可直接运行;NAND Flash没有采取内存的随机读取技术,NAND Flash上的代码不能直接运行,常用的U盘、SSD固态硬盘都是 NANDFlash,SSD固态硬盘市场的发展给NAND Flash带来巨大增量。

部分类型的存储器市场国内企业已取得一席之地,如SRAM的巨头是赛普拉斯和ISSI,而ISSI已被北京君正收购;NOR Flash的市场格局较为平均,随着竞争加剧,国际巨头纷纷退出低端NORFlash,兆易创新目前在整体NOR Flash市场占据了约8%的份额。但是在市场最大的DRAM和NAND Flash市场,海外企业占绝对主导,而国内企业的份额则非常少。

在存储器领域,部分国内厂商已在某些领域步入世界舞台,但在多数领域还都处于落后于国外先进企业的状态。

RAM方面:北京君正收购了矽成之后,将拥有全球领先的SRAM市场与技术水平,矽成在DRAM领域虽市场占有率不高,但其在该领域的排名也在前列,是大陆唯一可在全球范围内大规模生产销售工业机械RAM的企业;此外,兆易创新与合肥产投合作投资合肥长鑫项目,布局19nm DRAM,目前已经成果投片,预计2019年底将要正式量产;

Flash方面:兆易创新是NOR Flash的龙头,主要聚焦于低容量NOR,但现正向高容量NOR领域扩展;长江存储的3D NAND Flash发展较好,64 层的3D NAND Flash已经研发成功,即将量产。

  • 内存接口芯片

内存接口芯片负责连接CPU与内存,作用是承担CPU与内存之间的数据交换。内存接口芯片资格认证壁垒较高,需要经过CPU厂商、内存供应厂商以及服务器厂商的三重认证,目前国际从事研发并量产服务器 DDR4内存接口芯片的主流厂商有3家公司,分别是Rambus、澜起科技和 IDT。

澜起科技经营模式为Fabless,上下游均为国际领先的厂商,上游供应商包括括富士通电子、联华电子、台积电,封装测试供应商包括星科金朋、矽品科技,公司主要客户为三星、海力士、镁光等,内存接口芯片的产品毛利率达到70.82%,在内存接口芯片市场位列全球前二。公司发明的DDR4全缓冲“1+9”架构被采纳为国际标准。现已成为全球可提供从DDR2到DDR4内存全缓冲/半缓冲完整解决方案的主要供应商之一,此外,公司正在积极开展DDR5的研发工作,并参与DDR5 JEDEC标准的制定,预计将于2020年底完成第一代DDR5内存接口芯片的研发。

  • 图像处理类芯片

图像处理芯片包括两种:①传感器芯片,将光信号转变成电信号,主要有两种类型,CMOS和CCD,CMOS Image Sensor缩写为CIS,约占传感器芯片市场的99%以上;②视频处理芯片,将电信号处理为数字信号。

 CIS领先厂商主要有索尼、三星、豪威科技(被韦尔股份收购)等。公告显示,2018年豪威科技图像传感器营收82.32亿元人民币,约12.24亿美 元;同年索尼同类产品营业额为711.4亿日元,约66.89亿美元。

除豪威科技之外,国内CIS相关的企业还有格科微、思比科、比亚迪微电子、富瀚微、长光辰芯、锐芯微等。格科微曾是国内CMOS企业龙头,出货量曾排国内第一、世界第二,但后期进军高端市场失败,低端市场也受到同类厂商的冲击;思比科也由韦尔股份控股,主打低端CMOS领域。

视频处理芯片:是指将摄像头拍摄到的画面信号进行编码压缩转换成视频,主要应用于相机、VR设备、汽车、安防监控、无人机以及可穿戴设备等领域。未来计算机视觉芯片将成为主流,即自动识别画面中的人、物。技术水平要求最高的是在安防领域。

视频处理芯片的主要厂商包括华为海思、安霸Ambarella和富瀚微,国内厂商在视频处理芯片领域已经走在世界前列,如华为海思的高端芯片性能已经完全不输国外产品。市场占有率方面华为海思也占据了一半的市场份额。

富瀚微是国内最早进入安防摄像领域的企业之一,其主要产品为模拟摄像机视频处理芯片,在该细分领域富瀚微占据一半以上的市场份额;富瀚微与海康威视保持深度合作,其网络摄像机芯片业务得以快速提升;此外,富瀚微的业务正在积极布局汽车领域,在后装市场已推出多款产品并稳定出货,前装市场公司已推出首款ISP芯片,并将应用于比亚迪量产车型。

  • 显示驱动芯片

主流的显示屏分为LCD与OLED,OLED按照技术可分为被动驱动式(PMOLED)和主动驱动式(AMOLED),其中AMOLED在智能手机的渗透率达到了90%。据CINNO研究估计,OLED驱动芯片的市场空间在2020年将达到23亿人民币,全部OLED驱动芯片的市场份额将达55亿人民币。

LCD驱动芯片的市场由韩国三星和台湾联咏科技掌握,作为国内最早布局图像传感器的企业,格科微的产品中也包括LCD驱动芯片。

AMOLED驱动芯片市场则被韩国三星和Magnachip占具了95%的份额,大陆厂商包括中颖电子和吉迪思。

中颖电子主要以工控单芯片、锂电池管理芯片及OLED显示驱动芯片为主,2018年3季度公司的FHD AMOLED显示驱动芯片开始量产,随着国产手机份额的增加,中颖电子必将享受国产AMOLED屏产业增长所带来的商机。

  • 指纹识别芯片

指纹识别芯片:主要应用于手机、多媒体平板、笔记本电脑以及平板灯领域,其中手机占据指纹识别芯片约90%的市场,手机市场又分为苹果和安卓两大阵营。传统的电容式指纹识别技术现已非常成熟,面临着激烈的价格竞争。新的技术屏下指纹识别技术在2018年达到量产,成为高端安卓机的标配,CINNO Research预测,2019年全球带有屏下指纹功能的OLED手机出货量将大幅增长至2.2亿部。

苹果的指纹识别芯片由苹果的子公司Authentec设计,产品不对外供应,与其他安卓系统的指纹识别芯片供应商不构成竞争关系;

安卓阵营的指纹识别芯片设计公司包括汇顶科技、FPC、新思、思立微以及台湾的神盾等。汇顶科技的收入在安卓指纹识别芯片市场的占有率长居第一,汇顶科技的营业收入在2012年电容触控业务以及2016年指纹识别业务爆发时出现大幅增长,在2019年屏下指纹识别方式逐渐成为主流的过程中必然会享受市场转变所带来的利润增长。

  • 通信芯片

在交换机的整机市场,一直由思科掌握着约60%的市场,思科的交换机芯片大多数都为自研。除去思科的交换机,如惠普、戴尔、华为的交换机绝大多数都是采用博通的交换机芯片,被博通高度垄断。除博通外,国外还有擎发(Nephos)、 Cavium XPliant、Barefoot Tofin和Innovium Teralynx等企业。

国内企业有盛科网络,是由中国电子信息产业集团有限公司(CEC)和国家集成电产业基金共同投资的高新技术企业。

光芯片:国内产品主要集中在10Gb/s及以下的低速光模块。根据《中国光器件产业发展线路图(2018-2022)》,目前小于10Gb/s的光芯片国产化率达到80%,10Gb/s速率的光芯片国产化率接近50%,而25Gb/s及以上的速率的光芯片则高度依赖进口,国产化率仅3%

DFB芯片与EML芯片的核心技术主要掌握在美国、日本等国手中,核心厂商有Finisar、新飞通、Avago、Oclaro、瑞萨等厂商。目前,国内具有芯片量产能力的厂商有光迅科技、华工科技(子公司云岭光电)、海信宽带、武汉光安伦以及仕佳光电子等厂商。其中,光迅科技具备十多年的光芯片研发经验,目前在国内领跑;华工科技(子公司云岭光电)、海信宽带等已具备量产能力。

在全球的25GDFB供应格局中,Oclaro和瑞萨是市场的主要供应商,两者共占市场份额的70%左右;Avago和三菱占到市场份额的30%左右。其余 的主要厂商,例如Finisar、AOI、Lumentum等厂商具有生产线,主要用于自产。

  • DSP(数字信号处理技术):海外厂商占据绝大部分市场

DSP:内部采用程序和数据分开的哈佛结构,具有专门的硬件乘法器,可以用来快速的实现各种数字信号处理算法, DSP 己成为通 信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件。DSP产品很多,定点DSP有200多种,浮点DSP有100多种。

DSP主要生产商:德州仪器(TI)、模拟器件公司(ADI)、摩托罗拉(Motorola)、 恩智浦(NXP)、杰尔系统(Agere Systems)

DSP中国生产商:中电14所、中电38所、湖南进芯电子、北京中星微电子、中科院等

“华睿1号”芯片:中电14所牵头研制的国内首款具有国际先进水平的高端四核DSP芯片,采用65nm CMOS工艺,处理能力达到32GFMACS, 功耗为10W,总体性能优于国外同类型DSP芯片,填补了我国多核DSP领域的空白,目前已成功应用于我国十多型雷达产品中。

“魂芯二号A”芯片:2018年4月由中电38所发布,采用全自主体系架构,研发历时6年,单核实现1024浮点FFT运算仅需1.6微秒,运算效 能比TI公司TMS320C6678高3倍,实际性能为其1.7倍,器件数据吞吐率达每秒240Gb。可靠性、综合使用成本等方面全面优于进口同类产品。作为通用DSP处理器,“魂芯二号A”将广泛运用于雷达、通信、图像处理、医疗电子、工业机器人等高密集计算领域。

  • 基带芯片

在手机终端中,基带芯片是信号处理的核心芯片。射频芯片负责射频收发、频率合成、功率放大;基带芯片负责信号处理和协议处理。基带芯片分为5个部分:CPU处理器、信道编码器、数字信号处理器、调制解调器和接口模块。

目前主要厂商有高通、三星LSI、联发科、华为海思、紫光展锐、Intel等。现在三星和华为两大厂商都能生产基带芯片,苹果和Intel与 2019年7月25日共同发布公告声明苹果将要收购英特尔智能手机基带芯片业务,完成收购后全球的智能手机巨头都将拥有基带芯片生产能力。

华为基带芯片:巴龙5000,基于7nm的5G多模终端芯片,该芯片的首款5G商用终端是华为5G CPE Pro。它不仅是世界上首款单芯片多模5G基带芯片,同时还支持2G、3G、4G、5G合一的单芯片解决方案,能耗更低、性能更强。

展锐基带芯片:春藤510,采用台积电12nm制程工艺,支持多项5G关键技术,单芯片统一支持 2G/3G/4G/5G多种通讯模式,是一款高集成、高性能、低功耗的5G基带芯片。

  • 射频芯片

随着移动通讯技术的变革,智能手机需要接收更多频段的射频信号,芯片用量持续增加。5G相对于4G,滤波器从40个增加至70个,频带从15 个增加至30个,接收机发射机滤波器从30个增加至75个,射频开关从 10个增加至30个,载波聚合从5个增加至200个,PA芯片从5-7颗增加至 16颗,PA芯片单机价值量显著提升:2G(0.3美元)à3G(1.25美元)à4G(3.25美元)à5G(7.5美元)。

市场规模:从2010年至2017年全球射频前端市场规模以每年约13%的速度增长,2017年达130.38亿美元,未来将以13%以上的增长率持续高速增长,2020年接近190亿美元。

射频芯片是移动通信系统的核心组件,主要起到收发射频信号的作用,包括功率放大器(PA)、双工器(Duplexer和Diplexer)、射频开关(Switch)、滤波器(Filter)和低噪放大器(LNA)五个部分。从5大器件的营收占比来看,滤波器占了射频器件营业额的约50%,射频PA占约30%,射频开关和LNA占约10%,其他占约10%。

Broadcom、Qorvo、Skyworks和Murata四家几乎占据了80%的市场份额,被业内称之为“四足鼎立”,其他海外供应商有Epcos、Peregrine、英飞凌、Semtech、NXP等。

就中国市场而言,Skyworks拥有大约50%的市占率,Qorvo占据40%左右,中国其他厂商只拥有5%的市场占有率。

在技术上,部分器件如LNA、PA、天线开关等已逐步实现国产化,例如唯捷创芯、 汉天下的PA已经能在4GPA上真正打入主流市场;华为海思在LNA、PA、开关天线等领域进展也不错,比如在P30上用的就是华为自研的LNA Hi6H01s芯片。预计国产厂商在这些领域市场占有率将逐步提升。

在滤波器中,尤其是专门用于高频段的BAW滤波器,关键技术均掌握在美国企业 Broadcom-Avago手中,如果BAW被禁运,国内企业要么直接放弃2.5GHz-6GHz的频段, 要么需要使用加入特别设计的射频SoC配合SAW滤波器去做2.5GHz以上的高频段(技术上很难实现),无论如何都会产生困境。

国内开关和LNA龙头是卓胜微电子,PA的龙头是中科汉天下、唯捷创芯(未上市), SAW滤波器龙头是无锡好达(未上市),国际知名厂商基本采用IDM模式,而国内均为设计+制造模式,国内化合物半导体代工厂商为****等。

PA(射频功率放大器):将发射端的小功率信号转换成大功率信号的装置,用于驱动特定负载的天线等。PA是无线通信设备射频前端最核心的组成部分,其性能直接决定了手机等无线终端的通讯距离、信号质量和待机时间。

主要采用GaAs、RF-SOI、CMOS、GaN或SiGe作为材料,GaN的高频特性较好,比较适用于基站,GaAs性价比更高,适用于终端设备。终端设备中,GaAs将仍然是高端 PA 的首选技术,随着LTE Pro和5GSub 6G 的要求的提升,GaAs渗透率也将提升。虽然CMOSPA 越来越成熟并有集成 的优势但是因为参数性能的影响,它只适用于低端市场,而毫米波可能会采用SOI PA。

因为GaAs/GaN化合物PA具有独特的工艺和较高的技术门槛,均被国外厂商掌握,因此当前PA市场主要被三大厂商Skyworks、Qorvo、Broadcom垄断,合计占有超过90%的市场份额,此三大厂商均采用IDM模式。

国内PA产品大多停留在中低端应用,布局高端应用的PA厂商不多,但华为设计的GaAsPA将的应用将提高国内厂商布局高端PA的信心。

设计厂商包括华为、中科汉天下、唯捷创芯、紫光展锐、慧智微、中普微等;代工厂商包括****、海特高新等。

滤波器是射频前端芯片占营收比例最高的部件,包括声表面滤波器(SAW,Surface Acoustic Wave)、体声波滤波器(BAW,Bulk Acoustic Wave)、MEMS滤波器、IPD(Integrated Passive Devices)等。SAW和BAW滤波器是目前手机应用的主流滤波器,SAW主要应用于低频段,BAW 主要应用于2.5GHz-6GHz的高频段。5G新增频段包括Sub6G和毫米波等超高频频段,BAW将成为5G滤波器应用主流。此外还有FBAR滤波器是使用 硅底板、借助mems技术以及薄膜技术而制造出来的,现阶段已经具备了略高于普通saw滤波器的特性。

SAW滤波器生产商:村田Murata、TDK、太阳诱电TAIYO YUDEN、Skyworks、Qorvo,五家占据约95%份额;BAW滤波器生产商:Broadcom-Avago, 一家独大,占据87%的份额;FBAR滤波器市场基本被Avago、Qorvo等垄断。

国内企业主要布局SAW滤波器,BAW滤波器涉足的企业很少。布局BAW的厂商有诺思、开元通信和汉天下。2019年8月7日开元通信在深圳宣布推出体声波滤波器品牌“矽力豹”,以及国产首颗应用在5Gn41频段的高性能 BAW 滤波器产品 EP70N41,这是国内芯片厂商在 5G BAW滤波器的首次突破。

SAW国产厂商有麦捷科技、瑞宏科技、信维通信、中电德清华莹、华远微电、无锡好达电子等。德清华莹在2018年SAW 滤波器产能约15亿只,对应营收与净利润5.30亿元,对应净利润为0.37亿元。无锡好达电子的SAW滤波器目前成功切入中兴、魅族等手机供应链。宜确半导体在2019年5月,正式发布了基于其EWLAP技术的滤波器模块芯片产品TR963及TR965。

随着国产SAW滤波器市场入局厂商增多,将不可避免的出现价格战;FBAR滤波器在5G时代具备较强的市场潜力,但国产厂商的力量依然薄弱;BAW滤波器市场存在较难突破的瓶颈,不少厂商还停留于研发阶段。

  • 功率半导体

功率半导体分为功率集成IC、功率分立器件,应用领域非常广泛,市场规模高达数百亿美元

根据IHS统计,2017年英飞凌占据全球市场的18.5%,约为第二名安森美公司的两倍;此外,全球前五的企业均为欧日美的企业,加起来约占据全球份额的50%。前十的企业中也没有大陆地区的企业,目前在功率半导体行业中国企业还有很大的追赶空间。

目前本土企业也发展迅速,在功率半导体领域呈现出良好的形势。华润微电子已在MOSFET等分立器件销售规模已具备一定规模。杭州士兰微在功率半导体领域已经形成分立器件、功率IC等体系化产品构成;捷捷微电打造成国内晶闸管领域的龙头;****则在化合物半导体 领域积极布局。2018年底,闻泰科技收购安世半导体,成为标准器件和部分功率半导体领域的全球龙头。

功率IC包括线性稳压器、开关稳压器、开关IC以及其它功率管理IC等种类,下游市场包括汽车、计算、通信、消费电子和工业应用。

功率IC作为模拟IC的主要构成部分,其充分体现了模拟集成电路行业的四个特点:从需求端角度,下游需求分散,产品生命周期较长;从供给端角度偏向于成熟和特种工艺,目前以八寸产线为主,部分国际大厂已经实现12寸功率产线的量产;从竞争端角度,竞争格局分散,厂商之间竞争压力小;从技术端角度行业技术壁垒较高,重经验以人为本。功率IC德州仪器遥遥领先。

Yole Development预计,预计2023年功率IC市场规模将达到227亿美元。

电源管理IC是功率半导体的重要分支,市场规模庞大,庞大的市场商机加上进入门槛低,有较多大陆IC设计公司涉及,但普遍技术积累不够而只能在中低端市场竞争。

产品包括功率IC的上市公司上市公司有圣邦股份、全志科技、韦尔股份、富满电子、士兰微、华润微电子及上海贝岭等;非上市公司包括昂宝电子、赛威科技、长运通、芯原科技、深圳美芯,深圳致尚、岭芯等。

半导体分立器件包括二极管/三极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等。下游应用广泛,IGBT可应用于轨道交通、新能源汽车、太阳能光伏、家用电器等领域,MOSFET应用领域更广泛,包括太阳能光伏、不间断电源、变频器、电源、音频设备等。其中MOSFET是功率分立器件最大的 市场,根据拓璞产业研究院统计,2018年MOSFET的市场总额约为80亿美元,到2022年将要达到100亿美元。

英飞凌是功率分立器件的霸主,占有约20%的市场份额,此外安森美、意法半导体等企业也是市场份额较大的国际巨头。

国内尚无企业能进入功率半导体市场的全球前十名。

大陆企业凭借较强成本控制能力在中低端领域逐步打开市场,实现进口替代,如华润微电子在MOSFET领域已有所建树。中高端市场方面, 国内企业通过外延并购方式获得技术与市场,如闻泰科技收购安世半导体,安世半导体的市场占有率在多种分立器件领域都处于先进地位。此外士兰微在国内MOSFET的市场上也占据了一定的份额

中国的IGBT市场前十几名都是传统的国外厂商,如英飞凌、安森美、意法等。国内厂商尚未形成规模。但随着国内IGBT技术发展取得了不错的进步,国外垄断的情况有所打破,国内已取得一定的成果。

当前主流的第三代半导体材料为SiC与GaN,前者多用于高压场合如智能电网、轨道 交通;后者则在高频领域有更大的应用(5G等)。功率半导体市场主体被国外公司主导,在新一代半导体材料上国内公司也已取得一定成就,正在积极追赶。

在国内,华润微电子、扬杰科技、中车、中电13所等公司及研究机构也加大对碳化硅器件的研究,逐步打破国外公司的封锁,目前也已经形成完整的碳化硅产业链即上游衬底、中游外延片、下游器件制造。

GaN适用于超高频功率器件领域,氮化镓器件最高频率超过106Hz,功率在1000W左右,开关速度是碳化硅的四倍。但氮化镓目前尚处于起步阶段,市场规模较小。但随着5G时代的到来、无线充电技术的兴起、电网对输电性能要求提高或将促进氮化镓功率器件市场快速增长。Yole预测,2019年氮化镓功率器件市场规模不足1亿美元,但在2022年时将会超过4.5亿美元。

据Knowmade的数据,截止2018年底全球氮化镓专利族拥有数量最多的依旧是科瑞、东芝这些国际厂商,但中国企业也已占据一席之地:中国中车排名第四,西南电子科技大学排名第八,前十五名中共有五家中国机构。而在纳入了专利的技术含量、实用性等性能的考量之后,根据 Yole的数据,中国企业依旧占据一席之地。

氮化镓功率器件尚处于起步阶段,市场格局尚不明朗。但随着5G的建设,下游设备对于 射频功率器件的性能要求逐步提高,GaN将迎来快速发展。

目前国内已初步形成完整产业链,但依旧缺乏大规模量产企业,静待下游应用扩张。

第三代半导体材料正逐步成为发展的重心,当其主流的半导体材料为碳化硅与氮化硅。功率半导体市场主体被国外公司主导,在新一代半导体材料上国内公司也已取得一定成就,正在积极追赶。碳化硅市场发展迅速。据IHS数据,2017年的碳化硅市场总量为3.99亿美元,而在2023年将会达到16.44亿美元,年复合增长率达到 26.6%。其中,发展最大的是新能源汽车领域,年复合增长率达到了惊人的81.4%。碳化硅市场多被国际企业垄断。目前碳化硅市场主要由科瑞、罗姆、英飞凌这三家把控,同时碳化硅晶圆市场,则更是几乎由科瑞等国际公司垄断。

国内如扬杰科技等公司及研究机构也加大对碳化硅器件的研究,逐步打破国外公司封锁,目前也已经形成完整的碳化硅产业链。

25.晶圆代工

  • 晶圆代工方面,台积电依靠先进的制程,在全球占据约50%的市场份额,除台积电之外三星在其余厂商中市场份额较为领先。大陆最大的半导体代工厂商中芯国际不仅制程落后于国际大厂,市场份额也远不如竞争对手。

  • 台积电近年来一直保持制程领先,第二名三星一直在后面追赶。现在台积电第二代7nm的产品使用了EUV机台将于2019年下半年量产,而三星对应的量产仍需到2020年。此外,台积电的5nm预期在2020年量产,3nm的技术研发早已在进行,建厂也已经开始,而三星的5nm量产时间也 尚未公布。预计在可预见的未来,台积电将继续保持其市场领先者的身份。

  • 全球领先厂商台积电和三星均已实现量产的芯片制程达到7nm。

  • 大陆集成电路制造业近些年呈现稳步增长态势,政府大力支持,提供优惠政策,但瓶颈在于国内厂商的技术存在差距,制程较为落后,如中芯国际尚在攻克14nm制程的量产,华力微电子也在努力向14nm发起攻关。

  • 半导体晶圆制造设备

  • 半导体设备主要以欧美日企业为主。从营业收入的角度看,大陆半导体设备公司的市占率非常小,尚未在国际舞台上看到大陆公司的身影。

  • 美国的应用材料公司2018年营收140亿美元排名第一,产品几乎包括除光刻机之外的全部半导体前端设备。荷兰的ASML是高端光刻机的霸主,其研发投入与技术实力国内企业难以望其项背。

  • 由于坚实的技术壁垒和客户壁垒,半导体制造设备的市场基本都被 海外企业占据,几家国际企业占据全球90%以上的市场份额。

  • 光刻机:荷兰ASML占据75%的市场份额,在高端光刻机领域几乎霸占全部市场。

  • PVD:美国AMAT独占8成PVD设备市场;CVD:应用材料公司的CVD设备在市场中占据三分之一。

  • 中国大陆企业规模普遍很小,排名第一的北方华创2018年营业收入 为33.24亿人民币,约4.75亿美元,距离应用材料公司140亿美元的营收尚还有非常大的距离。技术节点多数都还比较落后,大部分设备在28nm制程以上,在高端光刻机等核心设备空白;

  • 国内先进企业中,北方华创的刻蚀机、PVD等设备已达到14nm级别,氧化炉已经批量应用于中芯国际、华力微电子、长江存储等厂家;晶盛机电的8英寸单晶炉已逐步开始国产化,12寸单晶炉开始小批量生产;中微半导体刻蚀机的技术水平已经达到7nm,达到国际先进水平。

  • 半导体晶圆制造材料

半导体材料的高端产品市场主要被欧美日韩台都少数国际大公司垄断,如晶圆制造的过程中成本比例最高的硅片,日本信越和日本SUMCO共占据一半市场份额,前五大厂商占比超过90%。

其余材料如湿电子化学品、电子气体、靶材、光刻胶等材料,国际前几大厂商分别占据了市场上的绝大多数份额。

在半导体材料领域,由于高端产品的技术壁垒非常高,国内企业长期研发投入和积累不足,我国半导体材料多处于中低端领域。

硅片方面,我国的产品主要以6英寸以下为主,12寸硅片尚未实现量产;

光刻胶、电子气体国产化程度很低,基本80%以上都需要进口,CMP相关材料进口量更达90%以上。

28.半导体封装—中国企业步入世界第一梯队

  • 封装测试领域前十的公司中,第一名日月光为台湾公司,安靠为美国公司,中国大陆三家公司上榜,分别是长电科技、华天科技、通富微电。

  • 封测属于规模经济产业,现已进入成熟期,龙头之间竞争加剧,只有通过相互整合才能获得经济效益,近年来全球前十的厂商并购频繁,中国大陆企业为兼并收购的主角,且龙头之间的互相合并加速。长电科技通过并购原全球第四大厂新加坡星科金朋进入封测业国际第一梯队,但是由于并购标的减少,龙头的竞争更加激烈,自主研发+国内整合将会成为以后增长的主要方式。

  • 2017年全球封测产业市场规模达到517亿美元,同比增长2.2%。而国内2010-2018年封测业始终保持较高增长态势,2018年国内集成电路的封测业销售额突破2000亿大关,达到2194元人民币,同比增长16.1%,增速远超国际水平,占我国集成电路产业链销售规模的35%。

  • 半导体行业中只有封装环节对资本与人才的要求相对较低,在国内集成电路发展早期就是以封测环节作为切入口,现在中国企业已步入成熟期,无论是营收水平还是技术水平均已与国外厂商接近,而且增速更快,国内企业的未来排名还会靠前。

  • 总体来看,中国的封测行业将优先受益于半导体行业规模的提升。

  • 半导体封测设备—依旧是海外厂商的天下

  • 国产封测设备市场占有率较低,根据SEMI的报告,2017年在中国制造的封测设备(含外资企业与合资企业)仅占中国封装设备 市场的17%。国内测设设备的龙头企业长川科技在2017年全球半导体测试设备市场的的占有率仅0.8%。

  • 半导体封装环节的主要设备引线键合机的主要供应商为ASMP(ASM Pacific Technology)、美国奥泰、德国TPT、奥地利FK等国外企业,其中ASMP的后道工序业务市占率第一,占全球总量的25%。

  • 半导体测试设备中分选机和测试机的主要供应商美国泰瑞达(teradyne)、日本爱德万(advantest)市占率分别为48%和39%。

  • 半导体封装材料—本土厂商逐步强大

  • 相比于制造材料来说,封装材料的市场空间较为稳定,近年来一直保持在全 球190亿美元左右;

  • 封装材料的门槛相对晶圆材料低,国产基本可以自主替代;

  • 康强电子2018年营收13.9亿元,净利润0.8亿元;华龙电子、珠海越亚分别拟于2012年、2014年上市,但最后IPO均被终止。

  • 五个维度看大陆半导体有效突围

  • 维度一:庞大半导体市场需求支撑产业发展和创新

  • 大陆地区人口多,工业体系完善,各类细分产品都能在中国找到需求方,大陆半导体市场规模全球第一,可以支撑产业链内的国产企业逐步崛起,有需求就可以带动供给。

贸易摩擦有利于本土制造的崛起,需求方在中国,有利于在贸易战中把握主动权。下游市场将为产业造血,同时本土企业具备天然的运输和就近服务优势,因此本土企业一旦实现技术突破,将很快实现下游导入。

大陆市场半导体三大产业销售额验证了这种趋势,随着市场进一步发展,IC设计企业更是爆发式增长。

半导体市场庞大,细分方向众多,大陆IC厂商具有起点低,规模小,技术储备不足等特点,精选赛道对企业来说至关重要。抓住下游市场潜在需求爆发点,精准定位,将获得市场高速增长的红利。以美国公司为例,过去十年是智能移动通信的黄金十年,定位手机处理器芯片和射频芯片的高通,skyworks取得1倍和3.5倍的增长,定位通讯芯片的博通取得11倍增长,定位存储芯片的美光取得4倍增长,相对而言,定位FPGA,模拟芯片的赛灵思和TI则相对速度慢了很多。

通用类芯片如处理器等赛道具备投入高和市场大特点,一般由海思,展锐等大型公司来突围。细分领域芯片的赛道则可以成为很多中小企业突围的战场。美国技术禁运也促使国内诞生一些新的赛道如FPGA、PA、DSP等,这些领域长期被巨头把控,专利壁垒高,过去国内企业没有机会,但现在自主可控让本土企业有望在这些领域获得市场进入机会,这就是需求会引导供给的逻辑。

  • 维度二:产业政策助力本土IC企业大胆创新

中国正处于世界第三次半导体产业转移浪潮中,每一次产业转移都离不开相应国家的政策支持。虽然产业在转移,但我们依旧可以看到这条半导体产业转移链上的国家依旧是当今世界的半导体强者。因此另一层面上理解这并不是产业转移,而是全球化带来的产业分工重构。

每一次产业分工的变化背后无疑都因为相应国家政府政策的推动,产业政策的推动作用如下:

优化投资环境,资本是逐利的,良好的营商环境和获利空间可以吸引产业公司大量投资;

良好的政策也可以引导人才逐步进入鼓励发展的产业。

产业政策扶植往往包含财政补贴或税收优惠等,可以促进企业进行针对性的研发自主创新。

美国半导体产业自上世纪50年代以来,历经行业起步、发展、全球化各个阶段。其中政府扮演着重要角色,在半导体产业发展的不同时期通过不同手段支持美国半导体产业逐步做大做强。

产业初期:半导体技术研发投入大,美国政府通过直接采购和研发资助的方式助力美国半导体公司完成初步积累。

产业成长期:70年代后期面临日本的崛起,美国政府通过一系列特殊的税收优惠政策,刺激企业不断增加对R&D的投入,美国国会通过一系列法案,挖掘联邦开发计划的商业潜力,建立政府与民间的合作关系。

产业成熟期:采取保护性贸易政策打击国际对手,保护本土半导体企业。

日本是产业政策的发起国,也是成功实行产业政策的典型国家,产业政策的成功实施使日本赶超发展战略得以实现。

日本通过营造竞争性经营环境激发了科学研究的活力和热情,通过扶持新工业制度使得半导体产业能获得商业上的优惠,又通过建立超大规模集成电路研究协会,使得日本能集中力量突破关键核心技术。通过引进美国技术以及政府的大力扶持,上个世纪70年代开始日本实现了半导体的高速发展,走向世界半导体强国。

中国政策+资本将同样驱动大陆半导体产业逐步突围。

因为中国是被高科技限制出口的对象,尤其瓦森纳协议使得中国在半导体领域很难获得最先进技术,所以中国半导体之路难于日韩等国家。长期以来中国通过市场吸引海外投资,通过获取海外投资积累技术,逐步完成了中低端技术的积累。

政府利用丰富的政策手段和资源调配来全方面支持大陆半导体行业的发展,目前已经取得了明显效果,大陆集成电路不仅产业规模迅速扩大,还涌现出大量优秀企业,未来在这种全方位发展机制下中国半导体产业还会继续快速发展和突破。

  • 维度三:资本投入引导产业正向循环

半导体产业作为战略科技产业,具备投资门槛高、回报周期长等特点,引导资本进入该领域有利于激发该行业的创新活力。

集成电路大基金:大基金一期总投资额1387亿元已投资完毕,公开投资公司为23家,未公开投资公司为29家,投资范围涵盖设计、制造、封装、设 备、材料多个环节,基本是全产业链覆盖。二期募资已完成,预计规模超过2000亿元,继续促进各环节发展壮大。

地方政府基金:在政策推动下,北京、上海等十几个省市地方政府也相继成立集成电路产业基金,截止2019年5月,由大基金撬动的地方集成电路产业投资基金已达5836亿元。

科创板:科创板的设立丰富了上市渠道,并且上市标准多样化可以让更多半导体科技企业获得资本市场支持,获得企业扩张动力,同时科创板增加资本退出渠道,进一步引导民间资本进入半导体产业。

集成电路大基金在支持产业发展的同时,也获得了丰厚回报,从持有上市公司的市值来看,已经远优于上证指数的长期趋势,其中近期上市的安集微电子,从最新市值来看,大基金获利已高达9倍。

民间资本:以武岳峰等代表的半导体私募股权基金在半导体投资中也收获颇丰。

国有资本和地方政府基金:以亦庄国投、建广资产等代表的国有资本和政府基金参与项目既保障了项目实施,又获得了投资收益。2017年建广资产牵头的中国财团以27.6亿美元(约181亿人民币)收购安世半导体。2018年建广资产以338亿元出售给闻泰科技,建广资产投审会主席李滨和他的财团伙伴们净赚157亿元。

  • 维度四:研发投入是半导体企业成长的基石

  • 半导体集成电路产业是典型的技术驱动型产业,技术迭代迅速,只有维持高研发投入和高转化率的公司才能在不断变化的市场中壮大。

IC Insights 2017年的数据显示,全球半导体研发投入排名前十的企业研发投入平均占比13%,设计类企业更是达到20%的水平,制造类企业由于企业特性研发投入低于10%。同时这些公司也是世界最优秀的半导体公司,持续的高额研发投入保障了这些龙头企业在技术领域保持领先。

华为坚持每年将10%以上的销售收入投入研发,近十年已累计投入高达4850亿元。截至2018年底华为在全球累计获得授权专利超过8.78万件,其中美国授权专利11152件。华为秉持的高研发投入模式换来华为长期稳定的发展,并使其成为世界顶级科技公司,华为的成功模式也给国内企业指出了方向,未来国内企业研发的投入和转化将助力企业在芯片领域陆续取得突破。华为的自主研发能力也使其抵御了来自于美国技术管制带来的供应风险。

国内半导体公司研发投入也在逐步提升,尤其以半导体设备和材料为代表的企业,研发投入比例保持较高水平。以上市公司圣邦股份、汇顶科技、士兰微为例,研发投入均保持逐步增长态势。

  • 维度五:人才是技术进步的核心,吸引人才助力科技升级

  • 大陆半导体人才缺口大,据《中国集成电路产业人才白皮书(2016-2017)》显示,目前中国大陆集成电路从业人员总数不足30万人,但是按总产值计算,从业人员需要70万人,大陆人才数量总量严重不足。

据芯师爷研究院针对半导体从业人员的调查问卷显示,薪酬福利是求职者最为看重的要素,占比为64.64 %;其次是个人发展前景,关注比例为53.81%。国内互联网企业蓬勃发展就得益于人才的不断输入。纵观半导体领域,华为作为顶尖硬科技公司,平均薪酬依旧低于互联网,行业薪酬继续存在提升的空间。

非中国大陆籍人才中,有较强意愿在中国大陆从事半导体行业工作的比例约为76.92%,而剩下的23.08 %人士则处于犹豫状态。调研数据还显示半导体行业每周加班时长在10-20小时的人不在少数,占比约为 23.73%;另外还有18.64%每周加班时长在30小时以上,也表明了当前产业人才相对缺乏的紧张状态。

高薪资吸引人才:结合非大陆籍人员前往大陆地区的意愿较强,大陆企业给予良好激励机制,已有大量非大陆地区人才转移至大陆工作,尤其以台湾地区为主。据台北招聘公司H&L Management Consultants估计,2018年以来已有300多名来自台湾地区高级工程师前往大陆芯片制造厂商,自 2014年大陆设立220亿美元集成电路大基金以来,已有近1000人才投奔大陆企业。部分岗位大陆给到的薪资是台湾地区的三倍。

发展空间大吸引人才:大陆地区半导体产业处于快速发展阶段,海外人才可以获得更高职级和更好的晋升机会。

良好创业环境吸引人才:大陆拥有庞大下游市场和优厚的产业政策,同时具备良好的融资环境和成熟的资本市场。科创板为科技创新企业打造良好融资平台,也形成创富效应。未来大陆半导体行业会吸引更多的台湾人才、海归人才来到大陆。

大陆地区合理的机制已效果显著,台湾半导体高层人士梁孟松、高启全、蒋尚义、孙世伟等相继加盟大陆半导体企业。

32.新形势下大陆半导体产业投资大逻辑

  • 逻辑一:并购是获得全球优质半导体资产和技术的捷径

全球半导体产业分工数次变迁,行业高端优质资产大部分集中于海外,因此外延式并购是本土企业快速突破的捷径。近十年不仅本土企业,海外企业也纷纷发起并购,行业整合呈现加速之势。产业资源向龙头集中的逻辑不变,并购优质资产的半导体公司是得关注。

首先,从海外全球龙头公司的发展历程来看,也是在做稳主业的同时,不断进行并购扩张,逐步稳固自己的阵地和扩张疆土,从而实现强者恒强的半导体格局。

其次,从大陆过去的历程来看,并购可以显著加强大陆产业或公司的竞争实力。

外延式并购助力中国封测产业走向世界前列,长电收购星科金朋,通富微电收购AMD封测业务,华天科技收购美国FCI,使得中国封测得以进入世界主角地位,全球半导体封测产业已形成三分天下的格局:美国的安靠科技,台湾地区的日月光与矽品,大陆的长电科技、华天科技及通富微电三家龙头企业。

紫光集团完成对展讯和锐迪科的收购打造了国内芯片设计龙头,增强了国内芯片设计的国际竞争力,展锐从2005年的0.5亿美元营收到2016年约20亿美元,11年增长近40倍。

半导体产业属于赢家通吃的领域,市场和人才资源往往向龙头集中,从而进一步扩大龙头厂商的份额和竞争力,在这种逻辑下我们认为通过并购优质资产构筑的半导体龙头具备长期投资价值。关注上市公司:闻泰科技、韦尔股份、紫光国微、北京君正等。

闻泰科技收购安世半导体:打通上下游,实现半导体器件到下游整机研发的产业链整合,发挥协同效应。

韦尔股份收购豪威科技:韦尔的分销体系增强豪威的市场拓展能力,豪威的设计能力显著强化韦尔的IC设计能力,形成有效协同。

紫光国微并购Linxens:将实现上下游整合,可同时提供智能安全芯片和微连接器设计、销售,提供自主可控的智能安全芯片模组,实现 “安全芯片+智能连接”的布局,构建更为完整的智能安全芯片产业链。

北京君正并购ISSI:君正一直在消费电子领域耕耘,ISSI在汽车电子、通信、工控医疗等领域深耕,二者可以在产品组合、市场开拓、客户 结构、技术研发等多方面优势互补,协同发展。

  • 逻辑二:新贸易形势下的自主可控市场未来可期

  • 华为、中兴事件表明中国唯有发展自主技术才能抵御海外突然技术禁运带来的风险。

通过上面的梳理,国内大部分领域均存在自主替代市场,但只有具备真正技术实力的企业才能享受进口替代带来的红利。

这里我们列举IC设计领域自主可控相关的上市公司,含港股上市和即将上市的企业(展锐预计2020年科创板上市,华润微电子预计 2019年科创板上市,瑞芯微预计主板上市)

这里我们列举晶圆制造和封测领域自主可控相关的上市公司,含港股上市和即将上市的企业(华润微电子预计2019年科创板上市,积塔半导体预计科创板上市,沈阳芯源预计科创板上市)

  • 逻辑三:顺应科技大趋势,新应用催生新需求

科技是第一生产力,也是推动消费升级的重要力量。科技发展过程中会产生较多新产品,往往也对应着新需求的爆发,紧跟市场需求的芯片企业将从市场快速增长中获得收益。

5G应用:5G通信会带来新一轮终端设备(手机、AR/VR)的升级和物联网、智能驾驶等新应用生态的形成。

AI应用:人工智能高算力高准确度,在图像识别、智能语音等领域应用日渐普及,未来AI还会赋能更多的产业。

大数据:新世纪是计算的时代,大量信息均将数据化。以大数据为基础,智能计算将实现多领域的人性化服务。

能源管理:能源智能化管理为产业降低能源成本,实现更高效的输出。

全球半导体过去十年是以智能手机为核心快速发展的十年,随着手机市场逐步饱和5G通信的建设,全球半导体即将围绕新设备和新应用迎来新发展的十年。


5G改变传统的移动交互方式,高速率、低时延将促进更多的终端接入网络,万物皆入口,从而以此为基础的大数据和AI应用将蓬勃发展,以此为基础的能耗管理也将迎来大发展,这里我们列举相应方向的半导体上市公司,供投资者参考。


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