2022年半导体行业研究报告
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导语
2020年,国内晶圆厂投建、半导体行业加大投入,大陆半导体设备市场规模首次在市场全球排首位,达到181亿美元,同比增长35.1%,占比26.2%。
来源: 国盛证券 作者:郑震湘、佘凌星
一、半导体:22年继续延续增长,重点关注平台扩张
背景三:美国并购文化盛行。由于美国众多知名科技公司历史已十分悠久,加持职业经理人文化等特点、标的公司对被公司被收购,在文化上羁绊较少。放眼国内,近年亦有利于并购的较佳土壤。(1)21H1中国国内并购市场活跃度达2018年以来的最高水平,良好环境有助于国内企业并购整合。2021年上半年中国的并购活动交易数量达到6177宗,与2020年下半年相比增长11%,创有史以来半年交易量的最高水平,其中国内战略投资并购交易量增长41%,私募股权基金和风险投资基金的交易也很活跃。(2)高科技领域并购交易活跃。剥离2020年几笔互联网公司私有化大额交易影响,2021H1交易金额大致环比持平。国家政策大力鼓励科技创新,技术升级数字化、半导体、AI领域投资活跃。另一个活跃领域是5G及相关,包括电子设备、数据中心、云计算、物联网等,在“流量+基建”的助燃中持续升温。我们认为博通通过并购路径得以成功平台化的关键原因在于:卓越战略、高效整合。成功关键一:战略上聚焦协同性强的细分市场龙头标的+有较大效率优化空间。公司半导体板块聚焦企业数字化基础设施市场的专用IC和模拟IC,客户粘性强、技术颠覆性低;软件板块聚焦企业数字化基础设施的tier1供应商,与客户关系紧密,替代性弱。2008~2018公司收购标的锁定在有线、无线、企业存储这几个自有主业所在细分市场的其他品类龙头。所有收购标的自身优质,且在产品组合上与公司产品重合度低但配套性强。另外,收购标的都是多业务线大企业,由于各类公司治理问题,EBITDA率在10%-25%,远低于安华高42%目标,经安华高运营的改造空间很大。2018年起,公司并购方向转向企业数字化基础设施软件领域,系原领域收购由于公司体量过大,易被美国政府因国家安全和反垄断等原因否决。成功关键二:大力裁撤部门或人员,削减成本、提高利润。博通在收购后常常立即进行重组,果断卖掉非核心业务和裁员,专注提升公司利润率。例如,收购LSI后,博通立即出售LSI企业级闪存和SSD控制器业务给希捷。收购原博通之后,随即5.5亿美元出售IOT业务部门。收购博科后,出售博科数据中心资产给极进网络(ExtremeNetworks),售价为5500万美元,Extreme将接手Brocade的数据中心的路由、交换和分析业务。而博科Ruckus无线和ICX交换机业务则作价8亿美元出售给Arris。1.3中国Fabless“含车量”进一步提升2021年,越来越多的设计公司推出车规级新品或在下游取得放量、份额提升,2022年中国IC设计公司“含车量”有望进一步提升。1.3.1智能化开启车载光学千亿大赛道特斯拉、蔚来等造车新势力走在技术前沿,引领智能汽车行业发展,作为智能汽车最引人瞩目的技术当属自动驾驶。环境感知是实现自动驾驶最关键的环节之一,环境感知的核心是传感器(sensor),目前主要的传感器分为两种,摄像头和雷达。区别在于摄像头是通过第三方****波(光)感知信息,而雷达是通过自己****波来感知信息。雷达根据探测距离、分辨率的不同,分为超声波雷达、毫米波雷达和激光雷达(LiDAR)。激光雷达具有测距远、分辨率高的优点,但价格昂贵;毫米波雷达体积小,天气适应性较强,成本较激光雷达低很多,主要分为24GHz和77GHz/79GHz,后者测距更远,制造工艺难度更大,其局限性在于对静止物体的分析精度不够;摄像头成本最低,但易受天气影响,且需要复杂的算法支持工作。根据Yole,2025年ADAS摄像头模组市场规模有望达81亿美元。国内车载摄像头2020年市场规模达到57亿元。根据中国汽车工程学会,国内ADAS市场渗透率在2020年预计达到40%,规模达到878亿元。根据高工智能汽车,车载摄像头市场规模2020年约为57亿元,毫米波雷达市场规模在2020年市场规模约为70亿元。出货量方面,盖世汽车研究院估算我国车载摄像头2020年出货量有望突破4400万颗。智能汽车迭代升级势不可挡,汽车为未来CMOS图像传感器高增速市场。车载摄像头最初主要应用在倒车系统中,随着5G商用落地以及ADAS(AdvancedDrivingAssistanceSystem,高级驾驶辅助系统)快速普及,汽车加速智能化步伐,感知技术作为自动驾驶技术发展的一大核心,催化车用图像传感器迎来量价齐升。根据Omdia,预计2020-2030年,汽车摄像头及工业视觉将成为图像传感器增速最快的两大下游领域,其中汽车十年间年均复合增速预计将能达到近20%之高。自动驾驶平台拾级而上,在算力上为更多摄像头的搭载创造土壤。由于自动驾驶可通过视觉感知+算法决策来实现,自动驾驶芯片决定了处理图像信息数据能力的上限,进而决定了搭载摄像头数量的上限,我们梳理主流自动驾驶平台升级迭代情况可以发现,自动驾驶芯片由L2向L5自动驾驶级别加速进化。以英特尔MobileyeEyeQ系列芯片为例,从EyeQ1到EyeQ5,单颗芯片的浮点运算能力从约0.0044TOPS提升至12TOPS,可支持的摄像头数量从1个提升至10个,下一代EyeQ6平台支持的摄像头数量可进一步提升至12个。造车新势力摄像头配备更加激进,有望加速CIS上车进程。造车新势力在推动技术变革上一向表现出更加积极地姿态,与传统车企渐进式提升自动化水平不同,蔚来等造车新势力多采用“一步到位”的技术发展路线,跳过L1、L2级,加速推进L3、L4车型量产上市,自然的,其在自动驾驶传感层的上也领先一步,率先“安排”更多数量摄像头“上车”。从统计情况来看,同为L3级别的奥迪A8和奔驰S配备摄像头分别为5及6个,而“造车新势力”特斯拉、蔚来、理想、小鹏的L2+级别自动驾驶汽车配备摄像头数量大都在8个以上,蔚来最新发布的L4级别豪华车型ET7搭载11颗800万像素摄像头,索尼概念电动车Vision-S更是搭载了18个摄像头。车载CIS呈现出向高分辨率发展的趋势,价值量有望不断提升。L1-L2低水平的智能汽车对CIS的分辨率要求并不高,而随自动驾驶等级提升,汽车所承担的驾驶任务更加复杂,无论从功能还是安全方面考虑,都需要其能够实现更高的物体辨识准确度,这意味着汽车要采用更高分辨率的CIS。根据TSR,目前VGA和200万像素CIS仍为车用CIS出货的主流,但未来200万像素及以上CIS占比将加速提升,预计至2023年200万像素和500万及以上像素CIS出货量将分别达到10.42亿颗和1.54亿颗。长期来看,自动驾驶为汽车行业发展大趋势且应用推广不断加速,车载CIS为潜在百亿美元大市场。目前汽车图像传感器均价约为4-5美元,类比手机市场发展趋势,我们认为未来车载摄像头高端化也将能带动CIS价值量逐渐提升。根据我们测算,2020年全球汽车CIS市场规模为12.2亿美金,到2025年有望达到54亿美金,CAGR34.7%。长期来看我们假设每年全球汽车产量在8000万到1亿辆之间,未来汽车平均搭载13个摄像头的情况下,CIS单车价值量有望超过100美元,推算下来,全球汽车图像传感器市场空间将达到近100亿美元!1.3.2智能化驱动车用存储迅速增长WSTS预计2021年全球存储市场增速37.1%,规模达到1611.1亿美金。根据WSTS,存储市场是2021年和2022年全球半导体市场中增速最快的领域,2022年将同比再增长18.4%达到1907.7亿美金。下游应用来看,根据TrendForce和Omdia,数据中心、智能手机、PC三大领域合计占比超过80%。产品种类上,根据ICInsights,DRAM约占市场份额的53%,NAND和NOR合计占比45%。存储市场集中度较高。受行业强周期性及高额资本开支影响,存储行业市场集中度较高。根据Omdia和Yole,2008年三星、SK海力士和美光的DRAM合计市占率约60%,而到了2020Q4这三者合计市占率已达到约94.4%。NAND市场2020Q4前五家市占率合计约90.8%,若考虑Intel已将闪存业务出售给SK海力士,前五家市占率达到98.7%,竞争格局也进一步集中。DRAM追求更细线宽。DRAM的技术发展路径是通过制程微缩来提高存储密度,制程达到20nm之后,制程微缩难度大幅提升,内存芯片厂商对10nm级别的产品以1X(17~19nm)/1Y(14~16nm)/1Z(11~13nm)命名,指第一代、第二代、第三代技术,以及第四代1α(约10nm)和未来1β/1γ/1δ。目前市场上DRAM的应用较为广泛的制程是2Xnm和1Xnm,三星、美光、海力士等巨头厂商均已开发出1Znm制程的DRAM。2021年上半年美光率先推出了1αnm移动DRAM,与上一代1z产品相比,内存密度提高了40%,节能15%,且继续沿用了DUV光刻技术。SK海力士采用EUV光刻技术生产第四代1αDRAM。NAND朝多层化发展。NAND闪存从2D发展到3D。2010年以前,在同一区域中实现更多的单元数量,更小的工作区栅级,增大存储容量是2DNAND技术发展焦点。受限于精细图案结构,且储存数据会随时间推移而丢失导致使用寿命缩短,技术路径走到尽头。3DNAND应运而生,3D-NAND结构通过三维堆叠中层数的增加,存储容量变大,因此3DNAND的核心技术是实现更多的层数的堆叠。美光176层3DNAND于2020年底批量出货,采用美光第五代3DNAND技术和第二代替换栅极架构。国内长江存储已经量产64层/128层基于Xtacking架构的两代闪存颗粒,正在向192层的第三代3DNAND存储芯片迈进。TrendForce预计到2024年车用存储将占到DRAMbit总市场的超过3%。车用存储主要包括信息娱乐、ADAS、远程信息处理和仪表盘系统四大类。其中信息娱乐应用程序对DRAM容量的要求最高,且与ADAS相比,信息娱乐系统产品对供应商的准入门槛相对较低,因此目前市场发展迅速,是短期内汽车存储需求的主要驱动力。自动驾驶、车辆网等将使汽车产生和传输的数据量爆发式增长,从而驱动车用存储中长期需求增长。恩智浦预计,到2030年单车每天产生的数据量达到10-12TB,是2020年单车每日产生数据量的超过200倍。随着自动驾驶技术的发展,TrendForce预计所有车用DRAM需求合计有望从2019年的占到全球DRAMbit消费的1.8%提升到2024年的超过3%。尽管汽车电气架构在朝着集中化发展,但综合安全、成本等考量,动力域、底盘域、座舱域/智能信息域、自动驾驶域和车身域可能需要不同的存储解决方案。例如IT为工业级温度范围-40-85℃,AIT为汽车级工业温度范围-40-95℃,性能是汽车级性能,产品价格不一定高于IT级产品。车用娱乐导航系统并不一定必须使用车规级产品,但对安全性能要求高的例如自动驾驶域来说,可能需要温度范围-40-105℃的AAT汽车级产品甚至是-40-125℃的AUT级产品。智能座舱提升对存储的需求。目前的车载信息娱乐系统大多数由一颗SoC同时控制仪表、中控娱乐及其他娱乐屏幕。从恩智浦i.MX8电子座舱示例可以看到,其一个处理器控制了仪表、中控显示及抬头显示等所有图像和显示的处理。但由于不同系统等级要求不同,仪表需要实时操作且注重安全性,中控娱乐更看重灵活应用且随着智能化升级。当前主流的汽车信息娱乐系统只需要约1-2GB的DRAM,应用程序仍然比较基础。随着信息娱乐系统向更高的图像质量和视频高比特率发展,4GB甚至8GB容量的DRAM也已经在开发中。此外,由于汽车信息娱乐系统是近距离观看,视频比特率必须足够高从而最大限度地减少延迟。因此信息娱乐应用的DRAM规格正逐步从2/4GB的DDR3发展到8GB的LPDDR4,以满足高数据传输速度和带宽。自动驾驶等级提升,产生的数据量骤增。以2021款搭载SAE2+自动驾驶级别的奥迪A8为例。其传感器包括5个摄像头(一个前置摄像头和4个360度环境摄像头)、5个雷达(前置长距离雷达和4个中程侧辅助雷达和一个后辅助雷达)、12个超声波传感器和一个前置LiDAR。根据IDC估计,2级以上的车辆每小时可以产生3.9TB的数据,如果存储30秒的数据,将需要32GB的存储空间。SK海力士预计2030年ADAS对NAND的容量需求可达2020年的20倍以上。大容量NAND闪存模块在汽车应用和系统中的重要作用体现在,1)发生事故时实时捕获某些传感器的数据并将其永久存储在内存中至关重要;2)ADAS的自适应功能(如自动打开大灯、调节行驶速度、启动紧急制动、提醒驾驶员注意周围的车辆)等功能,均需要用到非易失性存储;3)信息娱乐系统同样需要即时存储,保证在断电时信息不会丢失。UFS逐步替代eMMC是车用闪存的发展趋势。eMMC是基于NAND发展而来的存储解决方案,是MMC协会订立的内嵌式存储器标准规格。随着NAND从SLC、MLC发展到TLC,密度和存储单元容量不断提升,出错率也随之增加,因此通常需要搭配高性能控制芯片来管理NAND(包括协议、坏块处理、错误探测/错误更正、数据存取等功能),eMMC可以理解为将NAND+控制IC+标准接口封装在一起的结构,更方便使用者使用。UFS采用串行数据传输技术,工作模式为全双工模式,同一条通道允许读写传输,而且读写能够同时进行,传输效率效率提高。UFS在数据传输速度上远优于eMMC,应用于车载则体现在开机速度快,文件读取速度快,从而带来更好的用户体验。1.3.3计算与控制:国产MCU放量在即计算及控制芯片作为汽车的核心,对于汽车的运行起着重要作用。随着汽车电动化和智能化升级,控制汽车各功能的ECU数量持续增加、性能面临瓶颈,电子电气架构由传统的分布式向集中式演进,原本的多个ECU控制的架构升级为可以将整车划分为车辆控制(动力总成、车辆安全、车身电子)、智能座舱和智能驾驶三个域。域控制ECU功能较之前ECU更集中,因此对主控芯片的性能要求不断提升。车辆控制域仍以MCU为主,其中32位MCU在车载市占率超过75%,智能座舱和智能驾驶两个系统,主控芯片逐步由原来的CPU过渡到异构式SoC芯片成为主流。电子控制单元(ECU)——汽车电子控制系统的“大脑”。ECU是汽车电子系统中用于控制电气、电子系统的嵌入式系统,通过对传感器输入信号进行分析处理,使执行器按照控制目标进行工作。典型的电控单元包括发动机控制器(ECM或ECU)、动力总成控制器(PCM)、传动系统控制器(TCM)、制动控制器(BCM)、中央控制器(CCM)、车身控制器(BCM)等。
ECU数量持续增加、性能面临瓶颈。过去汽车电子化程度的提升主要体现在单车ECU数量的快速增加带来功能丰富。根据恩智浦及佐思汽研,2018年汽车平均ECU达到25个,高端型号平均达到50-70个,奥迪A8单车ECU数量超过100个。ECU在车载网络中并非孤立存在,各个ECU之间需要交换信息,例如仪表需要发动机输出的转速信号才能正确地显示当前转速。ECU数量的增加导致车载网络规模增加,车载网络已成为发动机之后第二重的组件。未来智能驾驶等新功能的加入,将在目前已经超过5千米的线束基础上带来布线复杂度、功耗及成本的大幅提升,对汽车轻量化、电动化带来巨大挑战。汽车电气架构革命有望突破瓶颈支撑复杂功能需求。汽车电气结构由分布式走向域控制器再到中央集中式,是突破分布式架构ECU性能瓶颈、实现更多功能甚至软件升级的一种可行方法。传统分布式架构一个ECU对应一个或少数几个功能,通过CAN等总线技术连接。而域控制器架构对ECU框架进行优化,典型的架构依据汽车电子部件功能将整车划分为动力总成、车辆安全、车身电子、智能座舱和智能驾驶等几个域,用多核CPU/GPU芯片较为集中的控制每个域,从而为更复杂的功能提供支撑。以博世、大陆、安波福等为代表的Tier1厂商都将电气架构集中化作为技术发展路径。自动驾驶、娱乐系统域控制器竞争激烈,车辆控制域解决方案仍以MCU为主。大众MEB平台、宝马、伟世通等厂商提出的车辆控制域、智能驾驶域和智能座舱域三域集中式电气架构是域集中式非常彻底的方案。其中,车辆控制域基本将原动力域、底盘域和车身域等传统车辆域进行了整合(主要指系统层面,硬件层面仍需要多个ECU控制);智能驾驶域和智能座舱域则专注实现汽车的智能化和网联化。目前行业中解决方案较多集中于智能驾驶和智能座舱域,主要原因是其相较底盘和动力控制系统技术门槛低。而底盘和动力域控制器不仅技术难道较高,且存在传统供应链中的供应商利益冲突,因此进展较慢,难度更高,因此动力域解决方案通常由极个别龙头供应商带头或整车厂自研。国内车用MCU前景广阔。随着汽车市场转向智能化、网联化,对MCU的性能、安全性、可扩展性、可更新和升级、连接、低功耗都提出了更新的要求,我们从单车拆分统计,综合考虑安全应用、车身控制、动力系统、电池组方面的需求,估算整车MCU用量约为36~54颗,考虑到车规级芯片单价一般较高,以单颗芯片3至10美金计算,整车MCU价值量约为100至500美元。我们按照2020年中国乘用车2770万辆计,智能驾驶渗透率50%测算,仅中国智能驾驶车用微控制器市场就将达到13.8亿至69.25亿美元。芯片、软件是域控制器的灵魂。域控制器作为未来汽车架构中的“指挥者”,需要靠芯片、软件、算法等结合实现功能。域控制ECU由于功能较之前ECU更集中,因此主控芯片也将由原来的CPU过渡到异构式SoC芯片成为主流。软件方面,域控制器架构需要嵌入式操作系统,实现对芯片、传感器等硬件的控制,相比传统功能单一的ECU控制程序,嵌入式操作系统更为复杂,更类似于例如智能手机的操作系统。GPU是专注于图像和图形相关运算工作的微处理器。从结构上看,CPU更擅长逻辑控制,只有一小部分是用来计算的(ALU),而GPU的控制电路相对简单,更多的晶体管用来运算,GPU的结构使它更适合做一些大运算量的重复工作,且更容易组成大的集群。FPGA拥有软件的可编程性和灵活性,兼具硬件的并行性和低延时性,在上市周期、成本上也具有优势。ASIC在吞吐量、延迟和功耗单个方面都是最优秀的。智能座舱SoC:瑞萨、恩智浦、TI在车载控制及运算领域的MCU和低算力SoC领域积累深厚,因此过渡到智能座舱后三者仍具有相当的竞争力。英特尔收购Mobileye后在自动驾驶领域实力倍增。高通、三星、英伟达凭借在手机及其他消费电子领域的技术储备快速切入智能座舱芯片市场。国内华为、地平线推出的智能座舱芯片也已应用于量产车型中。二、全球设备市场高度景气,国产厂商快速崛起2.1国内设备厂商快速成长,订单需求饱满2021Q3国内设备企业保持快速成长,国产替代持续深化。设备行业核心公司(中微公司、北方华创、至纯科技、精测电子、长川科技、晶盛机电、华峰测控、万业企业、芯源微,由于万业企业当前报表主营收入主要非半导体业务,此处计算刨除)2021Q3营业收入67亿元,同比增长55%;归母净利润13亿元,同比增长63%。设备行业持续处于高速增长,国产替代空间快速打开,国内核心设备公司成长可期。2021Q3研发费用合计6.8亿元,研发费用率约10%。设备厂商合同负债持续增长,在手订单充裕。2021Q3,设备板块主要公司合同负债合计达到105.3亿元,同比增长79%。其中,北方华创合同负债高达55亿元,同比增长134%。2.2北美设备出货再创新高,海外设备龙头展望乐观2021年11月北美半导体设备出货再创历史新高。我们认为北美半导体设备厂商月销售额对于全球半导体行业景气度分析、全球半导体设备市场跟踪具有重要意义。2021年1月以来北美半导体设备厂商月销售额首次突破了30亿美元关口,创历史新高的同时站稳30亿美元以上的位置。2021年11月北美半导体设备商出货金额达到39.14亿美元,再次创历史新高(前高2021年7月),同比增长50%。全球设备五强占市场主导角色,合计市占率超过70%。全球设备格局竞争,主要前道工艺(刻蚀、沉积、涂胶、热处理、清洗等)整合成三强AMAT、LAM、TEL。另外,光刻机龙头ASML市占率80%+;过程控制龙头KLA市占率50%。根据VLSI,ASML、AMAT、LAMResearch、TEL、KLA五大厂商2020年半导体设备收入合计550亿美元,占全球市场约71%。全球半导体设备核心公司快速增长。2021Q3,全球前五大半导体设备厂商(ASML、AMAT、LRCX、TEL、KLAC)半导体设备收入合计达到211亿美元,同比增长36%。本轮半导体设备周期在2019Q2触底,从2019Q4进入快速增长,核心半导体设备公司收入合计增速连续8个季度超过双位数增长。并且考虑到2020H1开始的疫情冲击下,设备厂商上游零部件供应、机器发货受影响,实质上订单增长超过收入增长,需求旺盛,在手订单明显增加。ASML:光刻机龙头,累计在手订单较多。2021Q3营业收入52亿欧元,同比增长32.4%。净利润为17.40亿欧元,同比增长63.8%。毛利率51.7%,营业利润率为36.6%,净利润率为33.2%。2021Q3设备销售额41亿欧元,新增订单量62亿欧元,包括29亿欧元EUV订单。第三季度订单主要由Logic推动,占到84%,而Memory则占剩余的16%。ASML预计2021Q4营业收入约49~52亿元。AMAT:短期收入受限于供应链影响,乐观展望2022年市场需求。2021Q3收入61亿美元,同比增长31%;净利润17亿美元,同比增长51%。毛利率48%,营业利润率33%。公司受限于供应链短缺,影响2021Q3单季度约3亿美元收入。截止2021Q3末,公司累计订单达到118亿美元,同比增长77%。2021Q4收入环比指引提升3%。AMAT乐观展望2022年设备市场继续成长,AMAT跟踪目前全球59个晶圆项目合计约350万片/月的产能,潜在设备采购需求高达3000亿美元。LamResearch:营业收入创新高,展望2022年需求依旧强劲。21Q3公司营业收入43.04亿美元,环比增长3.84%;EPS为8.27美元,环比增长3.63%。21Q3公司毛利润率为46%,营业利润率为32.4%。21Q3公司在中国大陆的营收占比为37%。公司预计2021Q4营业收入为44亿美,毛利率46%,营业利润率32%。公司预计2022年WFE需求旺盛,仍将继续增长。2021Q3,KLAC营业收入20.8亿美元,同比增长35%;净利润10.7亿美元,同比增长154%。公司指引2021Q4营业收入22.25~24.25亿美元,毛利率60.2~62.3%。KLAC预计2022年WFE市场仍然会保持强将增长。2.3国内设备产品力持续提升,打开国产替代空间2020年中国大陆成为全球最大半导体设备市场。根据SEMI,大陆设备市场在2013年之前占全球比重为10%以内,2014~2017年提升至10~20%,2018年之后保持在20%以上,份额呈逐年上行趋势。2020年,国内晶圆厂投建、半导体行业加大投入,大陆半导体设备市场规模首次在市场全球排首位,达到181亿美元,同比增长35.1%,占比26.2%。大陆设备市场空间仍有望进一步增长。大陆厂商国产化率目前较低,且份额有望实现快速提升。国内刻蚀厂商加速导入。跟踪国内晶圆厂主要招投标数据,刻蚀设备需求工艺类别较多,绝大多数由海外龙头厂商供应,国内龙头公司北方华创、中微公司、屹唐半导体处于加速导入过程。以长江存储、华虹无锡、华力集成的招投标数据进行分析,这三家晶圆厂的刻蚀环节上,国内设备产线的国产化率(以机台数量计算)平均约为20~30%。根据招标网的数据统计,长江存储在2019~2020年采购薄膜类设备约每年200多台(主要是CVD和PVD),主要类别以CVD为主,其中原子层沉积70~80台。从国产替代率而言,溅镀(PVD类)北方华创供应数量比重较高,合计达到将近20%;CVD类国产替化率较低,主要国产供应商沈阳拓荆供应占比约2~3%。我们以截止2021/06的华虹无锡、华力集成的公开招投标数据进行分析。华虹无锡项目累积中标薄膜机台100多台,其中国产设备13台(北方华创5台钛、氮化钛、氮化钽和铝铜类的PVD,沈阳拓荆8台PECVD);华力集成项目累积中标薄膜机台约90多台,其中国产设备6台(北方华创2台溅射类PVD设备、沈阳拓荆4台PECVD)。国内龙头存储晶圆厂项目中,过程控制设备国产化率低于10%。根据公开招投标信息统计,截止2021/06,长江存储项目累计中标过程控制类设备约350台,其中国产设备累计约14台。上海精测中标6台集成式膜厚设备;中科飞测中标1台晶圆表面凹陷检测系统、5台光学表面三维形貌量测设备;睿励科学中标1台介质薄膜测量系统。KLA的设备机台数量占总数量约26%,中标数量约93台,覆盖将近40种量测、检测需求。根据招投标信息梳理,除了上述国内龙头存储晶圆厂项目之外,在逻辑代工领域,睿励科学在2019年中标1台膜厚设备,中科飞测在2020年中标1台膜厚测试、1台缺陷检测。除此之外,公开招投标项目中较少见到国产机台。过程控制市场仍主要以海外厂商作为主导。离子注入由海外龙头主导,国内厂商实现突破。根据Gartner数据,全球离子注入企业前三大分别是应用材料、日本SMIT、美国Axcelis,前三家全球市占率合计达到95%。国内集成电路离子注入设备厂商目前规模最大的两家分别是凯世通和中科信。凯世通的主要产品包括低能大束流离子注入和高能离子注入设备,2020Q4的商业订单,在2021H1已将首台低能大束流离子注入机交付国内一家12英寸主流集成电路芯片制造厂,完成设备验证工作并确认销售收入;1台低能大束流重金属离子注入机和1台低能大束流超低温离子注入机已交付客户;高能离子注入机设备按客户交付计划进行组装。同时在2021H1,公司新增与国内另一家12英寸芯片制造产线的公司签署1台低能大束流超低温离子注入机和1台高能离子注入机订单。三、材料:国产替代开启,替代厂商已冒头3.1受益晶圆厂扩产及制程升级,带动材料需求持续增长2021年半导体市场规模超预期增长,且未来随着晶圆厂逐步投产,行业产值有望在2030年超过万亿美元市场。根据SEMI在近期的新闻发布会,2021年全球半导体产值有望超过5500亿美元,达到历史新高,且在2022年根据SEMI对于行业资讯机构的统计,平均对于2022年的增长预期将达到9.5%,即2022年市场规模有望突破6000亿美元(此为平均值)。此外随着全球8寸及12寸晶圆新产能逐步的在2022年至2024年的投放,至2024年全球将会有25家8寸晶圆厂投产,60座12寸晶圆厂投放。随着该85座晶圆厂的投放,至2030年全球半导体晶圆市场将有望达到万亿美元市场,实现年复合增长率约7%。半导体材料–硅片,有望受益整体Capex支出及晶圆逐步投产,市场规模加速增长。随着全球半导体行业的Capex支出提升、晶圆厂逐步的投产,我们认为作为半导体行业基石的硅片材料将迎来加速成长的趋势期,至2022年有望较2021年继续增长6.8%,达到641亿美元的市场规模,其中晶圆制造及封装材料分别为413和228亿美元。在全球半导体材料的需求格局之中,中国大陆从2011年的10%的需求占比,至2019年已经达到占据全球需求总量的16.7%,仅次于中国台湾(21.7%)及韩国(16.9%),位列全球第二。随着整个半导体产业的持续增长,以及中国大陆不断新建的代工产能,我们有望看到中国大陆半导体市场规模增速将会持续超越全球增速的同时,攀登至全球需求第一的宝座。下游晶圆厂整体产能增长,叠加制程升级,半导体核心晶圆制造材料有望进入量价齐升的增长趋势。根据ICInsight的统计及预估,在不包含三星、英特尔等IDM类型晶圆代工市场而言,2020年纯晶圆代工市场或实现了约19%的增长,达到了677亿美元的市场规模,是过去多年以来最高的增速幅度。而随着5G带来的硅含量渗透的景气及需求的爆发,未来市场预计将持续增长,至2024年IDM+Pure-PlayFoundry将会有合计约1075亿美元的市场规模。此外不仅市场规模在不断的提升,看到全球12寸晶圆的产能的增长情况,在2019年全球12寸晶圆的产能超过540万片/月,至2024年之时,全球12寸晶圆产能将会超过720万片/月。全球半导体制造商在2020年至2024年将持续提高8寸晶圆厂产能,预计增加95万片/月,复合增速将达到17%,至2024年将会达到660万片/月的最高记录。而这其中,中国占据大多数产能,在2021年已经达到了18%,在未来的产能不断扩张的情况下,有望占比持续提高。此外看到ICInsights对全球半导体厂商Capex支出的统计,2021年预计整体Capex支出在15200亿美元,达到了历史最高水位,其中Foundry(代工)占35%,对应530亿美元的Capex支出;至2022年及后续几年,随着产能的逐步投放,但是Capex支出持续,根据Omdia的统计,2022年至2023年的Capex平均值也同样超过1160亿美元(2021年Omdia预计约为1260亿美元)。从全球角度我们看到了晶圆产能无论是8寸或者12寸均处于高速增长的趋势之中,再聚焦至中国大陆的晶圆产能增长情况来看,更是呈现了较全球产能增长更高的增速,这也将给国产半导体材料带来更大替代契机以及可渗透空间。根据集微网对中国晶圆厂的产能统计与梳理,在2021年年中,中国8寸晶圆及12寸晶圆产能分别约为74万片/月和38.9万片/月;而至远期中国的规划全部建成并投产后,中国内资8寸及12寸产能有望分别达到135万片/月和145.4万片/月,分别实现82%和374%的增速,而这也将带动中国内资市场对于硅片的需求的大幅提升。全球芯片制程节点对应收入占比持续提升。我们根据Sumco的数据统计,在全球半导体产值中,按照不同制程节点进行占比分布可以看到,从15Q1至21Q1的28nm及其以下制程占比,从47%增长至74%。以光刻胶为例,看到中国半导体光刻胶市场,在2015年光刻胶市场约为17.8亿元,而至2020年中国半导体光刻胶市场整体已经增长至约27.4亿元,且至2021年有望达到整体31亿人民币的市场规模。中国市场半导体光刻胶市场在2019年至2021年的增速持续走高的核心原因我们认为是中国半导体晶圆代工的产能增速迅猛,因此给中国大陆市场带来个更大的增速。看到中国/全球晶圆厂的扩产,以及制程及晶圆尺寸带来的价值量变化,因此我们判断随着中国及全球的晶圆产能持续扩张,以及集成电路制程的不断提升,中国IC光刻胶市场有望向着100亿人民币规模发展,并且我们认为中国半导体晶圆制造的核心原材料都将会有类似的增速。3.2硅片、光刻胶、CMP持续突破,进步飞速,多点开花3.2.1硅片:12寸硅片或将供不应求,行业景气度将迎数年上行周期由于半导体行业与全球宏观形势紧密相关,全球半导体硅片行业在2009年受经济危机影响,出货量与销售额均出现下滑;2010年智能手机放量增长,硅片行业大幅反弹;2011年-2016年,全球经济复苏但较为低迷,硅片行业易随之低速发展;2017年以来,得益于半导体终端市场需求强劲,半导体市场规模不断增长,于2018年突破百亿美元大关。至2020年全球半导体硅片的收入已经达到112亿美元的规模,且至2021年出货量有望也达到了143亿平方英寸。2008年至2013年,中国大陆半导体硅片市场发展趋势与全球半导体硅片市场一致。2014年起,随着中国半导体制造生产线投产、中国半导体制造技术的不断进步与中国半导体终端市场的飞速发展,中国大陆半导体硅片市场步入飞跃式发展阶段。2016年-2020年,中国半导体硅片销售额从5.00亿美元上升至13.5亿美元,年均复合增长率高达41.17%。中国作为全球最大的半导体终端市场,未来随着中国芯片制造产能的持续扩张,中国半导体硅片市场的规模将继续以高于全球市场的速度增长。全球硅片行业或即将进入供不应求,行业供需紧平衡或将推动半导体硅片涨价潮。我们根据全球前三大的硅片供应商SUMCO在21Q3法说会材料可见,全球硅片的供需关系在2021年达到了正好平衡的状态,供给与需求之比为98%;然而硅片行业扩产周期较长(新扩产周期平均超过2.5年),且海外前五大硅片供应商的扩产均在2020-2021年推出,然而全球半导体晶圆产能的增长却是逐季增长,因此我们认为全球的硅片需求或将在未来的3年~5年内进入紧缺的通道。而供需不平衡的基础上,我们认为短供的硅片有望进入涨价周期,且维持3-5年的时间长度,带动硅片行业的景气上行。3.2.2光刻胶:国产替代拉开序幕,行业加速爆发成长整体来看,全球光刻胶行业主要被JSR、东京应化、罗门哈斯、信越化学、及富士电子材料占据,前五大家占据了全球光刻胶领域的86%;如若聚焦到全球半导体用光刻胶领域,前六大家(主要以日本为主)实现了对于市场的87%的占据。而半导体国产光刻胶的发展速度远远慢于其他产业,原因在于:1.光刻胶的验证周期长。光刻胶批量测试的过程需要占用晶圆厂机台的产线时间,在产能紧张的时期测试时间将会被延长。测试的过程需要与光刻机、掩膜版及半导体制程中的许多工艺步骤配合,且成本极高。通常半导体光刻胶验证周期为2-3年。但验证后便会形成长期供应关系,甚至在未来会推动企业之间的联合研发。2.原材料成膜树脂具有专利壁垒。树脂的合成难度高,通常光刻胶厂商在合成一种树脂后会申请相应的专利,目前树脂结构上的专利主要被日本公司占据。3.光刻胶产品品类多,配方需要满足差异化需求。根据产品需求来调配适合的树脂来满足差异化需求对于光刻胶企业是一大难点,也是光刻胶制造商最核心的技术。随着中国半导体光刻胶逐步突破技术壁垒,实现部分产品种类上对于海外领先者们的替代;此外,随着中国晶圆厂不断扩产新线,我们有望看到中国光刻胶企业产品加速导入新产线,从过去的Baseline规则的追逐者向着Baseline制定者的身份转变,在巨大的国产替代空间内实现成长的巨大动力。此外光刻胶行业我们也看到了例如彤程新材这类的做行业垂直整合的公司,将进一步的推动中国国产半导体光刻胶全产业链的国产化及自主可控,而行业的垂直整合也将为公司带来研发及利润率的加速及提高,正向循环的推动这一细分材料的国产化。3.2.3CMP:去美化+国产化已初成型,有望进入收入利润高速爆发期CMP抛光材料主要包括抛光液、抛光垫及其他,在CMP材料中分别占据了49%、33%。但是美国厂商在该两个最重要的材料之中占据了巨大的供应方面的市场份额:此外CMP环节(抛光液、抛光垫等)均和上述光刻胶相同,受益于下游晶圆厂扩张带来的需求增长,并且在CMP环节,随着制程的提升,对于CMP工序需求同样在大幅提升。从2D至3DNAND的升级之中,CMP抛光步骤根据Cabot的测算,抛光步骤也从原来的6.4提升至13.6,超过100的步骤增长;另一方面对于逻辑芯片制程的提高,单片晶圆的抛光次数也从28nm所需的约400次提升至5nm的超过1200次。而对于CMP抛光垫和抛光液均属于日常耗材,故随着CMP步骤以及抛光次数的增长。因此我们根据中国材料联盟及CMP环节成本占比进行测算,中国至2021年市场抛光液和抛光垫市场分别达到了19.3和13.0亿元,而随着未来中国晶圆厂及制程升级带来的推动,我们预计中国远期抛光液及抛光垫市场有望分别达到60-75和40-45亿元的市场规模。3.3国产材料全面开花,未来空间巨大国产材料进展飞速,增速巨大,国产化进度拭目以待。以下我们摘录了部分电子半导体材料厂商的电子材料营收综合来看,综合来看至2021年上半年(或21Q3),以下半导体材料厂商的营收均呈现了爆发式的增长。我们认为这就是中国半导体材料行业技术及工艺积累到位,以及下游扩产推动,和国产化加速的三方努力之下的成果,助力中国半导体材料行业各类厂商的蓬勃发展。同时我们统计了以下各个厂商在Wind一致预期下的收入预测总和(或按照半年报/三季报数据线性外推),2021年以下厂商大致收入总和约为95亿元人民币,较2020年收入总和(67.7亿元)增长约40%,增速巨大。此外再考虑到其他未收录的非上市公司及上市公司,我们展开乐观假设:中国2021年有着电子半导体材料营收规模150亿人民币(更多的为中低端产品,高端产品仍然在持续突破及替代),在当前2021年600亿美元的全球市场之中也仅仅5%不到的替代率;在中国所需的产值约114亿美元(对应19%的全球需求)的市场需求中,也仅占了20%,因此可以看到中国无论是在中国或者全球市场之中,均有着巨大的国产化空间。除了以上我们节选的部分半导体及电子材料厂商对于中国卡脖子关键材料的替代以外,还有众多A股上市公司在努力的投入研发力量致力于更多材料的国产化。无论是成本占比最大的半导体硅片,再到被美国高度垄断的CMP(抛光液及抛光垫)材料,均都实现了一定的技术突破,在不同的实现果实的收获。四、制造:晶圆厂继续上行,新能源时代功率产业快速增长4.1晶圆厂展望持续上行,行业盈利能力提升台积电:盈利能力持续提升,先进制程贡献大三季度营收贴近指引上限,盈利水平环比再提升。21Q3以美元计公司营收148.8亿美元(指引146~149亿美元),同比增长22.6%,环比增长12.0%;以新台币计,公司21Q3营收4146.7亿新台币,同比增速16.3%,环比增速11.4%。21Q3净利1562.6亿元新台币,同比增长13.8%,环比增长16.3%。Q3毛利率51.3%(指引49.5%~51.5%),环比提升1.3%,营业利润率41.2%(指引38.5%~40.5%),环比提升2.1%,净利率37.7%,环比提升1.6%。台积电预计Q4营收154~157亿美金,中值qoq+4.5%;2021全年美元计营收+24%,各应用领域将有全面增长。长期看,5G,HPC(高性能计算)相关应用需求强劲,包括手机,高效计算,IoT,汽车等。台积电展望Q4毛利率51~53%,中枢52%;全年50%+,系N5稀释及汇率影响;长期可实现≥50%毛利率。Q4营业利润率39~41%公司预计资本开支2021全年300亿美元,产能2021~2022都将紧张。5G,HPC长期驱动行业高景气,疫情加速数字化转型,台积电预期2020-2025年营收CAGR接近指引(10~15%)上限。公司将持续与客户合作协同产能,提价公司价值及ASP。另外,考虑疫情和地缘政治影响,台积电预计客户及供应链H2会稳步提高存货至高于历史水平,保证供应链安全。台南N5/N3需求强劲故预计继续扩产;美国Arizona12寸厂计划2022H2设备搬入,一期5nm20kwpm24Q1量产,不排除二期建设可能;国内南京目前16nm25kwpm,计划增加28nm产能以满足客户特殊工艺需求,2022H2开始量产,2023年中达到40kwpm产能。终端存货水平(手机、PC)在21H2开始提高(库存水平修正),认为长期供应链将保持较高水平存货水平,主要是因为致使客户提高存货水平的因素仍然存在。台积电2021-2022年产能利用率将持续紧张。即使手机、PC出货放缓,但设备硅含量提升。联电:业绩超预期,展望2021Q4量、价均继续向上联电第三季度营收为20.08亿美元,高于市场预期的19.9亿美元,同比增长24.6%;第三季度净利润为6.23亿美元,同比增长92.6%。得益于电脑、消费产品和通讯终端领域的强劲需求,同时12吋晶圆出货增长,产品结构持续优化,带动ASP提升。整体晶圆出货量较前一季成长2.6%,达到250万片8吋约当晶圆。毛利率增长迅速,积极优化产品。公司自2019年来毛利率迅速增长,受益于产品平均售价将连续上涨,公司第三季度的毛利润率进一步提升至36.8%,相较于2020年同期(21.8%)大幅提升。公司目前正致力于优化产品,削减成本,来自28nm制程的营收持续成长,而在22nm产品tapeouts来自无线通讯、显示器和物联网的份额也逐渐增加,进一步充实了公司产品线的多样化,牵引公司利润率提升。展望第四季度,公司预计晶圆出货量****仍将持稳,其中晶圆出货量将持续增加1%至2%,这归功于生产效率和产品优化的持续改进,预期8吋和12吋厂的产能利用率将维持满载100%;公司预计产品价格也将持续向上,预计在第四季度中产品的美元计价的ASP会再有1-2%的幅度提升,毛利率将保持在30%以上,年度营收成长率有望优于产业平均值(12%),主要是5G、电动车、物联网等应用带动结构性需求成长的支撑下,预期联电2022年营收成长率将优于产业预估值。在资本支出方面,公司对市场需求量的持续增长十分有信心,并大幅投入生产力的提高。联电预期,2021年维持原订23亿美元(约新台币644亿元)水准,南科Fab12AP5厂区扩产的1万片产能,将在2022年第2季到位,P6扩产的2.75万片产能,则从2023年第2季起陆续投产。随着台南旗舰厂区Fab12A的P5及P6扩厂计划进行,鉴于客户的强劲需求,联电在2022年或将继续成长并取得更多的市占率。中芯国际:经营表现超预期,四季度指引再创历史新高中芯国际2021年三季报营业收入增长超预期,毛利率如期环比提升。公司2021Q3营收14.15亿美元,环比增长5.3%(此前指引区间为环比+2~4%),同比增长30.7%。2021Q3毛利率33.1%(此前指引区间为32~34%),环比提升3.0pct,同比提升8.9pct。临港项目合资协议披露,总投资额88.66亿美元扩产12英寸晶圆。合资公司注册资本55亿美元,其中中芯控股、国家集成电路基金II和海临微各自同意出资36.55亿美元、9.22亿美元和9.23亿美元,分别占临港合资公司注册资本66.45%、16.77%、16.78%。扣非业绩依然强劲,持续加大研发和扩产。公司2021年前三个季度的扣非净利润分别为6.78、16.61、13.93亿元。不考虑2021Q2大量非经营因素(处置子公司一次性2.31亿美元、投资收益1亿美元等),2021Q3扣非净利润环比下滑的主要原因是研发活动增加,深圳新厂试经营相关开支增加,以及股****激励摊销。公司持续进行研发追赶、产能扩张,加强半导体产业人才激励,导致研发费用、管理费用环比增长0.23亿美元、0.21亿美元。先进制程贡献超预期,均价提升明显。从代工的经营性业绩上看,产能利用率连续两个季度超过100%。2021Q3晶圆出货量172万片,环比下降1.5%,但晶圆ASP达到了773元/等效8寸片,环比提升9.4%。2021Q3公司毛利率达到33.1%,达到近十几年来高位,公司指引2021Q4毛利率中枢环比继续上升1pct。均价提升和公司毛利率提升反映公司产品组合优化,从制程角度看,公司21Q3FinFet/28nm营收占比达到18.2%,创历史新高,收入体量约2.4亿美元,环比提升35%。其他制程增长显著的主要是55/65nm(环比+2.8%,同比+79%)、0.11/0.13um(环比下降1.3%、同比增长76%)。2021Q4指引超预期,2021年行业继续景气、供不应求。2021Q4收入指引环比增长11~13%,将进一步创历史新高,毛利率33~35%,达到近十年来高位。2021年公司继续满载运营,扩产1万片12寸、4.5万片8寸。公司前三季度合计资本开支23.86亿美元,且维持2021年全年资本开支43亿美元,其中大部分用于成熟工艺的扩产,小部分用于先进工艺、北京新合资项目土建及其它。公司持续加大研发投入、资本开支力度,为2022年保持增长奠定基础。华虹半导体:历史最强劲季度,营收及毛利率皆超指引21Q3营收4.52亿美元连续五季创历史新高,同比+78.5%,环比+30.4%;归母净利5080万美元,同比+187.1%,环比+15.3%。毛利率27.1%,同比+2.9pt,环比+2.3pt。公司营收净利强势高增,系各主要技术平台产品ASP提升和极高产能利用率;MCU、电源管理、IGBT、超级结、CIS和逻辑&射频等平台需求强劲,全面驱动营收高增。公司展望Q4营收4.90亿美元左右,毛利率27%~28%;2021将迎历史最高销售额、最大增速;2022年将继续迅速成长。分部看:1)8寸营收创历史新高,营收同比+33.2%增至3.15亿美元。12寸营收同比+723.3%大幅增长至1.37亿美元。2)中国区营收增长突出,yoy+100.5%增至3.31亿美元;占比73.4%,同比提升8pt。3)平台全面高增,其中独立非易失存储增长6倍以上,逻辑&射频、模拟&电源管理皆增长1倍以上。4)较先进制程增长强劲:55~65nm同比+6664%,90~95nm同比+260%,0.11μm以上各节点有20~50%同比增长。5)各应用领域高增,电子消费,工业&汽车,通讯增速大致皆在70~90%区间。4.2第三代半导体快速发展,碳化硅行业有望放量第三代化合物半导体渗透率稳步提升。根据Yole和Omdia,2020年SiC和GaN功率半导体全球市场将增长至8.54亿美元,其中SiC电力电子市场规模约7.03亿美元,到2025年有望超过30亿美元。综合Yole、IHS、Gartner等多家三方机构数据,2020年全球功率半导体器件市场规模约180~200亿美元,SiC、GaN电力电子器件渗透率约为4.2%~4.5%,同比提升1%。国内第三代半导体市场快速成长,渗透率仍有较大提升空间。根据CASA统计,2020年我国第三代半导体电力电子和射频电子总产值超过100亿元,同比增长69.5%。其中,SiC、GaN电力电子产值规模达44.7亿元,同比增长54%,衬底材料约2.2亿元,外延及芯片约5亿元,器件及模组约7.2亿元,装置约30亿元,与前几年相比,中下游的增速加快。据中国半导体行业协会数据,2020年国内SiC、GaN电力电子器件渗透率仅1.56%,低于全球的4.2%~4.5%的水平,仍有较大上升空间。根据CASA,未来5年SiC、GaN电力电子器件应用市场有望以45%的CAGR增长到2025年的超过300亿元市场规模。新能源汽车将是SiC器件需求规模大幅增长的主要推动力。按照SiC功率器件应用发展来看,初期SiC器件主要用于PFC电源领域,过去十年SiC在光伏及一些能源储存系统中被广泛,未来十年,新能源汽车、充电设施、轨道交通将是SiC器件需求规模大幅增长的主要推动力。根据Yole,2019年SiC全球市场规模超过5.4亿美元,到2025年将达到25.6亿美元,CAGR30%,其中新能源汽车占比最高,2025年市场规模将达到15.5亿美元,CAGR38%,充电桩增速高达90%。4.3功率器件景气超预期,受益于新能源快速发展功率半导体市场规模稳步增长,2020~2024CAGR预计约为5%。根据IHS统计2018年全球功率半导体市场约为466亿美元,同比增长约11%,其中功率IC市场约256亿美元,功率分立器件及模组规模约210亿美元。2021年汽车、消费类电子等抑制性需求释放将带动功率半导体市场整体迎来复苏,预计市场整体收入将反弹至460亿美元,并在下游需求的持续带动下,有望实现未来4年年均5%的复合增速,稳步增长。功率半导体下游应用十分广泛,汽车及工控为前两大应用领域。功率半导体几乎应用于包括计算机领域、网络通信、消费类电子、工业控制等传统电子产业及新能源汽车、光伏发电等等各类电子制造业。根据Yole统计,2019年汽车及工业领域为前两大应用领域,各占据29%的份额,其次为通讯、计算机等。中长期来看,新能源汽车、工业自动化、可再生能源设施建设及新兴消费电子等领域将持续驱动行业增长。工控是IGBT传统下游领域,新能源汽车是IGBT未来增长的最大驱动力。IGBT模块是变频器、逆变焊机等传统工业控制及电源行业的核心元器件,且已在此领域中得到广泛应用。近年来节能环保大趋势下,IGBT下游的新能源汽车、变频家电、新能源发电等领域发展迅速,并推动IGBT市场持续高速增长。根据集邦咨询,2018年中国IGBT下游应用领域中占比最大的为新能源汽车,比重逾三成,其后分别为消费电子(27%)、工业控制(20%)、新能源发电(11%,包含风电、光伏等)等。未来随着新能源汽车的发展以及变频白色家电等的普及,IGBT市场有望持续升温。
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