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半导体芯片的上下游产业链

2021-09-06 14:41:59来源:国华看市       
核心摘要:什么是半导体,什么是芯片,什么是集成电路的?做投资,不仅要知其然,更要知其所以然,不深入理解行业的基本情况和特点就买入, ......
 什么是半导体

什么是芯片什么是集成电路的做投资不仅要知其然更要知其所以然不深入理解行业的基本情况和特点就买入无异于盲人摸象在买入科技公司之前一定要先进行深入的研究分析所谓磨刀不误砍柴功吃透了行业投资时才有方向感才能立体化的做到优中选优在面对股价的涨跌时也才能做到胸有成竹

先讲讲什么是半导体什么是集成电路什么是芯片

半导体是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的一类材料的总称一般用来制作成晶体管比如二极管三极管等然后把这些晶体管放在晶圆的表面上就成了集成电路

 

晶体管是一种固体半导体器件具有检波整流放大开关稳压信号调制等多种功能

晶体管作为一种可变电流开关能够基于输入电压控制输出电流与普通机械开关不同晶体管利用电讯号来控制自身的开合而且开关速度可以非常快实验室中的切换速度可达100GHz以上目前最高精尖的晶体管的大小是1纳米这样一块12寸的晶圆上能放多少1纳米的晶体管就拿华为麒麟990 5G来举例它的芯片面积为113.31平方毫米就这么点地方集成了多达103亿个晶体管这上百亿个可以表示不同状态的晶体管组合协调起来就可以展示出无数种不同的信号状态这就是芯片的底层原理

这些上百亿的晶体管之间怎么互相通电连接晶体管之间的通电其实就是通过刻在晶圆上的电路来进行的这些电路的构造是需要提前在电脑上设计好的不同的电路结构可以造出不同功能的芯片设计电路的这一步就叫芯片设计目前国内最好的芯片设计厂商是华为海思想要在晶圆上刻制这种电路把上百亿个晶体管连接起来那不是一般的难这里就是卡脖子的关键技术需要用到一个关键的设备光刻机就是全球只有几家公司可以制造号称研发难度大于原子弹一台要卖几个亿美金的家伙关键是你有钱还不一定能买到比如我国现在是给多少钱人国外就是不卖给你所以导致我们国家的芯片制造一直被卡着脖子现在全球最先进的由荷兰阿斯麦公司生产的浸润式光刻机是由我国台湾台积电公司的林本坚博士设计的自己国家的人设计的最后自己国家却用不了

还有很多东西没有介绍比如光刻胶蚀刻机掩膜版等等这些都是芯片制造过程中的关键设备和原材料我们都需要去了解清楚这中间的每一环节比如钯材是干嘛的哪个上市公司提供这个材料特种气体有啥用有哪个上市公司提供这种气体这些都是我们潜在的投资标的具体下面这张图大家可以认真研究下

根据应用场景的不同半导体可以分为四个大类分别是集成电路分立器件光电器件及传感器

集成电路集成电路是采用特定的制造工艺将晶体管电容电阻和电感等元件以及布线互连制作在若干块半导体晶片或者介质基片上进而封装在一个管壳内变成具有某种电路功能的微型电子器件集成电路产业既是当前国际政治和经济竞争的重要砝码也是国际竞争最激烈以及全球资源流动和配置最彻底的产业

分立器件主要包括晶体二极管三极管整流二极管功率二极管化合物二极管等被广泛应用于消费电子计算机及外设网络通信汽车电子LED显示屏等领域

光电器件指根据光电效应制作的器件称为光电器件或光敏器件主要包括利用半导体光敏特性工作的光电导器件利用半导体光伏效应工作的光电池和半导体发光器件等

传感器利用半导体性质易受外界条件影响这一特性制成的传感器按输入信息可分为物理敏感化学敏感和生物敏感半导体传感器三类主要应用领域是工业自动化家用电器环境检测生物工程等领域

我们主要讲的是集成电路因为集成电路是四类半导体器件中应用最为广泛市场规模最大的据世界半导体贸易统计协会统计2020年集成电路占全球半导体各类器件市场的82.03%

集成电路主要分为数字集成电路和模拟集成电路

数字集成电路主要包括逻辑器件储存器和微处理器这三个也就是我们通常所说的芯片就是我们国家急切需要突破的关键技术所以我们后面的分析主要以这三个技术方向为主

逻辑器件是进行逻辑计算的集成电路

存储器是用来存储程序和各种数据信息的部件

微处理器就是cpugpumpu等可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

模拟器件是模拟电路集成在一起用来处理模拟信号的芯片如运算放大器模拟乘法器电源管理芯片等

国内目前半导体行业的发展现状和未来的前景

国内半导体市场接近全球的三分之一19年国内芯片的自给率仅为30%特别是核心芯片极度缺乏国产占有率都几乎为零在芯片设计领域知识产权竞争非常激烈而国外的厂商有先发优势积累了大量的专利导致中高端芯片目前几乎都被国外厂商垄断中国企业在全球集成电路产业中长期处于中低端领域逻辑存储模拟等高端芯片仍依赖进口

芯片关乎到国家安全国产化迫在眉睫2014年国家集成电路产业发展推进纲要将半导体产业新技术研发提升至国家战略高度大基金首期投资成果显著撬动了地方产业基金达5000亿元目前大基金二期募资已经启动募集金额将超过一期推动国内半导体产业发展

在2015年之前中国花费30多年的时间和数百亿美元来打造国内半导体产业向国内领先企业注入大量资源来与西方企业竞争然而尽管投入了这么多中国的半导体公司仍占据全球市场的较小一部分IHS iSuppli的数据显示中国公司在半导体价值链中的全球份额处于以下水平

芯片设计业约占20%

晶圆代工产能约占10%

整合元件制造IDM不到1%

EDA半导体工具和材料不到1%

最重要的终端产品类别中市场份额不足1%比如互联网数据中心用到的逻辑芯片或者主要云供应商用来存储数据的高级存储芯片

全球半导体行业中营收排名前十的企业如下很难想象占据全球30%市场的中国竟然只有一家公司进入前10而且还是台湾的企业

半导体这种关乎国家安全的产品是一定要国产化替代的没有任何疑问这个几千亿美元的市场以后都会属于中国的半导体企业就目前来看这几年国家正在以史无前例的扶持力度来加速半导体行业的发展我国的半导体企业在国家大基金和民间资本的大力支持下处于快速的发展中技术突破是迟早的事可以说在未来10年中国的半导体行业会迎来产业的井喷式发展这几万亿的市场将会催生出一大批能够抓住时代机遇的浪潮儿

中国目前半导体产业上下游发展情况

中国集成电路产业结构也逐步从附加值相对较低的封装测试领域向附加价值更高的设计领域转型2012年至2020年前三季度芯片设计在中国半导体产业所占比重从29%增至45%2018至2020年增长增速加快

2012-2020年中国半导体产业结构

政策方面为了提高中国自身芯片研发能力以及降低西方技术封锁对我国科技产业的影响自2014年以来我国依据集成电路行业情况一方面出台政策对集成电路从业公司进行税收减免另一方面制定技术战略发展纲要指导集成电路行业技术进步通过出台密集的政策共同推动集成电路行业进步

从终端应用需求来看通信行业手机计算机是半导体行业的主要需求侧据美国半导体行业协会数据2019年全球半导体应用中通信行业和计算机行业应用占比分别为33%和28.5%虽然智能手机和计算机贡献了半导体终端应用过半的需求市场庞大但这两类产品已经过了增长峰值步入存量市场它们对半导体市场需求增长的拉动帮助并不明显

物联网产业迅猛发展是芯片需求增长的一大推动力物联网产业感知传输平台应用四层架构中的每一层级都需要各类芯片的参与其中物联网终端层边缘计算层和应用层对芯片的需求更加多元化数量也相对较大

2020年全球物联网设备连接数量高达126亿个到2025年这一数字将达到246亿近年来全球物联网设备数量高速增长五年后全球物联网设备数量近乎翻倍

物联网基本可以分为面向公用事业单位面向企业to B和面向消费者to C 三个领域其中智慧汽车智慧家庭智慧工厂等领域在近年来受到广泛关注带动相关芯片的需求增长

以智慧汽车为例目前汽车集成了更多提升驾乘体验的功能如驾驶辅助车联网智慧座舱等已经远远超出了作为代步和货运工具的角色而这些智能化的功能都由复杂的机电系统完成这些系统通常是由机械设备传感器和多种芯片共同组成的智慧汽车的发展也使得汽车对芯片的需求不断提升据中汽协预测到2022年中国品牌电动汽车平均芯片数量将高达1459颗

在面向消费者的设备之外智慧工厂的建设也如火如荼与面向消费者的设备不同的是智慧工厂工业互联网应用的芯片多为工作温度范围更广设计使用寿命更长的芯片其在制造与封装工艺上的要求也更高在芯片种类方面工业应用中对电源管理芯片信号链芯片等模拟芯片的需求更大对微控制器逻辑芯片等也有一定需求


全球工业互联网市场规模亿美元及复合增长率

除了设备外云计算等后端算力同样对芯片有巨大需求

云计算是将计算能力以服务的形式提供给用户数据中心则是云计算服务的基础设施其主机房包含了交换机服务器和其它与之配套的设备例如通信和存储系统)由于数据中心需要对大量原始数据进行运算处理对于芯片等基础硬件的计算能力存储能力等都有较高要求截至2019年中国数据中心数量约为7.4万个约占全球数据中心总量的23%机架数量由2016年的124万架上升至2019年的227万架年复合增长率超20%

以上是芯片的一些主要使用场景芯片的市场是巨大的可以说生活中无处不在只要科技在发展对芯片的需求就永远都不会停止这是一个堪比2008年到2018年互联网从无到有的时代甚至是有过之而无不及

 

集成电路主要分为两大块

1数字集成电路主要包括逻辑器件储存器件微处理器

2模拟集成电路主要包括信号链芯片数字信号处理芯片

 

 

逻辑芯片目前是市场应用范围最广的全球2019年占整个半导体行业的市场份额超过1/4占集成电路全部市场份额近1/3随着物联网云计算AI等行业的发展对他的需求只会越来越大

逻辑芯片主要包括CPUGPU 等通用处理器及FPGACPLD等专用性较强的逻辑芯片除了中大规模的集成电路之外小规模的寄存器锁相器等逻辑器件也占有一部分的市场

 CPU 芯片 

CPU 其实就是中央处理器CPU是芯片的集大成者设计难度也是最大的在计算机用的比较多咱们经常听说酷睿i5酷睿i7处理器就是它了最早是美国英特尔研发推出目前最先进的CPU技术还是由因特尔掌握中国比较靠前的是华为海思近些年伴随着国内需求大涨我们在移动端芯片设计上实现了突破华为海思基于ARM架构的移动芯片设计水平已经进入到了世界前列

我国自 2001 年开始启动处理器设计项目至今也有近20年了产生了以中科龙芯天津飞腾上海申威上海兆芯等为代表的国产 CPU虽然国产 CPU 近几年呈现百花齐放的局面但其性能与国外相比还有一定的差距应用领域还十分狭小这就造成我国在高性能处理器方面仍然依赖于进口

 GPU芯片 

GPU芯片最初的应用是处理图形数据与CPU相比其并行处理的能力更加强大

GPU 总共有三家上市公司

1景嘉微已上市国内唯一一家聚焦GPU业务的上市公司2014年完成的首款65nm工艺制程的GPU流片是国内首款具有完全自主知识产权的高可靠图形处理芯片面向车船机载市场其后景嘉微还相继推出了适用于电脑工作站的大众化产品兼容支持国产CPU与国产操作系统

2航锦科技已上市2020年2月21日航锦科技披露其旗下的长沙韶光GPU产品由最初满足军用需求逐步进入民用领域已能满足日常办公娱乐需求

3天数智芯未上市2020年底成立仅5年多的天数智芯实现了7nm工艺的GPGPU云端训练芯片点亮其公布的算力达到147TFlops是目前市场占有率最高的NvidiaA100芯片同等精度下算力的近两倍天数智芯的产品可以适用于计算机视觉智能语音和智能推荐等多个应用场景

4摩尔线程未上市2020年10月创立至今已吸纳由深创投红杉资本中国基金GGV纪源资本领投的数十亿投资颇受资本青睐据摩尔线程官网介绍公司致力于构建中国视觉计算及人工智能领域计算平台研发全球领先的自主创新GPU知识产权并助力中国建立本土的高性能计算生态系统

5沐曦集成电路未上市该公司成立于2020年9月其研发核心成员拥有平均超过十五年的GPU行业芯片研发和产品化经验是公司的核心竞争力自2020年11月起沐曦获得过亿元级别的天使轮投资红杉领投的数亿元

pre-A轮融资数亿元的PreA+轮融资

 FPGA芯片 

FPGA的中文名称是现场可编程逻辑门阵列是一种可以对电路功能进行编程定义的半定制电路由于其可以无限次编程的特点FPGA具有开发时间短延迟低能耗低的优点被广泛应用在视频图像处理通信数字系统模数转换嵌入式系统等行业由于FPGA的可编程性其在人工智能行业也有一定的应用虽然单块FPGA的计算能力没有GPU强大但设计者可以很方便地将通用结构的FPGA芯片构造成一个规模宏大的并行的计算结构满足应用需求

2019年中国FPGA市场规模为176亿元预计到2023年中国FPGA市场规模将接近460亿元增长远高于世界水平

全球市场主要被美国XilinxIntel两家企业垄断市占率分别为49%和34%国内FPGA市场国产率低于1%在先进FPGA 芯片领域我国企业的产品与美国企业的产品还存在代差所以FPGA市场存在着很大的国产替代机会FPGA行业技术比较好的公司有

紫光国微国内民用FPGA龙头企业其子公司紫光同创开发出了中国第一款自主产权千万门级高性能FPGAPGT180H2020年2月采用28nm工艺的新一代千万门级FPGALogos-2系列上市据紫光同创官方测试数据新一代28nm芯片相对于40nm工艺的第一代产品性能提升50%总功耗降低40%紫光国微的产品主要面向民用其FPGA产品已经被应用于视频图像处理工业自动化消费电子等终端设备

安路信息科技是国内少有的同时具备FPGA芯片硬件和FPGA编译软件自主研发能力的公司目前正在攻坚28nm制程FPGA公司于2015年获得了创维士兰微等业内公司或上下游公司投出的B轮融资预计将于2021年冲刺科创板

高云半导体公司开发自主IP的FPGA芯片产品该公司自2015年一季度量产出国内第一块产业化的55nm工艺400万门的中密度FPGA芯片发展至今已经拥有两个产品家族共10余个系列的产品截至2021年3月初高云半导体及各投资机构未向外披露公司融资信息但通过媒体及行业报告可以看出高云半导体自2019年起陆续在多个市场实现大批量出货涵盖工业通信安防汽车等领域

复旦微电子面向军用需求的复旦微电子已经于2019年初实现28nm大规模亿门级FPGA产品的量产根据其在上交所披露的数据目前复旦微拥有28nm工艺制程的FPGA产品数十款更先进的14/16nm制程十亿门级FPGA产品也在研究进程中预计将于2021-2022年进行产品流片于2022年提供产品初样将在2023年实现产品量产交付

杭州加速科技2020年底获得小米旗下基金投出的近亿元B轮融资2021年2月再次获得了小米集团的战略投资公司以FPGA设计高宽带通信架构开发数字信号处理高精度模拟技术为基础将相关技术应用于高性能计算及半导体测试领域目前推出了国内首台250Mbps及以上高性能数字混合信号测试系统解决方案

 

 AI芯片 

按照任务划分AI芯片可以分为训练芯片和推理芯片训练芯片用于完成深度学习大数据量的运算对芯片的算力精度和通用性要求较高推理芯片进行的是对成熟模型算法的一种执行不需要进行大量的运算和过高的精度对能耗成本等大规模应用层面的考量更多

目前业内比较常用的训练芯片是CPU与GPU或FPGA等协同的异构运算组合我国企业在这三种芯片的设计水平都与行业前列有较大的差距目前只有华为海思寒武纪天数智芯燧原科技等企业在云端推理芯片有产品推出涵盖ASICGPGPU等多种芯片

由于起步时间较晚我国在GPU和FPGA芯片领域都处于追赶行业发展的进程中因此发展用途较为单一开发难度较小的ASIC芯片把计算单一化在一个方向上专精可以使我们在人工智能计算领域实现弯道超车ASIC芯片上国内目前就寒武纪一家公司做的比较好

寒武纪的芯片目前已经应用在云端服务器边缘计算设备终端设备等多个应用场景华为海思自2017年起发布的麒麟970和麒麟980均搭载了寒武纪提供的AI芯片根据使用这两款处理器的手机销量来看寒武纪提供的AI芯片至少已经在过亿台手机中被应用

  存储芯片  

存储芯片的设计和制造是我国芯片领域最为薄弱的环节之一除了在市场占有率5%左右的Flash闪存芯片中拥有少数企业布局之外其他常见的存储芯片基本都由三星东芝美光等老牌存储芯片企业垄断

存储芯片的分类如下图

存储芯片在此不展开来讲后面在讲相关个股的时候再谈目前在集成电路市场动态RAM和静态RAN的市场份额比较大国内玩家不多大部分都被国外的公司垄断国际三家头部公司三星电子SK海力士和美光科技合计市场占有率超过95%所以这一块的国产化替代很有前景

 

 模拟芯片 

随着5G的加速普及5G的一大应用方向物联网也进入了发展快车道也带动相关芯片的发展在物联网的领域模拟芯片具有不可撼动的重要地位

物联网主要依赖5G蓝牙窄带通信NB-IoT等通信芯片具体来看车联网还涉及到各类传感器智慧家居涉及到无线供电芯片微控制器传感器等这些芯片绝大多数都是模拟芯片我国在这一领域的企业众多发展水平也相较逻辑芯片存储芯片更为成熟

截至2020年底有16家模拟芯片相关业务的企业已经上市但诸如电源管理芯片射频芯片等细分门类国外厂商德州仪器TI亚德诺ADI的市场占有率在短期内还不太有可能被撼动

在模拟芯片中国内关注度相对较高的是用于通信基站的相关芯片一个5G基站中包括基带芯片射频芯片功率放大光通信芯片等多个组成部分

国内建设如火如荼的5G设施中射频放大光通信芯片都属于模拟芯片是决定接入网和承载网质量的关键器件国内上市公司中芯海科技华润微电子昆腾微等都是这一领域的供应商目前还有艾为电子帝奥微电子等正在筹备上市

另外比较优秀值得关注的还未上市的公司有翱捷科技ASR诺领科技奇芯光电这些公司都获得了巨额的投资

 微处理器 

目前行业内对微处理器和逻辑电路的分类界定比较模糊为方便区分在微处理器部分我们主要介绍功能相对单一的MCUMPUDSPAP/BP等元件

DSP 国内已经比较成熟我国在近十年前就已经推出过比肩世界水平的芯片没啥太多的投资机会

MCUMCU又叫单片机是一种微控制单元MCU集成了CPURAMROM及对外接口等广泛应用于汽车电子工控/医疗等领域

目前中国MCU市场格局还是以外国厂商为主高端MCU几乎没有国产化产品选择国内厂商仅能够部分中低端应用同时MCU在国内存在多家公司竞争的局面与其他高端芯片由两三家公司绝对垄断的市场环境大不相同

 

国内市场占有率前9名的公司只有新唐电子一家来自中国台湾其他公司全部为外国公司目前国内MCU企业业务发展较好的有兆易创新中颖电子上海贝岭其中中颖电子在小家电MCU市场占有率排名靠前根据CSIA数据2017年中颖电子占据小家电MCU的19.8%的份额排名第三与排名前两名的公司市占率差距在3个百分点之内超越的可能性很大

 

 AP/BP  

AP指应用芯片BP指基带芯片一般都存在于手机或有对外通讯需求的设备中AP指的是CPU中负责运行系统及程序的处理核心BP负责承担对外通信的任务

 

国内负责设计AP芯片的厂商在已经提到这里主要介绍国内部分基带芯片厂商在这一市场国内的华为海思和紫光展锐营收分别占世界42%和12%华为海思以87亿美元营收排名世界第一

 

未来展望

国家统计局数据显示2020年全年中国集成电路累计产量达到2614.7 亿块较2019年增长29.6%国内产能呈现高速增长的同时依然无法满足增长的需求据海关总署披露的数据2020年中国进口集成电路5435亿块同比增长22.1%进口金额3500.4亿美元同比增长14.6%

中国半导体行业协会统计2020年我国集成电路产业销售额为8848亿元人民币同比增长17%其中设计业销售额为3778.4亿元同比增长23.3%制造业销售额为2560.1亿元同比增长19.1%封装测试业销售额2509.5亿元同比增长6.8%

目前我国基本具备了中高端逻辑芯片中低端存储芯片中低端模拟芯片的制造能力逻辑芯片制造领域中芯国际利用现有DUV设备开发的N+1N+2两种工艺已经在14纳米制程上有了全方位的进步距离7纳米工艺标准仅一步之遥结合中芯国际2021年初与ASML签订光刻机采购大单来看虽然高端EUV光刻机短期内仍无法进口但其基于DUV光刻机的14纳米和准7纳米产能将进一步扩大对满足内需起到很大的帮助

存储芯片制造方面紫光国微在国内有多个芯片制造厂在建主要生产DRAM芯片合肥长鑫也在中高端DRAM芯片制造技术上持续研发已经突破19纳米制程基本能够进行中端DRAM芯片的制造在模拟芯片制造领域华润微电子士兰微电子华虹微电子等企业已经拥有设计生产封装流程经验目前华虹正在筹划扩建无锡芯片制造厂华润微电子在重庆的基地也计划扩产在模拟芯片制造产能方面未来将出现不小的提升

在14纳米及更成熟的工艺范围内中国大陆的芯片制造企业将会受益于国产化替代的浪潮拥有来自国内芯片设计企业的源源不断的订单其销售收入的增长将与产能的提升同趋势增长在很长的一段时间内国内芯片制造企业会处于产能供不应求的情况下

另外我国在芯片的制造设备上与国外还有很大的差距设备产业发展现状后面介绍

这个产业链上聚集了整个芯片行业90%以上的投资机会通过制造链的分析我们可以挖掘出在设计制造和封装这三大细分行业上的龙头公司

芯片制造流程中涉及到的一些投资机会

处理器的制造过程可以大致分为沙子原料(石英)硅锭晶圆光刻(平版印刷)蚀刻离子注入金属沉积金属层互连晶圆测试与切割核心封装等级测试包装上市等诸多步骤而且每一步里边又包含更多细致的过程在此之前还需要先进行芯片电路图的设计今天不展开讲我们需要关注的环节有

1晶圆制造

晶圆主要用来制作成芯片的衬底用沙子经过高温提炼成高纯度的单晶硅在这一环节业界比拼的有两个技术指标第一个是硅的纯度顾名思意就是看谁家的硅提纯度高纯度越高的硅越受市场欢迎第二个是硅晶圆的尺寸谁家能做出大尺寸的晶圆谁家就最牛

目前大陆市场上大家都还在玩别人多年前就不要的6寸和8寸主要玩家有士兰微华润微闻泰科技中芯国际和华虹半导体等几个有限的公司其中中芯国际号称可以生产12寸的也放话出来拟扩建1w片产能的产线重点注意这个自行体会晶圆的原材料成本占比为37%在整个芯片制造的原材料成本中占比最高

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2薄膜沉积

这一步是在晶圆表面上形成一层保护膜避免杂质影响到晶圆表面的电路薄膜沉积主要用到的原材料是电子气体电子气体还会在制作过程的其他环节用到光气体这部分占整个芯片原材料成本的12%左右所以需要保持重点关注目前国内做气体比较优秀的公司是科创板的华特气体这家有时间拿出来单独分析然后这里还有一个材料是溅射靶材也是用来配合气体形成薄膜的靶材的原材料占比是5%左右靶材相关的公司有江丰电子和有研新材

 

3光刻

光刻就是通过光刻机将掩膜版上的电路路刻印到晶圆表面上这一步是整个芯片制造过程中最难的这一环节我们需要关注三个东西第一是光刻机第二是光刻胶第三是光罩这三个细分环节都存在着投资机会

光刻机就跳过了这是世界上最精密的仪器之一举个例子拿机器中其中一个模块来说同样的一块镜片不同的人去打磨光洁度相差十倍在德国抛光镜片的人有祖孙三代在同一公司同一岗位技术是家族式的传承而镜片材质技术也需要上百年的技术沉淀一台光刻机的制造结合了数百家公司的顶尖技术背后有5000多家供货商共同努力的结果这就是为什么一台光刻机卖到上亿美元一年只能生产几十台给钱也未必能买到给图纸也复制不出来

第二个光刻胶这东西是涂抹在晶圆表面上然后光刻机将光线射过掩膜版将电路图显影在光刻胶上最后通过刻蚀机将没有光刻胶保护的部分腐蚀从而在晶圆表面上形成凹陷这样电路图就被刻印到了晶圆表面这个过程会循环几十次像盖楼一样盖一层刻一层光刻胶是芯片制造的必须品原材料占比是5%左右目前国内只能生产一些低端的材质高端的光刻胶还是依赖进口国内做光刻胶的公司有以下几家雅克科技南大光电彤程新材等

第三个是光罩也叫光掩膜版是一种由石英材料制成的可以用在半导体曝光制程上的母版而这种从光罩母版的图形转换到晶圆上的过程就像印钞机工作一样我们可以把光刻机想象成印钞机把钞票母版的图形印到纸张上的过程就像光刻机把芯片图形印到晶圆上一样都需要有母版这个母版在半导体制造上就是光罩为了制造一款芯片需要几百道工序光罩也是不只一张的在14nm工艺制程上大约需要60张光罩7nm可能需要80张光罩甚至更多他在整个原材料的占比是12%光罩国内做的比较大的是兴森科技

4刻蚀

刻蚀环节主要设备是刻蚀机作用就是上面说的通过化学反应腐蚀的方式或者等离子体轰击晶圆表面的方式光刻胶覆盖的位置被保护没有光刻胶覆盖的位置被刻蚀形成凹陷实现电流图形的转移刻蚀机相对于光刻机要简单很多国内目前就只有中微公司一家做出了世界先进水平的刻蚀机所以对于中微应该保持重点关注这个刻蚀机以后就是公司的印钞机了

5CMP

化学机械抛光CMP是集成电路制造过程中实现晶圆表面平坦化的关键工艺与传统的纯机械或纯化学的抛光方法不同CMP工艺是通过表面化学作用和机械研磨的技术结合来实现晶圆表面微米/纳米级不同材料的去除从而达到晶圆表面纳米级平坦化使下一步的光刻工艺得以进行

CMP的主要工作原理是在一定压力下及抛光液的存在下被抛光的晶圆对抛光垫做相对运动借助纳米磨料的机械研磨作用与各类化学试剂的化学作用之间的高度有机结合使被抛光的晶圆表面达到高度平坦化低表面粗糙度和低缺陷的要求

CMP抛光液由研磨料PH值调节剂氧化剂分散剂还有表面活性剂组成介质复杂度很高高品质抛光液的关键在于控制磨料的硬度粒径形状等因素同时使得各成分达到合适的质量浓度以达到最好的抛光效果

CMP的原材料成本占比是7%左右外化学试剂和光刻胶辅材占据了15%的原材料成本因为集中度较低此处略去不表

其他的环节就不详细讲解了大家有兴趣的可以自行去了解其工作原理主要成本部分都在上面的5个环节中这5个环节都有自己的细分产业链太复杂就不展开讲了我们务必要把每一个环节中材料和设备的技术参数等弄明白这样才能比较同行业哪家公司的产品或者技术比较先进在市场是比较有竞争力

举例来说晶圆制造部分哪家公司生产的单晶硅纯度比较高是行业的龙头公司哪家公司制造的晶圆尺寸比较大哪家公司的晶圆产量规模比较大成本比较低等这些问题最好是自己去弄清楚只有全部都清楚后面在芯片的投资过程中才能够胸有成竹不慌不忙否则只会被市场牵着鼻子走

这段时间芯片板块涨幅已经很高了如果没买的我个人建议再等等如果市场给机会来个深幅回调到时候再分批建仓也不迟芯片板块依旧有长期机会

 

半导体国产替代之路征途慢慢

19年中国的集成电路进口额高达1.9万亿元美国持续制裁华为中芯国际使得国内芯片产业链加速去美化芯片产业链中封测材料设备以及设计环节的CIS射频功率器件模拟芯片第三代半导体等细分领域国内核心公司相比国际企业体量还很小可以说国产替代之路征途漫漫

半导体设计方面第一CIS图像传感器韦尔股份替代索尼
CIS市场集中度较高2019年前三大供应商索尼三星豪威韦尔股份子公司全球市场份额分别为49.2%19.8%11.2%韦尔股份是国内最大的CIS供应商2019年来自CIS业务的营收为97.8亿元营收占比72%韦尔股份在全球手机汽车用CIS市场份额分别为9%29%分别排名第三第二
索尼总部位于日本2019年来自CIS业务的营收约430亿元营收占比7.7%索尼CIS产品排名第一韦尔与索尼的竞争市场主要在手机CIS领域索尼在中高端市场具有领先优势2020年韦尔发布3款64M像素产品成功进入华为小米等国产手机旗舰机且当前市场份额仅不到索尼的1/4未来有望进一步替代索尼获取市场份额第二射频芯片卓胜微替代思佳讯
射频市场目前主要被四大国外厂商垄断2019年思佳讯24%科沃21%博通20%村田20%国产渗透率极低
卓胜微是国内领先的射频前端产品供应商2019年实现营收15.1亿元
思佳讯总部位于美国是全球最大的射频芯片供应商主要产品广泛应用于消费电子医疗汽车航空航天等领域2019年实现营收235亿元约为卓胜微的16倍第三功率器件斯达半导VS英飞凌
功率器件是电子装置中电能转换与电路控制的核心
斯达半导是国内最大的IGBT芯片及模块供应商2019年实现营收7.8亿元其中97.5%来自IGBT业务市占率为2.2%位居全球第八
英飞凌总部位于德国是全球最大的功率器件供应商前身为西门子集团半导体业务部英飞凌截至2020年9月30日实现营收671亿元其中功率器件业务收入216亿元营收占比32%是斯达半导的28倍

第四模拟芯片圣邦股份替代德州仪器
圣邦股份专注于模拟芯片设计且产品全覆盖的公司已拥有16大系列1400余款型号的模拟芯片产品 2019年公司实现收入为7.9亿元均来自模拟芯片业务
德州仪器总部位于美国是全球第一大模拟芯片供应商 2019年实现营收1001亿元其中模拟器件业务收入约779亿元营收占比为78%为圣邦股份的98.6倍

第五第三代半导体三安光电VS科锐

第三代半导体是以SiC碳化硅GaN氮化镓为主的宽禁带半导体材料适合于制作高温高频抗辐射及大功率电子器件GaN广泛应用于基站雷达工业消费电子领域预计到2022年GaN器件的市场规模将超160亿元年复合增长率17%SiC广泛应用于光伏风电轨道交通新能源汽车充电桩等领域预计到2023年SiC功率器件的市场规模将超15亿美元年复合增长率31%

三安光电全产业链布局GaAsSiC和GaN衬底外延片和器件制造射频功率和光通信产品都已量产出货公司在长沙合作投资SiC项目一体化布局长晶-衬底制作-外延生长-芯片制备-封装产业链投资总额160亿元2019年公司营收74.6亿元LED及化合物半导体营收占比68%主要为LED

科锐总部位于美国是全球领先的SiCGaN材料和器件供应商已建成8英寸SiC产线产品应用于射频特殊照明级LED等场景适用于电源逆变器和无线系统等领域2019年实现营收75亿元

第六FPGA紫光国微VS赛灵思

FPGA即现场可编程门阵列用于通信网络图像处理工控等领域2019年全球FPGA市场规模为455亿元我国为176亿元预计到2023年中国FPGA市场规模将接近460亿元

赛灵思英特尔莱蒂斯微芯四大国外厂商的全球市占率合计达96%国内厂商有紫光同创高云半导体安陆科技等随着美国对出口到我国的FPGA严格审查FPGA国产替代需求较强

紫光国微紫光同创紫光国微持股36.5%不合并报表的FPGA业务处于国内领先地位Titan和Logos系列FPGA已经实现产业化工作并开始生产和销售Compact系列IC已于2018年推向通信市场并顺利导入客户

赛灵思总部位于美国是全球最大的FPGA解决方案供应商市占率超50%2019年营收213亿元2020年10月AMD宣布以350亿美元收购赛灵思预计在2021年底完成

 

这只是半导体设计方面另外在半导体封测设备材料方面也同样有很大的空间

半导体封测方面长电科技替代日月光

19年全球封测市场规模3666亿元中国封测市场规模约2217亿元在全球市场占比约60%全球营收规模前十大的厂商中日月光中国台湾市占率23.7%排名第一安靠美国市占率7.2%排名第二长电科技市占率6.0%排名第三国内通富微电华天科技排名第6第7长电科技是国内第一大和全球第三大封测厂商与中芯国际深度合作业务覆盖高/中/低端全品类19年营收235亿元2020年高通射频芯片封测订单大增一方面因为华为赶在美国制裁落地前加紧备货另一方面iPhone 12系列销量超预期进一步带动高通射频出货量上升日月光是全球第一大封测厂商提供包括芯片前段测试后段封装材料及成品测试的一元化服务2019年营收约956亿元为长电科技的4倍

半导体设备方面北方华创替代应用材料

北方华创是国内最大的半导体设备平台19年电子工艺装备业务营收31.9亿目前已具备28nm设备供货能力硅刻蚀机已突破14nm技术ICP刻蚀机1000腔顺利交付具有里程碑意义刻蚀机炉管PVD设备已进入长江存储中芯国际华虹等多家国内厂商的供应链应用材料是全球最大的半导体设备公司主要提供制造设备服务以及软件产品包括CVD设备半导体薄片装配蚀刻及离子注入设备等在DRAM蚀刻领域市占率约50%2019年公司营收949.0亿元约为北方华创的30倍

半导体材料方面雅克科技替代陶氏化学

2020年全球半导体材料市场规模为3504亿元其中中国台湾为777亿元位居第一中国大陆达619亿元超过韩国跃居全球第二雅克科技子公司的SOD和前驱体业务处于全球领先地位涉足壁垒最高的半导体前驱体这类材料在国内尚处于空白阶段是海力士三星连续多年的主要供应商并新增了对铠侠Intel台积电的批量供应2019年公司半导体化学材料业务营收5亿
陶氏化学是世界第二的化工公司生产高纯度低金属离子质量一致的溶剂螯合剂和表面活性剂适合光刻胶彩色光阻蚀刻剂光刻胶剥离剂和稀释剂的应用2019年营收约1400亿元其实这是目前国内半导体方面的现状未来行业展望

概念大全

1上游设备刻蚀机002371北方华创688012中微公司 

2测试设备300604长川科技 300567精测电子 002371 北方华创 603690至纯科技 

3上游材料光刻胶300429强力新材300346南大光电 300398飞凯材料300655晶瑞股份 

4氢氟酸002915中欣氟材002407多氟多 603379三美股份 

5半导体材料002409雅克科技

6抛光液688019安集科技

7湿电子化学品603078江化微 

8硅片300236上海新阳 002129中环股份 300316晶盛机电 

9靶材300236江丰电子600206有研新材

10中游设计闪存603986兆易创新

11OC芯片002180纳思达

12DRAM芯片688008澜起科技300370安控科技

13MEMS传感器300456耐威科技

14分立器件603501韦尔股份 

15网络交换芯片300353东土科技 

16功率半导体300623捷捷微电

17GPU300474景嘉微

18安全芯片002049紫光国微 300370安控科技

19模拟与数模600171上海贝岭300671福满电子

20广电与监控300672国科微

21通信芯片300077国民技术

22射频芯片300782卓胜微 

23指纹识别603160汇顶科技

24WIFI芯片688018乐鑫科技

25宇航芯片300053欧比特 

26CPU300223北京君正

27视频监控300613富瀚微

28无线数传芯片603068博通集成 

29信号与电源300661圣邦股份 

30中游制造闪存603986 兆易创新600460士兰微 

31功率半导体300046台基股份600360华微电子300623 捷捷微电 

32GPU300474 景嘉微 

33DRAM芯片600667太极实业

34晶圆制造辅助300236 上海新阳 

35下游封测芯片封测600584长电科技002156通富微电6002185 华天科技603005晶方科技002077大港股份 

 

附送上下游企业盘点

上游半导体设备

1刻蚀机北方华创中微公司

2光刻机上微集团华卓清科

3PVD北方华创

4CVD北方华创中微公司沈阳拓荆

5离子注入中科信万业企业

6炉管设备北方华创晶盛机电

7检测设备精测电子华峰测控长川科技

8清洗机北方华创至纯科技盛美半导体

9其他设备芯源微大族激光锐科激光

 

上游半导体材料

1大硅片沪硅产业中环股份

2靶材江丰电子阿石创隆华科技有研新材

3高纯试剂上海新阳江化微晶瑞股份巨化股份

4特种气体雅克科技华特气体南大光电

5抛光材料安集科技鼎龙股份

6光刻胶南大光电飞凯材料容大感光晶瑞股份

7其他材料神工光伏菲利华石英股份

 

中游代工

华虹半导体粤芯半导体华润微电子

下游封测

长电科技通富微电华天科技晶方科技深科技

下游设计

1CPU中科曙光澜起科技中国长城

2GPU景嘉微

3FPGA紫光国微上海复旦

4指纹识别汇顶科技兆易创新

5摄像头芯片韦尔股份格科微汇顶科技

6存储芯片兆易创新国科微北京君正

7射频芯片卓胜微三安光电紫光展瑞

9数字芯片晶晨股份乐鑫科技瑞芯微全志科技

10模拟芯片圣邦股份韦尔股份汇顶科技3PEAK

11功率芯片斯达半导士兰微捷捷微电晶丰明源

 

附送芯片全产业链龙头名单

●IC集成电路设计企业

603986兆易创新 国内存储芯片设计龙头

300672国科微 电容触控芯片和指纹识别芯片龙头

603501韦尔股份 模拟芯片龙头半导体器件和电源管理IC等设计及分销龙头

300657弘信电子 柔性电路板FPC龙头

300613富瀚微 数字信号处理芯片设计龙头

300223北京君正 嵌入式CPU芯片可穿戴芯片设计龙头

603160汇顶科技 电容触控芯片和指纹识别芯片龙头

603893瑞芯微 智能应用处理芯片龙头

● 半导体产业链企业

300373扬杰科技 国内稀缺的芯片设计制造封装测试等全产业链优质企业

600640士兰微国内氮化镓集成电路芯片设计封装等全产业链优质企业

688396华润微国内第一家集芯片设计晶圆制造封测等于一体的优质代工企业

688981中芯国际国内芯片代工龙头

002156通富微电 集成电路封测三大龙头之一

002185华天科技 集成电路封测三大龙头之一

600584长电科技 集成电路封测三大龙头之一

● 半导体设备企业

002371北方华创 国内稀缺的平台型半导体设备龙头

300316晶盛机电 国内单晶硅设备龙头

603690至纯科技 国内高纯工艺系统与高纯工艺设备龙头

300604长川科技 国内集成电路测试机和分选机龙头

● 半导体材料企业

300706阿石创 国内PVD镀膜材料行业龙头

300398飞凯材料 芯片封装材料龙头

300346南大光电 MO源 材料龙头国内光刻胶龙头

002409雅克科技 国内光刻胶细分龙头

300666江丰电子 国内高端半导体靶材空头

300054鼎龙股份 柔性基板材料龙头

第一国内芯片的发展不会屈从于美国的制裁尤其是在被限制的高端产能领域政策会持续扶持

第二打消此前市场对盲目投资芯片烂尾的担忧清退低端产能而在高端产能这块由于国产替代补短板的需要政策仍将继续扶持

需要注意再好的逻辑也得结合大盘涨跌趋势来选择介入跟退出的时机以上关键仅供参考



作者:国华看市
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