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芯片行業現狀與未來以及中國芯突圍方向

1. 中美矛盾背后實為世界經濟地位的爭奪

隨著中國經濟高速發展,中國經濟占世界體量比重逐步提升,從不足2%上升至2017年15.12%,而美國經濟比重在逐步降低,從40%下降至2017年27.08%。中國經濟在穩步追趕美國,中國GDP增速持續維持6%以上,美國GDP維持2%水平,如果中國維持6%增速,美國維持2%增速,十多年后中國GDP將超越美國成為全球最大經濟體。

2. 中美貿易逆差背后是高科技的管制和禁運

中國研發支出占比逐步提升,已達到2%比例,接近美國2.5%,表明中國科技投入力度越來越大,最終將不輸歐美國家。美國限制高科技產品出口中國,中美之間呈現出中國高科技產品大幅順差。美國對中國的出口主要以農產品和飛機、汽車等產品為主。美國對中國的技術管制由來已久,既想共享中國的發展紅利,又不想讓中國掌握先進和高端技術。

3. 步步施壓,美國對中國貿易戰逐步升級

從2018年301調查到中興、晉華事件,再到關稅升級和華為事件,表明中美沖突不僅僅在貿易層面,而是美國試圖通過限制貿易和打壓高科技公司來達到限制中國發展的目的。

4. 美國通過長臂管轄對華為實施綜合打擊

市場端:限制華為進入美國市場。2018年1月,美國最大的無線電通訊公司Verizon放棄銷售華為Mate 10 Pro,美國第二大移動運營商AT&T取消在美銷售華為手機。2018年3月,美國最大電子產品零售商百思買停牌華為產品。

供給端:2019年5月15日,美國總統特朗普簽署行政命令,要求美國進入“緊急狀態”,美國商務部將把華為及70家關聯企業列入列入出口管制的所謂實體清單。這項禁令適用于那些擁有25%或更多源自美國的技術或材料,并可能影響非美國公司的商品。

5. 中美貿易沖突上升為技術高地爭奪戰,芯片自主可控是唯一出路

中美科技競爭日趨激烈,中美關系進入新時期對抗階段,技術管制會愈發增多。中興晉華事件表明沒有自主可控技術儲備將面臨“斷糧”“卡脖子”風險。華為事件始末:從最初歐美企業和技術組織的相繼順從表態,到中間華為堅定迎戰和啟動備胎計劃,到后來國際組織陸續恢復華為會員身份,美國商務部兩度推遲針對華為的禁令。華為事件案例表明中國企業在科技領域唯有充分實現芯片供應鏈的自主可控方能應對國際形勢突變形成的危機。

6. 中國大陸半導體發展快速但自給率依舊較低

中國半導體產業起步晚但發展迅速,連續多年保持兩位數以上增速,顯著高于全球增速。集成電路三大產業均保持穩定增長。大陸半導體市場高增長主要源于大陸處于產業成長初期,在龐大產業需求缺口刺激下產業投資和產出均表現快速增長。

雖然大陸集成電路產業發展迅速,但中國集成電路進出口差額依舊在擴大,這是由于大陸半導體需求尤其高端產品需求繼續在增長,而大陸集成電路產品更多在中低端,芯片進口依賴局面并沒有改變,中國仍受缺芯的困擾。

中國已經成為全球最大的半導體市場,但中國半導體自給率依舊非常低。2017年中國半導體消費額1315億美元,占全球32%,但芯片自給率僅10%左右。

8. 海外半導體公司領先全球,缺乏中國企業身影

DIGITIMES數據顯示2018年上半年全球15大半導體公司全部為歐美、日韓和臺灣公司,中國大陸沒有公司入圍。大陸作為全球最大市場卻沒有巨頭的公司,表明大陸半導體產業進口替代空間非常巨大,同時也面臨很大的挑戰,行業落后是不爭的事實。

從全球領先企業格局來看,從事存儲和邏輯電路的企業相對靠前,與半導體細分行業市場規模匹配。存儲以三星、SK海力士、美光為代表,邏輯電路以Intel、博通、高通為代表,晶圓代工以臺積電為代表,模擬和分立器件以TI、英飛凌、NXP為代表。

9. 下游產品多樣,集成電路市場規模最大

半導體分類:主要分成分立器件、集成電路、光電器件、傳感器幾大類。

集成電路是半導體產業最大的市場,也是應用最廣泛的市場,市場份額占比超過80%。

細分產品方向:存儲和邏輯電路份額最大,二者占比超過50%。

10.數字電路實際發展路徑與摩爾定律理論軌跡契合

摩爾定律:集成電路芯片上所集成的電路的數目,每隔18個月就翻一倍;器件尺寸縮小70%可以降低50%的成本。真實的晶體管密度發展規律遵循摩爾定律。摩爾定律更多是經濟規律而不僅僅是技術規律。

以TSMC、Intel為代表的企業在摩爾定律的驅使下不斷提高晶體管密度,良好的經濟效益促使這些企業成長為世界領先企業。

隨著器件尺寸越來越小,逼近物理極限,摩爾定律將出現放緩的局面,新的發展規律呼之欲出。

摩爾定律演進過程中所未開發的部分還有提升空間如功率器件、MEMS和傳感器、RF器件等多樣化功能的非數字器件或電路等。另外是系統集成方式上創新,系統性能提升不再單純依靠晶體管特征尺寸縮小,而是更多地依靠電路設計以及系統算法優化。

事實證明晶閘管、IGBT等功率器件制程無法有效遵循摩爾定律,功率器件下游市場追求可靠性與品質,物理特性也決定高壓器件CD無法過小。

延續CMOS的整體思路,在器件結構、溝道材料、連接導線、高介質金屬柵、架構系統、制造工藝等方面進行創新研發。由傳統的“性能 驅動的制程進化”轉變為“由功耗驅動的制程進化”。

11.半導體產業鏈分工協作模式

全球集成電路產業鏈發展模式分為兩種:1.設計-制造-封測一體化的IDM模式;2.設計-制造-封測分工協作模式。

臺積電的誕生加速了全球集成電路產業分工協作。晶圓專業代工激發了上游IC設計商的爆發,降低了IC產業進入的門檻,刺激了產業設計和 應用創新,加速了IC產品的開發周期,成本的降低也大規模拓展了IC的下游應用?,F在半導體行業多數采用Fabless(無工廠芯片供應商)+Foundry(代工廠)模式,Fabless只負責芯片的電路設計與銷售,Foundry只負責制造、封裝或測試的其中一個環節。

IC設計公司以高通、博通、華為海思為代表,IC制造環節臺積電獨占鰲頭;

12.半導體產業鏈一體化模式(IDM)

IDM(Integrated DeviceManufacture)模式:集芯片設計、芯片制造、芯片封裝和測試等多個產業鏈環節于一身,優勢是可將設計、制造等環節協同優化,有助于充分發掘技術潛力;缺點是公司規模龐大,管理成本高。國內僅有極少數企業能夠維持這種模式。

國際知名數字IC設計企業中以英特爾和三星代表為IDM模式,三星晶圓廠除了滿足自身需求,也還進行晶圓代工業務,業務規模僅次于臺積電。

其余采用IDM模式的多數都為功率IC廠商,其中恩智浦和英飛凌都以車用半導體業務作為成長主力,意法半導體的成長動力來源相比較為平均。

13.國內部分半導體企業發展IDM模式

中國企業IC的設計能力與制造能力相對都弱于海外,數字集成電路領域目前沒有國內公司能同時兼有設計、制造與封測的能力,紫光集團正在朝著這個方向打造。少數幾家能實現IDM模式的國內企業均為功率半導體公司。這些公司在公司實力、產能規模和盈利水平上與海外廠商差距巨大。目前國內IDM廠商以6-8寸線為主,國際IDM企業以8-12寸產線為主。

聞泰科技通過收購安世半導體成為國內最大的IDM企業,安世半導體的分立器件、邏輯芯片和小信號MOSFET器件的市占率均位于全球前三,銷售網絡遍布全球,客戶包括蘋果、三星、博世、華為等企業。

14.IC設計領域國內少數企業走向國際一流舞臺

DIGITIMES數據顯示,全球領先公司有大陸地區的華為海思上榜,華為海思躋身前五,34.2%的增速是所有廠商中最高的,這也使得其超過AMD,成為全球第5大FablessIC設計公司。這也表明大陸IC設計產業已經具備追趕國際領先公司的能力,未來將涌現更多的大陸公司。

雖然國內有海思這樣的優秀企業,但整體IC設計產業依舊以美國公司為主導,美國占了全球IC設計份額的53%,中國占比11%,差距明顯。

15.大陸IC設計業發展迅速但自給率偏低

中國大陸IC設計業伴隨國內經濟快速發展和政府大力支持發展迅速,2018年中國大陸IC設計類企業銷售收入合計已超2500億元,連續4年保持兩位數以上的增速。

隨著近幾年政策推動以及產業資金的推動,自2016年以來中國IC設計企業數量有了顯著增加,2018年已有1698家IC設計企業,同比增長超20%。

雖銷售收入和企業數量都在保持高速增長,但半導體芯片自給率仍然偏低,我國芯片進出口差額依舊在繼續擴大。

16.大陸IC設計業發展迅速但總體小而分散

集邦咨詢數據顯示,中國大陸營收2018年數據顯示僅三家公司營收過百億,并且華為海思一家公司遙遙領先,海思營收雖達到500億元,但與國際領先的高通、博通超1000億元的營收差距依舊很大。

從產品類型上來看,除華為海思的麒麟、巴龍等系列產品技術上可達到國際水平之外,能躋身世界前列的還有豪威科技的CMOS產品,匯頂科技的指紋芯片,瀾起科技的內存接口芯片等,但其余大多數在CPU、GPU、FPGA、存儲、模擬電路等領域產品和國際水平都存在較大的差距。

17.大陸IC設計業發展瓶頸—EDA

在芯片設計的環節中,EDA等設計軟件是必不可少的工具。設計者使用硬件描述語言(Verilog HDL)完成設計文件,通過EDA軟件自動邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優化、布局、布線和仿真。芯片設計分為前端設計(也稱邏輯設計)和后端設計(也稱物理設計),后端設計完成之后就便交給芯片代工廠在硅片上做出實際的電路。

全球做EDA的廠商約六七十家,但核心只有Synopsys、Cadence及Mentor三家公司,共壟斷了國內95%、全球65%的市場份額。

18.EDA國內已有涉足,但缺乏產業鏈應用

我國EDA技術起步較早,但是沒有上下游產業的協同,發展較為緩慢。

目前只有華大九天的規模較大,擁有三大EDA解決方案,數?;旌螴C設計全流程EDA解決方案、SoC設計優化EDA解決方案及面向IC、FPD制造業的EDA解決方案,其數?;旌显O計平臺可以支持到40nm設計節點。其余還有廣立微、芯禾科技、藍海微、九同方微、博達微、概倫電子、珂晶達、創聯智軟等企業有EDA產品,但普遍是針對特殊需求的專用工具類型,產品不夠全。我國現存10余家EDA公司2018年銷售額累計3.5 億元,占全球份額不足1%,與國際巨頭之間的距離還非常巨大。

19.大陸IC設計業發展瓶頸—芯片底層架構

X86架構和ARM架構雙雄稱霸全球

目前芯片架構主要分為兩大陣營:一個是以intel、AMD為首的基于復雜指令集的架構X86架構,另一個是以IBM、ARM為首的精簡指令集ARM/MIPS/Power架構

X86架構在個人計算機芯片和服務器芯片中占絕對主導:2018年臺式機CPU市場 Intel銷售量占比84.2%,AMD銷售量占比15.8%;筆記本市場Intel銷售量占比87.9%, AMD銷售量占比12.1%;服務器芯片Intel幾乎獨享市場。2018年服務器市場Intel銷售量占比96.8%,AMD銷售量占比3.2%;

ARM架構在移動設備和物聯網設備芯片中占絕對主導:其中在手機、汽車電子及IoT 等領域中具備絕對的話語權,ARM架構芯片占手機市場份額約90%;

此外還有MIPS、Power、Alpha以及開源的RISC-V等芯片架構在不同的領域各有應用。

20.“自主芯片”并非“自主可控”

根據國內廠商采用芯片架構的格局來看,采用X86架構的芯片都不能“自主可控”,因為一旦授權停止將面臨受制于人的困境。

ARM授權分兩種:授權處理器IP和授權處理器架構。后者授權方式可以允許合作伙伴自主研發,屬于“自主可控”的范圍。海思、展訊和飛騰都屬于獲取ARM架構授權的公司,在當前授權版本上將不再受制于人。

21.芯片架構的困境在于應用生態

應用生態對芯片架構的發展有著極其重要的影響,下游設備的軟件系統與硬件適配是核心價值鏈。Intel X86架構處理器獨霸全球就在于不僅構建技術壁壘,還構建市場和軟件的客戶生態壁壘。而ARM架構同樣是抓住移動互聯網的機遇構筑一套自己的商業生態體系。

龍芯的指令集完全兼容MIPS32和MIPS64的指令集,并在此基礎上開發了屬于自己的指令,現階段龍芯已永久買斷MIPS指令的使用授權,技術可以做到自主可控,但龍芯缺乏下游應用廠商,無法建立商業生態,至今仍未發展壯大。

22.ARM在移動設備領域大放異彩

ARM的授權方式也給了國內芯片設計廠商突破的機會。根據性能測試分數排行,海思的麒麟芯片性能已在全球各類芯片前十名占據3位名額,同時海思的各類手機芯片在中國已能占據五分之一的席位,雖距離高通半壁江山的市占率還有不少距離,但若中美貿易摩擦持續,海思芯片在國內市場占有率將會進一步上升。

潛在風險:雖海思已經獲得ARMv8的永久授權,可以在此基礎上完全自主的設計芯片,短期2-3年影響較小,但是如果美國制裁升級,華為未能獲得ARM新版本授權,將會對海思后續芯片迭代升級形成較大影響,不過華為也正在積極開發自己的IP和培養國內IP廠商以應對可能出現的危機。

23. RISC-V架構在AI、物聯網領域或有“芯機遇”

相比于ARM高額的授權費、命途多舛的MIPS,象征著自主可控的開源的RISC-V正成為國產芯片的“芯機遇”。

機遇:X86在PC、服務器領域的生態以及ARM在手機的生態難以超越,但是在AI、物聯網領域尚未構建完整的生態壁壘,物聯網應用的碎片化特性使得RISC-V和物聯網十分契合,更容易擺脫X86和ARM生態的影響;在AI領域,傳統 ARM 架構擅長的 general purpose 不一定適合AI芯片,因為不同的 AI 芯片強調的功能不一樣,有些是語音,也有些是其他方面,像是 RISC-V 這種彈性的架構比較容易讓芯片客制化。

國內進展:國內華為、中興等大企業以及部分中小企業如C-SKY在RISC-V開發上已經取得一定進展,2019年7月25日,阿里“平頭哥”發布玄 鐵910,采用RISC-V架構,支持16核,單核性能達到7.1Coremark/MHz,主頻達到2.5GHz,比目前業界主流的RISC-V處理器性能高40%以上, 可以用于5G、人工智能、網絡通信、自動架構等領域。

24.豐富的下游應用推動不同類型芯片的產生

隨著應用場景的增加,具體執行不同功能的芯片也越來越多,如應用于PC、服務器、手機等設備的中央處理器CPU,應用于圖像處理、深度學習的GPU,內含數字信號處理模塊的DSP,以及基帶芯片、存儲芯片、射頻芯片等。

不同廠商產品側重于不同的芯片設計,有些芯片如手機處理器AP、基帶芯片等產品大陸公司已經躋身世界前列,而有些產品如計算機CPU、 FPGA、GPU等國內則出現空白或大陸廠商被全面壓制的場景。

以下將按照不同類型的芯片逐一分析國內外廠商的格局。

  • CPU(中央處理器):由于X86架構生態的限制,在個人PC處理器領域,目前Intel和AMD已經成為全球CPU寡頭。Intel占據約九成的市場,AMD則收下其余市場份額;服務器領域依然由Intel和AMD 統領市場,不同的是由亞馬遜、華為海思各自推出基于ARM架構的服務器芯片也正在建立生態。海思的鯤鵬系列芯片主要應用于自身服務器等應用,將帶動新的參與者加入這個領域,市場有望進一步打開。

手機處理器芯片領域,高通中國市場占有率約50%,海思和聯發科在中國市場各占約20%

  • GPU(圖形處理器):主要作為顯卡的計算核心解決圖形渲染的問題。相比于CPU,GPU的算數邏輯單元(ALU)更多,高達數千個,可同時并行處理數以千計的數據;而CPU一般最多只有8核,一般用來處理運算量較為復雜的計算數據。圖形渲染時需要將大量的3D坐標轉變成2D坐標,每一個單獨的位置都要計算其坐標,雖坐標計算并不復雜,但其巨大的數據量是CPU無法承載的。如果使用CPU計算則不僅浪費了其ALU的巨大算力,而且其并行數據處理能力也不夠。

GPU非常適用于進行深度學習,深度學習是人工智能具體實現的一種算法,通過對大量輸入數據進行歸納總結并提取特征,從而進一步識別新輸入的數據。例如計算機視覺需要識別畫面中的某物品,就需要提前學習無數張該物品的照片并提取其特征,GPU強大的并行數據處理能力就可以完美的解決這個問題。

電腦端集成顯卡GPU:市場主要由Intel、英偉達和AMD占有,其中Intel的市場占有率最高,約三分之二;

獨立顯卡GPU:主要包括英偉達和AMD,自2015年以來英偉達市場份額不斷被AMD追趕,但2018年8月英偉達發布了RTX2000系列顯卡之后便重拾市場份額;

移動設備GPU:市場主要包括五家公司,按市占率排名分別為:Imagination、ARM、高通、Vivante、英偉達。

云平臺的GPU(AI芯片):多數以英偉達為主,AMD也占據一定的市場份額。

國內在 GPU 芯片設計方面,還處于起步階段,與國際主流產品尚有一定的差距,只能用于圖形顯示領域,比如國內領先的GPU制造商景嘉微最新款產品在2018年9月流片的JM7200的對比對象是2012年NVIDIA推出的GT640,顯著優于后者的參數只有功耗。在高性能GPU方面, 如人工智能深度學習需要的GPU等領域國產化市場幾乎空白。

除景嘉微之外,中船系研制的凌久GP101于2018年2月流片成功,支持4K 分辨率、視頻解碼和硬件圖層處理等功能;西郵微電子2015年12 月研制成功GPU芯片“螢火蟲1號”,主要作為學術課題。

此外,中科曙光與AMD進行深度合作,計劃布局GPU領域,但中科曙光2019年6月進入美國“實體名單”,合作充滿變數。

  • FPGA(現場可編程門陣列):FPGA具有靜態可重復編程和動態在系統重構的特性,使得硬件的功能可以像軟件一樣通過編程來修改。相比于 ASIC的定制化、不可改變,FPGA具有可重復配置的特點,理論上允許無限次編程。

目前FPGA領先公司全部為美國公司,全球FPGA市場中,Xilinx、Intel(Altera)兩大公司對FPGA的技術與市場仍然占據絕對主導地位。2016年兩家公司占有將約87%市場份額,專利達6000余項之多。FPGA在芯片行業門檻很高的類別,是一個技術密集型的行業,沒有堅實的技術功底,很難形成有競爭力的產品。巨頭構筑了強大的技術、市場和專利壁壘,這也是FPGA市場多年來被Xilinx、Intel(Altera)、 Lattice、Microsemi基本壟斷的原因。

FPGA是全球芯片設計業最需要技術和壟斷突破的產品之一,在所有的芯片領域中屬于最難以突破和打破格局的技術產品,國際巨頭提前布局的專利保護對后來者形成了強大的市場壁壘。國內的FPGA與國際廠商有兩代半的工藝線差距。國際廠商已量產16nm產品,國內廠商目前只做到40nm,28nm產品還在推進階段。

中國背景私募股權基金CanyonBridge收購Lattice被特朗普叫停,在新的中美沖突背景下,中資收購美國芯片公司變得更加困難。因此國內FPGA只能依靠自主發展,國內企業已陸續發力該領域,國內在通訊和AI芯片等領域有龐大的FPGA需求,同時有政策的呵護,國內廠商迎來發展機遇,但道路漫長,需要技術和市場雙重配合。

  • ASIC芯片—海外廠商領先,但尚未形成壟斷

ASIC(專用集成電路)是一種高度定制化并且不可重新配置的產品,通過對于特定應用領域的高度定制化來實現高性能、低功耗的雙重目標。ASIC的特點是面向特定用戶的需求,品種多、批量小。設計過程中不使用現有的庫單元,可實現最佳布線布局、最優的速度功耗,與通用集成電路相比具有體系更小、重量更輕、功耗更低、性能更高等特點。缺點是初始設計投入大,上市速度較慢,針對性的設計會限制芯片的通用性。

目前國外主要以谷歌為主導,國內主要是寒武紀。人工智能領域的ASIC 專用芯片仍是一片藍海,尚未出現足以壟斷市場的巨頭公司。

在 ASIC 芯片領域,國內廠商已經取得了一定成績。以比特大陸、嘉楠耘智為代表的礦機廠商采用的ASIC芯片已經達到了7nm制程,在國際中處于較先進地位。寒武紀科技推出的寒武紀1A處理器(Cambricon-1A)是世界首款商用深度學習專用處理器,面向智能手機、安防監控、可穿戴設備、無人機和智能駕駛等各類終端設備,在運行主流智能算法時性能功耗比全面超越CPU和GPU。

國內各大科技互聯網巨頭都在投資布局ASIC芯片。2018年9月阿里巴巴成立平頭哥半導體芯片公司,其開發的自主嵌入式CPU在語音識別、機器視覺、無線連接、工業控制和汽車電子等領域已得到規?;膽?,終端產品累計應用已超10億顆。2019年4月,小米公司將旗下子公司重組,成立大魚半導體,專注于AI和IoT芯片與解決方案的技術研發。隨著未來人工智能與物聯網的潛能釋放,ASIC芯片將打開更大的市場空間。

發展機遇:ASIC芯片存在競爭空間,國內應用市場較大,有望以點及面助力AI芯片彎道超車。如果說在芯片產業上ARM對X86架構的反擊制衡成就于移動終端的興起,那么AI浪潮之下,AI芯片尤其是專用于深度學習的ASIC,用以點及面的方式實現跨越式發展,未嘗不是一個彎道超車的好機會。

競爭空間上,傳統的CPU領域有Intel、高通,GPU領域有英偉達,FPGA中有Xilinx和Altera,唯有與AI計算最為定制化結合的ASIC領域尚未有絕對的壟斷性龍頭;應用場景上,智能手機、可穿戴設備、安防前端等均可能成為ASIC芯片落地放量的先行地。AI芯片尤其是ASIC芯片由于其低功耗高效率的特點特別適用于功耗較低,空間較小的智能手機、智能安防攝像頭、智能家居、無人機等智能終端,這些領域可能成為ASIC芯片率先放量之處。

  • 存儲芯片—海外龍頭占據絕大部分市場

半導體存儲器分為隨機存儲器RAM和只讀存儲器ROM,通俗來講ROM在系統停止供電的時候仍然可以保持數據,而RAM在就會丟失數據。

RAM:分為靜態隨機存儲器SRAM和動態隨機存儲器DRAM,SRAM的速度非???,但價格昂貴,一般只用在較為苛刻的環境下,比如CPU的一級緩沖和二級緩沖;而DRAM速度相對較慢,在價格方面要比SRAM便宜很多,計算機的內存條是典型的DRAM。

ROM:從早期的不可擦除PROM、用紫外光擦除的EPROM,到電子擦除的EEPROM,發展到現在的Flash。Flash分為NORFlash和NAND Flash兩種,NOR Flash裝載的代碼可直接運行;NAND Flash沒有采取內存的隨機讀取技術,NAND Flash上的代碼不能直接運行,常用的U盤、SSD固態硬盤都是 NANDFlash,SSD固態硬盤市場的發展給NAND Flash帶來巨大增量。

部分類型的存儲器市場國內企業已取得一席之地,如SRAM的巨頭是賽普拉斯和ISSI,而ISSI已被北京君正收購;NOR Flash的市場格局較為平均,隨著競爭加劇,國際巨頭紛紛退出低端NORFlash,兆易創新目前在整體NOR Flash市場占據了約8%的份額。但是在市場最大的DRAM和NAND Flash市場,海外企業占絕對主導,而國內企業的份額則非常少。

在存儲器領域,部分國內廠商已在某些領域步入世界舞臺,但在多數領域還都處于落后于國外先進企業的狀態。

RAM方面:北京君正收購了矽成之后,將擁有全球領先的SRAM市場與技術水平,矽成在DRAM領域雖市場占有率不高,但其在該領域的排名也在前列,是大陸唯一可在全球范圍內大規模生產銷售工業機械RAM的企業;此外,兆易創新與合肥產投合作投資合肥長鑫項目,布局19nm DRAM,目前已經成果投片,預計2019年底將要正式量產;

Flash方面:兆易創新是NOR Flash的龍頭,主要聚焦于低容量NOR,但現正向高容量NOR領域擴展;長江存儲的3D NAND Flash發展較好,64 層的3D NAND Flash已經研發成功,即將量產。

  • 內存接口芯片

內存接口芯片負責連接CPU與內存,作用是承擔CPU與內存之間的數據交換。內存接口芯片資格認證壁壘較高,需要經過CPU廠商、內存供應廠商以及服務器廠商的三重認證,目前國際從事研發并量產服務器 DDR4內存接口芯片的主流廠商有3家公司,分別是Rambus、瀾起科技和 IDT。

瀾起科技經營模式為Fabless,上下游均為國際領先的廠商,上游供應商包括括富士通電子、聯華電子、臺積電,封裝測試供應商包括星科金朋、矽品科技,公司主要客戶為三星、海力士、鎂光等,內存接口芯片的產品毛利率達到70.82%,在內存接口芯片市場位列全球前二。公司發明的DDR4全緩沖“1+9”架構被采納為國際標準?,F已成為全球可提供從DDR2到DDR4內存全緩沖/半緩沖完整解決方案的主要供應商之一,此外,公司正在積極開展DDR5的研發工作,并參與DDR5 JEDEC標準的制定,預計將于2020年底完成第一代DDR5內存接口芯片的研發。

  • 圖像處理類芯片

圖像處理芯片包括兩種:①傳感器芯片,將光信號轉變成電信號,主要有兩種類型,CMOS和CCD,CMOS Image Sensor縮寫為CIS,約占傳感器芯片市場的99%以上;②視頻處理芯片,將電信號處理為數字信號。

 CIS領先廠商主要有索尼、三星、豪威科技(被韋爾股份收購)等。公告顯示,2018年豪威科技圖像傳感器營收82.32億元人民幣,約12.24億美 元;同年索尼同類產品營業額為711.4億日元,約66.89億美元。

除豪威科技之外,國內CIS相關的企業還有格科微、思比科、比亞迪微電子、富瀚微、長光辰芯、銳芯微等。格科微曾是國內CMOS企業龍頭,出貨量曾排國內第一、世界第二,但后期進軍高端市場失敗,低端市場也受到同類廠商的沖擊;思比科也由韋爾股份控股,主打低端CMOS領域。

視頻處理芯片:是指將攝像頭拍攝到的畫面信號進行編碼壓縮轉換成視頻,主要應用于相機、VR設備、汽車、安防監控、無人機以及可穿戴設備等領域。未來計算機視覺芯片將成為主流,即自動識別畫面中的人、物。技術水平要求最高的是在安防領域。

視頻處理芯片的主要廠商包括華為海思、安霸Ambarella和富瀚微,國內廠商在視頻處理芯片領域已經走在世界前列,如華為海思的高端芯片性能已經完全不輸國外產品。市場占有率方面華為海思也占據了一半的市場份額。

富瀚微是國內最早進入安防攝像領域的企業之一,其主要產品為模擬攝像機視頻處理芯片,在該細分領域富瀚微占據一半以上的市場份額;富瀚微與??低暠3稚疃群献?,其網絡攝像機芯片業務得以快速提升;此外,富瀚微的業務正在積極布局汽車領域,在后裝市場已推出多款產品并穩定出貨,前裝市場公司已推出首款ISP芯片,并將應用于比亞迪量產車型。

  • 顯示驅動芯片

主流的顯示屏分為LCD與OLED,OLED按照技術可分為被動驅動式(PMOLED)和主動驅動式(AMOLED),其中AMOLED在智能手機的滲透率達到了90%。據CINNO研究估計,OLED驅動芯片的市場空間在2020年將達到23億人民幣,全部OLED驅動芯片的市場份額將達55億人民幣。

LCD驅動芯片的市場由韓國三星和臺灣聯詠科技掌握,作為國內最早布局圖像傳感器的企業,格科微的產品中也包括LCD驅動芯片。

AMOLED驅動芯片市場則被韓國三星和Magnachip占具了95%的份額,大陸廠商包括中穎電子和吉迪思。

中穎電子主要以工控單芯片、鋰電池管理芯片及OLED顯示驅動芯片為主,2018年3季度公司的FHD AMOLED顯示驅動芯片開始量產,隨著國產手機份額的增加,中穎電子必將享受國產AMOLED屏產業增長所帶來的商機。

  • 指紋識別芯片

指紋識別芯片:主要應用于手機、多媒體平板、筆記本電腦以及平板燈領域,其中手機占據指紋識別芯片約90%的市場,手機市場又分為蘋果和安卓兩大陣營。傳統的電容式指紋識別技術現已非常成熟,面臨著激烈的價格競爭。新的技術屏下指紋識別技術在2018年達到量產,成為高端安卓機的標配,CINNO Research預測,2019年全球帶有屏下指紋功能的OLED手機出貨量將大幅增長至2.2億部。

蘋果的指紋識別芯片由蘋果的子公司Authentec設計,產品不對外供應,與其他安卓系統的指紋識別芯片供應商不構成競爭關系;

安卓陣營的指紋識別芯片設計公司包括匯頂科技、FPC、新思、思立微以及臺灣的神盾等。匯頂科技的收入在安卓指紋識別芯片市場的占有率長居第一,匯頂科技的營業收入在2012年電容觸控業務以及2016年指紋識別業務爆發時出現大幅增長,在2019年屏下指紋識別方式逐漸成為主流的過程中必然會享受市場轉變所帶來的利潤增長。

  • 通信芯片

在交換機的整機市場,一直由思科掌握著約60%的市場,思科的交換機芯片大多數都為自研。除去思科的交換機,如惠普、戴爾、華為的交換機絕大多數都是采用博通的交換機芯片,被博通高度壟斷。除博通外,國外還有擎發(Nephos)、 Cavium XPliant、Barefoot Tofin和Innovium Teralynx等企業。

國內企業有盛科網絡,是由中國電子信息產業集團有限公司(CEC)和國家集成電產業基金共同投資的高新技術企業。

光芯片:國內產品主要集中在10Gb/s及以下的低速光模塊。根據《中國光器件產業發展線路圖(2018-2022)》,目前小于10Gb/s的光芯片國產化率達到80%,10Gb/s速率的光芯片國產化率接近50%,而25Gb/s及以上的速率的光芯片則高度依賴進口,國產化率僅3%

DFB芯片與EML芯片的核心技術主要掌握在美國、日本等國手中,核心廠商有Finisar、新飛通、Avago、Oclaro、瑞薩等廠商。目前,國內具有芯片量產能力的廠商有光迅科技、華工科技(子公司云嶺光電)、海信寬帶、武漢光安倫以及仕佳光電子等廠商。其中,光迅科技具備十多年的光芯片研發經驗,目前在國內領跑;華工科技(子公司云嶺光電)、海信寬帶等已具備量產能力。

在全球的25GDFB供應格局中,Oclaro和瑞薩是市場的主要供應商,兩者共占市場份額的70%左右;Avago和三菱占到市場份額的30%左右。其余 的主要廠商,例如Finisar、AOI、Lumentum等廠商具有生產線,主要用于自產。

  • DSP(數字信號處理技術):海外廠商占據絕大部分市場

DSP:內部采用程序和數據分開的哈佛結構,具有專門的硬件乘法器,可以用來快速的實現各種數字信號處理算法, DSP 己成為通 信、計算機、消費類電子產品等領域的基礎器件。DSP產品很多,定點DSP有200多種,浮點DSP有100多種。

DSP主要生產商:德州儀器(TI)、模擬器件公司(ADI)、摩托羅拉(Motorola)、 恩智浦(NXP)、杰爾系統(Agere Systems)

DSP中國生產商:中電14所、中電38所、湖南進芯電子、北京中星微電子、中科院等

“華睿1號”芯片:中電14所牽頭研制的國內首款具有國際先進水平的高端四核DSP芯片,采用65nm CMOS工藝,處理能力達到32GFMACS, 功耗為10W,總體性能優于國外同類型DSP芯片,填補了我國多核DSP領域的空白,目前已成功應用于我國十多型雷達產品中。

“魂芯二號A”芯片:2018年4月由中電38所發布,采用全自主體系架構,研發歷時6年,單核實現1024浮點FFT運算僅需1.6微秒,運算效 能比TI公司TMS320C6678高3倍,實際性能為其1.7倍,器件數據吞吐率達每秒240Gb??煽啃?、綜合使用成本等方面全面優于進口同類產品。作為通用DSP處理器,“魂芯二號A”將廣泛運用于雷達、通信、圖像處理、醫療電子、工業機器人等高密集計算領域。

  • 基帶芯片

在手機終端中,基帶芯片是信號處理的核心芯片。射頻芯片負責射頻收發、頻率合成、功率放大;基帶芯片負責信號處理和協議處理?;鶐酒譃?個部分:CPU處理器、信道編碼器、數字信號處理器、調制解調器和接口模塊。

目前主要廠商有高通、三星LSI、聯發科、華為海思、紫光展銳、Intel等?,F在三星和華為兩大廠商都能生產基帶芯片,蘋果和Intel與 2019年7月25日共同發布公告聲明蘋果將要收購英特爾智能手機基帶芯片業務,完成收購后全球的智能手機巨頭都將擁有基帶芯片生產能力。

華為基帶芯片:巴龍5000,基于7nm的5G多模終端芯片,該芯片的首款5G商用終端是華為5G CPE Pro。它不僅是世界上首款單芯片多模5G基帶芯片,同時還支持2G、3G、4G、5G合一的單芯片解決方案,能耗更低、性能更強。

展銳基帶芯片:春藤510,采用臺積電12nm制程工藝,支持多項5G關鍵技術,單芯片統一支持 2G/3G/4G/5G多種通訊模式,是一款高集成、高性能、低功耗的5G基帶芯片。

  • 射頻芯片

隨著移動通訊技術的變革,智能手機需要接收更多頻段的射頻信號,芯片用量持續增加。5G相對于4G,濾波器從40個增加至70個,頻帶從15 個增加至30個,接收機發射機濾波器從30個增加至75個,射頻開關從 10個增加至30個,載波聚合從5個增加至200個,PA芯片從5-7顆增加至 16顆,PA芯片單機價值量顯著提升:2G(0.3美元)à3G(1.25美元)à4G(3.25美元)à5G(7.5美元)。

市場規模:從2010年至2017年全球射頻前端市場規模以每年約13%的速度增長,2017年達130.38億美元,未來將以13%以上的增長率持續高速增長,2020年接近190億美元。

射頻芯片是移動通信系統的核心組件,主要起到收發射頻信號的作用,包括功率放大器(PA)、雙工器(Duplexer和Diplexer)、射頻開關(Switch)、濾波器(Filter)和低噪放大器(LNA)五個部分。從5大器件的營收占比來看,濾波器占了射頻器件營業額的約50%,射頻PA占約30%,射頻開關和LNA占約10%,其他占約10%。

Broadcom、Qorvo、Skyworks和Murata四家幾乎占據了80%的市場份額,被業內稱之為“四足鼎立”,其他海外供應商有Epcos、Peregrine、英飛凌、Semtech、NXP等。

就中國市場而言,Skyworks擁有大約50%的市占率,Qorvo占據40%左右,中國其他廠商只擁有5%的市場占有率。

在技術上,部分器件如LNA、PA、天線開關等已逐步實現國產化,例如唯捷創芯、 漢天下的PA已經能在4GPA上真正打入主流市場;華為海思在LNA、PA、開關天線等領域進展也不錯,比如在P30上用的就是華為自研的LNA Hi6H01s芯片。預計國產廠商在這些領域市場占有率將逐步提升。

在濾波器中,尤其是專門用于高頻段的BAW濾波器,關鍵技術均掌握在美國企業 Broadcom-Avago手中,如果BAW被禁運,國內企業要么直接放棄2.5GHz-6GHz的頻段, 要么需要使用加入特別設計的射頻SoC配合SAW濾波器去做2.5GHz以上的高頻段(技術上很難實現),無論如何都會產生困境。

國內開關和LNA龍頭是卓勝微電子,PA的龍頭是中科漢天下、唯捷創芯(未上市), SAW濾波器龍頭是無錫好達(未上市),國際知名廠商基本采用IDM模式,而國內均為設計+制造模式,國內化合物半導體代工廠商為****等。

PA(射頻功率放大器):將發射端的小功率信號轉換成大功率信號的裝置,用于驅動特定負載的天線等。PA是無線通信設備射頻前端最核心的組成部分,其性能直接決定了手機等無線終端的通訊距離、信號質量和待機時間。

主要采用GaAs、RF-SOI、CMOS、GaN或SiGe作為材料,GaN的高頻特性較好,比較適用于基站,GaAs性價比更高,適用于終端設備。終端設備中,GaAs將仍然是高端 PA 的首選技術,隨著LTE Pro和5GSub 6G 的要求的提升,GaAs滲透率也將提升。雖然CMOSPA 越來越成熟并有集成 的優勢但是因為參數性能的影響,它只適用于低端市場,而毫米波可能會采用SOI PA。

因為GaAs/GaN化合物PA具有獨特的工藝和較高的技術門檻,均被國外廠商掌握,因此當前PA市場主要被三大廠商Skyworks、Qorvo、Broadcom壟斷,合計占有超過90%的市場份額,此三大廠商均采用IDM模式。

國內PA產品大多停留在中低端應用,布局高端應用的PA廠商不多,但華為設計的GaAsPA將的應用將提高國內廠商布局高端PA的信心。

設計廠商包括華為、中科漢天下、唯捷創芯、紫光展銳、慧智微、中普微等;代工廠商包括****、海特高新等。

濾波器是射頻前端芯片占營收比例最高的部件,包括聲表面濾波器(SAW,Surface Acoustic Wave)、體聲波濾波器(BAW,Bulk Acoustic Wave)、MEMS濾波器、IPD(Integrated Passive Devices)等。SAW和BAW濾波器是目前手機應用的主流濾波器,SAW主要應用于低頻段,BAW 主要應用于2.5GHz-6GHz的高頻段。5G新增頻段包括Sub6G和毫米波等超高頻頻段,BAW將成為5G濾波器應用主流。此外還有FBAR濾波器是使用 硅底板、借助mems技術以及薄膜技術而制造出來的,現階段已經具備了略高于普通saw濾波器的特性。

SAW濾波器生產商:村田Murata、TDK、太陽誘電TAIYO YUDEN、Skyworks、Qorvo,五家占據約95%份額;BAW濾波器生產商:Broadcom-Avago, 一家獨大,占據87%的份額;FBAR濾波器市場基本被Avago、Qorvo等壟斷。

國內企業主要布局SAW濾波器,BAW濾波器涉足的企業很少。布局BAW的廠商有諾思、開元通信和漢天下。2019年8月7日開元通信在深圳宣布推出體聲波濾波器品牌“矽力豹”,以及國產首顆應用在5Gn41頻段的高性能 BAW 濾波器產品 EP70N41,這是國內芯片廠商在 5G BAW濾波器的首次突破。

SAW國產廠商有麥捷科技、瑞宏科技、信維通信、中電德清華瑩、華遠微電、無錫好達電子等。德清華瑩在2018年SAW 濾波器產能約15億只,對應營收與凈利潤5.30億元,對應凈利潤為0.37億元。無錫好達電子的SAW濾波器目前成功切入中興、魅族等手機供應鏈。宜確半導體在2019年5月,正式發布了基于其EWLAP技術的濾波器模塊芯片產品TR963及TR965。

隨著國產SAW濾波器市場入局廠商增多,將不可避免的出現價格戰;FBAR濾波器在5G時代具備較強的市場潛力,但國產廠商的力量依然薄弱;BAW濾波器市場存在較難突破的瓶頸,不少廠商還停留于研發階段。

  • 功率半導體

功率半導體分為功率集成IC、功率分立器件,應用領域非常廣泛,市場規模高達數百億美元

根據IHS統計,2017年英飛凌占據全球市場的18.5%,約為第二名安森美公司的兩倍;此外,全球前五的企業均為歐日美的企業,加起來約占據全球份額的50%。前十的企業中也沒有大陸地區的企業,目前在功率半導體行業中國企業還有很大的追趕空間。

目前本土企業也發展迅速,在功率半導體領域呈現出良好的形勢。華潤微電子已在MOSFET等分立器件銷售規模已具備一定規模。杭州士蘭微在功率半導體領域已經形成分立器件、功率IC等體系化產品構成;捷捷微電打造成國內晶閘管領域的龍頭;****則在化合物半導體 領域積極布局。2018年底,聞泰科技收購安世半導體,成為標準器件和部分功率半導體領域的全球龍頭。

功率IC包括線性穩壓器、開關穩壓器、開關IC以及其它功率管理IC等種類,下游市場包括汽車、計算、通信、消費電子和工業應用。

功率IC作為模擬IC的主要構成部分,其充分體現了模擬集成電路行業的四個特點:從需求端角度,下游需求分散,產品生命周期較長;從供給端角度偏向于成熟和特種工藝,目前以八寸產線為主,部分國際大廠已經實現12寸功率產線的量產;從競爭端角度,競爭格局分散,廠商之間競爭壓力??;從技術端角度行業技術壁壘較高,重經驗以人為本。功率IC德州儀器遙遙領先。

Yole Development預計,預計2023年功率IC市場規模將達到227億美元。

電源管理IC是功率半導體的重要分支,市場規模龐大,龐大的市場商機加上進入門檻低,有較多大陸IC設計公司涉及,但普遍技術積累不夠而只能在中低端市場競爭。

產品包括功率IC的上市公司上市公司有圣邦股份、全志科技、韋爾股份、富滿電子、士蘭微、華潤微電子及上海貝嶺等;非上市公司包括昂寶電子、賽威科技、長運通、芯原科技、深圳美芯,深圳致尚、嶺芯等。

半導體分立器件包括二極管/三極管、晶閘管、MOSFET、IGBT等。下游應用廣泛,IGBT可應用于軌道交通、新能源汽車、太陽能光伏、家用電器等領域,MOSFET應用領域更廣泛,包括太陽能光伏、不間斷電源、變頻器、電源、音頻設備等。其中MOSFET是功率分立器件最大的 市場,根據拓璞產業研究院統計,2018年MOSFET的市場總額約為80億美元,到2022年將要達到100億美元。

英飛凌是功率分立器件的霸主,占有約20%的市場份額,此外安森美、意法半導體等企業也是市場份額較大的國際巨頭。

國內尚無企業能進入功率半導體市場的全球前十名。

大陸企業憑借較強成本控制能力在中低端領域逐步打開市場,實現進口替代,如華潤微電子在MOSFET領域已有所建樹。中高端市場方面, 國內企業通過外延并購方式獲得技術與市場,如聞泰科技收購安世半導體,安世半導體的市場占有率在多種分立器件領域都處于先進地位。此外士蘭微在國內MOSFET的市場上也占據了一定的份額

中國的IGBT市場前十幾名都是傳統的國外廠商,如英飛凌、安森美、意法等。國內廠商尚未形成規模。但隨著國內IGBT技術發展取得了不錯的進步,國外壟斷的情況有所打破,國內已取得一定的成果。

當前主流的第三代半導體材料為SiC與GaN,前者多用于高壓場合如智能電網、軌道 交通;后者則在高頻領域有更大的應用(5G等)。功率半導體市場主體被國外公司主導,在新一代半導體材料上國內公司也已取得一定成就,正在積極追趕。

在國內,華潤微電子、揚杰科技、中車、中電13所等公司及研究機構也加大對碳化硅器件的研究,逐步打破國外公司的封鎖,目前也已經形成完整的碳化硅產業鏈即上游襯底、中游外延片、下游器件制造。

GaN適用于超高頻功率器件領域,氮化鎵器件最高頻率超過106Hz,功率在1000W左右,開關速度是碳化硅的四倍。但氮化鎵目前尚處于起步階段,市場規模較小。但隨著5G時代的到來、無線充電技術的興起、電網對輸電性能要求提高或將促進氮化鎵功率器件市場快速增長。Yole預測,2019年氮化鎵功率器件市場規模不足1億美元,但在2022年時將會超過4.5億美元。

據Knowmade的數據,截止2018年底全球氮化鎵專利族擁有數量最多的依舊是科瑞、東芝這些國際廠商,但中國企業也已占據一席之地:中國中車排名第四,西南電子科技大學排名第八,前十五名中共有五家中國機構。而在納入了專利的技術含量、實用性等性能的考量之后,根據 Yole的數據,中國企業依舊占據一席之地。

氮化鎵功率器件尚處于起步階段,市場格局尚不明朗。但隨著5G的建設,下游設備對于 射頻功率器件的性能要求逐步提高,GaN將迎來快速發展。

目前國內已初步形成完整產業鏈,但依舊缺乏大規模量產企業,靜待下游應用擴張。

第三代半導體材料正逐步成為發展的重心,當其主流的半導體材料為碳化硅與氮化硅。功率半導體市場主體被國外公司主導,在新一代半導體材料上國內公司也已取得一定成就,正在積極追趕。碳化硅市場發展迅速。據IHS數據,2017年的碳化硅市場總量為3.99億美元,而在2023年將會達到16.44億美元,年復合增長率達到 26.6%。其中,發展最大的是新能源汽車領域,年復合增長率達到了驚人的81.4%。碳化硅市場多被國際企業壟斷。目前碳化硅市場主要由科瑞、羅姆、英飛凌這三家把控,同時碳化硅晶圓市場,則更是幾乎由科瑞等國際公司壟斷。

國內如揚杰科技等公司及研究機構也加大對碳化硅器件的研究,逐步打破國外公司封鎖,目前也已經形成完整的碳化硅產業鏈。

25.晶圓代工

  • 晶圓代工方面,臺積電依靠先進的制程,在全球占據約50%的市場份額,除臺積電之外三星在其余廠商中市場份額較為領先。大陸最大的半導體代工廠商中芯國際不僅制程落后于國際大廠,市場份額也遠不如競爭對手。

  • 臺積電近年來一直保持制程領先,第二名三星一直在后面追趕?,F在臺積電第二代7nm的產品使用了EUV機臺將于2019年下半年量產,而三星對應的量產仍需到2020年。此外,臺積電的5nm預期在2020年量產,3nm的技術研發早已在進行,建廠也已經開始,而三星的5nm量產時間也 尚未公布。預計在可預見的未來,臺積電將繼續保持其市場領先者的身份。

  • 全球領先廠商臺積電和三星均已實現量產的芯片制程達到7nm。

  • 大陸集成電路制造業近些年呈現穩步增長態勢,政府大力支持,提供優惠政策,但瓶頸在于國內廠商的技術存在差距,制程較為落后,如中芯國際尚在攻克14nm制程的量產,華力微電子也在努力向14nm發起攻關。

  • 半導體晶圓制造設備

  • 半導體設備主要以歐美日企業為主。從營業收入的角度看,大陸半導體設備公司的市占率非常小,尚未在國際舞臺上看到大陸公司的身影。

  • 美國的應用材料公司2018年營收140億美元排名第一,產品幾乎包括除光刻機之外的全部半導體前端設備。荷蘭的ASML是高端光刻機的霸主,其研發投入與技術實力國內企業難以望其項背。

  • 由于堅實的技術壁壘和客戶壁壘,半導體制造設備的市場基本都被 海外企業占據,幾家國際企業占據全球90%以上的市場份額。

  • 光刻機:荷蘭ASML占據75%的市場份額,在高端光刻機領域幾乎霸占全部市場。

  • PVD:美國AMAT獨占8成PVD設備市場;CVD:應用材料公司的CVD設備在市場中占據三分之一。

  • 中國大陸企業規模普遍很小,排名第一的北方華創2018年營業收入 為33.24億人民幣,約4.75億美元,距離應用材料公司140億美元的營收尚還有非常大的距離。技術節點多數都還比較落后,大部分設備在28nm制程以上,在高端光刻機等核心設備空白;

  • 國內先進企業中,北方華創的刻蝕機、PVD等設備已達到14nm級別,氧化爐已經批量應用于中芯國際、華力微電子、長江存儲等廠家;晶盛機電的8英寸單晶爐已逐步開始國產化,12寸單晶爐開始小批量生產;中微半導體刻蝕機的技術水平已經達到7nm,達到國際先進水平。

  • 半導體晶圓制造材料

半導體材料的高端產品市場主要被歐美日韓臺都少數國際大公司壟斷,如晶圓制造的過程中成本比例最高的硅片,日本信越和日本SUMCO共占據一半市場份額,前五大廠商占比超過90%。

其余材料如濕電子化學品、電子氣體、靶材、光刻膠等材料,國際前幾大廠商分別占據了市場上的絕大多數份額。

在半導體材料領域,由于高端產品的技術壁壘非常高,國內企業長期研發投入和積累不足,我國半導體材料多處于中低端領域。

硅片方面,我國的產品主要以6英寸以下為主,12寸硅片尚未實現量產;

光刻膠、電子氣體國產化程度很低,基本80%以上都需要進口,CMP相關材料進口量更達90%以上。

28.半導體封裝—中國企業步入世界第一梯隊

  • 封裝測試領域前十的公司中,第一名日月光為臺灣公司,安靠為美國公司,中國大陸三家公司上榜,分別是長電科技、華天科技、通富微電。

  • 封測屬于規模經濟產業,現已進入成熟期,龍頭之間競爭加劇,只有通過相互整合才能獲得經濟效益,近年來全球前十的廠商并購頻繁,中國大陸企業為兼并收購的主角,且龍頭之間的互相合并加速。長電科技通過并購原全球第四大廠新加坡星科金朋進入封測業國際第一梯隊,但是由于并購標的減少,龍頭的競爭更加激烈,自主研發+國內整合將會成為以后增長的主要方式。

  • 2017年全球封測產業市場規模達到517億美元,同比增長2.2%。而國內2010-2018年封測業始終保持較高增長態勢,2018年國內集成電路的封測業銷售額突破2000億大關,達到2194元人民幣,同比增長16.1%,增速遠超國際水平,占我國集成電路產業鏈銷售規模的35%。

  • 半導體行業中只有封裝環節對資本與人才的要求相對較低,在國內集成電路發展早期就是以封測環節作為切入口,現在中國企業已步入成熟期,無論是營收水平還是技術水平均已與國外廠商接近,而且增速更快,國內企業的未來排名還會靠前。

  • 總體來看,中國的封測行業將優先受益于半導體行業規模的提升。

  • 半導體封測設備—依舊是海外廠商的天下

  • 國產封測設備市場占有率較低,根據SEMI的報告,2017年在中國制造的封測設備(含外資企業與合資企業)僅占中國封裝設備 市場的17%。國內測設設備的龍頭企業長川科技在2017年全球半導體測試設備市場的的占有率僅0.8%。

  • 半導體封裝環節的主要設備引線鍵合機的主要供應商為ASMP(ASM Pacific Technology)、美國奧泰、德國TPT、奧地利FK等國外企業,其中ASMP的后道工序業務市占率第一,占全球總量的25%。

  • 半導體測試設備中分選機和測試機的主要供應商美國泰瑞達(teradyne)、日本愛德萬(advantest)市占率分別為48%和39%。

  • 半導體封裝材料—本土廠商逐步強大

  • 相比于制造材料來說,封裝材料的市場空間較為穩定,近年來一直保持在全 球190億美元左右;

  • 封裝材料的門檻相對晶圓材料低,國產基本可以自主替代;

  • 康強電子2018年營收13.9億元,凈利潤0.8億元;華龍電子、珠海越亞分別擬于2012年、2014年上市,但最后IPO均被終止。

  • 五個維度看大陸半導體有效突圍

  • 維度一:龐大半導體市場需求支撐產業發展和創新

  • 大陸地區人口多,工業體系完善,各類細分產品都能在中國找到需求方,大陸半導體市場規模全球第一,可以支撐產業鏈內的國產企業逐步崛起,有需求就可以帶動供給。

貿易摩擦有利于本土制造的崛起,需求方在中國,有利于在貿易戰中把握主動權。下游市場將為產業造血,同時本土企業具備天然的運輸和就近服務優勢,因此本土企業一旦實現技術突破,將很快實現下游導入。

大陸市場半導體三大產業銷售額驗證了這種趨勢,隨著市場進一步發展,IC設計企業更是爆發式增長。

半導體市場龐大,細分方向眾多,大陸IC廠商具有起點低,規模小,技術儲備不足等特點,精選賽道對企業來說至關重要。抓住下游市場潛在需求爆發點,精準定位,將獲得市場高速增長的紅利。以美國公司為例,過去十年是智能移動通信的黃金十年,定位手機處理器芯片和射頻芯片的高通,skyworks取得1倍和3.5倍的增長,定位通訊芯片的博通取得11倍增長,定位存儲芯片的美光取得4倍增長,相對而言,定位FPGA,模擬芯片的賽靈思和TI則相對速度慢了很多。

通用類芯片如處理器等賽道具備投入高和市場大特點,一般由海思,展銳等大型公司來突圍。細分領域芯片的賽道則可以成為很多中小企業突圍的戰場。美國技術禁運也促使國內誕生一些新的賽道如FPGA、PA、DSP等,這些領域長期被巨頭把控,專利壁壘高,過去國內企業沒有機會,但現在自主可控讓本土企業有望在這些領域獲得市場進入機會,這就是需求會引導供給的邏輯。

  • 維度二:產業政策助力本土IC企業大膽創新

中國正處于世界第三次半導體產業轉移浪潮中,每一次產業轉移都離不開相應國家的政策支持。雖然產業在轉移,但我們依舊可以看到這條半導體產業轉移鏈上的國家依舊是當今世界的半導體強者。因此另一層面上理解這并不是產業轉移,而是全球化帶來的產業分工重構。

每一次產業分工的變化背后無疑都因為相應國家政府政策的推動,產業政策的推動作用如下:

優化投資環境,資本是逐利的,良好的營商環境和獲利空間可以吸引產業公司大量投資;

良好的政策也可以引導人才逐步進入鼓勵發展的產業。

產業政策扶植往往包含財政補貼或稅收優惠等,可以促進企業進行針對性的研發自主創新。

美國半導體產業自上世紀50年代以來,歷經行業起步、發展、全球化各個階段。其中政府扮演著重要角色,在半導體產業發展的不同時期通過不同手段支持美國半導體產業逐步做大做強。

產業初期:半導體技術研發投入大,美國政府通過直接采購和研發資助的方式助力美國半導體公司完成初步積累。

產業成長期:70年代后期面臨日本的崛起,美國政府通過一系列特殊的稅收優惠政策,刺激企業不斷增加對R&D的投入,美國國會通過一系列法案,挖掘聯邦開發計劃的商業潛力,建立政府與民間的合作關系。

產業成熟期:采取保護性貿易政策打擊國際對手,保護本土半導體企業。

日本是產業政策的發起國,也是成功實行產業政策的典型國家,產業政策的成功實施使日本趕超發展戰略得以實現。

日本通過營造競爭性經營環境激發了科學研究的活力和熱情,通過扶持新工業制度使得半導體產業能獲得商業上的優惠,又通過建立超大規模集成電路研究協會,使得日本能集中力量突破關鍵核心技術。通過引進美國技術以及政府的大力扶持,上個世紀70年代開始日本實現了半導體的高速發展,走向世界半導體強國。

中國政策+資本將同樣驅動大陸半導體產業逐步突圍。

因為中國是被高科技限制出口的對象,尤其瓦森納協議使得中國在半導體領域很難獲得最先進技術,所以中國半導體之路難于日韓等國家。長期以來中國通過市場吸引海外投資,通過獲取海外投資積累技術,逐步完成了中低端技術的積累。

政府利用豐富的政策手段和資源調配來全方面支持大陸半導體行業的發展,目前已經取得了明顯效果,大陸集成電路不僅產業規模迅速擴大,還涌現出大量優秀企業,未來在這種全方位發展機制下中國半導體產業還會繼續快速發展和突破。

  • 維度三:資本投入引導產業正向循環

半導體產業作為戰略科技產業,具備投資門檻高、回報周期長等特點,引導資本進入該領域有利于激發該行業的創新活力。

集成電路大基金:大基金一期總投資額1387億元已投資完畢,公開投資公司為23家,未公開投資公司為29家,投資范圍涵蓋設計、制造、封裝、設 備、材料多個環節,基本是全產業鏈覆蓋。二期募資已完成,預計規模超過2000億元,繼續促進各環節發展壯大。

地方政府基金:在政策推動下,北京、上海等十幾個省市地方政府也相繼成立集成電路產業基金,截止2019年5月,由大基金撬動的地方集成電路產業投資基金已達5836億元。

科創板:科創板的設立豐富了上市渠道,并且上市標準多樣化可以讓更多半導體科技企業獲得資本市場支持,獲得企業擴張動力,同時科創板增加資本退出渠道,進一步引導民間資本進入半導體產業。

集成電路大基金在支持產業發展的同時,也獲得了豐厚回報,從持有上市公司的市值來看,已經遠優于上證指數的長期趨勢,其中近期上市的安集微電子,從最新市值來看,大基金獲利已高達9倍。

民間資本:以武岳峰等代表的半導體私募股權基金在半導體投資中也收獲頗豐。

國有資本和地方政府基金:以亦莊國投、建廣資產等代表的國有資本和政府基金參與項目既保障了項目實施,又獲得了投資收益。2017年建廣資產牽頭的中國財團以27.6億美元(約181億人民幣)收購安世半導體。2018年建廣資產以338億元出售給聞泰科技,建廣資產投審會主席李濱和他的財團伙伴們凈賺157億元。

  • 維度四:研發投入是半導體企業成長的基石

  • 半導體集成電路產業是典型的技術驅動型產業,技術迭代迅速,只有維持高研發投入和高轉化率的公司才能在不斷變化的市場中壯大。

IC Insights 2017年的數據顯示,全球半導體研發投入排名前十的企業研發投入平均占比13%,設計類企業更是達到20%的水平,制造類企業由于企業特性研發投入低于10%。同時這些公司也是世界最優秀的半導體公司,持續的高額研發投入保障了這些龍頭企業在技術領域保持領先。

華為堅持每年將10%以上的銷售收入投入研發,近十年已累計投入高達4850億元。截至2018年底華為在全球累計獲得授權專利超過8.78萬件,其中美國授權專利11152件。華為秉持的高研發投入模式換來華為長期穩定的發展,并使其成為世界頂級科技公司,華為的成功模式也給國內企業指出了方向,未來國內企業研發的投入和轉化將助力企業在芯片領域陸續取得突破。華為的自主研發能力也使其抵御了來自于美國技術管制帶來的供應風險。

國內半導體公司研發投入也在逐步提升,尤其以半導體設備和材料為代表的企業,研發投入比例保持較高水平。以上市公司圣邦股份、匯頂科技、士蘭微為例,研發投入均保持逐步增長態勢。

  • 維度五:人才是技術進步的核心,吸引人才助力科技升級

  • 大陸半導體人才缺口大,據《中國集成電路產業人才白皮書(2016-2017)》顯示,目前中國大陸集成電路從業人員總數不足30萬人,但是按總產值計算,從業人員需要70萬人,大陸人才數量總量嚴重不足。

據芯師爺研究院針對半導體從業人員的調查問卷顯示,薪酬福利是求職者最為看重的要素,占比為64.64 %;其次是個人發展前景,關注比例為53.81%。國內互聯網企業蓬勃發展就得益于人才的不斷輸入??v觀半導體領域,華為作為頂尖硬科技公司,平均薪酬依舊低于互聯網,行業薪酬繼續存在提升的空間。

非中國大陸籍人才中,有較強意愿在中國大陸從事半導體行業工作的比例約為76.92%,而剩下的23.08 %人士則處于猶豫狀態。調研數據還顯示半導體行業每周加班時長在10-20小時的人不在少數,占比約為 23.73%;另外還有18.64%每周加班時長在30小時以上,也表明了當前產業人才相對缺乏的緊張狀態。

高薪資吸引人才:結合非大陸籍人員前往大陸地區的意愿較強,大陸企業給予良好激勵機制,已有大量非大陸地區人才轉移至大陸工作,尤其以臺灣地區為主。據臺北招聘公司H&L Management Consultants估計,2018年以來已有300多名來自臺灣地區高級工程師前往大陸芯片制造廠商,自 2014年大陸設立220億美元集成電路大基金以來,已有近1000人才投奔大陸企業。部分崗位大陸給到的薪資是臺灣地區的三倍。

發展空間大吸引人才:大陸地區半導體產業處于快速發展階段,海外人才可以獲得更高職級和更好的晉升機會。

良好創業環境吸引人才:大陸擁有龐大下游市場和優厚的產業政策,同時具備良好的融資環境和成熟的資本市場??苿摪鍨榭萍紕撔缕髽I打造良好融資平臺,也形成創富效應。未來大陸半導體行業會吸引更多的臺灣人才、海歸人才來到大陸。

大陸地區合理的機制已效果顯著,臺灣半導體高層人士梁孟松、高啟全、蔣尚義、孫世偉等相繼加盟大陸半導體企業。

32.新形勢下大陸半導體產業投資大邏輯

  • 邏輯一:并購是獲得全球優質半導體資產和技術的捷徑

全球半導體產業分工數次變遷,行業高端優質資產大部分集中于海外,因此外延式并購是本土企業快速突破的捷徑。近十年不僅本土企業,海外企業也紛紛發起并購,行業整合呈現加速之勢。產業資源向龍頭集中的邏輯不變,并購優質資產的半導體公司是得關注。

首先,從海外全球龍頭公司的發展歷程來看,也是在做穩主業的同時,不斷進行并購擴張,逐步穩固自己的陣地和擴張疆土,從而實現強者恒強的半導體格局。

其次,從大陸過去的歷程來看,并購可以顯著加強大陸產業或公司的競爭實力。

外延式并購助力中國封測產業走向世界前列,長電收購星科金朋,通富微電收購AMD封測業務,華天科技收購美國FCI,使得中國封測得以進入世界主角地位,全球半導體封測產業已形成三分天下的格局:美國的安靠科技,臺灣地區的日月光與矽品,大陸的長電科技、華天科技及通富微電三家龍頭企業。

紫光集團完成對展訊和銳迪科的收購打造了國內芯片設計龍頭,增強了國內芯片設計的國際競爭力,展銳從2005年的0.5億美元營收到2016年約20億美元,11年增長近40倍。

半導體產業屬于贏家通吃的領域,市場和人才資源往往向龍頭集中,從而進一步擴大龍頭廠商的份額和競爭力,在這種邏輯下我們認為通過并購優質資產構筑的半導體龍頭具備長期投資價值。關注上市公司:聞泰科技、韋爾股份、紫光國微、北京君正等。

聞泰科技收購安世半導體:打通上下游,實現半導體器件到下游整機研發的產業鏈整合,發揮協同效應。

韋爾股份收購豪威科技:韋爾的分銷體系增強豪威的市場拓展能力,豪威的設計能力顯著強化韋爾的IC設計能力,形成有效協同。

紫光國微并購Linxens:將實現上下游整合,可同時提供智能安全芯片和微連接器設計、銷售,提供自主可控的智能安全芯片模組,實現 “安全芯片+智能連接”的布局,構建更為完整的智能安全芯片產業鏈。

北京君正并購ISSI:君正一直在消費電子領域耕耘,ISSI在汽車電子、通信、工控醫療等領域深耕,二者可以在產品組合、市場開拓、客戶 結構、技術研發等多方面優勢互補,協同發展。

  • 邏輯二:新貿易形勢下的自主可控市場未來可期

  • 華為、中興事件表明中國唯有發展自主技術才能抵御海外突然技術禁運帶來的風險。

通過上面的梳理,國內大部分領域均存在自主替代市場,但只有具備真正技術實力的企業才能享受進口替代帶來的紅利。

這里我們列舉IC設計領域自主可控相關的上市公司,含港股上市和即將上市的企業(展銳預計2020年科創板上市,華潤微電子預計 2019年科創板上市,瑞芯微預計主板上市)

這里我們列舉晶圓制造和封測領域自主可控相關的上市公司,含港股上市和即將上市的企業(華潤微電子預計2019年科創板上市,積塔半導體預計科創板上市,沈陽芯源預計科創板上市)

  • 邏輯三:順應科技大趨勢,新應用催生新需求

科技是第一生產力,也是推動消費升級的重要力量??萍及l展過程中會產生較多新產品,往往也對應著新需求的爆發,緊跟市場需求的芯片企業將從市場快速增長中獲得收益。

5G應用:5G通信會帶來新一輪終端設備(手機、AR/VR)的升級和物聯網、智能駕駛等新應用生態的形成。

AI應用:人工智能高算力高準確度,在圖像識別、智能語音等領域應用日漸普及,未來AI還會賦能更多的產業。

大數據:新世紀是計算的時代,大量信息均將數據化。以大數據為基礎,智能計算將實現多領域的人性化服務。

能源管理:能源智能化管理為產業降低能源成本,實現更高效的輸出。

全球半導體過去十年是以智能手機為核心快速發展的十年,隨著手機市場逐步飽和5G通信的建設,全球半導體即將圍繞新設備和新應用迎來新發展的十年。


5G改變傳統的移動交互方式,高速率、低時延將促進更多的終端接入網絡,萬物皆入口,從而以此為基礎的大數據和AI應用將蓬勃發展,以此為基礎的能耗管理也將迎來大發展,這里我們列舉相應方向的半導體上市公司,供投資者參考。


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