从下游需求结构看, 计算机( 以 PC、服务器为主) 和通讯产品( 以智能手机为主) 构成全球半导体需求的主要需求来源,二者合计占比接近四分之三。根据 IC Insights 数据,2020 年计算机领域销售额占半导体下游比重为 39.7%, 通信领域销售额占比 35.0%, 其次为消费电子与汽车电子, 分别占比 10.3%和 7.5%。图表 1:半导体行业下游销售结构

图表 2:2000-2022 年全球半导体销售额同比增长率、 全球 GDP 实际增长率

行业销售规模复盘:下游创新驱动行业发展,行业规模在波动中增长。 我们对历年半导体销售情况进行复盘, 发现行业市场规模主要由下游创新决定, 下游终端销售情况与企业产能释放共同决定周期波动, 整体呈现出在波动中成长的特点。从 2015 年至 2022 年,全球半导体销售规模从 3,352 亿美元增长至 5,735 亿美元, 年复合增速为 7.97%, 高于同期全球 GDP 增速。
2015-2018 年:智能手机仍处于快速渗透期, 受下游智能手机、 TWS 等消费类电子需求旺盛的驱动, 全球半导体市场蓬勃发展, 市场规模从 3,352 亿美元增长至 4,688 亿美元,2015-2018 年复合增长率为 11.83%;
2019 年:以智能手机为代表的智能终端市场景气度下滑, 全球半导体周期向下, 叠加国际贸易摩擦加剧, 全球半导体产业市场规模为 4,123 亿美元, 同比下滑 12.05%;
2020-2022 年:随着 5G 终端规模不断扩大、 数据中心需求增加, 以及 AIoT 等智能化场景逐步拓展及汽车电子不断渗透, 叠加疫情背景下对远程办公、 居家娱乐等需求增加,全球半导体产业规模上行, 2020 年、 2021 年和 2022 年全球半导体市场规模分别为 4,404亿美元、 5,559 亿美元和 5,735 亿美元, 同比分别增长 6.82%、26.83%和 3.17%。图表 3:2015-2022 年全球半导体市场规模

半导体行业分类。 根据世界半导体贸易统计组织( World Semiconductor Trade Statistics,WSTS) 将半导体产品细分为四大类:集成电路、 分立器件、 光电子器件和传感器。其中, 集成电路占据行业规模的八成以上, 其细分领域包括逻辑芯片、存储器、微处理器和模拟芯片等, 被广泛应用于 5G 通信、 计算机、 消费电子、 网络通信、 汽车电子、 物联网等产业, 是绝大多数电子设备的核心组成部分。
据 WSTS 数据, 2022 年全球集成电路、 分立器件、 光学光电子和传感器市场规模分别为4,799.88 亿美元、 340.98 亿美元。437.77 亿美元和 222.62 亿美元, 在全球半导体行业占比分别为 82.7%、 5.9%、 7.5%和 3.8%。在上述半导体产品分布中, 集成电路是技术难度最高、 增速最快的细分产品, 是半导体行业最重要的构成部分。
图表 4:半导体分类

图表 5:半导体细分品类销售额占比(2022 年)


集成电路: 集成电路(integrated circuit, IC) 是一种微型电子器件或部件, 采用一定的工艺, 把一个电路中所需的晶体管、 电阻、 电容和电感等元件及布线互连一起, 制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上, 然后封装在一个管壳内, 成为具有所需电路功能的微型结构, 也叫做芯片。
根据处理信号类型的不同, 集成电路可分为数字芯片和模拟芯片。 按处理信号类型的不同, 集成电路可分为数字集成电路和模拟集成电路两大类, 其中数字集成电路用来对离散的数字信号进行算数和逻辑运算, 包括逻辑芯片、 存储芯片和微处理器, 是一种将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统;模拟集成电路主要是指由电容、 电阻、 晶体管等组成的模拟电路集成在一起用来处理模拟信号的集成电路。根据 WSTS 数据, 2020 年逻辑芯片、 存储芯片、 微处理器和模拟芯片分别占集成电路市场规模的32.78%、 32.52%、19.29%和15.41%。
图表 7:2020 年全球集成电路产品构成

图表 8:模拟集成电路和数字集成电路对比

图表 9:分立器件-二极管

图表 10:分立器件-三极管

图表 11:分立器件-IGBT

图表 12:分立器件部分种类

光学光电子器件(photoelectron devices):是利用电-光子转换效应制成的各种功能器件。光电子器件应用范围广泛,包括光通讯、光显示、手机相机、夜视眼镜、 微光摄像机、光电瞄具、红外探测、红外探测、红外制导、 医学探测和透视等多个领域。
图表 13:光学光电子器件种类

传感器(sensor):根据国家标准准 GB/T7665-2005 的定义, 传感器指能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置, 它能够侦测环境中所发生的事件或变化, 并将此消息传送至其他电子设备(如中央处理器) 的设备, 通常由敏感元件和转换元件组成, 一般包含传感单元、 计算单元和接口单元。传感器种类繁多, 根据测量用途不同可将其分为温度传感器、压力传感器、 流量传感器、 气体传感器、 光学传感器和惯性传感器等。
图表 14:传感器分类

半导体产业结构半导体产业链情况。 从生产流程角度看, 半导体生产主要分为设计、 制造和封测三大流程, 并需要上游的半导体设备与材料作为支撑。以集成电路为代表的都不同产品下游应用广泛, 下游创新引领的需求增长是半导体产业快速发展的核心驱动力。
图表 15:半导产业链

集成电路设计:指按照既定的功能要求设计出所需要的电路图, 最终的输出结果为掩膜版图。我国的集成电路设计产业发展起点较低, 但依靠着巨大的市场需求和良好的产业政策环境等有利因素,已成为全球集成电路设计产业的新生力量。从产业规模来看,我国大陆集成电路设计行业销售规模从 2010 年的 383.0 亿元增长至 2021 年的 4,519.0 亿元,年复合增长率约为 25.15%;而本土产业链的逐步完善, 也为国内初创芯片设计公司提供了晶圆制造支持, 叠加产业资金与政策支持,以及海外人才回流, 我国芯片设计公司数量快速增加。据中国半导体行业协会数据, 自 2010 年以来,我国芯片设计公司数量大幅提升,2010 年仅为 582 家,2022 年增长至 3,243 家,2010-2022年年均复合增长率约为 15.39%。
图表16:2010-2022 年中国芯片设计企业数量增长情况

图表 17:我国集成电路设计业销售额及同比增长率

从工艺流程看, 集成电路制造工艺一般分为前段(Front End of Line, FEOL)和后段(Back End of Line, BEOL)。前段工艺一般是指晶体管等器件的制造过程, 主要包括隔离、栅结构、源漏、接触孔等形成工艺。后段工艺主要是指形成能将电信号传输到芯片各个器件的互连线, 主要包括互连线间介质沉积、 金属线条形成、 引出焊盘(Contact)制备工艺为分界线。
近年来, 受益中芯国际、 华虹半导体等本土晶圆代工厂崛起, 以及台积电等晶圆代工龙头企业在中国大陆设厂, 我国集成电路制造产业市场规模实现快速增长。据中国半导体行业协会数据, 2010 年至 2021 年, 中国大陆集成电路制造业产业规模从 409.0 亿元增长至 3,176.3 亿元, 2010-2021 年间复合增长率为 20.48%;其中, 中芯国际年度营收从84 亿元增长至 507.57 亿元, 2011-2022 年复合增长率为 17.77%。
图表 18:中国大陆集成电路制造业销售额及同比增长率

图表 19:2011-2022 年中芯国际年度营收及同比增长率

图表 20:2022 年第四季度全球前十大晶圆代工厂营收排名


集成电路封测:受益产业转移,我国 IC 封测产业增速高于全球平均水平。 封测行业位于半导体生产制造环节的下游, 需要大量的设备与人员投入, 属于资本密集型、 人员密集型产业。与集成电路其他领域相比, 封测门槛相对较低, 是国内半导体产业链中技术成熟度最高、 最容易实现国产替代的领域。过去十余年, 在半导体产业转移、 人力资源成本优势、 税收优惠等因素促进下, 全球集成电路封测产能逐步向亚太地区转移, 我国IC 封测业起步较早, 凭借劳动力成本优势和广阔的下游市场承接了大量封测订单转移,因此发展较为迅速, 近年市场规模稳步增长。近年来, 全球集成电路封测产业进入稳步发展期, 2014-2021 年行业市场规模复合增长率为 4.27%, 而我国受益于下游智能手机等终端应用的蓬勃发展, 封测产业增速领先全球。据中国半导体行业协会数据统计, 中国集成电路封测业年度销售额从 2014 年的 1,256 亿美元增至 2021 年的 2,763 亿美元,2014-2021 年符合增长率约为 11.92%, 远高于同期全球平均水平, 随着下游应用持续发展以及先进封装工艺不断进步, 国内封测行业成长空间广阔。
图表 21:2014-2021 年全球集成电路封测行业市场规模及同比增长率

图表 22:2014-2021 年中国集成电路封测销售额及同比增长率

图表 23:2022 年全球封测前十强预估排名

图表 24:我国集成电路各环节销售额


半导体市场规模21 世纪之后,全球半导体产业持续向中国大陆转移。 纵观全球半导体产业的发展历程,经历了由美国向日本、 向韩国和中国台湾地区及中国大陆的几轮产业转移, 目前中国大陆已成为全球最重要的半导体应用和消费市场之一。根据 IC Insights 数据, 2022 年中国大陆共有 23 座 12 寸晶圆厂正在投产, 合计月产能约 104.2 万片, 而国际半导体产业协会(SEMI) 预计,至 2026 年, 中国大陆 12 寸晶圆厂月产能有望达到 240 万元,全球比重提升至 25%。一般而言, 新晶圆厂从建立到生产的周期大概为 2 年, 因此未来几年我国晶圆制造产能仍有望持续增长, 并带动上游半导体设备、 材料发展。
图表 26:全球半导体产业区域转移历程

中国集成电路产量快速提升,半导体销售额占全球比重有所提高。 受益消费电子、PC等市场蓬勃发展, 以及国产替代不断推进, 2016-2022 年我国集成电路产量从 719.52 亿块增长至,3241.9 亿块, 年复合增速为 12.08%;市场规模方面, 我国半导体产业销售额增速高于全球平均水平, 占全球比重有所提升。2014 第二季度我国半导体销售额占全球比重为 26.37%, 至 2020 年第二季度提升至 35.52%, 虽然 2022 年以来销售额占全球比重有所下降, 但仍维持在 30%左右。
图表 27:我国集成电路产量快速提升

图表 28:2014-2022 年中国半导体销售额及占全球比重

图表 29:中国集成电路进出口金额(亿美元)

图表 30:海外制裁限制我国半导体产业发展

图表 31:我国先后颁布多项政策促进集成电路行业发展


半导体设备:可分为前道/后道设备,是晶圆线扩产的主要支出来源。 半导体设备分为前道晶圆制造设备和后道封装设备, 其中前道设备包括光刻机、 刻蚀机、 CVD 设备、 PVD设备、 离子注入设备和 CMP 研磨设备等, 后道设备包括测试机、 探针台和分选机等。据SEMI, 一条半导体产线中, 半导体设备投资占比高达 80%, 厂房和其他支出仅占 20%。而在前道制造设备中, 投资占比前三分别为光刻机、 刻蚀机和 PVD 设备, 占比分别为 30%、20%和 15%, 其后分别为 CVD、 量测设备、 离子注入机、 CMP 和扩散/氧化设备。图表 32:晶圆厂资本支出占比情况

图表 33:前道设备中设备投资占比

图表 34:2022 年全球上市公司半导体设备业务营收 top10


中国大陆是全球最大的半导体设备销售市场,设备采购需求旺盛。 根据国际半导体产业协会(SEMI)数据, 我国半导体设备销售额从2005 年的 4.05%提升至2022年的 26.26% ,2022 年销售额达 283 亿美元, 连续三年成为全球最大的半导体设备市场。国内半导体设备市场的旺盛需求与较低的国内供应之间形成较大的供需缺口,国产替代空间广阔。
图表 35:中国大陆半导体设备销售额及占全球比重变化

图表 36:中国大陆是全球最大的半导体设备销售市场(2022年)

图表 37:2022 年全球各地区半导体设备销售情况(亿美元)

图表 38:2020 年晶圆制造材料市场占比


图表 40:2020 年硅片领域竞争格局

图表 41:2020 年封装基板竞争格局

来源:芯片智联说