半导体设备行业深度解雷火竞技析

　　从 2016 年开始，半导体行业跨入以人工智能（AI）、物联网（IoT）、5G 通信驱动的新一轮周期。这一轮强劲的需求市场主要集中在中国，截止 2016 年整个大陆半导体销售额市场已经超过全球 3 成。众多的需求种类将推动行业在 2020 年突破5400亿美元的市场空间。

　　产品需求驱动了每一轮周期的景气度。新的产品需求会带来半导体市场新的增量空间，将半导体的市场规模带入新的规模平台，从表现形式来看，每一轮周期持续的时间会更短，下游的新需求会更多。从 1947 年晶体管被发明开始算起，刚开始作为军用，从 70 年代开始了半导体的商业化应用历程，商用化历程发展到现在已经开启了第五轮周期。

　　第一轮周期（1970-1990）：以家电为主的需求驱动。半导体应用的逐渐成熟，家电中半导体的需求逐渐打开了市场空间，期间 80 年代经历了产业的转移，日本依靠家电产品的爆发在 1984 年使半导体行业增速达到135.08%，并使主要市场由美国转移到日本。

　　第二轮周期（1990-2001）：以个人 PC 为主要需求驱动。20 世纪 90 年代开始，个人 PC 业务越来越成熟，下游的需求主要是个人 PC 为主，驱动了半导体行业第二轮周期达到了 41.74%的增长高峰。

　　第三轮周期（2001-2009）：以笔记本电脑产品作为需求驱动。从 2001 年开始，世界进入因特网的时代，便携上网的工作和生活，带来了笔记本电脑的旺盛需求，带动行业第三轮达到 38%的增长高峰半导体设备。

　　第四轮周期（2009-2016）：以智能手机产品作为需求驱动。第一个增长高峰出现在 2010 年，主要由 创造， 重新定义了手机，开创了智能手机的先河，智能手机对半导体产业的拉动功不可没；第二个增长高峰出现在 2014 年，这一个增长高峰由国产智能手机主导，以 HOVML 五家作为最主要的销量代表。

　　第五轮周期（2016-）：以 AI、物联网（IoT）、5G 通信等一系列代表未来发展方向的应用为需求驱动。2017 年开年的增长由 AI 领域的高性能运算作为需求，带来存储器的高速增长。

　　第五轮周期增长将使行业市场超 5400 亿美元。依照现在的发展情形，按照下游终端需求划分，物联网（IoT）将是未来几年最为强劲的持续增长来源，其次在 2020 年5G 带来的一个爆发性的空间增长。

　　2017 年存储器迎来量价齐升。人工智能 AI 的发展需要大量的高性能运算，存储器是高性能运算的载体，人工智能的发展对存储器的需求越来越大，存储器市场迎来量的增长。另外存储器市场竞争格局趋于稳定，主要产能高度集中于三星、海力士、美光三家企业中，17 年存储器缺货带来了价格的上涨。

　　通信类需求仍将强劲，智能手机需求走弱。根据美国半导体产业协会统计数据，2016 年全球半导体下游终端需求的市场份额结构中，通信类（含智能手机）占 31.5%，约1068 亿美元的市场空间，随着未来 5G 的替换，通信类半导体需求仍将强劲，但智能手机的需求走弱后将趋于稳定。

　　5G 和物联网产生了平台级的广泛应用。5G 作为新的通信技术，是未来所有数据传输的基础，只要产生和接收数据的终端都需要使用 5G 作为连接，而终端就是物联网实现万物互联的节点，依托 5G 和物联网的平台，越来越多的终端实现了数据的连接和交换，各个种类的终端给芯片使用提供了广阔的应用空间。

　　到 2020 年5G 带来的半导体需求超 500 亿美元。5G 是完全不同于4G 的一代通信标准， 仅国内投资将超 1.3 万亿。鉴于投资进度，预计将在 2020 年开始带来半导体的巨大需求规模，经过测算，在 2020 年有望超 500 亿美元需求空间。

　　18-20 年物联网设备安装量将带来 140 亿、180 亿、200 亿美元增量空间。2016 年根据 SIA 统计数据，工业用半导体需求为 471.1 亿美元，其中工业中可以归类为物联网的用途约一半以上，约 235.5 亿美元。结合 BI Intelligence 预测的物联网设备安装量增速，预计 2018-2020 年带来半导体需求增量空间约为 140/180/200 亿美元。

　　汽车电子给半导体带来的增量空间不显著，18-20 三年增量约5.6/9.1/13.3 亿美元。根据 SA 数据显示，单辆电动汽车的半导体价值量在 700 美元，2017 年国内新能源汽车产量约 80 万辆，全球大致为 160 万辆，根据电动汽车规划，预计 2018-2020 年全球电动汽车产量预计约 240/370/560 万辆，对应半导体需求为 16.8/25.9/39.2 亿美元，每年带来的市场增量为 5.6/9.1/13.3 亿美元。

　　2020 年预计总市场规模超过 5400 亿美元，相对 2019 年增速达到 18.5 %。除了 5G和物联网带来的半导体市场需求的高速增长， 预计其他需求带来增量分别为50/100/150 亿美元。

　　摩尔定律揭示了技术更新的速度。在半导体集成电路的早期发展进程中，英特尔公司的联合创始人之一戈登-摩尔扮演着重要的角色，根据摩尔定律，每隔 24 个月，晶体管的数量将翻番，性能也将提升一倍。长期以来，技术节点的突破也基本按照这这个规律。晶体管 1947 年发明，1971 年英特尔公司生产了世界上第一块微处理器 4004，是 10μm 的技术节点，直到 1993 年采用 800nm 制程的奔腾处理器问世，标志着 CPU工艺进入纳米时代，之后的半导体行业发展日新月异，技术进步惊人。

　　2004 年 90nm 制程实现芯片制造质的飞跃。英特尔发布奔腾 M 系列新产品（开发代号：Dothan），该产品被英特尔寄予厚望用于笔记本电脑上以替换市面上的台式电脑。

　　2011 年台积电突破 28nm 制程（2012 年英特尔突破 22nm 制程，二者同平台）。28nm 制程作为单次曝光的最后一个技术节点，是一个节点平台，台积电在 28nm 这个平台上衍生了 6 个版本，这一个制程具有较长的生命周期和较高的收入占比， 具有高的性价比。

　　2014 年 14nm 制程突破，14nm 是 FinFET 技术成熟的节点，也具有较长的生命周期和较高的收入占比。

　　未来 7nm、14nm、28nm 将是最重要的三个技术节点。到 2020 年，最新的 7nm 技术节点将产生最大的收入占比，同时 28nm 和 14nm 这两个高性价比的平台技术节点都将维持超过 100 亿美元的收入空间。

　　硅材料下半导体技术节点的物理极限在 5nm。半导体集成电路组成单元为晶体管， 硅材料晶体管的栅极跨度在 5nm 之下时，将会产生“隧道效应”，从而阻止电流从源极流向漏极。这种情况将会使电子失控，晶体管无法实现该有的功能。

　　摩尔定律在最新技术节点上开始变缓。摩尔定律的长期有效得益于半导体集成电路制造工艺的发展，基本上每两年会实现性能上的翻倍，在技术节点体现上，每隔两年技术节点的纳米数降低到 0.7X。但从最新的技术节点发展情况看，英特尔从 22nm 提升到 14nm 花了 2.5 年，从 14nm 提升到 10nm 花了超过 3 年，如果进入下一代 7nm 技术节点将会花费更长的时间。

　　国家政策大力引导。2000 年后国家接连出台一系列相关政策支持和引导半导体行业的发展，促进半导体产业的生态环境建设和产业链优化，使 IC 设计、封装和设备厂商协同发展。

　　国家及地方资金积极支持。国家层面成立了国家集成电路产业投资基金（简称“大基金”），第一第二期均有上千亿的资金，地方政府也纷纷通过成立投资基金的方式支持该行业内的企业发展，以国家资金作为指引，引导大规模资本进入半导体行业。据不完全统计，集成电路地方产业基金募资总规模已经达到 3600 亿。

　　中芯国际生产工艺技术进入国际一流水平。中芯国际代表了国内半导体生产工艺的最高水平，在产品类别上，基本已经实现了大部分核心产品的生产。在最新的工艺节点指标上，雷火竞技28nm 制程已经于 2017 量产，14nm 制程将在 2019 年实现量产，从工艺差距时间上看，28nm 制程与英特尔差距 5 年，在 14nm 制程上将缩短差距到 2 年，展现了技术水平的快速拉近。

　　中芯国际 2017 年营业收入 31 亿美元，增速 6.4 。根据 IC Insights 统计数据，中芯国际在全球晶圆代工厂中排列第四位，尤其是营业收入的增速显著，2016 年达到31%，2017 年最新年报显示增速为 6.4%，依然延续较高的增速。

　　国内半导体销售额占全球总额比例年年攀升。2017 年全球半导体销售额为 4050.8 亿美元，中国市场的销售额为 1315 亿元，占全球销售额的32.5%，国内已经是半导体行业的重要市场。从销售额增长速度来看，国内 15/16/17 年销量的增速分别为7.52% /9.03% /22.33%，显著高于全球半导体销售总额的增速，甚至在全球销量下降的2016 年，国内半导体销量也保持了 9%的销量增速，得益于国内智能手机市场的蓬勃发展。

　　国内半导体行业发展环境有天时地利之优势。半导体芯片关系着信息安全、经济安全、乃至国防安全，是国家发展战略的重中之重，解决“少芯”的难题比突破“缺屏”的 困境更为重要，为此国家不仅从政策层面全力支持，更是成立国家背景的国家集成电 路产业投资基金（大基金）雷火竞技，在国家意志引领下，造就行业发展大势所趋的天时之利。 新时期半导体下游应用的产品市场集中在国内，给国内半导体产线提供投产地利优势。国内已经立项或者开工的晶圆制造产线 条。根据中国半导体行业协会数据显

　　示，现在国内已经立项或者开工的晶圆制造产线 亿美元，呈现雨后春笋之势头。

　　晶圆制造设备的资本支出每年在 390 亿美元。在晶圆制造领域稳定的设备资本支出代表了晶圆产线稳定的更新和新建，每年需要购臵 390 亿美元的前端晶圆制造设备。

　　大陆的半导体装备销售增长明显。半导体装备的销售额在 2013 年有明显下滑半导体设备，之后处于稳步上升阶段。从半导体装备分地区的销售额来看，近年销售额前三大地区分别是韩国、台湾和大陆，显示这三个地区的半导体行业扩张水平处于全球前列。从半导体装备销售额情况看，从 2014 年开始，北美半导体设备投资逐年减少，日本基本维持稳定，整个半导体制造的产能转移到了韩国、台湾和大陆三地。另外从这三个地区市场份额占比来看，大陆的市场份额提升了近一倍，且年年处于一个稳步上升的状态， 台湾最近受到韩国的反攻，市场占比下滑严重。

　　半导体装备需求种类多价值高。以半导体集成电路为例，在集成电路生产环节，大致可以分为设计、制造和封测三部分，围绕制造进行一系列工艺。首先上游的晶圆材料是硅片，经过拉单晶、切割和清洗得到合格的集成电路生产原材料。然后按照设计的电路与投入的掩膜版在晶圆厂中进行芯片的生产，生产完成之后，就进入第三部分封测环节，封装主要是切割和打线，然后把裸晶片安放在基板上，固定包装成为一个整体。在封装前后都需要进行测试，以获取最终的合格芯片产品。

　　在刻蚀机方面，北方华创以硅刻蚀机见长，而上海中微生产介质刻蚀机，从设备技术难度来说硅刻蚀机更难生产，从产品使用量来看介质刻蚀机应用范围更广；

　　在沉积设备方面，北方华创的 PVD 和 LPCVD，以及沈阳拓荆的 PECVD 均已通过主流晶圆代工厂验证，实现小批量的设备交付；

　　其他辅助设备中像天津华海清科和上海盛美的 CMP（化学机械抛光）设备也已经达到国际先进水平。

　　半导体装备是需要积累的行业。国内半导体装备企业虽然在近年内展现了高增长的发展速度，但是毕竟发展时间有限，与美、日等国家比起来还是存在一定的差距。

　　军用计算机带动美国半导体装备业发展，实力最为雄厚。美国半导体装备的发展起源于二战后期，由于军用计算机的带动造就了最初的半导体产业，在之后的二三十年中， 美国半导体产业稳步发展，奠定了美国半导体装备行业的坚实基础。

　　家电的发展给日本带来黄金发展时期。到二十世纪的 70-80 年代，家用电器的发展使日本赶上了好的时机，旺盛的半导体市场需求使日本成长出了一大批优秀的半导体装备公司。

　　个人电脑的普及造就了韩国和台湾半导体装备业的发展。再之后到了 90 年代，个人电脑需求的迅速爆发，个人电脑的普及需要更低的生产成本，韩国和台湾通过规模化的芯片生产，使本国半导体制造行业迅速挤入世界前列，半导体装备公司也随着获得了一些发展机会。

　　新兴领域市场是国内装备行业的机会。新世纪开始后，互联网得到大规模推广，然后手机等消费电子产品也迎来发展热潮，在不远的将来，5G 通信、人工智能、物联网等新兴领域的发展将带来下一个半导体行业发展的风口，把握好这个风口，可以给芯片制造行业和半导体装备行业都带来长足的发展。

　　核心装备集中于日本、欧洲、美国、韩国四个地区。根据 Gartner 数据，列入统计的规模以上全球晶圆制造设备商共计 58 家，其中日本的企业最多，达到 21 家，占 36%，其次是欧洲 13 家、北美 10 家、韩国 7 家，国内仅 4 家，分别是上海盛美、上海中微、Mattson（亦庄国投收购）和北方华创，仅占不到 7%。规模以上半导体装备类公司从数量上看，离排在前列的地区还有显著差距。

　　半导体装备是一个高度垄断的市场。根据各细分设备市场占有率统计数据，在光刻机、PVD、刻蚀机、氧化/扩散设备上雷火竞技，前三家设备商的总市占率都达 90%以上，而且基本行业龙头都能占据一半的市场，所以要想在半导体装备市场中能分一杯羹，公司就必须在细分领域能够做到全球前三。

　　半导体行业盈利能力由专业化推动。半导体前五强企业分别是三星、英特尔、台积电、高通、博通/安华高，仅博通/安华高通过并购扩大了市场份额，半导体行业的盈利能力由专业化来推动，而不是规模经济。

　　半导体装备巨头的年研发支出超 10 亿美元。高度垄断的市场也显示半导体装备是一个高度专业化、高壁垒的市场，高壁垒在于研发的难度和强度都十分巨大，从研发支出指标看来，研发支出的比例基本处于 15%左右，这已经远远高出其他装备类制造企业。从研发支出绝对值来看，全球龙头应用材料（AMAT）每年的研发支出已经超过 15 亿美元，其他巨头如阿斯麦（ASML）、泛林集团（LAM）每年的研发支出也分别超过 11 亿美元和 10 亿美元。相对而言，雷火竞技国内半导体龙头北方华创的年研发支出仅8432 万美元，不足十分之一。

　　单个种类装备具有的高垄断性有利于重点装备的突破。半导体行业的高垄断性、高壁垒不仅在整体行业上具有，单个的装备也具有。例如美国应用材料公司当之无愧为半导体装备行业的全球龙头，但在刻蚀设备领域却远远不如泛林集团。所以在资源和力量有限的情况下，集中力量把单个种类设备做到最好，成为行业内专一的“美而专” 的公司，有利于公司的成长和积累实力。

　　设备需要迭代升级才能走向进化。由于设备与下游生产之间相辅相成的关系，设备要 实现迭代升级就必须在下游生产中获得充分的磨砺，即需要有主流客户进行设备导入。所以主流客户的使用对设备的技术提高和成熟度完善有很大帮助，另外设备在主流客 户那儿可以获得稳定运行数据，稳定优秀的运行数据是其他客户考核设备先进性和稳 定性的主要指标，这一指标对于扩展客户，提高市场份额有直接意义。

　　国产先进封装设备验证了迭代升级的进化逻辑。国内在先进封装领域涌现了像长电、华天、通富微电这样的龙头企业，所以先进封装制程中的高端工艺设备，如刻蚀机、PVD、光刻机、清洗机等关键设备，产品性能已达到国际先进水平，国内封装产线的相关设备也已经基本实现国产化。

　　晶圆制造类核心装备正在走向崛起之路。国内集成电路制造设备的需求规模逐年扩大， 而国产设备市占率还处于很低的阶段，基本从 2014 年刚实现零的突破，有一定的扩 展进度，未来借着下游国产集成电路制造厂商的崛起，国产设备将迎来更多的客户导入机会，实现国产半导体装备行业的蓬勃发展。

　　刻蚀和沉积设备占比总量高且国内技术储备相对充分。根据 2016 年市场结构数据， 在所有半导体设备中，前道的晶圆制造设备占比约 80%，后道的封装设备占比约 7%， 测试设备占比约 9%，剩下的是其他设备；在占据总设备价值量 80%的前道晶圆设备中，光刻机占比约 19%，PVD、CVD 这一类沉积设备占比 22%，刻蚀和清洗设备合计占比 30%。

　　国内晶圆厂产线建设热潮迎来设备需求高峰。国内现在晶圆制造厂已立项或开工的有20 条新增产线 亿美元投资额，按照 70%投资设备的比例计算，有约 879 亿美元设备采购支出，按照建设进度平均分三年进行，则 17-19 年平均每年有 293 亿设备的采购规模。每年 293 亿的设备采购规模按照设备分类比例，晶圆制造设备、封装设备和测试设备需求空间分别约 234 亿、20.5 亿、雷火竞技26 亿美元。在晶圆制造设备中，国内能够供应的核心设备主要是刻蚀清洗设备和沉积设备，分别为 70.2亿和 64.5 亿美元。