本报告导读：
　　半导体企业在产业链各环节全面布局和发展，设备、大芯片等国产化薄弱领域的公司22年业绩增速整体良好，已具备产业基础，后续整线突破为产业发展重点。
　　摘要：
　　维持行业“增持”评级。半导体全面布局，实现自主可控势在必行。代工、设备、设计等各个低国产化率环节，都急需补足短板，实现整体产业化升级。作为先进制造主要抓手的半导体设备和实现信创、数字经济需求的大芯片领域尤为重要，相关企业将深度受益，维持行业“增持”评级。
　　集群化+硬科技化，资本市场助力行业全面发展。22年科创板新上市集成电路企业40家，数量接近前三年上市的IC公司数量之和。上市半导体公司覆盖从上游的IP/EDA/设备/材料到中游的设计、制造，再到下游的封测和应用。就业绩而言，22年设备、材料、大芯片等公司的平均整体业绩增速维持高位。
　　以半导体设备为主的先进制造环节是实现半导体自主可控的主要抓手，国内厂商持续攻坚核心技术领域，加深空白环节覆盖度，有望实现半导体设备的整线突破。中国半导体设备市场规模增速大于全球，是最大市场之一，但海外厂商几乎呈现垄断地位。受益于SMIC、YMTC、CXMT等国内产线的发展，国内厂商在半导体前道和后道设备领域均加速突破，进入从1到10的新阶段，逐步缩小国际差距。①刻蚀：中微已突破5nm先进制程；②薄膜沉积：拓荆PECVD全材料覆盖，突破14nm；③清洗：国产化率约31%，发展速度最快。
　　CPU和GPU分别是实现运算控制和高性能计算的核心，受益于信创、数字经济等自主可控需求驱动，大芯片国产化浪潮加速，持续推进技术更迭。（1）GPU：巨头享有生态护城河，呈现海外寡头垄断格局。国内厂商星火燎原，产品不断涌现，包括景嘉微、芯动科技、壁仞科技、摩尔线程、沐曦集成电路、天数智芯等。（2）CPU：千亿美元市场，生态壁垒明显，Intel和AMD占据绝对垄断地位。国内厂商从产品性能和生态环境出发，实现经验积累，已获得越来越多的认可，主要企业包括龙芯、海思、飞腾、海光、兆芯等。
　　风险提示。本土设备和材料企业技术突破不及预期；本土晶圆制造产线建设不及预期。
　　
　　

研究报告全文：股票研究TableindustryInfo电子元器件TableMainInfoTableTitle评级TableInvest增持20230313上次评级增持半导体公司全面布局攻坚国产替代TablesubIndustry细分行业评级行半导体行业更新报告半导体增持业王聪分析师舒迪分析师郭航研究助理专021-38676820021-38676666021-38038432wangconggtjascomshudigtjascomguohang024937gtjascom题证书编号S0880517010002S0880521070002S0880121080011研本报告导读究半导体企业在产业链各环节全面布局和发展设备大芯片等国产化薄弱领域的公司相关报告TableDocReport22年业绩增速整体良好已具备产业基础后续整线突破为产业发展重点电子元器件微传动瞳距调节MR防眩晕摘要标配模组20230224TableSummary维持行业增持评级半导体全面布局实现自主可控势在必行电子元器件AIGC与MR软硬结合随机代工设备设计等各个低国产化率环节都急需补足短板实现整性与真实性开创无限可能体产业化升级作为先进制造主要抓手的半导体设备和实现信创数20230218字经济需求的大芯片领域尤为重要相关企业将深度受益维持行业电子元器件MR蓄势待发引领终端产品创新增持评级20230207集群化硬科技化资本市场助力行业全面发展年科创板新上市电子元器件MR核心显示技术硅基22OLED加速渗透集成电路企业家数量接近前三年上市的公司数量之和上市40IC20230111半导体公司覆盖从上游的IPEDA设备材料到中游的设计制造再电子元器件折叠机持续创新供应链深证到下游的封测和应用就业绩而言22年设备材料大芯片等公度受益20221227券司的平均整体业绩增速维持高位研以半导体设备为主的先进制造环节是实现半导体自主可控的主要抓究手国内厂商持续攻坚核心技术领域加深空白环节覆盖度有望报实现半导体设备的整线突破中国半导体设备市场规模增速大于全球是最大市场之一但海外厂商几乎呈现垄断地位受益于SMIC告YMTCCXMT等国内产线的发展国内厂商在半导体前道和后道设备领域均加速突破进入从1到10的新阶段逐步缩小国际差距刻蚀中微已突破5nm先进制程薄膜沉积拓荆PECVD全材料覆盖突破14nm清洗国产化率约31发展速度最快CPU和GPU分别是实现运算控制和高性能计算的核心受益于信创数字经济等自主可控需求驱动大芯片国产化浪潮加速持续推进技术更迭1GPU巨头享有生态护城河呈现海外寡头垄断格局国内厂商星火燎原产品不断涌现包括景嘉微芯动科技壁仞科技摩尔线程沐曦集成电路天数智芯等2CPU千亿美元市场生态壁垒明显Intel和AMD占据绝对垄断地位国内厂商从产品性能和生态环境出发实现经验积累已获得越来越多的认可主要企业包括龙芯海思飞腾海光兆芯等风险提示本土设备和材料企业技术突破不及预期本土晶圆制造产线建设不及预期请务必阅读正文之后的免责条款部分行业专题研究目录1科创板助力行业发展全面布局半导体领域32设备整线突破大势所趋持续攻坚空白板块421半导体制造的核心支撑422市场空间加速上升国产替代仍任重道远623攻坚核心技术领域加深空白环节覆盖度83大芯片高算力需求爆发国产替代进展加速1531GPU高性能计算和人工智能的核心1532CPU计算机运算控制的核心1933大芯片国产化浪潮加速国内厂商有望持续推进技术更迭234风险提示2641本土设备和材料企业技术突破不及预期2642本土晶圆制造产线建设不及预期26请务必阅读正文之后的免责条款部分2of28行业专题研究1科创板助力行业发展全面布局半导体领域自科创板创立以来本土半导体厂商迎来历史性融资窗口期22年科创板全年124家公司上市IPO募资净额约2400亿元科创板集成电路行业22年IPO募资井喷新上市集成电路企业达到40家数量接近前三年上市的IC公司数量之和占整个科创板的比例约为30左右集群化硬科技化资本市场助力行业全面发展从上游的EDAIP环节到下游的设计制造等环节再包括制造上游的设备材料环节全面布局尤其是低国产化率但产业环节极其重要的设备和大芯片领域大芯片主要为CPUGPUFPGA等领域1设备22年初新上市拓荆科技是国内薄膜设备龙头拥有PECVDSACVDALDHDPCVD等多项设备业务22年底上市的富创精密是国内设备零部件龙头获得国际设备大厂应用材料的深度认可他们与芯源微盛美上海中微公司华海清科等共同助力国内半导体设备国产替代实现全面突破2大芯片22年中两家国产CPU领先企业龙芯中科和海光信息依次上市打开大芯片IPO上市融资的新局面其中海光产品包括CPU和DCU处理器已形成兼容x86指令集CPU系列产品和DCU海光8000系列产品公司产品已经被广泛应用于电信金融互联网教育交通等重要行业或领域图1半导体产业链上下游数据来源中微公司招股说明书国内主要设备材料大芯片公司的平均业绩增速整体维持高位根据各公司未经会计事务所审计的22年业绩快报财务数据可知在营收上根据18-22年的数据22年整体营收增速均值维持62其中拓荆和海光增速最高分别达到125和12218-22年营收CAGR均值为110其中华海清科和海光信息增速最高分别为261和374请务必阅读正文之后的免责条款部分3of28行业专题研究在利润上根据18-22年的数据22年整体利润增速均值维持110其中拓荆和芯源微增速最高分别达到438和15518-22年利润CAGR均值为85表1国内主要设备材料大芯片公司的平均营收增速维持62左右18-22年CAGR为110单位亿元公司22营收18-22CAGR22营收yoy22归母净利润18-22CAGR222归母净利润yoy中芯国际4951629391213315313中微公司47404252117013416芯源微1385886719786155盛美上海2873737766893151拓荆科技-U1706189125369扭亏为盈大幅增长438华海清科1682261109515扭亏为盈大幅增长160华峰测控107170225258020正帆科技270543472586353富创精密1543908324022790安集科技1077635730088140沪硅产业-U36005346325207122海光信息5125374122802-286145龙芯中科73956-3805186-79均值1106285110数据来源公司官网国泰君安证券研究备注22年业绩为各公司业绩快报未经会计事务所审计2设备整线突破大势所趋持续攻坚空白板块21半导体制造的核心支撑半导体设备可大致分为晶圆制造设备和封装测试设备对应于晶圆加工和封测的各个环节属于半导体制造的核心支撑领域晶圆加工设备晶圆加工步骤主要分为扩散光刻刻蚀离子注入薄膜沉积抛光等以晶圆加工中最重要的光刻为例光刻又可以细分为清洗涂胶光刻和显影对应的晶圆加工设备为清洗机涂胶机光刻机和显影机晶圆处理精度高一般在几纳米至几微米对加工设备精度要求极高其中部分工序需要循环进行多次需要用到大量的半导体设备图2集成电路前道晶圆加工芯片制造工艺流程及设备请务必阅读正文之后的免责条款部分4of28行业专题研究扩散重复步骤光刻重复步骤氧化热处理激光退火清洗涂胶光刻显影测量氧化炉RTP设备激光退火设备清洗机涂胶机光刻机显影机CDSEM刻蚀重复步骤离子注入重复步骤干刻蚀刻清洗离子注入去胶清洗干刻蚀刻机清洗机离子注入机等离子去胶机清洗机薄膜沉积重复步骤抛光重复步骤检测物理气相沉积清洗RTP清洗抛光清洗检测物理气相沉积设备清洗机RTP设备清洗机CMP设备清洗机检测设备数据来源芯源微招股说明书国泰君安证券研究封测分为封装和测试封装主要用于芯片后道加工工艺流程在晶圆制造后分为传统封装和先进封装两种测试则涵盖半导体中游所有环节从IC设计到IC封装都需要经过测试传统封装设备包括减薄机划片机贴片机引线键合机等先进封装设备包括清洗机溅射设备光刻机涂覆设备回熔焊接设备等测试设备主要包括测试机探针台和分选机图3集成电路后道先进封装工艺流程及设备图4集成电路测试工艺流程及设备清洗溅射涂胶曝光探针台测测试机分量测设备探针台测测试机分试机选机质谱仪试机选机清洗机溅射设备涂胶机光刻机原子显微晶镜光罩晶晶圆缺陷检查晶圆WAT圆测机等WAT圆测允试允试刻蚀去胶电镀显影许终检FT许终检FTCPCP测测试试刻蚀机去胶机电镀设备显影机封装后测封装前测封装后测过程控制封装前测试试试测试试涂覆助焊剂回炉焊接清洗检测IC设计IC制造IC封装涂覆设备回炉焊接设备清洗机检测仪器数据来源中微公司招股说明书国泰君安证券研究数据来源国泰君安证券研究在半导体设备投资中晶圆加工设备资本开支最大占近80根据Gartner的数据在晶圆厂的资本开支中半导体设备投资占比最大占70-80在半导体设备投资中晶圆加工作为集成电路制造过程中最重要和最复杂的环节其相关设备占比最大占78-80封测设备在半导体设备中占18-20其中测试设备占比最大占55-60图5集成电路制造领域典型资本开支结构请务必阅读正文之后的免责条款部分5of28行业专题研究设计27厂房建设土建设施30402030机电系统2535洁净室分工5070洁净室系统2535硅片制造13长晶切磨抛设备2薄膜沉积设备20光刻设备20刻蚀去胶设备20设备投资晶圆加工芯片制造退火扩散注入设备570807880工艺控制设备11清洗CMP设备8其他加工设备8封装设备4045封装测试1820CPFT测试设备5560数据来源Gartner下游应用方面晶圆加工设备的最大应用市场在逻辑半导体根据SEMI的数据2023年晶圆加工设备市场将达到680亿美元其中FoundryLogic占据近一半的市场份额值得一提的是2020年预计增长率最高的用途是NAND预计较2019年增长30另外DRAM在2020年的同比增长率接近20图6晶圆加工设备的最大应用市场在逻辑半导体WaferFabEquipmentForecastbySegments十亿美元8070605040302010020192020F2021F2022F2023FDRAMNANDFoundryLogicOther数据来源SEMI国泰君安证券研究备注WaferFab生产设备包括晶圆工艺处理设备附属设备光掩模光罩生产设备22市场空间加速上升国产替代仍任重道远全球半导体设备市场依旧保持着良好的增长态势预计22年达到1085亿美元根据SEMI数据2021年全球半导体设备市场规模为1026亿美元同比增长44预计2022年市场规模将有6左右的增速约1085亿美元在竞争格局上海外厂商维持强劲垄断格局进一步凸显半导体设备市场已形成较为稳定的寡头垄断市场格局头部效应明显半导体设备请务必阅读正文之后的免责条款部分6of28行业专题研究技术壁垒验证壁垒以及市场壁垒都较高多重因素导致主要市场份额集中在少数头部企业中并且垄断格局不断扩大根据统计全球前5大半导体设备厂商分别为AMATASMLLamTEL及KLAC2021年行业CR5约为84较2019年的65显著提高图7半导体设备市场垄断格局进一步凸显30002500200015001000500000AMATASMLTELLamKLAC2020市场份额2021市场份额数据来源SEMI国泰君安证券研究半导体设备和材料是晶圆制造的重要支撑领域也是美国主要打压环节与国际巨头相比仍有较大差距任重道远在设备领域薄膜沉积设备光刻设备前道检测设备涂胶显影设备离子注入设备后道测试设备等国产化率均不足10甚至光刻和涂胶显影等领域国产化率仅有1左右在材料领域硅片CMP材料等领域国内公司开始冒头但在光刻胶光掩模板靶材等环节仍然差距较大尤其是光刻胶领域国内公司无人实现A胶量产图8中国半导体设备和国外仍有差距薄膜沉积设备刻蚀设备光刻设备2021年市场规模190亿美元194亿美元181亿美元PVDCVDALD61061530303117404713市场竞争格局267585192129AMATTELLamTELAMATAMATLamTEL其他其他ASMLNikonCanon其他国内主要公司北方华创拓荆科技中微公司北方华创中微公司屹唐股份上海微电子国产化率462212请务必阅读正文之后的免责条款部分7of28行业专题研究前道测量检测清洗设备涂胶显影设备CMP设备2021年市场规模100亿美元42亿美元34亿美元24亿美元市场竞争格局盛美上海芯源微北方华创至国内主要公司上海精测中科飞测华海清科烁科精微电子纯科技芯源微国产化率2311118热处理设备离子注入设备去胶设备测试设备2021年市场规模20亿美元22亿美元7亿美元90亿美元市场竞争格局国内主要公司屹唐股份北方华创凯世通中科信屹唐股份芯源微中电科45华峰测控长川科技国产化率20147410数据来源SEMIYole拓荆科技招股说明书芯源微招股说明书公司公告国泰君安证券研究23攻坚核心技术领域加深空白环节覆盖度国内厂商在半导体前道和后道设备领域均加速突破进入从1到10的新阶段逐步缩小国际差距前道设备领域热处理设备清洗设备刻蚀设备去胶设备CMP设备等领域市占率较高均在20左右甚至更高例如在CMP设备领域华海清科已经实现12英寸28nm以上逻辑制程128层以下3DNAND1X1YDRAM全覆盖14nm及以下已经处于验证之中在刻蚀设备领域中微公司已经实现5nm制程的CCP设备的量产北方华创的14nmICP设备也已进入中芯国际产线进行验证薄膜沉积设备离子注入设备等领域市占率较低难度较大但近年来也有了较大的突破拓荆科技的28nm以上PECVD在国内产线获得了较大的订单实现了量产SACVD和ALD设备也初步取得了客户订单实现了突破凯世通的多款离子注入机设备产品获得了客户的重复采购和批量订单后道设备领域就后道测试设备而言华峰测控长川科技华兴源创实现了较大的突破其中华峰测控在SoC测试领域目前主要100M的8300实现量产预计第二代400M以上的8300将在年内形成样机长川科技的数字测试机D9000集合1024个数字通道200MHz数字测试速率实现快速放量表2国内厂商在半导体前道设备领域加速突破请务必阅读正文之后的免责条款部分8of28行业专题研究设备类型市占率国内公司当前进展主要可用于90纳米到5纳米逻辑芯片1y到2x纳米系列DRAM芯片屹唐股份以及32层到128层3D闪存芯片制造中若干关键步骤大规模量产市占率全球第二热处理设备20主要为真空热处理领域产品包括真空热处理设备气氛保护热处理设备连续式热处理设备真空热处理设备市场拓展顺利应用范围北方华创涵盖真空电子半导体材料高端磁性材料等领域立式氧化炉工艺达28nm水平成为3DNAND客户的POR机台目前已可量产90nm分辨率的ArF光刻机28nm分辨率的光刻机也光刻机12上海微电子有望取得突破涂胶显影设备11芯源微在28nm及以上工艺节点的多项关键技术方面取得突破18腔300mmUltraCVI单晶圆清洗设备已成功投入量产支持先进逻辑盛美半导体DRAM和3DNAND制造所需的大多数半导体清洗工艺产能较12腔设备提升50清洗设备31前道SpinScrubber清洗机设备目前已达到国际先进水平成功实现进北方华创口替代前道物理清洗机可用于812英寸单晶圆处理在自动刷压控制技术上已芯源微达到国际先进水平CCP设备获客户批量订单市占率在主要客户超过305nm产线生产稳定5nm以下试生产进展良好可应用于64层及以上NAND量产正在开发200层以上极高深宽比设备ICP设备刻蚀线宽均匀中微公司性达到1025纳米获国际先进3DNAND客户批量订单推进刻蚀设备225nm以下逻辑芯片1XnmDRAM和200层以上3DNAND存储芯片的ICP设备研发刻蚀机主要为ICP覆盖8英寸12英寸55-28nm制程已进入中北方华创芯国际14nm产线验证阶段屹唐股份干法刻蚀设备可用于65nm5nm逻辑芯片低能大束流离子注入机2021年产线验证顺利2022年上半年取得在手订单超过11亿元高能离子注入机设备已顺利通过验证并完成验凯世通收新一代光伏离子注入机进入验证阶段与某光伏公司签订试用离子注入设备14订单12英寸45-22nm低能大束流离子注入机研发及产业化项目的实施则进中科信入一个全新的自主创新阶段干法去胶设备领域市占率全球第一正研发应用于3nm及更先进逻辑芯屹唐股份片先进10nm系列DRAM芯片176层到256层3D闪存芯片制造的干法去胶设备和工艺已经推出了单片式湿法去胶产品可用于812英寸单晶圆处理先进封去胶设备74芯源微装工艺过程中的晶圆去胶制程和金属剥离制程研制的双8英寸全线自动化湿法整线设备进入国内主流FAB厂满足8中电科45英寸90nm-130nm工艺节点适用于8-12英寸BCD芯片工艺中的湿化学制程可实现全自动湿法去胶PVD优势明显制程制造覆盖90nm-14nm公司在国内产线导入的国北方华创产PVD设备中占比较高PVDALDCVD设备新产品市场导薄膜沉积设备46入节奏加快国内唯一产业化应用的集成电路PECVD设备和SACVD设备厂商ALD拓荆科技设备国内领先PECVD设备应用于28nm及以上逻辑芯片3D请务必阅读正文之后的免责条款部分9of28行业专题研究NANDFLASHDRAM存储芯片制造等领域SACVD产品在12英寸4028nm以及8英寸90nm以上逻辑芯片广泛应用取得现有及新客户订单ALD设备已完成产品开发并取得客户订单PE-ALD设备在逻辑芯片领域实现产业化应用LPCVD的钨填充CVD设备已通过关键客户的工艺验证能够满足先进逻辑器件接触孔填充应用及64层128层和200层以上3DNAND中微公司应用高端逻辑器件和先进存储芯片应用的CVD和ALD设备研发中EPI研发进入样机调试阶段国内唯一12英寸CMP设备制造商28-14nm关键节点金属CMP已实华海清科现产线量产14nm逻辑芯片用CMP研发中128层以上制成的3DCMP设备18NAND与1X1Y制成的DRAM所用CMP设备实现产线量产北京烁科精研发制造的8英寸CMP设备已搬入中芯国际产线微电子数据来源SEMI前瞻产业研究院ASML公司公告各公司公告国泰君安证券研究表3国内厂商在半导体封装设备领域加速突破封装设备国际主要厂商中国大陆厂商当前进展全自动晶圆减薄机产业化机型实现了8-12英寸全自动系列减中电科薄设备国产化替代DISCO东京精兰新高科晶圆减薄机密冈本工机WG1211S自动晶圆减薄机可兼容456812英寸晶圆最薄深圳方达可减薄到100m以下可对第三代半导体材料进行高速减薄和研磨平面度可达1m厚度公差1m6-12英寸系列产品全系列拥有手动半自动及全自动型中电科适用于ICLED晶圆分立器件等晶圆制造行业研制的全自动12英寸划片机加工尺寸从8英寸提高到12英寸加工速度从600mms提高到1000mms定位精度从沈阳仪器5m210mm提高到5m310mm技术指标全面达到国际先进水平DISCO划片机兰新高科东京精密汇盛电子成功率先实现12英寸全自动精密划片机产业化的国产替江苏京创代系列产品已批量适用于各类半导体材料或泛半导体材料的复杂精密划切离线式晶圆紫外激光切割系统配备大族自主知识产权的大族激光355nm紫外激光器该切割设备性能稳定光斑好适应长期稳定运行在研项目mini背光大基板新式固晶机实现固晶机使用三联新益昌体结构优化固晶工艺使一台机达到常规三台机的效率艾科瑞思BesiKS固晶机独家采用刺晶模式的倒装COB固晶工艺以及PickPlace固晶ASMPacific东莞普莱信工艺最小支持50m的芯片尺寸最快每小时产能可以做到180K精度达到15微米WFD8970B单机产能实测高达75KHRGB三台串联即万福达WFD8916A产能实测200KH在业内处于领先水平请务必阅读正文之后的免责条款部分10of28行业专题研究中电科成都宇芯公司焊线机在性能指标上接近或已达到国际先进水平可提深圳翠涛供固晶机焊线机成套半导体封装核心设备FS5830楔焊工艺线径17676m适用金铝丝楔焊工艺KS角度支持4560超声具备60140KHz可选最大30w引线键合机ShinkawaASM北京创世杰FS5832楔焊工艺线径17676m金铝丝以及Pacific3012525025m金带楔焊工艺角度支持90深腔楔焊超声具备60140KHz可选最大30w主流机型K940全自动焊线机在光通讯领域如25G10G开玖自动化25G40G光模块元器件和激光显示领域应用广泛凌波微步半导体IC球焊机率先攻破技术壁垒已经逐步开始量产能够满足科技国内产能大概20-30ASMPacificK中电科倒装焊机SShinkawa大连佳峰TowaBesi富仕三佳塑封机YamadaASM耐科科技Pacific三佳山田切筋成型设BesiASM耐科科技备Pacific富仕三佳数据来源SEMI国泰君安证券研究表4国内厂商在测试设备领域加速突破国际主要厂中国大陆测试设备当前进展商厂商科休分选机持续推出新功能新增三温ATC测试ARTRTC2DID识分选机长川科技爱德万别5G测试等功能国内首台自主研发的CP12探针台可兼容812英寸晶圆被广泛应长川科技用于SoC逻辑存储等晶圆测试领域东京精密研发出的PT-92012英寸高精度全自动探针台可满足大规模集成电路探针台东京电子深圳矽电对探针台多PIN及多芯的测试要求SEMICS研发出的A12128英寸量产型全自动晶圆探针台通过使探针卡森美协尔与晶圆Pad点之间精准接触实现完成晶圆WATCP测试目前主要100M的8300实现量产预计第二代400M以上的8300将华峰测控在年内形成样机爱德万数字测试机D9000集合1024个数字通道200MHz数字测试速率SoC测试长川科技测泰瑞达实现快速放量机试科休新一代T7600系列SoC测试机最高速率可支持400MHzPattern机华兴源创memory512M可达到05mV的电压精度完整的混合信号板卡64通道每通道15A最高96A输出模拟混爱德万华峰测控传统8200市占率高向IPM三代半过渡合测试机泰瑞达长川科技新品8290d获得一致好评处于快速增长阶段请务必阅读正文之后的免责条款部分11of28行业专题研究QT-8200系列产品是国内少数能满足WaferlevelCSP晶圆级封佛山联动装芯片量产测试要求的数模混合信号测试系统之一泰瑞达正在开发验证的存储器测试设备TM8000填补国产高端集成电路自动悦芯科技存储器测爱德万化测试设备领域的空白试机东京电子在BI测试CPFT测试已经基本实现小批量产短期内可实现规模武汉精鸿SEMICS量产数据来源SEMI国泰君安证券研究考虑到市场占比我们以刻蚀薄膜沉积清洗为例进行详细分析国产化进度1刻蚀中微北方领先进入5nm先进制程全球刻蚀设备领域中LamTEL和AMAT分别占4727和17三者几乎垄断市场根据Gartner数据显示2020年全球刻蚀设备市场规模约为137亿美元其中介质刻蚀设备市场规模约60亿美元导体刻蚀设备市场规模约76亿美元刻蚀设备市场集中度高LamTELAMAT合计占91的市场份额国内厂商中微公司和北方华创实现较大突破总计占2的市场份额图92023年全球刻蚀设备市场规模将达到174图10全球干法设备市场由LamTEL和AMAT垄亿美元断200111118031603Lam140100TEL9495120AMAT1710076HITACHI478066SEMES60中微公司40788479KLA602044北方华创270其他2019202020212022E2023E介质刻蚀设备亿美元导体刻蚀设备亿美元数据来源GartnerWind国泰君安证券研究数据来源Gartner国泰君安证券研究国内厂商技术持续突破多款产品进入验证阶段国内主要刻蚀机厂商有中微公司北方华创以及屹唐股份中微公司刻蚀设备包含CCP与ICP公司正在开发新型CCP刻蚀设备涵盖5nm以下逻辑芯片及200层以上3DNAND存储芯片刻蚀需求的更多不同刻蚀应用正在开发的ICP设备涵盖7nm及以下的逻辑芯片17nm及以下的DRAM芯片和3DNAND存储芯片的刻蚀应用同时优化开发双台ICP刻蚀设备其中介质刻蚀已经进入台积电5nm产线北方华创刻蚀机主要为ICP覆盖8英寸12英寸55-28nm制程已进入中芯国际14nm产线验证阶段屹唐股份干法刻蚀设备可用于65nm5nm逻辑芯片表5国内厂商刻蚀设备技术持续突破公司刻蚀产品进展请务必阅读正文之后的免责条款部分12of28行业专题研究中微公司CCP刻蚀机CCP涵盖5nm以下逻辑芯片及200层以上3DNAND存储芯片刻蚀需求的更多不ICP刻蚀机同刻蚀应用TSVMEMS刻ICP涵盖7nm及以下逻辑芯片17nm及以下的DRAM芯片和3DNAND存储芯片蚀机的刻蚀应用同时优化开发双台ICP刻蚀设备介质刻蚀已经进入台积电5nm产线北方华创ICP刻蚀机ICP覆盖8英寸12英寸55-28nm制程已进入中芯国际14nm产线验证阶段CCP介质刻蚀CCP目前已在5家客户完成验证并实现量产数据来源各公司官网国泰君安证券研究2薄膜沉积产线验证顺利进入规模放量离子注入市场呈增长态势AMAT应用材料垄断全球离子注入市场根据SEMI数据2021年全球半导体设备销售额为1026亿美元中国大陆半导体设备销售额为296亿美元以离子注入机在半导体设备中占比21计算2021年全球离子注入机市场规模约为22亿美元目前市场上离子注入机主要由美国和日本的厂商垄断主要厂商有国外的AMATAxcelisNissin其中AMAT占据70的市场份额Axcelis占据约20的市场份额图11AMAT应用材料垄断全球离子注入机图122021年全球离子注入设备市场规模超22亿美市场元30251020应用材料2015Axcelis10其他70502016201720182019202020212022E市场规模亿美元数据来源Gartner国泰君安证券研究数据来源SEMI国泰君安证券研究离子注入机领域凯世通中科信引领国产替代2021年凯世通自主研发的首台低能大束流离子注入机率先在国内12英寸主流集成电路芯片制造厂完成设备验证工作高能离子注入机顺利在某12英寸集成电路芯片制造厂完成交付低能大束流重金属离子注入机低能大束流超低温离子注入机都顺利通过厂商验证中科信产品包括中束流大束流高能特种应用及第三代半导体等离子注入机12英寸45-22nm低能大束流离子注入机研发及产业化项目的实施则进入一个全新的自主创新阶段表6凯世通中科信引领离子注入机国产替代公司产品进展凯世通低能大束流重金属离子注入机低能大低能大束流离子注入机2021年产线验证顺利2022年初至束流超低温离子高能离子注入机4月8日已批量出售多台12英寸离子注入机2022等年上半年取得在手订单超过11亿元并逐步向客户批请务必阅读正文之后的免责条款部分13of28行业专题研究量交付低能离子注入机中科信中束流大束流高能特种应用及第12英寸45-22nm低能大束流离子注入机研发及产业化项目三代半导体等离子注入机的实施进入一个全新的自主创新阶段数据来源各公司官网国泰君安证券研究3清洗国产化率约31发展速度最快清洗设备市场规模稳步增长龙头厂商垄断格局明显半导体清洗设备约为半导体设备总规模的52021年起半导体清洗设备市场增长迅速市场规模达到42亿美元预计2022年将达到47亿美元全球半导体清洗设备市场高度集中ScreenTELLAM与SEMES四家公司合计市场占有率达到90以上其中Screen占据了全球半导体清洗设备451的市场份额值得一提的是盛美上海在全球清洗设备中占23的市场份额在全球单片清洗设备中市场份额达到4图13全球清洗设备市场规模稳步增长403530252015105020182019202020212022E2023E2024E市场规模亿美元数据来源Gartner国泰君安证券研究图14全球半导体清洗设备市场高度集中图15全球单片清洗设备被ScreenTELLAM和SEMES等垄断230431250ScreenScreen13TELTELSEMES1480451046SEMES14LAMLam盛美盛美其他253020数据来源Gartner国泰君安证券研究数据来源产业信息网华经产业研究国泰君安证券研究国产替代率较高部分技术接近国际先进水平我国半导体清洗领域的重要厂商包括盛美上海北方华创芯源微等清洗设备国产化率约为31突破速度最快国产化率超过了其他大部分设备盛美上海单片请务必阅读正文之后的免责条款部分14of28行业专题研究清洗设备最高可单台配置18腔体达到国际先进水平目前正在拟研发的产品包括干法设备拓展领域产品和超临界CO2清洗干燥设备芯源微的前道SpinScrubber清洗机设备目前已达到国际先进水平成功实现进口替代表7中国半导体清洗设备厂商部分技术接近国际先进水平企业名主要清洗设备产品已具备技在研技公司进展称术nm术nm盛美上单片SAPS兆声波清14-1305718腔300mmUltraCVI单晶圆清洗设备已成功投入海洗设备单片TEBO兆量产支持先进逻辑DRAM和3DNAND制造所声波清洗设备单片前需的大多数半导体清洗工艺产能较12腔设备提道刷洗设备单片槽式升50组合清洗设备等北方华单片及槽式清洗机28-13014前道SpinScrubber清洗机设备目前已达到国际先创进水平成功实现进口替代芯源微单片清洗机全自动28-1301412寸单片湿法清洗设备和槽式湿法设备工艺领先SCRUBBER清洗机单片湿法设备多工艺已通过验证并交付将持续开KS-M300半自动机台发多反应腔-18腔超临界清洗等高阶工艺设备数据来源各公司官网前瞻产业研究院国泰君安证券研究3大芯片高算力需求爆发国产替代进展加速31GPU高性能计算和人工智能的核心GPUGraphicProcessingUnit即图形处理器是一种专门进行图形和图像相关运算工作的微处理器现已成为高性能计算及人工智能领域的核心部件1999年NVIDIA公司推出GeForce256产品首次提出了GPU的概念2006年NVIDIA公司推出第一款采用统一渲染架构的桌面GPUG80系列和CUDA开发环境开启了GPU计算的新时代此后GPU的性能提升速度远远超过CPU2011年专用于加速计算的TESLAGPU发布标志着英伟达的GPU正式应用于通用计算领域现代的GPU不仅具备高性能图形处理能力更是高性能计算和人工智能领域的算力核心广泛应用于云计算数据处理深度学习智慧医疗自动驾驶金融等计算密集型领域表8GPU发展历程时间80年代80年代末90年代初90年代后期200420102011至今类型图形显示2D加速部分3D加速固定管线统一渲染通用计算相关标准CGAVGAGDIDirectFBOpenGL1141DirectX6011CUDAOpenCL1220代表产品IBM515086C911Glint300SXGeForce256G80TESLA基本特征光栅生成器2D图元加速硬件TLShader功能固定多功能shader科学计算数据来源GPU的发展历程未来趋势及研制实践图16GPU应用领域广泛图17GPU提速幅度远超CPU请务必阅读正文之后的免责条款部分15of28行业专题研究数据来源CSDN数据来源博客园GPU可并行处理大量数据计算能力出色CPU与GPU有着完全不同的逻辑架构CPU具备完善的控制器Cache以及存储单元适用于功能复杂的通用计算GPU则很大程度上省略了控制器和Cache并包含了大量的ALU逻辑运算单元能够实现同时处理多任务的并行计算在大量的繁杂的重复计算领域具备优势举例而言主流CPU的浮点运算能力一般在几十GFLOPS而TeslaK40双精度浮点运算能力可达143TFLOPS在深度学习训练上采用GPU加速算法在某些情况下可实现超过人类水平的识别和检测能力图18CPU与GPU架构对比示意图区别较大图19CPU的串行运算与GPU的并行运算示意图数据来源半导体产业纵横数据来源GPU云服务器在人工智能领域的应用GPU的发展趋势主要有两个方向一是延续传统意义的GPU随着视觉和虚拟现实的发展对图像显形计算提出更高要求以达到更逼真的视觉效果二是高性能计算GPGPU包括通用计算和人工智能计算GPGPU作为运算协处理器能够提升浮点运算的进度和性能满足不同计算场景的需要GPGPUGeneral-purposecomputingonGraphicsProcessingUnits是一种利用GPU来完成原本由CPU负责计算的密集计算任务的协处理器GPGPU作为GPU的重要分支具有优异并行计算能力的同时且通常集成高速的GDDR或HBM内存系统能够提供每秒TB级别的访存带宽在对大规模数据流并行处理的应用场景上具备明显优势随着GPGPU的技术发展和生态完善其被广泛应用于商业计算和大数据处请务必阅读正文之后的免责条款部分16of28行业专题研究理人工智能领域GPGPU是人工智能领域最主要的协处理器解决方案占据了主要的市场份额在智能工厂无人驾驶智慧城市等领域有广泛的市场空间表9GPGPU主要应用领域类型应用领域运算类型技术特点1对芯片计算能力及运算精度要求高1CAE仿真2科学运算指令集丰富2物理化学1双精度浮点3片上集成缓存容量大商业技术和大数据3石油勘探2单精度浮点4内存带宽需求高处理4生命科学332位整型5IO带宽高5气象环境6支持多片一致性互连7可靠性高RAS功能丰富1对计算性能要求高精度需求相对低2能效比要求高1混合精度浮点3运算指令集丰富1模型训练2半精度浮点4内存带宽要求大人工智能2应用推理316位整型5IO带宽高48位整型6支持多片互连7可靠性高RAS功能丰富8开放的生态环境数据来源海光信息招股说明书国泰君安证券研究进入大算力时代全球及中国GPU市场规模快速增长GPU拥有比较强的浮点计算能力在大量的图像计算科学计算人工智能计算中有广泛应用因此随着大数据产业的兴起GPU市场规模快速增长据VMR数据2021年全球GPU市场规模达到3347亿美元预计到2027年将达到18531亿美元2021-2027年CAGR为330就中国市场而言2020年中国大陆GPU市场规模为4739亿美元约占全球市场的187预计未来将保持328的年均复合增速至2027年达到3456亿美元的市场规模图20全球GPU市场规模快速增长亿美元图21中国GPU市场规模快速增长亿美元数据来源VMR华经产业研究院国泰君安证券研究数据来源华经产业研究院国泰君安证券研究英特尔在PCCPU市场上保持领先GPU分为独立GPU和集成GPU请务必阅读正文之后的免责条款部分17of28行业专题研究其中集成GPU内置于计算机主板或CPU本身常见于笔记本电脑Intel凭借在CPU市场的主导地位其核心显卡在PCGPU市场上占据了60以上的市场份额AMD和英伟达基本平分了剩余的40市场在独立GPU市场英伟达和AMD双寡头垄断且英伟达处于绝对龙头地位据JPR数据截止22年Q2英伟达占据全球独立GPU市场的79AMD占有20的份额2022年英特尔推出Xe架构独立显卡市场份额预计在1左右独立GPU的性能要求一般高于集成GPU也拥有AI计算等更多应用场景图22PCGPU市场份额中英特尔占比高图23独立GPU市场份额英伟达占比高数据来源Statista国泰君安证券研究数据来源JPR国泰君安证券研究英伟达早年推出了CUDA生态形成了GPU开发生态的护城河CUDAComputeUnifiedDeviceArchitecture是由英伟达公司于2007年推出的通用并行计算架构它包含CUDA指令集架构以及GPU内部的并行计算引擎支持CCPython等编程语言采用统一的CUDA开发架构能够使GPU开发具备广泛的可移植性便于开发复杂的计算产品以开发AI芯片为例它包含数据处理特征工程机器学习模型评估等多个环节每一个环节都需要大量的数据运算而CUDA-XAI平台则能够提供足够的开发工具降低开发难度随着CUDA生态体系的完善它将吸引更多的GPU开发者形成更加牢固的生态壁垒如同电脑领域的Windows系统手机领域的安卓系统图24CUDA生态示意图图25CUDA-XAI生态库覆盖多个应用领域数据来源CSDN数据来源Nvidia官网请务必阅读正文之后的免责条款部分18of28行业专题研究32CPU计算机运算控制的核心CPUCentralProcessingUnit是计算机的运算控制核心是取址译码执行的对象CPU的本质是超大规模集成电路主要用于对计算机指令进行译码对软件中的数据进行运算处理同时作为计算机的大脑控制调配计算机的所有软硬件资源图26CPU程序执行流程图27CPU指令执行流程数据来源CSDN数据来源icode从CPU工作原理看通常可以划分为5个阶段取指令指令译码执行指令访存取数结果写回一般程序是CPU从存储器或高速缓冲存储器中一条一条取出指令放入指令寄存器并对指令进行译码最后执行指令直到程序执行完毕为止CPU的构成包括控制单元运算单元和存储单元三部分由内部总线进行连接控制单元ControlUnit是CPU的指挥控制中心对协调计算机的有序工作发挥关键作用控制单元根据用户事先编好的程序依次从存储单元中获取可执行的代码放在指令寄存器InstructionRegisterIR中通过指令译码将其转换为可执行的指令然后通过操作控制器OperationControllerOC按照确定的时序向相应的部件发出控制信号图28CPU包含控制存储运算三个单元图29CPU内部细分结构复杂请务必阅读正文之后的免责条款部分19of28行业专题研究数据来源CSDN数据来源Elecfans运算单元ArithmeticlogicalUnit是CPU的执行部件主要根据控制单元发出的信号做出相应的运算运算单元基于获取的指令可以对存储单元中的数据进行算数运算包括加减乘除等基本运算及附加运算或者逻辑运算包括移位逻辑测试或两个值比较等存储单元暂时存放待处理或已处理的数据主要指寄存器组和CPU片内缓存寄存器是CPU的内部组成单元是有限存贮容量的高速存贮部件速度很快可以用来暂存指令数据和地址是CPU运算时提取指令和数据的地方在控制单元中的寄存器包括指令寄存器IR和程序计数器PC在运算单元中包含的寄存器有累加器ACC等采用寄存器可以减少CPU访问内存的次数从而提高CPU工作的效率但是由于芯片面积有限寄存器的容量不会很大因此需要Cache高速缓冲存储器和内存来扩大容量图30计算机存储体系金字塔图31Memory存储器类别划分为易失性和非易失性数据来源Elecfans数据来源宏旺半导体内存包括随机存储器等是用于暂时存放CPU运算数据的单元主内存是CPU外接的存储器容量可以根据使用需求进行选择然而由于内存除了要和CPU通信还需要与其他硬件通信反馈CPU的请求存在不及时的问题此外内存和CPU的通信还会受到总线带宽的限制因此CPU访问内存提取数据的时间相对较长会影响CPU的工作效率为了解决由于CPU运行速度远大于主内存直接从主内存中提取数据需要时间等待的问题Cache应运而生Cache高速缓冲存储器保存CPU刚用过或需要循环使用的部分数据当CPU需要再次使用该数据时就可以直接从Cache中调用无需再从内存中提取因此能够减少CPU等待时间提高系统效率Cache从结构上可以分为L1L2和L3等传输效率逐次递减L1Cache集成在CPU内部即前述CPU片内缓存L2Cache随着集成度变高也更多集成在CPU内部CPU行业设计技术门槛高研发周期长无论是软件还是硬件都存在较高的壁垒根据芯片指令架构和操作系统的不同当前CPU行业存在两大生态体系分别为由Intelx86架构联合Window操作系统的Wintel体请务必阅读正文之后的免责条款部分20of28