本文核心數據：集成電路價值鏈及各環節毛利率分布;集成電路產量及銷售額規模;集成電路產業產值及國產化率;細分市場及下游戰略地位;集成電路產業鏈企業營收排名;晶圓廠產能分布等
產業概述篇：集成電路產業鏈全景及價值鏈分布
——半導體產業分類及產業鏈分工模式概述
半導體(semi-conductor)是常溫下導電性能介於導體(conductor)與絕緣體(insulator)之間的材料。集成電路作為半導體的核心產品，又分為邏輯電路、存儲器、微處理器和模擬電路，占據整個半導體行業規模80%以上。
半導體行業目前主流商業模式有兩種，一種是以英特爾、三星、SK海力士為代表，從設計到製造、封測直至進入市場全部覆蓋的IDM模式;一種是上游的無晶圓芯片設計公司(Fabless)負責芯片的設計，設計好的芯片掩膜版圖交由中游的晶圓廠(Foundry)進行製造，加工完成的晶圓交由下游的封裝測試公司進行切割、封裝和測試，每一個環節由專門公司負責。
——集成電路產業鏈全景圖：產業結構高度專業化、分工細化
集成電路產業鏈具體包括上游支撐產業(芯片設計工具、半導體原材料與設備供應等)、中游集成電路產品製造和下游應用。其中，半導體材料處於上游供應環節，材料品類繁多，按製造流程可細分為前端製造材料和後端封裝材料。半導體設備，即在芯片製造和封測流程中應用到的設備，主要包括光刻機、刻蝕機、薄膜沉積設備、離子注入機、測試機、分選機、探針台等。集成電路產業中游芯片製造主要包括IC設計、IC製造、IC封測三部分;集成電路產業下游主要應用領域包括計算機、消費電子、汽車電子、顯示面板、可穿戴設備等。
——集成電路產業價值鏈分布：全球價值鏈以封裝製造為主，中國以封測為主
數據顯示，全球半導體產業鏈主要分布在中游封裝製造，其中，邏輯器件占比達30%，而DAO(分立器件，模擬器件，及其他器件)、半導體設備占比也在10%以上;半導體製造環節的價值占比為19%，封裝測試環節的價值占比為6%。而中國市場方面，技術壁壘較低的封裝檢測環節價值占比最大，達38%，其次是半導體材料、晶圓製造，價值占比為16%左右。
以半導體主要細分產品集成電路為例，根據集成電路各產業鏈環節代表企業的毛利率情況可知，上游支撐產業的毛利波動區間較大，其中EDA/IP環節因技術壁壘極高，平均毛利率高達95%左右，半導體材料、設備環節平均毛利率約為30%-40%;中游環節，芯片設計也由於技術壁壘較高，毛利水平略高於晶圓製造及半導體封測;下游應用市場，代表性企業的毛利水平在20%-30%之間。
註：上述毛利率區間以行業代表性上市公司2021年毛利率填列。
產業政策篇：集成電路產業政策環境解讀
——全球集成電路產業補貼政策：各國加大扶持力度
為滿足持續上漲的半導體需求，以及應對全球缺芯現狀，各國紛紛出台政策，加大對其芯片產業的扶持力度。長期來看，各國的補貼政策將會對半導體行業內技術變革、人才吸納、產業規模等各方面產生重大影響。當前全球半導體行業高度集中，主要分布在美國、亞洲的韓國、日本、中國台灣、中國大陸等地。
亞洲地區中，2021年底，日本批准了2021財年預算修正案，其中約7740億日元(約合人民幣423億元)投向半導體產業。韓國對於半導體產業的扶持主要是通過為相關企業提供稅收減免、擴大金融和基礎設施等支援方式;2021年5月，韓國發布「K半導體戰略」，宣布將投資510萬億韓元(約合人民幣2.9萬億元)。從中國來看，早在2014年6月，國務院印發的《國家集成電路產業發展推進綱要》提出了集成電路產業2030年的發展目標，且近年來在稅收上的扶持力度不斷加大。
歐美地區中，2022年8月，美國總統拜登簽署《2022年芯片與科學法案》，提出為美國半導體產業提供高達527億美元的政府補貼。在2021年2月，歐盟19國就推出了「芯片戰略」，計劃為歐洲芯片產業投資約500億歐元，打造歐洲自己的半導體生態系統。2022年，歐盟委員會正式公布了《歐洲芯片法案》，計劃投入超過430億歐元公共和私有資金。
——中國集成電路產業重點政策匯總：行業受政策大力支持
近年來，發改委、財政部、國務院、商務部、科技部等多部門都陸續印發了規範、引導、鼓勵、規劃集成電路行業的發展政策，內容涉及集成電路技術規範、集成電路集群發展支持、集成電路人才培養支持等內容，2010-2022年，行業國家層面主要政策規劃如下：
——中國集成電路產業重點規劃及完成情況
根據《國家集成電路產業發展推進綱要》中提出的發展目標，至2015年，集成電路產業銷售收入超過3500億元;至2020年，全行業銷售收入年均增速超過20%，截至目前，這兩項目標均已完成。另根據國家製造強國建設戰略諮詢委員會發布的《中國製造2025》重點領域技術路線圖，其中針對集成電路產業的市場規模、產業規模等提出了具體的量化發展目標：
產業發展篇：下游終端產品推動行業增長，細分產品國產化率有待提升
——半導體與集成電路產業發展階段：技術進步和工藝持續改進不斷創造趕超機遇
從全球來看，半導體產業主要經歷了技術積累→PC時代→移動互聯網時代→物聯網時代4個主要階段，其中20世紀90年代-20世紀末，大型計算機微型化加速，加之互聯網的普及，全球半導體迎來第一個爆發周期;但隨着互聯網泡沫的破滅，2000年左右出現了大幅下滑;經歷08年全球經濟危機後，行業回歸長期成長，主要的驅動力來自移動互聯網通信技術的升級(4G)，疊加智能手機市場的迅速擴大;隨着摩爾定律的持續生效，龍頭技術壁壘愈發難以被打破，近年來半導體產業發展主要由需求推動，當前5G與AI提供的增長動力已經顯現，下游端可穿戴設備與物聯網已有一定的增長趨勢儲備了足夠的增長動能。
從中國來看，中國半導體產業起步較晚，主要經歷了起步探索→初步發展→加速發展→高速發展4個主要階段，2018年以來美國商務部將多家中國知名科技企業及實體列入「實體清單」，對中興、華為等企業進行貿易制裁後，中國更加重視半導體產業發展，政府出台多項政策促進國產集成電路發展，國產集成電路進入高速發展階段。
——集成電路產業供需發展：產量迅猛增長，銷售額破萬億
集成電路產量方面，根據國家統計局數據，2009年以來中國集成電路產量逐年增長，由414億塊增長至2020年的2614億塊，2021年更是迅猛增長至3594億塊，同比大幅增長37.5%，是除了2010年以外近13年來的最高增速。
2011-2021年，中國集成電路市場規模逐年增長。2021年是中國「十四五」開局之年，在國內宏觀經濟運行良好的驅動下，國內集成電路產業繼續保持快速、平穩增長態勢，中國集成電路產業首次突破萬億元。中國半導體行業協會統計，2021年中國集成電路產業銷售額為10458.3億元，同比增長18.2%。其中，設計業銷售額為4519億元，同比增長19.6%;製造業銷售額為3176.3億元，同比增長24.1%;封裝測試業銷售額2763億元，同比增長10.1%。
——集成電路產業國產替代：設備/材料國產化率低，關鍵環節依賴進口
我國雖然占據了全球30%以上的半導體消費市場，但由於國內芯片行業生產水平與國際先進水平差距較大，導致我國芯片產業對外嚴重依賴，其中CPU、GPU、存儲器等領域幾乎全部依賴進口。根據IC insights的數據，2021年我國集成電路自給率僅為16.7%，預計2021到2026年我國集成電路產值CAGR為13.3%，從而在2026年達到21.2%的自給率水平，但芯片國產化率總體仍處於較低水平。
據IC Insights數據顯示，2021年全球半導體市場份額中中國大陸僅占4%，在集成設計及製造的IDM領域中國大陸小於1%，在無晶圓廠的純半導體設計Fabless領域中國大陸占9%，這主要是由於集成電路產業鏈各個環節都具有較高的技術門檻，中國大陸在產業鏈關鍵環節國產替代能力弱，在EDA設計軟件、IP、光刻機等關鍵設備/材料全球市場份額小於1%，技術與材料設備制約高端芯片研發生產。
——半導體與集成電路產業細分市場戰略：國產需求較大但國產化率低，企業毛利率較高
2021年全球半導體產業中，集成電路市場份額達83%，占最主要比重;半導體分立器件、光電器件、傳感器占比分別為5%、8%、3%。
集成電路產業細分產品中，邏輯芯片為市場份額占比第一產品，2021年中國邏輯芯片市場規模超400億美元，其次為MPU，2021年市場規模約為370億美元;存儲芯片中，兩大細分產品DRAM和NAND Flash在2021年均恢復高速增長。從國產化情況來看，中國芯片設計整體國產化率較低，其中MPU、DRAM、NAND Flash國產化率仍不足1%。從代表企業盈利水平來看，2021年中國集成電路產業代表上市企業毛利率水平整體較高，均在30%-50%左右。
註：1)IC Insights與WSTS統計口徑略有差異;2)2021年中國市場規模為前瞻結合全球IC細分產品增長率、中國2021年整體IC市場規模測算;3)代表企業盈利水平以行業代表性上市公司2021年毛利率填列。
從集成電路細分產品戰略地位來看，橫坐標採用中國細分產品規模占全球比重，表現該細分產品的全球市場地位，縱坐標採用產品市場代表上市企業毛利率作為市場盈利水平指標，據此對主要細分產品進行了戰略分析。綜合來看，微處理器、模擬芯片、邏輯芯片均處於由現金牛市場向明星市場過渡期，存儲芯片市場規模較大，毛利率水平略低於其他三大細分產品。
註：坐標軸中心點為(41%，44%)，氣泡大小代表2021年該細分產品中國市場規模。
——半導體與集成電路產業下游應用潛力：電腦手機等消費電子以及通信、汽車應用潛力較大
半導體作為電子行業發展的核心，被廣泛應用在社會各行各業，涉及領域包括電腦、手機、可穿戴設備、汽車、機器人、光伏、發電等場景。半導體技術的進步將創造出更好的產品，使新的應用成為可能，例如人工智能、物聯網、雲計算和數據中心等。其中，2021年，PC/個人電腦、通訊電子、汽車電子為半導體前三大應用市場，2022年需求增長潛力(1-5評級)分別為2.8、3.4、3.8。
註：通訊電子需求潛力為無線通信和有線通信平均值。
匯總下游市場對半導體應用的需求，前瞻參考BCG矩陣設計邏輯對下游市場戰略地位進行分析如下：
橫坐標採用應用市場占整體市場比重，表現下游市場對半導體產品的重視程度與需求迫切程度，縱坐標採用應用市場規模增速作為市場發展前景指標，據此對主要細分領域進行了戰略分析。綜合來看，PC/個人電腦需求發展逐漸穩定，正在從「star」產業向「cow」產業過渡。汽車領域驅動芯片是下游市場迫切需求的產品，汽車電子尚處於是「Question Marks」象限，說明仍存在較大市場潛在空間。
註：坐標軸中心點為(19.8%，28%)，氣泡大小代表2021年該應用市場規模。
企業布局篇
——半導體產業鏈競爭者入場歷程及產品布局
近年來，受到政策支持、技術進步等因素的影響，我國半導體行業得到迅速發展，目前國內半導體行業的主要競爭者均為專注於半導體產品及設備的生產製造商。從企業入場進程來看，多數半導體行業企業於1997-2006年間註冊入局，其中包括士蘭微、長電科技、中芯國際、北方華創等。
註：橫軸代表企業成立年份;縱軸代表企業成立月份;氣泡大小代表企業註冊資本。
從企業集成電路產業鏈各環節布局來看，我國半導體廠商在上游(支撐產業)企業主要布局在封測環節的設備和非核心材料，中游IC設計企業以海思、韋爾股份、紫光為代表，主要布局在MCU、模擬芯片、功率器件、IGBT、MOSFET、CMOS、液晶芯片、觸控芯片等細分領域;晶圓代工廠(中芯國際、華虹半導體、合肥晶合)主要布局在8英寸和12英寸晶圓代工;封測企業中以長電科技、通富微電、華天科技為代表的龍頭企業連續成為全球前十大集成電路封測代工企業。
——集成電路企業競爭格局：韋爾股份、中芯國際、長電科技等競爭力較強
從企業營收排名情況來看，韋爾股份、華大半導體位列中國Fabless原廠前二，2021年營收均超過20億美元;中芯國際、華虹集團位列Fabless中國晶圓代工廠前二，營收均在100億元以上，遠超其他廠商;長電科技、通富微電、華天科技位列中國大陸本土封測廠前三，2021年營收均在100億元以上。
註：晶圓代工為2020數據。
區域布局篇
——中國大陸晶圓產能布局：主要分布在東部沿海、長三角地區
從地區分布來看，江蘇省、上海晶圓廠數量最多，全國占比合計將近三分之一，主要分布在上海、南京、無錫等城市，包括台積電、中芯國際、SK海力士、華虹宏力等廠商;此外，中芯國際在北京、天津、深圳、紹興、寧波等城市也建有12寸晶圓及8寸晶圓產線。
註：統計範圍不包括中國港澳台、南海群島，下同。
——中國半導體產業區域市場發展格局：廣東、江蘇等領跑
中國半導體行業的發展與其宏觀經濟環境、半導體行業相關政策環境、半導體產業建設情況以及半導體產業鏈配套息息相關。結合中國31省市半導體行業政策占全國比重，匯總31省市半導體企業數量、集成電路產量等指標進行綜合評價，繪製中國31省市半導體行業發展矩陣圖。目前，中國半導體產業建設發展較為出色的主要為廣東、江蘇、上海、浙江、北京等地。以上省市半導體產業建設市場發展相關指標對比如下：
註：1)坐標軸中心點為(4%，4%);2)氣泡大小代表該區域2021年集成電路產量，僅統計產量大於1億塊的省市。
——中國集成電路重點產業集群分布：位於北京等重點城市
根據國家發改委公布的《第一批66個國家級戰略性新興產業集群名單》(截至2022年9月初未公布第二批名單)，目前我國共有五大國家級集成電路產業集群，分別是上海浦東集成電路、合肥市集成電路產業集群、武漢市集成電路、北京經開集成電路、西安市集成電路產業集群：
——中國集成電路重點產業園區規劃：「十四五」期間大力推動行業產值增長
結合重點城市「十四五」發展規劃、重點集成電路產業園區規劃來看，多數園區大力推動集成電路產業規模增長，到「十四五」末珠海高新區、廈門海滄區集成電路產業規模達到百億級;北京經開區、南京浦口、上海臨港新片區集成電路產業規模達到千億級;南京江北新區、上海浦東新區集成電路產業規模分別突破3000億元、4000億元。
產業技術篇
——技術發展階段：芯片製程與國際頂尖水平仍有差距
集成電路產業的發展遵循摩爾定律，從芯片製程來看，納米數字越小，說明晶體管密度越大，芯片性能就越高。當前，國際上領先半導體製造廠商中，台積電、三星3nm芯片研發成功，英特爾官宣製程回歸兩年更新周期;國產廠商中，中芯國際具備中國大陸最為領先的先進制程技術，建立了14納米FinFET技術，與世界先進工藝技術仍有差距。
——產業核心技術發展路線及國產化經驗借鑑
半導體實現計算機存儲/計算的功能主要依靠其內部電路電子狀態的變化來實現，性能的核心在於算力和算法。而算力實現的核心依賴於CPU、GPU、FPGA、ASIC等各類計算芯片，因此芯片設計成為關鍵，其中芯片線路圖設計高度依賴EDA軟件。從半導體製造來看，光刻、刻蝕、清洗等為重要環節。從全產業鏈來看，中國在部分關鍵設備材料如光刻機、光刻膠及EDA設計工具環節與海外龍頭的差距仍較明顯，國產替代勢在必行。
——EDA軟件：芯片設計的核心，為集成電路設計和製造流程提供支撐
EDA是指利用計算機輔助設計(CAD等)軟件，來完成超大規模集成電路(VLSI)芯片的功能設計、綜合、驗證、物理設計(包括布局、布線、版圖、設計規則檢查等)等流程的設計方式，以百億美元規模體量，撬動超5千億美元半導體產業的發展。同時，摩爾定律使芯片容納更多晶體管，推動設計工具及流程自動化。
——光刻技術：EUV光刻機推動芯片製程發展
在大規模集成電路的製造過程中，光刻和刻蝕技術決定着芯片的最小特徵尺寸和性能。半導體用光刻膠通過不斷縮短曝光波長以提高極限分辨率，從而得到更佳的線路圖案精密度。世界芯片工藝水平目前已跨入微納米級別，光刻膠的波長由紫外寬譜逐步至g線、i線、KrF、ArF、F2，以及最先進的EUV線水平。
註：Resolution為分辨率，代表投影最小圖像的能力;k1為工藝相關參數;𝝀為曝光機所用的光源波長，NA為數值孔徑。
EUV光刻過程中將浸入式193nm光刻中193nm波長的短波紫外線換成了13.5nm的光，在光刻精密圖案方面自然更具優勢，能夠減少工藝步驟，提升良率，但實現難度非常大。荷蘭ASML公司是全球目前唯一能提供EUV光刻機的企業，其EUV極紫光刻機用於生產5nm芯片，壟斷全球高端光刻機的供應。國產廠商中，上海微電子官方公告將在2021-2022年交付第一台28nm製程工藝中國沉浸式光刻機，上海微電子與ASML在光刻機領域的差距客觀反映中國和西方在精密製造領域差距，超高端光刻機關鍵零部件來自不同西方發達國家，來自美國光源，德國鏡頭和法國閥件等，所有核心零部件皆對中國禁運，中國大學研究機構在半導體領域也相對偏薄弱，無法提供有效技術支持，致使中國光刻機技術處在弱勢地位。
趨勢前景篇
——發展趨勢：步入後摩爾時代
在集成電路工藝發展數十年後，目前業界認為已經進入到後摩爾時代。身處後摩爾時代，廠商不能按照舊思路進行研發，新理論新技術的補充將成為增長的新動力，性能與功耗的比值將成為評判技術和產品的重要指標。業界已提出四大發展方向，延續摩爾(More Moore)、擴展摩爾(More than Moore)、超越摩爾(Beyond Moore)、豐富摩爾(Much Moore)。
——發展前景：行業景氣度較高，預計將維持增長態勢
各下游新興應用領域的快速發展，將帶動國內半導體行業持續發展。由於國家產業基金的注入，半導體企業將更容易擴張規模、提高技術水平，做大做強。從國際上來看，半導體行業是少有幾個能經受國際經濟不景氣考驗的行業，因而未來國際經濟即使依然疲軟，半導體行業也依然可以取得較大發展。
未來，隨着全球經濟形勢的好轉，靠出口拉動的中國電子整機產品需求有望增加，各OEM廠商將加快採購並回補集成電路產品庫存。以便攜式移動智能設備、智能手機為代表的移動互聯設備仍將保持快速增長。PC領域的市場規模將逐步縮減，這將直接影響到存儲器市場和CPU市場的發展。汽車電子則隨着人均擁有汽車數量的增加，市場增速有望逐步上升。工業控制和網絡通信仍將是未來市場的增長點。此外，隨着醫療電子、安防電子以及各個行業的信息化建設的持續深入，應用於這些行業的半導體產品所占的市場比重將會越來越多。
根據IC Insights的預測，預計中國集成電路市場銷售額2021-2026年年複合增長率為8%，結合近年來我國IC產量增速以及下游需求市場增長趨勢，前瞻初步估計，2027年我國集成電路產量將突破7000億塊，市場規模將達到近17000億元。
來源：前瞻產業研究院
留言列表