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中国半导体行业发展现状及未来发展趋势分析

发布时间:2018-08-27 浏览量:66 来源: 字号:[ ]

中国半导体行业发展现状及未来发展趋势分析

半导体是指电阻率会发生变化,导致常温下导电性能介于导体和绝缘体之间的材料。按照生产过程来看,半导体产业链包含芯片设计、制造和封装测试环节,其中后两个环节支撑着上游半导体材料、设备、软件服务的发展;按照制造技术来看,可以分为分立器件、集成电路、光电子和传感器等4大类。通过人为地掺入特定的杂质元素,半导体的导电性可受控制,进而产生巨大的经济效益,因而半导体广泛地应用于下游通信、计算机、网络技术等产业。

    半导体产业链及下游应用

数据来源:公开资料整理

    集成电路(IC)占到半导体总产值的80%以上,是半导体产业最重要的组成部分,通常意义上的半导体即代指集成电路,具体包括逻辑芯片、存储芯片、处理器芯片和模拟芯片四种。 IC是指经过特种电路设计,将晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,成为具有所需电路功能的微型结构。 IC被广泛应用之前,传统的分立电路多以导线连接独立的电路元件而构成。而集成电路的结构非常紧凑,相比同样功能的分立电路体积大大缩小;同时,较小的体积也使得耗能更少,工作性能卓越。半导体优越的技术性能、制造技术的发展以及采用结构单元的电路设计方式,使标准化IC迅速取代了过去分立元件的传统电路设计成为主流。半导体工业不断突破制造极限。 英特尔创始人戈登•摩尔提出摩尔定律:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍,从而要求集成电路尺寸不断变小。经过十几年的发展,我国集成电路制造企业的工艺水平已提升至28纳米,与先进水平的差距逐渐缩小。目前12英寸生产线的65/55纳米、 45/40纳米、 32/28纳米工艺产品已经量产; 16/14纳米关键工艺技术已展开研发并取得一定的技术突破和成果; 8英寸生产线的技术水平覆盖0.25微米~0.11微米。国际龙头厂商对半导体工艺的研究已经到了10nm以下,而业内普遍认为5nm工艺将是极限,此时晶体管就只有10个原子大小,由于对物理极限的逼近使得开发难度大增。

    半导体产业分类 

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    集成电路分类

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    代表性厂商制程节点技术路线图

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    产业模式由IDM向垂直分工转化。 半导体产业发展史伴随的是产业链分工的不断深化,目前有两种商业模式,一种是IDM(Integrated Device Manufacture,集成器件制造)模式,另一种是垂直分工模式。 20世纪50年代的半导体公司都是IDM集成模式,随着1987年台湾积体电路公司(TSMC,台积电)的成立, IC设计、晶圆制造、封测分开的Foundry模式应运而生。经过半个多世纪发展,全球半导体产业形成IP供应商、 IC设计、制造、封测的高效深度分工模式。出现垂直分工模式的原因有两点: 1.行业具有规模经济性。 随着制造工艺的进步和晶圆尺寸的增大,单位面积上能够容纳的IC数量剧增,成品率显著提高。企业扩大生产规模会降低单位产品的成本,提高竞争力。 2.产业所需投资十分巨大,沉没成本高。 一般而言,一条8英寸产线需要15亿美元投资,而12英寸产线需要几十亿美元的投资,这意味着除了少数实力强大的IDM厂商外,其他企业根本无力扩张。单一公司的资本支出或技术无法支撑IC产业进一步发展,行业内公司的经营模式变得多样化,新厂商的进入也导致整个行业发生结构性变化。台积电的成立标志着半导体产业垂直分工模式的形成,其只做晶圆代工(Foundry),不做设计,这也使得台湾在代工与测封环节的产能占比最高。而作为半导体的发源地,美国依然在IDM模式和IC设计(Fabless)占据较大优势。 Fabless与Foundry的快速发展,促成垂直分工模式的繁荣。

    半导体产业模式发展过程

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    2016年产业链各环节产能占比
IDM

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    Fabless

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    Foundry

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    Package&Testing

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    全球半导体市场已经进入成熟期。 全球半导体产业自诞生以来经历了20世纪60年代至90年代的迅猛增长,进入21世纪后市场日趋成熟,行业增速逐步放缓。2015和2016年行业的销售额同比增速仅为-0.2%、 1.1%,主要是由于需求疲软、美元走强以及市场趋势和周期性等因素的叠加。分地区而言,亚太地区(除日本)已成为全球半导体市场增长最为迅猛的区域, 2016年该地区半导体销售额达到2084亿美元,占全球市场的61.49%。同时,行业去年资本支出同比增长5%, SEMI预计2017年-2020年间全球新投产晶圆厂约62座,迎来新一轮建设高峰。

    全球半导体产业销售额(百万美元)

数据来源:公开资料整理

    2016各地区销售额占比 

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    全球半导体资本支出(百万美元)

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    在企业并购潮的影响下,前二十五大半导体厂商总收入增加10.5%,表现远优于整体产业增长率,但前十强总收入出现5.85%的下滑,龙头企业之间的差距进一步缩小。 2016年半导体产业出现小幅回弹,虽然其年初因受到库存调整的影响而表现疲软,但下半年需求增强,汇率相对温和的变动及多项电子设备部门产量的增加使得NAND闪存售价上扬,定价环境得到改善,助力全球半导体收入改善。

    2016年全球前十大半导体厂商(百万美元)

2016 排名
2015 排名
公司
2016 收入
2016 市场份额
2015 收入
2015 市场份额
15-16 增长率
1
1
英特尔
53996
15.90%
51690
15.40%
4.46%
2
2
三星电子
40143
11.80%
37852
11.30%
6.05%
3
3
 高通
15351
4.50%
16079
4.80%
-4.53%
4
4
SK 海力士
14267
4.20%
16374
4.90%
-12.87%
5
16
博通
13149
3.90%
5216
1.60%
152.09%
6
5
美光科技
12585
3.70%
13816
4.10%
-8.91%
7
6
德州仪器
11776
3.50%
11533
3.40%
2.11%
8
7
东芝
10051
3.00%
9162
2.70%
9.70%
9
12
恩智浦
9170
2.70%
6543
2.00%
40.15%
10
11
联发科技
8697
2.60%
6704
2.00%
29.73%
其他
150449
44.20%
159799
47.70%
-5.85%
总计
339634
100.00%
334768
100.00%
1.45%

数据来源:公开资料整理

    在行业整体容量增长缓慢的情况下,地区结构却在悄然发生变化,中国半导体产业持续扩大。 近十余年来,伴随着我国经济的高速发展,智能手机和平板电脑市场呈爆发式增长,对各类集成电路产品需求不断增长, 2016年集成电路销售额4335亿元,同比增长20%,近14年年均复合增长率高达22%,已成为全球集成电路的主要消费市场。在我国工业化和信息化融合持续深入、信息消费不断升温、智慧城市建设加速等多方因素的共同带动下,我们预计集成电路市场仍将保持稳定增长。

    中国半导体产业销售额(亿元)

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    半导体产业驱动力由存储器、 PC向以智能手机为主导的消费类电子产品转移。 纵观半导体产业的发展史,随着科技及制造工艺的进步,下游需求逐步演化,推动产业发展的驱动力也在不断变化。历史上行业经历了四个阶段: 1.由军工和原始计算机带动的初创发展期。 二战后,原始计算机的出现和军工的大量需求催生了最初的半导体产业, 1958年德州仪器设计出基于锗的IC模块,集成电路由此诞生。在此后的二十年中,基于硅的电路设计逐步发展起来,使得集成电路制造进入量产阶段。 2.基于存储器、主机的快速发展期。 70-80年代,存储器广泛应用,商业公司也开始配备大型主机以提高工作效率,工艺进步使得大规模集成电路出现,半导体进入商用阶段。 3.基于PC的民用发展期。80年代末, IBM推出的PC业务迅速风靡全球,生产成本的降低使得半导体更加适用于PC,整个行业基本都在围绕PC发展,特别是半导体内存和微处理器,行业进入民用阶段。 4.基于消费电子的成熟期。 进入新世纪以来,互联网大范围推广。同时,苹果推出智能手机、谷歌推出安卓系统,移动通讯进入爆发期,迅速取代PC成为新的驱动力,半导体也因此经历了21世纪初持续10年的增长,而近几年又归于平静。总体而言, 经过了半个世纪的发展,半导体行业销售额增速逐步放缓进入成熟期。

    推动半导体产业发展的驱动力

数据来源:公开资料整理

    历史上行业经历了两次产业转移,目前正借助消费电子时代向中国转移。 半导体属于高技术壁垒行业,这些行业往往具有“马太效应”。积累资本的龙头公司能投入大量研发费用用于新技术研究与扩张,会进一步拉大与追赶者的差距,造成强者恒强的格局。只有巨大机遇来临时,追赶者才有机会崛起。第一次产业转移时美国向日本的转移,日本半导体业以存储器为切入口,主要是DRAM(Dynamic Random Access Memory)。 80年代,受益于汽车产业和大型计算机市场的快速发展, DRAM需求剧增。而当时日本在DRAM方面已经取得了技术领先,日本企业此时凭借其大规模生产技术,取得了成本和可靠性的优势,并通过低价促销的竞争战略,迅速在世界范围内成为DRAM主要供应国。世界市场快速洗牌,到1989年日本芯片在全球的市场占有率达53%,美国仅37%,欧洲占12%。该阶段,日本半导体产业的主要竞争力是产品的成本优势和可靠性。第二次由日本向韩国、台湾转移。不同于大型主机对DRAM质量和可靠性的高要求,PC对DRAM的主要诉求转变为低价。 DRAM的技术门槛不高,韩国通过技术引进掌握了核心技术,并通过劳动力成本优势于1988年取代日本,成为DRAM第一生产大国,全球产业中心从日本转移到韩国;而台湾则通过不断增加投资,建成了世界领先的晶圆代工公司台积电和联电,将产业模式由一体化IDM转向设计、制造、测封分离的模式,并在生产技术上达到世界顶尖水平。

    半导体两次产业转移

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    移动通讯等电子产品崛起,中国大陆正迎来半导体产业发展的新机遇。 目前,半导体产业的驱动力已经由PC进一步转化,下游电子产品的发展带来了新的市场机遇。从周期的角度来说,半导体已经进入成熟期,以智能手机为主导的移动通讯将带来新的爆发点。 2016年全球智能手机制造前13强中有10家中国公司,市场份额接近40%,已经成为全球电子消费第一大国。强劲的下游需求带动中国半导体销售额稳步提升, 2017年二季度中国已占世界整体销售额的32%。产业中心由韩国、台湾逐步向中国大陆转移,中国晶圆产能占比11%,是全球增长最快的地区。每一次新机遇的到来都有利于追赶者的崛起,新兴地区凭借技术引进、劳动力成本优势实现超越。同时,随着半导体工艺制程接近物理极限,技术的发展速度势必会放缓,也有助于中国企业与世界领先者缩短差距。

    中国及全球半导体销售额(亿美元)

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    2017第二季度全球半导体消费市场分布 

据来源:公开资料整理

    截止2016年底各国晶圆产能

数据来源:公开资料整理

    2014-2016年主要智能手机生产厂商销量排名(百万部)

2016 排名
公司
国家
2014 销售量
2015 销售量
2016 销售量
2016 市场份额
1
三星
 韩国
311.0
322.9
310.7
20.85%
2
苹果
美国
192.9
231.6
215.4
14.46%
3
华为
中国
73.6
104.8
139.3
9.35%
4
OPPO
中国
29.9
50.0
93.9
6.30%
5
VIVO
中国
19.5
40.5
76.6
5.14%
6
ZTE
中国
43.8
56.2
58.0
3.89%
7
LG
韩国
59.2
59.7
55.1
3.70%
8
联想
中国
70.1
74.0
53.1
3.56%
9
小米
中国
61.1
70.7
52.9
3.55%
10
TCL
中国
41.5
44.5
39.0
2.62%
11
金立
中国
19.2
20.0
30.6
2.05%
12
魅族
中国
4.4
20.2
22.0
1.48%
13
乐视/酷派
中国
45.2
30.5
21.5
1.44%
前 13 强中,中国公司市场份额
32.40%
35.76%
39.39%
-
总体
1260.0
1430.0
1490.0
-

数据来源:公开资料整理

    纵观历史, IC产业起源于美国,发展于日本,加速于韩国、台湾。 日、韩、台三地在经历了引入先进技术期后,发展了适合自身的产业发展模式,不论是日本的自主研发,韩国的市场把握,还是台湾的专注分工,都使其成为了全球IC产业的中坚力量。 21世纪以来,处于集成电路发展新周期的中国凭借着本次产业转移浪潮迅速崛起,成为半导体产业的新中心,给产业链内相关的中国公司带来了巨大的商机。

   

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