中国半导体产业发展现状及趋势分析

随着逆全球化趋势加深,国产替代成为重要话题,而半导体设备就是非常优质的专用设备赛道之一,无论是设备整机还是零部件都越来越得到市场重视。

首先是追根溯源,先了解下半导体设备需求来自于哪里。

半导体设备的市场空间,根本是来自于芯片终端的需求提升(要芯片的),然后传导到晶圆厂产能扩张(做芯片的),最终就会采购更多的半导体装备(提供设备)。

整个半导体设备总盘子大概有多少呢?虽然设备作为整个数码产业的基石,看似是空间最小部分,但实际上在2021年全球年产值就超过了1000亿美金,其中国内市场近1000亿人民币,这是非常庞大的赛道。

但是要注意,对于晶圆厂产能扩张,不能直接拿来用,需要做进一步详细拆解,原因是不同芯片类型,比如存储、逻辑、DAO芯片等,其对应扩张节奏和设备种类是有区别的。

一般而言,想了解设备厂商对应需求,需要经过以下步骤。一是了解到晶圆厂产能规划,同时拆分扩张节奏,计算出每年需要扩多少量;二是根据扩产制程及芯片类型,得到所需扩产的每万片投资金额;三是根据单位投资金额,判断带动设备资本开支情况;四是结合该晶圆厂设备国产化进程,预测国内设备厂商能够拿到多少份额。

那既然半导体设备需求来自于终端芯片,那么其就一定具有周期属性。很有意思,我们发现设备环节和芯片销售都是在2019年出现低谷期,因此并不像大家所想,半导体设备资本开支会有前置性,而是和芯片终端基本同步。

至于怎么去判断周期阶段,这个就和下游通信、消费电子、高性能计算、汽车电子等都有关联,要分析每个行业景气度,这块比较宏观,就不多做展开。大家就记住,目前全球设备资本开支是处于一轮2020年开始的上行周期,并且一般半导体周期是在3-4年。

但如果回到国内,中国大陆产能占全球比重在持续提升,与之对应是设备投资增速也快于全球,近几年都在进行大幅产能扩张和逆周期投资。一方面是处于周期向上,另一方面是国产替代下,先进制程投资比例增加,而制程越往前推进,每万片投资金额也会显著提高。

因此,从整体需求层面来看,半导体设备无论是在全球还是国内都有很大空间,同时国内设备厂商的资本开支增速显著高于海外,大方向上是比较积极的。

其次是要具体分环节看,前道和后道设备差距会比较大。

刚才提到,2021年全球半导体设备市场空间是千亿美金,如果按照类型划分,前道晶圆设备大概就能占到85%-90%,而后道封装测试设备仅占到10%-15%。因此,无疑前道设备的壁垒会更高,空间也更大。

其实整个晶圆制造过程并不难理解,就和盖一栋楼非常像。晶圆整体是立体结构,但里面每一层都是复杂的平面结构,都有各自的图形,每层材料在逐层铺陈上去后,还需要在里面制造出多种沟槽和孔道。

在这些复杂结构背后,就需要有对应设备做支撑。按照先进生产线比如14nm或7nm为例,大概一条月产能10K产线要用到3000台以上设备。

前道晶圆设备投资能占到85%左右份额,而前道设备里沉积、光刻和刻蚀三大设备又分别能占到20%以上,合计投资量达60%-70%,这也是市场最为重视的三个环节。

简单科普下:沉积就是在晶圆表面铺上一层纤薄的薄膜,作用是为了后面构建各种电路层级,对应设备是CVD和PVD;光刻就是曝光工艺,把电路图形投射在光刻胶上,对应设备是光刻机;刻蚀就好比美工刀,沟槽和孔洞都是由刻蚀机来完成。

尤其是随着先进制程提升,这3大设备环节价值量提升会很显著。以光刻机为例,目前DUV光刻机每台价格大概是2000-5000万美金,但随着制程演进到5nm以下,就需要用到EUV光刻机(和DUV主要是光源方案区别,不用细究),那基本每台价格就要来到1-3亿美金。

所以,哪怕设备数量没有增长,仅仅是单台价值量变化,前道核心设备空间就是5倍左右。

至于后道封测设备,相比前道设备而言会更简单一些,占比是15%左右。按照全球千亿美金计算,封测大概是150亿,其中国内大概是40亿美金,封装和测试大概各占1/2。

同样做个科普:封装就相当于给芯片套个壳子,测试就是运送到客户手上之前做个内测,保证芯片电性能和参数都符合设计要求。

如果要总结下前道和后道设备区别,大概有三个方面,即技术壁垒、市场空间和客户群体。

第一是技术壁垒。前道更专注于工艺修整,从复杂工艺中实现更高性能,尽量降低功耗;后道更多在于高速、精密及自动化,设备速度要够快、够准。

第二是市场空间。毫无疑问是前道设备更高,基本是后道设备空间5倍以上。

第三是客户群体。前道客户主要是晶圆厂,比如中芯和华虹等;后道客户主要是封测厂,比如长电和通富等。

最后是落实到投资,即国内设备厂商发展趋势及供给格局。

聊半导体赛道,就不得不提到海外制裁,毕竟没有制裁也不会有国产替代的加速。

海外对国内产业链的打压,大方向是从下到上,并且逐步趋严。从最早针对华为,到后来面向晶圆制造厂商中芯国际,再到对国内半导体设备企业进行警告,尤其是今年上海微电子被列入清单,整个范围是越来越广。

这些制裁和清单是否会最终落地,是有待商榷的,因为里面涉及到方方面面,包括美国自身利益绑定、欧洲相关厂商利益等等,这里就不多展开。

反观国内,在海外局势紧张背景下,国内对半导体行业支持力度逐步加码,尤其是大基金项目是直接能够投资国内龙头厂商(当然近期有些小波折,但不改长期决心)。

因此,在做投资和研究过程中,我们需要更多去关注国产化率。

从前道设备来看,其实很多环节都已经突破了“从0到1”门槛,其国产化率接近10%,进入到订单释放节奏,当然也有些环节比如光刻机还处于发展初期。

从后道设备来看,封装设备比如贴片机和划片机,基本都是以海外垄断为主,日美欧基本占据整个市场份额,而测试设备国产化率就相对较高,比如测试机和分选机份额都达到15%-20%。

综合考虑市场空间及国产化率因素,前道设备龙头是北方华创和中微公司,后道设备龙头主要是华峰测控和长川科技。

此外,仅看半导体设备赛道,其实现在也有供应链安全问题,原因是设备上游零部件还是以海外进口为主,很容易被卡脖子。市场上不少投资者在关注这方面内容,但由于国内上市公司中还没有看到代表性龙头企业,就先不多讨论了。

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