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中国半导体行业概况:产业链三环与两大支撑性行业

2021-10-11 17:48
锦缎
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本文系基于公开资料撰写,仅作为信息交流之用,不构成任何投资建议。作者孙不悟空,在雪球设有同名专栏。

过去三四年间,以“中兴事件”为引,波诡云谲的骇浪里,从产经一线到资本市场,一并拐入特定时空之中。硬科技,由此成为时代关键词。其中,尤以芯片为核心的半导体产业最受瞩目。

时至2021年最后一个季度,再做复盘,笔记记录如下:

(一)中国半导体行业概况

1、关于基本面的客观事实

2、中国半导体大事记

3、供需差+投资加码+国产替代+工程师红利=高增长

(二)产业链总览与核心细分环节

1、总览:产业链三环与两大支撑性行业

2、值得投资者重点关注的几个细分环节

(三)芯片设计

1、行业地位、概述与国产化情况

2、龙头公司简析

(四)晶圆制造

1、行业地位、概述与国产化情况

2、龙头公司简析

(五)封装测试

1、行业地位、概述与国产化情况

2、龙头公司简析

(六)半导体材料

1、行业地位、概述与国产化情况

2、龙头公司简析

(七)半导体设备

1、行业地位、概述与国产化情况

2、龙头公司简析

01

中国半导体行业概况

【1】关于基本面的客观事实

两个月前,股市三剑客之一的半导体如日中天,而一张“你算老几?”的微信截图流出,引发市场一片哗然。

事件原委不再赘述。不管怎么说,这又是资本市场的一次闹剧。从中我们还能汲取到的,就是在5G成功案例背后,“高端产业国产化”似乎成为卖方针对投资者把脉下药的良方。

给一个行业套上“卡脖子”、“国产替代”的标签,就觉得自己站在伦理制高点,情绪开始变得主观、自负、激昂起来,用这个市场最喜爱情感逻辑肆意耍起棍棒,挥向一切空头势力,全然不顾对与错。

那么我们普通投资者能做的,首先一定是搞清我国半导体的客观情况,尊重事实,盲目自信不可取。

我国半导体实力究竟如何呢?总的来说,由于起步晚、投资混乱、需求大、人才制度不完善、海外局势等问题,导致目前我国半导体行业存在人才缺乏、技术受限、高端产业链显著落后、依赖进口的事实。

美国半导体从上世纪四五十年代就开始发展,“晶体管之父”肖克利在1955年便回到家乡硅谷创业半导体公司,半导体行业的“黄埔军校”仙童半导体也在1957年成立。中国半导体在临近新世纪才有明显起步,如中芯国际成立于2000年4月,海思半导体成立于2004年10月,而对我国高端半导体产业具有重大推动作用的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》则在2005年12月才发布。

起步晚就失去了先发制人的机会,而国内代工路径依赖、投资混乱、人才待遇等问题也让我国在半导体技术方面受到限制,尤其是高端芯片设计能力和制造能力失配、核心技术缺失,预计相当长一段时期内都得不到明显改善。

最典型的莫过于晶圆制造工艺,现在中国只可以完成14nm级产品制造,同期国外已经实现7nm甚至5nm产品制造,整整落后2-3代。

从实际需求来看,中国和美国各自约占全球半导体器件消耗量的四分之一,十分庞大。而供给方面,我国半导体产业链的自给率只有17.5%,高度依赖进口,2020年中国一共花了2.4万亿元买芯片,约占国内进口总额的18%,是第一大进口品类,远超石油。

从上图看中国在全球市场的份额更加具体。在芯片设计方面,EDA/IP领域中国仅占3%,DAO领域占7%,逻辑芯片与存储器芯片领域更是少得可怜,与美国云泥之别;在晶圆制造方面,中国占比16%,但基本是中低端产品;在半导体产业链三环节中非核心的封装测试方面,中国占比38%;在半导体材料方面,中国占比13%,但是在SiC、GaN等第三代半导体材料发展上仍落后1-2代;在半导体设备方面,占比微乎其微。

再看我国半导体公司2020年市场份额排名,第一名海思半导体也只分到1.75%的全球蛋糕,而且在众所周知的事件下,今年出现大幅度下滑。除了海思,其他所有大陆半导体公司加起来一共占比全球4.94%,无一可称为国际巨头。

综上,我国半导体行业相比美日欧等发达国家呈现显著落后的客观事实,技术、产能、人才等诟病诸多。也因此,发展我国半导体产业、进行国产替代维护供应链安全早已刻不容缓。

【2】中国半导体大事记

了解了我国行业现状,我们先来细致的探究一下中国半导体过去究竟做了哪些事情,以求对我国半导体进程有一定脉络认知。

1990年11月17日,为促进中国半导体行业发展,中国半导体行业协会成立。在成立30年之际,协会结合网络投票情况和业内专家意见,推选出中国半导体行业30年的30件大事。我以时间为线,在此基础上进行精简,过滤“象征型”事件,列出个人认为对国内半导体发展最具实际意义的17件事。

(1)1990年8月,“908”工程启动

1990年8月,原机械电子工业部提出“908”工程建设计划。“908”工程是我国“八五”期间发展集成电路的重点建设工程,目标是建成我国第一条月产6英寸、1.2万片、1.2~0.8微米集成电路生产线。1993年,“908”工程主体承担企业华晶公司试制成功我国第一块256K DRAM。

(2)1992年,熊猫ICCAD系统研制成功

1992年,北京集成电路设计中心等单位成功研制熊猫ICCAD系统。这是我国第一个采用软件工程方法自行开发集成,具有完全自主知识产权、功能齐全的大型ICCAD系统,为促进我国集成电路设计业发展奠定了工程技术基础。

(3)2000年4月,中芯国际成立

2000年4月,中芯国际集成电路制造有限公司在开曼群岛注册成立,总部设在中国上海。2004年9月,中芯国际在中国大陆的第一座12英寸芯片厂于北京成功投产并进入正式运营阶段。2008年12月,中芯国际宣布第一批45纳米产品成功通过良率测试。2015年8月,中芯国际28纳米产品实现量产。2019年8月,中芯国际宣布14纳米FinFET制程已进入客户风险量产阶段。

(4)2000年6月,国务院印发《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》

2000年6月24日,国务院发布《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18号文件)。国发18号文件从投融资政策、税收政策、产业技术政策、出口政策等方面给予支持,鼓励软件产业和集成电路产业发展。

(5)2003年起,外资半导体领军企业纷纷在中国大陆建厂

2003年,台积电(上海)有限公司落户上海松江科技园,从事8英寸芯片生产。2005年,SK海力士在无锡建设半导体制造工厂SK海力士半导体(中国)有限公司,主要生产12英寸芯片。2007年,英特尔大连工厂开工建设,2010年10月正式投产。2012年9月,三星电子在西安正式开工建设存储芯片项目,主要进行10纳米级的 NAND Flash量产,于2014年5月竣工投产。2016年7月,位于南京江北新区的台积电项目开工,2018年5月实现首批16纳米晶圆量产出货。

(6)2004年4月,展讯通信推出首颗TD/GSM双模基带单芯片

2004年4月,展讯通信(现已合并为紫光展锐)成功研制并推出全球首颗TD/GSM双模基带单芯片SC8800A,实现了移动通信终端核心技术的全面突破,为我国第一个国际通信标准 TD-SCDMA 走向世界奠定了基础。

(7)2004年10月,海思半导体公司成立

2004年10月18日,深圳市海思半导体有限公司成立,前身为华为集成电路设计中心。海思公司陆续推出业界首款支持LTE Cat.4的终端芯片巴龙710、全球首款7nm旗舰SoC麒麟980、全球首款全套WiFi6+芯片方案凌霄650、业界首款旗舰5G SoC芯片麒麟990 5G等处理器产品,成为中国大陆最大的芯片设计公司。

(8)2005年12月,国家集成电路科技重大专项实施

2005年12月,国务院发布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》,部署了核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品重大专项与极大规模集成电路制造装备及成套工艺重大专项。专项的实施极大地推动了我国高端通用芯片设计和集成电路装备、晶圆制造、封装测试、设备材料产业的发展。

(9)2008年,杭州中天微推出国产嵌入式CPU C-SKY系列

2008年,杭州中天微系统有限公司推出国产嵌入式CPU C-SKY系列。C-SKY系列实现了指令集、处理器架构及配套工具链的创新突破并规模化量产,累计授权芯片出货量达20亿颗。2018年,中天微被阿里巴巴收购并成立平头哥半导体。

(10)2014年6月,国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》

2014年6月,国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》(以下简称《纲要》)。《纲要》明确了“需求牵引、创新驱动、软硬结合、重点突破、开放发展”五项基本原则,提出到2030年,集成电路产业链主要环节达到国际先进水平,一批企业进入国际第一梯队。

(11)2014年10月,国家集成电路产业投资基金正式成立

2014年10月,国家集成电路产业投资基金正式成立。该基金重点投资集成电路芯片制造业,兼顾芯片设计、封装测试、设备和材料等产业,实施市场化运作、专业化管理。

(12)2014年起,国内封测企业开启大宗海外并购

2014年12月,长电科技发布公告,收购全球第四大半导体封装测试企业——星科金朋。此次收购后,长电科技成为全球第三大封测厂。2016年,通富微电收购了AMD位于苏州和马来西亚槟城的两大高端封测基地,获得了CPU、GPU、服务器等产品的高端封测技术和大规模量产平台。

(13)2019年7月,6家半导体企业在科创板首批上市

2019年7月22日上午,科创板正式开市,首批25家科创板企业正式上市交易。其中,半导体企业数量达6家,包括安集科技、中微公司、澜起科技、华兴源创、睿创微纳、乐鑫科技等。数据显示,截至2020年底,科创板共有42家半导体企业上市。

(14)2019年起,中国大陆存储器企业不断取得突破

2019年9月,长鑫存储推出与国际主流产品同步的10纳米级第一代8Gb DDR4芯片,一期设计产能每月12万片晶圆,标志着我国在内存芯片领域实现量产技术突破,填补了中国大陆DRAM的空白。2020年4月,长江存储发布两款128层3D NAND闪存,分别为128层QLC 3D NAND闪存和128层512Gb TLC(3 bit/cell)规格闪存芯片,在3D NAND闪存领域基本与国际先进水平保持同步。

(15)2020年7月,国务院印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》

2020年7月,国务院发布《国务院关于印发新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策的通知》(国发〔2020〕8号,以下简称《若干政策》)。《若干政策》从财税、投融资、研发、进出口、人才、知识产权、市场应用、国际合作八个方面支持集成电路和软件产业高质量发展。

(16)2020年11月,北斗星通发布22nm北斗高精度定位芯片

2012年12月,我国正式公布北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件(也称ICD文件),北斗的产业化、全球化正式拉开帷幕。2020年11月,北斗星通发布新一代22nm北斗高精度定位芯片,并首次在单颗芯片上实现了“基带+射频+高精度算法”的一体化。

(17)2020年12月,国务院学位委员会、教育部设置集成电路一级学科

2020年12月30日,国务院学位委员会、教育部印发了《国务院学位委员会教育部关于设置“交叉学科”门类、“集成电路科学与工程”和“国家安全学”一级学科的通知》,决定设置“集成电路科学与工程”一级学科(学科代码为“1401”)。这对构建支撑集成电路产业高速发展的创新人才培养体系意义重大,将推动集成电路在学科建设、人才培养方案上具备更多自主性。

【3】供需差+投资加码+国产替代+工程师红利=高增长

讨论完过去和现在,我们来研究投资者最为关心的未来。

虽然我国半导体行业起步较晚,历经坎坷,落后明显,但对于投资来说,现况差不意味着不能投资,甚至还很可能孕育着非常良好的投资机会。

实际上,过去的二十年间,我国半导体整体发展很快,年复合增速大约20%,已经远超全球平均水平。未来几年,私以为在供需差、投资加码、国产替代、工程师红利等多方面因素催化下预计将以更快增速成长。

(1)首先是供需差因素。疫情以后,随着各行各业复工,5G普及加快,新能源汽车持续火爆,半导体产业链整体供需情况也逐步失衡,景气度迅速上行,缺芯情况愈演愈烈,已持续近一年之久。

在此条件下,国内不少半导体公司量价齐增,今年业绩增长亮丽。国外亦是如此,高通预计5G手机出货量同比至少翻倍,美光DRAM、NAND的Bit需求增长预计在20%-30%之间,英飞凌预计电动车领域营收增长40%,CREE、日月光、ASML等产能供应仍十分紧张。

Gartner机构预计,缺芯情况会延迟到2022年的第二季度。而细究供需失衡的内在原因,Gartner研究副总裁盛陵海认为,造成当前全球芯片缺货的原因,既包含偶然因素,也有必然因素。

偶然因素,是过去发生的中美贸易摩擦、华为囤货和一些工厂的关闭,其中中美贸易纠纷导致一些国内企业进行了备货。市场出现缺货后,很多大型公司也提升了库存需求,从而造成整体需求量大大超过可以提供的产能。

而必然因素,是在整个半导体的周期中,大约三四年会产生一个周期,目前正处于一个供不应求的高峰周期。看上一波,2017年半导体景气,一众公司进行了大量投资,2019年产能释放,供过于求,企业又缩紧投资,造成了当下产能的不足。

(2)说到企业投资,就引到了我想表达的第二个因素,即投资加码。

在三十年大事记里可以看出,我国政府和企业对半导体行业已经做了很多投资布局,而目前这个周期节点和国际局势,投资必然加大,这有利于我国半导体一、二级市场的壮大和追赶。

从历史上看,台积电基本每10年出现一次资本开支跃升,19年其已经开启大幅资本投资,而在供应紧张的第二重影响下,今年台积电于1月、4月分别宣布将支出250亿至280亿美元、三年内1000亿美元的投资扩产。

再看国外。今年2月,欧盟19国推出了“芯片战略”,计划为欧洲芯片产业投资约500亿欧元(3860亿人民币),打造欧洲自己的半导体生态系统,为减少对非欧洲技术的依赖,欧盟还推出了“2030数字罗盘”计划,希望到21世纪20年代末,能生产全球20%的半导体尖端半导体;

5月11日,美国64家企业共同宣布成立美国半导体联盟(SIAC),以敦促美国国会通过520亿美元的“半导体激励计划”,同月13号,美国参议院正式批准了此项“半导体激励计划”;

美国批准的同一天,韩国政府发布了“K-半导体战略”,将在京畿道和忠清道规划半导体产业集群,集半导体设计、原材料、生产、零部件、尖端设备等为一体,旨在主导全球半导体供应链,到2030年,韩国政府和153家企业也会向半导体领域投资510万亿韩元。

(3)可以看出,以上说的两个因素不仅适用中国,也是世界半导体的趋势。而回到文章最初的“你算老几?”事件,无论二人如何争论,无论现在我国情况多么悲观,国产替代这一因素都确实是我国独有的,也正在发生的重大机遇。

面对自给率仅17.5%的困境,面对一年花2.4万亿元买芯片的巨大损失,面对技术几乎全面落后的不堪事实,面对以华为被轻易卡脖子为标志的供应链风险,我国半导体行业理所应当成为国产替代大背景下机遇最大、逻辑最清晰的受益者。

2020年国务院印发的《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》指出,中国芯片自给率要在2025年达到70%,高增速不言而喻。而Gartner则预测,中国半导体公司在国内市场的份额将有机会突破30%。

(4)从人才上来说,工程师红利因素是我国半导体企业扩大利润的关键支柱。

据中新网报道,当前中国每年工学类普通本科毕业生超过140万人,成为推动中国经济高质量发展的重要力量,另据教育部统计数据显示,我国每年的本/硕/博毕业生数量呈逐年攀升之势,人才众多,而且便宜。

2020年12月30日,国务院学位委员会、教育部印发的《国务院学位委员会教育部关于设置“交叉学科”门类、“集成电路科学与工程”和“国家安全学”一级学科的通知》,决定设置“集成电路科学与工程”一级学科(学科代码为“1401”),这对构建支撑集成电路产业高速发展的创新人才培养体系意义重大,将推动集成电路在学科建设、人才培养方案上具备更多自主性。

留学生人才上,归国留学生占比较2004年的21.56%增长至近年来的80%左右,越来越多海外留学生人才回流。

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