半導體行業(yè)垂直分工模式的出現(xiàn)促進了產(chǎn)業(yè)鏈分工的全球化。美國作為半導體領(lǐng)域無可爭議領(lǐng)先者，依然需要依賴全球各地的資源與技術(shù)。對于國內(nèi)半導體企業(yè)來說，國家高層的關(guān)注和政策傾斜一定程度上支持著國內(nèi)半導體企業(yè)的追趕。

半導體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀概述

1947年，晶體管在美國貝爾實驗室誕生，標志著半導體時代的開啟。1958年集成電路的出現(xiàn) 加速了半導體行業(yè)的發(fā)展。經(jīng)過半個世紀，半導體行業(yè)已經(jīng)非常成熟，形成了從半導體材料、設備到半導體設計、制造、封裝測試完整的產(chǎn)業(yè)鏈。

1.1 垂直分工模式是未來趨勢，促進半導體市場繁榮

半導體行業(yè)目前主流商業(yè)模式有兩種：一是IDM（Integrated Device Manufacturing）模式，以英特爾、三星、SK海力士為代表，從設計到制造、封測直至進入市場全部覆蓋；另一種是垂直分工模式，上游的芯片設計公司（Fabless）負責芯片的設計，設計好的芯片掩膜版圖交由中游的晶圓廠（Foundry）進行制造，加工完成的晶圓交由下游的封裝測試公司（OSAT）進行切割、封裝和測試，每一個環(huán)節(jié)由專門的公司負責。

垂直分工模式的產(chǎn)生源于半導體行業(yè)資本密集型和技術(shù)密集型的特點。晶圓代工屬于重資產(chǎn)行業(yè)，目前7nm制程的投資金額可達百億美元量級，巨額的資本投入使得絕大多數(shù)半導體公司無力支撐如此高昂的開支。1987年臺積電的成立標志著半導體行業(yè)從垂直化向分工化的變革。

晶圓代工廠商通過集中產(chǎn)能優(yōu)勢，提高產(chǎn)能利用率、攤薄生產(chǎn)成本，降低了半導體行業(yè)的準入門檻，使得中小、初創(chuàng)型IC設計公司進入市場，半導體產(chǎn)業(yè)鏈的分工也從美國開始向全球分散，垂直分工模式的出現(xiàn)促進了半導體行業(yè)的繁榮。另一方面，半導體工藝的不斷進步形成了晶圓代工行業(yè)的壁壘。

1.2 集成電路占比提升，存儲芯片是景氣風向標

按產(chǎn)品來劃分，半導體產(chǎn)品可分為集成電路、分立器件、光電器件和傳感器四種。集成電路作為半導體的核心產(chǎn)品，又分為邏輯器件、存儲芯片、微處理器和模擬電路四類，占據(jù)整個半導體行業(yè)規(guī)模八成以上。光電子器件、分立器件和傳感器雖然應用廣泛，但需求和單價與集成電路差距較大。

2018年全球半導體 市場規(guī)模為4607.63億美元，同比增長7.4%。首次突破4500億美元大關(guān)，創(chuàng)十年以來新高。其中，集成電路產(chǎn)品市場銷售額為3897.97億美元，同比增長8.09%，增速放緩，低于2017年的24.06%。

集成電路市場銷售額占到全球半導體市場總值85%的份額。模擬電路銷售額為616億美元，微處理器銷售額為776億美元，大規(guī)模IC銷售額首次突破千億，為1020.91億美元。存儲芯片產(chǎn)品市場銷售額為1484.95億美元，同比增長13.98%，占到全球半導體市場總值的32.22%。存儲芯片是半導體市場景氣程度最重要的風向標。

1.3 周期是半導體行業(yè)最重要特征，本輪下行或持續(xù)至2020Q2

經(jīng)過半個世紀的發(fā)展，半導體廣泛滲透于信息、通信、計算機、消費電子、汽車等各個領(lǐng)域，半導體產(chǎn)品對人們的日常生活和消費形態(tài)產(chǎn)生了顯著的影響。長期來看，半導體行業(yè)的增速波動與全球GDP波動的相關(guān)性呈現(xiàn)高度一致（2010至今，相關(guān)系數(shù)為0.57）。半導體行業(yè)存在受GDP增速影響的需求周期在行業(yè)內(nèi)已成為共識。

另一方面，半導體產(chǎn)業(yè)分工的出現(xiàn)使得行業(yè)出現(xiàn)了 以核心企業(yè)的產(chǎn)能波動為主導的供給周期。存儲芯片市場是典型的供給周期驅(qū)動市場。行業(yè)排名前3的三星、海力士和鎂光市占率在95%以上，它們產(chǎn)能的變動直接影響存儲芯片市場價格。

以2013-2019年DRAM和NAND價格變動為例，從2013年開始，隨著三星、海力士、鎂光產(chǎn)能的擴張，價格持續(xù)下跌。2016年Q2受DRAM工藝從2D向3D轉(zhuǎn)換產(chǎn)能不足的影響，存儲器價格一路上漲。到2017年底，良率的回升和新建產(chǎn)能的投產(chǎn)使得供給充足，內(nèi)存價格一路走跌。綜上， 以GDP增速表征的需求周期和行業(yè)龍頭產(chǎn)能變化的供給周期兩個因素共同疊加，構(gòu)成了半導體周期。

根據(jù)平安證券研究所宏觀團隊觀點，預計2019年美國經(jīng)濟見頂回落，中國經(jīng)濟增速放緩，全球GDP增速可能會繼續(xù)下降。另外，2018年智能手機出貨量自2010年以來首次出現(xiàn)了負增長，2019Q1中國智能手機出貨量增速同比下降11.9%。

我們認為在5G網(wǎng)絡尚未大規(guī)模商用之前，智能手機出貨量下行壓力將持續(xù)存在。智能手機 出貨量的下降直接影響到了全球半導體市場（2018智能手機半導體占比近25%），根據(jù)Gartner數(shù)據(jù)，2019年Q1全球半導體出貨量和產(chǎn)能利用率均處低谷。

存儲芯片方面，根據(jù)DRAMexchange數(shù)據(jù)，DRAM和NAND價格自2017年12月以來，連續(xù)14個月走低。受 宏觀經(jīng)濟下行和短期供給過剩的雙重影響，我們預計本輪半導體行業(yè)的下行周期將會持續(xù)到2020年Q2。

從產(chǎn)業(yè)鏈來看，目前具備商用能力的5G手機芯片供應商只有華為和高通2家，支持SA獨立組網(wǎng)的手機最早會在2020年Q2面世，5G手機的上市能夠較大提升對存儲芯片、大規(guī)模IC、模擬電路的需求。預計在2020年Q2之后， 半導體下行周期將迎來反轉(zhuǎn)。

1.4 我國半導體振興之路道阻且長，中美貿(mào)易沖突背景下國內(nèi)有望發(fā)力

目前國內(nèi)半導體需求旺盛，國內(nèi)供給能力不足。以集成電路為例，2018年我國集成電路出口金額為860.15億美元，進口金額為3166.81億美元，貿(mào)易逆差同比增長11.21%。從2015年開始，集成電路進口金額連續(xù)4年超過原油成為我國第一大進口商品。集成電路領(lǐng)域嚴重的進口依賴，影響到我國的信息安全、金融安全、國防安全、能源安全。

90年代以前，國內(nèi)半導體 主要應用于軍事領(lǐng)域。設計、研發(fā)主要依靠國有企業(yè)和科研單位，生產(chǎn)依靠引進國外落后生產(chǎn)線。我國第一次對微電子產(chǎn)業(yè)制定國家規(guī)劃是1990年啟動的908工程，由當時國營江南無線電器材廠（簡稱742廠）和永川半導體研究所無錫分所合并成立了無錫華晶。

直到8年后，國內(nèi)的第一條6英寸生產(chǎn)線才完成驗收正式投產(chǎn)。1996年，909工程啟動，由上海華虹和NEC合資組建了華虹NEC，建成了國內(nèi)的第一條8英寸產(chǎn)線。2000年，中芯國際的成立標志著國內(nèi)半導體晶圓代工開始走向了世界舞臺。2001年隨著中國加入WTO，外資半導體企業(yè)大量進入，國內(nèi)半導體行業(yè)進入快速發(fā)展期，經(jīng)過近二十年的發(fā)展，盡管國內(nèi)培育了大批半導體行業(yè)優(yōu)秀人才，但由于半導體產(chǎn)業(yè)鏈復雜，產(chǎn)業(yè)分工細致，我們在各個領(lǐng)域與國外領(lǐng)先水平仍然有著較大差距。

自2018年4月以來，中興、華為相繼被美國商務部列入實體名單，舉國嘩然。國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)相對落后的局面受到國家領(lǐng)導層的高度關(guān)注，國家相繼出臺一系列政策提振半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展， 但振興之路道阻且長。

目前半導體行業(yè)正處于小幅下行周期。全球半導體制造企業(yè)2019年 資本支出將出現(xiàn)較大幅度縮減。存儲芯片方面，三星、SK海力士受內(nèi)存價格下跌，資本支出大幅縮減。晶圓代工方面，除臺積電和中芯國際資本支出增長外，格羅方德、聯(lián)華電子和上海華虹資本支出均出現(xiàn)不同程度的縮減。對行業(yè)后進者來說，產(chǎn)業(yè)處于低谷是較為有利的追趕時機。

美國雖然作為半導體產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導者，占據(jù)了核心的地位和市場份額，但日本、韓國、中國臺灣地區(qū)等后來者均抓住了產(chǎn)業(yè)低谷時的機遇，誕生出了如三星、海力士、臺積電等一批行業(yè)翹楚，從而奠定了上述國家在半導體行業(yè)的影響力。對于國內(nèi)半導體企業(yè)來說，國家高層的關(guān)注和政策傾斜一定程度上支持著國內(nèi)半導體企業(yè)， 國內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)有望利用外部優(yōu)勢迎頭趕上。

但是半導體技術(shù)的積累和進步難以在短期實現(xiàn)突破。半導體行業(yè)經(jīng)過了近七十年的發(fā)展，已經(jīng)形成了全球化分工的產(chǎn)業(yè)鏈。美國作為半導體行業(yè)無可爭議領(lǐng)先者，也必須在很多領(lǐng)域依賴全球各地的資源和技術(shù)來發(fā)展。國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)真正意義的發(fā)展起步于上世紀九十年代，盡管在各個領(lǐng)域具備了一定規(guī)模，依然面臨諸多的挑戰(zhàn)和限制。國內(nèi)半導體行業(yè)的發(fā)展壯大需要時間的積累和資本的耐心，我們認為：

國內(nèi)半導體的發(fā)展并非簡單的等同于人無我有，人有我強。半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展依賴于全球資源和技術(shù)的相互配合。一個國家難以通吃整個產(chǎn)業(yè)鏈，在某個細分領(lǐng)域做精做強，形成互相依存的合作關(guān)系才是符合國情的發(fā)展戰(zhàn)略。

從全球市場的發(fā)展趨勢和競爭力看，IC設計產(chǎn)業(yè)是目前國內(nèi)最主要的機會所在。一方面工程師紅利仍然存在，像越南、印度等新興發(fā)展中國家在基礎設施、人才儲備方面與國內(nèi)差距較大。另一方面，5G的到來會催生大量物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、VR、AI的需求，這塊市場目前仍處于醞釀期，憑借國內(nèi)資本、人才優(yōu)勢有望搶占先機。

重視未來可能存在較大市場空間的特種半導體。例如IGBT、Super-junction、化合物半導體等。特種半導體是未來物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、高端制造的核心技術(shù)。此類特種半導體對于制程的要求較低，但是利潤較高。

先進制程的發(fā)展變成了寡頭競爭：10nm以下制程的研發(fā)愈加困難，資本投入上升較大，制程發(fā)展速度開始放慢。目前全球制程競賽的玩家只剩下了臺積電、三星、英特爾三家，傳統(tǒng)老牌格羅方德和聯(lián)電已經(jīng)放棄追趕，這給國內(nèi)企業(yè)爭取了時間。國家政策的扶持降低了企業(yè)融資的難度，但是應當避免過度投資，注重產(chǎn)業(yè)整合，淘汰落后產(chǎn)能，避免惡性競爭。

半導體細分行業(yè)梳理

2.1 芯片設計：美國領(lǐng)先地位明顯，中國升至第三

2.1.1 IP授權(quán)、EDA軟件屬于利基市場

半導體IP授權(quán)屬于半導體設計的上游。IP主要分為軟IP、固IP和硬IP。軟IP是用Verilog/VHDL等硬件描述語言描述的功能塊，不涉及具體電路元件。固IP是以電路元件實現(xiàn)的功能模塊。硬IP提供設計的最終階段產(chǎn)品——掩膜。

IP授權(quán)的出現(xiàn)源自半導體設計行業(yè)的分工，設計公司無需對芯片每個細節(jié)進行設計，通過購買成熟可靠的IP方案，實現(xiàn)某個特定功能。這種類似搭積木的開發(fā)模式，縮短了芯片開發(fā)的時間，提升了芯片的性能。

全球半導體IP市場在 2018年整體市場規(guī)模為49億美元。其中ARM公司是IP領(lǐng)域絕對龍頭，占41%市場份額。

EDA設計軟件包括電路設計與仿真工具、PCB設計軟件、IC設計軟件、PLD設計工具等。目前EDA設計軟件領(lǐng)域集中度較高，Synopsys、Cadence和MentorGraphics三巨頭占據(jù)了EDA設計軟件市場95%以上的市場份額，Synopsys、Cadence等公司將自己的軟IP集成在設計軟件中，進一步增加了用戶黏性，也提高了行業(yè)壁壘。

2.1.2 芯片設計國內(nèi)進步較快，未來潛力最大

芯片設計過程可以粗略的分為確定項目需求、系統(tǒng)級設計、邏輯設計、硬件設計四部分。IC設計行業(yè)中少數(shù)巨頭企業(yè)占據(jù)了主導地位，其中美國IC設計行業(yè)處于領(lǐng)先地位。

從營收規(guī)模來看，全球前十大芯片設計公司 總營收規(guī)模達到810億美元，同比增長12%。其中博通同比增長15.6%，以217.54億美元營收居首；高通同比下降了4.4%，以164.50億美元繼續(xù)位居第二。

從地區(qū)分布來看，2018年 美國在全球芯片設計領(lǐng)域擁有59%的市場占有率，居世界第一；中國臺灣地區(qū)市場占有率約16%，居全球第二；中國大陸則擁有12%的市場占有率，位居世界第三。日本、歐洲半導體公司以IDM模式居多。

以毛利率和營收規(guī)模兩個維度來看，國內(nèi)芯片設計上市公司與全球前十差距仍然較大。根據(jù)2018年IC Insights數(shù)據(jù)，2018年國內(nèi)半導體設計公司銷售收入約385億美金，海思和紫光展銳（均未上市）合計銷售額超過了100億美金， 占國內(nèi)市場規(guī)模的26%，剩余1700余家半導體設計公司產(chǎn)生了280億美金的收入。

盡管差距明顯，國內(nèi)的芯片設計行業(yè)仍在高速成長，從過去二十年來看，國內(nèi)半導體設計行業(yè)年復合增長速度超過40%，2018年的成長速度也達到了21.5%，相較于2007-2017年全球芯片市場4.4%的增長率，中國芯片市場的增長率 一直維持在20%以上。

2.2 晶圓代工：臺積電一枝獨秀，三星開始發(fā)力代工

2018年，全球芯片代工產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模為627億美金，同比增長5.72%。國內(nèi)芯片代工產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模為60.16億美元，同比增長11.69%。預計未來三年國內(nèi)增速仍將領(lǐng)先全球，市場份額的快速增長表明目前全球集成電路產(chǎn)能 正向大陸轉(zhuǎn)移。

從企業(yè)來看，2018年臺積電以54.39%的市場占有率處于絕對領(lǐng)先的地位，在三星將晶圓代工部門從系統(tǒng)LSI業(yè)務部門中獨立出來后，統(tǒng)計口徑的改變讓三星一躍成為第二。格羅方德和聯(lián)華電子分列第三、第四。國內(nèi)廠商中芯國際暫列第五。

從制程工藝來看，頂尖工藝（7nm+10nm）目前占據(jù)13%的市場份額，主要用于CPU、GPU等超大規(guī)模邏輯集成電路的制造。主要用于存儲芯片制造的14nm-28nm工藝占據(jù)了34%的市場份額；MCU/MPU、模擬器件、分立器件和傳感器主要使用40nm以上工藝，占據(jù)了剩余的41%市場份額。

制程的進步使得集成電路上的單個晶體管體積更小，能耗更低。單位面積的硅晶圓上能夠容納更多晶體管，提升了芯片性能。目前半導體制程工藝的進步已經(jīng)越來越困難， 具體原因有以下三點：

良品率的限制：每個硅原子直徑大約0.1nm，在10nm制程下，每個間隔之間只有不到100顆原子。一個原子的缺陷就會嚴重影響到產(chǎn)品的良率。

短溝道效應：晶體管閾值電壓隨著晶體管尺寸的縮小而降低，導致溝道無法完全關(guān)閉造成漏電，提高了芯片功耗。

光刻機技術(shù)限制：目前7nm工藝用到的極紫外（EUV）光刻機需要設計出復雜的反射光路，經(jīng)過多次鏡面反射后，光源強度大大衰減，造成光刻膠曝光強度不足。

移動設備主導的半導體市場，更加注重功耗的降低。移動設備受鋰電池續(xù)航所限，CPU功耗變得尤為重要。2011年左右，隨著智能手機滲透率的迅速提高，消費電子的重心開始從PC端向移動端傾斜，傳統(tǒng)PC芯片巨頭英特爾在移動端的舉步不前也導致了其制程發(fā)展在近5年放慢了腳步。

臺積電、三星得益于智能手機芯片龐大出貨量，在制程工藝方面拼命追趕。從2011年落后英特爾一代制程到15年趕上， 最終在17年實現(xiàn)反超。

2019年4月臺積電宣布5nm工藝已經(jīng)準備就緒，將在2020年進行量產(chǎn)。三星則宣布2021年5nm量產(chǎn)，并且未來十年（2020-2030）將投資1200億美金加強晶圓代工和系統(tǒng)LSI方面的競爭力。反觀此前代工市場份額第二、第三的格羅方德和聯(lián)華電子均宣布暫緩10nm以下制程的研發(fā)。

目前頂尖制程的競爭就只剩下臺積電和三星兩家。領(lǐng)先廠商通過提前量產(chǎn)獲取訂單，分攤工廠折舊，進而繼續(xù)研發(fā)下一代工藝，使得后進廠商在先進制程工藝上的投資低于預期回報而放棄競爭，以此擴大市場份額、形成壁壘。未來芯片代工領(lǐng)域 馬太效應會愈加明顯。

2.3 封測：并購整合獲得擴張，長電實力位列第一梯隊

半導體封測的技術(shù)含量相對較低，國內(nèi)企業(yè)最早以此為切入點進入集成電路產(chǎn)業(yè)。國內(nèi)封測企業(yè)通過外延式擴張獲得了良好的產(chǎn)業(yè)競爭力，技術(shù)實力和銷售規(guī)模 已進入世界第一梯隊。

近年來，國內(nèi)封測廠商借助并購潮進入了實力顯著提升。2018年國內(nèi)封測三巨頭長電科技、華天科技、通富微電在全球行業(yè)中分別排名第三、第六、第七。在全球封測行業(yè)市場中，中國臺灣地區(qū)、中國大陸和美國 占據(jù)整個封測市場81%的份額，形成了三足鼎立的格局。

在芯片制造產(chǎn)能向大陸轉(zhuǎn)移的大趨勢下，國內(nèi)封測企業(yè)近水樓臺，搶占了中國臺灣、美國、日韓封測企業(yè)的份額。國內(nèi)企業(yè)實現(xiàn)了遠超同行增長率的快速壯大。預計未來三年，隨著中國芯片封裝市場規(guī)模的提升，國內(nèi)企業(yè)的銷售規(guī)模和技術(shù)水平也會得到進一步提升。

2.4 半導體材料：日歐壟斷，國內(nèi)自給率較低

半導體材料可分為制造材料和封裝材料。制造材料可以分為以下幾類：硅片，靶材，CMP拋光材料、光刻膠、高純試劑、電子特種氣體、（光掩膜）。硅片、氣體、光掩模和光刻膠四種材料 占整體比例67%以上，其中硅片是半導體材料的核心。

封裝材料：包括引線框架、封裝基板、陶瓷封裝材料、包封材料、芯片粘結(jié)材料等，其中封裝基板占比最大。在半導體材料領(lǐng)域，高端產(chǎn)品市場技術(shù)壁壘較高，國內(nèi)企業(yè)研發(fā)投入和積累不足。

我國半導體材料在國際分工中多處于中低端領(lǐng)域，高端產(chǎn)品市場主要被美、日、歐、韓、臺灣地區(qū)等少數(shù)國際大公司壟斷，國內(nèi)大部分產(chǎn)品自給率較低， 基本不足30%，主要依賴于進口。

2.5 半導體制造設備：制造產(chǎn)能國內(nèi)轉(zhuǎn)移趨勢利好國產(chǎn)設備商

在2018年全球半導體設備市場區(qū)域分布情況中，中國市場逐步崛起：從半導體裝備銷售額情況看，從2014年開始，北美半導體設備投資逐年減少，日本基本維持穩(wěn)定，整個半導體制造的產(chǎn)能轉(zhuǎn)移到了韓國、中國臺灣地區(qū)和中國大陸。隨著眾多晶圓代工廠在大陸投建，大陸設備市場增速將超過全球增速水平

半導體制造過程復雜，涉及到的設備包括硅片制造設備、晶圓制造設備、封裝設備和輔助檢測設備等。在制造設備中，光刻機、刻蝕機和薄膜沉積設備為核心設備， 分別占晶圓制造環(huán)節(jié)的約21%、18%和18%。

光根據(jù)各細分設備市場占有率統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在光刻機、PVD、刻蝕機、氧化/擴散設備上，CR3達90%以上。光刻機是半導體制造設備中價格占比最大，也是最關(guān)鍵的設備，被譽為是半導體產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠，每顆芯片誕生之初，都要經(jīng)過光刻技術(shù)的鍛造。 光刻決定了半導體線路的精度，以及芯片功耗與性能。

以核心設備光刻機為例，荷蘭公司阿斯麥（ASML.O）是全球最大的半導體光刻機設備及服務提供商，在細分領(lǐng)域具備壟斷地位，在高端光刻機市場占據(jù)75%以上份額。

半導體設備技術(shù)難度高、研發(fā)周期長、投資金額高、依賴高級技術(shù)人員和高水平的研發(fā)手段，具備非常高的技術(shù)門檻。目前國內(nèi)廠商離全球領(lǐng)先企業(yè)差距較大。除中微半導體在蝕刻機領(lǐng)域成為全球一線供應商外，其他領(lǐng)域在三年內(nèi)達到世界領(lǐng)先水平的可能性較低。

國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)政策支持力度較大，但是通過產(chǎn)業(yè)政策支持獲取的進口替代、自主可控需要經(jīng)過較長時間的演進才能實現(xiàn)。目前半導體進口替代是國內(nèi)資本市場較為火熱的主題，短期估值偏高。我們建議關(guān)注細分領(lǐng)域內(nèi)具有較強實力、市場份額有望進一步提升的標的。芯片設計我們建議關(guān)注匯頂科技、紫光國微；晶圓代工我們建議關(guān)注中芯國際、華虹半導體和臺積電；在封裝測試領(lǐng)域我們建議關(guān)注長電科技、日月光；在半導體設備方面我們建議關(guān)注北方華創(chuàng)。