半导体行业专题报告:周期冰点将过,开启国产替代新征程
(报告出品方:中国平安)
行业现状与整体趋势:有望U型反转
半导体:分为集成电路、光电子器件、传感器、分立器件四大类
半导体分为四种类型:半导体可分为集成电路、分立器件、传 感器和光电器件四类,其中集成电路是指将数以亿计的晶体管、 三极管、二极管等半导体器件与电阻、电容、电感等基础电子 元件连接集成在基板上并封装后,使其具备复杂电路功能的一 种微型电子器件或部件。
集成电路:上下游产业链协同发展,紧密度高
从集成电路全产业链来看,上游是半导体材料、设备及EDA 工具;中游是设计、制造、封测三个关键环节;下游应用 领域包括消费电子、通讯、工业、数据中心、汽车等。从集成电路产业模式来看,行业最初为IDM模式,(即由一 个厂商独立完成芯片设计、制造和封装三大环节),英特 尔、三星和德州仪器是全球最具代表性的IDM企业。后续台 积电开启了代工模式,即把轻资产的芯片设计与重资产的 芯片制造进行分离,形成了当下Fabless和Foundry为主的 产业分工模式。
集成电路:通信、计算机、消费电子占下游主要应用,设备、IC设计等是利润核心环节
从全行业价值量角度看,晶圆制造领域规模及盈利能力均处于行业较高水平,究其原因,晶 圆制造需要高昂的资金投入以及持续的研发和迭代,尤其先进制程领域更是由台积电和三星 两大巨头所垄断;设备方面,由于设备研发及制造难度较高,设备各细分领域都处于份额高 度集中状态,企业盈利能力也处于较高水平;封测方面,行业技术壁垒较低,属于资本及人 力密集型产业,在全产业链受到挤压,毛利率及盈利水平较低。
集成电路:目前产业自给率仍较低,核心优势在制造及封测环节
我国集成电路市场规模从2016年的4336亿元增长至2021年的 10458亿元,期间CAGR为15.8%,高于全球增速水平。我国集成电 路需求旺盛,但国内自给量不足,依赖大量进口,导致较大贸易 逆差。从全球产业分工上看,美国在上游设备、材料、设计等多个细分 领域占据显著优势,尤其在EDA/IP、逻辑芯片设计和设备制造领 域占比均达到40%以上;日本在材料方面具备优势;中国台湾在 晶圆制造、封装测试实力强劲,中国大陆则在封测领域占据优势。根据SEMI数据,从全球晶圆厂扩产来看,2022年全球将扩建29座 晶圆厂,产能最高可达每月40万片,其中中国是主要发力方。
EDA/IP工具:客户粘性高,国际巨头垄断
EDA软件:EDA软件是集成电路产业上游基础工具
EDA是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的简称,是广义计算机辅助设计(CAD)的一种,是芯片设计的基础工具。芯片 设计工程师通过利用EDA工具,可以实现芯片的电路设计、性能分析、出版图等过程的计算机自动处理完成。随着超大规模集成电路的持续发展,晶体管密度快速上升,芯片设计难度持续加大,加上工艺变革的加快,电子工程师更加需要利用 EDA工具来提升逻辑综合、布局布线、仿真验证的效率,EDA工具变得越来越重要。
EDA软件:全球和中国EDA市场前三厂商均被海外巨头霸占
全球EDA市场高度集中,市场份额被海外三大巨头霸占。根据赛迪顾问,全球EDA市场被Synopsys(新思科技)、Cadence(楷登电子) 和Siemens EDA( 原为MentorGraphic,2016年为西门子收购)主导,2020年以上三家厂商的市场份额约78%。国内EDA市场前三厂商与国际相同,华大九天等国内企业加速追赶。赛迪顾问数据显示,国内EDA市场前三家依然为Synopsys、Cadence 和Siemens EDA,在国产替代大背景下,受益于国家政策驱动以及自身技术的提升,国内诞生以华大九天为代表的EDA公司正在抢占市 场份额,2020年华大九天在国内EDA市场已占据6%的市场份额,并呈现逐年扩大的趋势。
半导体IP:半导体IP种类数量随着工艺制程演进而增加
半导体IP技术,包括半导体知识产权核、IP核、IP模块,是逻辑、单元或者集成电路设计布局重要的可复用单元,处于集成电路设计 行业上游,下游客户主要为成熟的芯片设计公司和IDM、新兴的芯片设计公司,以及系统厂商、大型互联网公司等。根据IBS统计数据,28nm工艺节点的单颗芯片中已可集成的IP(包括数字IP和数模混合IP)平均数量达87个。当工艺制程节点演进至 5nm时,则芯片集成的IP平均数量提升至218个。显而易见,工艺制程越先进,单颗芯片可集成IP数量越多,驱动半导体IP整体市场规 模的提升。
材料:品类繁杂,日企领先
半导体材料:全球半导体材料市场于2022年增长至727亿美元
根据SEMI的最新统计数据,2022年全球半导体材料市场整体规模增长 8.9%,达到727亿美元,创下新高。其中,晶圆材料市场增长10.5%,达 到447亿美元;封装材料市场增长6.3%,达到280亿美元。分区域来看, 2022年,中国大陆半导体材料市场规模约129.7亿美元,已第三年成为全 球第二大市场,占比18%,仅次于中国台湾地区。
半导体材料:主要分为前道晶圆制造材料和后道封装材料两类,品类繁杂
半导体材料广泛应用于集成电路的制造和封测环节,主要分为前道晶圆制造材料和后道封装材料两类,以晶圆制造材料为主。前道晶 圆制造材料包括硅片、光刻胶、掩膜版、溅射靶材、电子特气、湿电子化学品、CMP抛光材料、超净高纯试剂等,其中硅片占比最大;后道封装材料包括键合线、封装基板、引线框架、陶瓷封装体、包封材料、芯片粘结材料等,其中封装基板占比最大。
行业特点:品类繁杂,技术壁垒高。半导体制造过程繁琐且复杂,涉及诸多材料,行业细分市场众多,具有技术壁垒高、研发能力要 求高、资金投入门槛高等特点。而随着摩尔定律的发展,集成电路制造技术的不断演进,微纳制造工艺对材料的纯度、精度、功能性 等都提出了更为严苛的要求。
CMP抛光材料:主要被美日垄断,国内企业已取得突破
CMP环节需要应用到多种材料,包括抛光液、 抛光垫、CMP后清洗液、钻石碟。根据 Techcet的预测,2023年CMP耗材市场将下 降约2.4%,而2022年市场增长9%达到近35 亿美元,预计2022~2027年的CAGR将达到 5.2%,铜、钨、氧化物仍占多数,但新金 属如钴、钼、钌等增长最快。全球抛光垫市场主要由美国的陶氏杜邦寡 头垄断。鼎龙股份的抛光垫打破垄断, 2022年实现收入4.58亿元,同时抛光液、 清洗液已开始形成规模化销售。长期以来,CMP抛光液市场主要被美日所垄 断,其中Cabot是全球第一的抛光液和第二 大抛光垫供应商。抛光液细分种类繁多, 竞争格局相对分散。其中,市占率最高的 Cabot已经从2000年约80%下降至2019年约 33%,表明全球抛光液市场朝向多元化发展, 地区本土化自给率提升。安集科技抛光液 产品已涵盖铜及铜阻挡层、介电材料、钨、 基于氧化铈磨料的抛光液等多个平台, 2022年实现营收9.5亿元。
设备:国产化率提升可期
半导体设备:以晶圆加工设备为主
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