2018年全球及中國集成電路半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀分析[圖]

    1956年國務(wù)院制定的《1956-1967科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃》中，已將半導(dǎo)體技術(shù)列為四大科研重點之一，明確提出“在12年內(nèi)可以制備和改進各種半導(dǎo)體器材、器件”的目標(biāo)。

    半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)雜、技術(shù)難度高、需要資金巨大，且當(dāng)時國內(nèi)外特定的社會環(huán)境，中國在資金、人才及體制等各方面困難較多，導(dǎo)致中國半導(dǎo)體的發(fā)展舉步維艱。
直到70年代，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的小規(guī)模生產(chǎn)才正式啟動。原電子工業(yè)部部長在其著作《芯路歷程》中回憶這一階段歷史，提到發(fā)展中第一個誤區(qū)“有設(shè)備就能生產(chǎn)”，70年代從日本、美國引進了大量二手、淘汰設(shè)備建立了超過30條生產(chǎn)線，但引進后無法解決技術(shù)、設(shè)計問題，也沒有管理、運營能力，第一批生產(chǎn)線未能發(fā)揮應(yīng)有的作用，就淡出了市場。

    90年代，國家再度啟動系列重大工程，為改變半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展困境，最知名的為908、909工程，908工程在1990年啟動，投資20億元建設(shè)國際領(lǐng)先的1微米(1000nm)制程工藝的晶圓制造產(chǎn)線。由于中國彼時整體經(jīng)濟力量還在蓄積，因此經(jīng)費、設(shè)備引進、建廠等環(huán)節(jié)仍然阻力較大，直至1998年產(chǎn)線得以竣工。此時國際工藝節(jié)點達(dá)到0.18微米，中國生產(chǎn)線剛建成就落后兩代。在1996年國家啟動了“909”工程，整體投資約100億元，并且做出很多打破審批的特事特辦，參與其中的公司如今只剩兩家，一個是909工程的主體華虹集團，另一個則是完全自籌1.355億元資金的華為設(shè)計公司，也就是后來的海思。

國家級相關(guān)集成電路重要政策

資料來源：智研咨詢整理

    集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要分為集成電路設(shè)計、集成電路制造以及集成電路封裝測試等三個主要環(huán)節(jié)，同時每個環(huán)節(jié)配套以不同的制造設(shè)備和生產(chǎn)原材料等輔助環(huán)節(jié)。

    一、半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

    半導(dǎo)體設(shè)備位于整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的上游，在新建晶圓廠中半導(dǎo)體設(shè)備支出的占比普遍達(dá)到80%。一條晶圓制造新建產(chǎn)線的資本支出占比如下：廠房20%、晶圓制造設(shè)備65%、組裝封裝設(shè)備5%，測試設(shè)備7%，其他3%。

新建晶圓廠資本支出占比拆分

資料來源：智研咨詢整理

    其中晶圓制造設(shè)備在半導(dǎo)體設(shè)備中占比最大，進一步細(xì)分晶圓制造設(shè)備類型，光刻機占比30%，刻蝕20%，PVD15%，CVD10%，量測10%，離子注入5%，拋光5%，擴散5%。

晶圓制造設(shè)備投資占比拆分

資料來源：智研咨詢整理

    2017年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場總量約為566億美元，同比增長37%，2018年約在600億美元規(guī)模。中國是全球半導(dǎo)體設(shè)備的第三大市場，2018年中國半導(dǎo)體設(shè)備123.78億元。

2015-2018年中國半導(dǎo)體設(shè)備銷售收入統(tǒng)計

資料來源：中國電子專用設(shè)備工業(yè)協(xié)會、智研咨詢整理

    我國半導(dǎo)體設(shè)備銷售收入一直保持高速增長狀態(tài)，2018年全國半導(dǎo)體設(shè)備銷售收入123.78億元，同比增長39.14%，2015-2018年期間，我國半導(dǎo)體設(shè)備銷售收入復(fù)合增長率高達(dá)37.93%。

2009-2018年中國半導(dǎo)體專用設(shè)備行業(yè)進出口數(shù)據(jù)

資料來源：中國海關(guān)

    半導(dǎo)體設(shè)備具備極高的門檻和壁壘，全球半導(dǎo)體設(shè)備主要被日美所壟斷，核心設(shè)備如光刻、刻蝕、PVD、CVD、氧化/擴散等設(shè)備的top3市占率普遍在90%以上。

半導(dǎo)體制造核心設(shè)備市占率情況

資料來源：智研咨詢整理

    目前光刻機、刻蝕、鍍膜、量測、清洗、離子注入等核心設(shè)備的國產(chǎn)率普遍較低。經(jīng)過多年培育，國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備已經(jīng)取得較大進展，整體水平達(dá)到28nm，并在14nm和7nm實現(xiàn)了部分設(shè)備的突破。

    具體來講，28nm的刻蝕機、薄膜沉積設(shè)備、氧化擴散爐、清洗設(shè)備和離子注入機已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)；14nm的硅/金屬刻蝕機、薄膜沉積設(shè)備、單片退火設(shè)備和清洗設(shè)備已經(jīng)開發(fā)成功。8英寸的CMP設(shè)備也已在客戶端進行驗證；7nm的介質(zhì)刻蝕機已被中微半導(dǎo)體開發(fā)成功；上海微電子已經(jīng)實現(xiàn)90nm光刻機的國產(chǎn)化。在中低端制程，國產(chǎn)化率有望得到顯著提升，先進制程產(chǎn)線為保證產(chǎn)品良率，目前仍將以采購海外設(shè)備為主。

    從政策上看，隨著《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》《中國制造 2025》等綱領(lǐng)的退出，國內(nèi)針對半導(dǎo)體裝備的稅收優(yōu)惠、地方政策支持逐步形成合力，為本土半導(dǎo)體設(shè)備廠商的投融資、研發(fā)創(chuàng)新、產(chǎn)能擴張、人才引進等創(chuàng)造良好環(huán)境。

    財政部先后于 2008、2012、2018 年出臺稅收政策減免集成電路生產(chǎn)企業(yè)所得稅。從地方產(chǎn)業(yè)政策來看，多地退出集成電路產(chǎn)業(yè)扶持政策及發(fā)展規(guī)劃，從投融資、企業(yè)培育、研發(fā)、人才、知識產(chǎn)權(quán)、進出口以及政府管理等方面退出一系列政策，對符合要求的企業(yè)給予獎勵和研發(fā)補助。

集成電路生產(chǎn)企業(yè)稅收優(yōu)惠政策情況

資料來源：財政部、智研咨詢整理

    二、芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

    全球半導(dǎo)體分為IDM模式和垂直分工模式兩種商業(yè)模式，老牌大廠由于歷史原因，多為IDM模式。隨著集成電路技術(shù)演進，摩爾定律逼近極限，各環(huán)節(jié)技術(shù)、資金壁壘日漸提高，傳統(tǒng)IDM模式弊端凸顯，新銳廠商多選擇Fabless（無晶圓廠）模式，輕裝追趕。集成電路設(shè)計為知識密集型產(chǎn)業(yè)，國際上比較典型的參與者主要有AMD、英偉達(dá)、高通、聯(lián)發(fā)科、蘋果、華為海思等公司。芯片設(shè)計可以分為數(shù)字集成電路設(shè)計和模擬集成電路設(shè)計兩大類。模擬集成電路設(shè)計包括電源集成電路、射頻集成電路等設(shè)計。模擬集成電路包括運算放大器，線性整流器，鎖相環(huán)，振蕩電路，有源濾波器等。相較數(shù)字集成電路設(shè)計，模擬集成電路設(shè)計與半導(dǎo)體器件的物理材料性質(zhì)有著更大的關(guān)聯(lián)。數(shù)字集成電路設(shè)計包括系統(tǒng)定義，寄存器傳輸級設(shè)計，物理設(shè)計，設(shè)計過程中的特定時間點，還需要多次進行邏輯功能，時序約束，設(shè)計規(guī)則方面的檢查，調(diào)試，以確保設(shè)計的最終成果合乎最初的設(shè)計收斂目標(biāo)。全球芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀全球芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)主要分布在美國，中國，臺灣等國家地區(qū)，2018年，中國企業(yè)海思半導(dǎo)體首次入圍全球芯片設(shè)計前十企業(yè)，營收規(guī)模排名全球第五。從整體來看，美國企業(yè)仍然占據(jù)了絕對主流，前10大芯片設(shè)計公司中有8家都來自美國，其他僅有海思半導(dǎo)體和聯(lián)發(fā)科(中國臺灣)上榜。

2018年全球IC設(shè)計前十企業(yè)設(shè)計前十企業(yè)

資料來源：智研咨詢整理

    2018 年全球芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)規(guī)模大約為 1139 億美元，同比增速 14%，過去五年符合增速約為 6.6%。由于近幾年智能手機等終端對于芯片性能和數(shù)量需求的快速提升，全球芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)得以快速增長。特別是隨著整體芯片設(shè)計工藝的持續(xù)升級，芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)充分享受了下游芯片制造大規(guī)模投資的產(chǎn)業(yè)紅利，產(chǎn)業(yè)持續(xù)高速增長。

2012-2018年全球芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)銷售額

資料來源：智研咨詢整理

    根據(jù)智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國半導(dǎo)體集成電路行業(yè)市場前景規(guī)劃及銷售渠道分析報告》數(shù)據(jù)顯示：2018 年中國芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)規(guī)模為 2519 億元，同比增長 21%，5 年復(fù)合增速 24%，遠(yuǎn)超全球整體復(fù)合增速 6.6%。

2012-2018年中國IC設(shè)計產(chǎn)業(yè)銷售收入走勢圖

資料來源：智研咨詢整理

    國內(nèi)龐大的市場需求，但是中國芯片企業(yè)規(guī)模較小，每年芯片我國進口金額仍然在快速增長，國產(chǎn)芯片設(shè)計企業(yè)具備十分巨大的國產(chǎn)替代市場。除了海思半導(dǎo)體之外，我國IC設(shè)計產(chǎn)業(yè)企業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)井噴式增長的勢頭。截至2016年底，我國共有IC設(shè)計企業(yè)1362家，2015年僅有736家，同比增長率高達(dá)85%。我國至今已有11家企業(yè)躋身全球IC設(shè)計企業(yè)前50強。

2018年中國IC設(shè)計前十企業(yè)

資料來源：智研咨詢整理

    三、集成電路制造產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

    集成電路(IC，integrated circuit)制造是將設(shè)計成型的集成電路圖實現(xiàn)的過程，在硅片等襯底材料基礎(chǔ)上，通過高尖端設(shè)備，經(jīng)過氧化、光刻、擴散、外延、測試等半導(dǎo)體制造工藝，把構(gòu)成具有一定功能的電路所需的半導(dǎo)體、電阻、電容等元件及它們之間的連接導(dǎo)線全部集成在一小塊硅片上，制備出具備特定功能的集成電路，又稱芯片。

    集成電路，按其功能、結(jié)構(gòu)的不同，可以分為模擬集成電路、數(shù)字集成電路和數(shù)/?；旌霞呻娐啡箢?。模擬集成電路用來產(chǎn)生、放大和處理各種幅度隨時間變化的模擬信號（例如半導(dǎo)體收音機的音頻信號、錄放機的磁帶信號等），其輸入信號和輸出信號成比例關(guān)系。數(shù)字集成電路則是用來產(chǎn)生、放大和處理各種數(shù)字信號。
集成電路制造環(huán)節(jié)現(xiàn)狀制造環(huán)節(jié)現(xiàn)狀隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，投資規(guī)模越來越大，產(chǎn)業(yè)分工越來越明確。產(chǎn)業(yè)龍頭公司逐步從早期的垂直整合生產(chǎn)轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)化分工，出現(xiàn)專業(yè)化的芯片設(shè)計公司，專業(yè)的芯片制造公司以及專業(yè)的封裝測試公司。從技術(shù)能力、規(guī)模等角度分析目前全球芯片制造領(lǐng)域的格局。

    目前全球IC代工制造領(lǐng)頭企業(yè)為中國臺灣的臺積電，2018年收入為303.89億美元，占全球前十大IC制造規(guī)模收入比例超過50%。中國大陸企業(yè)在前十位的分別有中芯國際和華虹半導(dǎo)體，2018年收入分別為33.78億美元和9.45億美元，占全球前十大IC制造規(guī)模收入比例分別為5.64%和1.58%。

全球前十大晶圓代工公司收入規(guī)模排名公司收入規(guī)模排名(億美元)

資料來源：智研咨詢整理

    技術(shù)水平格局。集成電路的技術(shù)水平核心指標(biāo)是特征尺寸，特征尺寸是指半導(dǎo)體器件中的最小尺寸。特征尺寸越小，芯片的集成度越高，性能越好，功耗越低，公司的制造水平越高。從競爭格局現(xiàn)狀來看，目前國內(nèi)IC制造能力與國際先進比較，制造能力落后5-6年，制程能力相差2代到2.5代。

    隨著進入7nm以及更高制程周期，領(lǐng)頭企業(yè)與追趕企業(yè)的差距在逐步擴大。例如，隨著工藝難度的提升，開發(fā)難度不斷增大，投入資金要求越來越大，格羅方德以及聯(lián)電短期內(nèi)已經(jīng)放棄往7nm制程的升級。

全球主要晶圓制造工廠制程水平

資料來源：智研咨詢整理

    提升芯片制造能力的應(yīng)對措施。隨著下游終端產(chǎn)品例如智能手機要求的性能越來越高，高端芯片如華為海思麒麟990芯片、蘋果A12系列芯片、高通驍龍855系列芯片等都采用7nm制程，兩家具備高端制程能力的公司如三星、英特爾等公司由于自身產(chǎn)業(yè)鏈因素，高端制程主要用于自身產(chǎn)品生產(chǎn)。目前大部分高端芯片特別是7nm制程及以上的芯片制造，目前大部分市場主要由臺積電占據(jù)。

    國內(nèi)兩家芯片制造公司中芯國際、華虹半導(dǎo)體都已經(jīng)進入14nm制程的風(fēng)險量產(chǎn)階段，但其核心量產(chǎn)制程僅在28nm，意味著能夠生產(chǎn)市場上60%的芯片。國內(nèi)企業(yè)與國際先進水平企業(yè)仍然存在較大差距，并且未來在進入更高階制程過程中面臨的壓力越來越大。

    四、半導(dǎo)體封測產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

    半導(dǎo)體封測目前屬于國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中有望率先實現(xiàn)全面國產(chǎn)替代的領(lǐng)域，并且當(dāng)前全球封測市場份額的重心繼續(xù)向國內(nèi)轉(zhuǎn)移。根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2018年中國集成電路產(chǎn)業(yè)封測業(yè)銷售額達(dá)333億美元，而全球封測行業(yè)2018年約560億美元，中國封測行業(yè)占全球市場份額約達(dá)59%。

2012-2018年全球及中國封測行業(yè)規(guī)模及占比全球及中國封測行業(yè)規(guī)模及占比(億美元)

資料來源：中國半導(dǎo)體協(xié)會、智研咨詢整理

    從封測行業(yè)企業(yè)競爭格局看，雖然全球目前排名前2的公司為日月光和安靠，但中國企業(yè)在國際上已擁有較強競爭力。

    2018年長電科技、華天科技、通富微電三家企業(yè)在全球市場市占率達(dá)17%，且在封裝技術(shù)能力較為全面，掌握了全球較為領(lǐng)先的先進封裝技術(shù)，未來有望進一步搶占更多市場份額。

全球主要封測企業(yè)市場份額封測企業(yè)市場份額

資料來源：智研咨詢整理

    從技術(shù)發(fā)展趨勢，目前國際先進封裝技術(shù)發(fā)展趨勢主要有FCBGA(倒裝芯片球柵格陣列的封裝格式)、WLCSP(晶圓級封裝)、FO-WLP(晶圓級扇出封裝)、Sip(系統(tǒng)級封裝)等技術(shù)。這些先進封裝技術(shù)主要應(yīng)用在手機、可穿戴設(shè)備等小型化高附加值電子設(shè)備中。

    目前中國龍頭企業(yè)，如長電科技、華天科技已擁有此類先進封裝技術(shù)，其技術(shù)水平雖有所落后國際龍頭企業(yè)，但差距較小，預(yù)計未來5~8年，有望實現(xiàn)全面趕超。