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1、半導(dǎo)體制造：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的王者

將半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈分為上中下游。上游芯片制造封測支撐行業(yè)，主要是半導(dǎo)體設(shè)備和材料提供商，設(shè)備代表廠商有 ASML、應(yīng)材、Lam，國內(nèi)企業(yè)有北方華創(chuàng)、中微公司；材料代表廠商有信越化學(xué)、SUMCO、住友化學(xué)、陶氏化學(xué)，國內(nèi)廠商有華特氣體、安集科技等。中游半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)分為集成電路設(shè)計、制造、封測三個部分。IC 設(shè)計廠商有高通、AMD、英偉達、聯(lián)發(fā)科，國內(nèi)廠商有華為海思、卓勝微、圣邦股份、紫光國微等；IC 制造廠商有臺積電、聯(lián)電、格羅方德，國內(nèi)廠商有中芯國際、華虹半導(dǎo)體；IC 封測廠商有日月光、矽品、AMKOR，國內(nèi)廠商有長電科技、華天科技、通富微電、晶方科技等。涵蓋 IC 設(shè)計、制造、封測三者的 IDM 廠商有 Intel、三星電子、索尼、TI，國內(nèi)廠商有長江存儲和士蘭微。半導(dǎo)體下游終端應(yīng)用領(lǐng)域有汽車電子、工業(yè)電子、通信、消費電子、PC 等領(lǐng)域。

在行業(yè)價值鏈中，半導(dǎo)體制造占有近一半的產(chǎn)值，毛利率也較高，但高價值伴隨著高壁壘， 技術(shù)限制、高額的資本投入導(dǎo)致制造領(lǐng)域馬太效應(yīng)十分明顯，龍頭廠商市占率和毛利率均遠高于其他廠家。

2. 半導(dǎo)體制造行業(yè)三大核心問題

半導(dǎo)體制造行業(yè)的關(guān)注點主要集中在三點上，這三個問題是半導(dǎo)體制造行業(yè)技術(shù)發(fā)展的強勁推動力，也是馬太效應(yīng)形成的根本原因：

半導(dǎo)體制程的發(fā)展晶圓的尺寸晶圓廠的產(chǎn)能我們將分別針對這三個問題進行深度剖析。

2.1. 半導(dǎo)體制程發(fā)展之路：摩爾定律還能走多遠？

半導(dǎo)體制程工藝的發(fā)展，離不開摩爾定律。摩爾定律指出，當(dāng)價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔 18~24 個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。隨著晶體管尺寸的減少，相同單位面積中可以容納更多的晶體管，相同大小的處理器可以獲得更高的處理能力。且小的晶體管消耗的功率少，這減少了芯片的總功耗，產(chǎn)生的熱量也隨之降低， 因此可以進一步提高時鐘速度。

在制程發(fā)展上，Intel、IBM、三星、GF 等按著 180nm -> 130nm -> 90nm -> 65nm -> 45nm-> 32nm -> 22nm 的步調(diào)前行（三星和 GF 在 32nm 后轉(zhuǎn)向 28nm），而臺積電等半導(dǎo)體晶圓代工廠則走上了 150nm->110nm->80nm->55nm->40nm->28nm->20nm 的路線。隨著制程的發(fā)展，行業(yè)集中度提升，10nm 以下制程只有英特爾、三星、臺積電三個公司。

存儲芯片制程發(fā)展與邏輯芯片制程發(fā)展速度不太一致，但都受到摩爾定律的限制。DRAM 目前最先進工藝位于 18-15nm 之間，通常認為 10nm 是物理極限。從 2016 年開始，供應(yīng)商開始采用 1xnm 節(jié)點制，其中供應(yīng)商在路線圖上擁有三種 DRAM 產(chǎn)品（1xnm，1ynm 和 1znm）。最初，將 1xnm 節(jié)點定義為具有 17nm 至 19nm 幾何形狀的 DRAM，1ynm 是 14nm 至 16nm，1znm 是 11nm 至 13nm。目前供應(yīng)廠商的節(jié)點停留在 1xnm 狀態(tài)（1xnm， 1ynm，1znm，新三代制程包括 1anm，1bnm，1cnm 都屬于 1xnm 節(jié)點機制）。各大廠商正在積極尋找新的解決方案，繼續(xù)擴展 DRAM 并提高性能，在未來的制程節(jié)點上可能會使用 EUV 光刻實現(xiàn)轉(zhuǎn)變。SK Hynix 計劃在 1anm 使用 EUV，該技術(shù)將于 2021 年面世。三星在 1znm 完成了對 DRAM 的 EUV 測試，但不會用于量產(chǎn)，可能會用于 1a 或 1b 的產(chǎn)品中。美光則計劃將 193nm 浸沒式光刻和 SADP 擴展到 1bnm。

NAND 閃存驅(qū)動器的容量取決于芯片中的單元數(shù)量。在 2D NAND 結(jié)構(gòu)中，存儲單元在單個管芯層中彼此相鄰放置，以提高存儲容量。單元尺寸從 120 nm 減小到 1x nm，使容量增加了 100 倍，且當(dāng)前 15nm/14nm 已經(jīng)達到了極限。2D NAND 技術(shù)存在兩個局限，一是單元縮小是依靠光刻技術(shù)實現(xiàn)的，當(dāng)光刻技術(shù)到達極限時，單元無法進一步縮小；二是當(dāng)存儲單元降至 20 nm 以下時，電荷從一個單元泄漏到另一個單元的機會大大增加，這種單元間干擾會導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞，從而嚴(yán)重損害閃存的可靠性。因此廠商們轉(zhuǎn)向 3D NAND， 單元以垂直堆疊的方式來增加密度。3D 堆疊有單層堆棧和線堆棧兩種。在最新的 128 層中，廠商大多使用兩個 64 層進行堆疊，三星計劃單層堆疊，在沒有其他新突破的情況下，128 層是單層堆疊的極限。而線堆疊在 500 層也可能存在問題，因此還需要探索新的堆疊方法。

不管是邏輯芯片還是存儲芯片，制程量級越低，技術(shù)難度越大，制作成本也越高。IBS 的數(shù)據(jù)顯示：28nm 體硅器件的設(shè)計成本大致在 5130 萬美元左右，而 7nm 芯片需要 2.98 億， 5nm 則需要 5.42 億美元，成本的增長速度越來越快。

半導(dǎo)體制程以 28nm 為界線，分為先進制程和成熟制程。從需求上看，先進制程需求在逐年增長，成熟制程需求較為穩(wěn)定。

2.1.1. 成熟制程——以 28nm 為代表

28nm 是半導(dǎo)體制程里性價比最高、長周期屬性明顯的制程。一方面，相較于 40nm 及更早期制程，28nm 工藝在頻率調(diào)節(jié)、功耗控制、散熱管理和尺寸壓縮方面具有明顯優(yōu)勢。另一方面，由于 16nm/14nm 及更先進制程采用 FinFET 技術(shù)，維持高參數(shù)良率以及低缺陷密度難度加大，每個邏輯閘的成本都高于 28nm，從前面制程成本比較的圖中也可以看出， 先進制程每一代成本都加速上升。隨著成本不斷上升，只有少數(shù)客戶能夠負擔(dān)得起轉(zhuǎn)向高級節(jié)點的費用。

28nm 工藝處于 32nm 和 22nm 之間，業(yè)界在 45nm 階段引入了 high-k 值絕緣層/金屬柵極（HKMG）工藝，在 32nm 處引入了第二代 high-k 絕緣層/金屬柵工藝，這些為 28nm 的逐步成熟打下了基礎(chǔ)。而在之后的先進工藝方面，從 22nm 開始采用 FinFET（鰭式場效應(yīng)晶體管）等。28nm 正好處于制程過渡的關(guān)鍵點上，使其性價比高。

28nm 制程主要有 HKMG 工藝（金屬柵極+高介電常數(shù)絕緣層 High-k 柵結(jié)構(gòu)）和poly/SiON 工藝（多晶硅柵+氮氧化碳絕緣層的柵極結(jié)構(gòu)）。與傳統(tǒng)的 Poly/SiON 工藝相比， HKMG 技術(shù)可以有效的改善驅(qū)動能力，進而提高晶體管的性能，同時大幅降低低柵極漏電量。Poly/SiON 工藝的特點是成本低，工藝簡單，適合對性能要求不高的手機和移動設(shè)備。HKMG 的優(yōu)點是大幅減小漏電流，降低晶體管的關(guān)鍵尺寸從而提升性能，但是工藝相對復(fù)雜，成本與 Poly/SiON 工藝相比較高。

市場上提供 28nm 制程的主要廠商有臺積電、聯(lián)電、三星、GF、中芯國際、華虹半導(dǎo)體等。臺積電于 2011 年開始導(dǎo)入 28nm 制程量產(chǎn)，并在 2012 年攻克了 28nm HKMG 制程，三星則是在 2012 年實現(xiàn)了 28nm 的量產(chǎn)，并于 2013 年導(dǎo)入了 28nm HKMG。UMC 在 2014 年實現(xiàn)量產(chǎn) 28nm 的 HKMG，目前公司放棄了 12nm 以下先進制程的研發(fā)。格芯在 2013 年量產(chǎn)，格芯的主要工藝是 FD-SOI。中芯國際在 2015 年開始導(dǎo)入 28nm 制程量產(chǎn)的， 并于 2018 年導(dǎo)入 HKMG，同年華虹宣布開始 28nm 制程量產(chǎn)。

目前，雖然高端市場被 7nm、10nm 以及 14nm/16nm 工藝占據(jù)，但 40nm、28nm 等并不會退出。 28nm~16nm 工藝現(xiàn)在仍然是臺積電的營收主力，中芯國際則在持續(xù)提高28nm 良率。

在下游需求方面，IoT/穿戴裝置與面板驅(qū)動 IC 需求看漲。一方面，IoT 芯片功能大多以數(shù)據(jù)收集為主，功能單純且需維持長時間使用并兼顧低價高量，因此多半集中在 28nm 以上的節(jié)點制造。近年 IoT 與各項領(lǐng)域結(jié)合程度越來越高，5G 與 AI 的推動讓 IoT 有了進一步的技術(shù)需求，也讓客戶評估制程技術(shù)轉(zhuǎn)移的可能性。另一方面，受惠 OLED 面板在更多的終端應(yīng)用產(chǎn)品上滲透率持續(xù)上升，以及國內(nèi) OLED 廠商產(chǎn)能陸續(xù)開出，OLED DDIC(面板驅(qū)動 IC)市場也將成為新一波 28nm 的成長動能；過去 OLED DDIC 以 40nm 制程為主，但為了滿足日后需求量上升，在既有 40nm 產(chǎn)能已滿載而 28nm 產(chǎn)能出現(xiàn)空缺的情況下，晶圓代工廠商也積極與客戶合作制程轉(zhuǎn)移，期望能達到填補 28nm 缺口并囊括更多訂單。

2.1.2. 先進制程——得先進制程者得天下

半導(dǎo)體從成熟制程發(fā)展先進制程，必須要解決光刻、晶體管架構(gòu)、溝道材料三個問題。

光刻

光刻是半導(dǎo)體制造過程中最難的一步。在半導(dǎo)體制作過程中，光刻設(shè)備會投射光束， 穿過印著圖案的掩模及光學(xué)鏡片，將線路圖曝光在帶有光感涂層的硅晶圓上；通過蝕刻曝光或未受曝光的部份來形成溝槽，然后再進行沉積、蝕刻、摻雜，架構(gòu)出不同材質(zhì)的線路； 此制程被一再重復(fù)， 就能將數(shù)以十億計的 MOSFET 或其他晶體管，建構(gòu)在硅晶圓上，形成一般所稱的集成電路。光刻決定了半導(dǎo)體線路的精度，以及芯片功耗與性能，相關(guān)設(shè)備需要集成材料、光學(xué)、機電等領(lǐng)域最尖端的技術(shù)。

光源是光刻機核心之一，光刻機的工藝能力首先取決于其光源的波長。光源波長越短，激發(fā)出的更小尺寸的光子。曝光方式分為 Stepper 和 Scanner 兩種。Stepper 一次性將整個區(qū)域進行曝光；Scanner 將鏡頭沿 Y 方向的一個細長空間曝光，硅片和掩模同時沿 X 方向移動經(jīng)過曝光區(qū)動態(tài)完成整個區(qū)域的曝光。Scanner 曝光圖像畸變小、一致性高，速度也更快，所以目前主流光刻機都是 Scanner。

下一代的工藝，就必須采用 EUV 光源的設(shè)備，三星 7nm 節(jié)點上已經(jīng)采用了 EUV 設(shè)備。隨著先進制程的進一步發(fā)展，EUV 光刻設(shè)備是必要設(shè)備。

目前 EUV 技術(shù)主要運用在邏輯工藝制程中。由于三星、臺積電在 2019 年大規(guī)模量產(chǎn) EUV 工藝，所以 2019 年是 ASML 的 EUV 光刻機大幅增長的一年。ASML 2019 年財報顯示，全年共計出貨 26 臺 EUV 光刻機，營收 118.2 億歐元，同比增長了 8，EUV 光刻機的營收占比從 2018 年的 23 提升到 31 。未來也會保持這個趨勢，預(yù)計 2020 年交付 35 臺 EUV 光刻機，2021 年則會達到 45 臺到 50 臺的交付量。ASML 還針對后續(xù)更為先進的 3 納米、2 納米制程的需求，開始規(guī)劃新一代 EUV 光刻機 EXE:5000 系列。

晶體管架構(gòu)

在半導(dǎo)體制程進化的過程中，um 級及高尺寸 nm 級采用的都是 MOS 結(jié)構(gòu)，縮小尺寸就是縮小了柵極橫向的寬度。隨著制程要求的進一步提高，如果采用 MOS 結(jié)構(gòu)，線寬需要繼續(xù)縮小，這會造成源端和漏端短路，電路會因此失效，且飽和電流會過小。

為了解決這些問題，出現(xiàn)了 FinFET 技術(shù)和 FD-SOI 技術(shù)。

FinFET 是一種場效應(yīng)晶體管，其具有一從基材突出的狹窄半導(dǎo)體材料有源區(qū)域，因此， 類似于鰭(fin)。此鰭包括源極區(qū)域與漏極區(qū)域。鰭的有源區(qū)域通過淺溝槽隔離(shallow trench isolat1n, STI)而被分隔，一般通過二氧化娃(S12)。鰭式場效應(yīng)晶體管也包括一位于源極區(qū)域與漏極區(qū)域之間的柵極區(qū)域。柵極區(qū)域形成于鰭的上表面與側(cè)壁，以包裹圍繞鰭。在柵極下方延伸且介于源極區(qū)域與漏極區(qū)域之間的鰭的部分為溝道區(qū)域。

FD-SOI 技術(shù)是一種平面工藝，利用不同的起始襯底，利用現(xiàn)有的 CMOS 平面制造方法的性能并擴展其性能。FD-SOI 襯底具有一層超薄的絕緣體層掩埋氧化物，位于基底硅的頂部。晶體管通道由非常薄的硅薄膜組成。在設(shè)計上，F(xiàn)D-SOI 技術(shù)比傳統(tǒng)的大體積 CMOS 具有更好的晶體管靜電特性，并減少了器件泄漏。

SOI 技術(shù)不需要在 Fab 廠上進行大量投資，且具有良好的背柵偏置選項。通過在 BOX 下方創(chuàng)建后柵極區(qū)域，我們還可以控制電壓，這使其適用于低功耗應(yīng)用。但 SOI 技術(shù)很難控制晶片中的錫硅膜，故晶片的成本要高于塊狀硅晶片，且 SOI 晶圓的供應(yīng)商數(shù)量比較少， 這將使總工藝成本增加約 10％。與 SOI 相比，F(xiàn)inFET 具有更高的驅(qū)動電流，應(yīng)變技術(shù)可用于增加載流子遷移率，但 FinFET 制造工藝復(fù)雜。

在應(yīng)用上，F(xiàn)inFET 主要應(yīng)用于高性能、高集成度領(lǐng)域，比如 GPU 和 CPU 等高性能器件。

FD-SOI 在 IoT、5G、AI 和 ADAS/自動駕駛中在成本和性能方面顯現(xiàn)出優(yōu)勢。

兩種技術(shù)各有特點，未來在 40/28 納米，14/10 納米的 FD-SOI 和 FinFET 技術(shù)會共存一段相當(dāng)長時間。最終發(fā)展到 7 納米及以下時，SOI 也將從 2D 發(fā)展到 3D，即發(fā)展為 SOI FinFET 工藝。這表明 SOI 與 FinFET 技術(shù)可能殊途同歸。

溝道材料

溝道是連接MOS 器件源和漏之間的一個導(dǎo)電區(qū)域，溝道材料影響電子在溝道中的遷移率。半導(dǎo)體制程向更先進的節(jié)點邁進時，需要找到合適的溝道材料，加快電子在溝道中的移動速度，提高器件的頻率。鍺及 III-V 族化合物具有這種特性，但是這些材料必須要具備與硅材料兼容的工藝，因此目前 SiGe 是比較好的選擇。

隨著這三個問題的解決，半導(dǎo)體制程向先進工藝發(fā)展。目前，臺積電和三星均已有 7nm 工藝，英特爾為 10nm 工藝，但從晶體管密度上看，英特爾 10nm 技術(shù)可與三星和臺積電的 7nm 技術(shù)媲美。

先進制程的優(yōu)勢在哪里？

從客戶端來看，目前選擇 7nm 工藝的客戶已經(jīng)超過 10 多家（AMD、蘋果、Bitman、博通、海思、聯(lián)發(fā)科、英偉達、高通、賽靈思、平頭哥等），7nm EUV 至少有 5 家（AMD、蘋果、海思、三星、高通），6nm 的客戶則除了以上的 5 家之外，還多了博通和聯(lián)發(fā)科，5nm 目前已確認將采用的客戶則有 AMD、蘋果、海思、三星和賽靈思。這些客戶帶來龐大體量的訂單給代工廠帶來高額營收，2019年，臺積電作為唯一采用 7nm 工藝技術(shù)的純晶圓代工廠，每片晶圓營收顯著增加。

除了晶圓代工和邏輯芯片制造外，三星、美光、SK Hynix 和 Kioxia/WD 等存儲器供應(yīng)商也在使用先進的工藝制造 DRAM 和 flash 存儲器組件。下游企業(yè)采用越來越先進的工藝， 未來先進制程會給制造廠商貢獻更多的營收。

2.2. 晶圓尺寸

從晶圓發(fā)展歷程來看，晶圓尺寸經(jīng)歷了 2 英寸、4 英寸、5 英寸、6 英寸、8 英寸和 12 英寸。晶圓的尺寸越大，在單片晶圓上制造芯片的數(shù)量就越多，單片芯片的分?jǐn)偝杀倦S之降低，并且晶圓片邊緣的損失會減小，因此發(fā)展大尺寸晶圓片有利于降低成本，但同時對設(shè)備和工藝的要求也越高。在同樣的工藝條件下，300mm 半導(dǎo)體晶圓的可使用面積超過200mm 晶圓的兩倍以上，可使用率（衡量單位晶圓可生產(chǎn)的芯片數(shù)量的指標(biāo)）是 200mm 硅片的 2.5 倍左右。圖 19 為不同尺寸晶圓面積對比，資料來源于文章 Critical Dimension Sample Planning for 300 mm Wafer Fabs（作者：Sung Jin Lee, Raman K. Nurani, Ph.D., Viral Hazari, Mike Slessor, KLA-Tencor Corporation, J. George Shanthikumar, Ph.D., UC Berkeley）。

晶圓的原材料就是硅片，晶圓尺寸、需求與硅片息息相關(guān)。全球半導(dǎo)體硅片市場最主流的產(chǎn)品規(guī)格為 300mm 和 200mm，300mm 硅片出貨面積增長速度明顯高于 200mm 和150mm。2018 年，300mm 硅片和 200mm 硅片市場份額分別為 63.83 %和 26.14% ，兩種尺寸硅片合計占比接近 90%。

200mm 硅片的發(fā)展：

200mm 硅片的發(fā)展：2011 年開始，200mm 半導(dǎo)體硅片市場占有率穩(wěn)定在 25-27%之間。2016 年至 2017 年，由于汽車電子、智能手機用指紋芯片、液晶顯示器市場需求快速增長，200mm 硅片出貨面積同比增長 14.68% 。2018 年，受益于汽車電子、工業(yè)電子、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用領(lǐng)域的強勁需求，以及功率器件、傳感器等生產(chǎn)商將部分產(chǎn)能從 150mm 轉(zhuǎn)移至200mm，帶動 200mm 硅片繼續(xù)保持增長。

300mm 硅片的發(fā)展：自 2000 年全球第一條 300mm 芯片制造生產(chǎn)線建成以來，300mm 半導(dǎo)體硅片市場需求增加，出貨面積不斷上升。2008 年，300mm 半導(dǎo)體硅片出貨量首次超過 200mm 半導(dǎo)體硅片；2009 年，300mm 半導(dǎo)體硅片出貨面積超過其他尺寸半導(dǎo)體硅片出貨面積之和。2000 年至 2018 年，由于移動通信、計算機等終端市場持續(xù)快速發(fā)展，300mm 半導(dǎo)體硅片市場份額從 1.69 大幅提升至 63.83% ，成為半導(dǎo)體硅片市場最主流的產(chǎn)品。2016-2018 年，由于人工智能、區(qū)塊鏈、云計算等新興終端市場的蓬勃發(fā)展，300mm 半導(dǎo)體硅片出貨面積年均復(fù)合增長率為 8.36 %。

制程工藝的進步對硅片面積要求更高。目前，90nm 及以下的制程主要使用 300mm 硅片， 90nm 以上的制程主要使用 200mm 或更小尺寸的硅片。隨著半導(dǎo)體制程的不斷縮小，芯片生產(chǎn)的工藝愈加復(fù)雜，生產(chǎn)成本不斷提高，成本因素驅(qū)動硅片向著大尺寸的方向發(fā)展。因此未來幾年，300mm 仍將是半導(dǎo)體硅片的主流品種。

下游產(chǎn)品中，大尺寸硅片能夠生產(chǎn)更多類型的產(chǎn)品，且尺寸越大，高端芯片需求越高。不過近年來受到新興市場的驅(qū)動，八寸晶圓也面臨供不應(yīng)求的局面。全球 8 英寸晶圓廠大多擁有成熟的制程，運營時間較長從而可以讓固定成本和運營成本降低，適合多樣化產(chǎn)品和特色工藝的開發(fā)。

2.3. 晶圓產(chǎn)能

自 2000 年以來，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)靠著增加晶圓投片量來提高芯片出貨量，利用制程微縮讓每片晶圓切割出更多芯片的貢獻并不多。從 2000～2019 年，每片晶圓切割出的良品芯片的年平均成長率僅 0.9％，但通過增加晶圓投片來增加的良品芯片的年平均成長率達 6.5％。總體來看，2000～2019 年全球每年新增加的芯片數(shù)量，有 86％來自晶圓投片量增加，只有 14％是來自制程微縮讓每片晶圓切割出更多芯片。因此晶圓產(chǎn)能意味著潛在的銷售量， 是影響制造廠商營收的一大因素。

從供需結(jié)構(gòu)分析，供給端 2019Q4 硅片全球產(chǎn)能，200mm 已經(jīng)回落至 500 萬片/月，同2016 年周期啟動時同一水準(zhǔn)，300mm 接近 600 萬片/月，落于景氣高點水位之下，考慮到需求端芯片存在 1 高性能計算芯片/指紋識別 die 面積增大；2 新應(yīng)用（5G/車聯(lián)網(wǎng)/云計算）等所需硅含量提升，供需緊平衡已經(jīng)出現(xiàn)。

根據(jù)制程節(jié)點劃分，200mm 當(dāng)量晶圓月產(chǎn)能如下所示。先進制程的發(fā)展是晶圓需求的強勁拉動力。

截至 2019 年 12 月，全球排名前五名晶圓每月的產(chǎn)能超過 100 萬片晶圓（200mm 等效晶圓），產(chǎn)能合計占全球晶圓總產(chǎn)能的 53％。

2017 至 2020 年，全球芯片制造產(chǎn)能（折合成 200mm）預(yù)計將從 1985 萬片/月增長至2407 萬片/月，年均復(fù)合增長率 6.64 ；中國芯片制造產(chǎn)能從 276 萬片/月增長至 460 萬片/月，年均復(fù)合增長率 18.50 。近年來，隨著中芯國際、華力微電子、長江存儲、華虹宏力等中國大陸芯片制造企業(yè)的持續(xù)擴產(chǎn)，中國大陸芯片制造產(chǎn)能增速高于全球芯片產(chǎn)能增速。

從產(chǎn)能利用率方面看，晶圓廠平均產(chǎn)能利用率略有波動，但整體呈現(xiàn)上升趨勢。

3. 半導(dǎo)體制造行業(yè)競爭邏輯

半導(dǎo)體制造行業(yè)具有人才、技術(shù)和資本密集的特點。

人才和技術(shù)密集：半導(dǎo)體制造行業(yè)是受研發(fā)和技術(shù)驅(qū)動的行業(yè)，對人才和技術(shù)極為看重。2018 年畢馬威聯(lián)合 SEMI 發(fā)布了一份問卷調(diào)查數(shù)據(jù)，受訪者皆為全球半導(dǎo)體的行業(yè)高管，其中有 64%的人認為人才風(fēng)險是三大運營風(fēng)險之一。集成電路人才稀缺，《中國集成電路產(chǎn)業(yè)人才白皮書(2018-2019 年版)》預(yù)計中國 IC 制造行業(yè)人才 2021 年需求達到 24.6 萬，比 2019 年多 10.2 萬，因此半導(dǎo)體行業(yè)成為了國內(nèi)引進人才最多的行業(yè)。中芯國際引進梁孟松，紫光集團旗下的長江存儲，以及合肥長鑫的 DRAM 廠引進美光、SK 海力士等大廠的人才。在引進人才之后，中芯國際在 19 年底成功實現(xiàn) 14nm 量產(chǎn)，長江存儲量產(chǎn)了 64 層堆棧 3D 閃存，合肥長鑫量產(chǎn)了 DDR4 內(nèi)存。

在技術(shù)方面，在上文已經(jīng)介紹過各大公司在制程方面的發(fā)展，以及先進制程對公司營收的貢獻。從歷史的發(fā)展看，當(dāng)某家大廠可以量產(chǎn)最新先進制程時，公司的訂單量會飆升，營收也會大漲。

資本密集：半導(dǎo)體制造廠商需要持續(xù)不斷投入工藝制程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的研發(fā)，且半導(dǎo)體制造企業(yè)是重資產(chǎn)企業(yè)，需要資本的大力支持。自 1990 年代以來，半導(dǎo)體行業(yè)在研發(fā)強度方面一直領(lǐng)先于所有其他主要工業(yè)領(lǐng)域，每年用于研發(fā)的支出平均約占總銷售額的 15%，近幾年略有下降，是因為收入端增長更強勁。雖然半導(dǎo)體行業(yè)過去五年研發(fā)支出年度增長放緩，但是由于先進制程的發(fā)展對技術(shù)提出了更高的需求，包括 EUV 光刻技術(shù)、sub-3nm 工藝技術(shù)、3D 模具堆疊技術(shù)使未來五年研發(fā)支出會加速增長， 預(yù)計 2019-2024 年復(fù)合增長率為 4.4 %。

以晶圓代工廠為例，臺積電和中芯國際研發(fā)支出略有波動，整體呈現(xiàn)上升趨勢。聯(lián)電在放棄 7nm 制程研發(fā)后，研發(fā)支出略有下降。

在資本支出方面，前五大公司（三星、英特爾、臺積電、SK Hynix 和美光）資本支出總額占全球半導(dǎo)體行業(yè)資本支出的 68%，創(chuàng)歷史新高。

單看純晶圓代工廠，臺積電、中芯國際、聯(lián)電、格芯資本支出均在全球純晶圓代工廠前列。臺積電飛速上升，其中臺積電 19 年資本支出同比增長 61.6 %。中芯國際在這兩年略有下降，但相較 15 年前依舊處于較高水平。聯(lián)電在放棄 7nm 制程的研發(fā)后，資本支出近兩年有明顯下降。格芯雖然放棄了 7nm 制程，但是轉(zhuǎn)戰(zhàn) SOI 工藝，因此資本支出下降沒有聯(lián)電明顯

綜上，半導(dǎo)體制造行業(yè)發(fā)展靠的是人才、技術(shù)、資本三者結(jié)合。人才是企業(yè)的軟實力， 為公司提供源源不斷的研發(fā)智慧。半導(dǎo)體制造行業(yè)是重資產(chǎn)行業(yè)，先進制程的進步與先進設(shè)備有關(guān)，資本的投入為先進技術(shù)研發(fā)、廣羅人才提供支持。技術(shù)發(fā)展是企業(yè)成為行業(yè)龍頭的必要標(biāo)準(zhǔn)。反向看，技術(shù)發(fā)展會為公司開拓廣闊市場，營收增長，實現(xiàn)資本積累，提高公司實力，產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)，吸引人才流入。三者相互作用，使半導(dǎo)體龍頭企業(yè)技術(shù)發(fā)展越來越快，資本積累越來越多，同樣擁有專業(yè)技術(shù)的人才也越多， 馬太效應(yīng)由此形成

4. 制造行業(yè)長期成長邏輯/未來增量空間

半導(dǎo)體制造行業(yè)的發(fā)展是受到下游需求驅(qū)動的，因此對下游市場的發(fā)展進行分析能夠理清制造行業(yè)的長期成長邏輯及未來的增量空間。

4.1. 長期成長邏輯

將應(yīng)用分為兩類，一類是受到摩爾定律主導(dǎo)的市場，主要包括智能手機、電腦和服務(wù)器的CPU 和存儲芯片；一類是超越摩爾定律的應(yīng)用領(lǐng)域，主要包括模擬芯片、傳感器、功率芯片等領(lǐng)域。

受摩爾定律主導(dǎo)的市場

摩爾定律主導(dǎo)的市場是半導(dǎo)體市場的主戰(zhàn)場，從市場增速來看，存儲芯片、邏輯芯片增速依舊排在前列。

CPU 為了滿足高性能計算、續(xù)航散熱這些需求，對芯片制程需求越來越高，手機和電腦都是最先采用先進制程的領(lǐng)域。從性能上看，據(jù) techcenturion 評測，目前手機 CPU 芯片性能最好的是蘋果的 A13，采用的是臺積電的 7nm 工藝。

目前性能最高的 PC CPU 芯片為 AMD 的銳龍 Thread Ripper 3990X，采用的也是臺積電的7nm 工藝。

從手機和電腦的 CPU 芯片發(fā)展中可以看到搶占最先進制程的重要性。存儲芯片的發(fā)展前面也已經(jīng)提過了，市場被擁有先進制程的大廠商三星、海力士、美光等瓜分。

CPU 和存儲器的長期動能來自手機、PC 和服務(wù)器的增長。目前手機、計算機等仍是半導(dǎo)體行業(yè)終端最大的應(yīng)用市場。2018 年全球手機和基站、計算機用芯片銷售額分別為 487 億美元、280 億美元，在半導(dǎo)體終端市場的占比分別為 36%、21% 。智能手機和計算機市場是摩爾定律前進的推動力。

智能手機的成長動力主要源自 5G 的出現(xiàn)。2020 年是 5G 開始興起的一年，IDC 預(yù)計 2020 年將出貨 1.9 億部 5G 智能手機，占智能手機總出貨量的 14％，預(yù)計到 2023 年，這一數(shù)字將增長到全球智能手機出貨量的 28.1％。

2019 年全球 PC 出貨量同比增長 2.7%，這是自 2011 年市場增長 1.7%以來，PC 首次實現(xiàn)全年增長，這也是 PC 市場進入回暖的明顯跡象。盡管市場面臨挑戰(zhàn)，PC 市場一直被看衰， 但是可以看到 PC 需求仍然一直存在。從 PC 的設(shè)計上看，全面屏和輕薄化是趨勢，性能、續(xù)航、散熱需求也逐漸增加，這些需求對電腦 CPU 的要求更高。

數(shù)據(jù)的高速增長帶動了數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)急速增長。MarketsandMarkets 估計，到 2024 年，全球數(shù)據(jù)中心機架服務(wù)器市場將從 2019 年的 521 億美元增長到 1025 億美元，在預(yù)測期內(nèi)復(fù)合年增長率（CAGR）為 14.5 %。推動市場增長的因素是對可擴展數(shù)據(jù)中心和高密度計算的需求。此外，邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)和云計算等新興技術(shù)的進步有望為數(shù)據(jù)中心機架式服務(wù)器供應(yīng)商創(chuàng)造充足的機會。

從邏輯芯片的營收變化看，邏輯芯片營收占比一直處于 25 左右，多年占比穩(wěn)定，據(jù) WSTS估計，19 年營收 1046 億美元，較 18 年有下降，但是占比提升，因此營收主要受半導(dǎo)體整體行業(yè)景氣度的影響，而 20 年營收會有所上升，占比也有提升。

在半導(dǎo)體各類芯片中，存儲芯片在營收中占比最大。存儲芯片市場 2018 年營收 1579.67億美元，占比 33.70% ，在整個半導(dǎo)體市場的份額已超過 1/3。根據(jù) WSTS 19 年 11 月公布的預(yù)測，2019 年占比有所下降，約為 25.89 %，但仍然是占比最大的板塊。從增長率看， NAND 產(chǎn)能和價格的增長會高于 DRAM。

長遠來看，邏輯芯片和存儲芯片的增量市場來自于 5G、云計算、AI 和物聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)種類、數(shù)量高速的增長，對處理器的要求越來越高，對存儲的需求也在增大，因此摩爾定律的主導(dǎo)市場發(fā)展空間大，利潤率高，依舊是各大廠商競相追逐的領(lǐng)域。

對于半導(dǎo)體制造廠商而言，目前 CPU 和存儲領(lǐng)域是制造龍頭蠶食的區(qū)域，擁有先進制程的制造公司才有能力加入這個市場。且手機、PC 經(jīng)過多年的發(fā)展基本上屬于穩(wěn)定的存量市場，因此為了爭奪市場份額，各大廠商在制程上追逐。除此之外，制造廠商迅速布局 5G、云計算、AI 和物聯(lián)網(wǎng)提供的新的增量市場。由于先進制程研發(fā)的穩(wěn)步推進，臺積電一直是蘋果的代工，而高通的訂單則一直被三星和臺積電爭奪，技術(shù)是設(shè)計廠商選擇代工的影響因素，因此想要在摩爾定律主導(dǎo)的市場獲取市場份額，持續(xù)實現(xiàn)成長，制造廠商第一要務(wù)是推動自身先進制程的發(fā)展。

超越摩爾定律應(yīng)用領(lǐng)域

摩爾定律的推進降低了 CPU、存儲、邏輯芯片的成本，但是不能給模擬芯片、傳感器芯片、射頻芯片等帶來理想的成本效益。RF、電源管理、MEMS、CMOS 傳感器等芯片需要更專業(yè)化，需要通過集成增加更多功能。雖然這些專用芯片的制造商仍然關(guān)注尺寸、速度和功率，但是不一定需要在最先進的節(jié)點上進行功能集成，它們需要綜合考慮性能、集成度和成本。這類應(yīng)用統(tǒng)稱為超越摩爾定律的應(yīng)用領(lǐng)域。摩爾制程主導(dǎo)的領(lǐng)域追求的是制程的發(fā)展，而超越摩爾定律的應(yīng)用領(lǐng)域朝著多樣化發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用就是一個很好的例子。典型的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可能包括具有模擬接口的傳感器、用于編碼和數(shù)據(jù)存儲的存儲器、用于數(shù)據(jù)通信的射頻功能、用于控制設(shè)備和處理數(shù)據(jù)的處理器，另外可能還有電池和電池接口。大多數(shù)情況下，這些設(shè)備可能處于休眠模式，所以超低漏電是一個關(guān)鍵要求。然而，一旦被信號喚醒，設(shè)備必須立即切換到高性能模式，以便在存儲器中獲取或存儲數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，然后傳輸或接收數(shù)據(jù)。7nm 邏輯芯片在處理這些不同功能方面沒有任何實際優(yōu)勢。還有云計算和數(shù)據(jù)中心的人工智能推理/訓(xùn)練應(yīng)用與芯片制程關(guān)系不大，其最大的問題是功耗。

根據(jù) Yole 統(tǒng)計，2017 年超越摩爾的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)A需求為 4500 萬片（8 英寸當(dāng)量），預(yù)計到 2023 年需求會增長到 6600 萬片，CAGR 10 。

1. 電源管理芯片

Yole 預(yù)測電源 IC 將受益于多個主要終端市場的擴張而在 2016~2022 年期間獲得 3.6%的復(fù)合年增長率，與半導(dǎo)體整體產(chǎn)業(yè)的增長趨勢保持一致。2016 年，電源 IC 市場的規(guī)模預(yù)計為 145 億美元，到 2022 年預(yù)計將增長至 180 億美元。

電源管理芯片在電子產(chǎn)品市場舉足輕重，幾乎所有的電子產(chǎn)品和設(shè)備都需要電源管理芯片。通信是最主要的電源管理芯片市場，主要包括智能手機市場和通信基站市場，而這兩部分 市場都受益于 5G 的發(fā)展，智能手機出貨量及單部手機電源管理芯片數(shù)量或有增長，5G 基站建設(shè)量大幅增長，單個基站通道數(shù)增加，這些都讓通信市場成為當(dāng)下有潛力的增量市場。汽車電源管理芯片受益于新能源汽車的驅(qū)動；消費電子市場受到物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的驅(qū)動，下游 應(yīng)用持續(xù)分散化，不同應(yīng)用對電源管理的要求也不同，TWS 耳機的發(fā)展是目前電源管理芯片最明顯的消費電子增長點，由于 TWS 耳機體積小需要集成度更高的電源管理芯片，且其充電盒也拉動了電源管理芯片的需求。隨著工業(yè)從規(guī)模化走向自動化、智能化，工業(yè)與信息化的深度融合、智能制造轉(zhuǎn)型升級將帶動工業(yè)電子電源管理芯片需求的增長。

2. 傳感器芯片

傳感器領(lǐng)域，手機攝像頭的需求帶動 CMOS 圖像傳感器增長迅速；自動駕駛技術(shù)的快速發(fā)展，增加了對圖像傳感器、MEMS 傳感器、激光雷達、超聲波傳感器多種類型傳感器的需求。VR/AR 帶動 MEMS 傳感器需求增長。

電源管理芯片、傳感器芯片等對芯片制程要求沒有那么苛刻，因此除了龍頭廠商外，其他半導(dǎo)體制造廠商也能分一杯羹，格芯、聯(lián)電、中芯國際、華虹半導(dǎo)體等在這些細分領(lǐng)域都能擁有一定市場。之前格芯和聯(lián)電都宣布了放棄研發(fā) 7nm 工藝，把更多的精力放在了專用芯片的制造商。因此，各大廠商如果在制程競爭上沒有優(yōu)勢，可以抓住這類市場的機會， 進行專用芯片的研發(fā)。

4.2. 近年來的主線，5G、IoT、車用半導(dǎo)體、AI 提供大增量（略）

前面介紹制造廠商的兩個市場時，提到 5G、IoT、車用半導(dǎo)體、AI 等新興領(lǐng)域給這些市場注入了新的發(fā)展動力，這也是近年來半導(dǎo)體領(lǐng)域應(yīng)用的主線。

5. 中國半導(dǎo)體制造業(yè)的機會在哪里？

目前，中國半導(dǎo)體行業(yè)還處在初期發(fā)展階段，國內(nèi)企業(yè)長期研發(fā)投入和積累不足，使我國半導(dǎo)體行業(yè)在國際分工中多處于中低端領(lǐng)域，高端產(chǎn)品市場被歐美日韓臺等少數(shù)國際大公司壟斷。我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)亟待解決的兩個問題是：供需失衡和結(jié)構(gòu)失衡。

供需失衡

中國是全球最大的半導(dǎo)體消費市場，也是全球工業(yè)制造中心，人口基數(shù)決定了半導(dǎo)體終端產(chǎn)品的消耗量。盡管中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)銷售規(guī)模持續(xù)擴張，但本地制造商只能滿足該國約 30％的需求，因此只能長期依賴于進口。根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2018 年，中國集成電路進口金額達 3120.6 億美元。中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)化進程嚴(yán)重滯后于國內(nèi)快速增長的市場需求，中國半導(dǎo)體供需失衡嚴(yán)重，國內(nèi)企業(yè)進口替代空間非?？捎^。

結(jié)構(gòu)失衡

國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)結(jié)構(gòu)失衡。大多數(shù)半導(dǎo)體公司都是定位于中低端市場的中小半導(dǎo)體設(shè)計公司，大規(guī)模、技術(shù)壁壘高的制造公司比較少。從國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)計制造封測銷售額看，半導(dǎo)體制造銷售量在三者一直是最低者，12 年以來制造占比雖然有所提高，但依舊在 30 以下。

當(dāng)前，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正處于產(chǎn)業(yè)升級的關(guān)鍵階段，掌握核心技術(shù)是中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)階段最重要的目標(biāo)，國內(nèi)半導(dǎo)體制造公司崛起迎來機遇。

1.摩爾定律放緩為國內(nèi)制造企業(yè)提供機會

上文我們介紹過摩爾定律的發(fā)展，先進制程工藝由于需要大量的工藝研發(fā)和資本投入，能負擔(dān)大額成本投入的晶圓廠越來越少，摩爾定律放緩。除了英特爾、臺積電、三星以外，聯(lián)電和格芯都宣布了放棄對 7nm 制程的研發(fā)。這給國內(nèi)制造企業(yè)提供了趕超的機會，目前中芯國際正在研發(fā) N+1 代制程，華虹半導(dǎo)體也在追趕 14nm 制程，以長江存儲、合肥長鑫等企業(yè)深耕存儲領(lǐng)域。

2. 產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)移，下游應(yīng)用細分化也是國內(nèi)半導(dǎo)體制造企業(yè)的一大機會

伴隨著下游 PC、智能手機市場的逐漸成熟和飽和，半導(dǎo)體行業(yè)的系統(tǒng)性創(chuàng)業(yè)機會也從 PC、智能手機、服務(wù)器三大集中性市場往物聯(lián)網(wǎng)、下一代智能終端等碎片化、新興化市場轉(zhuǎn)移，物聯(lián)網(wǎng)、新能源汽車等新興市場帶來向上重構(gòu)供應(yīng)鏈的系統(tǒng)性機會。在應(yīng)用場景方面，采用先進工藝的芯片種類主要是基帶、CPU、存儲等大型邏輯芯片，主要用于手機和筆記本電腦，而其他低功耗領(lǐng)域需要一些專用芯片。對于中低端 MCU、電源管理芯片等技術(shù)壁壘不高的細分市場，芯片專用化、性價比是重點。以功率半導(dǎo)體為代表的模擬細分市場中，傳統(tǒng)汽車電子、工業(yè)級芯片等市場對品控、功耗、性價比的要求很高。因此在這些市場，國內(nèi)企業(yè)可以找到突破口，積極布局滲透市場。例如，三安光電在第三代半導(dǎo)體材料 GaN崛起中受益，耐威科技在 MEMS 傳感器研發(fā)中持續(xù)發(fā)展。

3. 終端品牌效應(yīng)

終端品牌的國產(chǎn)化給上游供應(yīng)鏈帶來發(fā)展機會，終端需求向上傳導(dǎo)可以帶動整個供應(yīng)鏈的國產(chǎn)化。例如，“蘋果產(chǎn)業(yè)鏈”帶動了臺積電、環(huán)旭電子和長電科技等企業(yè)的發(fā)展。目前，5G 帶動了“華為產(chǎn)業(yè)鏈”的發(fā)展，進入華為產(chǎn)業(yè)鏈的中芯國際也將在產(chǎn)業(yè)鏈的影響下也會有所收益。

4. 政策扶持

根據(jù)“中國制造 2025”重點領(lǐng)域技術(shù)路線圖對 IC 制造產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃，國產(chǎn)半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將圍繞產(chǎn)能擴充與先進制程同步推進。國家集成電路大基金的投資扶持了半導(dǎo)體制造企業(yè)的發(fā)展。

6. 半導(dǎo)體制造廠商（略，詳見報告原文）

半導(dǎo)體制造廠商主要有臺積電、三星、英特爾、聯(lián)電、格芯、中芯國際和華虹半導(dǎo)體。

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