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天风证券-半导体行业:从um级制造到nm级制造~半导体制造行业报告-200628
2020-06-28 15:32:03  潘暕,陈俊杰
研报摘要

  半导体制造行业有三大壁垒:技术壁垒、资金壁垒、人才壁垒。
  技术壁垒:摩尔定律推动着半导体制程的发展,同时行业集中度提升,越先进的制程,能生产的企业越少,10nm以下制程只剩下英特尔、SAMSUNG、台积电三家企业。存储芯片市场也受到拥有先进制程的SAMSUNG、美光、海力士的瓜分。在制程发展中,需要解决功耗、频率、散热、尺寸等问题。成熟制程有HKMG工艺和poly/SiON工艺,先进制程有FinFET和FD-SOI工艺,且7nm以下工艺需要使用EUV光刻机。
  资金壁垒:半导体制造行业是资本密集型行业,半导体制造厂商需要持续不断投入工艺制程和产品结构的研发。自1990年代以来,半导体行业在研发强度方面一直领先于所有其他主要工业领域,每年用于研发的支出平均约占总销售额的15%。IBS的数据显示:28nm体硅器件的设计成本大致在0.51亿美金,7nm芯片需要2.98亿美金,5nm则需要5.42亿美金,成本增速越来越快。厂商的资本支出与其晶圆产能成正向关系。单看纯晶圆代工厂,台积电、中芯国际、联电、格芯资本支出均在代工厂前列,它们的晶圆产能都进入了全球前十二名行列。
  人才壁垒:半导体制造行业是受研发和技术驱动的行业,对人才和技术极为看重。2018年毕马威曾联合SEMI发布了一份问卷调查数据,受访者皆为全球半导体的行业高管,其中有64%的人认为人才风险是三大运营风险之一。《中国集成电路产业人才白皮书(2018-2019年版)》预计中国IC制造行业人才2021年需求达到24.6万,比2019年多10.2万,因此半导体行业成为了国内引进人才最多的行业。中芯国际引进梁孟松,紫光集团旗下的长江存储,以及合肥长鑫的DRAM厂引进美光、SK海力士等大厂的人才。
  市场需求方面,半导体制造企业面向受到摩尔定律主导的市场和超越摩尔定律的应用市场。摩尔定律主导的市场是半导体市场的主战场,主要包括CPU、存储、矿机等市场。超越摩尔定律的市场包括射频、功率器件、传感器等市场,而这些市场专业度更高,需要综合考虑性能、集成度和成本。根据Yole统计,2017年超越摩尔的应用领域对晶圆需求为4500万片(8英寸当量),预计到2023年需求会增长到6600万片,CAGR 10%。5G、IoT、车用半导体、AI等新兴领域给这两个市场注入了新的发展动力,这也是近年来半导体领域应用的主线。
  中国半导体产业正处于产业升级的关键阶段,国内半导体制造企业崛起迎来机遇。从国内半导体设计制造封测销售额看,半导体制造销售量在三者一直是最低者。1.先进制程需要大量的工艺研发和资本投入,能负担大额成本投入的晶圆厂越来越少,摩尔定律放缓给国内制造企业提供了赶超的机会。2.下游应用细分化也是国内半导体制造企业的一大机会。对于中低端MCU、电源管理芯片等技术壁垒不高的细分市场,芯片专用化、性价比是重点。国内企业可以在这些市场找到突破口,积极布局渗透市场。3.终端品牌的国产化给上游供应链带来发展机会,终端需求向上传导可以带动整个供应链的国产化。5G带动了“HUAWEI产业链”的发展,进入HUAWEI产业链的中芯国际也将在产业链的影响下有所收益。4.根据“中国制造2025”重点领域技术路线图对IC制造产业的规划,国产半导体制造产业的发展将围绕产能扩充与先进制程同步推进。国家集成电路大基金的投资扶持半导体制造企业的发展。
  风险提示:疫情发展的不确定性;中美贸易战不确定性;5G发展不及预期;宏观经济下行从而下游需求疲软。
  
研报全文

天风证券-半导体行业:从um级制造到nm级制造~半导体制造行业报告-200628

行业报告|行业深度研究1半导体证券研究报告2020年06月28日投资评级行业评级强于大市(维持评级)上次评级强于大市编辑潘暕分析师SAC执业证书编号:S1110517070005panjian@tfzq.com陈俊杰分析师SAC执业证书编号:S1110517070009chenjunjie@tfzq.com资料来源:贝格数据相关报告1《半导体-行业研究周报:从um级制造到nm级制造》2020-06-212《半导体-行业研究周报:中芯国际A股再融资,硬核资产回归推动产业链上下游关注度》2020-06-083《半导体-行业研究周报:美光上调财测指引;持续推荐设备/材料主线》2020-06-01行业走势图从um级制造到nm级制造——半导体制造行业报告半导体制造行业有三大壁垒:技术壁垒、资金壁垒、人才壁垒。

技术壁垒:摩尔定律推动着半导体制程的发展,同时行业集中度提升,越先进的制程,能生产的企业越少,10nm以下制程只剩下英特尔、SAMSUNG、台积电三家企业。

存储芯片市场也受到拥有先进制程的SAMSUNG、美光、海力士的瓜分。

在制程发展中,需要解决功耗、频率、散热、尺寸等问题。

成熟制程有HKMG工艺和poly/SiON工艺,先进制程有FinFET和FD-SOI工艺,且7nm以下工艺需要使用EUV光刻机。

资金壁垒:半导体制造行业是资本密集型行业,半导体制造厂商需要持续不断投入工艺制程和产品结构的研发。

自1990年代以来,半导体行业在研发强度方面一直领先于所有其他主要工业领域,每年用于研发的支出平均约占总销售额的15%。

IBS的数据显示:28nm体硅器件的设计成本大致在0.51亿美金,7nm芯片需要2.98亿美金,5nm则需要5.42亿美金,成本增速越来越快。

厂商的资本支出与其晶圆产能成正向关系。

单看纯晶圆代工厂,台积电、中芯国际、联电、格芯资本支出均在代工厂前列,它们的晶圆产能都进入了全球前十二名行列。

人才壁垒:半导体制造行业是受研发和技术驱动的行业,对人才和技术极为看重。

2018年毕马威曾联合SEMI发布了一份问卷调查数据,受访者皆为全球半导体的行业高管,其中有64%的人认为人才风险是三大运营风险之一。

《中国集成电路产业人才白皮书(2018-2019年版)》预计中国IC制造行业人才2021年需求达到24.6万,比2019年多10.2万,因此半导体行业成为了国内引进人才最多的行业。

中芯国际引进梁孟松,紫光集团旗下的长江存储,以及合肥长鑫的DRAM厂引进美光、SK海力士等大厂的人才。

市场需求方面,半导体制造企业面向受到摩尔定律主导的市场和超越摩尔定律的应用市场。

摩尔定律主导的市场是半导体市场的主战场,主要包括CPU、存储、矿机等市场。

超越摩尔定律的市场包括射频、功率器件、传感器等市场,而这些市场专业度更高,需要综合考虑性能、集成度和成本。

根据Yole统计,2017年超越摩尔的应用领域对晶圆需求为4500万片(8英寸当量),预计到2023年需求会增长到6600万片,CAGR10%。

5G、IoT、车用半导体、AI等新兴领域给这两个市场注入了新的发展动力,这也是近年来半导体领域应用的主线。

中国半导体产业正处于产业升级的关键阶段,国内半导体制造企业崛起迎来机遇。

从国内半导体设计制造封测销售额看,半导体制造销售量在三者一直是最低者。

1.先进制程需要大量的工艺研发和资本投入,能负担大额成本投入的晶圆厂越来越少,摩尔定律放缓给国内制造企业提供了赶超的机会。

2.下游应用细分化也是国内半导体制造企业的一大机会。

对于中低端MCU、电源管理芯片等技术壁垒不高的细分市场,芯片专用化、性价比是重点。

国内企业可以在这些市场找到突破口,积极布局渗透市场。

3.终端品牌的国产化给上游供应链带来发展机会,终端需求向上传导可以带动整个供应链的国产化。

5G带动了“HUAWEI产业链”的发展,进入HUAWEI产业链的中芯国际也将在产业链的影响下有所收益。

4.根据“中国制造2025”重点领域技术路线图对IC制造产业的规划,国产半导体制造产业的发展将围绕产能扩充与先进制程同步推进。

国家集成电路大基金的投资扶持半导体制造企业的发展。

风险提示:疫情发展的不确定性;中美贸易战不确定性;5G发展不及预期;宏观经济下行从而下游需求疲软。

行业报告|行业深度研究2内容目录1.半导体制造:半导体产业链中的王者.......................................................................................62.半导体制造行业三大核心问题...................................................................................................62.1.半导体制程发展之路:摩尔定律还能走多远?..................................................................62.1.1.成熟制程——以28nm为代表.......................................................................................92.1.2.先进制程——得先进制程者得天下............................................................................112.2.晶圆尺寸..........................................................................................................................................152.3.晶圆产能..........................................................................................................................................173.半导体制造行业竞争逻辑.........................................................................................................204.制造行业长期成长逻辑/未来增量空间...................................................................................234.1.长期成长逻辑.................................................................................................................................234.2.近年来的主线,5G、IoT、车用半导体、AI提供大增量...............................................315.中国半导体制造业的机会在哪里?.........................................................................................356.半导体制造厂商..........................................................................................................................376.1.台积电...............................................................................................................................................376.2.SAMSUNG....................................................................................................................................................416.3.英特尔...............................................................................................................................................446.4.格罗方德..........................................................................................................................................456.5.联电....................................................................................................................................................486.6.中芯国际..........................................................................................................................................516.7.华虹半导体......................................................................................................................................556.8.晶圆代工企业估值对比...............................................................................................................59图表目录图1:摩尔定律晶体管数量的发展............................................................................................................6图2:DRAM厂制程技术时程图.................................................................................................................7图3:NAND厂制程技术时程图.................................................................................................................7图4:各制程节点的成本比较.....................................................................................................................8图5:2015-2025年半导体各制程需求...................................................................................................8图6:28nm与40nm制程的对比..............................................................................................................9图7:Poly/SiON工艺与HKMG工艺图...................................................................................................9图8:Poly/SiON工艺与HKMG比较......................................................................................................10图9:poly/SiONvs.HKMG性能与成本比较.......................................................................................10图10:各厂商导入28nm的时间.............................................................................................................10图11:光刻机在半导体各产品制程的应用..........................................................................................11图12:3DFinFET、FD-SOI和2Dpalnnar结构对比........................................................................12图13:FinFET和FD-SOI对比................................................................................................................13图14:各厂先进制程发展图......................................................................................................................13行业报告|行业深度研究3图15:Intel、TSMC、Samsung各制程晶体管密度对比................................................................14图16:7nm以下先进制程市场份额.......................................................................................................14图17:晶圆代工厂每片晶圆营收对比...................................................................................................14图18:晶圆尺寸发展历史..........................................................................................................................15图19:晶圆直径与面积对比......................................................................................................................15图20:每个技术节点的晶圆每单位面积的生产成本.......................................................................15图21:全球不同尺寸半导体硅片出货面积..........................................................................................16图22:全球不同尺寸半导体硅片出货面积占比.................................................................................17图23:硅晶圆尺寸与制程对应.................................................................................................................17图24:200mm硅片产能趋势...................................................................................................................18图25:300mm硅片产能趋势...................................................................................................................18图26:300mm硅片的产能及需求..........................................................................................................18图27:根据制程节点分类的全球200mm当量硅片月产能单位:百万...................18图28:全球与中国大陆芯片制造产能扩张情况.................................................................................20图29:晶圆厂平均产能利用率.................................................................................................................20图30:台积电与联电人才资源分布........................................................................................................20图31:各厂先进制程发展图......................................................................................................................21图32:半导体研发支出年复合增长率...................................................................................................21图33:台积电、联电、中芯国际研发支出单位:亿美金.......................................................22图34:前五大半导体企业资本支出占比..............................................................................................22图35:纯晶圆代工厂的资本支出单位:亿美金............................................................................23图36:半导体制造领域资本、技术、人才三者相互作用形成马太效应..................................23图37:半导体终端应用市场......................................................................................................................26图38:全球智能手机出货量......................................................................................................................26图39:全球数据中心服务器市场单位:亿美金..........................................................................27图40:逻辑器件营收变化及占比............................................................................................................27图41:存储器件营收变化及占比............................................................................................................28图42:存储市场细分营收变化单位:亿美金..............................................................................28图43:超越摩尔定律的器件对晶圆的需求量.....................................................................................29图44:电源管理芯片营收按应用划分单位:百亿美金............................................................30图45:CMOS传感器营收及增长............................................................................................................30图46:MEMS传感器营收及增长............................................................................................................31图47:全球5G连接及占总蜂窝连接份额...........................................................................................31图48:2019年全球5G芯片组应用市场..............................................................................................32图49:全球IoT各细分市场终端连接点数量单位:亿个......................................................32图50:汽车电子元件分布..........................................................................................................................33图51:汽车各部分半导体收入.................................................................................................................33图52:汽车电子成本贡献及每辆车半导体用量.................................................................................34图53:不同级别自动驾驶的传感器数量..............................................................................................34图54:全球AI芯片市场规模及增速......................................................................................................35图55:国内半导体供需情况......................................................................................................................35行业报告|行业深度研究4图56:中国半导体营收结构单位:亿元.....................................................................................36图57:台积电历年营收及变化.................................................................................................................37图58:台积电晶圆厂区...............................................................................................................................37图59:台积电晶圆14厂外观...................................................................................................................38图60:台积电12寸厂内观........................................................................................................................38图61:2018年台积电各晶圆厂客户及技术种类...............................................................................38图62:台积电制程发展...............................................................................................................................39图63:台积电各制程营收占比.................................................................................................................39图64:28nm及以下营收占比..................................................................................................................39图65:台积电晶圆产能12寸当量..........................................................................................................40图66:台积电研发支出及资本支出........................................................................................................40图67:台积电股价变化单位:美金.................................................................................................40图68:台积电PE-Band...............................................................................................................................41图69:台积电PB-Band...............................................................................................................................41图70:SAMSUNG晶圆制造业务发展史............................................................................................................42图71:晶圆制造业务营收..........................................................................................................................42图72:2018年SAMSUNG晶圆制造营收与其他晶圆厂对比......................................................................42图73:SAMSUNG电子晶圆厂分布......................................................................................................................42图74:SAMSUNG制程发展的技术支撑............................................................................................................43图75:SAMSUNG制程发展路线图......................................................................................................................43图76:英特尔先进制程布局......................................................................................................................45图77:格罗方德发展历程..........................................................................................................................45图78:格罗方德的营收变化......................................................................................................................45图79:晶圆厂分布........................................................................................................................................46图80:格罗方德FinFET和FD-SOI两条技术路线............................................................................47图81:格芯解决方案....................................................................................................................................47图82:联电各项财务指标..........................................................................................................................48图83:2Q19-1Q20晶圆总产能变化单位:千片........................................................................49图84:晶圆平均单价变化(8寸当量)................................................................................................49图85:2014-2019年联电产能利用率...................................................................................................49图86:18Q4-19Q4产能利用率...............................................................................................................49图87:联电营收结构(按制程分类)...................................................................................................50图88:联电资本支出与研发支出............................................................................................................50图89:联电收盘价........................................................................................................................................50图90:联电PB-Band...................................................................................................................................51图91:联电PE-Band....................................................................................................................................51图92:中芯国际各项财务指标.................................................................................................................51图93:中芯国际2019单季度毛利率变化............................................................................................52图94:中芯国际晶圆厂分布......................................................................................................................52图95:中芯国际晶圆总产能及产能利用率晶圆产能单位:片..............................................53图96:中芯国际产能利用率与业界平均产能利用率对比..............................................................53行业报告|行业深度研究5图97:中芯国际营收结构按制程分类...................................................................................................54图98:中芯国际资本支出和研发支出...................................................................................................54图99:中芯国际收盘价...............................................................................................................................54图100:中芯国际PE-Band........................................................................................................................55图101:中芯国际PB-Band........................................................................................................................55图102:华虹半导体各项指标...................................................................................................................56图103:华虹半导体每月产能及产能利用率.......................................................................................56图104:晶圆片单价变化............................................................................................................................57图105:华虹半导体营收结构按制程划分............................................................................................57图106:华虹半导体营收结构按产品分类............................................................................................57图107:华虹半导体的资本支出及资本与营收比..............................................................................58图108:华虹半导体收盘价........................................................................................................................58图109:华虹半导体PB-Band...................................................................................................................58图110:华虹半导体PE-Band...................................................................................................................59图111:各晶圆制造厂PB对比................................................................................................................59图112:晶圆代工企业PBvsROE............................................................................................................60表1:各个工艺节点和工艺及光刻机光源类型的关系图.................................................................11表2:全球前五大晶圆厂产能情况等效为200mm计算.............................................................19表3:半导体下游市场增长........................................................................................................................24表4:手机CPU世代表...............................................................................................................................24表5:Intel/AMDCPU世代表....................................................................................................................25表6:PC出货量.............................................................................................................................................27表7:半导体下游市场增长........................................................................................................................27表8:台积电与SAMSUNG在7nm上的区别....................................................................................................44表9:台积电与SAMSUNG在其他先进节点上的对比...................................................................................44表10:各厂商制程节点晶体管密度比较..............................................................................................44表11:各厂商制程节点晶体管密度比较(续表)............................................................................44表12:格芯各晶圆厂详情..........................................................................................................................46表13:联电晶圆厂规划情况及实际产能单位:千片..............................................................48表14:中芯国际晶圆厂设计情况及实际产能单位:千片.....................................................52表15:华虹半导体晶圆厂..........................................................................................................................56行业报告|行业深度研究61.半导体制造:半导体产业链中的王者将半导体产业链分为上中下游。

上游芯片制造封测支撑行业,主要是半导体设备和材料提供商,设备代表厂商有ASML、应材、Lam,国内企业有北方华创、中微企业;材料代表厂商有信越化学、SUMCO、住友化学、陶氏化学,国内厂商有华特气体、安集科技等。

中游半导体制造产业分为集成电路设计、制造、封测三个部分。

IC设计厂商有高通、AMD、英伟达、联发科,国内厂商有HUAWEI海思、卓胜微、圣邦股份、紫光国微等;IC制造厂商有台积电、联电、格罗方德,国内厂商有中芯国际、华虹半导体;IC封测厂商有日月光、矽品、AMKOR,国内厂商有长电科技、华天科技、通富微电、晶方科技等。

涵盖IC设计、制造、封测三者的IDM厂商有Intel、SAMSUNG电子、SONY、TI,国内厂商有长江存储和士兰微。

半导体下游终端应用领域有汽车电子、工业电子、通信、消费电子、PC等领域。

在行业价值链中,半导体制造占有近一半的产值,毛利率也较高,但高价值伴随着高壁垒,技术限制、高额的资本投入导致制造领域马太效应十分明显,龙头厂商市占率和毛利率均远高于其他厂家。

2.半导体制造行业三大核心问题半导体制造行业的关注点主要集中在三点上,这三个问题是半导体制造行业技术发展的强劲推动力,也是马太效应形成的根本原因:半导体制程的发展晶圆的尺寸晶圆厂的产能大家将分别针对这三个问题进行深度剖析。

2.1.半导体制程发展之路:摩尔定律还能走多远?半导体制程工艺的发展,离不开摩尔定律。

摩尔定律指出,当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18~24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。

随着晶体管尺寸的减少,相同单位面积中可以容纳更多的晶体管,相同大小的处理器可以获得更高的处理能力。

且小的晶体管消耗的功率少,这减少了芯片的总功耗,产生的热量也随之降低,因此可以进一步提高时钟速度。

图1:摩尔定律晶体管数量的发展资料来源:techcenturion、天风证券研究所行业报告|行业深度研究7在制程发展上,Intel、IBM、SAMSUNG、GF等按着180nm->130nm->90nm->65nm->45nm->32nm->22nm的步调前行(SAMSUNG和GF在32nm后转向28nm),而台积电等半导体晶圆代工厂则走上了150nm->110nm->80nm->55nm->40nm->28nm->20nm的路线。

随着制程的发展,行业集中度提升,10nm以下制程只有英特尔、SAMSUNG、台积电三个企业。

存储芯片制程发展与逻辑芯片制程发展速度不太一致,但都受到摩尔定律的限制。

DRAM目前最先进工艺位于18-15nm之间,通常认为10nm是物理极限。

从2016年开始,供应商开始采用1xnm节点制,其中供应商在路线图上拥有三种DRAM产品(1xnm,1ynm和1znm)。

最初,将1xnm节点定义为具有17nm至19nm几何形状的DRAM,1ynm是14nm至16nm,1znm是11nm至13nm。

目前供应厂商的节点停留在1xnm状态(1xnm,1ynm,1znm,新三代制程包括1anm,1bnm,1cnm都属于1xnm节点机制)。

各大厂商正在积极寻找新的解决方案,继续扩展DRAM并提高性能,在未来的制程节点上可能会使用EUV光刻实现转变。

SKHynix计划在1anm使用EUV,该技术将于2021年面世。

SAMSUNG在1znm完成了对DRAM的EUV测试,但不会用于量产,可能会用于1a或1b的产品中。

美光则计划将193nm浸没式光刻和SADP扩展到1bnm。

图2:DRAM厂制程技术时程图资料来源:TechInsight、天风证券研究所NAND闪存驱动器的容量取决于芯片中的单元数量。

在2DNAND结构中,存储单元在单个管芯层中彼此相邻放置,以提高存储容量。

单元尺寸从120nm减小到1xnm,使容量增加了100倍,且当前15nm/14nm已经达到了极限。

2DNAND技术存在两个局限,一是单元缩小是依靠光刻技术实现的,当光刻技术到达极限时,单元无法进一步缩小;二是当存储单元降至20nm以下时,电荷从一个单元泄漏到另一个单元的机会大大增加,这种单元间干扰会导致数据损坏,从而严重损害闪存的可靠性。

因此厂商们转向3DNAND,单元以垂直堆叠的方式来增加密度。

3D堆叠有单层堆栈和线堆栈两种。

在最新的128层中,厂商大多使用两个64层进行堆叠,SAMSUNG计划单层堆叠,在没有其他新突破的情况下,128层是单层堆叠的极限。

而线堆叠在500层也可能存在问题,因此还需要探索新的堆叠方法。

图3:NAND厂制程技术时程图行业报告|行业深度研究8资料来源:TechInsight、天风证券研究所不管是逻辑芯片还是存储芯片,制程量级越低,技术难度越大,制作成本也越高。

IBS的数据显示:28nm体硅器件的设计成本大致在5130万美金左右,而7nm芯片需要2.98亿,5nm则需要5.42亿美金,成本的增长速度越来越快。

图4:各制程节点的成本比较资料来源:IBS、extremetech、天风证券研究所半导体制程以28nm为界线,分为先进制程和成熟制程。

从需求上看,先进制程需求在逐年增长,成熟制程需求较为稳定。

图5:2015-2025年半导体各制程需求行业报告|行业深度研究9资料来源:SEMI、天风证券研究所2.1.1.成熟制程——以28nm为代表28nm是半导体制程里性价比最高、长周期属性明显的制程。

一方面,相较于40nm及更早期制程,28nm工艺在频率调节、功耗控制、散热管理和尺寸压缩方面具有明显优势。

另一方面,由于16nm/14nm及更先进制程采用FinFET技术,维持高参数良率以及低缺陷密度难度加大,每个逻辑闸的成本都高于28nm,从前面制程成本比较的图中也可以看出,先进制程每一代成本都加速上升。

随着成本不断上升,只有少数客户能够负担得起转向高级节点的费用。

图6:28nm与40nm制程的对比资料来源:华强电子网、天风证券研究所28nm工艺处于32nm和22nm之间,业界在45nm阶段引入了high-k值绝缘层/金属栅极(HKMG)工艺,在32nm处引入了第二代high-k绝缘层/金属栅工艺,这些为28nm的逐步成熟打下了基础。

而在之后的先进工艺方面,从22nm开始采用FinFET(鳍式场效应晶体管)等。

28nm正好处于制程过渡的关键点上,使其性价比高。

28nm制程主要有HKMG工艺(金属栅极+高介电常数绝缘层High-k栅结构)和poly/SiON工艺(多晶硅栅+氮氧化碳绝缘层的栅极结构)。

与传统的Poly/SiON工艺相比,HKMG技术可以有效的改善驱动能力,进而提高晶体管的性能,同时大幅降低低栅极漏电量。

Poly/SiON工艺的特点是成本低,工艺简单,适合对性能要求不高的手机和移动设备。

HKMG的优点是大幅减小漏电流,降低晶体管的关键尺寸从而提升性能,但是工艺相对复杂,成本与Poly/SiON工艺相比较高。

图7:Poly/SiON工艺与HKMG工艺图行业报告|行业深度研究10资料来源:Elecinfo、天风证券研究所图8:Poly/SiON工艺与HKMG比较图9:poly/SiONvs.HKMG性能与成本比较资料来源:Elecinfo、天风证券研究所资料来源:拓墣产业研究所、天风证券研究所市场上提供28nm制程的主要厂商有台积电、联电、SAMSUNG、GF、中芯国际、华虹半导体等。

台积电于2011年开始导入28nm制程量产,并在2012年攻克了28nmHKMG制程,SAMSUNG则是在2012年实现了28nm的量产,并于2013年导入了28nmHKMG。

UMC在2014年实现量产28nm的HKMG,目前企业放弃了12nm以下先进制程的研发。

格芯在2013年量产,格芯的主要工艺是FD-SOI。

中芯国际在2015年开始导入28nm制程量产的,并于2018年导入HKMG,同年华虹宣布开始28nm制程量产。

图10:各厂商导入28nm的时间资料来源:半导体行业观察、电子工程世界、天风证券研究所目前,虽然高端市场被7nm、10nm以及14nm/16nm工艺占据,但40nm、28nm等并不会退出。

28nm~16nm工艺现在仍然是台积电的营收主力,中芯国际则在持续提高28nm良率。

在下游需求方面,IoT/穿戴装置与面板驱动IC需求看涨。

一方面,IoT芯片功能大多以数据收集为主,功能单纯且需维持长时间使用并兼顾低价高量,因此多半集中在28nm以上的节点制造。

近年IoT与各项领域结合程度越来越高,5G与AI的推动让IoT有了进一步行业报告|行业深度研究11的技术需求,也让客户评估制程技术转移的可能性。

另一方面,受惠OLED面板在更多的终端应用产品上渗透率持续上升,以及国内OLED厂商产能陆续开出,OLEDDDIC(面板驱动IC)市场也将成为新一波28nm的成长动能;过去OLEDDDIC以40nm制程为主,但为了满足日后需求量上升,在既有40nm产能已满载而28nm产能出现空缺的情况下,晶圆代工厂商也积极与客户合作制程转移,希望能达到填补28nm缺口并囊括更多订单。

2.1.2.先进制程——得先进制程者得天下半导体从成熟制程发展先进制程,必须要解决光刻、晶体管架构、沟道材料三个问题。

光刻光刻是半导体制造过程中最难的一步。

在半导体制作过程中,光刻设备会投射光束,穿过印着图案的掩模及光学镜片,将线路图曝光在带有光感涂层的硅晶圆上;通过蚀刻曝光或未受曝光的部份来形成沟槽,然后再进行沉积、蚀刻、掺杂,架构出不同材质的线路;此制程被一再重复,就能将数以十亿计的MOSFET或其他晶体管,建构在硅晶圆上,形成一般所称的集成电路。

光刻决定了半导体线路的精度,以及芯片功耗与性能,相关设备需要集成材料、光学、机电等领域最尖端的技术。

表1:各个工艺节点和工艺及光刻机光源类型的关系图NodeWaferSizeMetalLithoHKMGFinFET0.5um200mmAI汞灯光源g-line:436nm0.35um200mmAIi-line:365nm0.25um200mmAIDUV光源KrF:248nm(stepper)0.18um200mmAIKrF:248nm(stepper&scanner)0.13um200/300mmAI/CuArF:193nm90nm300mmAI/CuArF:193nm65/55nm300mmCuArF:193nm45/40nm300mmCuArFi:193(134nm)28nm300mmCuArFi:193(134nm)√22/20nm300mmCuArFi:193(134nm)√14/16nm300mmCuArFi:193(134nm)√10nm300mmCuArFi:193(134nm)√7nm300mmCuEUVEUV:13.5nm/ArFi:193(134nm)√5nm300mmCuEUV:13.5nm√3nm300mmCuEUV:13.5nm√资料来源:电子说、天风证券研究所光源是光刻机核心之一,光刻机的工艺能力首先取决于其光源的波长。

光源波长越短,激发出的更小尺寸的光子。

曝光方式分为Stepper和Scanner两种。

Stepper一次性将整个区域进行曝光;Scanner将镜头沿Y方向的一个细长空间曝光,硅片和掩模同时沿X方向移动经过曝光区动态完成整个区域的曝光。

Scanner曝光图像畸变小、一致性高,速度也更快,所以目前主流光刻机都是Scanner。

下一代的工艺,就必须采用EUV光源的设备,SAMSUNG7nm节点上已经采用了EUV设备。

随着先进制程的进一步发展,EUV光刻设备是必要设备。

图11:光刻机在半导体各产品制程的应用行业报告|行业深度研究12资料来源:ASML、天风证券研究所目前EUV技术主要运用在逻辑工艺制程中。

由于SAMSUNG、台积电在2019年大规模量产EUV工艺,所以2019年是ASML的EUV光刻机大幅增长的一年。

ASML2019年财报显示,全年共计出货26台EUV光刻机,营收118.2亿欧元,同比增长了8%,EUV光刻机的营收占比从2018年的23%提升到31%。

未来也会保持这个趋势,预计2020年交付35台EUV光刻机,2021年则会达到45台到50台的交付量。

ASML还针对后续更为先进的3纳米、2纳米制程的需求,开始规划新一代EUV光刻机EXE:5000系列。

晶体管架构在半导体制程进化的过程中,um级及高尺寸nm级采用的都是MOS结构,缩小尺寸就是缩小了栅极横向的宽度。

随着制程要求的进一步提高,如果采用MOS结构,线宽需要继续缩小,这会造成源端和漏端短路,电路会因此失效,且饱和电流会过小。

为了解决这些问题,出现了FinFET技术和FD-SOI技术。

FinFET是一种场效应晶体管,其具有一从基材突出的狭窄半导体材料有源区域,因此,类似于鳍(fin)。

此鳍包括源极区域与漏极区域。

鳍的有源区域通过浅沟槽隔离(shallowtrenchisolat1n,STI)而被分隔,一般通过二氧化娃(S12)。

鳍式场效应晶体管也包括一位于源极区域与漏极区域之间的栅极区域。

栅极区域形成于鳍的上表面与侧壁,以包裹围绕鳍。

在栅极下方延伸且介于源极区域与漏极区域之间的鳍的部分为沟道区域。

FD-SOI技术是一种平面工艺,利用不同的起始衬底,利用现有的CMOS平面制造方法的性能并扩展其性能。

FD-SOI衬底具有一层超薄的绝缘体层掩埋氧化物,位于基底硅的顶部。

晶体管通道由非常薄的硅薄膜组成。

在设计上,FD-SOI技术比传统的大体积CMOS具有更好的晶体管静电特性,并减少了器件泄漏。

图12:3DFinFET、FD-SOI和2Dpalnnar结构对比资料来源:semiengineering、天风证券研究所SOI技术不需要在Fab厂上进行大量投资,且具有良好的背栅偏置选项。

通过在BOX下方创建后栅极区域,大家还可以控制电压,这使其适用于低功耗应用。

但SOI技术很难控制晶片中的锡硅膜,故晶片的成本要高于块状硅晶片,且SOI晶圆的供应商数量比较少,这将使总工艺成本增加约10%。

与SOI相比,FinFET具有更高的驱动电流,应变技术可用于增加载流子迁移率,但FinFET制造工艺复杂。

行业报告|行业深度研究13图13:FinFET和FD-SOI对比资料来源:design-reuse、天风证券研究所在应用上,FinFET主要应用于高性能、高集成度领域,比如GPU和CPU等高性能器件。

FD-SOI在IoT、5G、AI和ADAS/自动驾驶中在成本和性能方面显现出优势。

两种技术各有特点,未来在40/28纳米,14/10纳米的FD-SOI和FinFET技术会共存一段相当长时间。

最终发展到7纳米及以下时,SOI也将从2D发展到3D,即发展为SOIFinFET工艺。

这表明SOI与FinFET技术可能殊途同归。

沟道材料沟道是连接MOS器件源和漏之间的一个导电区域,沟道材料影响电子在沟道中的迁移率。

半导体制程向更先进的节点迈进时,需要找到合适的沟道材料,加快电子在沟道中的移动速度,提高器件的频率。

锗及III-V族化合物具有这种特性,但是这些材料必须要具备与硅材料兼容的工艺,因此目前SiGe是比较好的选择。

随着这三个问题的解决,半导体制程向先进工艺发展。

目前,台积电和SAMSUNG均已有7nm工艺,英特尔为10nm工艺,但从晶体管密度上看,英特尔10nm技术可与SAMSUNG和台积电的7nm技术媲美。

图14:各厂先进制程发展图资料来源:ICinsight、天风证券研究所行业报告|行业深度研究14图15:Intel、TSMC、Samsung各制程晶体管密度对比资料来源:techcenturion、天风证券研究所拓墣产业研究院估计2019年7nm以下先进制程市场,台积电占比高达52%,英特尔凭借其10nm(相当于台积电7nm)的量产拿到了25%的市场份额,SAMSUNG的占比则为23%。

图16:7nm以下先进制程市场份额资料来源:techcenturion、天风证券研究所先进制程的优势在哪里?从客户端来看,目前选择7nm工艺的客户已经超过10多家(AMD、苹果、Bitman、博通、海思、联发科、英伟达、高通、赛灵思、平头哥等),7nmEUV至少有5家(AMD、苹果、海思、SAMSUNG、高通),6nm的客户则除了以上的5家之外,还多了博通和联发科,5nm目前已确认将采用的客户则有AMD、苹果、海思、SAMSUNG和赛灵思。

这些客户带来庞大体量的订单给代工厂带来高额营收,2019年,台积电作为唯一采用7nm工艺技术的纯晶圆代工厂,每片晶圆营收显著增加。

台积电是唯一一家在2019年(13%)获得比2014年更高收入的纯晶圆代工厂。

相比之下,GlobalFoundries、UMC和中芯国际(其最小工艺节点为12/14nm)的2019年每片晶圆收入分别比2014年下降了2%、14%和19%。

图17:晶圆代工厂每片晶圆营收对比行业报告|行业深度研究15资料来源:ICinsight、天风证券研究所除了晶圆代工和逻辑芯片制造外,SAMSUNG、美光、SKHynix和Kioxia/WD等存储器供应商也在使用先进的工艺制造DRAM和flash存储器组件。

下游企业采用越来越先进的工艺,未来先进制程会给制造厂商贡献更多的营收。

2.2.晶圆尺寸从晶圆发展历程来看,晶圆尺寸经历了2英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸和12英寸。

晶圆的尺寸越大,在单片晶圆上制造芯片的数量就越多,单片芯片的分摊成本随之降低,并且晶圆片边缘的损失会减小,因此发展大尺寸晶圆片有利于降低成本,但同时对设备和工艺的要求也越高。

在同样的工艺条件下,300mm半导体晶圆的可使用面积超过200mm晶圆的两倍以上,可使用率(衡量单位晶圆可生产的芯片数量的指标)是200mm硅片的2.5倍左右。

图19为不同尺寸晶圆面积对比,资料来源于文章CriticalDimensionSamplePlanningfor300mmWaferFabs(编辑:SungJinLee,RamanK.Nurani,Ph.D.,ViralHazari,MikeSlessor,KLA-TencorCorporation,J.GeorgeShanthikumar,Ph.D.,UCBerkeley)。

图18:晶圆尺寸发展历史图19:晶圆直径与面积对比资料来源:SemiMedia、天风证券研究所资料来源:YieldManagementSolutions、天风证券研究所图20:每个技术节点的晶圆每单位面积的生产成本行业报告|行业深度研究16资料来源:Intel、天风证券研究所晶圆的原材料就是硅片,晶圆尺寸、需求与硅片息息相关。

全球半导体硅片市场最主流的产品规格为300mm和200mm,300mm硅片出货面积增长速度明显高于200mm和150mm。

2018年,300mm硅片和200mm硅片市场份额分别为63.83%和26.14%,两种尺寸硅片合计占比接近90%。

图21:全球不同尺寸半导体硅片出货面积资料来源:硅产业招股说明书、SEMI、天风证券研究所200mm硅片的发展:2011年开始,200mm半导体硅片市场占有率稳定在25-27%之间。

2016年至2017年,由于汽车电子、智能手机用指纹芯片、液晶显示器市场需求快速增长,200mm硅片出货面积同比增长14.68%。

2018年,受益于汽车电子、工业电子、物联网等应用领域的强劲需求,以及功率器件、传感器等生产商将部分产能从150mm转移至200mm,带动200mm硅片继续保持增长。

300mm硅片的发展:自2000年全球第一条300mm芯片制造生产线建成以来,300mm半导体硅片市场需求增加,出货面积不断上升。

2008年,300mm半导体硅片出货量首次超过200mm半导体硅片;2009年,300mm半导体硅片出货面积超过其他尺寸半导体硅片出货面积之和。

2000年至2018年,由于移动通信、计算机等终端市场持续快速发展,300mm半导体硅片市场份额从1.69%大幅提升至63.83%,成为半导体硅片市场最主流的产品。

2016-2018年,由于人工智能、区块链、云计算等新兴终端市场的蓬勃发展,行业报告|行业深度研究17300mm半导体硅片出货面积年均复合增长率为8.36%。

图22:全球不同尺寸半导体硅片出货面积占比资料来源:SEMI、硅产业招股说明书、天风证券研究所制程工艺的进步对硅片面积要求更高。

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。

随着半导体制程的不断缩小,芯片生产的工艺愈加复杂,生产成本不断提高,成本因素驱动硅片向着大尺寸的方向发展。

因此未来几年,300mm仍将是半导体硅片的主流品种。

图23:硅晶圆尺寸与制程对应资料来源:观研天下、天风证券研究所下游产品中,大尺寸硅片能够生产更多类型的产品,且尺寸越大,高端芯片需求越高。

不过近年来受到新兴市场的驱动,八寸晶圆也面临供不应求的局面。

全球8英寸晶圆厂大多拥有成熟的制程,运营时间较长从而可以让固定成本和运营成本降低,适合多样化产品和特色工艺的开发。

2.3.晶圆产能自2000年以来,半导体产业靠着增加晶圆投片量来提高芯片出货量,利用制程微缩让每片晶圆切割出更多芯片的贡献并不多。

从2000~2019年,每片晶圆切割出的良品芯片的年平均成长率仅0.9%,但通过增加晶圆投片来增加的良品芯片的年平均成长率达6.5%。

总体来看,2000~2019年全球每年新增加的芯片数量,有86%来自晶圆投片量增加,只有14%是来自制程微缩让每片晶圆切割出更多芯片。

因此晶圆产能意味着潜在的销售量,是影响制造厂商营收的一大因素。

行业报告|行业深度研究18从供需结构分析,供给端2019Q4硅片全球产能,200mm已经回落至500万片/月,同2016年周期启动时同一水准,300mm接近600万片/月,落于景气高点水位之下,考虑到需求端芯片存在1高性能计算芯片/指纹识别die面积增大;2新应用(5G/车联网/云计算)等所需硅含量提升,供需紧平衡已经出现。

图24:200mm硅片产能趋势图25:300mm硅片产能趋势资料来源:SUMCO、天风证券研究所资料来源:SUMCO、天风证券研究所图26:300mm硅片的产能及需求资料来源:SUMCO、天风证券研究所根据制程节点划分,200mm当量晶圆月产能如下所示。

先进制程的发展是晶圆需求的强劲拉动力。

图27:根据制程节点分类的全球200mm当量硅片月产能单位:百万行业报告|行业深度研究19资料来源:ICinsight、天风证券研究所截至2019年12月,全球排名前五名晶圆每月的产能超过100万片晶圆(200mm等效晶圆),产能合计占全球晶圆总产能的53%。

表2:全球前五大晶圆厂产能情况等效为200mm计算排名企业地区201812产能(千片/月)201912产能(千片/月)同比全球市场份额1SAMSUNG韩国293429350%15.0%2台积电中国台湾243925053%12.8%3美光美国168518419%9.4%4SK海力士韩国163017437%8.9%5铠侠/WD日本136114063%7.2%资料来源:ICinsight、天风证券研究所截至2019年12月,SAMSUNG拥有最多的晶圆产能,每月有290万片200mm等效晶圆。

占全球总量的15%,其中约三分之二用于制造DRAM和NAND闪存设备。

目前正在进行的主要建设项目包括在其韩国华城和平泽以及中国西安的大型新工厂。

排在第二位的是台积电(TSMC),这是世界上最大的纯晶圆代工厂,每月产能约为250万片晶圆,占全球总产能的12.8%。

该企业一直在其位于中国台湾台中的Fab15工厂(第9期/第10期大楼)中增加一个新工厂,并在其位于中国台湾台南的Fab14工厂附近建造一个新工厂(Fab18)。

美光拥有第三大产能,晶圆数量略多于180万,占全球产能的9.4%。

美光在2019年的产能增长得益于其在新加坡的工厂开设的新300mm晶圆厂。

该企业还收购了位于犹他州Lehi的IMFlash合资工厂中的英特尔股份。

美光科技计划在2020年在弗吉尼亚州的马纳萨斯开设第二家晶圆厂。

SK海力士排第四,每月晶圆产能接近180万晶圆(占全球总产能的8.9%)。

其中80%以上用于制造DRAM和NAND闪存芯片。

该企业于2019年完成了在韩国清州市新M15晶圆厂的建设以及在中国无锡的新晶圆厂(C2F)的建设。

其下一个大型晶圆厂项目是位于韩国利川的FabM16工厂。

存储器IC供应商Kioxia(以前是东芝存储器)排名第五,每月有140万片晶圆(占全球总容量的7.2%),其中包括大量的NAND闪存产能供其晶圆厂投资和技术开发合作伙伴Western使用数字。

其中包括为其晶圆厂投资和技术开发合作伙伴WesternDigital提供的大量NAND闪存产能。

东芝电子设备的容量不包括在Kioxia数字中。

该行业的五个最大的纯晶圆代工厂-TSMC,GlobalFoundries,UMC,SMIC和Powerchip(包括Nexchip)-均跻身前12名产能领导者之列。

截至2019年12月,这五个代工厂的总产能约为每月480万片晶圆,约占全球晶圆厂总产能的24%。

进入前十的还包括英特尔(每月81.7万个晶圆),联电(每月75.3万个晶圆),GlobalFoundries,德州仪器和意法半导体。

2017至2020年,全球芯片制造产能(折合成200mm)预计将从1985万片/月增长至2407万片/月,年均复合增长率6.64%;中国芯片制造产能从276万片/月增长至460万片/月,年均复合增长率18.50%。

近年来,随着中芯国际、华力微电子、长江存储、华虹宏力等中国大陆芯片制造企业的持续扩产,中国大陆芯片制造产能增速高于全球芯片产能00.431.056.275.596.296.615.292.822.372.21.462.32.632.953.883.873.723.884.463.353.453.583.98012345672017201820192023<10nm<20nm-≥10nm<28nm-≥20nm<65nm-≥28nm<0.2um-≥65nm0.2um行业报告|行业深度研究20增速。

图28:全球与中国大陆芯片制造产能扩张情况资料来源:SEMI、硅产业招股说明书、天风证券研究所从产能利用率方面看,晶圆厂平均产能利用率略有波动,但整体呈现上升趋势。

图29:晶圆厂平均产能利用率资料来源:IHS、2018中芯国际企业社会责任报告、天风证券研究所3.半导体制造行业竞争逻辑半导体制造行业具有人才、技术和资本密集的特点。

人才和技术密集:半导体制造行业是受研发和技术驱动的行业,对人才和技术极为看重。

2018年毕马威联合SEMI发布了一份问卷调查数据,受访者皆为全球半导体的行业高管,其中有64%的人认为人才风险是三大运营风险之一。

集成电路人才稀缺,《中国集成电路产业人才白皮书(2018-2019年版)》预计中国IC制造行业人才2021年需求达到24.6万,比2019年多10.2万,因此半导体行业成为了国内引进人才最多的行业。

中芯国际引进梁孟松,紫光集团旗下的长江存储,以及合肥长鑫的DRAM厂引进美光、SK海力士等大厂的人才。

在引进人才之后,中芯国际在19年底成功实现14nm量产,长江存储量产了64层堆栈3D闪存,合肥长鑫量产了DDR4内存。

图30:台积电与联电人才资源分布75%71%72%82%82%81%80%86%84%81%80%89%89%86%86%85%85%81%78%82%87%87%85%85%88%91%87%92%93%89%60%65%70%75%80%85%90%95%11Q311Q412Q112Q212Q312Q413Q113Q213Q313Q414Q114Q214Q314Q415Q115Q215Q315Q416Q116Q216Q316Q417Q117Q217Q317Q418Q118Q218Q318Q4晶圆厂平均产能利用率行业报告|行业深度研究21资料来源:台积电年报、联电年报、天风证券研究所注:年份均指年初在技术方面,在上文已经先容过各大企业在制程方面的发展,以及先进制程对企业营收的贡献。

从历史的发展看,当某家大厂可以量产最新先进制程时,企业的订单量会飙升,营收也会大涨。

图31:各厂先进制程发展图资料来源:ICinsight、天风证券研究所资本密集:半导体制造厂商需要持续不断投入工艺制程和产品结构的研发,且半导体制造企业是重资产企业,需要资本的大力支撑。

自1990年代以来,半导体行业在研发强度方面一直领先于所有其他主要工业领域,每年用于研发的支出平均约占总销售额的15%,近几年略有下降,是因为收入端增长更强劲。

虽然半导体行业过去五年研发支出年度增长放缓,但是由于先进制程的发展对技术提出了更高的需求,包括EUV光刻技术、sub-3nm工艺技术、3D模具堆叠技术使未来五年研发支出会加速增长,预计2019-2024年复合增长率为4.4%。

图32:半导体研发支出年复合增长率4.5%4.6%4.7%40.3%41.5%42.6%26.7%26.3%25.9%1.7%1.7%1.7%29.3%29.4%29.6%48.1%48.5%48.7%0.0%10.0%20.0%30.0%40.0%50.0%201720182019台积电博士台积电硕士台积电本科联电博士联电硕士联电本科行业报告|行业深度研究22资料来源:ICinsight、天风证券研究所注:此处仅包括IDM、无晶圆厂IC设计、纯晶圆代工厂的研发支出以晶圆代工厂为例,台积电和中芯国际研发支出略有波动,整体呈现上升趋势。

联电在放弃7nm制程研发后,研发支出略有下降。

图33:台积电、联电、中芯国际研发支出单位:亿美金资料来源:Wind、天风证券研究所在资本支出方面,前五大企业(SAMSUNG、英特尔、台积电、SKHynix和美光)资本支出总额占全球半导体行业资本支出的68%,创历史新高。

图34:前五大半导体企业资本支出占比资料来源:ICinsight、天风证券研究所单看纯晶圆代工厂,台积电、中芯国际、联电、格芯资本支出均在全球纯晶圆代工厂前列。

台积电飞速上升,其中台积电19年资本支出同比增长61.6%。

中芯国际在这两4.40%3.9%6.10%3.40%9.10%16.30%14.70%17.60%0.0%5.0%10.0%15.0%20.0%2019-2024F2014-20192009-20142004-20091999-20041994-19991989-19941984-19890.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.002010201120122013201420152016201720182019台积电联电中芯国际行业报告|行业深度研究23年略有下降,但相较15年前依旧处于较高水平。

联电在放弃7nm制程的研发后,资本支出近两年有明显下降。

格芯虽然放弃了7nm制程,但是转战SOI工艺,因此资本支出下降没有联电明显。

图35:纯晶圆代工厂的资本支出单位:亿美金资料来源:Wind、TheInformationNetwork,天风证券研究所综上,半导体制造行业发展靠的是人才、技术、资本三者结合。

人才是企业的软实力,为企业提供源源不断的研发智慧。

半导体制造行业是重资产行业,先进制程的进步与先进设备有关,资本的投入为先进技术研发、广罗人才提供支撑。

技术发展是企业成为行业龙头的必要标准。

反向看,技术发展会为企业开拓广阔市场,营收增长,实现资本积累,提高企业实力,产生规模效应,吸引人才流入。

三者相互作用,使半导体龙头企业技术发展越来越快,资本积累越来越多,同样拥有专业技术的人才也越多,马太效应由此形成。

图36:半导体制造领域资本、技术、人才三者相互作用形成马太效应资料来源:天风证券研究所4.制造行业长期成长逻辑/未来增量空间半导体制造行业的发展是受到下游需求驱动的,因此对下游市场的发展进行分析能够理清制造行业的长期成长逻辑及未来的增量空间。

4.1.长期成长逻辑将应用分为两类,一类是受到摩尔定律主导的市场,主要包括智能手机、电脑和服务器的CPU和存储芯片;一类是超越摩尔定律的应用领域,主要包括模拟芯片、传感器、功率芯片等领域。

0.0020.0040.0060.0080.00100.00120.00140.00160.002010201120122013201420152016201720182019台积电中芯国际联电GF资本人才技术行业报告|行业深度研究24受摩尔定律主导的市场摩尔定律主导的市场是半导体市场的主战场,从市场增速来看,存储芯片、逻辑芯片增速依旧排在前列。

表3:半导体下游市场增长201820192020F排名类别增速类别增速类别增速1DRAM36%Industrial/Other-Spcipurplogic37%NANDFlash19%2Auto-SpciPurpLogic23%Auto-SpciPurpLogic17%Auto-SpciPurpLogic13%3computerandperiph–spcipurplogic18%StandardCell14%DRAM12%4嵌入式MPU18%DisplayDrivers12%DisplayDrivers10%5Industrial/Other-Appspecificanalog18%嵌入式MPU9%嵌入式MPU10%6EEPROM/ROM/EPROM/Other16%PLDs5%32-BITMCU9%7Computer-Appspecificanalog14%Industrial/Other-Spcipurplogic9%8Consumer-spcipurplogic14%StandardCell8%9PowerManagementAnalog13%Auto-Appspecificanalog7%10WirelessComm-AppSpecificAnalog13%PLDs7%WirelessComm-AppSpecificAnalog7%资料来源:ICinsight、天风证券研究所CPU为了满足高性能计算、续航散热这些需求,对芯片制程需求越来越高,手机和电脑都是最先采用先进制程的领域。

从性能上看,据techcenturion评测,目前手机CPU芯片性能最好的是苹果的A13,采用的是台积电的7nm工艺。

表4:手机CPU世代表高通系列苹果SAMSUNGHUAWEI型号制程时间型号制程时间型号制程时间型号制程时间骁龙8657nm2019年Q4A13Bionic7nm2019年9月Exynos9907nmLPP2019年Q4麒麟9907nm2019年Q3骁龙855Plus7nm2019年Q3A12Bionic7nm2018年9月Exynos98257nmLPPEUV2019年Q3麒麟9905G7nm+EVU2019年Q3骁龙8557nm2019年Q1A12X7nm2018年10月Exynos9808nmLPP2019年Q4麒麟9807nm2018年Q3骁龙84510nmFinFET2018年Q1A11Bionic10nm2017年9月Exynos98208nmLPPFinFET2019年Q1麒麟8107nm2019年Q2骁龙7657nmEUV2019年Q4A914/16nmFinFET2015年9月Exynos889510nmFinFET2017年Q1麒麟97010nm2017年Q3骁龙765G7nmEUV2019年Q4A9X16nmFinFET2015年11月Exynos981010nmFinFET2018年Q1麒麟71012nm2018年Q2骁龙720G8nm2020年Q1A10Fusion16nmFinFET2016年9月Exynos787014nmHKMG2015年Q2麒麟95016nmFF+2015年Q4骁龙730/730G8nmLPP2019年Q2A820nmHKMG2014年9月Exynos742014nmLPE2015年Q2麒麟95516nmFF+2016年Q1骁龙10nm2017年A8X20nm2014Exyno14nm2016麒麟16nm2016行业报告|行业深度研究25835FinFETQ1HKMG年10月s7570LPP年Q3960FF+年Q4骁龙71010nmLPP2018年Q2A728nmHKMG2013年Exynos889014nmLPP2016年Q1麒麟65016nmFF+2016年Q2骁龙71210nmLPP2019年Q1A532nmHKMG2012年3月Exynos543020nmHKMG2014年Q3麒麟65516nmFF+2016年Q3骁龙67010nmLPP2018年Q3A532nmHKMG2013年3月Exynos543320nmHKMG2014年Q4麒麟65816nmFF+2017年Q1骁龙66211nm2020年Q1A632nmHKMG2012年9月Exynos758020nmHKMG2015年Q2麒麟65916nmFF+2017年Q2骁龙46011nm2020年Q1A6X32nmKHMG2012年10月Exynos347528nmHKMG2015年麒麟62028nm2015年Q1骁龙66511nmLPP2019年Q2APL229845nm2009年9月Exynos526028nmHKMG2014年Q2麒麟93028nmHPC2015年Q1骁龙67511nmLPP2019年Q1A445nm2010年3月Exynos541028nmHKMG2013年Q2麒麟93528nmHPC2015年Q1骁龙42912nmFinFET2018年Q2A545nm2011年3月Exynos542028nmHKMG2013年Q3麒麟91028nmHPM2014年H1骁龙43912nmFinFET2018年Q2A5X45nm2012年3月Exynos542228nmHKMG2014年Q2麒麟910T28nmHPM2014年H1骁龙63614nm2018年Q1ALP027865nm2008年9月Exynos580028nmHKMG2014年Q2麒麟92028nmHPM2014年H2骁龙45014nm2017年Q3ALP029865nm2009年6月Exynos421232nmHKMG2011年麒麟92528nmHPM2014年Q3骁龙82014nmFinFET2015年Q4APL009890nm2007年6月Exynos441232nmHKMG2012年麒麟92828nmHPM2014年Q3资料来源:驱动之家、天风证券研究所目前性能最高的PCCPU芯片为AMD的锐龙ThreadRipper3990X,采用的也是台积电的7nm工艺。

表5:Intel/AMDCPU世代表IntelAMD架构/代号世代年代制造工艺架构/代号类别年代制造工艺IceLake第十代酷睿2019年10nmZen2第三代锐龙2019年7nmCoffeeLake-Refresh第九代酷睿2018-2019年14nm++Zen+第二代锐龙2018年12nmCoffeeLake第八代酷睿2017-2018年14nm++Zen第一代锐龙2017年14nmKabyLake第七代酷睿2016年14nm+Piledrever第二代FX2012-2013年32nmSkylake第六代酷睿2015年14nmBulldozer第一代FX2011年32nmBroadwell第五代酷睿2014-2015年14nmGodavari第七代APU2015年28nmHaswell第四代酷睿2013年22nmCarrizo第五代APU2014年28nmIvyBridge第三代酷睿2012年22nmRichland第三代APU2013年32nmSandyBridge第二代酷睿2011年32nmTrinity第二代APU2012年32nmNehalem/Westmere第一代酷睿2008-2011年32nmLlano第一代APU2011年32nmConroe酷睿22006-2008年65/45nmK10弈龙/速龙2007-2011年45nmNetburst奔腾4/D2000-2008年65nmK8速龙642003-2007年65nmTualatin奔腾31999-2001年130nmK7速龙XP1999-2004年130nm资料来源:驱动之家、天风证券研究所行业报告|行业深度研究26从手机和电脑的CPU芯片发展中可以看到抢占最先进制程的重要性。

存储芯片的发展前面也已经提过了,市场被拥有先进制程的大厂商SAMSUNG、海力士、美光等瓜分。

CPU和存储器的长期动能来自手机、PC和服务器的增长。

目前手机、计算机等仍是半导体行业终端最大的应用市场。

2018年全球手机和基站、计算机用芯片销售额分别为487亿美金、280亿美金,在半导体终端市场的占比分别为36%、21%。

智能手机和计算机市场是摩尔定律前进的推动力。

图37:半导体终端应用市场资料来源:Gartner、硅产业招股说明书、天风证券研究所智能手机的成长动力主要源自5G的出现。

2020年是5G开始兴起的一年,IDC预计2020年将出货1.9亿部5G智能手机,占智能手机总出货量的14%,预计到2023年,这一数字将增长到全球智能手机出货量的28.1%。

图38:全球智能手机出货量资料来源:IDC、天风证券研究所2019年全球PC出货量同比增长2.7%,这是自2011年市场增长1.7%以来,PC首次实现全行业报告|行业深度研究27年增长,这也是PC市场进入回暖的明显迹象。

尽管市场面临挑战,PC市场一直被看衰,但是可以看到PC需求仍然一直存在。

从PC的设计上看,全面屏和轻薄化是趋势,性能、续航、散热需求也逐渐增加,这些需求对电脑CPU的要求更高。

表6:PC出货量Company2019Shipments2019MarketShare2018Shipments2018MarketShare2019/2018Growth1.Lenovo64,76824.30%59,85723.10%8.20%2.HPInc.62,90823.60%60,00023.10%4.80%3.DellTechnologies46,54517.50%44,17017.00%5.40%4.Apple17,6846.60%18,0837.00%-2.20%5.AcerGroup17,0296.40%17,8536.90%-4.60%Others57,75621.70%59,62023.00%-3.10%Total266,690100.00%259,583100.00%2.70%资料来源:IDC、天风证券研究所数据的高速增长带动了数据中心业务急速增长。

MarketsandMarkets估计,到2024年,全球数据中心机架服务器市场将从2019年的521亿美金增长到1025亿美金,在预测期内复合年增长率(CAGR)为14.5%。

推动市场增长的因素是对可扩展数据中心和高密度计算的需求。

此外,边缘计算、物联网和云计算等新兴技术的进步有望为数据中心机架式服务器供应商创造充足的机会。

图39:全球数据中心服务器市场单位:亿美金资料来源:marketsandmarkets、天风证券研究所而数据中心的增长带动了CPU、GPU处理器的发展,数据的增长带动了DRAM和NAND的发展。

表7:半导体下游市场增长数据中心的需求高性能计算存储优化内存优化GPU驱动基本设施高性能CPU中等功率CPU高功率CPU最高性能CPU和GPU大内存高动态内存最大内存最大动态内存定制化集成电路快慢存储结合高性能存储高性能硬盘内存对功率和冷却速度的要求高低中等非常高对网络容量需求低高高高资料来源:Mckinsey、天风证券研究所从逻辑芯片的营收变化看,逻辑芯片营收占比一直处于25%左右,多年占比稳定,据WSTS估计,19年营收1046亿美金,较18年有下降,但是占比提升,因此营收主要受半导体整体行业景气度的影响,而20年营收会有所上升,占比也有提升。

图40:逻辑器件营收变化及占比52110250200400600800100012002019E2024F数据中心服务器市场CAGR14.5%行业报告|行业深度研究28资料来源:WSTS、Statista、天风证券研究所在半导体各类芯片中,存储芯片在营收中占比最大。

存储芯片市场2018年营收1579.67亿美金,占比33.70%,在整个半导体市场的份额已超过1/3。

根据WSTS19年11月公布的预测,2019年占比有所下降,约为25.89%,但仍然是占比最大的板块。

从增长率看,NAND产能和价格的增长会高于DRAM。

图41:存储器件营收变化及占比资料来源:WSTS、Statista、天风证券研究所图42:存储市场细分营收变化单位:亿美金65.2277.3878.7881.785.9391.6390.7591.5102.21109.3104.62111.4628.82%25.94%26.30%28.02%28.12%27.28%27.08%27.00%24.80%23.32%25.58%25.74%0.00%5.00%10.00%15.00%20.00%25.00%30.00%35.00%0.20.40.60.80.100.120.逻辑器件营收(十亿美金)逻辑器件营收/半导体总营收44.869.6160.755767.0479.2377.2176.77123.97157.97105.91110.2919.80%23.33%20.28%19.55%21.94%23.59%23.04%22.65%30.07%33.70%25.90%25.47%0.00%5.00%10.00%15.00%20.00%25.00%30.00%35.00%40.00%0.20.40.60.80.100.120.140.160.180.存储器件营收(十亿美金)存储器件营收/半导体总营收行业报告|行业深度研究29资料来源:Yole、天风证券研究所长远来看,逻辑芯片和存储芯片的增量市场来自于5G、云计算、AI和物联网,数据种类、数量高速的增长,对处理器的要求越来越高,对存储的需求也在增大,因此摩尔定律的主导市场发展空间大,利润率高,依旧是各大厂商竞相追逐的领域。

对于半导体制造厂商而言,目前CPU和存储领域是制造龙头蚕食的区域,拥有先进制程的制造企业才有能力加入这个市场。

且手机、PC经过多年的发展基本上属于稳定的存量市场,因此为了争夺市场份额,各大厂商在制程上追逐。

除此之外,制造厂商迅速布局5G、云计算、AI和物联网提供的新的增量市场。

由于先进制程研发的稳步推进,台积电一直是苹果的代工,而高通的订单则一直被SAMSUNG和台积电争夺,技术是设计厂商选择代工的影响因素,因此想要在摩尔定律主导的市场获取市场份额,持续实现成长,制造厂商第一要务是推动自身先进制程的发展。

超越摩尔定律应用领域摩尔定律的推进降低了CPU、存储、逻辑芯片的成本,但是不能给模拟芯片、传感器芯片、射频芯片等带来理想的成本效益。

RF、电源管理、MEMS、CMOS传感器等芯片需要更专业化,需要通过集成增加更多功能。

虽然这些专用芯片的制造商仍然关注尺寸、速度和功率,但是不一定需要在最先进的节点上进行功能集成,它们需要综合考虑性能、集成度和成本。

这类应用统称为超越摩尔定律的应用领域。

摩尔制程主导的领域追求的是制程的发展,而超越摩尔定律的应用领域朝着多样化发展。

物联网应用就是一个很好的例子。

典型的物联网设备可能包括具有模拟接口的传感器、用于编码和数据存储的存储器、用于数据通信的射频功能、用于控制设备和处理数据的处理器,另外可能还有电池和电池接口。

大多数情况下,这些设备可能处于休眠模式,所以超低漏电是一个关键要求。

然而,一旦被信号唤醒,设备必须马上切换到高性能模式,以便在存储器中获取或存储数据,处理数据,然后传输或接收数据。

7nm逻辑芯片在处理这些不同功能方面没有任何实际优势。

还有云计算和数据中心的人工智能推理/训练应用与芯片制程关系不大,其最大的问题是功耗。

根据Yole统计,2017年超越摩尔的应用领域对晶圆需求为4500万片(8英寸当量),预计到2023年需求会增长到6600万片,CAGR10%。

图43:超越摩尔定律的器件对晶圆的需求量行业报告|行业深度研究30资料来源:Yole、天风证券研究所1.电源管理芯片Yole预测电源IC将受益于多个主要终端市场的扩张而在2016~2022年期间获得3.6%的复合年增长率,与半导体整体产业的增长趋势保持一致。

2016年,电源IC市场的规模预计为145亿美金,到2022年预计将增长至180亿美金。

图44:电源管理芯片营收按应用划分单位:百亿美金资料来源:Yole、天风证券研究所电源管理芯片在电子产品市场举足轻重,几乎所有的电子产品和设备都需要电源管理芯片。

通信是最主要的电源管理芯片市场,主要包括智能手机市场和通信基站市场,而这两部分市场都受益于5G的发展,智能手机出货量及单部手机电源管理芯片数量或有增长,5G基站建设量大幅增长,单个基站通道数增加,这些都让通信市场成为当下有潜力的增量市场。

汽车电源管理芯片受益于新能源汽车的驱动;消费电子市场受到物联网发展的驱动,下游应用持续分散化,不同应用对电源管理的要求也不同,TWS耳机的发展是目前电源管理芯片最明显的消费电子增长点,由于TWS耳机体积小需要集成度更高的电源管理芯片,且其充电盒也拉动了电源管理芯片的需求。

随着工业从规模化走向自动化、智能化,工业与信息化的深度融合、智能制造转型升级将带动工业电子电源管理芯片需求的增长。

2.传感器芯片传感器领域,手机摄像头的需求带动CMOS图像传感器增长迅速;自动驾驶技术的快速发展,增加了对图像传感器、MEMS传感器、激光雷达、超声波传感器多种类型传感器的需求。

VR/AR带动MEMS传感器需求增长。

图45:CMOS传感器营收及增长行业报告|行业深度研究31资料来源:Statista、天风证券研究所图46:MEMS传感器营收及增长资料来源:Statista、天风证券研究所电源管理芯片、传感器芯片等对芯片制程要求没有那么苛刻,因此除了龙头厂商外,其他半导体制造厂商也能分一杯羹,格芯、联电、中芯国际、华虹半导体等在这些细分领域都能拥有一定市场。

之前格芯和联电都宣布了放弃研发7nm工艺,把更多的精力放在了专用芯片的制造商。

因此,各大厂商如果在制程竞争上没有优势,可以抓住这类市场的机会,进行专用芯片的研发。

4.2.近年来的主线,5G、IoT、车用半导体、AI提供大增量前面先容制造厂商的两个市场时,提到5G、IoT、车用半导体、AI等新兴领域给这些市场注入了新的发展动力,这也是近年来半导体领域应用的主线。

5G5G连接的数量将在2023年达到10亿,到2024年底将翻一番,达到20亿,到2025年,全球21%的蜂窝连接,包括物联网,将是5G连接,在27亿连接中有98%是使用手机或移动数据设备,1%是IoT接入。

图47:全球5G连接及占总蜂窝连接份额44.53.94.55.97.17.48.99.910.512.514.215.516.121.512.50%-13.33%15.38%31.11%20.34%4.23%20.27%11.24%6.06%19.05%13.60%9.15%3.87%33.54%-20.00%-10.00%0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%0510152025CMOS传感器营收(十亿美金)同比(%)7.57.67.98.49.711.512.714.114.916.117.81.33%3.95%6.33%15.48%18.56%10.43%11.02%5.67%8.05%10.56%0.00%2.00%4.00%6.00%8.00%10.00%12.00%14.00%16.00%18.00%20.00%0.5.10.15.20.20122013201420152016201720182019202020212022MEMS传感器营收(十亿美金)同比(%)行业报告|行业深度研究32资料来源:CCSInsight、天风证券研究所5G辐射领域可进一步细分为电信基站设备,智能手机/平板电脑,联网车辆,联网设备,宽带接入网关设备等。

据GrandViewResearch预测,到2019年,智能手机/平板电脑细分市场估计将达到6.2707亿美金。

游戏、超高清视频及视频通话推动5G智能手机需求。

此外,在部署5G电信网络基础设施方面的持续投资也增加了对5G芯片组组件的总体需求。

全球5G芯片组市场估计将从2020年到2025年的复合年增长率为69.7%。

图48:2019年全球5G芯片组应用市场资料来源:Grandviewresearch、天风证券研究所在芯片制程方面,5G芯片主要采用的7nm和10nm芯片,且7nm占据更大市场份额。

由于通信网络必须同时满足多种应用,因此它们需要承受更大的负载。

就需要开发具有更高处理速度的5G芯片组组件,因此对更先进制程节点有更大需求。

IoTGartner预测,企业和汽车物联网市场到2019年底,预计将有48亿个端点投入使用,较2018年增长21.5%。

到2020年将增长到58亿个终端,较2019年增长21%。

图49:全球IoT各细分市场终端连接点数量单位:亿个行业报告|行业深度研究33资料来源:Gartner、天风证券研究所物联网芯片与传统芯片有所区别。

传统芯片更具有通用性,可以用在需要计算处理的地方,而物联网芯片更有针对性,对于不同的应用场景需要设计不同的解决方案,对芯片的要求也各有不同,这给专用芯片带来了机会。

车用半导体目前面向汽车应用的半导体行业正在蓬勃发展,汽车中电子元件数量逐渐增加。

汽车各部分半导体收入都在稳步增长。

图50:汽车电子元件分布资料来源:Yole、天风证券研究所图51:汽车各部分半导体收入资料来源:德勤、天风证券研究所9.811.713.745.372.33.14.48.39.510.93.344.92.73.64.72.12.83.62.93.64.43.73.73.70.60.70.80102030405060201820192020公共事业政府楼宇自动化安防制造业与自然资源汽车医疗零售和批发贸易信息运输CAGR=21.13%行业报告|行业深度研究34汽车半导体的成本已从2013年的每辆车312美金增长到如今的400美金左右,预计到2022年,这一数字将接近每辆车600美金。

汽车半导体供应商如MCU、传感器、存储器等正受益于汽车中各种半导体设备需求的激增。

图52:汽车电子成本贡献及每辆车半导体用量资料来源:德勤、天风证券研究所自动驾驶是汽车的风口浪尖。

要实现5级完全自动,需要ADAS安全系统,包括电子稳定控制、车道偏离警告、防抱死制动、自适应巡航控制和牵引力控制。

这些的实现需要复杂的电子部件,包括高速处理器、存储器、控制器、传感器和数据链路,以确保车辆的可靠性和安全性。

以传感器为例,随着自主水平的提高,车辆中使用的传感器数量将增加,4级自动传感器的数量可以达到29个。

图53:不同级别自动驾驶的传感器数量资料来源:德勤、天风证券研究所除了自动驾驶外,新能源汽车也是汽车的另一新兴市场。

中国的目标是提高汽车制造商的电动汽车产量(从2019年起占总产量的10%)。

许多全球汽车制造商也制定了目标,即在10年内使电动汽车占其销量的15%-25%,从而将电动汽车推向大众。

在各方的推动下,新能源汽车半导体需求上升,传感器和控制装置等可以有效控制汽车碳排放。

汽车也是物联网的一部分,车辆与车辆、车辆与基础设施,车辆与行人的连接已经是必然趋势。

从安全角度,车与车的通信是实现无人驾驶技术、避免事故发生的关键。

而车内数字连接,丰富汽车的娱乐功能,实现汽车与移动设备完美结合是汽车市场的另一卖点。

预计到2023年,90%以上的生产车辆将实现联网。

这个汽车存储芯片、数据传输芯片提供了机会。

AIAI正在兴起,而AI芯片是AI技术链的核心,是AI算法处理的核心。

预计到2022年,人工智能芯片市场将占整个人工智能市场的12%以上,复合年增长率为54%。

15030047560018%27%40%45%0%5%10%15%20%25%30%35%40%45%50%01002003004005006007002000201020202030每辆汽车半导体成本(美金)汽车电子成本占比行业报告|行业深度研究35图54:全球AI芯片市场规模及增速资料来源:德勤、天风证券研究所AI芯片的部署不仅限于云计算,还可以应用在智能手机、自主车辆和安全摄像头中。

大多数处于边缘的AI芯片都是推理芯片,AI推理芯片市场预计将以40%的复合年增长率增长,到2022年将达到20亿美金。

智能手机中的AI芯片现在是苹果、SAMSUNG和HUAWEI等智能手机制造商、高通和联发科等独立芯片提供商以及ARM和Synopsys等IP许可证提供商之间三方竞争的一部分。

自动驾驶有望成为AI推理芯片的主要驱动力。

传感、建模和决策是自动驾驶通常需要的三步过程,推理芯片是其中的每一步。

无论是用于环境感知还是避障,自动驾驶对AI芯片的计算能力都有很高的要求。

AI芯片需要使用并行处理,因此设计时不需要使用最新的工艺制程CPU芯片。

40nm和28nm的处理就足以提供1个最高的计算能力。

且AI芯片专业化程度越来越高,因此AI芯片供应商需要根据计算能力、功耗及尺寸来选择合适的制程。

据麦肯锡预测,未来10年,人工智能和深度学习将成为提升硅片需求的主要因素,2025年,在AI的推动下,全球硅片营收将超过600亿美金,接近全球半导体销售额的20%。

5.中国半导体制造业的机会在哪里?目前,中国半导体行业还处在初期发展阶段,国内企业长期研发投入和积累不足,使我国半导体行业在国际分工中多处于中低端领域,高端产品市场被欧美日韩台等少数国际大企业垄断。

我国半导体产业亟待解决的两个问题是:供需失衡和结构失衡。

供需失衡中国是全球最大的半导体消费市场,也是全球工业制造中心,人口基数决定了半导体终端产品的消耗量。

尽管中国半导体产业销售规模持续扩张,但本地制造商只能满足该国约30%的需求,因此只能长期依赖于进口。

根据中国半导体行业协会统计,2018年,中国集成电路进口金额达3120.6亿美金。

中国半导体产业国产化进程严重滞后于国内快速增长的市场需求,中国半导体供需失衡严重,国内企业进口替代空间非常可观。

图55:国内半导体供需情况行业报告|行业深度研究36资料来源:中国半导体协会、天风证券研究所结构失衡国内半导体行业结构失衡。

大多数半导体企业都是定位于中低端市场的中小半导体设计企业,大规模、技术壁垒高的制造企业比较少。

从国内半导体设计制造封测销售额看,半导体制造销售量在三者一直是最低者,12年以来制造占比虽然有所提高,但依旧在30%以下。

图56:中国半导体营收结构单位:亿元资料来源:中国半导体协会、天风证券研究所当前,中国半导体产业正处于产业升级的关键阶段,掌握核心技术是中国半导体产业现阶段最重要的目标,国内半导体制造企业崛起迎来机遇。

1.摩尔定律放缓为国内制造企业提供机会上文大家先容过摩尔定律的发展,先进制程工艺由于需要大量的工艺研发和资本投入,能负担大额成本投入的晶圆厂越来越少,摩尔定律放缓。

除了英特尔、台积电、SAMSUNG以外,联电和格芯都宣布了放弃对7nm制程的研发。

这给国内制造企业提供了赶超的机会,目前中芯国际正在研发N+1代制程,华虹半导体也在追赶14nm制程,以长江存储、合肥长鑫等企业深耕存储领域。

2.产业链转移,下游应用细分化也是国内半导体制造企业的一大机会伴随着下游PC、智能手机市场的逐渐成熟和饱和,半导体行业的系统性创业机会也从PC、智能手机、服务器三大集中性市场往物联网、下一代智能终端等碎片化、新兴化市场转移,物联网、新能源汽车等新兴市场带来向上重构供应链的系统性机会。

在应用场景方面,采用先进工艺的芯片种类主要是基带、CPU、存储等大型逻辑芯片,主要用于手机和笔记本电脑,而其他低功耗领域需要一些专用芯片。

对于中低端MCU、电源管理芯片等技术壁垒不高的细分市场,芯片专用化、性价比是重点。

以功率半导体为代表的模拟细分市场中,传统汽车电子、工业级芯片等市场对品控、功耗、性价比的要求很高。

因此在这些市场,国内企业可以找到突破口,积极布局渗透市场。

例如,三安光电在第三代半导体材料GaN崛起中受益,耐威科技在MEMS传感器研发中持续发展。

3.终端品牌效应终端品牌的国产化给上游供应链带来发展机会,终端需求向上传导可以带动整个供应链的国产化。

例如,“苹果产业链”带动了台积电、环旭电子和长电科技等企业的发展。

目前,2313.42176.223002270.72601.43120.62210.9877608.6693.2613.8668.8846.4735.71436.41567.61606.81656.91932.62274.21475.205001000150020002500300035002013201420152016201720182019Q1-3进口金额(亿美金)出口金额(亿美金)供需缺口(亿美金)473.74621.68808.81047.413251644.32073.52519.32122.8486.91501.1600.86712.1900.81126.91448.11818.21320.5611.561035.671098.851255.913841564.31889.72193.91606.630.97%23.22%23.95%23.62%24.95%25.99%26.76%27.84%26.15%0.00%5.00%10.00%15.00%20.00%25.00%30.00%35.00%01000200030004000500060007000设计制造封测制造占比行业报告|行业深度研究375G带动了“HUAWEI产业链”的发展,进入HUAWEI产业链的中芯国际也将在产业链的影响下也会有所收益。

4.政策扶持根据“中国制造2025”重点领域技术路线图对IC制造产业的规划,国产半导体制造产业的发展将围绕产能扩充与先进制程同步推进。

国家集成电路大基金的投资扶持了半导体制造企业的发展。

6.半导体制造厂商半导体制造厂商主要有台积电、SAMSUNG、英特尔、联电、格芯、中芯国际和华虹半导体。

6.1.台积电1987年,台积电成立于中国台湾新竹科学园区。

台积电专注生产由客户所设计的芯片,本身并不设计、生产或销售自有品牌产品,确保不与客户直接竞争。

经过30多年的发展,台积电成为了全球最大的晶圆代工企业,2018年台积电在晶圆代工行业占领了56%份额,占领了行业绝对领先的地位。

台积电营收及净利润逐年增长,根据ICinsight预测,2019年台积电营收在半导体行业中排名第三,是唯一一家进入全球前五的纯晶圆代工厂。

台积电毛利率接近50%,显示了企业较高的产能利用率,盈利能力强劲。

图57:台积电历年营收及变化资料来源:wind、天风证券研究所目前台积电在中国台湾有四座300mm晶圆厂,四座200mm晶圆厂,一座150mm晶圆厂,在南京有一座300mm晶圆厂,及其他地区两座200mm晶圆厂。

其中晶圆十二厂、十四厂和十五厂是300mm超大晶圆厂,三座晶圆厂总产能超过了800万片300mm当量晶圆。

台积电一直在其位于中国台湾台中的Fab15工厂(第9期/第10期大楼)中增加一个新工厂,并在其位于中国台湾台南的Fab14工厂附近建造一个新工厂(Fab18)。

图58:台积电晶圆厂区0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%60.00%0.002000.004000.006000.008000.0010000.0012000.002010201120122013201420152016201720182019营业总收入(亿新台币)净利润(亿新台币)销售毛利率(%)销售净利率(%)行业报告|行业深度研究38资料来源:台积电官网、天风证券研究所图59:台积电晶圆14厂外观图60:台积电12寸厂内观资料来源:台积电官网、天风证券研究所资料来源:台积电官网、天风证券研究所台积电客户基础广泛,且产品种类多。

台积电在全球客户包括半导体设计企业和IDM,有苹果、AMD、博通、海思、英特尔、TI、联发科、英伟达、高通等。

2018年台积电在为481个活跃客户提供服务,并使用261种不同的技术制造了10436种不同的产品,使其成为全球最多元化、最大的逻辑IC产能供应商。

图61:2018年台积电各晶圆厂客户及技术种类资料来源:台积电2018年年报、天风证券研究所在制程方面,台积电先进制程的发展领先于其他企业。

台积电目前提供了从0.13um-7nm行业报告|行业深度研究39全世代工艺的生产,目前正在积极量产5nm工艺,预计5nm工艺将在2020年上半年实现大规模量产,在先进制程量产的同时,台积电保留部分产能用作研发用途,以支撑3nm及更先进制程的技术发展。

图62:台积电制程发展资料来源:台积电官网、天风证券研究所随着台积电制程和技术的进一步提升,台积电产品结构逐渐丰富,且先进制程占比逐渐提高,2019年7nm制程营收占比最高,达到27%。

目前台积电7nm的前五大客户是:苹果、HUAWEI海思、高通、Supermicro和联发科。

台积电供应链负责人表示AMD会成为台积电最大的7nm客户,因此预计20H2的7nm前五名会有大重组,2020年H2台积电7nm生产线产能会从110k片/月增长到140k片/月。

影响7nm客户结构的原因:1.苹果业务从7nm转移到5nm,苹果A14Soc采用的5nm制程,2020年款iphone采用的是5nm工艺,比特曼和迦南也会随着苹果转移到5nm制程。

2.AMD2020H2台积电7nm订单会翻倍。

图63:台积电各制程营收占比资料来源:台积电18年年报及19Q4法说会、天风证券研究所台积电28nm及以下制程晶圆总收入贡献率从2012年的12%大幅增长至2018年的63%。

2020年由于新的5nm工艺节点和5G设备的大规模采用,台积电预计收入将增长15-20%。

随着5nm制程的量产,3nm制程的研发投入,先进制程的营收会进一步提升,在成熟制程和先进制程共同作用下,企业实现盈利增长。

图64:28nm及以下营收占比9%27%10%11%3%28%25%23%21%26%23%20%16%14%12%11%10%11%10%8%8%5%4%4%3%2%3%2%2%10%10%9%8%4%3%3%2%00.20.40.60.8120162017201820197nm10nm16/20nm28nm40/45nm65nm90nm0.11/0.13um行业报告|行业深度研究40资料来源:台积电18年年报及19Q4法说会、天风证券研究所在各制程的晶圆产能方面,总体产能逐年提升,其中先进制程晶圆产能增幅最大。

2019年每月产能约为2505千片200mm当量晶圆,占全球总产能的12.8%,同比上升3%(2018年月产能为2439千片/月)。

图65:台积电晶圆产能12寸当量资料来源:台积电官网、天风证券研究所为了满足5G和高性能计算机应用的增长对先进技术的强劲需求,台积电2019年资本支出4604亿新台币,同比增长42.69%。

2020年资本预算预计在150-160亿美金之间,约80%的资本预算将用于先进工艺技术,包括3、5和7纳米。

同样,台积电的研发支出也持续增长,主要用于先进制程的一些研发项目。

图66:台积电研发支出及资本支出资料来源:Wind、天风证券研究所从台积电的行情来看,台积电股价波动上升,与SOX指数走势相似,上升趋势(上升的斜率)高于整体行业,因此台积电股价受到半导体行业景气度的上升和自身改善的影响。

图67:台积电股价变化单位:美金42%48%54%58%63%67%30%35%40%45%50%55%60%65%70%20142015201620172018201928nm及以下营收占比0.001,000.002,000.003,000.004,000.005,000.002010201120122013201420152016201720182019研发支出(亿新台币)资本支出(亿新台币)行业报告|行业深度研究41资料来源:Wind、天风证券研究所在估值上,台积电PE和PB估值都在不断上涨,其PE均值在25倍左右。

图68:台积电PE-Band资料来源:Wind、天风证券研究所图69:台积电PB-Band资料来源:Wind、天风证券研究所6.2.SAMSUNGSAMSUNG电子晶圆制造业务成立于2005年,该年建立了第一条晶圆生产线,在2011年SAMSUNG实0.0000500.00001,000.00001,500.00002,000.00002,500.00000.0000010.0000020.0000030.0000040.0000050.0000060.0000070.00000TSM.N收盘价(美金,左轴)SOX指数点位(元,右轴)行业报告|行业深度研究42现了HKMG技术的量产,2015年实现FinFET技术量产,2016年实现10nm技术量产,2017年SAMSUNG代工独立于企业的产品部门运营,2019年实现了7nmEUV量产。

图70:SAMSUNG晶圆制造业务发展史资料来源:SAMSUNG官网、天风证券研究所SAMSUNG晶圆制造业务持续增长,2018年实现超过100亿美金的营收。

与其他晶圆厂对比,SAMSUNG晶圆制造厂营收排名第二。

图71:晶圆制造业务营收图72:2018年SAMSUNG晶圆制造营收与其他晶圆厂对比资料来源:SAMSUNG官网、天风证券研究所资料来源:SAMSUNG官网、天风证券研究所目前SAMSUNG晶圆产线有六条,一条8寸线位于韩国,主要生产180nm-70nm制程的产品,工艺技术包括嵌入式快闪记忆体(eFlash)、功率元件、影像感测器CIS,以及高电压制程的生产,主要服务于韩国本土的芯片设计商。

剩下五条为12英寸产线,S2位于美国,其余都位于韩国。

S1线生产65nm-8nm制程低功耗芯片,建成于2005年,是SAMSUNG首条12英寸逻辑代工生产线,产品主要用于计算机网络、智能手机、汽车、以及日益成长的物联网市场等。

S2主要生产65nm-14nm制程的产品。

S3线生产10nm以下产品,将是SAMSUNG7纳米产品的主力生产厂。

S4专用于生产65nm制程CIS产品,目前CIS产能约8万片。

除此之外,SAMSUNG2月在韩国新开一条EUV产线,该产线主要生产7nm以下先进工艺芯片,预计到2020年底,该产线总投资达60亿美金,并将根据市场情况确定额外投资,预计在该产线的助力下,SAMSUNG7nm及以下工艺节点的总产能将比19年增长三倍。

图73:SAMSUNG电子晶圆厂分布行业报告|行业深度研究43资料来源:SAMSUNG官网、天风证券研究所300mm晶圆主要用于45nm以下制程,主要用于RF、eFlash、Emram。

200mm晶圆主要用于65-180nm制程,该部分制程应用更为广泛,有RF、eFlash、HV(Display)、BCD、ImageSensor、FingerPrintSensor。

SAMSUNG同时发展FD-SOI和FinFET技术,其中FD-SOI制程有18nm和28nm,FinFET技术主要用于14nm以下制程。

7nm以下制程需要用到EUV技术。

图74:SAMSUNG制程发展的技术支撑资料来源:SAMSUNG官网、天风证券研究所SAMSUNG目前关注的四个主要节点是14nm、10nm、7nm以及3nm。

其中14/11nm自2015年第一季度以来累计出货超过200万片晶圆,10/8nm自2016年第4季度以来累计出货量超过80万片晶圆。

在制程图上看,6LPP是SAMSUNG7LPP的改进版,具有更高的晶体管密度,更低的功率,但可以重新使用最初为7LPP设计的IP,再下一代是5LPE,SAMSUNG计划将5nm作为第二代EUV工艺。

从3nm开始SAMSUNG将放弃FinFET转向GAA晶体管,第一代是3GAE工艺,还有优化版3GAP工艺,后续还在继续优化改良中。

SAMSUNG预计在2020年上半年量产5nm,预计前期产能大概在1万片/月,潜在客户主要是SAMSUNG本身以及高通。

SAMSUNG的3nm预计2021年底量产。

图75:SAMSUNG制程发展路线图行业报告|行业深度研究44资料来源:Anandtech、天风证券研究所根据拓墣产业研究院数据,2019年台积电7nm及7nmEUV的产能为100-110K片/月,而SAMSUNG只有10K片/月,是台积电的1/10,因此在客户上台积电的客户量明显多于SAMSUNG。

在5nm以下工艺,台积电预计5nm在2020年上半年量产,月产能规划是在2020年底前达到60-70千片晶圆,3nm预计在2021年风险试产,2022年-2023年之间量产。

SAMSUNG方面,预计在2020年上半年量产5nm,预计前期产能大概在5-10千片/月,3nm预计2021年底量产。

表8:台积电与SAMSUNG在7nm上的区别企业分类2019年产能主要客户台积电7nm/7nmEUV100-110K片/月海思、苹果、高通、AMD、赛灵思、英伟达SAMSUNG7LPPEUV10K片/月SAMSUNG、高通、IBM资料来源:拓墣产业研究院、天风证券研究所表9:台积电与SAMSUNG在其他先进节点上的对比企业节点量产时间备注台积电5nm1H20月总产能规划至2020年底前60-70K客户掌握程度高3nm2022-2023依据量产厂房建置估算时间风险试产预计为2021SAMSUNG5nm1H20预估会先建置产能5-10K/月潜在客户以SAMSUNG和高通为主3nm20212020年提供产品时程产能根据客户接单状况而定资料来源:拓墣产业研究院、天风证券研究所6.3.英特尔英特尔是10nm以下先进制程企业之一,晶圆制造也是其产业中的一部分,其晶圆厂共15家,分布在全球不同的地区。

其中,美国本土分布有4处晶圆制造厂,一处测试厂和一处封装厂,爱尔兰有1处制造厂,以色列有2处制造厂,以及中国大连有1处制造厂。

其余还有封测地点分布于中国,哥斯达黎加,马来西亚,菲律宾以及越南。

英特尔晶圆厂主要为自己的芯片生产服务,在工艺提升上没有那么紧迫,英特尔也严格按照摩尔定律进行研发。

目前英特尔的10nm工艺已经量产。

从晶体管密度上看,英特尔的10nm工艺甚至超过了台积电、SAMSUNG的7nm工艺,在目前量产的工艺里排名第一。

表10:各厂商制程节点晶体管密度比较制程技术Intel10nmTSMC7nmEUVSamsung7nmEUVTSMC7nmSamsung8nmTSMC10nm近似晶体管密度(MTr/mm2)100.896.595.366.761.260.3资料来源:拓墣产业研究院、天风证券研究所表11:各厂商制程节点晶体管密度比较(续表)制程技术Samsung10nmIntel14nmGF12nmTSMC12nmSamsung/GF14nmTSMC16nm行业报告|行业深度研究45近似晶体管密度(MTr/mm2)51.843.536.733.832.528.2资料来源:拓墣产业研究院、天风证券研究所在工艺提升方面,英特尔2021年才会量产7nm工艺,同时会推出10nm++工艺。

2022年会推出7nm工艺,2023年会推出7nm工艺,5nm/3nm还没有进一步的信息。

图76:英特尔先进制程布局资料来源:拓璞产业研究院、天风证券研究所6.4.格罗方德格罗方德成立于2009年,由AMD拆分而来。

格芯是全球领先的特殊工艺半导体代工厂。

格芯目前拥有5家200mm晶圆厂和5家300mm晶圆厂,主要提供12nm-0.35um制程的产品。

格芯的主要靠收购来发展壮大,2010年格芯收购了新加坡的特许半导体晶圆厂,此次收购使GF在新加坡拥有了几座200和300mm晶圆厂,并拥有大约200个客户。

此次收购开始了晶圆厂的转型,从而开始与许多客户开始打交道。

2015年又收购了IBM的技术开发部门和芯片制造部门。

图77:格罗方德发展历程资料来源:格罗方德官网、天风证券研究所格芯的营收持续增长,2012-2018年营收年复合增长率为7.5%。

图78:格罗方德的营收变化行业报告|行业深度研究46资料来源:格罗方德官网、天风证券研究所格芯主要为AMD、Broadcom、高通和STMicroelectronics等半导体企业大量进行晶圆代工。

它在新加坡有四家200mm晶圆制造厂,在德国和新加坡各有一家300mm晶圆制造厂,在美国有三家:在佛蒙特州有一家200mm晶圆制造厂,在纽约有两家300mm晶圆制造厂。

图79:晶圆厂分布资料来源:Semi、GLOBALFOUNDRIES–ContributingtotheSmartSystemsHub、天风证券研究所表12:格芯各晶圆厂详情名称硅片位置月产量(千片)制程备注Fab1300mm德国5022/12nm模块1是300mm晶圆生产设备。

它能够制造40nm,28nmBULK和22nmFDSOI的晶圆,模块2原本是200mm晶圆厂。

2016年格芯宣布将对Fab1进行改造,以生产12nm(FDSOI)产品。

Fab2200mm新加坡600-350nm汽车IC产品,高压电源管理IC和混合信号产品。

Fab3/5200mm新加坡350-180nm用于小型面板显示驱动器和移动电源管理模块的高压IC。

Fab3E200mm新加坡180nm用于具有嵌入式非易失性存储技术的特定汽车IC产品,高压电源管理IC和混合信号产品。

出售给VanguardInternationalSemiconductorFab6200mm新加坡已关闭Fab7300mm新加坡50130-40nmCMOS和SOI工艺Fab8300mm美国6028/14nmFab9200mm美国90nmFab10300mm美国14nm以4.3亿元出售给安森美半导体行业报告|行业深度研究47Fab11300mm成都建设中资料来源:格罗方德官网、天风证券研究所28nm以下制程节点,格罗方德有两条技术发展路线,一个是与大多数晶圆制造企业一致的FinFET技术,主要用于对性能要求较高的领域,主要用于HPC、服务器等。

2016年,格芯从SAMSUNG电子获得14纳米14LPPFinFET工艺许可。

2018年格芯开发了基于SAMSUNG14纳米14LPP工艺的12纳米12LP节点。

2018年格芯宣布取消了7LP流程,进一步增强特色差异化产品的开发。

此次转型将企业资源从7nm工艺开发转移到更全面、更集中的领域,将更多的创新技术融入现有的产品组合平台,使企业实现重新定位。

通过这种方式,格芯能够帮助客户实现增值,而且无需引入成本高昂的制造工艺。

一个是FD-SOI技术,FD-SOI技术适合低功耗场景,格罗方德在2015年发展14nmFinFET的同时大力发展FD-SOI技术,推出了22FDX,即22nmFD-SOI技术。

2017年22FDX进入量产阶段,主要用于物联网、车用、5G、射频等场景。

22FDX制程功耗比28nmHKMG制程降低了近70%,且芯片面积比28纳米制程缩小了20%,光刻层比FinFET制程要减少接近50%,芯片成本则是比16/14纳米制程减少了20%,还整合了RF射频,使得功耗降低最多50%。

目前客户包括ARM、Imagination、Synaptics、意法半导体、思科、飞思卡尔、SONY、瑞芯微等。

目前,格芯已经与环球晶圆和Soitec签署了300mmSOI晶圆的供应协议。

图80:格罗方德FinFET和FD-SOI两条技术路线资料来源:Semi、GLOBALFOUNDRIES–ContributingtotheSmartSystemsHub、天风证券研究所格芯针对特定的高增长半导体市场创建了三个战略业务部门,即汽车、工业和多市场战略业务部(AIM)、移动和无线基础架构部(MWI)以及计算和有线基础架构部(CWI)。

物联网(IoT)、云计算、人工智能/机器学习(AI/ML)、5G通信以及汽车系统中使用更多电子产品等大趋势都在推动这些市场发展。

格芯估计,在这些市场中,约有470亿美金的晶圆厂业务可以通过12nm或以上技术节点领域的解决方案来解决。

其中,AIM业务占240亿美金,MWI和CWI分别占150亿美金和80亿美金。

图81:格芯解决方案行业报告|行业深度研究48资料来源:格罗方德官网、天风证券研究所在物联网应用上,基于格芯22FDXFD-SOI平台的片上系统(SoC)具有嵌入式MRAM内存和业界领先的射频功能。

22FDX平台的本地性能和能效可以通过格芯的自适应体偏置功能进一步提高,使系统能够根据需要进行动态调整,以获得更高的性能或更高的功效。

因此,格芯能够帮助客户更轻松、更经济高效地开发新型物联网设备,这些设备可以在静态时降低能耗,需要时提供高性能功能,并集成其他必要特性。

在处理数据中心内存和处理器之间的数据传输时功率和延迟问题时,格芯开发了两种方案来解决。

一种方案是通过增加极低电压(0.5V)和双功函数SRAM存储器等功能,来降低功耗需求,并提升格芯的12LPFinFET平台性能。

另一种方案是在类似SRAM的工作模式下使用MRAM,旨在以低功耗下三倍密度存储器取代6TSRAM。

从长远来看,受益于下游应用的多样化发展,格芯的差异化解决方案可以给格芯带来持续营收来源。

6.5.联电联华电子成立于1980年,是中国台湾第一家半导体企业,也是中国台湾第一家提供晶圆制造服务的企业,它引领中国台湾半导体产业的发展。

在纯晶圆制造市场,2018年联电市场排名第三,前两名是台积电和格芯。

联电营收2011-2018年保持持续增长,2019年略有下降,毛利率有所跌落,2019年为14.38%。

图82:联电各项财务指标资料来源:Wind、天风证券研究所联电在全球有12家晶圆厂,分别分布在中国台湾、大陆和日本各地,涵盖了从14nm到3.5um的制程,合计8寸当量晶圆产能不断提升,2019年较2018年增长6.2%,单季度看也有明显上升趋势。

表13:联电晶圆厂规划情况及实际产能单位:千片工厂晶圆尺寸地址制程(um)规划月产能20162017201820191Q20EWTK6寸中国台湾3.5-0.4550423422396370920.00%5.00%10.00%15.00%20.00%25.00%0.00200.00400.00600.00800.001000.001200.001400.001600.00201120122013201420152016201720182019总营业收入(亿新台币)净利润(亿新台币)销售毛利率(%)销售净利率(%)行业报告|行业深度研究49Fab8A8寸中国台湾0.5-0.2570827825825825200Fab8C8寸中国台湾0.35-0.1129348357383436112Fab8D8寸中国台湾0.13-0.093234234134735992Fab8E8寸中国台湾0.5-0.1835419418418426112Fab8F8寸中国台湾0.18-0.1132401417431434121Fab8S8寸中国台湾0.18-0.112533634737237293Fab8N8寸苏州0.5-0.1150750753771831228Fab12A12寸中国台湾0.13-0.01482885970997997260Fab12i12寸新加坡0.13-0.04045584537555595154Fab12X12寸厦门0.040-0.0285099718320352Fab12M12寸日本0.090-0.040329897合计8寸当量69837304767381482278资料来源:联电18年年报及19Q4法说会、天风证券研究所图83:2Q19-1Q20晶圆总产能变化单位:千片图84:晶圆平均单价变化(8寸当量)资料来源:联电20Q1季报、天风证券研究所资料来源:联电19Q4季报、天风证券研究所联电产能利用率在在90%上下波动,但从19年看,因为市场需求的不断提升,且联电完场收购日本三重富士通半导体(即晶圆12M厂),联电的产能利用率在逐渐提升,从Q1到Q4产能利用率提升近10%。

2020年随着市场景气度的回升,预计联电上半年12寸厂会持续维持满载状态,年度产能利用率会有所改善。

图85:2014-2019年联电产能利用率图86:18Q4-19Q4产能利用率资料来源:联电2016,2019年报、天风证券研究所资料来源:联电19Q4季报、天风证券研究所联电于2018年宣布放弃投资12nm以下的先进工艺,将重点放在成熟工艺的投资上,因此从营收结构看,28nm以上成熟制程的占比较高,而14nm制程在2019年零占比。

且可以看出各制程占比趋于均衡,联电寻求各成熟制程应用领域的扩张。

未来,在晶圆产能紧张的情况下,联电在产品结构上也会进行调配以求最佳化,包括28纳米、40纳米甚至是到90纳米都会进一步调整。

197020042237227818001900200021002200230024002Q193Q194Q191Q20E晶圆总产能89.0%89.8%88.6%94.4%93.1%88.7%84.0%86.0%88.0%90.0%92.0%94.0%96.0%201420152016201720182019产能利用率88%83%88%91%92%75%80%85%90%95%18Q419Q119Q219Q319Q4产能利用率行业报告|行业深度研究50图87:联电营收结构(按制程分类)资料来源:联电20Q1季报、天风证券研究所在资本支出和研发支出方面,联电资本支出在2016年达到最高,后期放弃先进制程研发后开始下降,研发支出一直较为稳定。

根据联电预测,2020年联电总资本支出为10亿美金,其中85%用于12寸厂,15%用于8寸厂。

图88:联电资本支出与研发支出资料来源:Wind、天风证券研究所从行情看,联电股价围绕均值上下波动,整体上升或下跌趋势不是很明显,2018年9月有较大幅度下跌,在18年底又有回升,主要受到市场行情及企业自身战略调整的影响。

图89:联电收盘价资料来源:wind、天风证券研究所从估值看,联电PB较为稳定,PE估值逐渐降低。

9%10%12%13%10%25%22%26%24%20%16%16%14%14%14%15%18%12%12%12%11%11%11%14%15%13%12%13%12%15%8%8%9%8%11%3%3%3%3%3%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1Q204Q193Q192Q191Q19联电营收结构(按制程分类)14nmandbelow14nm

在纯晶圆代工厂市场,中芯国际市场份额多年排名第四,基本维持在6%。

中芯国际营收波动上升,2019阿韦扎诺晶圆厂被出售,营收有所下降。

从增长率看,根据IHSMarkit,2018年纯晶圆代工厂增长率为4.55%,中芯国际的年收入增长率为8.3%,远高于市场增长率。

毛利率在20%-30%之间上下波动,2019年以来毛利率持续提升,晶圆厂产能利用率逐渐提高,盈利能力在提升。

图92:中芯国际各项财务指标行业报告|行业深度研究52资料来源:Wind、天风证券研究所图93:中芯国际2019单季度毛利率变化资料来源:Wind、天风证券研究所中芯国际旗下有九座晶圆厂。

其中在上海建有一座300mm晶圆厂和一座200mm晶圆厂,以及一座控股的300mm先进制程晶圆厂;在北京建有一座300mm晶圆厂和一座控股的300mm先进制程晶圆厂;在天津和深圳各建有一座200mm晶圆厂;在江阴有一座控股的300mm凸块加工合资厂。

中芯国际还在美国、欧洲、日本和中国台湾设立营销办事处、提供客户服务,同时在中国香港设立了代表处。

图94:中芯国际晶圆厂分布资料来源:中芯国际官网、天风证券研究所中芯国际各晶圆厂的设计产能和实际产能如下,从各厂的实际产能看,各厂产能都接近或者超过了设计产能。

表14:中芯国际晶圆厂设计情况及实际产能单位:千片-30.00%-20.00%-10.00%0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%-5.000.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.002010201120122013201420152016201720182019营业总收入(亿美金)净利润(亿美金)销售毛利率(%)销售净利率(%)17.03%18.25%19.11%20.80%23.76%15.00%17.00%19.00%21.00%23.00%25.00%2018Q42019Q12019Q22019Q32019Q4毛利率(%)行业报告|行业深度研究53技术节点设计产能18Q419Q119Q219Q319Q4Shanghai200mm0.35μm~90nm120K109.0112.0115112115Shanghai300mm40nm~14nm20K10.010.0882Beijing300mm0.18μm~55nm50K42.047.0505052Tianjin200mm0.35μm~0.15μm50K60.058.0575858Shenzhen200mm0.18μm~0.13μm60K42.045.0505255Shenzhen300mm30K3.03.033控股Beijing300mmFab40nm~28nm35K33.033.03637.641控股Shanghai300mmFab14nm3控股Avezzano200mmFab35K42.342.342.3资料来源:中芯国际2019Q4季报、天风证券研究所中芯国际产能利用率高,在19年三四季度产能近乎满载,面临供不应求的局面,说明中芯国际下游需求强劲,行业景气度高。

与同行相比,中芯国际通过提高工厂的产能利用率来改善生产运营状况,产能利用率超过业界平均水平,表现了其良好的运营能力。

图95:中芯国际晶圆总产能及产能利用率晶圆产能单位:片资料来源:中芯国际2019Q4季报、天风证券研究所图96:中芯国际产能利用率与业界平均产能利用率对比资料来源:IHS、2018中芯国际企业社会责任报告、天风证券研究所中芯国际提供0.35um到14nm不同技术节点的晶圆代工与技术服务。

其中14nm工艺在19Q4量产,营收贡献1%,在先进制程上逐步缩小与世界代工巨头的差距,预计未来产能提升后营收将显著提升,先进制程营收贡献率会进一步增大。

根据中芯国际联席CEO梁孟松的说法,14nm(包含改进型的12nm工艺)月产能将在20年3月达到4K,7月达到9K,45132546657548257544385044850089.9%89.2%91.1%97.0%98.8%84.0%86.0%88.0%90.0%92.0%94.0%96.0%98.0%100.0%4200004300004400004500004600004700004800004900002018Q42019Q12019Q22019Q32019Q4产能产能利用率行业报告|行业深度研究5412月达到15K。

下一代制程节点(N+1/N+2)对世界最先进的7nm技术的追赶正在加速。

上海中芯南方FinFET工厂将技术开发转化为收入来源,第一代FinFET稳健上量,其中已经获得HUAWEI海思14nm订单,第二代FinFET持续客户导入。

经营战略上,中芯国际在进行先进制程的研发,多元化开发客户转化技术的同时,将持续拓展成熟工艺,保持在各细分领域前列,尤其是摄像头晶片、电源管理晶片等需求依然强劲。

图97:中芯国际营收结构按制程分类资料来源:中芯国际2019Q4季报、天风证券研究所在资本支出方面,近五年中芯国际资本支出都超过了总营收的50%。

2019年晶圆厂运营资本支出20亿美金,其中14亿美金用于晶圆厂产能扩张(12亿用于先进制程)。

为满足市场客户需求,新一轮资本支出将开启,中芯国际预计2020年资本支出31.6亿美金,其中25亿美金用于晶圆厂设备的支出(20亿用于先进制程),产能扩张将会逐步显现。

台积电研发支出也持续增长,接近营收的20%,中芯国际FinFET技术,28nm的HKC+技术研发成果显著。

图98:中芯国际资本支出和研发支出资料来源:Wind、天风证券研究所中芯国际18年股价波动下降,主要受到半导体总体周期回落以及自身产能处于爬坡期营收不稳定因素的影响。

19年以来股价呈现攀升趋势,主要是因为中芯国际兼顾先进制程和传统制程的发展,在晶圆产能上持续扩张,随着14nm量产以及更先进制程的研发,预计市场走势会更佳。

图99:中芯国际收盘价3.6%4.3%4.0%4.20%4.10%38.7%46.0%38.6%35.80%35.00%7.3%7.4%6.5%6.60%6.20%1.7%2.2%1.7%1.30%1.50%23.0%21.8%26.2%29.30%31.00%20.3%15.3%19.2%18.50%16.20%5.4%3.0%3.8%4.30%5.00%1.00%0%20%40%60%80%100%2018Q42019Q12019Q22019Q32019Q40.25/0.35μm0.15/0.18μm0.11/0.13μm90nm55/65nm40/45nm28nm14nm0.005.0010.0015.0020.0025.0030.002010201120122013201420152016201720182019研发支出(亿美金)资本支出(亿美金)行业报告|行业深度研究55资料来源:Wind、天风证券研究所从估值看中芯国际PE也有走低趋势,PB则有提升趋势。

图100:中芯国际PE-Band资料来源:Wind、天风证券研究所图101:中芯国际PB-Band资料来源:Wind、天风证券研究所6.7.华虹半导体华虹半导体是全球领先的特色工艺纯晶圆代工企业,是华虹集团的一员,而华虹集团是国家“909”工程的载体,是以集成电路制造为主业、面向全球市场、具有自主创新能力和市场竞争力的高科技产业集团。

2017年,华虹半导体在纯晶圆代工市场份额排名第六,市场份额总排名(包括IDM和纯晶圆代工厂)排名第七。

0.000005.0000010.0000015.0000020.000002016-12-072017-12-072018-12-072019-12-07中芯国际收盘价(港元)行业报告|行业深度研究56华虹半导体营收持续增长,主要得益于企业业务MCU、IGBT、MOSFET等产品的需求增加。

根据IHS统计,前十名的晶圆代工厂中,华虹半导体是唯一一家从2016-2018年连续三年增长率保持10%以上的晶圆厂。

企业在2018年之前毛利率连续六年保持增长,19年略有下降,主要由于产能利用率下降所致,但依旧连续五年保持毛利率超过30%。

图102:华虹半导体各项指标资料来源:Wind、天风证券研究所华虹半导体在上海有三座8英寸(200mm)晶圆厂(华虹一厂、二厂及三厂),月产能约18万片;同时在无锡高新技术产业开发区内建设一条月产能4万片的12英寸(300mm)集成电路生产线(华虹七厂)。

表15:华虹半导体晶圆厂千片晶圆/月2018Q42019Q12019Q22019Q32019Q41号晶圆厂(200mm)65656565652号晶圆厂(200mm)59606060603号晶圆厂(200mm)50505050537号晶圆厂(300mm)----10总估计月产能(折合8寸)174175175175201付运晶圆531446489524515产能利用率96.7%87.3%93.20%96.50%88.00%资料来源:华虹半导体2019Q4业绩发布、天风证券研究所由于华虹1、2、3厂早已稳定投入生产,因此晶圆产能保持稳定,19Q4在无锡厂开始生产后,产能提升较大。

华虹产能利用率波动较大,19Q4产能利用率下降主要是因为华虹目前处于产能扩张阶段,12寸产线处于产能爬坡阶段,产能利用率低,部分产品由8寸转移到12寸,因此综合后总体产能利用率低。

随着后续无锡厂产能逐步扩张,产能利用率会逐渐上升。

在晶圆单价方面,企业晶圆单价逐年提升,反映了市场的供需情况,需求回升带动价格回升,行业景气度在上升。

图103:华虹半导体每月产能及产能利用率0.00%5.00%10.00%15.00%20.00%25.00%30.00%35.00%40.00%0.002.004.006.008.0010.0012.00201120122013201420152016201720182019营业总收入(亿美金)净利润(亿美金)销售毛利率(%)销售净利率(%)17417517517520196.70%87.30%93.20%96.50%88.00%82.00%84.00%86.00%88.00%90.00%92.00%94.00%96.00%98.00%1601651701751801851901952002052018Q42019Q12019Q22019Q32019Q4每月产能(千片)产能利用率行业报告|行业深度研究57资料来源:华虹半导体2019Q4业绩发布、天风证券研究所图104:晶圆片单价变化资料来源:华虹半导体2019Q4业绩发布、天风证券研究所华虹半导体提供多种1.0μm至90nm技术节点的可定制工艺选择,企业注重成熟制程上产品多样性的发展。

图105:华虹半导体营收结构按制程划分资料来源:华虹半导体2019Q4业绩发布、天风证券研究所企业的嵌入式非易失性存储器技术具有高度的安全性、可靠性、成本效益及技术精细度,令华虹半导体成为智能卡及微控制器等多种快速发展的嵌入式非易失性存储器应用的首选晶圆代工企业之一。

在功率器件技术方面企业亦拥有强大的能力和丰富的量产经验,拥有一座专门制造功率器件产品的晶圆厂。

图106:华虹半导体营收结构按产品分类38.30%38.20%32.10%49.70%35.90%14.60%11.60%10.90%15.00%12.60%1.30%1.10%0.90%1.40%1.30%45.80%49.10%56.10%49.70%50.20%0%20%40%60%80%100%2018Q42019Q12019Q22019Q32019Q40.13um及以下0.15/0.18um0.25um0.35um行业报告|行业深度研究58资料来源:华虹半导体2019Q4业绩发布、天风证券研究所在资本支出方面,华虹半导体在19年资本支出激增,占总营收比例高达91.02%。

2019年资本支出9.22亿美金,投入华虹无锡达7.91亿美金,占比达85.8%。

随着华虹无锡一期项目产能持续释放,以及二期项目开工,预计在该项目上将产生更多的资本支出,高投入意味着高产出,预计未来完全量产后对营收会有较大贡献。

图107:华虹半导体的资本支出及资本与营收比资料来源:Wind、天风证券研究所从行情看,华虹半导体在18年股价波动较大,总体呈现波动上升趋势。

图108:华虹半导体收盘价资料来源:Wind、天风证券研究所从估值上看,华虹半导体PB和PE估值均有上升趋势。

图109:华虹半导体PB-Band39.90%38.40%34.60%36.30%40.30%34.90%37.90%40.20%39.10%36.20%12.60%10.80%14.50%13.50%12.50%11.10%11.00%9.40%9.80%9.50%1.40%1.80%1.20%1.30%1.40%0.10%0.10%0.10%0.10%0.10%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2018Q42019Q12019Q22019Q32019Q4嵌入式非易失性存储器分立器件模拟与电源管理逻辑与射频独立非易失性存储器其他0.950.590.350.801.831.731.382.309.2215.25%10.05%5.82%11.71%27.44%23.51%16.81%24.34%91.02%0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%60.00%70.00%80.00%90.00%100.00%0.002.004.006.008.0010.00201120122013201420152016201720182019资本支出(亿美金)资本支出/营业总收入0.000005.0000010.0000015.0000020.0000025.0000030.0000035.000002016-12-072017-12-072018-12-072019-12-07华虹半导体收盘价(港元)行业景气度下降需求强劲、产能利用率高、企业毛利高,盈利能力强行业报告|行业深度研究59资料来源:wind、天风证券研究所图110:华虹半导体PE-Band资料来源:Wind、天风证券研究所6.8.晶圆代工企业估值对比晶圆代工属于资本密集、研发密集型行业,大部分企业处于产能建设和爬坡阶段,且折旧摊销成本较高,因此行业内通常采用PB估值,其中台积电的PB估值明显高于其他三家厂商。

图111:各晶圆制造厂PB对比资料来源:Wind、天风证券研究所台积电、联电、中芯国际、华虹半导体PBvsROE水平基本位于相同趋势线上。

012345672016-022016-042016-062016-082016-102016-122017-022017-042017-062017-082017-102017-122018-022018-042018-062018-082018-102018-122019-022019-042019-062019-082019-102019-122020-02TSM.N2303.TW0981.HK1347.HK行业报告|行业深度研究60图112:晶圆代工企业PBvsROE资料来源:Wind、天风证券研究所风险提示:因为疫情持续发展,全球未来具体复工情况以及消费情况非常不明朗,半导体产业供需两端都难以预测;中美贸易战持续升温,美国加大对HUAWEI的禁售,以及台积电近期取消HUAWEI的订单都加大了半导体产业链的不确定性;5G的建设和商用也不如预期,导致半导体产业链中上游可能受影响;疫情过后,我国宏观经济依旧下行,下游需求疲软。

0.00005.000010.000015.000020.000025.00000.00001.00002.00003.00004.00005.00006.0000ROEPBTSMCHuaHongSMICUMC行业报告|行业深度研究61分析师声明本报告署名分析师在此声明:大家具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力,本报告所表述的所有观点均准确地反映了大家对标的证券和发行人的个人看法。

大家所得报酬的任何部分不曾与,不与,也将不会与本报告中的具体投资建议或观点有直接或间接联系。

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因此,投资者应当考虑到天风证券及/或其相关人员可能存在影响本报告观点客观性的潜在利益冲突,投资者请勿将本报告视为投资或其他决定的唯一参考依据。

投资评级声明类别说明评级体系股票投资评级自报告日后的6个月内,相对同期沪深300指数的涨跌幅行业投资评级自报告日后的6个月内,相对同期沪深300指数的涨跌幅买入预期股价相对收益20%以上增持预期股价相对收益10%-20%持有预期股价相对收益-10%-10%卖出预期股价相对收益-10%以下强于大市预期行业指数涨幅5%以上中性预期行业指数涨幅-5%-5%弱于大市预期行业指数涨幅-5%以下天风证券研究北京武汉上海深圳北京市西城区佟麟阁路36号邮编:100031邮箱:research@tfzq.com湖北武汉市武昌区中南路99号保利广场A座37楼邮编:430071电话:(8627)-87618889传真:(8627)-87618863邮箱:research@tfzq.com上海市浦东新区兰花路333号333世纪大厦20楼邮编:201204电话:(8621)-68815388传真:(8621)-68812910邮箱:research@tfzq.com深圳市福田区益田路5033号平安金融中心71楼邮编:518000电话:(86755)-23915663传真:(86755)-82571995邮箱:research@tfzq.com

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