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2020年全球及中國半導體行業發展遭遇、行業周期特點、驅動因素及產業轉移賦能行業高速增長分析[圖]

2020年04月20日 13:51:05字號:T|T

    一、全球市場:增長遭遇十年低谷短期有望觸底回升

    半導體,是一種導電性能介于導體與絕緣體之間的材料,按照功能來分,主要包括集成電路(IC)、光電子器件(OT)、分立器件(DS)、傳感器(Sensors)等四大類,在四類構成中,2018年全球集成電路的市場規模4016億美元,仍保持在80%以上,出貨量占比30%,因此,業內習慣把半導體行業稱為集成電路行業,而芯片又是集成電路的載體,所以廣義上又將芯片等同于集成電路。

    集成電路承擔著運算和存儲功能,是電子設備中最重要的組成部分,其應用范圍覆蓋了軍工、商用、民用等不同場景下的幾乎所有電子設備,特別是在新一輪技術要素(5G、AI、IoT)擴散中將會締造一個新的半導體產業周期。

    2018年全球半導體市場銷售額達到4687.78億美元,同比增長13.7%,相比2017年的21.6%增長速度呈放緩趨勢。2019年,全球半導體行業實現銷售總收入4090億美元,同比下降12.8%。

    智研咨詢發布的《2020-2026年中國半導體行業發展現狀調查及投資發展潛力報告》顯示:全球半導體市場與GDP的兩者相關系數在2010年—2015年間高達0.93,預計未來5年相關系數仍將維持在0.93水平。結合目前世界經濟發展放緩趨勢,未來全球半導體市場的增長情況基本上符合Gartner在2018Q4的預測,2020年、2021年、2022年,全球半導體市場銷售額分別為5280億美元、5190億美元、5390億美元,分別增長2.5%、8.1%、-1.8%、3.8%,市場整體增速進一步放緩。

2018-2022全球半導體市場銷售額走勢預測

數據來源:公開資料整理

    集成電路的細分項存儲器收入大幅下滑是拖累產業進入低谷的首要因素。集成電路是半導體行業的最大組成部分,2019年收入3304億,占比達到80.8%,同比下降16.0%。集成電路的萎靡直接導致了半導體行業的景氣度下滑。集成電路又可細分為存儲器、邏輯電路、微處理器及模擬電路四個主要組成部分,2019年的收入分別為1059億/1046億/657億/542億,占比依次為32.1%/31.7%/19.9%/16.4%。在過去一年,集成電路各細分市場均出現了不同程度的下滑,其中首當其沖是存儲器板塊,全年收入同比降低33.0%,成為拖累整個半導體產業進入低谷的首要因素。供給側來看,2018年,三星、SK以及Micron等全球存儲器芯片巨頭在創新技術上展開激烈競爭,在投資、建廠、擴產等方面紛紛布局,導致了產能過剩,2018-2019年上半年,DRAM和NANDFlash價格大幅下滑;需求側來看,全球智能手機、服務器等需求動能趨于疲軟。疊加中美貿易戰影響持久,2019年全球半導體產業出現了十年以來的最大降幅。

集成電路占半導體行業收入超過80%(美元)

數據來源:公開資料整理

    動態來看,2019年下半年全球半導體市場開始復蘇,預計2020年市場將持續增長。經過調整,目前半導體行業供應鏈庫存情況已較大幅度改善,DRAM及NAND的價格呈現觸底回升趨勢。2019年下半年起,全球半導體行業呈現復蘇態勢。展望2020年,在5G、AI以及云計算等新興技術的應用下,下游市場需求有望回暖并實現增長,推動全球半導體產業重回上升周期。國際上多家市場調研機構對2020年全球半導體市場做出了預測,除ObjectiveAnalysis認為全球市場有可能出現下滑外,其余機構普遍看好2020年的增長。在統計預測結果中,對2020年全球半導體市場增速預測的中位數為5.9%。

DRAM及NAND價格觸底回升

數據來源:公開資料整理

2019年存儲器市場萎縮33%

數據來源:公開資料整理

國外機構對2020年增速預測中位數為5.9%

數據來源:公開資料整理

    二、行業周期特點及驅動因素:三大周期嵌套新景氣周期即將開啟

    1、半導體行業存在三大周期嵌套

    半導體行業存在三大周期:產品周期(長周期)、資本開支/產能周期(中周期)、庫存周期(短周期)。三大周期以產品周期為首要周期,其決定了資本開支/產能周期與庫存周期,周期與周期之間存在嵌套。以一個完整的半導體周期為例,每隔10年左右因劃時代新技術與新產品的出現,半導體需求呈現連續數年的爆發性增長,半導體生產企業亦加大資本開支/產能以滿足正在擴張中的產品周期,此時半導體行業增長特點由產品周期引致的成長性主導;當產品周期進入需求飽和或下降以及企業進入存量競爭階段,疊加切換期的產能過剩,供需產生失衡,半導體行業銷售與價格均產生大幅下滑。此時行業增長特點由資本開支/產能周期主導;隨后行業產能利用率下降,在新需求動能尚未鋪開的前提下,IC設計企業或部門的訂單預測決定了庫存周期。例如:晶圓代工企業從拿到訂單到產品交付,約需要1個季度的生產時間,所以IC設計企業/部門一般要提前1個季度下單。IC設計企業下單時的“預測訂單”與1個季度之后的“實際訂單”之間的差值波動構成庫存周期。此時行業增長特點將由庫存周期主導;此后,當劃時代的新技術/新產品動能再度出現時,新一輪的產品周期將開啟,出現以上所述循環。

全球半導體產業三大周期嵌套——長周期與中周期(以存儲板塊為例)

數據來源:公開資料整理

全球半導體產業三大周期嵌套——庫存周期(以非存儲板塊的設計巨頭為例)

數據來源:公開資料整理

    2、新技術/新產品驅動半導體行業增長新景氣周期即將開啟

    每一次技術研發升級、產品更新換代都有可能成為下一輪半導體景氣周期的導火索。縱觀半導體行業發展史,隨科技及制造工藝的進步,下游需求逐步演化,半導體行業增長的動力由家電、PC向以智能手機為主的消費類電子產品轉移。全球半導體行業的發展可分為四個階段:

第一階段
20-70年代
研發儲備及小范圍應用。在此期間,半導體技術歷經電子管、晶體管并向集成電路發展;1946年,第一臺電子數字計算機ENIAC誕生;1951年,世界第一臺商用計算機交付美國人口調查局;1960年,第一塊硅集成電路問世;1965年,摩爾定律被提出。大批巨頭洞察商機并入駐半導體產業,德州儀器、摩托羅拉以及IBM等紛紛進入該領域,仙童半導體、Intel先后成立,為半導體行業步入大規模商用階段奠定了基礎。
第二階段
70-90年代
家電、計算機2B端的快速發展促進半導體行業進入商用階段。在此期間,大規模集成電路、超大規模集成電路、存儲器及微處理器等技術不斷問世,并隨著工藝的進步及成熟在多領域實現廣泛應用,尤其是家電行業成為該時期推動半導體增長的主要原因,此外,計算機在B端的應用也逐漸成為推動行業增長的關鍵因素。
第三階段
90年代-2010年
PC在C端的普及推進半導體行業繁榮發展。隨技術的不斷進步及成本降低,PC逐漸被C端接納并普及,眾多IC廠商將資源集中于PC業務并取得了長足的發展。
第四階段
2010年以來
以智能手機為主的消費電子產品取代PC成為新的驅動力。智能手機的風靡及移動互聯網的普及推動了存儲芯片及通信芯片需求的爆發,智能手機行業取代已增長乏力的PC行業,成為推動半導體產業發展的新動力。但是同樣,經過近幾年的發展,智能手機為半導體行業帶來的紅利也逐漸消失。

數據來源:公開資料整理

    當前是繼PC與智能手機之后,5G、AI、IoT、云計算以及汽車電子等新興應用領域崛起的起點,市場規模的壯大對半導體的需求與日俱增,有望帶動半導體進入新一輪景氣周期。

“爆款”下游市場將推動半導體產業進入一輪景氣周期

數據來源:公開資料整理

全球半導體市場新添增長動力

數據來源:公開資料整理

    半導體產業所處周期階段可通過三周期框架判斷。中國市場因力圖提高國產化率,國內半導體企業與產業處于成長性階段。通過前述半導體行業存在的三周期框架,可以很好地描述半導體在某區域范圍內的周期特點。從全球范圍看,當前半導體需求端新技術/新產品已經出現,但新需求動能尚未完全鋪開,新產品周期或正處于大規模釋放前夜,老產品存量需求不可忽視,因此,資本開支/產能周期與庫存周期在短期內仍將作為主導全球半導體產業增長的首要因素;而處于全球半導體產業第三次轉移浪潮中的中國半導體,在政策與資金的大力支持下,則呈現出更強的成長性特點。

    三、中國市場:全球性產業轉移賦能行業高速增長

    1、發展歷程與政策扶持

    中國半導體行業起步于1965年,期間經歷過自主創業(1965-1980年)、引進提高(1981-1989年)和重點建設(1990-1999)三個發展階段,但直到2000年以國務院頒發的18號文件為標志,中國半導體產業才真正的進入了全面快速的發展階段(中國半導體行業協會劃分)。用“重大歷史事件”和“產業政策發布”兩個維度進行回溯,中國半導體產業的發展歷程可得出以下幾個關鍵時間節點:

    在產業事件層面,1965年中科院上海冶金所成功仿造出國內第一塊集成電路,標志我國半導體事業正式進入了自主研發征程,國產芯片產業也自此誕生。而直到2000年,中芯國際的成立,才打開了我國半導體晶圓代工走向世界舞臺的步伐,之后一些著名的集成電路制造公司,包括臺積電、臺聯店、英特爾、海力士等廠商開始落戶中國大陸。2018年紫光展銳推出SC9850KH芯片平臺,成為中國首款真正實現商用的自主國產CPU芯片,同年,中芯國際斥巨資向全球最大的光刻機設備制造商荷蘭ASML訂購國內首臺最新進的EUV光刻機,預計將會縮短國產完全自主化的集成電路裝備的研發周期。除此之外,2019年科創板的成立也更是在資本層面對國內的半導體企業提供了便捷的融資渠道和更加寬松的上市環境。

    2、歷次產業轉移均造就一批巨頭企業

    除技術進步、產品革新帶動的景氣暴增外,全球性的產業轉移也可造就一批巨頭公司。在半個世紀的發展歷程中,半導體產業曾經歷過兩次產業轉移:

    第一次產業轉移:1970-1980s,美國至日本。日本以DRAM為切入口,依托于家電及工業級計算機產業的繁榮發展,在美國的技術支持下實現了對其反超。這次產業轉移造就了索尼、東芝、松下等知名廠商。

    第二次產業轉移:1980-20世紀初,日本至韓國、臺灣。韓國和臺灣憑借其低廉的人工成本及大量高素質人才,順應消費級PC的快速發展趨勢,取代日本在半導體產業大部分的市場份額。韓國成為PC端DRAM的主要生產者;臺灣則通過晶圓代工、芯片封測領域的垂直分工成為半導體代工領域的龍頭。這次產業轉移成就了三星、海力士、臺積電、日月光等廠商。

    3、全球集成電路產業向中國加速轉移

    與全球集成電路產業和GDP的相關性不同,自2013年以來,中國集成電路增長與GDP波動發生背離,并在全球集成電路市場萎靡的2015-2016年實現逆勢增長,表明得益于全球性的產業轉移,中國集成電路產業正處在崛起的風口。2018年,中國集成電路產業實現收入6532億元,同比增長20.7%;在過去5年中,中國集成電路產業平均增速超過20%。

    (1)轉移的可能性:摩爾定律放緩有利于中國追趕國際一流技術水平

    進入10nm尺寸,摩爾定律明顯放緩。1965年,Intel創始人之一GordonMoore提出了摩爾定律:當價格不變時,集成電路上可容納的元器件的數目,約每隔18-24個月便會增加一倍,性能也將提升一倍。摩爾定律揭示了信息技術進步的速度,這一推測的有效性已持續半個世紀,當前芯片可容納晶體管從1971年的2000余個發展至幾十億個。但進入10nm尺寸后,摩爾定律明顯放緩。以Intel為例,過去10年,Intel以Tick-Tock的開發模式捍衛摩爾定律——即先升級芯片制造工藝(Tick),次年推出相同工藝新一代微架構(Tock),Tick和Tock產品間隔12-18月,通常Tock產品會在性能上大幅提升。基于Tick-Tock開發模式,Intel處理器的制造工藝從65nm發展至現在的14nm。按Tick-Tock周期,Intel本應在2015年推出10nm工藝處理器,但進入10nm尺度(20個硅原子寬度),晶體管更小型化的制造難度不可同日而語。自2015年1月發布14nmBroadwell至今5年,Intel主流產品的制程工藝仍維持在14nm(僅少量10nmIceLake處理器進入筆記本市場),只是將發展模式從Tick-Tock變為Tick-Tock-優化。發展至今,Tick-Tock周期難以維持,表明工藝節點進入10nm以后,摩爾定律已明顯放緩。目前來看,摩爾定律依然有效,只是從22nm節點開始步伐放緩,在進入10nm節點后體現得十分明顯。

AMD認為摩爾定律自進入22nm節點后開始放緩

數據來源:公開資料整理

    在摩爾定律步伐放緩的趨勢下,全球范圍內芯片技術的發展有所減慢,有利于中國半導體產業鏈相關企業趁機追趕國際一流技術水平,為全球半導體產業向中國轉移提供了技術上的可能性。

    (2)轉移動力:龐大市場需求牽引產業轉移,國產化率低亟待供應鏈崛起

    中國是全球第一大消費電子生產國和消費國,也是全球半導體/集成電路最大的銷售市場。集成電路已成中國最大進口商品,市場供需錯配狀況亟待扭轉。中國集成電路市場規模巨大,占全球集成電路市場半壁江山。我國集成電路行業起步較晚,工藝技術及產能均難以滿足下游龐大市場的需求。2018年中國集成電路市場規模1550億美元,自產238億美元,自給率僅為15.3%,遠不能滿足本土市場需求。2019年,中國集成電路進口額約3055億美元,是我國第一大進口商品。

2018年中國IC自給率僅有15.3%

數據來源:公開資料整理

    (3)轉移基礎:產業鏈較為完善

    當前,中國集成電路產業已經形成了集IC設計、芯片制造、封裝測試三大主要環節以及設備、原材料等支撐配套環節共同發展的較為完善的產業鏈布局。在各個環節,都涌現出了一批優質的企業,例如華為海思、紫光展銳、中興微、兆易創新(603986.SH)等芯片設計公司,以中芯國際(0981.HK)、華虹集團、上海先進為代表的芯片制造商,以及以長電科技(600584.SH)、華天科技(002185.SZ)、通富微電(002156.SZ)等為龍頭的芯片封測企業。

本土IC產業鏈各環節已出現部分優質企業

數據來源:公開資料整理

    (4)轉移路徑:封測率先發展,制造迎來高速發展

    中國大陸在IC封測環節已經具有國際競爭力。IC封測產業起初屬于勞動密集型產業,中國憑借相對低廉的勞動力成本率先在該領域發展起來。2015年以前,IC封測是中國在集成電路產業中產值最大的部分,曾經一度占有超過60%的產值份額;隨著國內IC封測產業的成熟,收入增幅明顯低于制造及設計領域,2016年,IC設計超越封測成為中國在集成電路產業中占比最大的細分領域。在封測領域,中國技術水平世界領先,體量已經進入世界前三位,且發展速度顯著高于其他競爭對手。目前國內IC封測領域已經形成四大領軍企業,長電科技(600584.SH)、華天科技(002185.SZ)、通富微電(002156.SZ)及晶方科技(603005.SH)。

2018-2019年中國大陸三家封測企業規模進入全球前十強(百萬元)

數據來源:公開資料整理

2018-2019年中國大陸三家封測企業規模進入全球前十強(市占率%)

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    “產能為王”,本輪產業轉移重點將在IC制造環節實現突破。全球集成電路產業加速向中國轉移以來,大陸迎來建廠潮,IC制造業迅速發展。2015年,IC制造業超越IC設計業成為中國集成電路產業發展最快的環節。2015-2018年,IC制造業復合增速約31%。預計2017-2020年,全球新投產的62座晶圓廠中將有26座來自中國大陸,晶圓產能將翻倍提升。與此同時,中國大陸半導體建廠熱潮,將直接為中國大陸半導體設備和材料行業打開更大的市場空間。

2017-2020年中國大陸掀起晶圓建廠熱潮

數據來源:公開資料整理

    中長期來看,全球半導體產業加速向中國轉移將加速催生一批優秀的龍頭企業。中國正處于全球半導體產業第三次轉移的歷史機遇期,與全球成熟市場較為明顯的周期性不同,中國半導體行業的成長性更加突顯。中國是全球最大的半導體/集成電路銷售市場,但工藝技術及產能均難以滿足下游龐大市場的需求,巨大的市場蛋糕及嚴重的供給錯配為中國大陸發展半導體產業提供了充足動力。當前中國大陸封測龍頭企業的收入規模已處于世界前列,擁有較強的國際競爭力,本次產業轉移的重點將在IC制造領域實現突破。中國大陸正迎來投資建廠熱潮,這將直接提振對半導體設備及原材料的需求。

    2018年全球半導體材料銷售額為519億美元,同比增長11%。其中封裝材料銷售額197億美元,近些年規模相對平穩;晶圓制造材料銷售額322億美元,同比增長16%,是2016年以來半導體材料行業增長的主要增長點。

半導體材料銷售額(億美元)

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    晶圓制造端的材料中,市場空間較大的主要有硅片、掩模板、光刻膠及配套試劑、電子氣體、CMP拋光材料、濕化學品、靶材等,2018年分別占比為38%、13%、12%、13%、7%、5%、2%。

晶圓制造材料細分行業及規模(億美元)

數據來源:公開資料整理

2018年晶圓制造材料市場結構

數據來源:公開資料整理

    總體來講,國產的半導體材料目前大部分仍處于前期研發摸索階段,國內12英寸主流產線上的半導體材料基本都需要進口,只有部分拋光液、靶材、電子氣體、少量濕化學品可以做到國產替代,而其中以安集科技的拋光液的國產化程度最高,其在中芯國際的先進工藝產線已經做到大規模量產,并且有望在長江存儲進一步規模量產,受益國產化的確定性較強。

國內半導體材料相關領域情況及競爭力

半導體材料
全球市場(億美金)
全球龍頭代表公司
國內代表企業
國內技術水平
國內公司競爭力
硅片
120
日本信越化工、日本勝高、臺灣環球晶圓、德國世創電子、韓國LGSilitron
硅產業集團、中環股份、重慶超硅
12英寸產線部分可以做到控擋片水平,正片尚無規模放量
★★
掩模板
40
日本DNP、美國Photronics
中芯國際、菲利華、清溢光電
尚無規模放量
★★
電子氣體
40
美國空氣化工、法液空、德國林德集團、日本大陽日酸
華特氣體、雅克科技、南大光電
部分CO2、碳氟類、光刻氣、ALD前驅體、磷烷、砷烷等可以做到國產替代
★★★
CMP拋光材料
25
美國卡博特、日本Fujimi、美國陶氏、美國杜邦
安集科技、鼎龍股份
安集拋光液在中芯國際大規模放量,并有望在長江存儲規模放量
★★★★
光刻膠
18
日本JSR、日本信越化學、美國陶氏
北京科華、晶瑞股份、南大光電
低端的g線、i線量產,高端完全進口
★★
濕化學品
15
德國巴斯夫、美國霍尼韋爾、日本住友化學
晶瑞股份、江化微
少數可以做到國產替代
★★
靶材
8
日本日礦金屬、日本東曹、美國霍尼韋爾、美國普萊克斯江
豐電子、有研新材、阿石創
部分可以做到國產替代
★★★

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