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晶体生长设备领先者晶盛机电;
半导体行业国产高纯工艺系统龙头至纯科技;
硅片清洗领域国内龙头盛美半导体;
布局半导体检测的显示设备领先综合服务提供商精测电子;
国际刻蚀设备顶尖供应商中微公司;
国内CMP抛光液龙头安集科技。
一、半导体行业概况
1、半导体产业链介绍
半导体行业是以半导体为基础而发展起来的电子信息硬件产业。
半导体行业的工艺流程主要包括硅片制造、集成电路设计、晶圆制造和封装测试。
硅片制造需要单晶炉等设备,具体历经硅单晶生长、磨外圆、切片、倒角、磨削/研磨、抛光等多道制作流程。
集成电路设计包括逻辑开发、电路设计和版图设计,是为进一步的晶圆制造提供制作蓝图。
晶圆制造是半导体工艺流程中制作工序精细的一环,其工艺流程主要包括扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积和抛光,需要光刻机、刻蚀机、CVD、离子注入机等多类设备。
完成后的晶圆需要封装测试,即使用测试机、分选机、探针机等设备对成品进行测试,进而将性能良好的半导体产品提供给产业链下游的销售商。
2、技术进展和主要产品
从技术更迭角度来看,近10年来,集成电路技术经历了特征尺寸不断减小、新材料的导入、晶体管结构的改进、晶圆向大尺寸转进、制造设备向自动化和高产出率转化,三维(3D)堆叠封装涌现,芯片设计向系统设计过渡等技术更迭过程。
技术创新推动集成电路产业不断验证摩尔定律。
高昂的研发费用和指数式增长的产能投资是半导体厂保持技术先进的一大护城河。
目前可以进入16/14nm及以下节点的全球半导体厂商仅有6家,即英特尔、格罗方德、三星、台积电、联电和中芯国际。
2018年是7nm技术进入量产的关键年,全球晶圆代工厂走向新分水岭。
一方面联电止步于12nm制程研发,格罗方德宣告无限期停止7nm以下先进制程的发展;
另一方面,台积电于2018年第二季度实现7nm技术量产,三星在10月份也宣布量产7nmEUV制程。
目前台积电几乎垄断了7nm的全球代工市场,其中客户包括高通、苹果,AMD,海思等,市场优势十分显著。
28nm技术是平面工艺的临界点。
在28nm时,不仅MOS晶体管结构仍然是平面型的,而且仍然可以采用图像的一次曝光技术。
在28nm以下节点时,不仅MOS晶体管采用FinFET结构,而且采用两次图形曝光技术(DP),甚至三次或四次图形曝光技术。
集成电路技术在28nm技术节点后出现了分水岭,跨过该节点后,台积电、英特尔、三星等都依摩尔定律向16/14/10/7nmFinFET技术前进,FinFET技术锁定在最先进技术的应用产品上,包括高阶处理器、人工智能(AI)、深度学习(DeepLearning)、云端伺服器等应用。
目前国际顶级制造水平是量产7nm芯片,试产5nm芯片。
台积电预计于2019年二季度实现5nmEUV制程的风险试产,而3nm芯片也已进入全面研发阶段。
而28nm节点后的另一条技术路线是发展FD-SOI技术,其中,以格罗方德和三星为代表。
FD-SOI技术非常适合于物联网、汽车电子、5G移动通信和射频联接等技术,其最大特点是低功耗。
近年来,中国大陆集成电路产业的快速崛起已成为全球半导体产业的亮点,中国大陆集成电路技术的快速提升引人注目。
2018年中国大陆IC设计业的领头企业华为海思已采用7nm技术制造智能手机芯片,是台积电7nm制程的核心客户。
另一家中国大陆IC设计领头企业紫光展锐将于2019年推出基于7nm技术的5G手机芯片。
同时,中国大陆最大的晶圆制造企业中芯国际(SMIC),在2018年已经完成了28nmHKC+以及14nm的技术研发,并已经开始相应客户导入的工作,预计在2019年将实现14nm芯片量产。
华虹是国内继中芯国际后第二家掌握28nm芯片技术的企业,在2018年12月份公司成功实现量产28nm的芯片,旗下子公司上海华力微为联发科生产了第一颗28nm低功耗工艺平台的无线通讯数据处理芯片。
从应用产品角度来看,集成电路可以大致分为微处理器、存储器两大类。
微处理器(MPU)是由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器。
这些电路执行控制部件和算术逻辑部件的功能。
微处理器能完成取指令、执行指令,以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作,是微型计算机的运算控制部分。
它可与存储器和外围电路芯片组成微型计算机。
在过去的40年中,微处理器性能和技术指标不断更新,发展出多核、并行计算、64位架构等。
微处理器的设计和性能也日益强大,除了具备中央处理器(CPU)的所有功能外,有的微处理器还增加了图像处理、视频信息处理和新兴的人工智能(AI)应用等多种系统级功能和加速模块。
2018年微处理器的市场构成为,计算机处理器(标准PC、服务器、大型计算机)占比将为52%,嵌入式处理器约为16%,平板电脑移动应用处理器市占率为4%,手机移动应用处理器占比28%。
2018年微处理器约有50%以上将来自英特尔和其竞争对手AMD出售的X86架构产品。
在应用方面,微处理器不单是PC、服务器和大型主机最主要的构件,而且还广泛被用于各种系统的嵌入式处理,如网络设备、计算机外设、工业控制、医疗设备、汽车电子、智能电视、机顶盒、视频游戏机、物联网和可穿戴设备等应用中。
根据WSTS最新发布的数据,2018年全球微处理市场销售规模同比增长6.42%,达到约为680亿美元,较2017年增长率上涨将近一个百分点。
根据ICInsights预测,2018至2022年微处理器市场销售年复合增长率为3.4%。
出货方面,预计2018年微处理器出货量将达26亿颗,同比将增长2%,2018年至2022年的整体微处理器出货量年复合增长率为2.1%。
在过去5年中增长最快的是应用于平板电脑和智能手机的微处理器SoC,其次是嵌入式应用的微处理器,但在计算机领域的市场规模仍然是最大。
目前全球微处理器业务继续由英特尔(Intel)主导。
在过去20年中,全球微处理器市场75%由英特尔掌控。
但近年由于手机和平板电脑中基于ARM架构SoC处理器的强劲增长,使得英特尔的微处理器市场比例下降至60%左右。
过往英特尔针对全球PC的庞大微处理器,只有一个对手AMD(超微)。
但近年来随着智能手机和平板电脑在各种应用领域的广泛兴起,使得英特尔进入了“后PC时代”,竞争者也明显增多。
存储器是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。
据世界半导体贸易统计协会(WSTS)统计,2018年全球半导体存储器市场规模达1579.67亿美元,占全球集成电路市场规模的比例为40.17%。
其中DRAM占58%,Flash占41%(其中NANDFlash占40%,NORFlash占1%),其他占1%左右。
DRAM,即动态随机存取存储器,是最为常见的系统内存。
根据ICInsights的数据,2018年全球DRAM市场销售规模稳定增长,达948.88亿,同比增长39%,2019年DRAM市场规模预计为939.31亿美元,增长率为-1%。
从技术演进方向来看,2016年以来正值DRAM技术世代交替,由DDR3转进DDR4,大容量内存的供给多于小容量内存的供给,造成下游客户被迫升级电子设备中的内存搭载容量。
在2014年DDR3,包括平板电脑、智能手机和笔记本电脑等应用领域占了DRAM总量的84%,到2015年DDR3仅占76%。
但是到2016年,DDR4的平均售价(ASP)降至与DDR3相差无几。
英特尔最新的14nm的X86核处理器也包含了DDR4控制器和界面,因此,在2017年DDR4上升成为DRAM的主要份额,达到58%,而DDR3退居到仅占39%。
在全球DRAM市场竞争格局中,从DRAM的供给侧来看,近年DRAM大厂几乎没有大幅扩充产能。
观察全球DRAM三大阵营,三星、SK海力士和美光的行动:
三星在韩国平泽市新建PI厂房和Line15生产线,SK海力士建设M14生产线;
美光在日本广岛实施Fab15和Fab16建设计划。
从市场需求来看,根据SEMI的估计,一直到2021年,DRAM需求端的成长率至少上涨30%。
驱动DRAM产业继续冲刺的四大动力是:
物联网(IoT)相关应用;
大规模运算,涵盖人工智能(AI)、深度学习(DeepLearning)系统等;
汽车电子相关应用;
以及消费类产品和通信产品等。
过去内存的需求以PC为大宗,应用市场比较单一,且规模相对有限。
自2016年起,除了PC之外,智能手机性能升级以及大数据产业发展带动服务器的需求与日俱增,服务器的扩容也成为内存重要市场,尤其智能手机对内存搭载量平均每年呈现出30%以上的增量。
根据ICInsights的统计,从2015年一季度至2016年一季度,DRAM的销售规模基本上呈现逐季下降的趋势;
但自2016年二季度开始,全球DRAM市场逐季升高;
到2018年三季度市场规模达到278.05亿美元,比2016年第二季度增长了185%。
从2016年下半年以来DRAM供货短缺导致了DRAM价格飞涨。
根据WSTS的跟踪统计,从2016年7月到2017年7月,DRAM每GB位模组的平均售价(ASP)上升了111%,到2018年8月,DRAM的平均售价达到6.79美元,24个月涨幅达到165%。
NANDFlash是flash内存的一种,其内部采用非线性宏单元模式,为固态大容量内存的实现提供了廉价有效的解决方案。
NANDFlash存储器具有容量较大、改写速度快等优点,适用于大量数据的存储。
从技术发展方向来看,2018年全面进入3DNANDFlash之年,2018年原厂三星、东芝/西部数据、美光/英特尔3DNAND生产比重已超过80%,并推动64层/72层3DNAND技术成为主流。
为了持续提高成本竞争力,确保先进技术在市场上的领导优势,三星、东芝/西部数据、美光/英特尔、SK海力士先后实现96层技术的量产。
SK更是推出首款4DNANDFlash以求在技术上突围。
在2016-2017年全球NANDFlash正处于技术交替时期,全球主要供应商在3DNANDFlash制造技术的竞争已达到了白炽化的程度。
据美光(Micro)称,其第一代32层3DNANDFlash要比16nm/2DNANDFlash成本减少25%,其第二代64层3DNANDFlash要比32层的成本又减少30%。
闪存制造商急于向3DNANDFlash切换和向更高堆叠层数发展,以推动产品成本下降。
今后,随着3DNANDFlash产能的快速增长,16nm2DNANDFlash的产量将逐步减少,而且二维闪存(2DNANDFlash)制程也将终结于16nm节点,闪存制造厂商将直接放弃二维闪存的技术研发。
由此二维闪存(2DNANDFlash)的市场也将与三维闪存(3DNANDFlash)脱钩,逐渐转变为利基型市场。
2018年,闪存制造厂商在96层和QLC技术创新上展现了激烈的竞争。
从NANDFlash的供给侧来看,全球主要的市场份额被三星占据,自2017年以来,三星、SK海力士、美光、东芝、英特尔和西部数据等都在实施其存储器研发和制造的扩产计划。
中国大陆的武汉长江存储器也紧锣密鼓地实施规模庞大的3DNANDFlash发展计划。
从需求端来看,随着IoT、车载系统及服务器等高端NANDFlash存储应用市场的蓬勃发展,NANDFlash芯片未来发展前景广阔。
Gartner及MachineResearch的研究报告指出,全球以工业4.0为基础的物联网设备数量将于2020年达到260亿个,更将带动全球市场产值达到1.2万亿美元,在高端市场方向,闪存将迎来新的发展契机。
NORFlash是目前市场上另一种主要的非易失闪存技术,读速度稍快于NANDFlash,具有非易失性,并且可轻易擦写。
从技术发展方向看,1988年Intel公司率先开发出NORFlash芯片,打破了EPROM和EEPROM占据市场的局面。
在功能机时代,手机对内存的要求不高,NORFlash更是凭借着NOR+PSRAM的XiP架构,得到广泛应用。
然而进入智能机时代,涌现了大量占据内存的APP,容量小而成本高的NORFlash逐渐被NANDFlash芯片取代,市场不断萎缩,甚至三星、镁光、CYPRESS等主要厂商都宣布退出NORFlash市场。
随后,随着苹果等系列公司对AMOLED屏幕的加速使用,用来做电学补偿的NORFlash也迎来了新的发展。
从供给侧来看,全球NORFlash的主要供应商集中于美国的赛普拉斯(Cypress)和美光(Micro),以及中国台湾地区的旺宏电子、华邦电子,还有我国大陆地区的兆易创新。
近年来,NORFlash市场越趋集中。
2015年美系大厂飞索(Spansion)宣布进入破产保护后,被赛普拉斯(Cypress)并购,产品逐步聚焦于车用电子市场。
加上美光(Micro)并购恒亿(Numonyx)、微芯(Microchip)并购超捷(ST),逐渐形成了当前的垄断局面。
随着我国大陆地区智能手机、物联网和车用电子对NORFlash的需求提升,推动了武岳峰基金出手收购美商矽成(ISSI);
兆易创新也将产品重心转向扩产NORFlash;
武汉新芯近年来也一直与飞索(Spansion)和赛普拉斯(Cypress)合作,成为国内最大的NORFlash制造企业。
从需求端来看,2018年,全球NORFlash的市场规模约为22亿美元。
近年来,在经历了被NAND取代致使市场萎缩的境况后,NORFlash企业市场需求迎来变化。
一方面随着AMOLED屏幕的普及率不断加速,作为其必须制造材料的NORFlash的市场需求增加;
同时NORFlash的热门应用智能音箱,也带来了强劲的市场需求。
多方向的市场需求带来了NORFlash厂商的迅速崛起,各供应商相继宣布扩产,抢占NORFlash市场。
以华邦电、旺宏为首的台湾厂商纷纷宣布扩大生产规模。
二、全球半导体行业整体情况
2018年,在世界经济增速放缓影响下,全球半导体产业发展也有所放缓。
2018年全球半导体市场增速为16%,市场规模达4778亿美元(2017年为4122亿美元)。
预测2019年上半年全球半导体产业将在2018年扩张放缓的趋势影响下有所放缓,下半年将逐渐回暖,市场规模将平稳扩大。
世界半导体技术也将从7nm推进到5nm的全新节点。
1、半导体行业的整体景气度:
全球经济环境影响行业水温,需求有望重回增长基调
根据美国半导体协会统计,2018年全球半导体市场销售总额突破4688亿美元,同比增长13.7%。
根据市场调研机构ICInsights的分析,全球经济增长状况与全球半导体市场起伏有较强相关性。
1992-2018年全球GDP总量增速和全球半导体市场增长率展现了明显的同步性。
结合宏观经济预测和近年来半导体行业的发展状况,四家世界著名市场调研机构对2018年全球半导体市场规模的统计数据和对2019年的预测如下:
作为半导体行业晴雨表的北美半导体设备出货量在经历了2017年的迅猛增涨后,2018年呈现平稳上涨。
根据国际半导体产业协会(SEMI)公布的数据,2018年北美半导体设备出货达278.66亿美元,较2017年北美半导体设备出货量255.97亿美元同比增长8.15%。
2019年一季度,北美半导体月出货量均呈现20%以上衰退,主要受Dram及NANDFlash价格仍看跌影响,内存厂资本支出计划谨慎保守,加上晶圆代工厂的新厂装机时间迟延到下半年,造成2019一季度设备出货金额创下逾两年来新低。
综合来看,预计2019年全球半导体市场规模有望继续扩张,但增速放缓。
从市场地域分布来看,2018年全球半导体市场仍主要集中在亚太地区(除日本),占比60.34%;
其次是美洲地区,占比21.97%;
欧洲地区占比9.16%。
根据WSTS在2019年月日发布的2017-2019年全球各主要地区半导体市场规模的统计数据,2018年全球各主要地区的半导体市场均有增长。
其中,美国半导体市场增长19.6%,成为全球半导体市场增长最快的地区。
欧洲增长了13.2%,日本增长了9.6%,亚太地区增长了16.0%,其中,中国大陆的集成电路产业规模为1235.2亿美元,增长率为12.9%。
对亚太地区半导体市场增长做出明显贡献。
根据WSTS的预测,到2019年美国半导体市场增长率将降至1.4%,欧洲1.9%,日本2.5%,亚太地区的平均增长率将降至3.1%,中国大陆仍保持16.2%的增速、但为近五年来最低,中国大陆将成为2019年全球半导体市场增速最大的地区。
2、全球半导体的主要厂商:
历史积淀打造重量级玩家,行业格局难以冲击
市场调研机构Gartner发布的2018年全球前10大半导体厂商排名表如下。
三星电子得益于DRAM内存芯片市场的发展,继续占据了排行榜榜首,而英特尔仍屈居第二位。
由于存储器市场的供需关系,SK海力士也保持了第三位。
博通、西部数据分别前进一位。
意法半导体则前进两名,一跃进入前十排行榜。
在2018年前10大厂商排名中后退的厂商主要有:
高通退后一位,排名第六位;
而东芝受PC市场萎缩影响,则由2017年的第八位跌出前十名。
从地区分布来看,在2018年全球前10大半导体厂商排名中,美国有6家厂商上榜,欧洲2家,韩国2家。
从厂商的企业类型来说,IDM型厂商有7家,Fabless型厂商3家(高通、博通和恩智浦)。
2018年全球前十大半导体厂商的合计营收为3780.45亿美元,较2017年全球前十大半导体厂商的合计营收3251.78亿美元增长了20%。
而2018年全球前十大半导体厂商的合计营收占全球半导体市场份额的79.3%。
设备厂商方面,2018年全球前10大设备厂商中,日本占5家,美国占4家,日本占1家。
其中应用材料仍占据第一位宝座,销售规模达140.16亿美元,但同比增速仅为6.5%,低于前十名平均增速;
第二位是ASML,同比增长30.9%,主要由于该公司在EUV设备的世界垄断地位。
材料厂商方面,产业垄断现象同样存在。
半导体材料市场主要分为晶圆制造材料和半导体封装材料两部分,其中三分之二为晶圆制造材料;
而从晶圆制造材料细分市场来看,其中硅片制造占市场比重最大。
根据SEMI统计,全球一半以上硅片产能集中于日本,2017年日本厂商信越、胜高分别以28%、25%的全球总份额占据硅片市场前两位,我国台湾厂商环球晶圆以17%的比例位列第三;
从总体上看,全球前五大硅片厂商市场占有率达94%。
3、全球半导体产业并购态势:
巨额并购不断涌现,地区监管障碍突显
历经2015和2016两年的全球半导体产业并购狂潮,2018年延续了2017年的平稳并购态势,且规模小幅缩减。
原因在于收购目标的减少与收购后面临的监管审查日益严苛,或买卖双方正在经历着漫长的讨价还价。
据ICInsights的报导,2018年全球半导体产业中并购交易总额为232亿美元,与2017年的281亿美元,相比小幅下滑,但远低于2015年的1073亿美元。
在2018年全球半导体产业已发生的并购案例共10多起,其中交易额在20亿美元以上的共3起,即(博通以190亿美元收购CA,然而并未算入本年度并购规模),微芯半导体以83.5亿美元收购美高森美,闻泰科技以38亿美元收购Nexperia。
其中微芯收购美高森美和文泰科技收购Nexperia两起并购案的交易额共达121.5亿美元,占2018年全球半导体产业并购交易总额的65%,占到了举足轻重的地位。
进入2018年后,随着AI技术进一步地迅猛发展,以增大AI业务为目的的收购事件越来越多,例如英特尔于2018年8月收购Vertex.AI。
今后一段时间内,随着人工智能和其他新兴技术的发展,类似的企业兼并收购预期会大量发生。
三、中国半导体行业整体发展情况
1、中国半导体的发展现状:
行业蓬勃发展,全球比重日渐加大
中国半导体市场占全球行业总体比重在逐年上升。
2017年亚太地区(除日本)半导体销售额全球占比为60.0%,达到2488亿美元。
从销售增速来看,亚太(除日本)地区在高销售额基数上依然保持快速增长,2017年年增19.4%。
在亚太区(除日本)中,中国大陆半导体销售额占全球的31%,2018年中国区销售额达1581亿美元,同比增长21.9%。
2017年中国已经成为全球最大的集成电路市场。
根据CCID的预测,2018年我国集成电路产品的市场规模为15119.8亿元,同比增长6.1%。
2019年我国集成电路产品市场规模将增长1.3%,达到15316.3亿元。
2020年我国集成电路产品的市场需求将提升至16449.7亿元,同比增长7.4%,2014-2020年平均复合增长率为8.8%。
2013-2018年我国集成电路产业高速发展,2018年我国集成电路设计业销售额为2519.3亿元,同比增长21.5%。
2018年芯片制造业销售额为1818.2亿元,同比增长25.6%;
封装测试业销售额为2193.9亿元,同比增长16.1%。
三类产业中,2018年芯片制造业增速迅猛的主要原因是受到国内芯片生产线满产以及扩产的带动,国内晶圆厂生产规模接近于五年最好水平,2018年国内已有6座12英寸晶圆生产线和4座8英寸晶圆生产线完成了新建和扩建投产。
2018年我国集成电路产业链结构中,设计业占比最高,占产业链整体的38.6%,比上年降低0.3个百分点;
芯片制造业占27.8%,比上年提高1个百分点;
封装测试业占比33.6%,比上年降低1.3个百分点。
2、中国半导体行业投资情况及政策支持:
半导体基建持续加大,国产化政策指向清晰
2019年是我国历史上首次,将5G、人工智能、工业互联网、物联网为代表的新型基础设施建设,定性为基建的重要内容,排列顺序甚至在城际交通、物流、市政基础设施等传统基建类项目之前。
基础设施建设通常是国家发挥投资杠杆作用,拉动内需促进经济增长的主要方式,此举充分表明我国未来基建投资的侧重点将更加倾斜科技产业领域,财政资金配套更加到位。
以5G、人工智能、工业互联网、物联网为代表的“科技新基建”将成为经济增长的重要引擎之一。
半导体产业是新基建的底层应用
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