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半导体现状最全分析,机会在哪里?

2019-01-21

来源:内容来自「国盛郑震湘团队」,谢谢。


编者按:过去几年,半导体产业风起云涌。一方面,中国半导体异军突起。另一方面,全球产业面临超级周期,加上人工智能等新兴应用的崛起,中美科技摩擦频发,全球半导体现状如何?未来的机会又在哪里从国盛郑震湘团队这个报告,我们可以获取一些基本面的了解。


一、半导体—十年产业投资大机会


中国半导体市场规模占全球比重持续提高。据中国半导体行业协会等统计,2017年受存储器涨价影响和物联网需求推动,全球半导体收入约4122.21亿美元,同比增长16%。预计2018年全球半导体收入将达到4779.36亿美元,实现连续3年稳步增长。其中,中国为全球需求增长最快的地区。2017年国内半导体销售额为1102.02亿美元,同比增长19.9%。随着5G、消费电子、汽车电子等下游产业的进一步兴起,叠加全球半导体产业向大陆转移,中国将持续成为全球最大和贸易最活跃的半导体市场。预计2018我国半导体销售额再增20%,达到1322亿美元。


我国集成电路市场增速全球第一。2016年我国集成电路销售额624.98亿美元,2017年为828.15亿美元,同比增长32%,是全球集成电路产业增速最快的区域。预计2018再增20%,达到993.1亿美元。统计2000年以来18年间集成电路产业销售规模年均增速,中国CAGR为20.6%,全球CAGR为4.8%。中国集成电路产业持续扩大,在全球的占比持续提高,已成为全球主要消费市场。

中国半导体市场增速在17Q3至18Q1曾短暂低于全球增速,主要由于国内存储器产业仍处于突破初期,而本轮半导体景气度主要推手为存储器产业,所以导致国内产业增速短暂低于全球增速,但长期来看我国半导体产业占全球比重提升的大趋势没有改变,长期增速将始终维持较高水平。

产业第三次转移,中国占比不断提高。从我国半导体产业迁移历史来看,各细分板块均经历了技术突破、份额提升、国际领先三个阶段,其中光伏、显示面板、LED等泛半导体产业经过多年发展,均已达到国际领先水平。目前半导体封装测试、IC设计等产业已经站稳脚跟,进入份额提升期。半导体制造、设备、材料等方面,我国相关技术不断突破,有望在区域聚集属性下,重演产业迁移之路。


从晶圆制造厂地域分布来看,据PWC统计,2016年我国晶圆制造厂共计170家,封测厂共计123家。其中,晶圆厂制造主要分布在东部沿海、西北地区和南部沿海,三者产能占比为56.8%、10.5%和8.5%。江苏晶元制造厂共计54家,数量全国居首,上海和广东晶圆厂分别为18和14家,分居二三。封测厂方面,东部沿海集中度更高,产能占比62.2%。其中江苏、上海封测厂数量为20和18家。



26座晶圆厂在建,12寸是目前的主流建设方向。根据前瞻产业研究院,目前我国晶圆厂在建产能涉及12家公司、15个项目,投资额合计4399.9亿元,在建产能超过81万/月。预计2018年将贡献约50万片/月产能,届时我国12寸晶圆产能增幅将达到78%。12寸投资规划方面,据SEMI统计,主要涉及6家企业8个项目,规划投资额约为7812.3亿元。项目主要集中在北京、成都、重庆及江浙一带。主要代表:华力上海12寸新厂在建、SMIC北京12寸厂扩建、海力士无锡12寸厂扩产中、英特尔大连12寸十月流片。




二、全球半导体周期分析


2.1 供给:硅片剪刀差-供需有望长期维持健康结构


我们17年3月推出独家核心逻辑“硅片剪刀差”,领先产业判断2016年以来硅片供需剪刀差带来半导体行业8年一遇景气行情。


2.1.1最核心材料钳制产能释放


硅片供需关系有望持续维持健康结构。从硅片面积需求量来看,2017年硅片需求量为9.04亿平方英寸/月,至2022年可达10.51亿平方英寸/月。从不同尺寸来看,12寸硅片需求扩张幅度最高,预计2022年将达661万片/月。8寸硅片紧缺情况也在蔓延,需求量将从2017年的486百万片/月增长至2022年的500万片/月。150mm及以下的需求正在放缓,预计2022年需求量不足324万片/月。


硅片平均价格将持续上涨。台湾半导体硅晶圆龙头环球晶董座徐秀兰在18年11月表示,2019年硅晶圆供需仍紧,价格持续看涨。12吋硅晶圆合约价格涨幅约6~9%;8吋的合约价格也会在高个位数。“看好2019年硅晶圆供需仍紧,价格持续看涨,是非常健康的一年。


全球第一大半导体硅晶圆厂商SUMCO也表示,除了预期硅晶圆价格,2018-2019年将持续调涨外,也预期硅晶圆恐将缺货缺到2021年,因为已有客户针对2021年之后的产能供给进行协商。


SUMCO预计,12寸硅片继2017年价格大涨20%后,2018价格亦将再度调涨20%,并且2019年硅晶圆价格续涨已成定局,2020年市场可能仍供不应求;“当前顾客关心的重点已经不是价格多少,而是能否确保取得所需的硅晶圆数量,部份客户已开始就2021年的供给量进行协商,有意签下长约。”


2.1.2摩尔定律放缓+数据时代来临,放大剪刀差


大数据+人工智能是核心,物联网提供了数据基础,云计算解决数据处理问题,5G便利了数据传输,存储芯片解决算力匹配及存储,共同引领了新一轮的TMT创新浪潮。数据的产生、存储、传输和处理,都要映射到芯片的需求,微观层面看到的就是终端设备含硅量提升和半导体公司需求的持续增长;


数据中心、移动、汽车、IoT市场需求扩大催生终端设备硅含量持续提升。美光统计了四大应用的潜在成长空间,汽车市场将从CY17的25亿美元增长至CY21的59亿美元,成长2.4倍。此外,移动、数据中心、IoT市场也将在四年间分别成长1.2倍、2.1倍和1.7倍。受此影响,据IC Insights,十年来终端设备硅含量增长9个百分点。预计2021年继续增长至28.9%。

摩尔定律放缓,进一步放大硅片剪刀差。摩尔定律正逼近物理极限,在冯诺依曼架构没有变化之前,芯片性能提升的放缓和数据需求几何级数式的增长之间矛盾将日益凸显。在芯片体积无法进一步有效缩小的情况下,对芯片的需求将加剧硅片剪刀差。



存储器是本轮景气周期的主要推手,占增量70%以上。从全球集成电路市场结构来看,全球半导体贸易统计组织预计2018年全球集成电路市场规模达4015.81亿美元,相较于本轮景气周期起点2016年增长了1249亿美元。而存储器18年市场规模达1651.10亿美元,相较2016年增长了883亿美元,占增量比重达71%,是本轮景气周期的主要推手。

2.1.3 存储器位元需求是硅片偏紧的最大驱动因素


300m紧缺主要由各类数据相关应用驱动,其中存储器位元需求增长速度已超越制程及工艺进步速度,是硅片紧张的最大驱动因素!也是硅片剪刀差传导下来最为受益的通用型品种!


其中DRAM的制程工艺在进入20nm以下后速度明显放缓、我们判断未来几年对硅片的需求量持续偏紧。而NAND由于处于2D向3D迁移过程中、预计3D良率爬坡后会有一段时期对于硅片需求下降/波动,但从长期来看增速仍将由全面替代HDD、云计算、消费电子容量升级等因素所驱动。


SUMCO分品类对12寸硅片需求在未来数年根据PPP-GDP指数小幅增长来测算,出现较大缺口也仍然是确定性事件。未来四年硅片紧缺延续,逻辑芯片、DRAM、NAND、其他逻辑芯片和测试级对12寸硅片的需求量均突破100万片/月,主要原因为头厂商扩产幅度不大,3D-NAND良率提升带来的需求增长。


从龙头厂商SUMCO最新公布客户存货及周转指数来看,厂商周转天数持续下降同时在自身出货量相对稳定情况下客户硅片存货持续下降,表明硅片紧缺程度持续。



2.2需求:第四轮硅含量提升


2017-2020年我们即将进入第四个全球半导体硅含量提升周期,下游需求的推动力量是汽车、工业、物联网、5G通讯、AI等,数据是核心。2017年全球半导体销售产值突破4000亿美金,我们预计,这一时期,全球半导体销售产值首次突破5000亿美金大关。


半导体硅含量代表电子系统中半导体集成电路芯片总价值占电子系统价值的百分比,可用来衡量半导体的渗透率。如果从下游需求分析,硅含量就是下游需求中半导体芯片的渗透率。


根据全球半导体硅含量趋势图,从第一款半导体集成电路芯片发明以来,直接推动着信息技术发展,我们一共经历着3个完整的发展周期,目前正在进入第4个发展周期。


  • 1)第一个周期,上个世纪60年代到90年代,全球半导体的硅含量从6%提高到23.1%,第一周期市场空间增长500亿元,由PC 电脑、大型机等需求推动;

  • 2)第二个周期,2000年到2008年,全球半导体的硅含量从17.3%提高到22.4%,下游需求推动的力量是笔记本、无线2G/3G通讯等,带来1000亿美元市场空间,随后进入衰退期;

  • 3)第三个周期,2010年到2014年,全球半导体硅含量从21.1%提高到26.4%,下游需求推动的力量是智能手机为代表的移动互联网产品,市场空间再增750亿;

  • 4)2017-2020年全球进入第四次半导体硅含量提升,此轮将提升到30-35%,下游需求的推动力量是汽车、工业、物联网、5G通讯等。



我们结合半导体硅含量提升趋势图与60年全球半导体产值对过去的三轮提升周期进行回顾。我们可以清晰看到,从第一款半导体集成电路芯片发明以来,直接推动着信息技术发展,我们一共经历着3个完整的发展周期,目前正在进入第4个发展周期:工业、互联网、移动互联网、泛物联网



第四波硅含量提升周期的三大核心创新驱动是5G支持下的AI、物联网、智能驾驶,从人产生数据到接入设备自动产生数据,数据呈指数级别增长!智能驾驶智能安防对数据样本进行训练推断、物联网对感应数据进行处理等大幅催生内存性能与存储需求,数据为王!


所有数据都需要采集、存储、计算、传输,存储器比重有望持续提升。同时传感器、微处理器(MCU/AP)、通信(RF、光通讯)环节也将直接受益。我们强调,第四次波硅含量提升周期,存储器芯片是推动半导体集成电路芯片行业上行的主要抓手,密切关注大陆由特殊、利基型存储器向先进存储有效积累、快速发展进程。


2.2.1 人工智能持续驱动服务器硅含量提升


人工智能市场不断成长,拉动上游半导体需求持续提升:

  • 数据时代对服务器需求增长,服务器出货量提升;

  • 服务器市场结构变化:AI训练需求对高性能服务器出货量的拉动;

  • 性能需求对芯片价值量的拉动:

  • 并行计算对GPU的拉动;

  • 数据量指数级增长拉动存储器需求;

  • 运算效率催生In-Memory Processing对存储器性能要求的提升带动ASP的提升;

  • 摩尔定律放缓,但性能需求持续提升,多路CPU有望重演多核CPU成长路径。


具体对本轮服务器内存景气周期进行分析,Intel服务器平台转换和七大互联网龙头数据中心建设是16-17年的需求动能。而随着IoT、AI(尤其智能安防)和智能驾驶时代到来,边缘计算的快速成长带来的性能需求将成为中长期半导体的成长驱动!数据中心对服务器的需求成为整体服务器市场出货成长的关键。近两年来数据中心的服务器需求预计在2020年前规划将继续维持每年二至三成的年增率。


我们对服务器配置、物料成本进行拆解,主要从CPU、DRAM、SSD等核心元器件用量及价格方面进行测算:

  • CPU方面,目前双路(两颗物理芯片)CPU几乎已成服务器标配,而IBM、惠普等厂商均早已推出8路,甚至16路CPU服务器,保守估计高端服务器平均CPU规格为4路英特尔E7芯片,官网单价为8898美元,合计成本超35000美元。

  • 内存方面,考虑到目前市场上个人工作站内存配置范围一般为32GB至512GB,保守估计低阶服务器仅使用128GBDDR4内存。而高阶服务器方面,服务器厂商Supermicro(彭博“间谍门”乌龙事件所指公司)早已与2017年年初就已推出4TB(32组128 GB)服务器产品,不考虑ECC特性,目前2400MHz 128GB DDR4内存价格约为1200美元,4TB成本将达38400美元。

  • 硬盘方面,随着服务器处理数据量激增,保守估计单台服务器配置0.6至8TB固态硬盘,成本约为900至5600美元。


进一步考虑主板、散热、电源、线缆、机架等器件成本,综合来看,一般服务器物料成本范围大致为6000至90000美元水平,而存储成本占比大约为40~50%,并且呈现出越高阶服务器中存储成本占比越高的趋势。



人工智能训练用服务器主要成本在GPU。在上述对一般服务器进行详细拆解之后,我们进一步拆解侧重于并行计算的AI训练用服务器,以业界龙头英伟达推出的DGX-1服务器为例,其使用了8颗Tesla P100加速芯片,京东单价为44999元,合计成本近36万元,成本占比约为70%。18年3月,英伟达发布了其最新一代服务器DGX-2,官方售价250万元,其中16路Tesla V100加速卡成本超百万元,带有16x32GB HBM显存,1.5TB高性能服务器DRAM+30TB NVMe NAND Flash存储合计成本约为32万元。可以看到,GPU仍旧占成本比重70%左右,但存储占成本比重由上一代的14%提升至目前的20%,符合我们提出的“越高阶服务器中存储成本占比越高”的观点。



高性能服务器带动服务器市场加速成长。产业信息网数据显示,2017年传统服务器出货量达650万台,预计传统服务器出货量增速将延续往年趋势,在低个位数百分比水平波动,2025年出货量有望超8百万台。高性能服务器方面,2017年出货量达480万台,预计增速将始终保持在两位数水平,2022年出货量或将超越传统服务器,2025出货量有望达到1100万台。



我们进一步对服务器用DRAM、CPU、GPU等核心元件市场空间进行测算。


服务器DRAM市场空间展望达300亿美元,位元单价下滑助力渗透率提升。传统服务器方面,单机DRAM用量预计将平稳增长,2025年或将接近0.5TB水平。考虑到目前市场上高性能服务器DRAM配置已达单机4TB,保守估计2025年高性能服务器平均单机DRAM用量达到2018年初发布的DGX-2水平,约为1.5TB,结合前文出货量测算以及DRAM位元价格逐步下滑的假设,预计2025年服务器DRAM市场空间将达到300亿美元。



有望复制多核心CPU成长之路,多路CPU渗透率将稳步提升。随着摩尔定律演进放缓,单颗CPU核心数增加周期拉长,单颗CPU性能提升逐渐逼近瓶颈。我们认为多路多核CPU将复制单路多核CPU的成长路径,考虑到目前HPC双路CPU已成标配,16路CPU也已推出,保守估计2025年平均每台HPC服务器将使用3.5颗CPU。市场规模方面,结合HPC需求的增长,2020年服务器CPU市场规模或将达1000亿美元。



AI浪潮将开启GPU时代。部分侧重于AI训练的服务器,相较于CPU,对于GPU的依赖度更高,我们统计了各大AI龙头服务器配置,包括英伟达DGX、Facebook Big Sur、国产浪潮部分型号,均普遍使用了8路至16路GPU。我们保守估计HPC单机GPU用量将逐步接近2颗,结合目前专用计算卡价格,预计高性能运算服务器GPU市场空间有望在5-7年达到1000亿美元。



2.2.2汽车电子核心驱动在于ECU量价齐升


我们认为汽车电子零部件及半导体器件含量提升的核心逻辑在于ECU(电控单元)数量及单体价值齐升,车用半导体市场规模有望长期稳定增长

  • 汽车市场结构改变:各国政策驱动新能源汽车出货占比提升;

  • 电控单元数量提升:电气化、智能化、新能源化推动车用芯片及OSD(光学器件、传感器、分立器件)数量提升;

  • 安全性、可靠性、实时性对性能提出更高要求,带动车用ECU单价提升。


通过总线结构来看汽车ECU变化趋势,以CAN、LIN、FlexRsay为代表的串行通讯协议推行以来,汽车ECU(电控单元)数量和价值量显著提升,以满足用户在舒适性、安全性、电动化等方面的更高要求。



“电气化+智能驾驶+新能源汽车”已经成为当前汽车行业三大核心驱动力,汽车电子也因此成为半导体下游领域需求增长最快的市场,根据IC Insights数据,近三年全球车用芯片市场正以年复合成长率11%的速度增长,Infineon估算2017年车用半导体市场规模达345亿美元,且2017-2022年将以接近8%的速度增长。


汽车硅含量及单体价值量持续提升。根据PwC数据,目前全球汽车的电子化率(电子零部件成本/整车成本)不到30%,未来会逐步提升到50%以上,发展空间很大;从绝对值看,目前单车汽车半导体价值量在358美金,未来将以每年5-10%的增速持续提升。


汽车IC快速增长,成半导体增长亮点。根据IC Insights数据,预计2018年汽车IC增速可达18.5%,规模可达323亿美元。到 2021 年,汽车 IC 市场将会增长到 436 亿美元,2017 年到 2021 年之间的复合增长率为 12.5%,为复合增长率最高的细分市场模块,也是未来的主要驱动力之一。



环保节能需求推动汽车电气化,新能源汽车快速增长。由于各国政府对能源和环境问题高度重视,纷纷提出禁售燃油车计划,汽车电气化几乎是必然趋势。Katusa Research数据显示,中国,美国和德国将成为电动汽车的主要推广者,致使2040年电动汽车年均销售量可达6千万量。新能源汽车能够有效降低燃油消耗量,而新能源汽车需要用到大量的电源类IC(比如升降电压用的DC/DC),模拟IC行业可从中受益。


汽车电动化程度逐步加深,硅价值量持续增长。各车企纷纷推出新能源车,以实现汽车电动化的软替代,常见的新能源汽车包括混合动力汽车、插电式混合动力汽车、增程式电动汽车、纯电动汽车。随着电气化程度的提升,汽车半导体价值量也水涨船高。2018年中度混合动力汽车、插电式混合动力汽车和纯电动汽车单车半导体价值量分别达475、740和750美元,根据Strategy Analytics预测,2025年度混合动力汽车、插电式混合动力汽车和纯电动汽车销量分别可达到0.17亿、0.13亿、0.08亿。


从价值量来看,在仅考虑汽车电动化的情况下,其主要电子系统的价值增量将体现在动力电池系统代替发动机系统,而动力电池系统价值估算约为10000~12000美元左右,占整车电子系统价值比重超70%,其中锂电池组占比又达到动力电池系统价值的70~75%,价值量约为8000美元左右。

电动化将持续推动汽车硅含量提升。我们对动力总成系统硅含量进行拆解分析,从应用市场规模来看,目前发动机半导体市场规模最大,2017年发动机半导体市场规模超42亿美元,占动力总成半导体市场比重近50%,其次依次是变速箱、混动系统、辅助系统、起停系统。从增速来看,混动系统半导体市场规模增长最快,2015-2022年复合增长率接近30%,其次为启停系统,7年复合增长率为10%。


  • 发动机硅含量集中于模拟IC、分立器件、传感器、MCU,整体较为成熟,未来增长平稳。

  • 变速箱硅含量增长将由MCU引领。随着变速箱系统电子化,微控制器的应用将逐渐增加,预计变速箱系统MCU市场2015-2022年复合增长率可达5%。

  • 辅助动力系统硅含量增长将由IGBT、MCU引领。除了功率器件的增长外,随着性能要求的提高,辅助动力系统所使用的MCU将由8位向16位迁移,带来ASP提升。

  • 混动系统所有分类应用均将维持30%左右的增速,其硅含量主要集中于电池管理IC以及IGBT。

  • 启停系统整体增速将维持在10%左右,价值量占比较高的部分除了MCU以外,主要增长来自于12V向48V迁移所带动的MOSFET价值量提升。

非动力总成方面,我们以特斯拉Model 3为例,对中控模组、辅助驾驶、车身控制等核心部件进行拆解分析,相较于动力总成价值结构,逻辑IC、存储IC价值占比大幅提升,初步测算中控模组半导体价值量约为103~157美元,辅助驾驶模组半导体价值量约为369~502美元,车身控制模组半导体价值量约为79~128美元。



智能驾驶时代,“车载电脑”、“车载服务器”大势所趋。建立“感应-融合-决策-执行”大闭环。智能驾驶,在监测到障碍物时,如果无法及时进行智能化决策,控制方向避开障碍物,而是先传入云端再下发指令到车载终端的话,因信号传输等原因稍有延迟就会导致事故的发生。因此需要本地具备高性能运算能力的辅助驾驶/自动驾驶控制系统来对传感器接收数据进行融合、处理,“车载电脑”、“车载服务器”将是大势所趋,形成“感应-融合-决策-执行”大闭环。基于上述框架,我们进一步对车用传感器、微控制器、存储器进行分析


传感器方面,以特斯拉model 3为例,其使用了一颗雷达与8颗摄像头,仅能实现2级自动/辅助驾驶水平,保守估计单车至少需要安装30颗以上图像传感器才有可能实现L5自动驾驶。除图像传感器以外,动力总成系统内也将使用大量压力、温度等传感器,预计2021年,动力总成系统内传感器出货量将达18亿颗,以单颗1美元计算,对应市场空间保守估计将接近18亿美金量级。



MCU方面,综合考虑安全应用、车身控制、动力系统、电池组方面的需求,估算整车微控制器用量约为36~54颗,考虑到车规级芯片单价一般较高,以单颗芯片3至10美金计算,整车MCU价值量约为100至500美元。



存储方面,从目前车载存储主流方案来看,整体呈现存储使用颗数、单颗容量、单颗价值量三项齐升的趋势。麦肯锡相关报告对车载存储整体产值进行预测,预计到2020年车载存储整体产值将达到28.32亿美元,其中DRAM和NAND占比分别为51%、36%。


根据发改委最新《智能汽车创新发展战略》(征求意见稿),到 2020年,中国标准智能汽车的技术创新、产业生态、路网设施、法规标准、产品监管和信息安全体系框架基本形成,智能汽车新车占比达到 50%,中高级别智能汽车实现市场化应用。我们对中国智能驾驶渗透与DRAM空间进行测算,以2020年中国乘用车销量2770万辆、智能汽车渗透率50%、单车DRAM容量38GB来测算,仅中国车载DRAM空间就有望达到5.27亿GB。


2.2.3IoT:物联网浪潮迭起,芯片环节率先受益


随着NB-IOT标准化火速落地和稳步推进,海量广覆盖低功耗连接条件已经初步具备。


以互联网、智能手机为代表的信息产业的第二次浪潮已步入成熟,增速放缓,而以物联网为代表的信息感知及处理正在推动信息产业进入第三次浪潮,物联网革命已经悄然开始!



物联网快速发展将激活海量智能终端。小到智能手机、汽车,大到智能工厂,未来智能终端将渗透到人们生产生活的方方面面,物联网设备接入数量将迎来指数级增长。Gartner 研究显示,2014 年全球联网设备有37.5 亿台,比2013年增加24%,预计到2020 年时,物联网安装基数将达到250 亿,同时增加收入将达到3000 亿美元。Radiant Insights 则更为乐观的表示,连接到网络的设备数量有望在2020年时快速飙升至超过1000亿台。



从Gartner对物联网半导体的细分领域预测来看,MCU、通信芯片和传感器芯片在未来四年内将具有更大的增长弹性,且物联网半导体整体市场空间在2020年有望达到350亿美元。从物联网终端模组成本来看,尽管物联网终端产品应用情景多,但整体上成本主要集中在处理器(MCU/AP)、传感器以及无线通信芯片,总共占比可能达到60%-70%。


2.3 库存周期:库存水位仍处于相对低位


供给端库存水位较低,行业回调主要由于渠道端去库存,根据行业一般规律,渠道端去库存一般将维持2-3个季度,2019年中行业有望回暖。为了更好的理解半导体下游需求水平及变化趋势,也为了进一步对本轮景气周期放缓程度及持续周期进行分析,我们分别在IDM、代工、设计以及渠道分销等板块筛选具有代表性的公司作为板块样本进行库存分析。


2.3.1 IDM库存:库存占营收比重同比、环比均有所下滑


IDM产业样本公司的筛选过程中,我们综合考虑了存储、模拟以及数字电路,选择了模拟器件、美信、安森美、恩智浦、Cypress、英特尔、德州仪器、IDT、AMS、SK 海力士、麦格纳、英飞凌、意法、威世以及三星电子等十余家企业作为样本公司。



IDM板块库存占营收比重同比、环比均有所下滑。从库存绝对值来看,2018年三季度IDM样本公司期末库存合计为498亿美元,同比增长12%,环比增长3%。但从库存周转天数来看,18Q3约为82天,环比减少3天,边际有所改善。从库存占营收比重来看,18Q3库存水位为43.70%,同比下降0.53pct,环比下降2.18pct,同比、环比均出现改善势头,基本面向好。


我们进一步对IDM中的公司进行筛选分析,选取德州仪器、美光、海力士作为样本公司,三家公司均具有相当程度的代表性,美光、海力士的主营产品存储器是本轮景气周期主要抓手;而德州仪器作为模拟电路龙头,在售芯片超两万种,对接几乎所有半导体下游,其库存水平较有综合参考价值。SK海力士库存占比为32%,环比、同比均基本持平;美光库存占比为49%,同比提升3pct,环比提升6pct;德州仪器库存占比为50%,同比提升4pct,环比下滑2pct。海力士、德州仪器库存水位不升反降,仅美光库存水位环比有所提升,但与2011年、2016年两轮下行周期相比,仍处于较低水位。我们认为,目前仅是上升周期中的阶段性放缓,行业基本面已有根本性改善,2016年的下行周期不会重演。


2.3.2 设计公司库存:出现边际改善势头


设计产业样本公司的筛选方面,我们综合考虑了通讯、计算、消费类等不同下游,选择了AMD、Cirrus、Lattice、英伟达、高通、赛灵思、ATI、联发科、芯科以及威盛电子等十家企业作为样本公司。


设计板块库存占营收比重、DOI均呈改善趋势。从库存绝对值来看,2018年三季度设计板块样本公司期末库存合计为69亿美元,同比增长5%,环比增长3%。但从库存周转天数来看,18Q3约为85天,同比减少2天,环比减少1天,边际有所改善。从库存占营收比重来看,18Q3库存水位为47.23%,同比下降1.94pct,环比下降1.74pct,同比、环比均出现改善势头,与IDM公司趋势一致,行业基本面整体向好。


2.3.3 晶圆厂库存:18Q3库存水位环比下滑


晶圆代工板块库存水平受下游需求影响较大,18Q3已出现边际改善势头。我们综合考虑了地域分布情况,选择台积电、联电、中芯国际、塔尔、世界等五家企业作为样本公司。从库存绝对值来看,2018年三季度设计板块样本公司期末库存合计为50亿美元,同比增长30%,环比增长4%。但从库存周转天数来看,18Q3约为67天,环比持平。从库存占营收比重来看,18Q3库存水位为44.61%,同比增长9.27pct,环比下降0.51pct,库存增长主要原因为消费级需求下滑所致,但从库存水位来看,环比已有所改善。


2.3.4 渠道库存:艾睿、大联大库存水位逐季下滑


渠道库存边际改善,曙光临近。我们选择了艾睿电子、安富利、大联大等三家企业作为样本公司。从库存绝对值来看,安富利、大联大Q3期末库存同比、环比均有个位数百分比的增长,艾睿电子库存环比下滑。但从库存周转天数来看,艾睿、大联大环比均减少一天左右,安富利Q3库存增长天数增加一天。从库存占营收比重来看,18Q3艾睿、库存水位连续两个季度改善;安富利自16年丢失ADI、Cypress、博通代理权后,库存水位长期高位震荡;大联大在收入增速逐月下滑的同时,库存占营收比重也不断改善,合理推断分销代理商均有意识控制库存水平,预计渠道去库存周期将在2-3个季度后迎来拐点。



2.3.5 库存之外,下游终端情况如何?


2.3.5.1 手机出货疲软,关注半导体价值量提升


智能手机出货量持续低迷其主要原因是因为智能手机的价格不断增长,但是硬件的创新上却稍显不足,一定程度上消耗了购买力。其次,智能手机的软件系统不断加强,各大厂商又定期会对系统进行优化和升级,使得手机的使用寿命变长。其次,各大厂家都在布局抢占5G的先机,华为、高通、Intel都已经宣布在2019年会推出5G的基带芯片,小米已经在2018年下半年宣布了5G版本的MIX 3,另外一方面国内三大运营商也在抢先组建5G实验局,大部分消费者在此时或处于观望状态,希望可以一步到位到直接换成5G手机。根据Counterpoint的数据统计,目前年换机周期已经超过了22周。基于以上三个主要原因,智能手机的换机周期拉长,进而导致全球手机出货量趋缓。


手机半导体价值量持续提升。结合Tech Insights相关数据,我们对历代iphone物料成本进行了详细拆解,除2016年iPhone 7半导体价值量短暂减少以外,整体上,智能手机半导体器件成本不断攀升,我们估算iPhone Xs Max整机物料成本约为453美元,其中半导体器件价值约为227美元,占比超50%。



2.3.5.2服务器市场增长结合PC企稳,助力芯片需求成长


服务器市场增长结合PC企稳,GPU、CPU等计算类芯片以及存储器将受益:1)服务器方面,下游需求提升,出货量整体增长,结构上高性能服务器占比提高,进一步加大了对芯片需求的拉动;2)PC方面,出货量趋于稳定,对CPU、GPU、存储器市场扰动减少。


高性能服务器带动服务器市场加速成长。产业信息网数据显示,2017年传统服务器出货量达650万台,预计传统服务器出货量增速将延续往年趋势,在低个位数百分比水平波动,2025年出货量有望超8百万台。高性能服务器方面,2017年出货量达480万台,预计增速将始终保持在两位数水平,2022年出货量或将超越传统服务器,2025出货量有望达到1100万台。



全球PC出货量趋于稳定。IDC数据显示,2017年以来全球PC出货量同比止跌,同比增速整体在低个位数百分比波动。笔记本市场方面,2017年出货量有所回暖。整体上,PC市场趋于稳定有助于减少对CPU、GPU等计算芯片以及存储IC市场的扰动。



三、国之重器、大投入加快推进


3.1 国产化需求快速提升,各大领域不断突破

3.1.1 国内现状:自给率亟待提升,产业链布局完善


中国集成电路市场增速全球第一,三业发展日趋均衡,虽然核心芯片自给率仍然较低,但产业链布局齐全。据中国半导体行业协会统计,中国集成电路行业销售额从2013年的2508.5亿元增长至2017年5411.3亿元,四年间翻了一番,是全球发展最快的区域。但核心芯片(如计算机系统CPU/MPU、通用电子统FPGA/EPLD/ DSP、通信装备嵌入式MPU/DSP、存储、显示及视频驱动)自给率低。据前瞻产业研究院数据,2017年我国芯片自给率约11.2%,预计2020年国产化比例15%。从设计、晶圆代工、封测、设备四方面来看:


Fabless为三业中发展最快,高端产品空白有待填补。我国设计产业销售规模从1999年的3亿元增长到2018年的2576亿元,GAGR~+42%。存储、逻辑、模拟、射频、传感、功率半导体等产品线及其细分领域均有布局,但高端芯片如WIFI芯片,蓝牙芯片,交换机芯片,FPGA芯片等国产化率接近零。向高性能、高端产品转变、领导行业标准升级,获取产品生命周期中利润最丰厚的关键时段,是未来IC设计方向国产化突破方向。



晶圆代工国产化率为三业中最高。以中芯国际、华虹半导体为代表的大陆晶圆代工厂渐露曙光。2018上半年,中芯国际和华虹半导体分别以17.28亿美元和4.33亿美元营收位列全球十大晶圆代工第五和第九。新增需求来自于物联网、车用电子、云端运算、人工智能、消费性电子等终端以及本土Fabless崛起促进晶圆代工服务需求增加。


本土封测业高速增长,规模进一步扩大。据中国半导体行业协会封装分会统计,2017年国内集成电路测试产业销售额由2016年的1523,2亿元增至1816.6亿元,同比增长19.3%。然而先进封装技术、综合技术水平仍存在相当差距,自主创新能力仍显不足。国内封测产业链不甚健全,对设备、材料的依赖,装备和材料的国产化水平有待提高。


设备方面,据SEMI数据,2018年全球设备销售金额超600亿美元,其中我国仅次于韩国,以118亿美元市场和43.5%的增长率排名第二。预计2020年我国半导体设备市场规模将达到663.96亿元。目前,我国半导体设备市场仍非常依赖进口,但从产业布局角度来看,国内厂商布局极为完善,几乎覆盖半导体生产制造过程中每个环节所需的所有主要设备。拉晶、光刻、沉积、刻蚀、清洗、检测、封装等各个环节均有多家国内厂商布局覆盖。



3.1.2 韩国模式:从韩国模式看半导体发展路径


韩国半导体产业通过数十年发展,在全球占据一席之地,孕育了三星、SK 海力士等全球性半导体巨头,我们梳理分析了韩国模式的几点启示,从韩国模式看半导体产业崛起路径:

  • “官产学研”联合,立体式推进产业发展;

  • 自主研发,向CPU、DSP等领域横向扩张,减少外部依赖;

  • 产业链垂直一体化,加强上游设备材料布局;

  • 借助中美市场构筑战略纵深,打开成长空间。


60年代,韩国半导体产业发展始于代工业务。1966年美国仙童半导体(Fairchild)以及其严苛的条件向韩国政府提出了一个框架性的半导体制造及装配计划,即在要求对其所投资的工厂拥有完全所有权、并且其生产的产品可进入韩国国内市场两大条件下在韩国建厂。韩国政府同意后一时间引起其他美国半导体公司竞相投资韩国热潮,摩托罗拉、Signetics(Phillips)等公司开始陆续在韩国建设存储芯片封装、模组厂,开启了韩国半导体产业的发展。


70年代,韩国政府大力推进以集成电路为主体的“官产学研合作”的政策。首先政府直接投资建立相应集成电路研发机构,如1975年成立韩国高级科学技术研究所(KAIST)、1976年成立韩国产业经济技术研究所(KIET),主要负责引进、吸收和传播国外技术,进行VLSI的研究,同时还负责半导体产业国家级科研项目的开发,KIET还于1981年成功研制出4英寸CMOS半导体。随着韩国第三次经济发展五年计划的出台,韩国政府也制定了引进和培养人才的政策,这些人才对半导体产业界和学术界都做出了很多重大的贡献。


80年代,从依存于外国技术,转向自主研发。1986年,三星电子在政府的支持下,与现代电子、LG电子合作成立了开发半导体技术的国家研究开发小组。在外国半导体企业拒绝向三星电子转让技术的情况下,三星电子将其资源更多地投向国家开发研究小组和自主技术的开发。三星尽管未能实施购买拥有4M DRAM技术的国外企业或研究机构的方案,但采用了聘请掌握4M DRAM核心技术的外国专家的做法。当时,正值美国半导体产业不景气,三星因而比较容易聘请到年轻的技术专家。这一战略对获取4M DRAM开发所需的外国技术并自主成功开发4M DRAM发挥了很大的作用。1988年,三星在韩国国内首先研制出4M DRAM,这比美、日只慢了6个月。这一阶段,以三星为首的韩国半导体企业,逐渐从以前的依存于外国技术的半导体开发战略,转向并行开发自身技术的新战略。


90年代,产业链垂直一体化,加强上游设备和电子化学品原材料的国产化。上世纪90年代,韩国政府主导推出总预算2000亿韩元(2.5亿美元)的半导体设备国产化项目,鼓励韩国企业投资设备和电子化学品原料供应链。韩国工贸部在汉城南部80公里的松炭和天安,设立两个工业园区,专门供给半导体设备厂商设厂。为了获取先进技术,韩国人以优厚条件招揽美国化工巨头杜邦、硅片原料巨头MEMC、日本DNS(大日本网屏)等厂商,在韩国设立合资公司。由此,韩国人半导体产业链上游关键设备和电子化学品原材料初具规模。


借助中美市场构筑广阔的战略纵深。借助1985、1991年《美日半导体协议》的签署,韩国企业打开美日市场。随后随着需求向中国大陆转移,韩国企业又继续挺进中国大陆,亿海力士为例,2008年全球金融危机爆发后,南亚科、华亚科连续亏损五年,全球DRAM产业累计亏损超过125亿美元,反观韩国海力士,依托中国大陆市场的战略纵深,凭借无锡海力士的投产,海力士仅仅一年时间就扭亏为盈。


韩国半导体工业发展的历程值得参考,起步发展于第一次全球半导体硅含量提升周期,在美国扶持下,在官产学模式的助力下,韩国产业快速分享了PC电脑快速普及的时代。充分分享第二次、第三次全球半导体硅含量提升周期所带来的笔记本、手机、家电、智能手机等快速普及的市场红利。在行业相对疲软时,又依靠大国的市场纵深维持生存。


对照我国现状,市场纵深:我国半导体1300亿美元市场,增速全球第一;自主研发:外部环境弱于韩国,始终坚持自主研发道路;产业链一体化:材料、设备、设计、制造、封装、测试全面布局;官产学研联盟:政策、资金、技术全方位、立体式支持,大基金撬动杠杆。


3.1.3 政策凝聚产业链,大基金撬动杠杆


我们统计了2000年以来国家出台相关集成电路产业扶持政策,包括减免征关税/企业所得税、专项贷款优惠利率、用地用房保障、优质企业落户奖励等在内的财税、投融资、进出口、研发、人才、平台和联动发展全套支持。直接受惠企业/项目主体覆盖制造、封测、存储、设备、材料全产业领域。

2014年9月24号,国家大基金成立是具有标志性意义的,我们统计了大基金成立的前三年,中央和各省市合计预期投入的金额规模超过4650亿人民币,而2016年中国国内半导体集成电路产值也才4300亿。从投资战略来看,大基金旨在探索以市场化的方式支持出战略性强、重资产和具有长远发展前景的领域。第一阶段以重资产为先,投资以先进工艺制造、特色工艺制造、化合物半导体制造为代表的一般装备和一般材料。下一步就是就是要投资空间大、能实现产业规模增长的、具有战略意义的、以存储器为代表的通用型产品。

截止于2018年,国家集成电路大基金第一期1400亿初显成效,公开投资公司为23家,未公开投资公司为29家,累计有效投资项目约为70个,投资范围涵盖全产业链,包括兆易创新、景嘉微、汇顶科技等集成电路设计标的10家;中芯国际、士兰微、三安光电等制造企业8家;长电科技、华天科技、通富微电等封测企业5家;长川科技、北方华创等设备材料企业9家;以及10项产业基金。


从所投领域来看,截止2018年9月,制造、设计、封测、装备、材料类占比分别为65%、17%、10%、4%和4%。按支持主体划分,长江存储、中芯国际、华力微电子、三安光电、紫光展锐分别占比18%、16%、11%、9%和4%。


大基金的主要影响为:

提高国内集成电路产业关注度,加速产业企业研发进程。半导体企业将有效结合资本手段实现设计、制造、封装、测试、核心装备各关键环节自主创新,推动核心技术竞争力和产业链垂直整合,突围各国政府对中资企业的技术封锁。


政府基金撬动社会资本,扩大财政资金的杠杆效。行业融资困难初步缓解。截止2018年5月,国家集成电路产业投资基金一期已经投资完毕,总投资额为1387亿元,第二期2000亿有望推出,引领社会投资上万亿。各地方政府设立基金意愿更强烈,据不完全统计,各地已成立子基金合计总规模已经超过3000亿元。

内资企业早期借力大基金完成国际并购,进入全球半导体第一梯队。通过跨境并购、定增、协议转让、增资、合资公司等多元投资方式,优化企业股权组织架构,提高企业经营效率和盈利能力。以大基金成立四年以来的两桩典型并购为例,2014年12月长电科技7.8亿美元收购全球第四大封测厂新加坡星科金朋,长电借力大基金三亿美元采用“上市公司+PE” 模式和三级股权架构完成蛇吞象式跨境并购,跻身全球半导体封测第一梯队。2018年11月,国内第一手机ODM闻泰科技增资收购主体公司合肥中闻金泰,联合云南城投、格力电器、国联集团等公司以269亿鲸吞全球分立、逻辑、MOSFET器件顶尖设计公司安世半导体,加速海外优质产品、市场和客户资源整合,开启国有化替代和产业链垂直整合。


3.2 存储:大国市场纵深孕育关键产品突破

3.2.1 寡头格局下的默契联盟


寡头格局下,理性竞争关系有望长期维持。以本次存储景气度主要抓手DRAM为例,三星、海力士、美光三巨头享有DRAM市场95%以上的份额,综合考虑份额、制程、成本、护城河、市场成长性、下游稳定性、扩产能力、公司口径等八项因素,我们认为目前的寡头格局仍然牢固,供给端大概率将延续目前理性的竞争格局,盲目扩产可能性较小,供需关系有望长期维持健康结构。



DRAM市场目前整体仍呈现“三星、海力士、美光占据90%以上份额,台湾省厂商走利基路线”的局面。18Q2三星、海力士、美光市场份额为43.6%、29.9%、21.6%。供需方面,DRAM产业链供需优秀,Q2淡季同步补库存,如纯DRAM厂商南亚科,库存回补同步于营收增长。



产能方面,我们结合各家定期报告与Gartner等研究机构统计数据,预计2018全球平均DRAM产能为1250k WPM,同比成长7%。其中三星产能460k WPM,增幅来自于产品组合优化和平泽一厂二层;海力士在17年底M10/14厂和西安厂共计325k WPM的基础上,产能再增10%,到达350k WPM;而美光由于制程稍落后,扩产动力不足,月产能345k WPM,增幅4%。


DRAM位元增速趋缓,预计18全年位元增速~20%。18Q2值制程迁移攻关,各存储龙头厂商进度不同程度放缓,新厂在建。美光预计,年均位元增速将达12年来低点。但考虑Q3下游智能手机新功能发布、云服务器DRAM需求,预计18全年 DRAM位元增速~20%。


CapEx方面,美光统计十年来年位元增长率。单位位元增长率所需CapEx持续走高,CapEx和位元产出差距扩大。18Q2,美光、三星等CapEx策略偏向制程迁移和新品研发,海力士、南亚科等偏向新建厂间和产能扩张。三星2017全年DRAM资本支出达78亿美元,主要用于DRAM 制程转移,以及填补制程转移损失的容量消耗,金额和年成长幅度创新高。

DRAM厂商扩产步伐放缓,意在保持盈利能力。三星此前计划在华城部分产能用于DRAM,并且在平泽二楼新增1ynm DRAM产能,但是扩产计划始终未落实。海力士M14的产能计划主要用于NAND生产,新增的DRAM主要由无锡工厂提供,而无锡工厂预计要2019年才能提供营收贡献。美光一直没有晶圆扩产计划,而是专注于技术进步带来位元增长和成本降低。同时,南亚科也在法人说明会是表示投片将“依据DRAM应用需求增加,持续观察产能增加情况”,再次表明业内厂商对盈利能力的关注。



制程方面,三星目前仍处于绝对领先地位,主力制程18nm良率已经超过85%,估计三星内部占比将接近五成,正往七成的比重迈进。而在17年12月份,三星更是宣布正式量产第二代10nm级别1Y nm 8Gb DDR4芯片,性能提高10%同时功耗降低15%,Die Size下降约30%。


SK海力士目前以21nm制程为主,估计占比约七成,其余为25nm制程。17年受限于工厂空间,21nm制程已无再提升比重的计划。17年底海力士18nm制程将进入量产阶段,也预计2018年将会用18nm制程扩大产出量与占比。M10厂由于工厂较旧,转进18nm制程将产生较大的晶圆损失,我们认为目前主要关注无锡二期的进展和具体产品、制程规划。


美光目前主力制程仍然是20nm与25nm,17年致力于17nm制程的转进,但从晶圆的产出颗粒来看,其17nm制程仅等同于三星 20nm制程,故技术来看算是目前三巨头中较为落后。在产能上基本上也都已满载,唯一还有剩余空间可以利用的只有台湾美光(原瑞晶)的 A2 厂区,此场区虽然因为17nm制程的转进,已经有部份机台进驻,但评估仍有部分空间可供利用,此外美光目前尚无兴建新工厂计划。从大厂的扩厂投资看来属于相对保守,产能扩张甚至技术转进都将趋缓。



3.2.2 趋势研判:目前仅是上行周期的间断性放缓


我们一再强调,DRAM基本面已彻底改善,类似2010至2012年的下行周期重演可能性不大,如今面临的大概率是向上周期中的阶段性放缓。


我们认为行业供需关系将长期维持健康结构:

  • 行业整合较为充分,主流玩家仅有三星、SK海力士、美光,三家份额95+%,高集中度背景下产业联盟趋于理性。

  • 下一代工艺研发、固定成本过高,各大公司必须保持一定盈利能力,以应对下一代工艺竞争的巨大投入。

  • 硅片剪刀差加剧,硅片短缺不仅导致价格向下游传导,更重要的是最上游从量上对半导体芯片产出进行限制。

  • 需求端增长确定性高,以人工智能+大数据为基础技术的创新潮核心在于算力和存储量,基于存储的需求未来几年高速增长的确定性较高。


由于存储产品固定成品较高,且具有一定商品属性,不可避免的存在一定周期性,但即使以周期性视角来看,也可以观察到存储产业基本面的显著改善:

  • 下行周期显著缩短、上行周期显著延长:从DRAM价格周期的来看,2010年以来共经历了两轮周期,DRAM价格在2010Q2达到高点,之后进入延续10个季度的下行周期,12年尔必达破产,行业集中度提升,价格短暂上行4个季度,平稳后再次经历8个季度的价格下行,但相较于前次以显著缩短两个季度。随后行业经历了有史以来最长的景气周期,截止18Q2,已连续7个季度涨价。

  • 价格下行陡峭度放缓、上行陡峭度提升:下行周期中,2014-2016年DRAM价格复合年均增长率为-7%,相较于2010-2012年的-12%,显著提升5个百分点。上行周期中,2016-2018年DRAM价格复合年均增长率为9%,相较于2012-2013年的5%,显著提升7个百分点。

  • 价格周期高点、低点均显著提升:从价格的边际变化来看,2010-2012年的下行周期中,季度ASP环比降幅曾两度跌破25%,而2014-2016年最大环比降幅仅为12%。2013-2014年的上行周期中,环比增幅仅在13Q2触及10%,而2016年至今,环比增速长期运行在高个位数百分比,17Q1甚至触及23%。

  • 公司经营能力波动上行,经营复苏快于价格复苏:从公司经营层面看,产业基本面改善更为显著,毛利率、营业利润率随产业周期波动,但整体呈向上趋势,而且在下行周期末端时,一般较价格周期提前一个季度开始复苏。


周期波动中,大厂经营稳定性更强。我们统计了三星、海力士、美光、南亚科四大厂商DRAM业务的经营情况,其中,南亚科在资金规模、技术优势均不如大厂的情况下,对09年的短暂高景气存在误判,在2010-2012年行业下行周期中受影响较大。三巨头在资金、市场优势下,整体经营波动较为缓和。



3.2.3 国产需求广阔,合肥长鑫睿力进展顺利


存储类产品方面,2016中国大陆地区存储芯片市场规模约413亿美元,占据全份额球54.1%。2017年,存储类产品占国内半导体产业30.2%,增幅46.9%,为各分类中占比最高、增速最快。长期以来,我国芯片需求90%依赖于进口,额度相当高。据海关总署数据,2018年1-8月,我国芯片进口额为2026.24亿美元,同比上涨28.7%。

兆易创新联手合肥长鑫,第二次试水DRAM。从全球三次DRAM竞争格局变迁来看,新玩家崛起过程都会充满外界的阻扰,而从中国的DRAM发展历程来看,外界几乎不会对中国有太多的援助,要想实现发展,只能建立完整的、具有独立自主核心技术体系。兆易创新联合合肥长鑫,强攻 DRAM产业。2017年,兆易创新公告,与合肥产业投资约定双方在合作开展工艺制程19nm存储器的12寸晶圆存储器(含DRAM等)研发项目,项目预算约为180亿元。根据最新公告,合肥长鑫预计年底之前取得10%良率,达到量产条件,2019年底2020年初,实现36万片产能;


合肥506项目介绍:包含合肥长鑫、长鑫存储、睿力集成三个主体。项目预算约为180亿元人民币,公司与合肥产投依据1:4负责筹集资金,正式进军DRAM项目,目标是在2018年12月31日前研发成功,即实现产品良率(测试电性良好的晶片占整个晶圆的比例)不低于10%。根据市环保局公示,项目一期为12寸19nm DRAM芯片生产线,建设地点位于合肥空港经济示范区,建设目标为一条12.5万片/月(150万片/年)的DRAM产线,总投资500多亿,一期12寸厂用地850亩(三期总共1582亩)。

根据电子产业信息网等报道,7月16号,长鑫存储存储器项目首次投片总结大会在合肥召开,这是中国半导体产业一个重要的里程碑,在历来半导体主战场的存储芯片领域,合肥长鑫作为大陆第一家存储大厂宣布正式投片!其中结构片流片顺利结束从产业经验来看意味着设备联调顺利、前期结构设计合理,但并不进行电学性能测试。近期电性能晶圆投片正式开始,流片次数上市场普遍存在误判,实际呈流水线式连续流片,年底前大概率实现10%的19nm DDR4 DRAM研发良率突破、19年起开始产能爬坡!


国开总行领导亦于近日调研DRAM项目,从项目领导层到国家支持有望持续迎来增强推动。根据合肥产投官网,国开总行领导于7月13日调研DRAM项目,对阶段性成绩充分肯定;7月23日省委书记李锦斌赴506项目调研,对合肥项目的速度和质量给予了充分肯定。我们认为随着项目顺利推进,从项目领导层到国家层面支持力度有望迎来持续增强!


3.2.4 长江存储首批32层3D NAND已部分量产,64层有望突破


2016年紫光集团联合集成电路基金、湖北省科投等在武汉注册成立长江存储,目前为清华紫光集团的子公司,长江存储整合已成立10年的武汉新芯。16年3月武汉新芯宣布投资240亿美元研究生产NANDFLASH和DRAM。


国家存储器基地项目介绍:主要产品为3DNAND,预计5年投入1600亿元(约240亿美元),到2020年月产能30万片,年产值将超过100亿美元。2030年月产100万片。项目预计4Q18实现32层64GNANDFLASH小规模量产,初期月产能5000片。存储器基地包括3座全球单座洁净面积最大的3DNANDFlash厂房、1座总部研发大楼,第一阶段厂房于2017年9月完成兴建,核心厂区占地面积约1717亩。


2017年2月,长江存储研发团队中科院微电子所发布,国产32层3D NAND FLASH芯片取得突破性进展;11月长江存储将32层3D NAND芯片导入SSD内,进行终端产品测试成功,这意味着中国第一颗3D NAND闪存芯片研制成功,填补国内空白。18年4月首批400万美元的精密仪器抵达武汉,未来两年内将从全球进口近3万吨精密仪器。预计设备搬入、调试耗时3个月,然后开始小规模试产。预计3Q18开始移入机台,4季度进行试产,初期投片不超过1万片。

至此,国家存储器基地从厂房建设阶段进入量产准备阶段,中国首批拥有完全自主知识产权的32层 3D NAND闪存芯片将于年内量产。公司设备已经点亮投产,2019年底64层3D NAND产能爬坡量产,单颗容量128Gb(16GB)。长江存储32层3D NAND研发成功、64层产品研发进展迅速,是是“中国芯”的一大步,我国在高端芯片领域与国外差距不断缩小。


3.3 设计:国内IC设计厂商轻装追赶


垂直分工模式下,Fabless厂商负担轻,弹性大,叠加国内需求广阔,且中芯国际、华虹半导体等国内代工厂的不断成长,中国IC设计产业保持高速增长:

  • 模式:垂直分工成趋势,Fabless模式下,弹性更大;

  • 企业:质、量齐升,设计业内总体企业数量和规模企业数量同时增长;

  • 技术:快速成长,不断突破,集成电路相关专利中,IC设计领域专利数量居首;

  • 产品:完整布局覆盖所有细分领域,CPU、GPU、模拟IC、SoC等产品均已取得突破。


3.3.1 垂直分工大势所趋,中国Fabless产业高速成长


Fabless盈利弹性更大,孕育高通、英伟达等众多大厂。全球半导体分为IDM(Integrated Device Manufacture,集成电路制造)模式和垂直分工模式两种商业模式,老牌大厂由于历史原因,多为IDM模式。随着集成电路技术演进,摩尔定律逼近极限,各环节技术、资金壁垒日渐提高,传统IDM模式弊端凸显,新锐厂商多选择Fabless(无晶圆厂)模式,轻装追赶。同时英飞凌、TI、AMD等老牌大厂也逐渐将全部或部分制造、封测环节外包,转向Fab-Lite(轻晶圆厂)甚至Fabless模式。



中国IC设计产业保持高速增长,2018年增速超30%。虽然目前自给化率仍然偏低,但随着半导体产业转移,下游需求指数级成长,叠加国家大力支持,我国设计产业在近年来也得到了迅猛的发展。设计产业销售规模从1999年的3亿元增长到2018年的2576亿元,复合增速达到42%,稳居世界前沿,随着5G到来,下游需求将持续推动大陆IC设计业发展。


IC设计企业质、量齐升。IC设计业的企业在2018年为1698家,相比2017年的1380家,增长了23%,销售过亿设计企业2018年为208家,相较2017年增长9%。业内总体企业数量和规模企业数量同时增长,反映出大陆IC设计市场规模增长要快于供给增长,IC设计天花板尚早。我们判断,在接下来几年,IC设计市场将继续保持一个良好的发展态势。

近些年国内电子行业的迅猛发展从很大程度上得益于下游消费电子和通信业海量的需求推动,IC设计产业的增长也是深度受益于此。从下游分类来看,国内IC设计业市场主要集中于通信和消费领域。5G的深度影响行业也是通信和消费类,我们判断对应的IC设计企业在接下来将会有一个良好的发展机会。



中国IC专利数量快速增长,设计领域居首。美国集成电路相关专利数量增长自2002年达到顶峰,互联网泡沫破裂之后逐渐下滑,而中国相关专利自2000年以来长期保持快速增长,2017年有加速增长的趋势(17年申请数显示较少,主要由于部分专利还未公开)。从专利结构来看,设计相关专利数量在我国集成电路专利总量中排名第一,而设计领域中,模拟电路专利数量位居首位,之后依次是处理器、逻辑电路、存储器。


Fabless模式专注于设计,设计企业快速追赶IDM。Fabless厂商由于无自建晶圆厂,固定资产规模较轻,折旧压力较小,相对风险较小;同时由于专注于IC设计,对市场需求响应速率相对较快。从销售规模来看,2000年,设计公司收入不足IDM公司收入的十分之一,2017年,设计公司收入已超过IDM收入的三分之一;从收入增速来看,过去17年的大部分时间,设计公司收入增速均高于IDM公司,仅在2009-2010、2017年出现例外,主要是由于当时存储器处于景气周期,对IDM企业收入拉动较大。综合考量下游驱动力契合度、技术进展情况、上下游供需关系,推荐韦尔股份(收购OV)、景嘉微,建议关注:圣邦股份、全志科技、海思(未上市)。



从区位分布来开,除开北上广深等城市外,无锡、成都、合肥等城市的设计企业也都超过了100家,武汉、长沙、天津等城市设计企业数量未满100家,但也有较大增长。设计企业区位布局由点及面,开始从北上广深向全国渗透,各省份都开始布局IC设计,设计版块将在全国掀起一股增长浪潮。



3.3.2 多领域已实现部分突破


接下来我们将逐一对国内CPU、GPU、模拟芯片等核心产品情况进行分析。


国产CPU目前已进入起步阶段。国产芯片产业起步于生产代工,从代工到授权,得益于国家经济实力的进步,从授权到自主研发,得益于国家对于芯片研究的大力投入。目前龙芯、申威、兆芯、海光、飞腾、宏芯、海思在CPU领域都已实现起步,尤其海思已实现手机处理器大规模商业化,虽然目前国产CPU整体市场份额较小,但从无到有是一个质的飞跃,标志着国内的研发能力已经初具雏形,从雏形到规模化市场应用所需的只是时间发酵,在这段过程中蕴藏着海量的市场规模。



GPU已满足办公与显示需求。参考全球GPU巨头英伟达的产品路线图可以发现,其面向消费者的图形处理芯片GeForce系列,性能提升主要表现在架构的改进,内核频率和显存大小的提升,总线接口的迭代,以及保证高性能的同时减小功耗方面。对比景嘉微JM7200来看,其使用28nm制程、内核频率1000MHz和显存性能已经达英伟达开普勒架构消费级GPU的主流性能指标,能够满足办公用和基本的游戏用的显示要求。



中国是全球最大的模拟电路消费市场,国产空间广阔。赛迪顾问数据显示,中国模拟电路市场前五大厂商分别为德州仪器、恩智浦、英飞凌、思佳讯、意法半导体,中国模拟市场规模占全球比重约为60%,使用的模拟集成电路产品约占世界产量的 45%,而我国的模拟芯片产量仅占世界份额的 10%左右。巨大的产业缺口为本土集成电路公司提供了良好发展机遇。本土集成电路公司有机会在第一现场了解市场,可有针对性地进行产品研发,产业链之间合作更加密切,相对国外厂商能够更快速、更准确地响应本土终端客户的需求,未来进步空间广阔。



模拟IC份额相对分散,细分赛道仍存国产突破机会。与其他半导体板块不同,模拟品类繁多,仅德州仪器一家企业,目前在售产品就达上万款,下游应用的多元化导致细分赛道极多。相较于存储器、CPU等数字IC产业,模拟IC市场集中度较低,前三市占率仅为30%左右,且不同领域企业优势差异较大,如龙头德州仪器在放大器市场份额第一,但在转换器市场不如模拟器件公司,而在功率相关芯片市场,欧洲企业英飞凌优势较大。整体来看,不存在单一企业在所有模拟IC细分市场占优的情况,细分赛道仍存在大量国产突破机会。



3.3.3 从海思看国产IC设计厂商成长路径


海思已成为国内最大IC设计厂,我们从华为手机说起,详细分析海思一路以来的成长路径。


从功能手机到智能手机,华为在世界舞台逐渐崛起,2018年第二季度,华为首次超过苹果,成为全球第二大智能手机厂商。智能手机发展到今天,已经有十余年的历史,在这期间智能手机的市场格局发生了翻天覆地的变化。近几年来国产手机行业迅速发展,以华为为代表的国产手机品牌不仅仅在国内占据了相当大的市场份额,在国外也能与其他世界一线手机品牌竞争一较高下,中国手机行业在世界舞台上迅速崛起。



初入市场,狼狈开局。2003年7月,华为手机公司成立。当时正值小灵通市场快速发展之时,中兴与UT斯达康等众多厂商不断推出小灵通产品服务,并通过捆绑运营商渠道迅速占领市场。到2004年,小灵通业务迎来收获期。这一年中兴的年销量超过1100万部,UT斯达康的小灵通手机业务更是占其总利润的100%。


寻找技术基因。随着3G网络基础设施建设不断成熟,全球各国开始经营3G网络,中国也在2008年12月12日向国内三大运营商发放3G牌照。此时,华为终端的意义体现出来。由于小灵通时代,华为手机就以高性价比被用户广泛认知。用全新的3G手机置换传统的小灵通产品,一时间成为华为的主要工作。不久后,廉价的华为3G手机出现在市场上,至此,价格战成为华为手机市场竞争的主旋律。


华为认识缺乏核心竞争力是华为手机业务的隐含危机。于是华为放弃沿用多年的空壳发展策略,并将自己的核心技术融入到产品中,向价格战的反方向走一条高端发展的路线。于是华为终端向供应链上游寻找突破口,最终将目标锁定为处理器。早在1991年,华为就成立了ASIC(混合信号集成电路)设计中心,解决公司面对的与半导体有关的技术难题。2004年该部门正式注册成立,也就是后来的海思半导体。


2008年,海思开发出首款处理器K3V1,并将该方案的成熟版方案K3V2安装在Ascend D1上。从此,华为手机开始强调产品的技术含量。但海思毕竟刚刚起步,其技术能力仍然停留在40nm工艺制程阶段,而当时,整个行业已经过渡到28nm时代。技术落后,导致Ascend D1发热严重,续航时间也受到影响,严重影响了华为手机的用户口碑。随着海思处理器的出现,华为手机的定位开始清晰:一家具备手机底层技术的厂商。伴随技术的升级,华为给手机品牌的增值预留了一个理想窗口。


转向高端化路线,导入自研芯片。2013年开始华为选择了与市场完全不同的策略:拥抱高端市场,用P和Mate两大系列产品,对抗苹果和三星的高端旗舰手机。为此,华为放弃了低端市场约3000万部手机的出货量,损失9亿美元的收入。2013年华为将40nm工艺升级到了28nm,将海思的K3系列产品更名为麒麟系列并安装到产品中。至2014年,华为推出的高端机型P7与Mate7分别采用了28nm工艺的麒麟910和麒麟925平台。用户用实际行动肯定了华为在技术上的努力,面对这两款定价高昂(发布价分别为2888元和2999元)的产品,用户还是欣然接受。数据统计,P7在10个月内的销量就达到600万部,Mate7的累计销量突破670万部。


坚持使用自主研发芯片,布局人工智能。目前所有华为手机上均搭载了国产麒麟系列的芯片,成功摆脱了对于美国芯片的依赖,实现了在核心技术上的自主权。也正是很大程度上因为华为自主研发的麒麟芯片,华为在近两年一跃成为国内手机品牌领跑者。


通过海思芯片与华为手机的绑定战略,不难看到,IC厂商要发展,必须有核心产品打开市场空间,不仅是通过下游的成长,在收入上取得更充裕的研发资金,更是通过充分的下游应用,发现实际应用中的问题与不足,向上游芯片研发形成正向反馈,达到“研发-应用-收入/反馈-投入再研发”的良性循环。


3.4 设备:中国将成全球最大半导体设备市场


中国将成为全球最大半导体设备市场,同时刻蚀、沉积、清洗、检测设备均实现国产突破。相较于全球半导体市场的逐季下滑,中国大陆半导体设备市场呈现出蓬勃发展的态势,前三季度销售额逐季提升,销售规模分别达26、38、40亿美元,对应同比增速为31%、51%、106%。SEMI数据显示,2019年我国半导体设备市场增速有望维持在50%左右,对应全年销售额有望超170亿美元。


3.4.1 半导体产业东迁带动中国设备市场高速成长


全球半导体设备市场增速放缓。日本半导体制造装置协会数据显示,2017年全球半导体设备销售额达566亿美元,同比增长37%。但2018年以来,全球半导体设备市场销售额逐季下滑,前三季度销售额合计为495亿美元,智研咨询预计全年销售额为601亿美元,对应同比增速仅为6%。


大陆晶圆厂建厂潮带动设备需求持续增长。根据前瞻产业研究院,目前我国晶圆厂在建产能涉及12家公司、15个项目,投资额合计4399.9亿元,在建产能超过81万/月。预计2018年将贡献约50万片/月产能。同时,根据SEMI预测,2017至2020年,中国大陆将建成投产26座晶圆厂,占全球综述的42%。大量晶圆厂的扩建、投产,将带动对上游半导体设备的需求提升,更有望为国产化设备打开发展空间。



3.4.2 全面完整布局,多项设备均实现国产突破


我们将从半导体生产制造流程逐一介绍设备需求,并对国产化情况进行分析。从生产流程看,芯片生产大致可分为硅片制造、芯片制造、封装测试三部分,其中硅片制造与芯片制造两个环节技术壁垒较高。



半导体设备市场集中度较高,且多为海外龙头占据主要份额。目前,我国半导体设备市场仍非常依赖进口,从市场格局来看,细分市场均有较高集中度,主要参与厂商一般不超过5家,top3份额往往高于90%,部分设备甚至出现一家独大的情况。



国内厂商在全部环节所需设备领域均有所布局。虽然目前国内半导体设备仍较为依赖进口,但从产业布局角度来看,国内厂商布局极为完善,几乎覆盖半导体生产制造过程中每个环节所需的所有主要设备。拉晶、光刻、沉积、刻蚀、清洗、检测、封装等各个环节均有多家国内厂商布局覆盖。



刻蚀设备:中微半导体、北方华创均已实现国产突破。2017年全球刻蚀设备市场规模为42亿美元,2022年市场空间有望达50亿美元,年均复合增长率为3.77%。目前拉姆研究与东京电子占据了刻蚀设备市场的主要份额,二者市占率分别达43%、34%。国产化方面,北方华创、中微半导体已经开发了65nm以下的刻蚀设备,部分技术已经接近甚至优于国际水平,有望充分受益于制程演进带动的刻蚀设备需求提升。


沉积设备:关注北方华创薄膜沉积、中微半导体MOCVD。2017年,全球薄膜制备市场为125亿美元,其中沉积设备市场为80亿美元,预计2025年薄膜制备市场空间为360亿美元,年均复合增长率为14%。市场格局来看,AMAT占据了主导地位,其CVD设备市占率近60%,PVD设备市占率达76%。国产化方面,北方华创PVD、LPCVD、APCVD、PECVD设备均已实现突破,中微半导体MOCVD已供应多家LED厂商,包括三安光电、兆驰股份、乾照光电、聚灿光电、德豪润达、士兰明芯等。



清洗设备:关注北方华创、至纯科技。2016年全球清洗设备市场规模达40亿美元,其中单片清洗设备销售额约为18亿美元,日本网盘占据50%以上份额。为保证芯片制备过程中不受杂志干扰,每个环节完成后均需要进行清洗才可进行下一步,估算清洗工艺占芯片制造步骤的三分之一,且随着制程不断缩小,清洗的重要性愈发重要,建议关注国产清洗设备龙头北方华创、至纯科技。



检测设备:关注长川科技、精测电子。2017年半导体检测设备市场规模达44亿美元,其中KLA市占率达55%,全球市场空间2022年有望达到80亿美元,年均复合增长率为12%。国产化方面,长川科技测试机已获长电、华天、日月光在内的多家龙头企业使用和认可;精测电子由平板显示检测龙头换挡半导体打开新市场空间。



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