從28納米到7納米，中國半導體該如何追趕龍頭？

本文選自“獨角獸智庫”微信公眾號，作者東吳證券研究所陳顯帆，原標題《2017年半導體行業(yè)研究報告》。

導語：

根據(jù)中國半導體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2017年我國集成電路設(shè)計、制造、封測三個產(chǎn)業(yè)分別實現(xiàn)收入2073.5億/1448.1億/1889.7億，同比+26.1%/+28.5%/+20.8%，顯著高于全球市場增長率。

半導體行業(yè)壟斷程度加劇，中國大陸無緣前20強

芯片(集成電路)制造技術(shù)是當今世界最高水平微細加工技術(shù)，是全球高科技國力競爭的戰(zhàn)略必爭制高點。

根據(jù)美國市場研究機構(gòu)ICInsights的統(tǒng)計，2016年全球前20大半導體公司中，包括美國的英特爾、高通、美光、德州儀器、蘋果、英偉達、格羅方德、安森美，日本的東芝、索尼、瑞薩，歐洲的恩智浦、英飛凌、意法半導體以及中國臺灣地區(qū)臺積電、聯(lián)發(fā)科、聯(lián)華電子，韓國則有兩家公司上榜，分別是三星、海力士。其中有9家公司營收超過100億美元，前20強的門檻是44.55億美元。

中國大陸最大的半導體公司華為海思以37.62億美元的營收無緣榜單。除名單中的3家純晶圓代工廠外，剩余17家半導體芯片公司總銷售額占全球半導體總銷售額(3571億美元)的68%，與2006年的58%相比，前17大半導體公司占比提升了10個百分點。

全球半導體行業(yè)的壟斷程度和行業(yè)集中度在持續(xù)增加。

根據(jù)中國半導體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2017年我國集成電路設(shè)計、制造、封測三個產(chǎn)業(yè)分別實現(xiàn)收入2073.5億/1448.1億/1889.7億，同比+26.1%/+28.5%/+20.8%，顯著高于全球市場增長率。

但是，我國集成電路產(chǎn)業(yè)鏈先進工藝嚴重匱乏，導致國內(nèi)市場對國外高端產(chǎn)品進口依賴嚴重，約七成的集成電路產(chǎn)品依賴進口。進口總金額已經(jīng)超過同期原油進口金額，成為中國第一大進口商品。

從設(shè)備端看，CVD(化學氣相淀積設(shè)備)、刻蝕機、分布重復光刻機和引線鍵合機占進口金額比例較大，前三者為制造環(huán)節(jié)最重要的三種機器設(shè)備，技術(shù)門檻高，單臺價值量大;引線鍵合機則歸屬于封測環(huán)節(jié)。

目前，我國12英寸晶圓先進封裝、測試生產(chǎn)線設(shè)備的國產(chǎn)化率已經(jīng)可以達到70%以上。12英寸、90-28nm制程的國產(chǎn)集成電路晶圓設(shè)備已經(jīng)進入國內(nèi)外大規(guī)模集成電路主流生產(chǎn)線。

全球范圍內(nèi)，集成電路設(shè)備研發(fā)水平在12英寸10納米以下，生產(chǎn)水平則已經(jīng)達到12英寸14納米。

我國設(shè)備廠商的研發(fā)水平為12英寸14納米，生產(chǎn)水平處于12英寸28納米階段。就現(xiàn)狀看，我國集成電路工藝水平與國外先進水平尚存一定差距，在此大環(huán)境之下，國內(nèi)設(shè)備廠商尚無法與國外公司在技術(shù)上形成對壘。

需求大增，產(chǎn)能有限，硅片漲價帶動存儲器漲價

從2017年初開始，硅片的價格便不斷上漲。全球硅片市場Q1合約價平均漲幅約達10%，Q2硅片價格繼續(xù)上漲，累計漲幅已超過20%，Q3合約價再調(diào)漲10%左右，且漲價趨勢正快速從12英寸硅片向8英寸與6英寸蔓延。

目前，信越半導體及SUMCO勝高的12寸硅片簽約價已從2016年的75美元/片漲至120美元/片，漲幅高達60%。

根據(jù)日經(jīng)新聞報導，日本硅片巨頭SUMCO預估2018年12寸硅晶圓價格有望進一步回升約20%(即2018年Q4價格將較2016年Q4高出40%以上)，且2019年也將持續(xù)回升。

隨著芯片應用領(lǐng)域的擴大，硅晶圓供不應求，半導體行業(yè)進入高景氣周期。

三星電子、美光科技以及SK海力士三大巨頭直接占據(jù)了90%以上的芯片市場份額。

韓國三星在2017年的存儲器漲價中最為受益。三星是全球最大的存儲芯片廠商，其DRAM產(chǎn)品市占率約48%，NANDFlash產(chǎn)品市占率約35.4%。據(jù)公司財報顯示，2017年第二季度，三星營收增長19.8%，凈利潤增長89%，高達99億美元，不僅打破了自己的最高單季度凈利潤記錄，還首次超過了蘋果公司。

2017年第三季度，三星收入545億美元，同比增長29.7%，凈利潤127.6億美元，同比增長179.47%。2017年前三季度，三星總收入1524.56億美元，同比2016年的1304.46億美元增長16.8%。前三季度存儲器的瘋狂漲價為三星帶來338.1億美元的利潤，同比增長92.3%。

在終端業(yè)務因電池門事件失利之后，半導體業(yè)務成為三星利潤持續(xù)高增長的主要來源。2017年全年三星實現(xiàn)營收239.58萬億韓元(約合2234.56億美元)，同比增長19%，營業(yè)利潤實現(xiàn)53.65萬億韓元(約合500.39億美元)，同比增長83%。其中，芯片業(yè)務營收達690億美元，占總營收的31%，超過了英特爾628億美元的公司整體營收。

與三星類似，截至2017年12月31日的第四季度，SK海力士營收達9萬億韓元，同比增長69%，運營利潤達到4.5萬億韓元，遠遠超過上年同期的1.54萬億韓元。

回看中國國內(nèi)，存儲器領(lǐng)域仍是整個半導體產(chǎn)業(yè)鏈最為薄弱的環(huán)節(jié)之一。

受益于技術(shù)進步，半導體芯片應用領(lǐng)域擴大

從下游需求來看:

1.先進的制程工藝對硅片質(zhì)量要求提高。

全球晶圓代工大廠:臺積電、三星電子、英特爾進入高端制程工藝競賽，20nm以下的先進工藝將在整個晶圓代工中的比例越來越高，先進的工藝對高質(zhì)量大硅片的需求越來越大。

2.存儲芯片市場爆發(fā)顯著拉動12英寸硅片需求。

DRAM、NANDFlash等存儲芯片均采用12英寸晶圓為主，根據(jù)ICInsights的數(shù)據(jù)，2017年DRAM銷售額飆升74%，NAND銷售額強勁增長44%。

同時三星、SK海力士、英特爾/美光(雙方是合作關(guān)系)、東芝等廠商全力投入3DNAND擴產(chǎn)，3DNAND的投資熱潮將刺激300mm(12英寸)大硅片的市場需求。

3.受益于汽車電子，消費電子，人工智能等行業(yè)的快速發(fā)展，半導體芯片的應用范圍急速擴大。

智能手機的出貨量增長和創(chuàng)新升級將帶動指紋識別芯片和攝像頭CIS芯片的需求增加，汽車電子的普及也將帶動汽車半導體快速增長，此外還有物聯(lián)網(wǎng)MCU微控制器等IC芯片開始快速增長，這些需求端的擴大都為8英寸和12英寸硅片帶來新的增量。

4.全球范圍內(nèi)興建晶圓代工廠，尤其是中國大陸的晶圓廠將爆發(fā)式擴張，對于原材料硅片的需求預期將進一步上升。

預計2018-2019年硅片供需狀況將更加緊張。SEMI的統(tǒng)計，預估2017年到2020年的四年間，將有26座新晶圓廠在中國大陸投產(chǎn)，成為全球新建晶圓廠最積極的地區(qū)，整個投資計劃占全球新建晶圓廠的比例高達百分之42%(全球共62座)，成為全球新建投資最大的地區(qū)。

全球半導體行業(yè)經(jīng)歷了三次產(chǎn)業(yè)大遷徙

半導體產(chǎn)業(yè)于上世紀五十年代起源于美國，之后共經(jīng)歷了三次大規(guī)模產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移。

第一次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移起始于20世紀60年代，集成電路封裝業(yè)(組裝)首先由美國向日本轉(zhuǎn)移。封裝業(yè)屬于勞動密集型產(chǎn)業(yè)，美國將封裝業(yè)從制造業(yè)中分離出來，轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)成本更低的亞洲國家。日本抓住產(chǎn)業(yè)機遇，實現(xiàn)了組裝線的全面自動化。

之后，日本半導體產(chǎn)業(yè)以DRAM為切口快速崛起，憑借其大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)取得低成本和可靠性優(yōu)勢，快速滲透全球市場。日本的DRAM市占份額迅速超越美國，躍居世界首位。1986年，日本企業(yè)在全球DRAM市場所占份額達到了80%，成為世界半導體中心。

第二次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移發(fā)生在20世紀90年代，全球范圍內(nèi)開始了以互聯(lián)網(wǎng)為核心的技術(shù)革命，日本的半導體優(yōu)勢地位被韓國取代。

日本由于房地產(chǎn)泡沫破裂，大財團缺少資金對產(chǎn)業(yè)進行升級，導致日本在該領(lǐng)域未能做好充分準備。不同于大型主機對DRAM質(zhì)量和可靠性的高要求，PC對DRAM的主要訴求轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛢r。

韓國、中國臺灣地區(qū)、新加坡通過技術(shù)引進和勞動力成本優(yōu)勢，很快取代了日本DRAM的國際地位，1998年，韓國成為DRAM第一生產(chǎn)大國。

90年代后期，晶圓代工模式逐漸興起，芯片設(shè)計與制造環(huán)節(jié)分離，以中國臺灣地區(qū)為代表的晶圓代工廠改寫了全球半導體產(chǎn)業(yè)制造模式。第二次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移后，半導體行業(yè)形成了世界范圍內(nèi)美國、韓國、中國臺灣地區(qū)等國家和地區(qū)多頭并立的局面。

半導體行業(yè)經(jīng)歷兩次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移后，目前正借助消費電子時代向中國轉(zhuǎn)移。二十一世紀以來，我國由于具備勞動力成本等多方面的優(yōu)勢，正在承接第三次大規(guī)模的半導體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移。如今，半導體產(chǎn)業(yè)的驅(qū)動力已經(jīng)由PC進一步轉(zhuǎn)化為下游的消費電子產(chǎn)品。

ICinsights公布的2016年全球智能手機前14強名單中，中國占了10個，以智能手機為主導的移動通訊將為我國半導體行業(yè)帶來新的爆發(fā)點。

集成電路產(chǎn)業(yè)的國際轉(zhuǎn)移形成的結(jié)果是美國、日本在微電子產(chǎn)業(yè)中的份額不斷下降，而亞洲/太平洋地區(qū)(除日本)由于各方面比較優(yōu)勢，逐漸成為全球微電子產(chǎn)業(yè)增長最快的地區(qū)。

追趕國外龍頭，提高晶圓制造工藝是關(guān)鍵

英特爾創(chuàng)始人戈登·摩爾提出摩爾定律:當價格不變時，集成電路上可容納的元器件數(shù)目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，從而要求集成電路尺寸不斷變小。

概括之，集成電路有“更快、更小、更便宜”的發(fā)展趨勢，因此對基礎(chǔ)材料單晶硅提出了大直徑和無缺陷的要求，硅的純度要在11個9以上(即99.999999999%)，同時硅片也沿著大尺寸的趨勢發(fā)展。

目前主流的硅片為300mm(12英寸)、200mm(8英寸)和150mm(6英寸)，其中300mm硅片自2009年開始市場份額超過50%，到2015年的份額已經(jīng)達到78%，根據(jù)SEMI預計2020年將占硅片市場需求大于84%的份額。

摩爾定律長期以來鞭策半導體產(chǎn)業(yè)做出驚人發(fā)展，半導體制程不斷突破制造極限。根據(jù)ICinsights公布的技術(shù)路線圖，國際龍頭廠商對半導體工藝的研究已經(jīng)到了10nm以下。

半導體龍頭企業(yè)Intel預計2018年將量產(chǎn)10nmFinFET，宣稱堪比其他代工企業(yè)的7nm技術(shù);臺積電、三星、GlobalFoundries均計劃在2018年完成7nmFinFET技術(shù)的量產(chǎn)，但EUV的導入時間不一致:三星在2017年5月就推出應用EUV的7nm解決方案，2018年將量產(chǎn)，而臺積電和GlobalFoundries預計2019年才使用EUV提升光刻質(zhì)量;聯(lián)電目前處于14nmFinFET的量產(chǎn)階段。

在尖端的制程技術(shù)，只有屈指可數(shù)的高端玩家才能跟進，從人才和資金上負擔得起下一步的研發(fā)需求。尤其在晶圓制造環(huán)節(jié)，我國和國外廠商相去甚遠。

晶圓制造作為半導體制造中極其重要的一環(huán)，是將經(jīng)過IC設(shè)計廠精密設(shè)計的電路，通過光刻、離子注入、拋光等一系列工藝步驟轉(zhuǎn)移到硅晶圓上來，從而制造出具備所需功能的IC芯片。

20世紀80年代之后，半導體產(chǎn)業(yè)分工進一步細化使得純粹進行晶圓生產(chǎn)的半導體代工業(yè)在中國臺灣地區(qū)興起。我國由于缺乏先進制程技術(shù)，國內(nèi)芯片設(shè)計完成后，往往需要依靠中國臺灣地區(qū)或國外代工廠的支持生產(chǎn)芯片。

經(jīng)過十幾年的發(fā)展，我國晶圓制造工藝與先進水平的差距正在逐漸縮小。根據(jù)《電子工程世界》的數(shù)據(jù)，目前12英寸生產(chǎn)線的65/55納米、45/40納米、32/28納米工藝產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn);16/14納米關(guān)鍵工藝技術(shù)已展開研發(fā)并取得一定的技術(shù)突破和成果;8英寸生產(chǎn)線的技術(shù)水平覆蓋0.25微米~0.11微米。

目前，我國集成電路制造企業(yè)的工藝水平已提升至28納米，作為中國內(nèi)地規(guī)模最大、技術(shù)最先進的集成電路芯片制造企業(yè)，根據(jù)半導體行業(yè)觀察的判斷，中芯國際2018年將完成28nm的HKC+量產(chǎn)，同時2019年量產(chǎn)14nmFinFET。

（編輯：姜禹）