2020年,半導體產業投資展望:從應用到行業的全面復甦

​兩個趨勢:摩爾定律趨緩,先進製程成本大增,良率提升不易都造成先進製程晶圓代工及芯片單價提升及小芯片架構普及的二個趨勢。未來20年我們將持續看到芯片漲價及從SoC(SystemonChip)到系統在大載板上的小芯片架構出現在服務器、人工智能芯片、FPGA及高速網絡芯片。

三個驅動力:2020-2021年服務器(10-20%y/y),手機(10-15%y/y),車用半導體(8-9%y/y)三個驅動力會帶動邏輯半導體應用的全面復甦。

四個次行業增長:受惠於國產替代,自給率及全球份額偏低,2020-2021年國內半導體設計(30%/26%),設備(45%/30%),存儲器(91%/126%),存儲器封測(16%/60%)四個次行業的加速增長會優於國內晶圓代工及邏輯封測的15-16%同比增長。

國聯萬眾 | 智芯諮詢

一、2020/2021年全球半導體市場投資展望

在經歷持續一年多的中美關稅戰、貿易戰及技術禁售戰,造成中國及美國的消費者買方成本增加及企業資本投資轉趨保守,而減少汽車、消費性電子、手機、電腦的消費,以及減少對工業用及數據中心服務器的投資,加上部分半導體產品像是內存DRAM、閃存3DNAND、挖礦機GPU、12”/8”大硅片、LCD顯示屏、各種電力功率、微控制單元(MCU)、電阻/電容(ChipResistor,、MLCC)產品在製造商、客戶,通路堆積了大量庫存而造成的各產品價格下跌,需求銳減加上部分產品下跌造成全球半導體市場於2019年同比下跌近13%到4,102億美元,而存儲器行業同比下跌超過30%,邏輯半導體同比下跌近2%。存儲器市場佔全球半導體市場達到近三年低點的27%。

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但受惠於中美貿易戰不再惡化、消費者信心改善、企業資本投資逐步增加、數據中心增加先進製程10nm/7nm服務器在雲端及邊緣運算端的投資、谷歌力推Stadia雲端遊戲平臺、全球電動、半自駕/自駕車出貨比例的提升(目前佔不到2%)、5G所帶動的手機/邊緣運算網絡/基地站/核心網絡/數據中心的需求(650億美元增量vs.2019年4,100億美元市場)、3-5顆攝像頭、真無線耳機TWS、屏下指紋、射頻前端及毫米波射頻天線在手機的需求大增,配合內閃存存儲器、7.5/8.5代線LCD、電阻/電容大廠持續砍資本開支,降價清庫存,減產出產能,各產品價格逐步趨穩,有些產品甚至因為摩爾定律趨緩造成晶圓代工成本漲價而跟漲,我們估計全球半導體市場將在2020/2021年同比增長9%/12%達到4,471/5,008億美元,先進晶圓代工市場從過去10年的5-10%營收同比增長轉變到未來10年的10-15%同比增長。因為預期明年下半年現貨價/合約價格同步反彈,存儲器行業復甦幅度(12%/26%y/y)應該會高於邏輯半導體市場同比增長幅度(7.9%/6.6%)。

在這篇報告中,我們看到摩爾定律趨緩造成的芯片單價提升及小芯片架構的二個趨勢,評估服務器/手機/車用半導體的三個驅動力復甦,看好國內半導體設計,設備,存儲器,存儲器封測四個次行業的加速增長,還有五家價值企業長電科技、太極實業、中微公司、瀾起科技和三安光電。

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二、半導體設計應用篇-上行週期的產品驅動力

1、計算機應用篇-拐點已現

我們估計全球計算機半導體(服務器,桌上型計算機,筆電x86CPU,GPU,AI)市場將在2020/2021年同比增長6%/6%,但預期整個市場應該是由AMD的7納米ROME,華為7nm鯤鵬服務器ARMCPU,中國長城16nm的四核飛騰FT-2000/4,信驊及新唐的服務器遠端控制芯片BMC(BaseboardManagementController),AIASIC/GPU,瀾起的內存接口芯片所帶動超過10%同比營收的增長。

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2020年服務器半導體市場增長>10%:我們的假設基礎是服務器市場於2019年衰退近8%,(英特爾之前公佈其今年服務器x86CPU出貨量在1Q/2Q/3Q19同比衰退了8%/12%/6%)。但在三季度同比需求拐點出現後,我們估計全球服務器市場出貨量在2020/2021年有8%/24%的同比增長機會,而統計彭博分析師對全球服務器製造商及半導體相關公司營收的預期,全球服務器製造商(浪潮,中科曙光,緯穎,廣達)於2020年應該可以同比增長15%,全球服務器半導體市場可以同比增長7%,但我們認為,服務器朝向更先進製程(Intel10nm,10nm+,AMD7nm,7nm+,5nm),更多核芯運算,更多PCIExpress接口,及更多內存通道方向邁進,加上良率不佳,產能短缺,所以我們不排除單價的提升會讓2020年全球服務器半導體市場同比增長輕易地超過10%。

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服務器產業鏈受惠可期:當然服務器及服務器半導體市場的復甦,也會帶動內存DRAM,閃存3DNAND市場,以及x86CPU大載板,服務器CPU插槽(嘉澤),服務器x86CPU晶圓代工(臺積電7nm,7nm+,5nm),封測(通富微-AMD,日月光/長電-海思鯤鵬)市場的復甦。

Chiplets小芯片架構利好封測及ABF大載板行業:尤其當英特爾未來也要跟隨AMD在2021年推出小芯片(chiplets)大載板架構10nm++的服務器x86EagleStreamCPU及FPGA來改善良率及成本,我們期待這趨勢利好於封測及ABF(AjinomotoBuild-upFilm)大載板行業及其龍頭廠商Ebiden,Shinko,欣興Unimicron,南亞電路板NanyaPCB。ABF樹酯載板是由英特兒所主導的材料,適合高腳數,細線路,高傳輸,耐高溫x86CPU封裝。

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2、智能手機應用篇-5G,TWS,屏下指紋

因為5G(AP,基頻,射頻前端,基地站,天線射頻),真無線耳機(TrueWirelessStereo),屏下指紋的需求帶動下,國金證券研究所估計全球智能手機半導體(AP,基頻,射頻前端,天線模組,基地站,內存,閃存,TWSMCU,NOR,光學屏下指紋,AR/ToFVCSEL)市場將在2020年同比大幅增長15%,遠優於智能手機出貨量同比增長的0-5%。

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5G提高手機半導體價值:手機半導體市場2020/2021年同比增長將大幅超過手機出貨同比增量,主要是因為每支5G手機所用到的半導體價值是4G手機半導體價值的2倍以上。根據我們及高通的預期,5G手機會從今年的500-1,000萬支,成長到2020年的1.8-2.2億臺,及2021年的4億臺,而每支4G智能手機的半導體價值(AP+基頻)將從20-40美元,提升到5G手機的50-80美元,這將是帶動全球智能手機半導體市場同比大幅增長的主因。

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非美/國產替代是進行式:除了5G所帶動的半導體增值成長外,我們還看到了國產手機芯片替代進行式,尤其是美國Trump政府自從技術封鎖中興通訊,華為,中科曙光,海光,海康,大華,科大訊飛,曠視,商湯,美亞柏科,依圖,頤信科技以來,國內系統廠商,尤其是手機制造商,從此立志採取非美替代策略,其順位以中國大陸半導體設計為優先,然後是中國臺灣,韓國,日本,最後是歐洲。這也將造成高通,Skyworks,Qorvo,Broadcom,鎂光在中國大陸市場的份額逐季減少,海思,聯發科,瑞昱,穩懋,三安,卓勝微,三星,海力士的份額增加,雖然這對整體市場同比增長不會有影響,但對國內及非美手機半導體增長有正面的幫助。

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3、車用電子應用篇-百花齊放

因為中美關稅戰趨緩,全球汽油及電動車需求觸底緩步回升,全球電動車持續增加份額對PowerMOSFET,IGBT,SiC,GaN半導體電力功率分立器件的需求,還有輔助駕駛進化到SAE3,4,5自動駕駛對各種AI,MCU,CPU,GPU,FPGA,感測器,毫米波雷達,光達,攝像頭CIS,WiFi,藍牙,有線網絡,電源管理PMIC,存儲器半導體的需求帶動下,國金證券研究所估計全球車用半導體市場將從2019年的同比衰退2%,到2020年的同比增長8%,遠優於全球汽油車/電動車出貨量同比增長的0-5%。

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車用半導體增值篇:不同於手機半導體市場2020/2021年同比增長將大幅超過手機出貨同比增量,主要是因為每隻5G手機所用到的半導體價值是4G手機半導體價值的2倍以上,每部SAELevel5自動駕駛電動車所用到的半導體價值可能是2019年人駕汽油車半導體價值的10倍以上,我們初估最基本的PowerMOSFET就需要10倍以上增量,攝像頭,CIS,雷達傳感器,MLCC,電源管理芯片要五倍增量,2倍的傳感器Sensor,更不用說大量的射頻功率放大器,有線通訊,人工智能,及多種電力功率芯片,這將是帶動未來20年全球車用半導體市場5-10%複合增長率,每車半導體價值從2019年不到3%的比重,逐年拉高的主因,即使未來20年全球汽油車/電動車出貨量同比增長<5%。

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電動車可能將再次拉動高階MLCC需求:剛才提到電動車需要5倍MLCC的增量,2020/2021年電動車重啟增長應該會大幅改善MLCC的供給過剩,減少市場庫存,穩定價格崩跌,讓MLCC行業逐步復甦,我們建議重點關注中國大陸的風華高科,中國臺灣的國巨,華新科,美國的Vishay,還有日本的Murata等MLCC龍頭大廠。

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4、電力功率應用篇-IGBT,SiC,GaN

2017年全球功率分立器件市場規模約154億美元,同比增長12.2%,主要是電動汽車及IOT等新興市場需求,預計2023年將達到188億美元,2016-2023年均複合增速4.4%。除了電動車外,電力功率半導體的應用場景還包括電力傳送,高鐵,充電站,冷氣,微波爐,照明系統,光伏,風電,工業用等等。功率半導體器件按照下游應用領域,主要可以分為五大類,包括工業控制(市場佔比約為23%),消費電子(20%),計算機(20%),汽車電子(18%),網絡通信(15%)。MOSFET、IGBT、整流橋是功率半導體中最為重要的三個細分產品,2017年MOSFET在功率器件中的佔比達到41%,整流橋21%,功率模塊佔比23%,IGBT則為7%。而根據YoleDeveloppement統計和預測,17-21年功率器件市場規模CAGR為5.39%,其中MOSFETs(5.23%),IGBT(9.02%),功率模塊(6.20%),二極管(2.8%),晶閘管(2.71%),整流橋(4.72%)。

目前的電力功率半導體還是以低功率的硅MOSFET還有高功率的IGBT為主,但當消費者為了600V以下低電力功率應用,需求更輕薄短小的電源供應器(PowerSupply)及筆電用電源適配器(ACadapter),預計將轉用GaNHEMT;而600V以上的中,高電力功率光伏變頻器,馬達控制,服務器不斷電系統電源供應器,智慧電網充電站,車載充電器,降壓轉換器,電動車傳動系統的主驅直流/交流逆變器(DC/ACInverter)應用,預計將以高壓,高頻,高效率的SiCMOSFET來逐步取代現在主流的IGBT。國金證券研究所估計全球電力功率半導體市場將從2019年的同比衰退3%,到2020年的同比增長9%,但根據YoleDeveloppement之前的預測,2018-2024SiC半導體市場複合增長率有29%,而2017-2023GaN半導體市場複合增長率有24%。

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市場大,但國產份額低:中國大陸電力功率市場佔比全球達40%,電力功率器件細分的主要幾大產品在中國的市場份額均處於第一位。其中,PowerMOSFET中國市場規模佔比全球為39%,IGBT為43%,BJT為49%,電源管理IC為47%,其他如晶閘管,整流器,IGBT模組等等產品中國市場佔比均在40%左右。國內龍頭全球市佔率依舊很低,與國際大廠差距明顯:與整個半導體產業類似,對比海外的功率器件IDM大廠,國內的功率器件龍頭企業(揚傑科技、華微電子、士蘭微、斯達半導體等)的年銷售額仍是巨頭們的幾十分之一且產品結構偏低端,表示中國大陸電力功率器件的市場規模與自主化率嚴重不相匹配,國產替代的空間巨大,目前,中國大陸電力功率半導體產業正在快速發展,聞泰科技收購了安世半導體後,後期有望積極擴產,有望充分受益國產化替代。

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汽車電動化和智能化為功率器件行業的核心驅動力:根據2019年IHS報告,汽車電子增長最快的細分市場將由高級駕駛輔助系統(ADAS)和混合動力/電動汽車電子產品所帶領,年複合增長率有望分別達到13%和29%。汽車電動化是大勢所趨,世界各國都在大力發展新能源汽車,出臺了燃油車禁售時間表。預計到2025年,新能源汽車將佔據新車銷量的半壁江山,其中純電動將佔全球汽車銷量的10%,混動將佔據全球新車銷量的40%。新能源車行業有望繼續保持快速增長:2018年全球新能源車銷量201.8萬輛,預測2022年將達到600萬輛,18-22年銷量CAGR達到25.86%。根據中汽協發佈的產銷數據,2018年,新能源汽車產量及銷量分別為127萬輛和125.6萬輛,同比分別增長59.9%和61.7%,產量及銷量連續三年位居全球第一。預測到2020年,中國新能源汽車實現當年產銷230萬輛,新能源車將在全球範圍內(尤其是中國)加速滲透。輕型車功率器件2020年市場超百億美元。汽車中採用大量的半導體器件,根據StrategyAnalytics和Infineon數據,燃油車單車半導體價值量約375美元,純電動增加一倍,約750美元。其中,傳統燃油車中功率器件單車價值量71美元,48V輕度混動車中功率器件單車價值量146美元,重度混動車和插電混動車中功率器件單車價值量371美元,而純電動車中功率器件成本為455美元,佔比車用半導體61%,相較於燃油車增長541%。我們認為混動和純電動汽車的加速滲透將成為功率器件行業最強勁的驅動力。

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汽車和工控領域,2017-2021年MOSFETs複合增速5.23%:2016年,全球MOSFETs市場規模接近62億美元,受益於汽車和工控領域的穩定增長,功率MOSFETs在汽車應用市場的市場佔到整體的20%,超過了在計算機和數據存儲應用中的表現。預計到2022年,隨著新能源汽車銷量的快速放量,功率MOSFETs在汽車應用市場佔比將提升至22%,而計算存儲和工控領域的市場佔比則分別達到19%和14%,三者合計佔到55%。MOSFETs被用於汽車的剎車系統,引擎管理,動力轉向系統和其他小型電機控制電路:隨著汽車電動化提升,MOSFETs在純電動汽車和混動汽車中的轉換器(Converter),小型插電式混動汽車和純電動汽車的充電器(3-6kW),48V的DC-DC轉換器,以及其他啟動/停止功能模塊的微型逆變器等等汽車零部件中的應用將會更加廣泛。未來5-10年,電動車用MOSFETs在整個MOSFETs市場中會變得越來越重要。

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預測IGBT16-22年複合增速15.7%:2017年,全球IGBT芯片和模組的市場規模約為37.3億美元,Yole預測,2022年IGBT(含IGBT模組)市場空間將達到55億美金,年均複合增長8.1%,主要的增長即來自於IGBT模組。下游應用領域的主要驅動力主要來自於汽車電動化帶來的需求,2016年汽車IGBT市場為8.64億美元,2022年將增長至約20.7億美元,16-22年CAGR為15.7%,2022年汽車IGBT市場佔比整體市場將達到接近40%。另一個驅動力是電機IGBT,Yole預測電機IGBT市場16-22年CAGR為4.6%。消費電子、白電等領域未來將會向節能方向發展,因此對400-1700V功率的IGBT仍然有比較穩定增長的需求,16-22年白電領域對IGBT需求CAGR為6%。2018-2025年,中國IGBT市場年複合增長率達19.11%。集邦諮詢《2019中國IGBT產業發展及市場報告》顯示,2017年中國IGBT市場規模約為128億元,2018年預計153億元,相較2017年同比增長19.91%。受益於新能源汽車和工業領域的需求大幅增加,中國IGBT市場規模仍將持續增長,到2025年,中國IGBT市場規模將達到522億人民幣,年複合增長率達19.11%。

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海外巨頭壟斷:據IHS統計,2017年全球功率半導體器件與模組市場規模為185億美元,歐美日呈現三足鼎立之勢,英飛凌位居第一,佔比18.6%,安森美次之,佔比8.9%,前十大公司合計市佔率達到58.9%,日本企業佔據5席,合計佔比達到19.7%。2017年,全球MOSFET市場規模達到66.5億美元,英飛凌以絕對優勢排名第一,市佔率達到26.3%,前五大公司市佔率達到62.5%。2017年,分立IGBT市場規模為11億美元,英飛凌排名第一,市佔率高達38.5%,前五大公司合計佔比達到71.5%。

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國內電力功率半導體突圍:我國是全球最大的功率半導體市場,國際龍頭企業較大部分收入來自中國地區,以達爾科技和恩智浦為例,其收入的58%和41%來自中國大陸。由此可見,我國功率半導體市場需求量巨大,本土廠商擁有非常大的國產替代空間。在全球功率半導體市場上,中高端產品生產廠商主要集中在歐洲、美國和日本地區。歐美日的功率半導體廠商大部分屬於IDM廠商,英飛凌、達爾科技、安森美、恩智浦等是行業中的龍頭企業。我國功率半導體市場佔據全球50%左右的需求份額,在高端產品領域,90%依賴進口。我國電力功率半導體廠商主要為IDM模式,生產鏈較為完善,但產品主要集中在二極管、低壓MOS器件、晶閘管等低端領域,生產工藝成熟且具有成本優勢。而在新能源、軌道交通等高端產品領域,國內僅有極少數廠商擁有生產能力,高端產品市場主要被英飛凌、安森美、瑞薩、東芝等歐美日廠商所壟斷。目前國內外IGBT市場仍主要由外國企業佔據,雖然我國IGBT市場需求增長迅速,但由於國內相關人才缺乏,工藝基礎薄弱,國內企業產業化起步較晚,IGBT模塊至今仍幾乎全部依賴進口,市場主要由歐洲、日本及美國企業佔領。同時,國內企業由於芯片供應主要源於國外,制約性較強,因此發展較為緩慢。

三、半導體產業篇-核心競爭力何在?

1、晶圓代工業-5G、服務器、功率

在受到中美關稅提升對低階消費性電子,車用零組件,工業用產品需求的影響,及美國對華為及其68家子公司,中科曙光,天津海光先進技術,成都海光集成,成都海光微電子,海康,大華,科大訊飛,曠視,商湯,廈門美亞柏科,依圖,頤信科技進行半導體產品及應用/作業系統軟件封鎖,晶圓代工行業的美國客戶多少受到程度不等的影響,而直接造成2019的半導體及晶圓代工景氣下行週期(同比衰退1%),這是繼2014年以來首度衰退,但受惠於服務器半導體行業超過10%的增長,5G所帶動的智能手機半導體市場將在2020年同比大幅增長15%,車用,工業用,電力功率半導體市場約8-9%的同比增長,英特爾x86CPU及FPGA14及10納米良率不佳所造成的產能不足,補新產品庫存,及全球晶圓代工份額增加,國金證券研究所估計全球晶圓代工市場將於2020/2021年的同比增長14%/11%,並估計國內晶圓代工生產銷售額將於2020/2021年的同比增長16%/15%,自給率從2019年的20%,緩步提升到2020/2021年的21%。

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臺積電將帶動同業大幅拉高未來的資本開支:為了能趁三星7納米量產不順,英特爾產能短缺拿下更多7納米,7納米EUV,5納米EUV的服務器CPU及5G應用處理器/基頻芯片的份額,臺積電日前宣佈大幅提高2019年資本開支到140-150億美元(為了7納米加了US$15億美元,為了5納米需求加了25億美元),2020年還是保持在140-150億美元資本開支,2019年的capextosales一口氣從之前的35%拉到42%。臺積電CEO魏哲家博士說看到5G及高速運算帶動明年上半年即將量產的5納米制程工藝的需求,並上修其對2020年5G手機的預測從6個月前的個位數佔全球智能手機比重到15%(15億x15%=2.25億)。加上我們預估臺積電晶圓代工價格每年以3-5%同比增長率逐步提升,除了預估臺積電明年同比增長達15%外,我們預期臺積電將上修其未來五年營收復合增長率從過去的5-10%調整到10-15%,而同業跟進拉高資本開支可期。而因為先進製程工藝晶圓代工價格每年增長,加上摩爾定律微縮速度(每片晶圓因微縮而增加芯片數量的增幅)慢於晶圓代工漲價,我們預期同大小芯片代工成本也會逐年增加。

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中芯國際/華虹營收增長可期,但獲利受技術影響:雖然中芯國際於2020年將量產14納米制程,及試產12/7納米產品,即使2020年底產能將拉高到每月15,000片,但因初期折舊費過高及良率問題,我們估計2020年14納米量產營收貢獻將低於10%,獲利貢獻應為減項。而華虹於2020年將首次量產12”90/55納米MCU,電力功率芯片,兩年同比營收增長可各達20%,但因將每月40000片擴產提前於三年完成(本預計四年),2020年整體折舊費用增加近倍,我們預估其2020年毛利率將比2019年下滑超過5個點,低於市場預期,毛利率<25%,營業利潤率<10%,將可能成為常態。

世界先進將受惠於8”復甦:世界先進於2019年底將正式合併格芯GF新加坡廠,對2020年毛利率會多少受到些影響,但2020年8”晶圓代工將受惠於車用,工業用,電力功率用半導體復甦,而匯頂/神盾屏下及超薄屏下指紋芯片(3-5x芯片面積增大)的量產可能導致8”晶圓代工產能趨緊。

2、邏輯封測業-國產替代

5G手機單機半導體消費量提升。5G手機相比4G手機支持頻段數量增加,同時考慮到5G手機將繼續兼容4G、3G、2G標準,因此5G手機的射頻前端相比4G複雜程度將大大提高。根據射頻前端龍頭大廠Qorvo的預估,相比4G手機,5G手機中的濾波器將從40個增加至70個,頻帶從15個增加至30個,接收機發射機濾波器從30個增加至75個,射頻開關從10個增加至30個。

手機射頻前端整體市場規模將從2017年的123億美元增長到2022年的228億美元,複合年增長率達到13%,這些變化將加大射頻前端系統封測(SiP,systeminapackage)的需求。目前射頻前端市場主要是由5家廠商主導:村田、Qorvo、Avago、Skyworks和TDKEpcos以IDM模式(晶圓製造/封測自家生產模式)為主導,而隨著高通、海思、聯發科、展訊等Fabless公司入局射頻前端市場,在5G射頻前端市場取得一定市場份額都會帶動相應晶圓代工及邏輯封測需求。

從封測設備看,根據全球最大封測設備廠ASMPacific的數據,我們也看到了行業的復甦信號,特別是在中國地區由於國產替代復甦跡象明顯。集團BB值2019年三季度為0.97,仍然低於1,但是已經從一季度的0.7觸底反彈。而大多數時候具有領先意義的物料分部的新增訂單金額已經三個季度環比增長。而公司預計來自中國的訂單甚至在傳統淡季的四季度也將保持強勁趨勢,顯示了目前中國地區封測行業的高景氣度,我們認為這種高景氣度將延續到2020年。

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受惠於美國Trump政府對國內龍頭科技公司如華為,海康等進行實體清單的半導體設計技術禁售,國內龍頭設計公司如海思,韋爾/豪威,卓勝微,匯頂,聖邦,兆易創新,瀾起等成為非美替代的最主要贏家,而國內封測廠因為與日月光,Amkor技術差距不像中芯國際與晶圓代工龍頭技術差距這麼大,而順勢成為國產核芯設計替代轉單的另一批受惠行業。舉例而言,海思的國內封測訂單2020年繼續增長,2023年市場空間有望達200億元。海思加速非美替代是IC產業鏈特別是IC封測產業加速國產化的重要原因。2018年海思銷售收入為76億美元,同比增長34.2%,是全球第五大芯片設計公司。2019年上半年,海思銷售收入同比增長25%。預計隨著華為芯片自給進程加快,我們認為海思的銷售收入將在未來3-5年內維持較高的增長速度,2019-2023複合增速有望達到20%,至2023年銷售收入有望達到188億美元。預計採購成本約為113億美元(用手機市場平均毛利率為假設),其中封測成本約佔採購成本25%,2023年海思封測訂單市場空間有望達到28億美元,約合190-200億元人民幣。而在供應鏈安全被高度重視的背景下,大陸封測企業、臺積電、日月光都將是海思訂單快速增長的受益者。在最高端芯片產品上,臺積電提供的跟先進製程搭配的集成型扇出封裝(InFO)和其它先進封裝技術的一條龍服務的模式具有領先優勢,大陸企業暫時仍不具備承接能力。而在其它產品上,國內封測企業如長電科技將成為海思封測訂單轉移的最主要受益者,假設長電能從2019年的10%海思封測份額,增長到2023年的40%封測份額,海思訂單佔長電營收將從2019年不到5%增長到2023年的超過20%。

在受到中美關稅提升對全球各科技產品需求的影響,及美國對國內龍頭科技公司進行半導體產品及應用/作業系統軟件封鎖,全球及國內封測行業的美國客戶多少受到程度不等的影響,而直接造成2019的全球及國內封測行業景氣下行週期(同比0%到-1%),但受惠於摩爾定律趨緩帶動小芯片來驅動更多3DIC封測,載板需求,半導體客戶陸續進入上行週期,國產半導體替代的一條龍模式,5GSiP/AiP,UWB,屏下指紋,TWS,AR眼睛的新封測需求,國金證券研究所估計全球封測市場將於2020/2021年的同比增長12%/12%,並估計國內邏輯封測生產銷售額將於2020/2021年的同比增長15%/15%,自給率從2019年的22%,緩步提升到2021年的23%。

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AMD服務器市場崛起,提升OSAT訂單需求:2017年AMD推出Zen架構,並且基於Zen架構和後續的Zen2架構相繼推出第一代EPYC服務器芯片Naples和第二代EPYC7納米服務器芯片Rome,以及針對PCCPU市場的Ryzen系列。憑藉全新的架構設計和與臺積電的合作,AMD實現了處理器性能的追趕甚至超越,市場份額也實現回升。2017年AMD在DesktopPC市場份額為8.6%,2017年市場份額為9.1%,2019年三季度市場份額已經達到18.0%,我們認為隨著AMD的Zen2架構新產品的推出,AMD的市場份額有望繼續提升。而在服務器市場,2016年AMD市場份額僅為0.6%,而到2019年三季度市場份額達到4.3%,因為AMD7納米服務器CPU不管在設計及製程都領先英特爾,我們初步估計2020年四季度有機會達到8-10%。AMD的Fabless+Foundry模式及Chiplets(小芯片大載板)設計模式利好OSAT(OutsourcedSemiconductorAssemblyandTest)。相比Intel的IDM模式,AMD晶圓代工由臺積電和GlobalFoundries完成,封測則由矽品和通富微電完成,隨著AMD的CPU放量,產業鏈相應封測廠也將受惠。但我們目前預告臺積電將利用其前段製程的優勢跨足下個世代先進AMDChipletsCPU封測,跟矽品及通富微電搶食封測大餅。

先進封裝技術層出不窮:隨著製程微縮難度增加,芯片尺寸越來越大、良率改善越加惡化,從過去的SoC(Systemonachip)改成SoS(Systemonasubstrate)系統在大載板的小芯片架構變成良率不佳的解決方案,因而導引出各種先進封裝技術,如圓級封裝(WLP)、硅通孔(TSV)、3D堆疊以及系統封裝(SiP)等。臺積電提出InFO(集成扇出型,IntegratedFan-Out)和CoWOS(ChiponWaferonSubstrate)封裝技術。InFO封裝減小了芯片的30%的厚度。CoWoS能讓此類產品的效能提升3到6倍。此外臺積電也推出了前道3D封裝工藝SoIC(system-on-integrated-chips)和全新的WoW(多晶圓堆疊,Wafer-on-Wafer)。SoIC能對10納米以下的製程進行晶圓級的接合技術。該技術沒有突起的鍵合結構,因此有更佳的性能。具有革命性意義的工藝技術WoW將兩層Die以鏡像方式垂直堆疊起來,有望用於生產顯卡GPU,創造出晶體管規模更大的GPU。WoW技術通過10μm的硅穿孔方式連接上下兩塊die,這樣一來可以在垂直方向上堆疊更多die,也意味著die之間的延遲通信極大地減少,引入更多的核心。為了跟臺積電拼技術,英特爾提出Foveros封裝及嵌入式多核心互聯橋接(EMIB)封裝技術,這些技術可將CPU與存儲器,基頻整合在硅片上,再透過SolderBumps與大載板連結。可惜的是這些最先進封裝技術都是由臺積電及英特爾來主導,而不是現有的封裝大廠,因為晶圓代工廠和IDM廠在先進封裝上有天然優勢,能結合其自身前道技術,更快地把握技術的發展趨勢,並且有更多的試錯機會,形成對其它OSAT廠的競爭優勢。

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SIP封裝滲透率提升是大勢所趨:SIP是從封裝的立場出發,對不同芯片進行並排或疊加的封裝方式,將多個具有不同功能的有源電子元件與可選無源器件,以及諸如MEMS或者光學器件等其他器件優先組裝到一起,實現一定功能的單個標準封裝模組。SIP封裝具有如下顯著優勢:(1)封裝效率大大提高,SIP封裝技術在同一封裝體內加多個芯片,大大減少了封裝體積;(2)SIP封裝實現了以不同的工藝、材料製作的芯片封裝可形成一個系統;(3)SIP封裝技術可以使多個封裝合而為一,可使總的焊點大為減少,縮短元件的連接路線,從而使電性能得以提高;(4)SIP封裝採用一個封裝體,實現了一個系統目標產品的全部互連以及功能和性能參數,可同時利用引線鍵合與倒裝焊互連以及其他IC芯片直接內連技術。(5)SIP封裝可提供低功耗和低噪音的系統級連接,在較高的頻率下工作可獲得幾乎與SOC相等的匯流排寬度。我們認為SIP封裝技術將獲得更廣泛的採用,以縮小射頻模組尺寸。目前,射頻前端模組的SIP架構中,在單個封裝中包含10~15個裸片(開關、濾波器、功率放大器)和幾種類型的互連技術(引線鍵合、倒裝芯片、銅柱)。而5G手機中射頻器件數量將大幅增加,這與智能手機輕薄化的大趨勢相逆,所以採用SIP封裝縮小模組尺寸是比較理想的解決方案。根據Yole預測,到2023年SIP射頻前端市場規模有望增加到49億美元,2017年到2023年複合增速為12%。到2023年,手機SIP射頻前端和其它無線連接SIP射頻市場將分別達到SIP射頻市場規模的82%和18%。

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SIP封裝在TWS、智能手錶,AR眼鏡的潛力:TWS耳機具有空間小、零組件多、結構複雜等特點,是SIP封裝天然的應用場景。TWS耳機與普通藍牙耳機對比,在便攜度、高清音質、體積、智能化水平、防水等方面優勢明顯,但在元器件數量和複雜度上也大幅提升。以AirPods為例,一對AirPods耳機以及1個充電設備共有28個主要組件以及數百個元器件。除了聲學器件、解碼芯片等組件外,AirPods集成了數個不同功能的傳感器,包括語音加速傳感器、運動加速傳感器、光學傳感器和MEMS麥克風。未來TWS有望集成更多功能,包括降噪、身體健康監測等,模組內元件數量將持續提升,同時更多品牌的加入將導致產品開發週期縮短,先進封裝技術有望成為關鍵解決方案。TWS目前主要供應商是安靠,長電為次要供應商。環旭,立訊都在做認證,有可能成為供應商。

無中生有的AIP封測需求:類似於SIP的架構,AIP(Antennainpackaging)隨著5G毫米波(Millimeterwave)比重提升而興起,雖然2020年5Gsub-6G才是主流,但我們預估4-5年後超過50%的5G手機是同時具備Sub-6Ghz及毫米波,但因為架構不同,5G毫米波需要配備2組以上的毫米波天線模組(包括射頻IC,收發器,天線),假設五年後全球有5億臺5Gsub-6Ghz及毫米波手機,全球將需要超過10-15億顆毫米波天線模組,超過100-150億美元的AiP封測需求,或超過18-27%的全球封測需求。

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3、存儲封測業-靜待三大存儲器大廠量產

不同於邏輯封測雖然市場龐大,但封裝技術演進快速,重量級競爭者眾多,晶圓製造商又靠其晶圓前段多投片,補後段封裝良率的優勢來搶食邏輯封裝大餅,存儲封測行業就相對的單純,除了三星,海力士,東芝,鎂光,英特爾的自有封測廠外,主要競爭者為中國臺灣的力成,南茂,華東科技,還有中國大陸的紫光宏茂(長江存儲3DNAND,紫光重慶DRAM),通富微電(合肥長鑫),太極實業(合肥長鑫),沛頓(合肥長鑫)。而受惠於全球5G市場更新換代,雲端數據中心重啟服務器建制的資本開支,我們預期存儲器行業2020下半年供需趨向平衡,預期需求及價格全面上漲,加上國內存儲器晶圓製造大廠陸續量產,國金證券研究所估計全球存儲器封測市場將於2020/2021年的同比增長12%/12%,並估計國內存儲器封測生產銷售額將於2020/2021年的同比增長16%/60%,存儲器封測自給率預計將從2019年的9%,快速提升到2021/2022年的14-16%。

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存儲芯片封裝重大量,單一,重複,低腳數,及堆疊:不同於邏輯產品對封裝的要求及提早受到摩爾定律微縮放慢的影響,存儲器大廠對其DRAM內存及NANDFlash閃存封裝多使用重複性,大量,單一化,低腳數,堆疊式的疊層封裝(PoP,PackageonPackage),堆疊式的硅穿孔(TSV,ThroughSiliconVia),堆疊式的多芯片模組(MCM,Multi-ChipModule),細間距球柵陣列(FC-BGA,FlipChipBallGridArray),薄型小尺寸封裝(TSOP,ThinSmallOutlinePackage),引線框架(LeadFrame)。

存儲芯片測試設備和設備配置大不同,專業邏輯芯片測試廠不具成本競爭力:類似的狀況延伸到存儲芯片、存儲卡和模組的測試業務,因為存儲芯片主要是由存儲單元組成,配合少量的邏輯控制芯片,封測廠需要從全球半導體測試設備大廠日本愛德萬(Advantest,27%的設備銷售是存儲芯片測試設備,約佔2/3全球市場份額)及美國泰瑞達(Teradyne,15%的設備銷售是存儲芯片測試設備,約佔1/3全球市場份額)購置大量(>80%)的存儲器芯片測試機臺(測良率,測存儲芯片數據的傳輸速度),再配合少量的邏輯芯片測試機臺,因為測試設備和設備配置的大不同,加上封裝生產模式及封裝技術的截然不同,邏輯封測大廠想要利用其現有設備兼差跨入存儲器封測市場是不具備技術及成本競爭力的,所以我們認為通富微電想要跨入存儲器封測是不具備技術與成本競爭力的,而紫光宏茂過去是南茂在中國大陸的DRAM內存封測廠,要全面轉向3DNAND閃存封測接下長江存儲的全部訂單,我們估計也是有相當的難度。

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4、存儲器行業-全球復甦,國內暴量靜待2020下半年

受惠於全球5G市場更新換代,雲端數據中心重啟服務器建制的資本開支,全球存儲器庫存月數逐步合理化,我們預期存儲器行業2020下半年存儲器價漲量增逐步復甦,但在2020下半年復甦之前,目前各存儲器大廠庫存仍高達四個月以上,DRAM內存短期現貨價持續破底,但3DNAND,SLCNAND,NOR合約價反彈,現貨價持穩,存儲器大廠持續減產及降低資本開支,也影響到存儲器設備商大廠LamResearch泛林,AppliedMaterials應用材料,TokyoElectron東京電子的短期業績動能,及影響全球存儲器封測行業,模組,及模組PCB行業的增長動能。

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我們預期存儲器行業2020下半年供需趨向平衡,需求及價格全面上漲,加上國內存儲器晶圓製造大廠陸續量產,國金證券研究所估計全球存儲器市場將於2020/2021年的同比增長12%/26%,並估計國內存儲器芯片生產銷售額將於2020/2021年的同比大幅增長91%/126%,存儲器芯片自給率預計將從2019年的1%,快速提升到2021/2022年的4-6%。

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全球存儲器大廠降資本開支,但國內升資本開支:雖然市調機構DRAMeXchange預期2020年全球DRAM大廠會同比減少資本開支達13%到157億美元,全球NAND大廠會同比大幅減少資本開支達18%到165億美元,但我們認為這主要是因為DRAMeXchange低估了國內2020存儲行業的資本開支(40億美元左右)及擴產進度。

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國內存儲器擴產,利好於設備,封測,模組,潔淨室總包設計:

雖然我們預期國內3DNAND大廠長江存儲,MobileDRAM大廠合肥長鑫,及PCDRAM大廠紫光重慶短期內因設計及晶圓製造技術工藝的差距與龐大的折舊費用而無法獲利,但不同於晶圓代工行業時時刻刻在等待半導體設計客戶的下單,客戶常常更改芯片設計,客戶要求降晶圓代工價才會轉訂單,話語權都在IC設計客戶手上,而國內存儲器大廠都會掌控自我研發設計及先進製程工藝的疊代演進,重複製造高標準化的產品,透過大量製造來改善良率,話語權在自己手上。所以我們比較看好中國大陸存儲器行業未來20年擴產後所學習到的競爭力及龐大資本開支的投入,這是利好於設備(中微,北方華創,精測),存儲器封測(紫光宏茂,太極實業,通富微電,沛頓),模組(紫光存儲),還有潔淨室總包及設計的十一科技/太極實業,我們目前初步估計2022-2025年國內存儲器行業的資本開支是>3倍於邏輯晶圓代工行業的資本開支,2024-2025年國內存儲器行業的營收是>2倍於邏輯晶圓代工行業。

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5、半導體設備行業-重中之重

隨著5G正式開啟商用化所需要的基地站布建,手機的改4G換5G,服務器芯片的復甦,加上TWS,屏下指紋,多攝像頭CIS的爆量需求,導致7nm及EUV7nm晶圓代工設備投資率先全球半導體設備行業復甦。我們預期存儲器設備投資將於2020年二季度回暖,2020年下半年全球半導體設備同比全面復甦,從2019年的同比衰退9%,到2020/2021年的同比9%/11%增長。就美國半導體設備月營收而言,同比底部出現在2019年4月份的-27%,持續改善到10月份的-1%,明顯領先SIA/WSTS公佈全球半導體行業的同比營收衰退13%,同比底部落後三個月出現在2019年7月份的-16%。

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不同於全球半導體設備是由晶圓代工業拉動的復甦,國內的設備業是靠著存儲器晶圓製造大廠陸續擴產而受惠,國金證券研究所估計國內半導體生產銷售額將於2020/2021年的同比大幅增長45%/30%,半導體設備自給率預計將從2019年的13%,提升到2021/2022年的17%。

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存儲器,晶圓代工擴產高峰期:上一段提到國內存儲大廠長江存儲、合肥長鑫,紫光重慶將進入未來20年的擴產期,加上中芯國際及弘芯將在2021年首次跨入7nm工藝量產及華虹於2020年首次跨入12”90/55nm,量產,這些擴產將明顯拉動國內半導體設備銷售進入新一輪高景氣週期。

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禁售半導體設備的機會:

自從美國宣佈對華為及其68家子公司,中科曙光,天津海光先進技術,成都海光集成,成都海光微電子,海康,大華,科大訊飛,曠視,商湯,廈門美亞柏科,依圖,頤信科技進行半導體產品及應用軟件/作業系統軟件封鎖以來,美國持續想要擴大對中國先進科技發展的封鎖,對福建晉華未審先判的禁售設備就是就是一例,而美國Trump政府若將先進半導體設備禁售作為手段來要求晶圓代工大廠臺積電,中芯國際不能供貨給實體清單公司中的半導體設計部門,國內要建立與投資一條龍的非美設備產業鏈(中/臺,日,韓,歐洲)就對國內半導體設備行業是一大利好,而且會受到中美貿易戰影響而擴大。

各領域設備龍頭出現:未來隨著國內存儲芯片廠商的資本開支增長,刻蝕機設備將超過光刻機成為價值量最大的半導體設備類別,北方華創和中微半導體分別在硅刻蝕和介質刻蝕成為國內龍頭。另外先進製程工藝向7nm及以下邁進,清洗步驟大幅增加,國內至純科技在中高端單片清洗設備處於領先地位,目前多款設備也在長江存儲認證,而武漢的精測電子從LCD面板測試轉進存儲器測試也是一例。

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6、半導體材料領域遍地開花

3DNAND推出加上邏輯芯片7nm及以下更先進製程對於清洗、拋光和光刻步驟增加,未來5年全球半導體材料市場CAGR達到3.6%。2019年全球半導體材料銷售規模縮減1.2%,降低至470億美元,預計至2023年全球半導體材料市場規模複合增速約為3.6%。

全球化學機械拋光材料(CMP)銷售額預計在2019年將增至27億美元,其中拋光液(Slurry)14億美元,拋光墊(Pads)10億美元和調節劑(Conditioners)3億美元。更先進的邏輯芯片工藝會要求更多的拋光環節,比如14納米以下邏輯芯片工藝要求的關鍵CMP工藝將達到20步以上,使用的拋光液將從90納米的五六種拋光液增加到二十種以上,種類和用量迅速增長。除了邏輯芯片的製程不斷提升,NAND存儲芯片的也在經歷從2D向3D結構的轉變,對於CMP拋光步驟數近乎翻倍,大幅提升拋光材料的需求。國內NAND存儲芯片廠商長江存儲的64層3DNAND產品量產在即,而且創新性的提出了“X-tacking”3DNAND的產品架構,未來兩年國內存儲芯片放量將推動國內拋光液材料需求的進一步增加。

溼化學電子品的未來五年複合增速將超過5%,因為單片清洗設備的滲透率提升使得溼化學電子品的用量相較於傳統清洗設備大幅增加,而且隨著製程工藝向更先進的7nm及以下演進,所需要更多的溼法清洗步驟進行硅片表面處理和殘留物清洗。全球光刻膠材料市場2019年將增長至32億美元,其中光刻膠(photoresists)銷售額約17億美元,擴展材料(extensions)和輔助材料(Ancillarymaterials)市場規模分別為9億美元5.8億美元,即使有貿易戰等不確定因素,預計至2023年全球半導體用光刻膠需求將增至40億美元。

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大硅片、濺射靶材和拋光材料有望率先突破:2019年7月日韓禁售戰開始,日本對韓禁售氟聚酰亞胺,光阻劑和高純度氟化氫氣體,由於日本在全球半導體材料具有壟斷性優勢,這一禁令對韓國面板和存儲芯片發展形成了巨大的打擊,日韓貿易戰也為我國發展顯示面板和存儲芯片行業敲響警鐘。不得不承認,相較於我國已經突破的製造環節和正在突破的設備環節,半導體材料的技術壁壘更高,目前絕大多數半導體材料的供應都在美國、日本和歐洲廠商。國家相繼出臺了“02專項”扶持國內半導體材料的發展,目前國內已經在半導體用濺射靶材,拋光液和拋光墊等細分領域取得突破。但是在技術壁壘更高,市場規模更大的大硅片、高純電子氣體,光刻膠和溼電子化學品領域仍處於突破進行時。我們認為大陸晶圓廠相繼投產以後會快速拉動國內已經實現技術突破的材料實現快速替代,尤其是以長江存儲和中芯國際為主的兩大晶圓廠商對於國內半導體材料的支持,目前進度較快的是菲利華(光掩模版原料),鼎龍股份(拋光墊和摺疊PI),江豐電子(濺射靶材),安集科技(拋光液和清洗液)和大硅片(中環股份)。

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7、顯示面板行業供給大降,只待需求爆點

從2018年開始至今,大尺寸液晶電視面板價格經歷了長達兩年的下跌,2019年以來平均跌幅超過20%。導致面板價格持續下探最根本的原因還是行業供給過剩情況較為嚴重,我們通過對全球仍在運行的7代以上大尺寸產線產能進行統計,按照10%的供需比作為較為健康的行業供需紅線,2018年供給超過當年面板需求22%,2019年供需比仍然維持在20%以上的高位,所以面板價格一直“跌跌不休”。

韓廠三星和LG等面板龍頭廠商由於大尺寸價格跌至現金成本以下開始考慮退出大尺寸產線產能,如果按照兩家廠商的退出計劃進行測算,2020年行業供需關係有望大幅改善,行業供需比將下降至8%,恢復健康的供應關係,而且明年2季度開始,東京奧運會帶動的大尺寸面板備貨需求有望成為驅動面板價格上漲的關鍵因素,建議投資者可以積極把握TCL集團和京東方兩大面板的巨頭投資機會。

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柔性OLED面板產能供應緊張,摺疊手機新時代:手機面板領域,通過技術創新提升產品競爭力成為各家面板廠的核心競爭策略,因為手機相對於電視技術迭代更快,新一代的手機面板生命力可能只有半年左右,只有緊跟手機廠創新節奏的企業才能存活下來。柔性AMOLED手機屏幕憑藉更低功耗,更薄屏幕和更高的屏佔比已經成為各大手機品牌廠商籠絡消費者的法寶,我們預計隨著面板廠商良率提升成本會逐漸下降,柔性OLED手機面板的滲透率有望從2019年的15%穩步提升2023年的38%。如果柔性OLED手機按照這樣的滲透率提升成長,即使國內AMOLED產線均開出產能,由於良率提升較慢,產能導入週期長等因素行業有可能出現產能供應不足的情況。柔性OLED手機真正吸引消費者的地方還在於“可摺疊”的拓展性,滿足“手機”+“平板”二合一的功能,我們預計摺疊手機出貨量有望從今年的100萬部左右增長至2023年的3260萬部,成長超過30倍。柔性OLED屏幕的快速發展將帶動配套產業鏈的快速成長,OLED發光材料全球龍頭UDC(OLED.O)和國內摺疊PI材料龍頭鼎龍股份會率先受惠。

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面板產能集中大陸,配套材料國產替代大放異彩:2018年中國大陸顯示面板產能(包括AMOLED)佔全球比重接近40%,已經超越韓國和中國臺灣地區成為全球顯示面板最大的製造基地,預計未來五年產能仍然以8%的複合增速(CAGR)成長。而韓國是主要LCD產能退出的地區,未來五年每年產能減少2.5%,預計到2021年將僅剩下16%的產能。從大尺寸液晶面板產能(不包括AMOLED)來看,韓國佔全球顯示面板產能比重將從2018年的24%降至2022年的11%,市場份額降幅超過一半,60%以上的液晶顯示面板產能將確定性的轉移中國大陸地區。我們認為國內顯示面板材料配套企業將迎來黃金髮展期,一方面本土供應鏈在成本端更具性價比,相較於臺灣和韓國等地區人力資源成本優勢明顯,另一方面我國顯示面板材料企業與京東方、華星光電和惠科等作為後起之秀的大陸面板廠商一起研發產品,在本土化的服務上具有先發優勢。

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顯示面板材料持續國產替代:雖然我國顯示面板產能佔比逐漸走高,但是配套的顯示面板材料企業國產化比例很低,仍然存在巨大的替代缺口。以佔顯示面板成本10%的偏光板產業為例,我國大尺寸液晶面板產能已經接近全球的50%,但是我國本土偏光板廠商市佔率合計不足10%。我們認為顯示面板產業國產化替代將從中游的製造向上遊的材料過度,其中在偏光板技術和產能具有綜合優勢的三利譜有望迎來高速成長期,另外已經登錄科創板的掩模版龍頭清溢光電和即將上市的液晶材料八億時空均為國內顯示面板供應鏈的優質企業均有望受益面板上游材料國產化的紅利。

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8、非美核芯設計替代的贏家

自從美國Trump政府宣佈將華為及其68家子公司,中科曙光,天津海光先進技術,成都海光集成,成都海光微電子,海康,大華,科大訊飛,曠視,商湯,廈門美亞柏科,依圖,頤信科技放到實體清單,進行半導體產品技術及應用軟件/作業系統軟件禁售封鎖以來,國內產品系統公司才恍然大悟,加速轉向培養,扶持,加速認證非美核芯產品設計公司,當然優選國內半導體產品設計公司來全面承接,但如果技術差距太大,依序選中國臺灣,韓國,日本,歐洲設計公司來替代美國的核心設計。如用海思,紫光展瑞,聯發科(取代高通),海思,三安,卓勝微(取代Avago,Skyworks,Qorvo),韋爾/豪威(取代索尼,三星),聞泰安世,聖邦,矽力傑(取代Ti,Maxium,OnSemi,Diodes,AnalogDevices),匯頂,神盾(取代Synaptics,FPC),兆易創新,北京君正(取代鎂光,Cypress,旺宏,華邦),長江存儲,合肥長鑫,紫光重慶(取代鎂光,三星,海力士),瀾起(取代IDT/Renasus,Rambus),海思,飛騰,龍芯,上海兆芯(取代Intel,AMD的x86CPU)。我們估計這結構性的趨勢變化,在未來5-10年內,會輕易的讓美國半導體純設計公司的全球份額從2018年的68%,降到50%以下,美國IDM(設計/製造一體的公司如Intel,TI)的份額從46%,降到35%以下。

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因為這趨勢性結構的變化,我們預期中國大陸純半導體設計銷售額將於2020/2021年加速增長30%/26%,未來6年(2019-2025)的營收復合增長率達19%,遠優於全球純半導體設計銷售額2020/2021年增速的9%/8%,及7%6年CAGR。國金證券研究所估計國內純半導體設計自給率預計將從2019年的26%,快速提升到2021/2022年的36-37%。

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模擬IC是長坡厚雪好賽道:全球模擬芯片市場規模增長穩健,中國市場增速較快。2017年,全球模擬芯片銷售額527億美元,約佔半導體市場規模的12.8%,過去10年複合增速達3.76%。2017年中國模擬芯片市場銷售額達2302.6億元,同比增長15.42%,顯著高於全球增速。

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模擬IC在半導體中增速最快。

物聯網相關應用的崛起導致傳感器、電源管理器和模擬信號處理器的需求量大幅增加;隨著電池供電與互聯消費產品及電動車的湧現,模擬集成電路的重要分支功率集成電路需求將顯著增加;而在人工智能方面,為了在更低功耗下完成機器學習所需的海量數據處理,業界正在嘗試使用混合信號IC解決,這就推動了對於高功能ADC(模數轉換器)的需求。據ICinsights預測,2017-2022年模擬芯片市場複合增速將達6.6%,位於半導體行業之首。

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模擬IC總體特點高門檻,高度分散,產品週期長。模擬IC市場高度分散,進入門檻高於數字IC市場。進入壁壘的主要原因是缺乏熟練的模擬工程師,以及模擬電路的設計更像是一門藝術,模擬電路不需要大量資金投入,而是專注於功能集(性能,功能價值),質量和可靠性。因此,一旦產品被設計到電子系統中,模擬公司就享有相對較長的產品週期和強大的盈利能力。具體來說:

模擬工程師的短缺,優秀工程師需要很長從業年限:目前全球來看模擬設計工程師都相對短缺,大多數大學課程側重於數字設計,導致大學課程短缺,大多數模擬工程師通過在職培訓來學習他們的技能,因此他們可能需要兩到三倍的時間才能變得像數字工程師一樣高效。而且優秀的模擬工程師需要長時間經驗磨練,大多數最好的模擬設計工程師在模擬領域擁有20到30年的經驗。

非標準化的設計和製造,更像一門藝術。雖然數字設計側重於使用先進的CMOS工藝技術提高速度和性能並降低成本和功耗,但模擬產品通常是需要非常精確規格的輸出信號,一般採用雙極性,BiCMOS和BCD製造,這種精度是電路設計和製造過程之間精心匹配的結果,沒有“標準”的過程。

缺乏專業設計自動化軟件以及複雜的測試要求。電子設計自動化軟件的可用性嚴重偏向於數字電路設計。在模擬電路中的結構非常不同,它們往往針對特定客戶和應用進行高度定製。缺乏規律性降低了設計過程中軟件自動化的影響力。同時,模擬電路的測試也更加複雜,數字測試儀只需要在已知時間對高壓或低壓電平進行採樣,模擬測試儀必須能夠測量中間電壓電平,並且對精密模擬設備的公差要求更嚴格。模擬測試還需要考慮系統中使用的電阻器和電容器產生的噪聲和失真。

有很多專用產品且市場分散。一方面,模擬IC中許多產品都是針對一個應用程序為一個客戶設計的,因此往往是專有產品並且是獨家採購的,競爭不是基於價格,而是基於功能集,質量,可靠性和服務。另一方面,模擬IC產品市場較為分散,由許多利基市場組成。不同的終端用戶在精度,速度,功率,線性度和信號幅度能力方面對模擬IC有不同的要求。

ASIC模擬IC佔比較大,通用型產品具有更高利潤率。ASIC模擬IC目前佔比61%,但是由於利潤率較低,產品週期較短,客戶集中度較高以及波動性較高,因此其商業模式相對於通用產品供應商的吸引力較小。標準產品通常具有更長的產品週期並且產生更高的利潤。

產品生命週期長,資本投入相對較低,盈利穩定。在摩爾定律的推動下,數字電路需要先進的製造工藝來減小芯片尺寸並提高性能,需要對資本進行大量投資。相反,生產模擬電路的資本要求要低得多,因為需要更大的電路特徵尺寸來設計和製造以保障高精度和高耐壓能力,因此,模擬公司資本投入相對較低。模擬產品通常比數字產品具有更長的壽命,而且更新迭代慢,更加註重性能而非價格,例如,工業市場中的一些產品的生命週期超過十年。

長壽命意味著隨著公司品類擴張,產品累加,收入會不斷重疊累加。由於產品生命週期較長,模擬IC廠商隨著產品數量的累加,收入將隨著時間的推移不斷增加。而數字IC產品生命週期要短得多,重疊的收入情況使模擬公司能夠產生相對更穩定的收入和財務指標。

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模擬芯片下游應用市場分佈廣泛,通信和汽車佔比不斷提升。模擬芯片廣泛應用於無線通信、汽車、工業、消費電子、電腦等領域。其中,通信和汽車佔比提升較為明顯。

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手機攝像頭單機用量增加:智能手機將會是未來幾年CIS市場的主要推動力來自於兩方面的原因:①從雙攝到三攝到四攝,攝像頭數量不斷增長;②攝像頭不斷升級。

(1)手機攝像頭數量將不斷增加。根據IDC的數據,2018年Q4以來,三攝滲透率快速提升,2019Q2以來,四攝開始加速滲透,佔比達1.9%,而三攝滲透率在2019Q2達到13%。我們統計了2019年1月到9月發佈的手機,三攝和四攝的佔比也越來越高,其中華為在三攝和四攝採用上最為積極。單手機攝像頭數量有望不斷增加,但手機攝像頭平均用量到2021年將接近3.6個,高端旗艦機有望增加到8-9個。根據Yole的預測,高端旗艦手機相機配置方案預測到2023年單機攝像頭用量有望增加到8-9個,而整體手機平均攝像頭用量將由2018年的2.6個增加到2021年底接近3.6個。

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攝像頭不斷升級帶來ASP提升:過去幾年以索尼,三星,豪威為代表的CIS龍頭廠商技術不斷升級,不僅僅是像素從最早8M/16M升級到48M/64M,還有堆疊技術的不斷升級等等。我們統計的2019年1月-9月主要OEM廠商發佈的新型號,一半以上的手機採用40/48M,48M成為主流像素。每個手機中攝像頭的不斷升級,CIS芯片在手機中的ASP將不但增加,預計2017-2024年ASP的複合增速將達到6.2%,其中2019-2021年增速更快。隨著單個手機攝像頭數目不斷增加,以及攝像頭的不斷升級,CIS芯片將充分受益光學升級。韋爾豪威在CIS領域全球第三,汽車市場全球第二,安防市場全球第三,將充分享受行業增長紅利。貿易戰背景下,國產替代加速,份額有望持續提升。

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屏下指紋轉超薄和LCD全屏幕識別開始滲透:屏下指紋技術在2019年開始進入產業化的爆發期。隨著屏下指紋技術的成熟和全面屏的普及,屏下指紋方案有望逐漸成為主流配置。根據國金數據,目前,在新增設備中,屏下指紋佔比超過32%左右;在存量設備中,屏下指紋佔比不足7%,潛在空間巨大。目前的光學屏下指紋芯片只應用於OLED屏幕的手機,一方面,隨著OLED手機滲透率的提升將帶來光學屏下指紋識別滲透率的提升;另一方,適用於LCD屏的指紋識別芯片有望今年年底推出,將帶來屏下指紋識別的加速滲透;同時,為了加大電池容量,適用於5G手機的超薄款屏下指紋識別產品已經推出,將伴隨5G手機的滲透實現量價齊升,還有LCD全屏識別可增加雙指識別的可靠度。

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手機射頻前端:變化中的機會,結構性的增長:在營運商網絡部署初期,毫米波手機使用效益相對較低,同時由於成本與體積問題的存在,預計2019-2022年將以Sub6G為主。全球射頻前端市場空間到2022年將超300億美元,複合增速高達14%。5G技術的升級和變化帶來射頻前端器件數量和價值量的提升,全球射頻前端市場將由2017年的151億美元,增加到2023年的352億美元,年複合增速高達14%。

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結構性:濾波器>LNA/開關/調諧>PA:射頻前端器件雖然整體是高增長的,但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關,增加頻段就要增加濾波器,因此濾波器未來幾年複合增速高達19%,而PA由於是化合物半導體工藝,帶寬較寬,因此可以多個頻段共用一個PA,數量上增速相對緩慢。

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4G射頻12-20美元到5G射頻的>30美元?據Gartner的數據,4G高端手機射頻前端價值量約12.5美元,4G旗艦級的射頻前端價值量約為19.2美元,LTE旗艦/高端智能手機的RF前端美元總內容約為12-20美元。5G射頻前端初期價格很高,按目前價格,5Gsub6G的2T4R旗艦機,射頻前端價值量將高達37美金,根據測算,2020年年中中高端手機有望降到28美金,到2020年底或2021年,5G滲透率持續下沉,射頻前端價值量有望降到20美元出頭。

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基站GaN替代LDMOS,GaAs也有增加:LDMOS是4G基站的主流技術,僅在不超過3.5GHz的頻率範圍內有效。但GaN更適用於高頻通信,目前已經能夠處理50GHz及以上的毫米波頻率,同時GaN具有更高功率密度特性,其原始功率可以達到LDMOS的4倍,也就是相同發射功率規格下,GaN裸片尺寸僅更小裝,滿足MassiveMIMO和AAU技術下射頻前端高度集成的要求。GaN是極穩定的化合物,具有強的原子鍵、高的熱導率、在Ⅲ-Ⅴ族化合物中電離度是最高的、化學穩定性好,使得GaN器件比Si和GaAs有更強抗輻照能力,同時GaN又是高熔點材料,熱傳導率高,GaN功率器件通常採用熱傳導率更優的SiC做襯底基板,因此GaN功率器件具有較高的結溫,能在高溫環境下工作。

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GaN將在高功率,高頻率射頻市場優勢明顯:相比於4G,5G的通信頻段往高頻波段遷移。目前我國4G網絡通信頻段以2.6GHz為主,2017年工信部發布了5G系統在3-5GHz頻段(中頻段)內的頻率使用規劃,後期會逐步增補6GHz以上的高頻段作為容量覆蓋。相較於基於Si的橫向擴散金屬氧化物半導體(SiLDMOS,LateralDouble-diffusedMetal-oxideSemiconductor)和GaAs,在基站端GaN射頻器件更能有效滿足5G的高功率、高通信頻段和高效率等要求。目前針對3G和LTE基站市場的功率放大器主要有SiLDMOS和GaAs兩種,但LDMOS功率放大器的帶寬會隨著頻率的增加而大幅減少,僅在不超過約3.5GHz的頻率範圍內有效,而GaAs功率放大器雖然能滿足高頻通信的需求,但其輸出功率比GaN器件遜色很多。然而,在移動終端領域GaN射頻器件尚未開始規模應用,原因在於較高的生產成本和供電電壓。GaN將在高功率,高頻率射頻市場發揮重要作用。預計到2025年GaN將主導RF功率器件市場,搶佔基於硅LDMOS技術的基站PA市場。根據yole的數據,2014年基站RF功率器件市場規模為11億美元,其中GaN佔比11%,而橫向雙擴散金屬氧化物半導體技術(LDMOS)佔比88%。2017年,GaN市場份額預估增長到了25%,並且預計將繼續保持增長。預計到2025年GaN將主導RF功率器件市場,搶佔基於硅LDMOS技術的基站PA市場。預計2022年,4G/5G基礎設施用RF半導體的市場規模將達到16億美元,其中,MIMOPA年複合增長率將達到135%,射頻前端模塊的年複合增長率將達到119%。

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未來5~10年內GaN將逐步取代LDMOS:逐漸成為3W及以上RF功率應用的主流技術。而GaAs將憑藉其得到市場驗證的可靠性和性價比,將中頻放大和小基站市場確保其穩定的市場份額。LDMOS的市場份額則會逐步下降,預測期內將降至整體市場規模的15%左右。Yole預測至2023年,GaNRF器件的市場營收預計將達到13億美元,約佔3W以上的RF功率市場的45%。我們認為隨著未來幾年5G基站建設加速,5G手機開始快速滲透,5G射頻半導體將迎來行業需求增長和國產替代的雙重機會。

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