投资要点：
　　分析框架：全球半导体产业供给端由企业主导，需求端由下游应用领域主导，供给、需求和贸易共同创造了销售市场，需求波动向上传导的时间差造成了企业和渠道商的库存。企业的边际盈利能力变化传导到二级市场，与其他因素交织共同影响了股价波动。在整个框架中，技术是根因，技术迭代降低制造成本并创造下游电子设备需求，促进信息科技产业持续繁荣发展。
　　历史复盘：全球半导体产业从上世纪四五十年代在美国起源后开始蓬勃发展，在成长过程中历经了从美国到日本，从日本到韩国和中国台湾，以及再到中国大陆的三次产业区域转移。在此过程中，全球半导体产业分工不断细化，从IDM到Fabless，纯晶圆代工模式出现。同时，全球半导体市场下游历经多轮增长周期，从1976年的约29亿美元成长202倍到2022年的5832亿美元，下游已经渗入到消费电子、计算机、通信、汽车、工业等多个应用领域，成为信息科技产业和数字经济的基石。
　　成长与周期：全球半导体产业经过几十年的发展，已经从快速增长的成长行业转变为渐进式增长的成熟行业，成长性逐渐变弱，周期性不断增强。全球半导体产业格局集中度不断提升，头部企业成长速度放缓但盈利能力变强。周期性方面，我们从长期、中期和短期三个维度进行拆解：（1）在长期维度上，全球半导体产业主要受技术迭代因素影响，呈现出约10年左右的产品周期，宏观经济波动对这一特征进行加强；（2）在中期维度上，全球半导体产业主要受企业资本开支驱动，表现出约3至4年的产能周期；（3）在短期维度上，半导体销售市场短期供需错配导致企业库存波动，呈现出约3至6个季度的库存周期。
　　产业链：全球半导体产业链包括设计、制造、封测三大核心环节，和基础技术研发、半导体设备、半导体材料三大支撑环节，以及多种下游应用领域。在价值量分布上，呈现出“设计＞晶圆制造＞设备＞封测＞材料”的特征。在区域分布上，主要与各区域生产要素优势类型有关：（1）设计、设备等研发密集型环节，主要由美国、欧洲等区域主导；（2）材料和晶圆制造等资本开支密集型环节，主要由欧美以外地区主导；（3）封装测试等资本开支和劳动力密集型环节，主要由中国大陆主导。
　　市场结构：分地区来看，亚太地区在全球半导体销售额中超过60%，而中国大陆在亚太市场份额最高，2021年以1877亿美元销售额成为全球半导体产品最大消费地区。从供给端来看，美国在全球半导体市场供应端占据接近一半份额。分产品来看，集成电路占半导体产品销售额的比重维持在80%以上，其中逻辑IC和存储IC比重最高，MCU份额呈下降趋势。分下游应用来看，计算机和通信是主要应用领域，不同类型的半导体产品在下游应用领域的占比有所区别。
　　中国大陆现状：中国大陆半导体产业起步较晚，目前在全球市场份额第一且仍保持上升趋势。中国大陆在供给端较为薄弱，IC产值虽然快速增长，但自给率水平仍然不高。去除大陆之外厂商在内地的晶圆厂贡献的产值，中国本土厂商对市场的供给比例2021年仅为6.6%左右。此外，从进出口的角度看，中国大陆半导体产品贸易逆差仍在扩大，进口高端芯片、出口低端芯片现象仍然显著，半导体产品在整体进口金额占比也屡创新高。
　　海内外对比：从产业投资力度来看，半导体产业较为依赖研发投入，在全行业中研发支出占收入比重最高。分地区对比，美国在全球主要国家和地区中研发投入最高，中国大陆最低。对比中外半导体企业，中国大陆半导体产业链各环节龙头公司与海外龙头公司相比在收入规模与盈利水平等方面仍然存在一定的差距。
　　产业趋势：（1）长期来看，量子隧穿效应导致的物理极限和先进制程工艺成本陡增等因素致使集成电路沿摩尔定律发展的经验规律迎来瓶颈，台积电先进制程的新工艺收入占比提升速度不及前代、渗透速度或将减缓。集成电路进入后摩尔时代后，技术迭代速度放缓，中国有望通过先进封装和Chiplet等技术实现加速追赶。（2）中期来看，2020年新冠疫情大流行对全球半导体市场造成了先紧后松的局面，加剧了市场需求波动，企业端产能投放节奏受到一定影响，2023年产能周期大概率进入下行阶段。（3）短期来看，全球晶圆厂产能利用率已经回归到正常水平，WSTS预测2023年全球半导体市场或将萎缩4.1%至5566亿美元。（4）区域分工上，半导体产业的安全性和韧性日益成为全球各地区竞争焦点，美国通过“对内鼓励、对外合作、对华竞争”的半导体产业政策促进先进制程回归本土，同时限制中国半导体产业的发展。中国需要推出更适合当下环境的半导体产业顶层战略规划，以在日益动荡的地缘政治格局中实现半导体乃至整个信息科技产业的国产替代和自主可控。
　　投资建议：全球半导体产业步入成熟阶段，技术迭代速度放缓，中期产能周期和短期市场可能进入下行阶段，中国大陆半导体产业自给率水平提升空间仍然巨大，有望在未来几年中实现全球半导体产业早期的快速增长，建议关注本土半导体产业链设备、材料、功率IC设计、EDA、IP核、先进制程、先进

研究报告全文：TableMain证券研究报告产业经济深度2023年03月10日产业经济深度全球半导体产业研究框架与市场现状中观科技产业系列专题报告01证券分析师李浩TableSummary投资要点资格编号S0120522110002邮箱lihao3teboncomcn分析框架全球半导体产业供给端由企业主导需求端由下游应用领域主导供给需求和贸易共同创造了销售市场需求波动向上传导的时间差造成了企业和渠道研究助理商的库存企业的边际盈利能力变化传导到二级市场与其他因素交织共同影响了张威震股价波动在整个框架中技术是根因技术迭代降低制造成本并创造下游电子设邮箱zhangwz5teboncomcn备需求促进信息科技产业持续繁荣发展相关研究历史复盘全球半导体产业从上世纪四五十年代在美国起源后开始蓬勃发展在成1美国科技周期下行带来的投资机长过程中历经了从美国到日本从日本到韩国和中国台湾以及再到中国大陆的三会2022-12-27次产业区域转移在此过程中全球半导体产业分工不断细化从IDM到Fabless纯晶圆代工模式出现同时全球半导体市场下游历经多轮增长周期从1976年2美国长期经济结构变化与周期的的约29亿美元成长202倍到2022年的5832亿美元下游已经渗入到消费电子机会2023-02-22计算机通信汽车工业等多个应用领域成为信息科技产业和数字经济的基石成长与周期全球半导体产业经过几十年的发展已经从快速增长的成长行业转变为渐进式增长的成熟行业成长性逐渐变弱周期性不断增强全球半导体产业格局集中度不断提升头部企业成长速度放缓但盈利能力变强周期性方面我们从长期中期和短期三个维度进行拆解1在长期维度上全球半导体产业主要受技术迭代因素影响呈现出约10年左右的产品周期宏观经济波动对这一特征进行加强2在中期维度上全球半导体产业主要受企业资本开支驱动表现出约3至4年的产能周期3在短期维度上半导体销售市场短期供需错配导致企业库存波动呈现出约3至6个季度的库存周期产业链全球半导体产业链包括设计制造封测三大核心环节和基础技术研发半导体设备半导体材料三大支撑环节以及多种下游应用领域在价值量分布上呈现出设计晶圆制造设备封测材料的特征在区域分布上主要与各区域生产要素优势类型有关1设计设备等研发密集型环节主要由美国欧洲等区域主导2材料和晶圆制造等资本开支密集型环节主要由欧美以外地区主导3封装测试等资本开支和劳动力密集型环节主要由中国大陆主导市场结构分地区来看亚太地区在全球半导体销售额中超过60而中国大陆在亚太市场份额最高2021年以1877亿美元销售额成为全球半导体产品最大消费地区从供给端来看美国在全球半导体市场供应端占据接近一半份额分产品来看集成电路占半导体产品销售额的比重维持在80以上其中逻辑IC和存储IC比重最高MCU份额呈下降趋势分下游应用来看计算机和通信是主要应用领域不同类型的半导体产品在下游应用领域的占比有所区别中国大陆现状中国大陆半导体产业起步较晚目前在全球市场份额第一且仍保持上升趋势中国大陆在供给端较为薄弱IC产值虽然快速增长但自给率水平仍然不高去除大陆之外厂商在内地的晶圆厂贡献的产值中国本土厂商对市场的供给比例2021年仅为66左右此外从进出口的角度看中国大陆半导体产品贸易逆差仍在扩大进口高端芯片出口低端芯片现象仍然显著半导体产品在整体进口金额占比也屡创新高海内外对比从产业投资力度来看半导体产业较为依赖研发投入在全行业中研发支出占收入比重最高分地区对比美国在全球主要国家和地区中研发投入最请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明产业经济深度高中国大陆最低对比中外半导体企业中国大陆半导体产业链各环节龙头公司与海外龙头公司相比在收入规模与盈利水平等方面仍然存在一定的差距产业趋势1长期来看量子隧穿效应导致的物理极限和先进制程工艺成本陡增等因素致使集成电路沿摩尔定律发展的经验规律迎来瓶颈台积电先进制程的新工艺收入占比提升速度不及前代渗透速度或将减缓集成电路进入后摩尔时代后技术迭代速度放缓中国有望通过先进封装和Chiplet等技术实现加速追赶2中期来看2020年新冠疫情大流行对全球半导体市场造成了先紧后松的局面加剧了市场需求波动企业端产能投放节奏受到一定影响2023年产能周期大概率进入下行阶段3短期来看全球晶圆厂产能利用率已经回归到正常水平WSTS预测2023年全球半导体市场或将萎缩41至5566亿美元4区域分工上半导体产业的安全性和韧性日益成为全球各地区竞争焦点美国通过对内鼓励对外合作对华竞争的半导体产业政策促进先进制程回归本土同时限制中国半导体产业的发展中国需要推出更适合当下环境的半导体产业顶层战略规划以在日益动荡的地缘政治格局中实现半导体乃至整个信息科技产业的国产替代和自主可控投资建议全球半导体产业步入成熟阶段技术迭代速度放缓中期产能周期和短期市场可能进入下行阶段中国大陆半导体产业自给率水平提升空间仍然巨大有望在未来几年中实现全球半导体产业早期的快速增长建议关注本土半导体产业链设备材料功率IC设计EDAIP核先进制程先进封装等环节的头部优秀企业风险提示下游需求不及预期风险宏观经济增速不及预期风险技术发展不及预期风险270请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明产业经济深度内容目录1核心摘要92产业概况与分析框架1121研究范畴半导体集成电路与芯片1122产品类型芯片功能向集成化趋势发展1123研究框架基于供给与需求视角的产业分析框架1524发展特征产业区域转移与分工模式细化1625从宏观总量到中观产业半导体是数字经济的基石19251数字经济传统GDP的数字化部分比重高增长快19252信息科技产业数字经济的重要支撑和组成部分20253半导体信息科技产业的核心硬件233全球半导体产业的成长性与周期性2431成长性复盘溯因归纳24311下游终端更迭推动上游半导体持续增长24312从强成长弱周期到强周期弱成长25313成熟的表征增速放缓盈利增强2632长周期宏观与技术驱动的10年左右的产品周期29321技术迭代推动下游市场更迭是产品周期的主要原因29322宏观经济在长期维度上强化了半导体产品周期波动3133中周期资本支出驱动的34年的产能周期32331投资端的观测32332产能端的实证32333销售端的观察3334短周期短期供需驱动的36个季度的库存周期334全球半导体产业链价值量分布与生产要素特征3641产业链概况3大环节3个支撑N种下游应用3642区域特征全球半导体产业链价值量与生产要素特征365全球市场历史现状与市场结构特征3951整体量价市场增长主要由销量贡献价格基本不变3952分区域中国大陆在销售端份额最高美国企业在供给端份额最高39521销售端亚太市场份额超过60中国大陆是最大消费地区39522供给端美国企业在全球半导体市场供应端占据主导地位40370请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明产业经济深度53分产品逻辑IC和存储IC是销售额占比较高的类型4154分下游应用计算机和通信是主要应用领域426中国半导体产业现状特征和存在的问题4361销售端市场规模持续扩大占GDP比重不断提升4362供给端IC产值快速增长自给率水平仍需提升4563进出口贸易逆差大高端芯片依赖进口477中外对比大陆半导体产业仍然任重道远4871投资力度中国半导体产业投入与美国相比有待提升48711全球半导体产业研发投入对比48712中美两国半导体产业投资力度对比4972头部企业中国大陆头部企业与海外巨头仍有差距508全球半导体产业趋势5281长期技术迭代速度放缓市场需求稳定增长52811物理极限和成本增长致使摩尔定律迎来瓶颈52812台积电先进制程新工艺渗透速度或将减缓53813后摩尔时代先进封装和Chiplet技术有望突围54814长期来看下游应用市场仍将保持稳定增长5682中期资本开支冲高回落产能周期进入下行阶段5783短期产能利用率下行全球市场2023年或将萎缩5784竞合全球半导体产业从全面合作走向局部博弈59841美国对内鼓励对外合作对大陆竞争的半导体产业政策59842中国大陆半导体产业政策仍有待加强61843其他地区发布产业支持政策维持半导体竞争力62844中美博弈与全球产业链的割裂6485全球产业链重塑下中国半导体产业的机遇649风险提示69470请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明产业经济深度图表目录图1半导体和集成电路定义范畴11图2半导体产品类型细分12图3常见模拟芯片示例13图4常见数字芯片示例13图5常见分立器件示例13图6常见光电子器件示例14图7高通骁龙8Gen1SoC架构图14图8恩智浦PMIC芯片架构图14图9基于供给与需求视角的半导体产业分析框架15图10全球半导体产业相关重大历史事件梳理16图11全球半导体产业的三次迁移17图12半导体产业IDM模式Fabless模式Foundry模式分工对比18图13从宏观总量到中观半导体产业GDP数字经济科技信息产业与半导体19图142021年全球数字经济在GDP比重三次产业渗透率和增速20图152021年全球47个主要经济体GDP中数字经济结构20图162021年中国和美国科技行业主要大类行业增加值占GDP比重21图171987至2022年中美两国信息科技产业占GDP呈上升趋势21图18中国和美国制造业中细分行业增加值比重22图192021中国和美国上市公司信息技术及其他大类行业在总量的收入净利润占比22图202021中国和美国上市公司半导体及其他二级行业在总量的收入净利润占比23图211976至2022年全球半导体销售金额及各阶段增速25图221997至2021年电子设备的半导体产品价值量变化26图231980年至2024全球GDP和IC市场增长率相关系数及预测26图241990至2021年头部企业收入在全球半导体产业比重持续提升至接近8028图251990至2021年全球半导体头部企业收入利润增速与盈利能力等指标的变化28图261991至2021全球半导体龙头企业收入利润增速与盈利能力等指标区间变化29图271970至2010年处理器平均晶体管数量沿摩尔定律趋势变化30图28集成电路晶体管单价约10年下降两个数量级31图29全球超级计算机运算速度快速提升31图301976至2023年全球半导体销售额增速与GDP增速呈现一定相关性31图311983至2021年全球半导体产业资本支出约呈现3-4年周期特征32570请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明产业经济深度图321994至2022年全球IC晶圆产能变化与增速33图331976至2022年全球半导体月销售额同比增速与波动情况33图34半导体产业库存周期各阶段34图352000至2022年全球主要半导体公司季度库存水平变化情况34图362008至2022年至今全球半导体产品销售均价及环比增速35图372013至2022年典型存储器产品十日移动平均价走势35图38半导体产业链环节基础支撑与下游应用领域36图39全球半导体产业分环节区域价值量分布37图40全球半导体产业链各环节研发支出和资本支出占比38图41全球IC产业链分工以某款智能手机AP为例38图422007至2021年全球半导体产品销量及增速39图432007至2021年全球半导体产品销售均价及增速39图441999-2021年全球半导体分区域市场销售额39图451999至2023年全球半导体分地区市场份额及预测40图462021年全球半导体分地区市场份额40图471983至2021年全球半导体市场供应端各地区份额40图482021年美国企业在全球半导体各地区市场供给侧份额41图491999-2021年全球半导体分产品市场销售额41图501999-2021全球半导体分产品市场份额变化42图512021年全球半导体分产品市场份额42图522021全球半导体市场分下游应用市场份额42图531998至2020年全球集成电路下游应用市场份额42图542019年全球半导体分产品分下游应用销售额占比43图552015至2022年中国大陆半导体销售额及增速43图562015至2022年中国大陆半导体销售额占全球比重43图572004至2021年中国集成电路产业各环节销售额及增速44图582004至2021年中国集成电路产业各环节销售份额变化44图592002-2021年中国集成电路产业占GDP比重45图602021年美国半导体产业的总增加值GVA对GDP的贡献45图612010-2026F中国大陆IC市场规模与IC产值变化及预测46图622021年中国IC产值与IC产值变化及预测46图632007-2021中国集成电路进出口金额及同比增速47图642007-2021中国半导体产品进出口金额及同比增速47670请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明产业经济深度图652007-2021中国集成电路与半导体贸易逆差持续扩大47图662007-2021中国集成电路进出口均价47图671995至2022中国集成电路与半导体进出口占整体进出口金额比重变化48图682021年全球主要国家和地区半导体行业研发支出占销售额比重48图692021年美国半导体及其他大类行业研发支出占收入比重49图702021年中国A股上市公司半导体及其他大类行业研发支出占收入比重49图712001至2021年中美两国半导体行业研发占收入比重49图722001至2021年中美两国半导体行业资本支出占收入比重49图732001至2021年美国半导体行业投资强度变化50图742001至2021年中国半导体行业投资强度变化50图752021年中国大陆半导体产业链各环节主要公司收入规模与盈利水平51图762021年海外半导体产业链各环节主要公司收入规模与盈利水平51图77晶体管尺寸缩减速度逐渐放缓偏离摩尔定律52图782015年以来主要晶圆代工厂芯片制程节点演进与规划52图79芯片成本随单个处理器晶体管数量的增多而急剧增加53图80随着制程节点不断迭代SOC设计成本陡增53图812018Q1至2022Q4台积电分制程节点收入占比变化54图82台积电5nm和7nm工艺季度收入份额变化对比54图83后摩尔时代的三个方向延续摩尔定律超越摩尔定律和新器件55图84Flip-ChipBGA封装示意图55图8525D结构SiP封装示意图55图86基于Chiplet的异构架构应用处理器的示意图56图87AMD采用Chiplet技术的处理器示意图56图882008-2024全球电子设备相关行业市场规模及预测56图892023年全球半导体产业资本支出预计将出现大幅下降57图902020Q1至2022Q4全球半导体晶圆厂产能与出货量同比增速及预测58图91中国大陆主要晶圆代工厂产能利用率高于全球平均水平58图922022-2023年全球半导体销售额预测59表1费城半导体指数30家成分企业基本情况27表21965年至今半导体产品制造技术约10年进步一代30表32021年以来美国国家层面芯片产业相关政策举措13对内促进制造业发展770请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明产业经济深度59表42021年以来美国国家层面芯片产业相关政策举措23对外加强多边合作60表52021年以来美国芯片产业相关政策举措33对大陆竞争60表6美国主要使用的几种贸易管制名单制度基本情况梳理61表72015年至今国家层面半导体产业相关支持政策梳理62表8除中国大陆与美国外全球其他主要地区半导体产业政策梳理63表9A股半导体设计公司基本情况梳理65表10A股半导体EDA软件和IP核公司基本情况梳理66表11A股和港股半导体晶圆代工制造公司基本情况梳理67表12A股半导体封装测试公司基本情况梳理67表13A股半导体IDM公司基本情况梳理67表14A股半导体设备公司基本情况梳理68表15A股半导体材料公司基本情况梳理68870请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明产业经济深度1核心摘要半导体是数字经济的基石对全球信息科技产业的发展至关重要此篇报告作为我们中观科技产业系列专题报告的开篇我们将从宏观到中观通过复盘全球半导体产业的发展历程对我们基于供给和需求视角的全球半导体产业分析框架进行详细阐释对全球半导体产业的成长性周期性进行观察总结和实证分析对全球半导体产业价值链分布全球市场现状与特征以及中国大陆半导体产业现状与问题进行详细归纳通过与美国等海外地区对比发现中国大陆半导体产业链的不足通过对全球产业趋势的分析来理解当下中国半导体产业的发展机遇分析框架全球半导体产业供给端由企业主导需求端由下游应用领域主导供给需求和贸易共同创造了销售市场需求波动向上传导的时间差造成了企业和渠道商的库存企业的边际盈利能力变化传导到二级市场与其他因素交织共同影响了股价波动在整个框架中技术是根因技术迭代降低制造成本并创造下游电子设备需求促进信息科技产业持续繁荣发展复盘历史全球半导体产业从上世纪四五十年代在美国起源后开始蓬勃发展在成长过程中历经了从美国到日本从日本到韩国和中国台湾以及再到中国大陆的三次产业区域转移在此过程中全球半导体产业分工不断细化从IDM到Fabless纯晶圆代工模式出现同时全球半导体市场下游历经多轮增长周期从1976年的约29亿美元成长202倍到2022年的5832亿美元下游已经渗入到消费电子计算机通信汽车工业等多个应用领域成为信息科技产业和数字经济的基石成长与周期全球半导体产业经过几十年的发展已经从快速增长的成长行业转变为渐进式增长的成熟行业成长性逐渐变弱周期性不断增强全球半导体产业格局集中度不断提升头部企业成长速度放缓但盈利能力变强周期性方面我们从长期中期和短期三个维度进行拆解1在长期维度上全球半导体产业主要受技术迭代因素影响呈现出约10年左右的产品周期宏观经济波动对这一特征进行加强2在中期维度上全球半导体产业主要受企业资本开支驱动表现出约3至4年的产能周期3在短期维度上半导体销售市场短期供需错配导致企业库存波动呈现出约3至6个季度的库存周期产业链全球半导体产业链包括设计制造封测三大核心环节和基础技术研发半导体设备半导体材料三大支撑环节以及多种下游应用领域在价值量分布上呈现出设计晶圆制造设备封测材料的特征在区域分布上主要与各区域生产要素优势类型有关1设计设备等研发密集型环节主要由美国欧洲等区域主导2材料和晶圆制造等资本开支密集型环节主要由欧美以外地区主导3封装测试等资本开支和劳动力密集型环节主要由中国大陆主导市场结构分地区来看亚太地区在全球半导体销售额中超过60而中国大陆在亚太市场份额最高2021年以1877亿美元销售额成为全球半导体产品最970请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明产业经济深度大消费地区从供给端来看美国在全球半导体市场供应端占据接近一半份额分产品来看集成电路占半导体产品销售额的比重维持在80以上其中逻辑IC和存储IC比重最高MCU份额呈下降趋势分下游应用来看计算机和通信是主要应用领域不同类型的半导体产品在下游应用领域的占比有所区别中国大陆现状中国大陆半导体产业起步较晚目前在全球市场份额第一且仍保持上升趋势中国大陆在供给端较为薄弱IC产值虽然快速增长但自给率水平仍然不高去除大陆之外厂商在内地的晶圆厂贡献的产值中国本土厂商对市场的供给比例2021年仅为66左右此外从进出口的角度看中国大陆半导体产品贸易逆差仍在扩大进口高端芯片出口低端芯片现象仍然显著半导体产品在整体进口金额占比也屡创新高海内外对比从产业投资力度来看半导体产业较为依赖研发投入在全行业中研发支出占收入比重最高分地区对比美国在全球主要国家和地区中研发投入最高中国大陆最低对比中外半导体企业中国大陆半导体产业链各环节龙头公司与海外龙头公司相比在收入规模与盈利水平等方面仍然存在一定的差距产业趋势1长期来看量子隧穿效应导致的物理极限和先进制程工艺成本陡增等因素致使集成电路沿摩尔定律发展的经验规律迎来瓶颈台积电先进制程的新工艺收入占比提升速度不及前代渗透速度或将减缓集成电路进入后摩尔时代后技术迭代速度放缓中国有望通过先进封装和Chiplet等技术实现加速追赶2中期来看2020年新冠疫情大流行对全球半导体市场造成了先紧后松的局面加剧了市场需求波动企业端产能投放节奏受到一定影响2023年产能周期大概率进入下行阶段3短期来看全球晶圆厂产能利用率已经回归到正常水平WSTS预测2023年全球半导体市场或将萎缩41至5566亿美元4区域分工上半导体产业的安全性和韧性日益成为全球各地区竞争焦点美国通过对内鼓励对外合作对华竞争的半导体产业政策促进先进制程回归本土同时限制中国半导体产业的发展中国需要推出更适合当下环境的半导体产业顶层战略规划以在日益动荡的地缘政治格局中实现半导体乃至整个信息科技产业的国产替代和自主可控投资建议全球半导体产业步入成熟阶段技术迭代速度放缓中期产能周期和短期市场可能进入下行阶段中国大陆半导体产业自给率水平提升空间仍然巨大有望在未来几年中实现全球半导体产业早期的快速增长建议关注本土半导体产业链设备材料功率IC设计EDAIP核先进制程先进封装等环节的头部优秀企业1070请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明产业经济深度2产业概况与分析框架21研究范畴半导体集成电路与芯片半导体Semiconductor狭义上是指半导体材料即常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料包括以硅Si锗Ge等元素半导体也是第一代半导体材料和以砷化镓GaAs氮化镓GaN碳化硅SiC氧化镓Ga2O3等化合物半导体材料第二代至第四代半导体材料半导体材料是制作半导体器件和集成电路的电子材料是半导体工业的基础利用半导体材料制作的各种各样的半导体器件和集成电路促进了现代信息社会的飞速发展集成电路IntegratedCircuitIC中国台湾称为积体电路是指通过一系列特定的加工工艺将晶体管二极管等有源器件和电阻器电容器等被动元件及布线集成封装在半导体如硅或砷化镓等化合物晶片上执行特定功能的电路或系统芯片Chip通常就是指集成电路芯片因此绝大多数时候芯片集成电路IC等术语可以混用图1半导体和集成电路定义范畴半导体产品集成电路IC芯片资料来源德邦研究所绘制22产品类型芯片功能向集成化趋势发展半导体产品类型繁多通常按照WSTS统计数据分为集成电路分立器件光电子器件传感器共4大类1集成电路即通常所称的芯片英文简称IC或Chip占据半导体销售额的绝大部分主要包括模拟芯片和数字芯片模拟芯片主要是指由电阻电容晶体管等组成的模拟电路集成在一起用来处理连续函数形式模拟信号的集成电路主要包括以放大器比较器接口IC等为代表的信号链类芯片和以驱动IC交直流转换ACDCDCDCDCAC等充电电池管理IC等为代表的电源管理类芯片1170请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明产业经济深度图2半导体产品类型细分放大器比较器运算放大器放大器等数据转换器ADDA等接口芯片信号链类时定时芯片模拟开关等电源驱动IC模拟芯片集充电电池管理IC电源管理类成交直流转换ACDCDCACDCDC等电路过保电路等通用芯片CPUGPUDSPTPUDPUNPUBPUDCU等逻辑芯片专用芯片ASICAPBPCPSoC等等半FPGA导微处理器MPUMCU等体SRAM产品易失性存储RAMMRAMRRAM等SC存储芯片MCFlashNORFlashTC非易失性存储ROM3DNAND二极管功率二极管EEPROMPROMEPROM等分立三极管功率晶体管BTFET等器功率器件晶管等件被动元件电容电阻电感等光电导器件光电阻光电二极管光电三极管等光器件硅光电池光电池光电测器件光电控制器件光电器件半导体发光器件发光二极管半导体光器等半导体受光器件图传感器光电晶体管光电倍增管等传感器温度力度体离子生物场线等各类信号传感器资料来源WSTS电子技术论坛电子工程世界德邦研究所绘制数字芯片是对离散的数字信号进行算术和逻辑运算的集成电路其基本组成单位为逻辑门电路包括逻辑芯片微处理器和存储芯片三大类1逻辑芯片广义上可以是所有采用逻辑门的大规模集成电路这里主要是指仅包含逻辑运算能力的集成电路包括以CPUGPU为代表的通用计算芯片专用芯片ASIC等和FPGA等2存储芯片主要承担数据存储功能包括易失性存储和非易失性存储易失性存储主要以随机存取器RAM为主使用量最大的为动态随机存储DRAM非易失性存储较为常见的是NORFlash与NANDFlashNORFlash的读取速度较快被广泛用于代码存储的主要器件NANDFlash则在高容量时具有成本优势是目前SSD固态硬盘的主要存储介质3微处理器MPU主要是指将计算存储等多种功能封装成一个芯片之上的微控制单元MCU1270请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明产业经济深度图3常见模拟芯片示例图4常见数字芯片示例运算放大器比较器数模转换器CPUGPUDPUDCDC转换器电源驱动开关DRAM内存NANDFlash硬盘MCU资料来源圣邦微电子官网德邦研究所资料来源英伟达官网龙芯中科官网德邦研究所2分立器件是相对于集成电路而言的半导体另一大产品分支分立器件早于集成电路出现至今仍然被广泛地应用在消费电子计算机通信汽车电子等广泛领域分立器件可分为普通二极管三极管以电容电阻电感为代表的三大被动元件和占据分立器件主要地位的功率器件功率半导体分为功率IC和功率器件功率IC主要以电源管理类模拟IC为主功率器件主要包括功率二极管晶管功率晶体管等类型其中功率晶体管还可细分为双极结型晶体管BT结型场效应晶体管FET金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET和绝缘栅双极型晶体管IGBT等多种类型主要用于放大器大功率半导体开关和逆变器等场景图5常见分立器件示例二极管三极管IGBTMOSFET模电容电阻电感资料来源斯达半导官网风华高科官网德邦研究所3光电子器件主要是指利用光子-电子转换效应光电效应设计的功能器件可大致分为光电导器件光器件发光器件和受光器件光电导器件包括光电阻光电二极管光电三极管等其中光电二极管是构成CCD和CMOS图传感器的基本单元光器件是利用光效应进行工作的半导体器件主要包括光电池光电测与光电控制器件等发光器件主要包括发光二极管ED和半导体光器ED按化学性质又分有机发光二极管OED和无机发光二极管ED最初用于仪器仪表的指示性照明后来用作文字或数字显示近些年又发展出mini-ED和micro-ED等新技术半导体光器也称光二极管D可分为同质结单异质结双异质结等几种类型主要用作光通信光存储光陀螺光印测距以及雷达等领域半导体光器可以按照材料1370请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明产业经济深度波长功率发方式等多种维度分类其中VSCE光器得益于3D结构光苹果FaceID采用的方案和iDAR等下游应用场景的拓展而在近几年市场规模快速发展受光器件即接受光信号转换为电信号的光电器件主要包括图传感器红外接收器光电倍增管等产品在下游应用产品中通常与发光器件集成在一起使用图6常见光电子器件示例光电二极管光电三极管光电阻VCSE光器模光芯片光器件资料来源长光华芯官网纵慧芯光官网德邦研究所4半导体传感器是指利用半导体材料物理化学生物特性制成的传感器按照信号感知方式可以分为温度传感器度传感器力传感器等多种类型传感器作为数字世界的眼耳口鼻在几乎所有行业都有着广泛的应用场景除以上分类外半导体产品还有多种分类维度例如按照下游需求场景可分为民用级消费级汽车级车规级工业级军工级和航天级等半导体产品向功能集成化趋势发展随着智能手机智能手表TWS耳机等下游消费电子应用对芯片性能功能和集成度的要求越来越高半导体产品功能集成化发展成为重要趋势出现了诸如片上系统芯片SoC芯片RF电源管理芯片PMIC等将传统单一半导体芯片的多种功能模化集成化的芯片类型例如高通骁龙8Gen1SoC集成了CPUGPUISP5GRF等多种数字和模拟芯片模恩智浦PMIC芯片集成了多种模拟电路功能图7高通骁龙8en1oC架构图图8恩智浦PC芯片架构图资料来源高通官网德邦研究所资料来源NXP官网德邦研究所1470请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明产业经济深度23研究框架基于供给与需求视角的产业分析框架供给端供给端由企业主导企业的供给能力主要由不同阶段的固有产能和产线整体的产能利用率决定其他决定供给能力的因素还包括库存水平上游原材料供应情况等产能主要由企业资本开支决策国家或地区的产业引导政策等因素决定常见的产业政策类型包括国民经济计划包括指令性计划和指导性计划产业结构调整计划产业扶持计划财政投融资等当产能利用率持续高企甚至长时间以最高水平运行时或者企业判断未来较长时间内需求端较为旺盛时会增加资本支出预算升级改造旧产线或新建产线以提升未来产能需求端半导体产品的下游需求包括消费电子计算机服务器汽车工业等多个领域但各领域最下游的应用端多由个人消费者主导需求端的影响因素包括宏观经济政治区域文化产业政策产品迭代等因素其中产业政策多为消费类政策产品迭代主要由消费者和系统集成商共同推动而技术进步是产品迭代的根本因素图9基于供给与需求视角的半导体产业分析框架资本开支产能企业消费者例如通信息宏观政治文化等安全消费产业政策稼动率高企供给需求扩产消费政策例如消费补区域分工供应链库存安全产能利用率经销直销由消费者与系统集产品迭代成商共同推动库存渠道商贸易商技术迭代市场e销量均价产品价格影响消费需求销量好去库存提升产能利用率技术进步降低制造成本销售额企业盈利值变化间接影响投资决策盈利值企业企业股价行业指数周期波动二级市场资料来源德邦研究所绘制销售市场供给需求和贸易共同创造了销售市场同时市场供需的变化也会及时向上反馈给供给和需求起到一定的调节作用例如产品销量较好企业库存水位下降将会提升产线稼动率以增加库存补给产品价格下降将会对价格感型人群的消费决策产生较大的影响进而影响总需求社会库存供给端的企业通常有直销和经销两种销售模式直销模式下企业直接将产品销售给客户经销模式下企业通过层层经销商将产品销售给客户经销商或者称渠道商贸易商流通企业等可以促进产品流通效率分担企业库存风险同时获取部分利润因此整个供给端库存可以分为生产厂商库存和流通企业库存也称渠道库存二者共同构成了总的社会库存二级市场销售市场上整体行业的销售额和利润由规模大小不等的企业共1570请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明产业经济深度同贡献企业的边际盈利变化与资本市场对企业值水平的判断共同影响了企业股价走势同时各企业股价变化叠加其权重因子共同决定了行业指数的波动周期另外企业盈利能力和值的变化同时也在一定程度上影响企业投资决策进而影响到产能端的资本开支节奏技术因素随着科技的发展和知识产权制度的建立技术也作为相对独立的要素投入生产成为第四大生产要素对于半导体产业而言制造端的技术进步最为重要随着制程节点按照摩尔定律演进性能更高功耗更小更加轻巧的芯片使下游各类应用成为现实新产品不断涌现产品迭代促进了消费需求维持整个产业不断成长24发展特征产业区域转移与分工模式细化1从电子管到晶体管半导体产业的起源19世纪60年代后期开始的第二次工业革命使人类进入了电时代电时代以电子设备为载体电路则是电子设备的核心1904年美国弗莱明发明了具有整流和波两种作用真空电子二极管1907年美国福雷斯特制造出的第一只真空电子三极管成为后来无线电发机和接收机的核心部件自此人们可以使用真空电子管构建电子设备的电路系统并在1946年成功研发出人类历史上第一台基于电子真空管的数字积分计算机ENIAC每秒可执行5000次加法运算仅1年后的1947年12月美国贝尔实验室由肖克利巴丁和布拉顿组成的固体物理小组成功研发出点接触型锗三极管是世界上第一个晶体管人类自此进入晶体管电路时代图10全球半导体产业相关重大历史事件梳理1946年1954年1965年1969年1974年第一台电子管计德州仪器推出款商用硅晶体管贝摩尔定律发表全球半导AMD公司成三收韩国半导体50算机ENIAC诞生尔实验室发明第一台晶体管计算机体按此规律演进立股份进入半导体市场19471948年1957年1958年1968年1971年贝尔实验室发明点接触型仙童半导体在硅谷创立德州仪器发明第一款英特尔在硅谷成立英特尔推出第一款商用锗三极管双极型晶体管被为是硅谷诞生标志集成电路处理器Intel40042020年2007年2000年1993年1981年台积电三苹果推出iPhone开张京从台积电出英伟达成立专门IBM推出第一款个人电IBM量产5nm芯片智能手机新纪元走创立中芯国际从事显生产5150处理器为Intel80862022年2019年2003年1999年1987年1976年台积电布ASM量产EUV光机晶圆三台积电合ASM成功研英伟达推出Georce256台积电成立日本实超大规模3n量产巨头布3nm研发和量产计划制出润式光机提出GPU概创晶圆代工模式集成电路研究计划资料来源王阳元集成电路产业全书电子工程专辑网台积电ASMWindSEMI产业投资平台新京报芯东西德邦研究所整理2从晶体管到集成电路半导体产业的大发展晶体管的发明开创了微电子学的先河很快受到市场青睐1954年贝尔实验室发明第一台晶体管计算机1957年IBM开始销售使用了3000个锗晶体管的608计算机这是世界上第一种投入商用的计算机同年被誉为半导体产业西点军校的仙童半导体在硅谷创立奠定了美国硅谷的发展基础1958年9月德州仪器的基尔比发明了第一款基于锗晶体管的集成电路标志着集成电路的诞生1959年7月仙童公司的诺伊斯申请了基于硅平面工艺的集成电路专利奠定了集成电路大批量产的技术1670请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明产业经济深度基础半导体产业自此开始快速发展1965年摩尔在当年第35期电子杂志上发表了著名的摩尔定律19681969年摩尔诺伊斯和桑德斯相继离开仙童半导体分别创立了英特尔和AMD并开了两家公司数十年竞争史1971年英特尔推出第一款商用处理器Intel40041978年推出X86芯片鼻祖Intel8086并在1981年被IBM用于第一款个人电IBM5150上取得了巨大的商业成功而后随着小型计算机步入千家万户晶圆代工模式创新发展和微纳制程节点不断突破半导体产业不断发展壮大图11全球半导体产业的三次迁移第一次转移1970s-1980s美国将电子产品系统装配等利润较低环节转移到日本地区同时日本政府大力支持半导体发展半导体产业重心逐渐转移至日本第三次转移2000s-2010s随着PC时代向手机时代过度1950s-1960s半导体产业中国大陆历经低端制造组装承接技术引进消在美国本土起源并蓬勃发展第二次转移化逐渐成为半导体产业新的需求和产能中心1980s-1990s日本经济破裂美国通过广场议限制日本半导体产业发展半导体产业从日本逐渐转移至韩国中国台湾资料来源前瞻产业研究院邹蓉半导体产业的国际转移研究德邦研究所3半导体产业的三次区域迁移美国日本韩国中国台湾中国大陆半导体产业在美国起源后伴随地缘政治地区产业政策制造模式变革等多种因素经历了三次产业重心的转移11950年代到1960年代半导体产业在美国本土起源并蓬勃发展最初晶体管产品在美国仅被用于军事用途后来德州仪器发明IC计算机成本不断下降性能不断提升集成电路规模不断提升1967年DRAM和NVSM开始作为计算机的核心存储器问世美国硅谷引领半导体产业的发展2第一次转移从创新国美国到日本1976年3月日本政府以富士通日立三菱NEC和东芝五家公司为核心合日本工业技术研究员电子综合研究所和计算机综合研究所共同实超大规模集成电路研究计划VSI该计划取得了巨大成功日本超越美国一跃成为世界第一的DRAM大国半导体主要市场从美国转移至日本但70年代末美国在半导体设计设备材料等上游环节仍然保持着较大的技术领先实力3第二次转移从日本到韩国和中国台湾1969年韩国电子工业振兴法及电子工业振兴8年计划的出台为扩大电子产品的生产确立了强有力的政府支援体制此后三电子G现代电子开始致力于半导体产品的生产70年代美国日本的半导体公司在韩国建立了存储芯片组装厂由此奠定了韩国半导体产业的发展基础1974年三收了韩国半导体公司50的股份初步进入半导体行业1977年收剩余50股份同时收当时在韩国市场处于领先地位的仙童半导体子公司获得其芯片加工技术1770请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明产业经济深度在半导体行业逐渐赢得一席之地1983年韩国政府对外发布进军SI领域DRAM的计划通过四年时间掌握了256KDRAM技术并通过向日本大量进口高性能制造设备快速壮大半导体产业最终三在16MDRAM市场超过日本而与此同时半导体产业市场规模的壮大为产业链环节分工细化下基础1987年张忠谋从德州仪器离开后在中国台湾创立了台积电推动半导体产业由IDM模式向晶圆代工模式的转变全球半导体产业重心从日本逐渐转移到韩国和中国台湾4第三次转移从韩国中国台湾向中国大陆转移2001年后随着加入世贸组织中国大陆逐渐深度参与到全球产业中半导体下游应用从台式机逐渐拓展到笔记本电手机等各类电子设备终端产品更加复杂多样美国日本韩国等地区逐渐把劳动力密集型的封装测试等环节转移到中国大陆中国大陆半导体产业经历了低端组装和制造承接长期的技术引进和消化吸收高端人才培育等较长时间周期逐步完成了原始积累并以国家战略及产业政策为驱动力推动半导体全产业链高速发展4从到晶圆代工半导体产业链走向细化分工最初半导体厂商均为垂直整合制造商IDM即自己完成设计制造封装测试等所有环节随着1987年台积电设立6英寸晶圆代工厂中国台湾地区率先进入半导体产业专业分工阶段并开始承接以美国半导体公司为主的全球半导体产品厂商的委托制造业务半导体产业形成了以美国为主的负责设计的Fabless厂商和以中国台湾为主的负责制造Foundry厂商进行分工作的局面中国台湾凭借专业代工成为世界半导体的晶圆生产基地图12半导体产业模式be模式oundy模式分工对比IDM厂商IDM模式IC设计IC制造IC封装IC测试Fabless厂Foundry厂封装测试厂Fabless模式IC设计IC制造IC封装IC测试IDMFablessFoundry集设计制造封测于一身不负责芯片设计只负责制造或封测基本只负责芯片的电路设计与销售早期多数集成电路企业采用的模式目可以同时为多家设计公司提供服务但受制生产测试封装等环节外包特点前仅有极少数企业能够维持于公司间的竞争关系资产较轻初始投资规模小创业难主要设计制造等环节同优化有助于充分发不承担由于市场调研不准产品设计缺陷等掘技术潜力度相对较小优势决策风险能有件率先实验并推行新的半导体技术企业运行费用较低转型相对灵活与IDM相比无法与工艺同优化因投资规模较大维持生产线正常运作费用较高主要公司规模庞大管理成本较高此难以完成指标严苛的设计需要持续投入维持工艺水平一旦落后追赶难度劣势运营费用较高资本回报率偏低与Foundry相比需要承担各种市场风险较大典型厂商资料来源思瑞浦招股书中芯国际招股书各公司官网德邦研究所整理和be两种模式各有优劣IDM模式下芯片设计和制造等环节可以相互同优化有助于企业充分发掘技术潜力率先实验并推行新的半导体技1870请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明产业经济深度术但也会带来公司规模庞大管理成本较高运营费用较高资本回报率偏低等问题Fabless模式下设计商晶圆厂封装测试厂相互合作各自独立负责细分环节这样的模式能够充分发挥各环节厂商的规模优势降低产业整体成本但也导致晶圆厂需要不断投入研发维持先进工艺水平并承担较大的产能风险厂商向bie演进随着半导体制程节点不断缩小先进制程技术所需的研发与制造投入越来越高技术与资金壁垒的提升使得IDM厂商扩张难度越来越大于是IDM厂商开始将部分制造环节外包给专业代工厂商出现了介于IDM和Fabless之间的混合模式称之为Fab-lite25从宏观总量到中观产业半导体是数字经济的基石251数字经济传统P的数字化部分比重高增长快数字经济是以数字化的知识和信息为关键生产要素以数字技术创新为核心驱动力以现代信息网络为重要载体通过数字技术与实体经济深度融合不断提高传统产业数字化智能化水平加速重构经济发展与政府治理模式的新型经济形态图13从宏观总量到中观半导体产业P数字经济科技信息产业与半导体从宏观总量到中观行业P数字经济信息科技产业硬件软件应用半导体芯片是支撑计算机整机数字产业化产业数字化数字化治理计算机部件电子制造电信运营软件信息互网传统产业数字化的部分工控计算机支撑信息安全设备石焦产品和核料加工品计算机制造其他第一产业业化学产品通信系统设备采业上游金属和延加工品通信设备制造国金属制品通信终端设备工业公用事业广电视设备制造内非金属物制品可穿设备生第二产业制造业通用设备雷达及配设备制造智能车载设备产建业总专用设备非专业视设备制造智能无人飞行器电机和器材服务消费机器人值批发和售业智能消费设备制造中游通信设备计算机和其他电子设备其他交运储邮政仪器仪表半导体照明器件P和业其他制造产品和品料半导体分立器件电子器件制造金融业金属制品机和设备理服务集成电路第三产业显示器件地产业交通运设备品和其他信息传软件信息技术服务织品下游被动元件和商务服务业织服装皮革及其制品电子元件及电子专用材料制造电子电路PCPC其他材加工品和家具电子材料造印和文体育用品其他电子设备制造其他资料来源国家统计局国家标准化委员会中国信息通信研究院德邦研究所绘制根据信通院白皮书2021年全球47个主要经济体数字经济规模为381万亿美元较2020年增长51万亿美元数字经济占GDP比重为450较2020年提升1个百分点2021年全球数字经济在第一产业渗透率为86在第二产业渗透率为243在第三产业渗透率为463在增速上数字经济成为全球经济增长的主要动力之一2021年全球47个经济体数字经济同比名义增长156高于同期GDP名义增速25个百分点有效支撑全球经济持续复苏1970请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明产业经济深度图142021年全球数字经济在P比重三次产业渗透率和增速全球数字经济占GDP比重全球数字经济在三次产业渗透率全球GDP与数字经济增速第三产业463数字经济增速156其他部分数字经济第二产业2435545名义GDP增速131第一产业86资料来源中国信息通信研究院德邦研究所数字经济包括数字产业化产业数字化和数字化治理三大部分数字产业化即信息通信产业具体包括传统GDP结构中第二产业下面的电子信息制造业和第三产业下面的电信业软件和信息技术服务业互网行业等产业数字化即传统产业由于应用数字技术所带来的生产数量和生产效率提升其新增产出构成数字经济的重要组成部分数字化治理包括治理模式创新利用数字技术完善治理体系提升综合治理能力等产业数字化依然是全球数字经济发展的主导力量数字技术加速向传统产业渗透根据信通院数据2021年全球47个主要经济体数字产业化规模为57万亿美元占数字经济比重为15占GDP比重为68产业数字化规模为324万亿美元占数字经济比重为85占GDP比重约为382尽管产业数字化占比较高但传统产业的数字化转型的核心支撑仍然是信息科技产业图152021年全球47个主要经济体P中数字经济结构单位万亿美元数字产业化5768占数字经济15其他部分466产业数字化324382550占数字经济85数字产业化产业数字化其他部分资料来源中国信息通信研究院德邦研究所252信息科技产业数字经济的重要支撑和组成部分美国信息科技产业增加值在P中百分比接近中国2倍美国经济分析局将信息通信技术生产行业在传统的产业划分框架外单列2021年美国信息通信技术生产行业增加值占其GDP比重约为76中国国家统计局将信息2070请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明