引言

受新冠疫情和技術封鎖影響，半導體供需打破平衡，供應鏈劇烈波動，在此背景下我國加速半導體產業(yè)鏈和供應鏈國產化進程，從政策、技術、資源和資金等多維度持續(xù)注入發(fā)展動力，尋找解決方案克服行業(yè)關鍵制約，四大產業(yè)趨勢越來越顯著。

一、行業(yè)變化

半導體行業(yè)整體處于上漲趨勢，但由于近期新冠疫情和貿易摩擦影響半導體供應鏈穩(wěn)定性，半導體工廠開工率下降，半導體產出量下降。

一是從趨勢來看，半導體產銷規(guī)模雖有波動，但總體處于上漲態(tài)勢。2015-2020年，半導體銷售規(guī)模由3352億美元上漲至4331億美元。

二是近兩年，中美貿易摩擦和新冠疫情導致供應鏈劇烈波動，需求和供給受影響，華為和?？低暤仁苜Q易摩擦影響芯片難以得到芯片，疫情影響半導體產業(yè)鏈上下游企業(yè)正常生產運營，導致芯片出現(xiàn)短缺，芯片產銷量和價格出現(xiàn)大幅波動。

圖 1 全球半導體銷售規(guī)模及增長率（億美元）。數(shù)據(jù)來源：IC Insights

半導體行業(yè)的技術壁壘和深度分工逐年擴大我國半導體產銷缺口，國內供給無法滿足市場需求，技術封鎖導致半導體國產化進程勢在必行。

從市場規(guī)模來看，我國集成電路市場規(guī)?？焖僭鲩L，國內集成電路制造產值與集成電路市場規(guī)模存在巨大的差距，國產化空間巨大。2016-2020年，我國集成電路市場規(guī)模由940億美元增長至1430億美元，而集成電路制造產值由130億美元增長至230億美元，制造產值與總市場規(guī)模存在巨大的缺口。

從進出口貿易來看，我國集成電路存在巨大的貿易逆差，高端芯片依靠進口，且貿易逆差不斷擴大。2016-2020年，我國集成電路貿易逆差由1660億美元上漲至2334億美元。

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圖2 中國集成電路市場規(guī)模和制造規(guī)模。數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局

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圖3 中國集成電路貿易額。數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局

我國半導體產業(yè)結構逐步由附加值較低的封裝測試領域向更高的設計制造領域轉型。2012-2020年，我國半導體封裝測試占比由48%下降至28%，芯片設計占比由29%提升至43%，芯片制造占比由23%提升至29%。

圖 4 我國半導體產業(yè)結構。數(shù)據(jù)來源：中國半導體行業(yè)協(xié)會

二、驅動因素

政府出臺一系列政策加碼支持半導體產業(yè)發(fā)展

2014年以來，尤其在“十三五”期間，為降低中美貿易摩擦和技術封鎖對我國半導體產業(yè)的影響，我國根據(jù)半導體行業(yè)情況出臺了系列政策，從稅收減免、資本投入、技術研發(fā)和發(fā)展戰(zhàn)略等全方位推動我國半導體產業(yè)發(fā)展，提高半導體國產化率。

圖 5 我國半導體相關政策。資料來源：公開資料整理

下游應用市場驅動上游半導體產業(yè)發(fā)展，5G和智能汽車產業(yè)擴張未來將進一步帶動半導體產業(yè)

圖 6 半導體應用市場規(guī)模占比。數(shù)據(jù)來源：SIA

一是智能手機和計算機占據(jù)半導體應用市場過半需求，但已步入存量市場，對半導體需求增量拉動有限，然智能可穿戴設備作為消費電子新市場，可有效拉動半導體產業(yè)發(fā)展。

圖7 全球智能手機和計算機出貨量（百萬臺）。數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

圖 8全球可穿戴設備支出（億美元）。數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

二是物聯(lián)網應用于共用事業(yè)、產業(yè)和消費領域，應用市場廣泛，且物聯(lián)網感知、傳輸、平臺和應用層都需要芯片支持，物聯(lián)網推廣普及將驅動半導體產業(yè)發(fā)展。

圖 9 全球物聯(lián)網設備數(shù)量（億個）。數(shù)據(jù)來源：GSMA

三是新能源汽車是汽車產業(yè)發(fā)展的重要方向，新能源汽車自動駕駛、車聯(lián)網和智慧座艙需要傳感器、芯片的支持，芯片需求量遠高于燃油車，新能源汽車的芯片需求量巨大。

圖 10 我國新能源汽車產量（萬輛）。數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局、中國汽車工業(yè)協(xié)會

圖11汽車芯片數(shù)量（顆/輛）。數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局、中國汽車工業(yè)協(xié)會

四是5G和大數(shù)據(jù)中心提升了對數(shù)據(jù)傳輸和處理需求，新基建推廣將大力拉動芯片消費需求。在數(shù)據(jù)處理端，大數(shù)據(jù)行業(yè)激發(fā)了數(shù)據(jù)中心對原始數(shù)據(jù)運算處理需求，芯片是數(shù)據(jù)中心運算和儲存能力的基礎，需求量可觀。在數(shù)據(jù)傳輸端，5G應用拉動芯片需求增長，5G基站數(shù)量是4G基站的2倍，5G基站對芯片需求巨大。

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圖 12 中國數(shù)據(jù)中心機架規(guī)模（萬架）。數(shù)據(jù)來源：工信部? ? ? ?圖 13 中國5G基站新增量（萬座）。數(shù)據(jù)來源：工信部

國家通過成立產業(yè)基金和設立科創(chuàng)板等資本市場手段支持半導體產業(yè)發(fā)展

一是國家牽頭成立半導體產業(yè)基金，加碼半導體產業(yè)投資，推動半導體全產業(yè)鏈發(fā)展。國家的集成電路大基金一期籌資1387億元投資半導體產業(yè)，主要集中投資于芯片制造和芯片設計領域，其中芯片制造515.4億元、芯片設計215.7億元。

圖 14 國家集成電路大基金一期投資領域。數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

二是配合中央的半導體產業(yè)大基金，地方政府和機構成立子資金，地方及社會資本踴躍進場支持半導體發(fā)展。在大基金的帶動下，地方政府成立半導體產業(yè)子基金融資約5000億元人民幣，其中江蘇、福建、上海的專項基金規(guī)模最高，對半導體產業(yè)發(fā)展的支持力度最大。

圖 15 各地市集成電路產業(yè)專項基金規(guī)模（億元）。數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

三是科創(chuàng)板對半導體企業(yè)提供融資渠道，全產業(yè)鏈能高效得到資本市場支持，其中設計和制造是資本市場重點支持的領域。35家芯片企業(yè)登錄科創(chuàng)板，且覆蓋設計、材料、設備、制造、封測、外延全產業(yè)鏈，芯片設計和制造領域上市公司數(shù)量最多、融資規(guī)模最大。

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圖 16 科創(chuàng)板芯片細分領域企業(yè)數(shù)量。數(shù)據(jù)來源：科創(chuàng)板數(shù)據(jù)? ? ? ? ?圖17 科創(chuàng)板芯片企業(yè)首次融資額占比。數(shù)據(jù)來源：科創(chuàng)板數(shù)據(jù)

三、制約因素

半導體的技術、性能和成本受摩爾定律引領，隨著技術進步已達到摩爾定律極限

一是從芯片性能和成本來看，芯片性能進步速度放緩，而芯片成本加速提升，摩爾定律即將失效。一方面，芯片所含晶體管數(shù)量保持快速增長，總硬件成本也快速上升；另一方面，芯片所含晶體管邊際增加量遞減，更新時間延長，且芯片成本邊際增長率上升，工藝節(jié)點越多，芯片成本越高，與芯片成本下降相悖。

圖 18 芯片所含晶體管數(shù)量和芯片成本。數(shù)據(jù)來源：公開信息整理

二是隨著芯片工藝制程技術進步，芯片成本陡增，成熟工藝制程芯片由于成本低、性能穩(wěn)定等特性依然占據(jù)主要市場份額。一方面，隨著芯片工藝制程提升，芯片成本陡增，先進工藝制程芯片的成本遠高于成熟工藝制程；另一方面，由于成熟工藝制程芯片基于成本低、性能穩(wěn)定等特性中長期依然占據(jù)主要的市場份額，7-10nm和3-5nm等先進工藝制程芯片的市場占有率較低。

圖 19 不同工藝節(jié)點各時期芯片設計成本（百萬美元）。數(shù)據(jù)來源：公開信息整理

圖 20 不同工藝節(jié)點芯片市場份額。數(shù)據(jù)來源：公開信息整理

半導體產業(yè)鏈復雜、分工程度高，半導體產業(yè)國產化難度高

一是半導體產業(yè)鏈復雜、技術難度高，涵蓋材料、光學、化學、物理、工程等多種類技術，單個企業(yè)難以掌握所有技術，因此產業(yè)鏈分工程度高，不同企業(yè)占據(jù)產業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)。

圖 21 半導體產業(yè)鏈。數(shù)據(jù)來源：公開信息整理

二是由于半導體產業(yè)鏈高度分工，半導體產業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)由不同企業(yè)構成，且核心技術環(huán)節(jié)由國外企業(yè)占領，半導體國產化難度高。

圖 22 半導體產業(yè)圖譜。數(shù)據(jù)來源：公開信息整理

國外企業(yè)掌握半導體核心技術，國內企業(yè)主要占據(jù)中低端技術和市場，高端技術和產品面臨國外技術封鎖

半導體產業(yè)鏈涵蓋原材料、生產設備、設計、制造和封裝測試，光刻膠材料、光刻機設備、工業(yè)軟件、芯片設計、芯片制造等產業(yè)鏈核心技術掌握在國外企業(yè)手中，國內企業(yè)掌握中低端技術，產業(yè)進步面臨國外技術封鎖的制約。

圖 23 半導體重要環(huán)節(jié)技術差距。數(shù)據(jù)來源：公開信息整理

半導體原材料和設備細分領域市場空間偏小，行業(yè)集中度高，國外企業(yè)壟斷市場，產業(yè)鏈國產化難度高

一是半導體產業(yè)總體規(guī)模巨大，但前端光刻膠、化學品等原材料與CVD、PVD等設備領域的市場空間較小。2020年，半導體總體市場規(guī)模約4260億美元，然而光刻膠、濕電子化學品、CVD、PVD等的市場規(guī)模僅為19億美元、100億美元、85億美元和25億美元。

圖 24 全球半導體產業(yè)市場規(guī)模（億美元）。數(shù)據(jù)來源：公開信息整理

二是光刻膠、PVD等具有很高的技術壁壘，生產工藝復雜，需要長期的技術壁壘，行業(yè)集中度高，國外企業(yè)壟斷市場，國內企業(yè)進入壁壘高。例如，全球光刻膠市場由日本處于壟斷，日本的JSR、東京應化、信越化學及富士電子四家企業(yè)占據(jù)全球70%以上市場份額，處于行業(yè)壟斷地位;全球PVD設備市場，應用材料幾乎壟斷市場，占全球PVD市場份額85%，CR3達到96%。

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圖 25 全球光刻膠市場競爭格局。數(shù)據(jù)來源：SEMI? ? ? ? ? ?圖 26 全球PVD設備市場競爭格局。數(shù)據(jù)來源：SEMI

三是由于半導體行業(yè)技術壁壘高、生產工藝復雜，較小的市場規(guī)模難以支撐新進企業(yè)持續(xù)進行技術研發(fā)和設備投資，半導體企業(yè)營業(yè)收入和凈利潤較為有限。例如，我國光刻膠上市公司營業(yè)收入不到20億元，凈利潤不到8億元。

圖 27 光刻膠上市公司營業(yè)收入和凈利潤。數(shù)據(jù)來源：上市公司年報

四、我國半導體產業(yè)發(fā)展趨勢

半導體行業(yè)進入后摩爾時代，技術進步成本陡升，專業(yè)化分工優(yōu)勢凸顯，設計+代工模式逐漸成為行業(yè)主流

一是在芯片技術演進上，芯片制程由28nm成熟工藝向1nm先進工藝演進，芯片技術進步速度放緩，芯片成本大幅提升，芯片技術難度提升導致參與芯片先進制程工藝設計和代工的企業(yè)數(shù)量越來越少，先進制程領域由臺積電和三星半導體壟斷。

圖 28 芯片技術和企業(yè)數(shù)量變化示意。數(shù)據(jù)來源：公開信息整理

二是半導體專業(yè)化分工優(yōu)勢凸顯，芯片設計+晶圓代工模式逐漸成為行業(yè)主流。芯片設計+晶圓代工專業(yè)化分工協(xié)作模式，克服了一體化模式下的全產業(yè)鏈技術研發(fā)、工藝迭代和設備更新等重資本投入缺點，帶來了更高的技術迭代效率和生產制造效率。

圖 29 半導體商業(yè)模式變化圖。數(shù)據(jù)來源：公開信息整理

技術封鎖和貿易摩擦加速半導體產業(yè)鏈國產化進程

在中美貿易摩擦加劇的背景下，美國持續(xù)頒發(fā)和更新貿易實體清單封鎖先進技術和產品出口，國內半導體企業(yè)面臨生產設備和芯片斷供。為了突破封鎖壁壘，我國政府、機構和企業(yè)頒布產業(yè)政策、投入資本、研發(fā)技術和布置生產線，持續(xù)推進半導體產業(yè)鏈國產化進程。

美國以行政手段制裁華為公司，禁止臺積電和三星等為其代工生產自主研發(fā)芯片以及其他芯片企業(yè)向其出售芯片；在半導體生產設備領域，美國禁止荷蘭ASML向中芯國際出口EDU光刻機，導致中芯國際芯片制程技術更新迭代進程放緩，芯片性能和成品率低于三星和臺積電。

因此，我國半導體產業(yè)加速了國產化進程，尤其是在半導體生產設備、設計和制造領域，上海微電子自主研制28nm沉浸式DUV光刻機，海思、華大、展訊等芯片企業(yè)涌出，芯片設計技術接近國外企業(yè)，中芯國際為解決EUV光刻機封鎖，采用FinFET“N+1”和“N+2”工藝研制7nm制程芯片。

圖 30 半導體產業(yè)國產化示意圖。數(shù)據(jù)來源：公開信息整理

半導體產業(yè)重點聚焦突破“卡脖子”環(huán)節(jié)

在技術封鎖下，國家引導技術、資金、人才等資源聚焦突破“卡脖子”環(huán)節(jié)和關鍵技術。中美硬核技術競爭日益激烈，美國限制半導體關鍵技術、設備和產品出口，EUV光刻機和晶圓代工等“卡脖子”技術制約我國半導體產業(yè)鏈和供應鏈穩(wěn)定發(fā)展。因此，政府出臺了一系列政策引導人才和技術投入半導體關鍵環(huán)節(jié)，同時政府和社會資本成立了大量半導體產業(yè)基金，主要投資芯片設計、材料和設備等領域，重點攻克光刻膠、光刻機、芯片制造等“卡脖子”技術和工藝。

圖 31 半導體細分行業(yè)投資數(shù)量占比。數(shù)據(jù)來源：公開信息整理

半導體產業(yè)集群式發(fā)展不斷提速

一是半導體產業(yè)在區(qū)域上呈現(xiàn)集聚式發(fā)展，區(qū)域集群有利于降低交易成本和提升溢出效應。我國半導體產業(yè)集聚在江蘇、廣東、上海、甘肅等區(qū)域，產值規(guī)模達到82%，江蘇半導體產業(yè)起步早，產量和產值規(guī)模位居全國首位，市場份額35%。

圖 32 半導體產業(yè)區(qū)域分布。數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局

二是產業(yè)鏈式集群越加明顯，在區(qū)域內形成涵蓋設備、材料、EDA、設計、制造、封測等完整的產業(yè)鏈，匯聚一批知名的芯片企業(yè)，產業(yè)聚集效應顯現(xiàn)。

圖 33 江蘇半導體產業(yè)鏈集聚。數(shù)據(jù)來源：公開信息整理