2018年全球及中国半导体集成电路产业发展现状分析

发布时间：2019-11-10 00:22 所属栏目：26 来源：智研咨询

导读：【市场分析】1956年国务院制定的《1956-1967科学技术发展远景规划》中，已将半导体技术列为四大科研重点之一，明确提出在12年内可以制备和改进各种半导体器材、器件的目标。半导体产业链复杂、技术难度高、需要资金巨大，且当时国内外特定的社会环境，中

　　【市场分析】1956年国务院制定的《1956-1967科学技术发展远景规划》中，已将半导体技术列为四大科研重点之一，明确提出“在12年内可以制备和改进各种半导体器材、器件”的目标。
　　半导体产业链复杂、技术难度高、需要资金巨大，且当时国内外特定的社会环境，中国在资金、人才及体制等各方面困难较多，导致中国半导体的发展举步维艰。
　　直到70年代，中国半导体产业的小规模生产才正式启动。原电子工业部部长在其著作《芯路历程》中回忆这一阶段历史，提到发展中第一个误区“有设备就能生产”，70年代从日本、美国引进了大量二手、淘汰设备建立了超过30条生产线，但引进后无法解决技术、设计问题，也没有管理、运营能力，第一批生产线未能发挥应有的作用，就淡出了市场。
　　90年代，国家再度启动系列重大工程，为改变半导体行业发展困境，最知名的为908、909工程，908工程在1990年启动，投资20亿元建设国际领先的1微米(1000nm)制程工艺的晶圆制造产线。由于中国彼时整体经济力量还在蓄积，因此经费、设备引进、建厂等环节仍然阻力较大，直至1998年产线得以竣工。此时国际工艺节点达到0.18微米，中国生产线刚建成就落后两代。在1996年国家启动了“909”工程，整体投资约100亿元，并且做出很多打破审批的特事特办，参与其中的公司如今只剩两家，一个是909工程的主体华虹集团，另一个则是完全自筹1.355亿元资金的华为设计公司，也就是后来的海思。
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国家级相关集成电路重要政策，资料来源：智研咨询整理
　　集成电路产业链主要分为集成电路设计、集成电路制造以及集成电路封装测试等三个主要环节，同时每个环节配套以不同的制造设备和生产原材料等辅助环节。
　　一、半导体设备产业现状
　　半导体设备位于整个半导体产业链的上游，在新建晶圆厂中半导体设备支出的占比普遍达到80%。一条晶圆制造新建产线的资本支出占比如下：厂房20%、晶圆制造设备65%、组装封装设备5%，测试设备7%，其他3%。
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新建晶圆厂资本支出占比拆分，资料来源：智研咨询整理
　　其中晶圆制造设备在半导体设备中占比最大，进一步细分晶圆制造设备类型，光刻机占比30%，刻蚀20%，PVD15%，CVD10%，量测10%，离子注入5%，抛光5%，扩散5%。
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晶圆制造设备投资占比拆分，资料来源：智研咨询整理
　　2017年全球半导体设备市场总量约为566亿美元，同比增长37%，2018年约在600亿美元规模。中国是全球半导体设备的第三大市场，2018年中国半导体设备123.78亿元。
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2015-2018年中国半导体设备销售收入统计，资料来源：中国电子专用设备工业协会、智研咨询整理　　我国半导体设备销售收入一直保持高速增长状态，2018年全国半导体设备销售收入123.78亿元，同比增长39.14%，2015-2018年期间，我国半导体设备销售收入复合增长率高达37.93%。
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2009-2018年中国半导体专用设备行业进出口数据，资料来源：中国海关
　　半导体设备具备极高的门槛和壁垒，全球半导体设备主要被日美所垄断，核心设备如光刻、刻蚀、PVD、CVD、氧化/扩散等设备的top3市占率普遍在90%以上。
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半导体制造核心设备市占率情况，资料来源：智研咨询整理
　　目前光刻机、刻蚀、镀膜、量测、清洗、离子注入等核心设备的国产率普遍较低。经过多年培育，国产半导体设备已经取得较大进展，整体水平达到28nm，并在14nm和7nm实现了部分设备的突破。
　　具体来讲，28nm的刻蚀机、薄膜沉积设备、氧化扩散炉、清洗设备和离子注入机已经实现量产；14nm的硅/金属刻蚀机、薄膜沉积设备、单片退火设备和清洗设备已经开发成功。8英寸的CMP设备也已在客户端进行验证；7nm的介质刻蚀机已被中微半导体开发成功；上海微电子已经实现90nm光刻机的国产化。在中低端制程，国产化率有望得到显著提升，先进制程产线为保证产品良率，目前仍将以采购海外设备为主。
　　从政策上看，随着《国家集成电路产业发展推进纲要》《中国制造 2025》等纲领的退出，国内针对半导体装备的税收优惠、地方政策支持逐步形成合力，为本土半导体设备厂商的投融资、研发创新、产能扩张、人才引进等创造良好环境。
　　财政部先后于 2008、2012、2018 年出台税收政策减免集成电路生产企业所得税。从地方产业政策来看，多地退出集成电路产业扶持政策及发展规划，从投融资、企业培育、研发、人才、知识产权、进出口以及政府管理等方面退出一系列政策，对符合要求的企业给予奖励和研发补助。
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集成电路生产企业税收优惠政策情况，资料来源：财政部、智研咨询整理
　　二、芯片设计产业现状
　　全球半导体分为IDM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。集成电路设计为知识密集型产业，国际上比较典型的参与者主要有AMD、英伟达、高通、联发科、苹果、华为海思等公司。芯片设计可以分为数字集成电路设计和模拟集成电路设计两大类。模拟集成电路设计包括电源集成电路、射频集成电路等设计。模拟集成电路包括运算放大器，线性整流器，锁相环，振荡电路，有源滤波器等。相较数字集成电路设计，模拟集成电路设计与半导体器件的物理材料性质有着更大的关联。数字集成电路设计包括系统定义，寄存器传输级设计，物理设计，设计过程中的特定时间点，还需要多次进行逻辑功能，时序约束，设计规则方面的检查，调试，以确保设计的最终成果合乎最初的设计收敛目标。全球芯片设计产业现状全球芯片设计产业龙头企业主要分布在美国，中国，台湾等国家地区，2018年，中国企业海思半导体首次入围全球芯片设计前十企业，营收规模排名全球第五。从整体来看，美国企业仍然占据了绝对主流，前10大芯片设计公司中有8家都来自美国，其他仅有海思半导体和联发科(中国台湾)上榜。
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2018年全球IC设计前十企业设计前十企业，资料来源：智研咨询整理
　　2018 年全球芯片设计产业规模大约为 1139 亿美元，同比增速 14%，过去五年符合增速约为 6.6%。由于近几年智能手机等终端对于芯片性能和数量需求的快速提升，全球芯片设计产业得以快速增长。特别是随着整体芯片设计工艺的持续升级，芯片设计产业充分享受了下游芯片制造大规模投资的产业红利，产业持续高速增长。
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2012-2018年全球芯片设计产业销售额，资料来源：智研咨询整理
　　2018 年中国芯片设计产业规模为 2519 亿元，同比增长 21%，5 年复合增速 24%，远超全球整体复合增速 6.6%。
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2012-2018年中国IC设计产业销售收入走势图，资料来源：智研咨询整理
　　国内庞大的市场需求，但是中国芯片企业规模较小，每年芯片我国进口金额仍然在快速增长，国产芯片设计企业具备十分巨大的国产替代市场。除了海思半导体之外，我国IC设计产业企业发展呈现井喷式增长的势头。截至2016年底，我国共有IC设计企业1362家，2015年仅有736家，同比增长率高达85%。我国至今已有11家企业跻身全球IC设计企业前50强。
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2018年中国IC设计前十企业，资料来源：智研咨询整理
　　三、集成电路制造产业现状
　　集成电路(IC，integrated circuit)制造是将设计成型的集成电路图实现的过程，在硅片等衬底材料基础上，通过高尖端设备，经过氧化、光刻、扩散、外延、测试等半导体制造工艺，把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上，制备出具备特定功能的集成电路，又称芯片。
　　集成电路，按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大类。模拟集成电路用来产生、放大和处理各种幅度随时间变化的模拟信号(例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等)，其输入信号和输出信号成比例关系。数字集成电路则是用来产生、放大和处理各种数字信号。
　　集成电路制造环节现状制造环节现状随着半导体产业的发展，投资规模越来越大，产业分工越来越明确。产业龙头公司逐步从早期的垂直整合生产转向专业化分工，出现专业化的芯片设计公司，专业的芯片制造公司以及专业的封装测试公司。从技术能力、规模等角度分析目前全球芯片制造领域的格局。
　　目前全球IC代工制造领头企业为中国台湾的台积电，2018年收入为303.89亿美元，占全球前十大IC制造规模收入比例超过50%。中国大陆企业在前十位的分别有中芯国际和华虹半导体，2018年收入分别为33.78亿美元和9.45亿美元，占全球前十大IC制造规模收入比例分别为5.64%和1.58%。
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全球前十大晶圆代工公司收入规模排名公司收入规模排名(亿美元)，资料来源：智研咨询整理　　技术水平格局。集成电路的技术水平核心指标是特征尺寸，特征尺寸是指半导体器件中的最小尺寸。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。从竞争格局现状来看，目前国内IC制造能力与国际先进比较，制造能力落后5-6年，制程能力相差2代到2.5代。
　　随着进入7nm以及更高制程周期，领头企业与追赶企业的差距在逐步扩大。例如，随着工艺难度的提升，开发难度不断增大，投入资金要求越来越大，格罗方德以及联电短期内已经放弃往7nm制程的升级。
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全球主要晶圆制造工厂制程水平，资料来源：智研咨询整理
　　提升芯片制造能力的应对措施。随着下游终端产品例如智能手机要求的性能越来越高，高端芯片如华为海思麒麟990芯片、苹果A12系列芯片、高通骁龙855系列芯片等都采用7nm制程，两家具备高端制程能力的公司如三星、英特尔等公司由于自身产业链因素，高端制程主要用于自身产品生产。目前大部分高端芯片特别是7nm制程及以上的芯片制造，目前大部分市场主要由台积电占据。
　　国内两家芯片制造公司中芯国际、华虹半导体都已经进入14nm制程的风险量产阶段，但其核心量产制程仅在28nm，意味着能够生产市场上60%的芯片。国内企业与国际先进水平企业仍然存在较大差距，并且未来在进入更高阶制程过程中面临的压力越来越大。
　　四、半导体封测产业现状
　　半导体封测目前属于国内半导体产业链中有望率先实现全面国产替代的领域，并且当前全球封测市场份额的重心继续向国内转移。根据中国半导体行业协会统计，2018年中国集成电路产业封测业销售额达333亿美元，而全球封测行业2018年约560亿美元，中国封测行业占全球市场份额约达59%。
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2012-2018年全球及中国封测行业规模及占比全球及中国封测行业规模及占比(亿美元)，资料来源：中国半导体协会、智研咨询整理　　从封测行业企业竞争格局看，虽然全球目前排名前2的公司为日月光和安靠，但中国企业在国际上已拥有较强竞争力。
　　2018年长电科技、华天科技、通富微电三家企业在全球市场市占率达17%，且在封装技术能力较为全面，掌握了全球较为领先的先进封装技术，未来有望进一步抢占更多市场份额。
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全球主要封测企业市场份额封测企业市场份额，资料来源：智研咨询整理
　　从技术发展趋势，目前国际先进封装技术发展趋势主要有FCBGA(倒装芯片球栅格阵列的封装格式)、WLCSP(晶圆级封装)、FO-WLP(晶圆级扇出封装)、Sip(系统级封装)等技术。这些先进封装技术主要应用在手机、可穿戴设备等小型化高附加值电子设备中。
　　目前中国龙头企业，如长电科技、华天科技已拥有此类先进封装技术，其技术水平虽有所落后国际龙头企业，但差距较小，预计未来5~8年，有望实现全面赶超。

（编辑：ASP站长网）