半導體集成電路拐點將至

半導體集成電路行業是一類特殊的行業，幾乎整個電子信息領域都有半導體產品應用。自上世紀五十年代半導體技術商用、集成電路發明以來，電子信息技術改變了人類的生產生活方式，人類社會發展快速步入了信息時代。作為支撐信息時代的基石行業，半導體集成電路扮演著不可或缺的角色。

本系列報告將圍繞半導體集成電路進行多維度、多視角的行業透視，針對行業發展的市場格局、發展歷程、核心技術、產業鏈主要環節、機遇挑戰等方面，從“技術+市場”的角度對全行業進行分析。系列報告內容主要包括半導體集成電路行業市場篇、歷史篇、設計篇、工藝篇、封測篇、裝備篇、材料篇以及工具篇，希望通過行業透視構建半導體集成電路行業的全景圖，為讀者認識、投資、發展該行業提供參考。

文章僅供參考，觀點不代表本機構立場。

半導體集成電路行業全景圖（一）

市場篇：信息時代基石

半導體集成電路行業是典型的跨地域、多產業鏈合作的行業，需求牽引、技術驅動是行業發展的核心邏輯，基於多樣的下游應用場景，集成電路擁有廣闊的市場空間，並且隨著傳統電子設備升級換代以及新型智能終端應用爆發，行業發展迎來新的歷史機遇。本篇將從市場的角度介紹半導體集成電路行業基本概況、全球範圍競爭格局、我國集成電路市場規模等內容，通過對行業特點、產業鏈、競爭態勢等方面分析，總結全球半導體集成電路行業現狀，並提出對我國集成電路行業發展的啟示。

1.行業概覽

1.1行業介紹及特點

集成電路是半導體的主要產品。半導體是指導電性介於金屬和絕緣體之間的一種材料，半導體材料由於其獨特的物理性質，能製成各類電子元器件，以實現調製、開關、放大等功能，廣泛應用於電子信息產業的各個環節之中。

半導體產品主要包括四類：集成電路，光電器件，分立器件，傳感器。

在半導體產品類別中，集成電路產品佔比最大，根據Wind數據，2018年全球半導體產值為4687.78億美元，首次突破4500億美元大關，創十年以來新高。其中，集成電路產值為3932.88億美元，在半導體產品中產值佔比84%。光電子器件、分立器件和傳感器雖然應用廣泛，但需求和單價與集成電路差距較大，人們常用集成電路產業代指半導體產業，也是指在未涉及分立、光電、傳感器件（D-O-S）等情況而言。

集成電路也就是人們常說的芯片。集成電路（IC，integrated circuit）是一種微型電子器件，是在特定的設計結構下，通過一定的工藝將晶體管、電阻、電容等元件集成在基片上，然後進行封裝，成為具有所需電路功能的微型結構。集成電路發明者為傑克·基爾比（基於鍺的集成電路）和羅伯特·諾伊思（基於硅的集成電路），現代集成電路大多應用的是基於硅的工藝技術。集成電路產品主要包括微處理器、邏輯電路、存儲器、模擬電路等。

集成電路的實體往往以芯片的形勢存在，但兩者並非同一個概念：芯片由核心電路、基板、針腳構成，更加註重電路集成、生產和封裝等環節，是一個產品概念；集成電路更加註重電路的設計和佈局佈線，是一個系統概念。通常在未特殊說明的情況下，芯片可等同於集成電路。

集成電路是技術和資本密集型行業。集成電路屬於典型的高科技領域，是技術密集型行業：技術研發和路線選擇是行業內企業發展的命脈，由於集成電路行業是一個高技術壁壘的行業，擁有最前沿的技術路線、最高端的工藝製程的企業能掌控行業話語權。由於歷史發展原因，目前集成電路最前沿技術掌握在歐美等國家手中，我國近年來集成電路產業也取得了飛速發展，逐漸實現自主可控。另一方面，集成電路是資本密集行業：產業發展需要大量的資金投入，尤其是在行業初期，研發新技術、新產品，佈局新產線需要巨大的資金投入，據估計，投資一條月產5萬片的12英寸晶圓生產線約需50億美元。

集成電路是信息時代的基石，應用於幾乎所有的電子產品中。集成電路產品下游應用包括通信產品、PC、服務器、智能手機、消費電子產品、汽車、工業、家電、醫療設備等。根據IC Insights數據，電腦、通信、消費電子一共佔據90%的下游市場，未來隨著智能手機、平板電腦等產品增速放緩，通信、工業、醫療及汽車電子正成為新的增長點，IC Insights預計2016-2021年汽車半導體的年均複合增速（CAGR）有望達到5.4%，工業、醫療CAGR有望達到4.6%，通信市場CAGR達到4.2%，並且通信市場將超越電腦成為集成電路最大的下游市場。

集成電路發展與全球GDP發展高度相關。集成電路產品已經滲透到人們日常生活，2012-2018年全球半導體產值佔全球GDP的比重由0.39%增長到0.55%。全球半導體市場增長率與GDP總量增長率波動高度一致，其發展與GDP發展具有強相關性已經成為了行業共識。

作為需求推動的行業，半導體市場具有較強的週期性，這種週期性與下游新興應用帶動密不可分：19世紀80年代半導體迎來第一波發展高峰，收音機、電視機和錄相機等消費電子產品是主要需求；21世紀初，功能手機和個人計算機走入千家萬戶，互聯網時代來臨帶動半導體行業迅速發展；2010年左右智能手機市場爆發，移動互聯網迅速發展，半導體行業再次迎來高增長。

集成電路行業目前處於下行週期，5G來臨有望帶來新一輪產業爆發。2019年，全球政治、經濟局勢充滿不穩定性，中美貿易摩擦、日韓貿易摩擦等不確定因素給半導體集成電路產業帶來巨大沖擊。世界經濟發展增速進一步放緩，世界銀行已將2019年全球GDP由1月預估的2.9%下調至2.6%，IMF由原預估的3.6%下調至3.1%。美國半導體協會（SIA）發佈報告顯示，全球芯片銷售額連續第三個季度和第六個月同比下滑，2019年二季度全球芯片銷售額下降16.8%，至982億美元，6月芯片銷售額下降16.8%，至327億美元。目前5G網絡處於爆發前夕，具備商用能力的5G手機芯片供應商只有華為和高通2家，現有的智能手機產能過剩，手機出貨量承壓，世界知名半導體行業調查機構紛紛下調2019年半導體市場預期。因此，受到宏觀經濟和產能影響，預計本輪集成電路下行週期可能持續到2020年第二季度。隨著5G網絡建設逐步落地，物聯網、大數據、VR/AR、人工智能等新興行業的興起，5G終端拉動智能手機和消費電子市場，集成電路行業有望在2020/2021年迎來新一輪產業爆發。

1.2產業鏈構成

集成電路產業鏈主要由三個主產業和三個支撐產業構成。主產業包括芯片設計、芯片製造、封裝測試，支撐產業包括EDA工具、電子材料、製造設備。集成電路產業是一條巨大的產業鏈，包含從原材料、設計加工到系統整機的全過程。一塊完整的芯片產品需要多個流線配合生產完成，工藝流程是上游IC端根據下游需求設計芯片，然後進行加工製造，之後再進行封裝測試，最後將性能良好的IC產品出售給下游客戶。

芯片設計：根據芯片要實現的功能，用設計工具形成圖形的過程，主要包含電路設計、版圖設計、邏輯設計、光罩製作等。芯片設計是一項複雜的工程，不僅要考慮到單個獨立器件工作的可靠性、穩定性，還需考慮系統集成的佈線、散熱等問題。芯片設計屬於智力密集型行業，注重研發實力和專利，輕資產運營，人才是企業的最關鍵要素。芯片設計最初由基本層逐層開始，後來演變成基於微架構（IP）的設計，專門設計提供微架構的公司稱為IP供應商。現在的芯片設計公司一般在外購或自研IP核基礎上，將各類功能組件設計在一個芯片上，降低難度的同時提高了工作效率。芯片設計是產業鏈中的高端部分，具有最高附加值。

芯片製造：芯片製造環節是將設計好的版圖轉移到基片上的過程，屬於重資產行業。整個過程涉及多道複雜工藝，需要經過多次光刻-沉積-刻蝕-離子注入等環節的過程，其中光刻環節最為複雜，集成電路中的製程（最小線條寬度）直接取決於光刻精度。此外，高純度硅晶片的提純和切割同樣依賴於工藝技術。芯片製造的主要成本在晶圓生產環節，技術壁壘和資金壁壘極高，企業為保持競爭力每年用於採購設備和廠房的資本開支佔營業收入一半左右。芯片製造在產業鏈中的附加值較低。

封裝測試：芯片封裝是指將製造出來的硅晶圓裸片進行切割，並與外部器件實現電氣連接和物理保護，測試則是對封測好的芯片進行性能和質量檢測的過程。芯片封裝測試技術壁壘低，屬於勞動密集型，往往是發展中國家首先發展的子行業，在產業鏈中附加值較低。

1.3業務模式

集成電路行業目前存在兩種業務模式。根據企業涉及的業務流線，集成電路企業的業務模式主要分為兩種：整合製造模式（IDM，Integrated Devices Manufacture）和垂直分工模式（Fabless+Foundry+OSAT）。IDM模式是指一家公司覆蓋集成電路全產業鏈，所有的生產環節由自己完成。垂直分工模式是指芯片生產每個環節由不同的企業完成，上游的芯片設計公司（Fabless）負責芯片的設計，設計好的芯片掩膜版圖交由中游的晶圓廠（Foundry）進行製造，加工完成的晶圓交由下游的封裝測試公司（OSAT）進行切割、封裝和測試。

IDM模式：在70年代及之前，幾乎所有的半導體公司從事芯片設計、芯片製造和芯片封測的整個流程，即採用IDM模式，部分企業甚至還覆蓋下游的整機制造業務，例如IBM公司。目前全球主要的大型半導體公司仍然採用IDM模式，尤其是存儲器廠商（三星、海力士、美光、東芝等）和汽車電子廠商（英飛凌、恩智浦、意法半導體等），此外，由於英特爾在PC和服務器CPU領域內的壟斷地位，目前也採用IDM模式。IDM模式下，企業每年要經受大量的晶圓製造設備的折舊，因而只有在產能利用率保證較高的情況下才比較適合。存儲器屬於相對標準化產品，適合大規模製造，並且設計成本較低，因而非常適合於IDM企業；汽車和工業半導體市場的變化相對較慢，市場格局較穩定，適合IDM模式。

垂直分工模式：集成電路行業鉅額的資本投入使得絕大多數企業無力支撐高昂的開支，集成電路產業鏈的細分行業開始出現分工。1987年臺積電的成立標誌著集成電路行業從垂直化向分工化的變革，目前，新興通信終端和消費電子領域大多采用垂直分工模式，純芯片設計廠商主要有高通、博通、英偉達、海思、紫光展銳等，晶圓代工企業主要有臺積電、格羅方德、中芯國際、華虹半導體等，封裝測試企業主要有日月光、長電科技、華天科技、通富微電等。對於通信終端和消費電子領域，產品更新換代塊，市場競爭激烈，行業格局變化快，芯片設計廠商採用Fabless輕資產模式，能最大發揮設計優勢，而晶圓代工廠和封測廠則可以發揮規模優勢和專業優勢，其業績波動與行業整體波動一致，利於其更好的提升設備利用效率。

IDM模式營收高於垂直分工模式。兩種業務模式中，由於像Intel等全球龍頭企業採用IDM模式，並且體量巨大，其營收額高於垂直分工模式。根據IC Insights的數據，2017年全球集成電路銷售收入中，IDM企業的銷售額為2636億美元，採用垂直分工模式的Fabless企業銷售額為1000億美元。從增速上來看，垂直分工模式的IC銷售額增速更快，近十年內，IDM企業銷售額的CAGR為3%，Fabless 企業高達9%。

模式界限逐漸模糊，IDM模式逐漸向垂直分工模式演進。全球大部分集成電路企業採用垂直分工模式，並且隨著眾多IDM模式的龍頭企業紛紛剝離部分業務，垂直分工模式已經成為了行業趨勢。行業巨頭講其晶圓製造和封測業務剝離，轉變為Fabless模式，例如GlobalFoundries就是AMD的晶圓製造剝離而來，同時AMD也在逐步出售其封測廠，其中部分就出售給了通富微電；大部分IDM公司（除存儲器廠商外）都在慢慢減少其晶圓廠投資，將其新增的晶圓製造業務外包給專業的晶圓代工廠，形成Fablite模式；而像英特爾和三星，則開始將其晶圓廠向外界開放，提供代工業務。

2.全球競爭格局

2.1產品結構

集成電路產業作為信息時代的基石產業，一直以來保持高速發展態勢。2017/2018連續兩年全球半導體總銷售額均超過4000億美元，集成電路產品佔比超過80%，並且保持最高增速。根據Wind數據，2018年全球半導體產值4687.78億美元，其中，集成電路產值約3932.88億美元，同比增長14.60%；分立器件241.02億美元，同比增長11.32%；光電器件380.32億美元，同比增長9.25%；傳感器件133.56億美元，同比增長6.24%。在半導體產品中，集成電路產品增速高於D-O-S產品的增速。

集成電路產品中，存儲器是行業風向標。2017年存儲器價格上漲，據IC Insights報道，DRAM 2017年平均售價同比上漲77%，銷售總值達720億美元，同比增長74%，NAND Flash 2017年平均售價同比上漲38%，銷售總額達498億美元，同比增長44%。2017年存儲器銷售額為1239.74億美元，同比增長61.49%，佔到全球半導體市場總值30.1%，超越歷年佔比最大的邏輯電路（24.8%），2018年存儲器市場規模佔半導體總規模33.7%，同比增長27.42%，其銷售增長率仍遠高於其他產品。

2.2產業結構

集成電路產業中，IC製造市場規模佔比最大。根據IC Insights、Gartner數據，2018年全球IC設計產值為1139億美元，IC封測產值為560億美元，IC製造環節的產值約為2233億美元，從產值佔比而言，全球集成電路設計、製造、封測環節的產值佔比分別為28.96%、56.80%、14.24%。可以看出，IC製造是集成電路行業最大板塊，其產值佔據集成電路總產值的一半。從發展趨勢來看，2017-2018年，全球集成電路製造業份額有所提升，設計和封測業佔比小幅下降。

2.3地域分佈結構

亞太地區半導體市場規模佔全球比重超過五成。過去二十年全球半導體市場消費格局不斷變遷，美國、日本等國作為半導體產業主要製造和消費國，市場佔比保持穩定，而以中國市場為核心的亞太地區新興經濟體迅猛發展，自2015年開始佔比已達60%，並保持穩步增長。主要原因是因為全球製造業產業重心轉移等因素，亞太地區（不含日本）已成為過去十年全球半導體市場增長最為迅猛的區域，2000年該地區僅僅佔全球25%份額，2018年該地區半導體市場銷售規模達2816億美元，佔全球市場規模的60%，其次為美洲（22%）、歐洲（9%）和日本（9%）。

中國已成為全球最大的半導體市場。近十餘年來隨著全球集成電路市場逐漸步入成熟發展階段，全球產業增速有所放緩。但隨著我國電子信息行業飛速發展，智能手機、汽車電子、物聯網以及安防、工控、大數據、雲計算等應用興起，2016/2017年以來人工智能發展步入快車道，半導體集成電路產品需求激增。根據Wind數據，過去5年，日本、歐洲等地半導體市場份額略有下降，而中國保持快速增長，中國半導體市場規模由2014年的917億美元增長到2018年1579億美元，市場佔比由27%增長到34%。

3.我國市場規模

3.1市場規模

我國集成電路起步較晚，發展速度全球領先。2000年以前集成電路產業薄弱，相關產品幾乎全部依靠進口。隨著我國經濟不斷髮展，全球集成電路行業開始分工，我國承接了第三次半導體產業轉移，同時國家大力支持集成電路產業，不斷出臺系列政策刺激產業發展，我國集成電路從封測、代工開始逐漸向設計、製造領域邁進，我國集成電路產業發展速度快於全球水平。

2018年中國集成電路產業市場規模6532億元。我國集成電路市場雖起步較晚，但受益於國家大力支持及全球集成電路產業向我國轉移趨勢加快，我國集成電路產業發展速度快於全球水平。

• 2008、2009年受到全球金融危機和全球半導體產業持續低迷的影響，我國集成電路市場規模連續兩年呈負增長，分別下降1%和11%。
• 2010年以後全球半導體市場復甦，我國持續加大相關政策支持，我國集成電路銷售收入大幅回升。
• 據中國半導體行業協會數據，2018年中國集成電路產業銷售額6532元，同比增長20.71%，2008年國內集成電路總銷售額僅1246.8億元，過去十年間（2008-2018）年均複合增速（CAGR）達到18%。受到2018年第四季度全球半導體市場下滑影響，中國集成電路產業2018年第四季同比增幅只有17.26%，較比前三季度略有下降；2018年第二季的增幅超過26%。

3.2產業結構

國內集成電路芯片設計佔比最高，製造業佔比低增速快。2018年我國集成電路設計業銷售額為2519.3億元，同比增長21.49%；製造業銷售額為1818.2億元，繼續保持快速增長，同比增長25.56%；封裝測試業銷售額2193.9億元，同比增長16.09%。與全球產業結構對比，2018年國內集成電路設計、製造、封測的銷售額佔比分別為：38.57%、27.84%、33.59%，而全球集成電路產值在以上三個環節的分佈分別為：28.96%、63.89%、7.14%，由此可見，國內集成電路的銷售額更多倚重於勞動密集型的封測環節，而在與封測緊密相關的製造環節，中國市場的匹配度較差，尚不具備全面參與全球產業鏈分工的比較優勢。

封測業佔比下降，設計業佔比提升。近十年來我國集成電路三業齊頭並進，集成電路產業結構趨於優化，目前以芯片設計和封裝測試為主。

從產業結構變化來看，2011年我國集成電路產業主要集中在封測業，封測佔比高達50.46%，2018年封測佔比降至33.59%，半導體封測業附加值較低，但是技術壁壘較低，是實現半導體國產化的重要突破口之一。2016年設計業超過封測業，並且佔比逐步增加，2018年設計業佔比38.57%。製造業在我國半導體領域比重最小的主要原因在於其較高的技術壁壘和較低的附加值，一個晶圓廠從規劃到投入生產使用大概要兩年的時間，後期還要經過產能爬坡和良率提升階段。並且建設一條12英寸芯片生產線的投資預計30-50億美元，其中僅半導體設備的投資佔70%以上。除了時間和資金成本外，晶圓代工廠還要面臨鉅額的設備折舊和世界巨頭價格戰的打壓，因此我國半導體制造業發展速度較為緩慢。

從全球集成電路產業現狀和發展經驗來看，一般集成電路設計、製造和封測的價值量比例為3:4:3，由我國產業結構變化情況可以看出，我國集成電路的主導產業朝著低附加值的封測業轉變到高附加值的設計業，集成電路產業不斷轉型升級。

3.3需求規模

我國集成電路需求旺盛。我國有廣闊的需求市場，已經成為全球最大的半導體消費市場。由於我國半導體集成電路行業仍處於發展階段，部分核心技術掌握在美日等國手中，國內產品能滿足部分消費需求，除此之外約80%消費需求來源於進口。根據我國海關總署數據，2015年我國集成電路進口金額2303億美元，超出原油成為我國第一大進口商品。2018年我國集成電路進口總額3120.58億美元，同比大幅增長19.8%，出口總額846.36億美元，同比增長26.6%。從我國集成電路進出口規模可以看到，我國集成電路行業需求旺盛，市場空間進一步打開；出口增長率高於進口增長率，證明我國集成電路正在朝著健康方向發展，供給能力不斷提高。

高需求帶來大機遇，進口替代為國內廠商帶來契機。我國集成電路發展時間短、基礎弱，西方技術限制和巨大市場需求倒逼行業高速發展。隨著華為、中興、紫光、華虹等國內企業快速發展，我國集成電路核心技術不斷突破，國內企業不斷佔據價值鏈高端，進口替代成為國內企業的主要發展戰略。據統計，2018年我國集成電路自給率15.3%，預計2023年將增長到20.5%，這意味著我國有超過八成的進口替代市場，國內集成電路廠商發展迎來契機。

4.機遇與啟示

信息時代基石，行業變革帶來發展機遇。集成電路作為信息技術產業的支撐行業，已經成為了保障國家安全、促進社會經濟發展的戰略性行業。目前，新一代信息系技術不斷突破，人類社會發展正處在新一輪科技大爆發前夜，智能集成電路在其中起著基礎性、決定性作用。隨著集成電路發展步入後摩爾時代，並且大數據、雲計算、人工智能、數字經濟等新興行業崛起，技術進步和下游需求牽引行業變革，集成電路技術水平朝著更小工藝製程、多功能異質集成方向發展，行業變革帶來更多發展機遇。我國目前正在承接第三次半導體產業轉移，抓住行業變革的歷史機遇會促進我國半導體集成電路行業實現新的突破。

中國擁有全球最大市場，前進步伐不可阻擋。中國半導體產業起步雖晚，但持續保持高速發展，2018年我國以超過30%的份額成為全球最大的半導體市場。集成電路發明人傑克·基爾比認為，半導體集成電路產業一向是通過尋找新的應用領域發展起來的。我們正處在信息時代飛速進步、新型應用不斷湧現的時代。我國抓住百年未有之契機，在互聯網+、5G通信、移動支付、人工智能多個新技術領域處於世界領先位置。大市場帶來大機遇，中國集成電路未來有望成為萬億級市場，在世界範圍擁有更強的行業主導權，前進的步伐不可阻擋！