B体育APP下载集成电路产业浅析

2024-08-18 22:30:10

　　B体育官网当前世界形势复杂多变，全球地缘与贸易保护主义抬头，单边主义盛行，多国发生贸易摩擦，疫情常态化加剧集成电路产业全球投资以及集成电路相关产品、设备、技术等进出口不确定性，并对全球集成电路产业的分工合作产生深远影响。随着产业发展与分工细化，全球产业格局日趋形成，美国在设计业领域独占鳌头，全球主要纯晶圆代工企业集聚亚太，封测业中国领跑，设备业美日荷三分天下，材料业日本垄断高端。

　　经济的快速增长为集成电路行业发展提供了基础环境，2016-2020年，全球集成电路市场规模从3389.3亿美元增长至4330.3亿美元，复合年均增长率6.32%，未来几年内将持续增长。全球经济大国在集成电路行业占据重要地位，经过日本、韩国、以及中国几次产业转移，全球产业分工日趋精细，集成电路产业重心持续向东亚地区转移。

　　传统半导体产业巨头围绕汽车、通信、物联网、AI等新兴产业方向积极布局，汽车电子、智慧医疗、5G通信将成为集成电路发展的核心增长动力。

　　中国集成电路产业起步较晚，仍处于初级发展阶段，发展程度低于国际先进水平，但国内市场需求巨大，进口替代空间广阔。2014年发布《国家集成电路产业发展推进纲要》，中国集成电路行业迎来了新一轮的高速发展，产业创新能力不断提高，规模企业数量持续增长，骨干企业实力大幅增强。市场与政策双轮推动产业快速发展，5G、人工智能、智慧城市、物联网等新基建领域将催生PCB、存储器、高端芯片巨大需求，半导体产业链将迎来再次重大发展机遇。2020年中国集成电路产业销售额达8848亿元，较2019年增加了1285.70亿元，同比增长17.00%，2021年一季度中国集成电路产业销售额已完成1739.3亿元。国内集成电路在高端集成电路设计、先进工艺制造、高端设备、关键材料等领域仍与国外存在较大差距。

　　2020年产业链国产自给率为12%，虽对比2017年的5%取得一定提升，但与发达国家相比仍有差距，地缘因素导致我国产业链风险加剧，国产化替代空间巨大。根据海关总署公布的数据，2020年中国集成电路进口数量达5435亿块，较2019年增加了984亿块，2021年上半年中国集成电路进口数量已达3123亿块；2020年中国集成电路进口金额达3500.4亿美元，较2019年增加了445亿美元，2021年上半年中国集成电路进口金额已达1978.8亿美元；进出口额逆差仍在扩大，集成电路产品仍为中国单一最大宗商品，严重依赖进口。中美高科技博弈逐渐成为中美经贸摩擦的焦点，国际环境继续深度调整，发展环境的诸多变化，将对全球集成电路供应链体系的走势产生潜在的重大影响，我国必须突破传统创新组织和模式，探索关键核心技术攻关新型举国体制，以尽快实现关键产品的自主可控。

　　为鼓励集成电路技术创新，国务院先后出台相关鼓励政策和科技计划，推动了国内自主集成电路产业的发展。目前我国已形成了一定的集成电路产业规模，较为完善的集成电路设计、芯片制造、封装测试三业及支撑配套业共同发展的产业链格局，并在基础研究、技术开发、人才培养等方面取得了较大成绩。先后出台了《国务院关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》（国发〔2000〕18号）、《国务院关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》（国发〔2011〕4号）以及《集成电路产业“十二五”发展规划》《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》《国家集成电路产业发展推进纲要》等政策。2006年科技部设立国家863计划“超大规模集成电路设计专项”，2009年正式启动实施了集成电路01-03专项（核心电子器件、高端通用芯片、基础应用软件，极大规模集成电路制造装备及成套工艺，新一代宽带无线移动通信网），《中国制造2025》也将集成电路放在发展新一代信息技术产业的首位。中国要想早日实现集成电路产业的高质量跃升，在推进现有集成电路技术继续升级的同时，必须积极布局一系列关键性新研究领域，抓住新一轮全球集成电路产业发展机遇，积极抢占集成电路技术创新竞争高地。

　　集成电路产业链主要包括材料层、设备层、EDA层、设计层、制造层、封测层，重点应用领域涵盖PC、消费电子、通信、物联网、汽车、工业应用等。

　　2020年受到全球半导体产品的强烈需求的影响全球半导体材料市场的规模达到了553亿美元，市场规模超过2018年历史峰值水平。

　　晶圆制造材料主要分成：硅片、靶材、CMP抛光材料，光刻胶，湿电子化学品（主要是高纯试剂和光刻胶配套试剂），电子特种气体，光罩（光掩膜）以及其他。其中，硅片、气体、光掩模和光刻胶四种材料市场规模占整体比例67%以上，硅片和硅基材料是集成电路晶圆制造中占比最大的基础材料，占半导体制造材料市场比重约为32%。目前，12英寸硅片、掩膜版、12英寸硅片ARF光刻胶、CMP抛光材料主要依赖进口，高纯靶材生产技术已跻身国际第一梯队，气体方面国内企业主要集中在中低端市场，国产化率低于20%，超纯试剂国产化率约为10%。

　　封装材料包括引线框架、封装基板、陶瓷封装材料、键合丝、包封材料、芯片粘结材料等，其中封装基板已经成为封装材料细分领域销售占比最大的原材料，比重超过50%，全球市场规模接近百亿美金。我国封装基板企业已成功实现部分封装基板自产，引线框架基本实现国产化，但市场份额不高。

　　材料市场销售方面，美国、地区以及中国占据前三；但是材料供应格局方面，日美材料业占据绝对优势，日企在硅片、光刻胶、溅射靶材、光掩模版、陶瓷封装材料、键合丝等领域处于绝对领先地位，主要的集成电路材料供应国，约占全球市场的66%；我国在高端材料领域与国际先进水平的差距远大于芯片设计、制造、封测等环节。

　　材料高端领域技术壁垒高，被日美欧韩台等少数企业垄断，国内企业长期研发投入和积累不足，国产化程度低，主要依赖进口；中低端领域逐步国产化，封装基板、引线框架领域已实现国产化，部分产品（靶材）技术标准达到国际一流水平。

　　EDA在集成电路领域内规模偏小但重要。随着全球芯片和软件产业规模的不断扩大以及芯片技术的更新升级，专门为芯片设计工程师提供逻辑综合、布局布线、仿真和验证工具的EDA行业已经成为整个半导体行业生态链中最上游、最高端的节点，市场规模稳步提高。随着未来我国本土EDA产业的发展，将带动全球EDA市场规模的进一步扩大，在计算机、通信、航天航空等领域发挥重要作用。

　　全球市场竞争呈现寡头垄断。全球市场规模约700亿元，经过近三十年的市场博弈，全球EDA市场已被美国Cadence、Synopsys和西门子Mentor三家垄断，占据了全球EDA市场超60%的市场份额。

　　中国EDA起步晚，小而散，人才匮乏。随着华为海思、中兴微等企业正在加强芯片研发设计，全国芯片设计行业的规模在不断壮大，中国EDA行业有着良好的发展前景。在中国市场的推动下，全球EDA行业市场规模未来仍将保持着稳定的增长态势。国内多数EDA公司除了华大九天以外，起步都比较晚。我国市场规模约39.7亿元，国内EDA市场超90%份额被海外三大EDA巨头所占据，剩下的市场还有ANSYS等国外公司来争夺。

　　深圳、杭州等地大力发展多年，尚未无实质突破，国产EDA企业“夹缝中生存”，想在未来实现突破，需加强与本土晶圆代工公司和芯片设计公司的合作，在先进的28/24/10纳米工艺和技术重点攻关，逐渐向平台化方向发展，结合当前细分领域发展趋势，边缘切入，提供相关定务与验证工具。

　　半导体集成电路制造过程极其复杂，需要用到的设备包括硅片制造设备、晶圆制造设备、封装设备和辅助设备等。

　　设备业市场日益增长。根据SEMI统计，全球半导体设备销售额从2013年的约318亿美元增长至2020年的超700亿美元，年均复合增长率约为14%。

　　设备业投资大，技术壁垒高，市场高度集中。设备业美日荷三强鼎立，美国应用材料、日本东京电子、荷兰阿斯麦和美国科天等几家巨头企业即凭借技术、资金等优势高度垄断半导体设备细分市场，占比超过70%。

　　晶圆制造设备领域占据设备业主体。2020年晶圆制造设备占半导体设备约80%，其中光刻设备26%，刻蚀设备22%，CVD设备16%，合计64%；CMP设备4%，离子注入设备3%，溅射设备5%，热处理设备3%，清洗设备7%，前道检测设备10%。

　　在需求增长较快的刻蚀设备领域，Lam Research、东京电子、应用材料三大巨头在2020年占据总市场份额超90%，行业集中度极高，技术壁垒明显；荷兰ASML在光刻机领域独占全球76%市场份额，其次是日本尼康（11%）、日本佳能（7%）。

　　后道封测设备约占20%：封装设备占比10%；测试设备中，过程工艺控制设备占48%，ATE设备占46%，后道量测设备占6%。主要包括贴片机、划片机、焊接机、封装机以及探针台、分选机、测试机等，但是国内厂商市场占比极少，特别是测试装备国外Advantest、Teradyne两家占据全球测试装备80%份额。

　　制造业产能转移扩张，助推国产设备业发展。作为全球最大的半导体消费市场，市场需求带动全球产能中心逐步向中国转移，持续的制造业产能转移带动了半导体产业链上下游规模和技术水平的提高，半导体产业环境的良性发展为我国半导体设备产业的扩张和升级提供了机遇。

　　目前，国内技术含量最高的集成电路前道设备市场自给率更低，国内企业与国外企业规模与技术差距明显。

　　截至2018年年底，国家大基金一期投资基本完毕，根据公开信息投资总金额约1047亿。在各领域投资的规模和所占比例大概为：IC 设计（205.90亿元，占比19.7%）；集成电路制造（500.14亿元，占比47.8%）；封测业（约115.52亿元，占比为11.0%）；半导体材料（约14.15亿元，占比为1.4%）；半导体设备（12.98亿元，占比为1.2%）、产业生态建设（约198.58亿元，占比为19.0%）。首期基金主要完成产业布局，二期将重点支持光刻机、刻蚀机以及薄膜设备、测试设备和清洗设备等中高端领域企业，尤其是高端制造与封测设备方面。

　　设计业，是集成电路产业的核心基础产业。全球最先进的集成电路设计企业基本集中在美国，占据全球65%的市场份额，代表性企业有美国高通、博通、AMD等。从企业来看，全球前十大芯片设计公司总营收规模达到810亿美元，同比增长12%，其中博通以217.54亿美元营收居首，高通以164.50亿美元继续位居第二。从地区分布来看，2020年美国在全球芯片设计领域拥有65%的市场占有率，居世界第一；中国地区市场占有率约16%，居全球第二；中国则拥有13%的市场占有率，位居世界第三。

　　2020年，我国设计业销售收入为3778.4亿元，对应2004-2018年复合增速超25%，远也高于全球IC产业年复合增速5%。国内设计业企业数量大幅增加，但是企业规模普遍较小，市场集中度低，自给能力不足，核心存储市场空白，龙头企业有华为海思、紫光展锐等，在手机处理器、通信芯片等方面形成突破，但整体仍然落后，特别是在模拟芯片、高端通用芯片（如CPU、GPU、FPGA）设计上差距较大。

　　通用芯片市场，技术壁垒和产业集中度高。以PC和智能移动终端等CPU和存储器为代表的的通用芯片在全球芯片消费市场上仍占主导地位，其芯片设计存在着技术壁垒高、产业集中、市场生态垄断等问题，目前仅掌握在以Intel、高通、三星为代表的的少数巨头企业手中，国内在这些领域还很薄弱，只在消费级SoC芯片取得一定进展，国产化率约30%，高端通用性芯片国产化难度大。

　　我国集成电路设计业成长迅速，主要集中在长三角、珠三角、环渤海以及中西部地区，以海思半导体和紫光集团为龙头，产业规模在全球占比超过20%，位居第二，但大部分产品聚焦中低端市场，且海思与中兴微产品自用为主，在中央处理器（CPU）、存储器现场可编程门阵列（FPGA）等高端通用领域与国际先进水平差距巨大。

　　我国龙头的Fabless企业在部分细分领域已经做到了全球领先水平（TOP5），跟进了全球最先进的制程工艺（7nm等）但是我国1698家Fabless设计公司，仅有208家营收超过1亿元，目前整体仍处于小而散的局面。大部分中国Fabless设计企业仍集中在消费类市场，产品主要为电源管理、蓝牙、WiFi等产品，处于中低端。工业和汽车等高附加值领域国内企业仍较少涉足。

　　半导体制造业领域，全球主要晶圆代工企业集聚亚太。晶圆代工市场寡头垄断，产能投资加速。全球前十大晶圆代工厂合计垄断全球接近96%的市场份额，其中仅有中芯国际和华虹半导体2家中国企业。

　　2017-2020年，全球新开工集成电路制造厂有四分之一集中在国内，投产规模处于世界第一。代工厂的扩建和新建，以中芯国际上海线、华力微电子上海线、华虹无锡线为主。中国内陆晶圆产能占全球产能的12%，排名第五。

　　2020年台积电的先进制程营收再新高，第四季度5纳米（20%）和7纳米（29%）合计营收占了一半（49%），28纳米及以下工艺的营收74%。全年28纳米及以下工艺营收占比72%。

　　2020年5月15日，台积电宣布，计划在美国亚利桑那州菲尼克斯市兴建先进的晶圆制造厂。该工厂将采用台积电的5纳米制程技术，规划的月产能为20000 片晶圆。规划于2021年动工，2024年开始量产。据悉，2021年至2029年，台积电在该工厂的支出约120亿美元。

　　2020年第三季，台积电FAB18工厂5纳米正式量产，当季贡献营收约10亿美元。目前月产能约6万片，正在持续扩充中，预估2021年下半年每月产能可达10万片。

　　2020年11月，台积电南科3纳米新厂上梁典礼，预计2021年将会开展试产，2022 年下半年就准备量产。前规划基地面积约为525亩，光无尘室面积就超过240亩，量产阶段产能预估将超过每年60万片12英寸晶圆。3纳米将使芯片的晶体管密度提升70%，速度提升10-15%，效能提升25-30%。首波产能大部分都将留给大客户苹果，其他被高通、英特尔、赛灵思、英伟达Nvidia、超微半导体AMD 等厂商预订。

　　2021年，台积电的资本支出将增加到220亿美元再创新高，主要用于5纳米、3纳米制程相关厂务与设备投资，还有一部分将投入先进封装技术及2纳米制程研发之中。

　　2020年2月，联电宣布增资联芯集成5亿美元，计划到2021年中，将联芯集成一期月产能提升至25000片规划。

　　2020年，格芯在22FDX/22FDX+、12LP+和硅光工艺上无取得不俗成绩。2021年格芯纽约Malta的12英寸晶圆厂Fab 8将大幅增加工具设备的安装，有效提升产能，但没有建设新厂的计划。

　　格芯全球各大工厂的特色：德国Dresden厂主要以WiFi、移动解决方案、手机显示等产品为主；新加坡厂主要供应5G、RF等芯片；纽约Malta厂主要是FinFET制程技术为主，生产WiFi、SoC产品、AI、edge等产品。

　　中芯国际的28nm、14nm、12nm及N+1等技术均已进入规模量产，7nm技术的开发已经完成，2021年四月可以进入风险量产。5nm和3nm的最关键、也是最艰巨的8大项技术也已经有序展开，即将进入全面开发阶段。

　　2020年中芯国际天津基地持续扩产，月产能稳定爬坡，目前已经逾80000片规模，较2019年60000片扩增了30%。

　　2020年7月31日，中芯国际与北京经济技术开发区管理委员会订立并签署《合作框架协议》。中芯国际与北京开发区管委会有意在中国共同成立合资企业，该合资企业将从事发展及运营聚焦于生产28纳米及以上集成电路项目。该项目将分两期建设，项目首期计划最终达成每月约10万片的12英寸晶圆产能，首期计划投资76亿美元（约合531亿元人民币），注册资本金拟为50亿美元，其中中芯国际出资拟占比51%。二期项目将根据客户及市场需求适时启动。2020年第三季，中芯国际营收单季首次突破10亿美元。

　　华虹集团2020年推进了制造产业规模扩大和工艺技术水平提升等工作，28纳米低功耗和HKMG高性能平台均实现量产；12英寸CIS图像传感器芯片工艺技术进入全球领先阵营；12英寸蓝牙、NOR型闪存等特色工艺平台市场占有率国内领先；华虹七厂全球首条12英寸功率器件代工线英寸平台在功率半导体、嵌入式存储等方面成为国内工艺技术最全面和最领先的企业。

　　2020年1月1日，华虹无锡基地举行首批功率器件晶圆投片仪式，并和无锡新洁能签约。华虹无锡立足IC+Power战略，Logic、eFlash、BCD、SOI RF和Power等工艺平台陆续推出，可满足国内绝大多数设计公司的需求。2020年嵌入式闪存、逻辑射频与低压功率器件三大平台持续量产出货，第四季度高压功率器件IGBT和超结产品陆续交付验证。并获得国内NOR Flash公司兆易创新的订单。目前月产能可达2万片，2021年将持续扩充产能。

　　中国市场增长潜力大，自给能力不足。全球纯晶圆代工市场规模为642亿美元，同比增长5%，增长了29亿美元；中国地区纯晶圆代工市场规模为107亿美元，同比增长41%，中国市场的代工需求显著增加，增长潜力大，但自给能力不足。中芯国际和华虹半导体等本土代工厂商，对中国地区的客户依赖较为严重B体育APP下载，但市占率合计也仅有24%。中国市场的庞大需求吸引了台积电、联电、SK海力士、三星等外资晶圆制造领军企业纷纷在中国投资扩产。与此同时，中国本土企业（包括IDM和foundry）也在积极扩产。但即便如此，海外厂商仍然是中国半导体制造的主力军。

　　先进制程市场份额占全球半壁江山。从制程工艺来看，先进制程（包含28NM及以下工艺）占比48%的市场份额。中国在先进制程上水平亟待突破，台积电保有先进制程先发优势，与三星携手为先进制程绝对龙头，推进先进制程进展，中芯国际仍然致力于先进制程的追赶与突破。

　　在建项目巨大，8英寸饱和12英寸及以上将成主流。2019年投产、在建和拟建的制造线英寸生产线英寸第三代半导体生产线个。中国集成电路制造线条。其中前十大企业中没有珠三角企业，长三角的前十大企业营收额为634.7亿元，约占53.4%；京津环渤海的前十大企业营收额为227亿元，约占19.1%，中西部为327.9，约占27.6%。随着集成电路制造技术和产线增加的发展，未来集成电路制造线英寸的产能比重将会大大加大，未来可能8英寸生产线及以下尺寸生产线的产能会降低。

　　封测业是半导体生产过程的最后一环。封测业技术含量相对较低，属于劳动力密集型产业。在芯片制造产能向转移的大趋势下，封测企业近水楼台，抢占了部分中国、美国、日韩封测企业的份额。国家大基金扶持国内封测龙头海外并购，行业规模显著提升。2020年国内封测三巨头长电科技、华天科技、通富微电在全球行业中分别排名第三、第六、第七。国内封测企业通过外延式扩张获得了良好的产业竞争力，技术实力和销售规模已进入世界第一梯队。

　　国内封测企业主要集中于长三角、珠三角、京津环渤海以及中西部地区，形成四足鼎立之势。2019年据不完全统计，长三角71家，珠三角及福建地区25家，中西部9家，京津环渤海9家。

　　随着中高端产品市场需求的扩大，BGA、CSP、WLP/WLCSP、FCBGA/FCCSP、BUMP、MCM、SIP和2.5D/3D等先进封装产品市场比例也稳定上升，约占整个封装测试行业销售额的35%。先进封装成为半导体封测市场成长的持续驱动力。2021年先进封装市场规模达1539亿元，将超过传统打线封装市场。

　　2019年，集成电路主要下游应用领域市场占比分别为电脑（36.6%）、通信（36.4%）、消费电子（11.0%）、汽车（8.0%）、工控（8.0%）、军用（6.5%）。预计2021年通信市场将超越电脑成为集成电路最大的下游市场，占比有望达到35.4%，汽车市场占比也有望较2019年提升1.8%。

　　传统半导体产业巨头围绕汽车、通信、物联网、AI等新兴产业方向积极布局，通信、消费电子、汽车、工业和医疗系统等新兴应用的增长推动了高速、低功耗集成电路的增长，人工智能、虚拟现实、物联网、自动驾驶汽车及其他技术有望为集成电路市场的稳定增长提供坚实基础。

　　随着国家新基建策略的开展，地方政府的积极响应，人工智能、5G、汽车电子、物联网等市场的发展，我国集成电路产业发展空间将进一步扩大。未来亚太地区全球市场占有率有望保持在60%左右，而我国的市场占有率有望达到全球的一半。

　　蓝海智库立足自身资源优势，以海量数据和专业研究为基础，为政府提供产业研究、产业规划、企业战略转型以及产业战略投资等专业服务，致力于成为产业研究咨询与投资的一体化解决方案提供商。智库聚焦深度产业研究，以产业规划咨询与股权投资为基础，辅以高端产业资源，培育龙头企业，提高产业协同效率，整合产业资源，助推区域产业转型升级与新兴产业培育，实现产业集群高质量发展。