晶圆代工：制造业巅峰，国内追赶加速.pdf

东方证券股份有限公司经相关主管机关核准具备证券投资咨询业务资格，据此开展发布证券研究报告业务。 东方证券股份有限公司及其关联机构在法律许可的范围内正在或将要与本研究报告所分析的企业发展业务关系。因此，投资者应当考虑到本公司可能存在对报告的客观性产生影响的利益冲突，不应视本证券研究报告为作出投资决策的唯一因素。 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 深度报告 【行业 证券研究报告】 电子行业 晶圆代工：制造业巅峰，国内追赶加速 核心观点 摩尔定律仍在延续， 技术升级 节奏放缓为 中芯国际 追赶创造机会 ： 台积电与三星 计划 2022 年 量产 3nm 芯片、 IMEC 已经规划 1nm， 摩尔定律仍然在维持，但进一步提升推动 摩尔定律难度会显著提升 ： 巨额的资本投入与研发投入、不断升级的晶体管工艺、更为先进的光刻机，以及对沉积与刻蚀、检测、封装等环节也均有更高的要求。正是因为面临巨大的资本 和 技术挑战 ，以及晶圆 制造 技术迭代快 ， 行业呈现寡头集中 ， 目前全球仅有台积电、三星、Intel 在进一步 紧跟 摩尔定律，中芯国际在持续追赶，其他 制造厂商 全面转向特色工艺的研究与开发 。 未来 技术升级节奏 将逐步 放缓 ，为 中芯国际 追赶国际头部厂商创造了机会。 先进制程与成熟工艺齐飞 ，晶圆代工赛道持续繁荣 ： 5G 通信网络的建设不断推进，不仅带动数据 量 的爆炸式提升 ，要求芯片对数据的采集、处理、 存储 效率更高，而且也 催生了诸多 4G 时代难以实现的终端应用，如物联网、车联网 等 ，增加了终端对芯片的需求范围 。 芯片需求的增长将使得晶圆代工赛道 受益 。 根据 IHS 的预测，先进工艺晶圆代工市场规模有望从 2020 年的212 亿美元增长到 2025 年的 442 亿美元， CAGR 为 15.8%，成熟工艺晶圆代工有望从 2019 年的 372 亿美元增长到 2025 年 415 亿美元， CAGR 为2.2%。 需求与政策双重驱动，国内晶圆代工迎来良机 ： 国内集成电路市场需求旺盛， 根据 IC insight 数据， 2018 年 国内半导体需求为 1550 亿美元， 约占全球 33%的份额，而且 国内 IC 设计企业数量 还在 快速增加，尤其近几年，在国内政策的鼓励下，以及中美贸易摩擦的背景下， 国内 IC 设计公司数量2010-2019 年 CAGR 为 13%， 并形成了 细分领域的 头部 IC 设计公司， IC Insight 预测 2023 年中国集成电路市场需求有望达到 2290 亿美元。 与之相比的是晶圆代工市场份额严重不足，根据拓 墣 研究的数据， 2020Q2，中芯国际和华虹半导体份额加起来才 6%，晶圆代工自给率严重不足 ，未来市场空间巨大。 同时 ， 国务院、财政部、工信部 、证监会 等多部门不断出台减税免税 、 产业培育 、产业融资等政策，国内 晶圆 代工企业迎来发展良机。 投资建议与投资标的 受益 需求与 国内 政策双重驱动，国内晶圆代工迎来良机 。 建议关注： 国内晶圆代工龙头，突破先进制程瓶颈 的中芯国际 、 特色化晶圆代工与功率半导体IDM 双翼发展 的华润微 、 坚持特色工艺，盈利能力强 的华虹半导体。 风险提示 半导体需求不及预期； 关键半导体设备不能购买的风险； 设备材料研发低于预期 ； 龙头厂商挤压风险 。 Table_BaseInfo 行业评级 看好 中性 看淡 (维持 ) 国家 /地区 中国 行业 电子行业 报告发布日期 2020年 10 月 18 日 行业表现 资料来源： WIND、东方证券研究所 证券分析师 蒯剑 021-63325888*8514 kuaijianorientsec 执业证书编号： S0860514050005 香港证监会牌照： BPT856 证券分析师 马天翼 021-63325888*6115 matianyiorientsec 执业证书编号： S0860518090001 联系人 唐权喜 021-63325888*6086 tangquanxiorientsec 联系人 李庭旭 litingxuorientsec 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 晶圆代工：制造业巅峰，国内追赶加速 2 目 录 1 晶圆代工行业持续增长，行业呈现寡头集中 . 5 2 摩尔定律延续，先进制程与成熟工艺齐飞 . 9 2.1 摩尔定律延续，技术难度与资本投入显著提升 . 9 2.2 先进制程占比 持续提升，成熟工艺市场不断增长 . 12 3 终端需求旺盛，晶圆代工赛道持续繁荣 . 15 3.1 5G 推动手机芯片需求量上涨 . 15 3.2 云计算前景广阔，服务器有望迎来快速增长 . 17 3.3 三大趋势推动汽车半导体价值量提升 . 19 3.4 IoT 快速增长，芯片类型多 . 21 4 需求与政策双重驱动，国内晶圆代工迎来良机 . 23 4.1 国内 IC 设计企业快速增长，代工需求进一步放量 . 23 4.2 政策 与融资支持，中国晶圆代工企业迎来良机 . 27 5 投资建议 . 29 风险提示 . 37 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 晶圆代工：制造业巅峰，国内追赶加速 3 图表目录 图 1：晶圆代工流程 . 5 图 2：全球晶圆代工市场规模 . 5 图 3： 1991-2019 年台积电营业收入变化 . 6 图 4：代工行业呈现寡头集中 . 6 图 5： 11-19 年台积电和中芯国际资本支出（亿元） . 7 图 6：晶圆管结构变化 . 7 图 7：光刻机工艺进程 . 8 图 8：晶圆代工技术迭代快 . 8 图 9：每千美元买到的算力随着时间的推移呈现指数级增加 . 9 图 10：台积电先进节点已经规划到 3nm . 10 图 11： IMEC先进节点已经规划到 1nm . 10 图 12：先进制程建设成本显著提升 . 10 图 13：先进制程设计成本显著增加 . 10 图 14：晶体管工艺路线图 . 11 图 15： ASML 预测半导体制程升级规划 . 11 图 16：先进制程追赶者减少 . 12 图 17：芯片制程持续提升 . 12 图 18：先进制程占比会持续提升 . 12 图 19： 12 寸晶圆和 8 寸晶圆对比 . 13 图 20： 14-19 年台积电高压及电源管理晶片出货量 . 13 图 21：成熟工艺晶圆代工市场规模（亿美元） . 13 图 22：主要代工厂特色工艺 . 14 图 23：晶圆代工市场规模预测（亿美元） . 15 图 24： 5G手机出货及预测（百万台， 20Q1） . 16 图 25：手机芯片制程工艺不断提升 . 16 图 26：智能手机对晶圆的需求（ 12 寸，千片 /月） . 16 图 27：射频前端市场规模及预测 . 17 图 28：韩国用户数据使用量对比： 5G是 4G的 2.6 倍 . 17 图 29：中国 5G用户数预测（万人） . 17 图 30： 2015-2024 年中国云计算产业规模及预测 . 18 图 31： 2017-2024 年全球服务器市场出货量及预测 . 19 图 32：服务器对晶圆的需求预测（千片 /月， 12 寸片） . 19 图 33：汽车对半导体器件需求激增 . 20 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 晶圆代工：制造业巅峰，国内追赶加速 4 图 34： 19-22 年车用半导体 CAGR为 12%（亿美元） . 20 图 35：英伟达自动驾驶芯片的制程不断提升 . 21 图 36：自动驾驶带来的半导体价值增量 . 21 图 37： 18-23 年全球物联网市场规模 CAGR为 22.5%（亿美元） . 22 图 38： 19-25 年中国 IOT设备连接数量及预测（亿台） . 22 图 39：物联网终端需要多种类型芯 片 . 23 图 40：半导体产业向中国转移 . 24 图 41：国内半导体需求旺盛，自给不足（亿美元） . 24 图 42：国内 IC设计公司数量快速增加 . 25 图 43：中国芯片设计成长率远高于其他公司（亿美元） . 25 图 44：国内重要的 IC设计公司 . 26 图 45：中国是全球半导体最大的需求市场（亿美元） . 27 图 46： 20Q2 全球晶圆代工市占率 . 27 图 47：国家集成电路产业发展推进纲要对芯片产业的规划 . 27 图 48：国家政策全力支持半导体领域发展 . 28 图 49：国内主要晶圆代工厂融资情况 . 29 图 50：中芯国际生产技术节点回顾 . 30 图 51：公司营业收入及增速 . 30 图 52：公司净利润情况 . 30 图 53：公司下游收入分布（按领域） . 31 图 54：公司下游收入分布（按地域） . 31 图 55：公司产能统计及未来规划 . 32 图 56：公司为国内主要的半导体特种工艺平台之一 . 33 图 57：华润微功率半导体销售额国内第一（ 2018） . 33 图 58：公司主要 产线及产能情况 . 33 图 59： 16-19 年公司主要业务毛利率情况 . 34 图 60： 16-20H1 两大业务收入占比情况 . 34 图 61： 16-20H1 公司销售、管理费用率情况 . 34 图 62： 16-20H1 公司净利润持续显著提升 . 34 图 63：公司营业收入 恢复快速增长（亿元） . 35 图 64：归母净利润 2020H1 成倍提升 . 35 图 65：华虹半导体产能 . 35 图 66：华虹特色工艺及工艺节点 . 36 图 67： 2019 年华虹收入结构 . 36 图 68： 15-19 年华虹营业收入变化 . 36 图 69： 15-19 年华虹净利率及毛利率 . 36 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 晶圆代工：制造业巅峰，国内追赶加速 5 1 晶圆代工行业持续增长，行业呈现寡头集中 台积电开启晶圆代工 时代 ，成为集成电路中最为重要的一个环节 。 1987 年，台积电 的 成立 开启了晶圆代工时代， 尤其在 得到了英特尔的认证 以后 ，晶圆代工被更多的半导体厂商所接受。 晶圆代工打破了 IDM 单一模式， 成就了 晶圆代工 +IC 设计模式 。目前，半导体行业垂直分工成为了主流，新进入者大多数 拥抱 fabless 模式 ，部分 IDM 厂商也在 逐渐 走向 fabless 或者 fablite 模式。 图 1： 晶圆代工流程 数据来源： intel、 东方证券研究所 全球晶圆代工市场 一直呈现快速增长 ， 未来有望持续 。 晶圆代工 +IC 设计 成为行业趋势以后，受益互联网、移动互联网 时代产品的 强劲需求， 整个行业一直保持 快速增长 ， 以台积电为例，其营业收入从 1991 年的 1.7 亿美元增长到 2019 年的 346 亿美元， 1991-2019 年， CAGR 为 21%。 2019年 全球晶圆代工市场 达到了 627 亿美元，占全球半导体市场约 15%。未来进入物联网时代，在 5G、人工智能、大数据强劲需求下，晶圆代工行业有望保持持续快速增长。 图 2： 全球晶圆代工市场规模 数据来源： wtst、 东方证券研究所 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 晶圆代工：制造业巅峰，国内追赶加速 6 图 3： 1991-2019 年台积电营业收入变化 数据来源： 彭博、 东方证券研究所 晶圆代工 行业 现状：行业呈现寡头集中 。 晶圆代工是制造业 的 颠覆， 呈现 资金壁垒高、 技术难度大 、技术迭代快 等特点 ，也因此 导致 了行业呈现寡头集中，其中台积电是晶圆代工行业绝对的领导者，营收占比超过 50%， CR5 约为 90%。 图 4： 代工行业呈现寡头集中 数据来源： 拓 墣、 东方证券研究所 晶圆代工行业资金壁垒高。 晶圆代工厂的资本性支出巨大，并且随着制程的提升，代工厂的资本支出中枢不断提升。 台积电资本支出从 11 年的 443 亿元增长到 19 年的 1094 亿元， CAGR 为 12%。 中芯国际资本性支出从 11 年的 30 亿元增长到了 19 年的 131 亿元， CAGR 为 20%，并且随着 14 nm 及 N+1 制程的推进，公司 将显著增加 2020 年资本性支出 ，计划 为 455 亿 元。 巨额投资将众多追赶者挡在门外 ，新进入者难度极大。 0%20%40%60%80%100%120%140%010,00020,00030,00040,000营业收入（百万美元 ) 同比有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 晶圆代工：制造业巅峰，国内追赶加速 7 图 5： 11-19 年台积电和中芯国际资本支出（亿元） 数据来源： wind、 东方证券研究所 随着制程提升 ， 晶圆代工难度显著提升 。 随着代工制程的提升， 晶体管 工艺 、光刻、沉积、刻蚀、检测、封装等技术 需要全面 创新 ，以此来支撑芯片性能天花板获得突破 。 晶体管 工艺持续创新 。 传统的晶体管工艺为 bulk Si，也称为体硅平面结构（ Planar FET）。随着 MOS 管的尺寸不断的变小， 即 沟道的不断变小， 会 出现各种问题，如栅极漏电、泄漏功率大等诸多问题，原先的结构开始力不从心， 因此改进型的 SOI MOS 出现， 与 传统 MOS 结构主要区别在于： SOI 器件具有掩埋氧化层 ，通常为 SiO2，其将基体与衬底隔离。由于氧化层的存在，消除了远离栅极的泄漏路径，这可以降低功耗。随着制程持续提升，常规的二氧化硅 氧化层厚度变得极薄，例如 在 65nm 工艺的晶体管中的二氧化硅层已经缩小仅有 5 个氧原子的厚度了。二氧化硅层 很难 再进一步缩小了，否则产生的漏电流会让晶体管无法正常工作。 因此在 28nm 工艺中 ， 高介电常数（ K）的介电材料被引入代替了二氧化硅氧化层（ 又称HKMG 技术）。 随着设备尺寸的缩小，在较低的技术节点，例如 22nm 的，短沟道效应开始变得更明显，降低了器件的性能。为了克服这个问题， FinFET 就此横空出世。 FinFET 结构结构提供了改进的电气控制的通道传导 ， 能 降低漏电流并克服一些短沟道效应。 目前先进制程都是采用 FinFET 结构。 图 6： 晶圆管结构变化 数据来源： 互联网、 东方证券研究所 制程提升，需要更精细的芯片，光刻机性能持续提升。 负责“雕刻”电路图案的核心制造设02004006008001,0001,2002011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019台积电 中芯国际有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 晶圆代工：制造业巅峰，国内追赶加速 8 备是光刻机，它是芯片制造阶段最核心的设备之一，光刻机的精度决定了制程的精度。 第四代深紫外光刻机分为 步 进扫描投影光刻机和浸没式 步 进扫描投影光刻机，其中 前者 能实现 最小 130-65nm 工艺节点 芯片 的 生产 ，后者能实现 最小 45-22nm 工艺节点芯片的生产 。通过多次曝光刻蚀，浸没式 步 进扫描投影光刻机能实现 22/16/14/10nm芯片制作。到了 7/5nm工艺，DUV 光刻机已经较难实现生产，需要更为先进的 EUV 光刻机。 EUV 生产难度极大，零部件高达 10 万多个，全球仅 ASML 一家具备生产能力。目前 EUV 光刻机产量有限而且价格昂贵， 2019 年全年， ASML EUV 销量仅为 26 台，单台 EUV 售价高达 1.2 亿美元。 图 7： 光刻机工艺进程 数据来源： 智东西、 东方证券研究所 晶圆代工技术 迭代快 ， 利于头部代工厂 。 芯片制程进入 90nm 节点以后，技术迭代变快， 新的制程几乎每两 到三年 就会出现 。 先进制程 不但需要持续的研发投入，也需要持续的 巨额 资本性支出，而且新投入的设备折旧很快，以台积电为例，新设备折旧年限为 5 年， 5 年以后设备折旧完成，生产成本会大幅度下降，头部厂商完成折旧以后会迅速降低代工价格，后进入者难以盈利。 图 8： 晶圆代工技术迭代快 数据来源： 互联网、 东方证券研究所 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 晶圆代工：制造业巅峰，国内追赶加速 9 2 摩尔定律 延续 ，先进制程与 成熟工艺齐飞 2.1 摩尔定律延续，技术难度与资本投入显著提升 追寻摩尔定律能让消费者 享受 更便宜的算力 ， 晶圆代工 是推动摩尔定律 最重要的环节 。 1965 年 ，英特尔（ Intel）创始人之一戈登摩尔 提出， 当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔 18-24 个月便会增加一倍，性能也将提升一倍 ， 这 也是 全球电子产品整体性能不断进化的核心驱动力 ， 以上定律 就是著名的摩尔定律。 换 而 言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔 18-24 个月翻一倍以上。 推动摩尔 定律的 核心内容是发展更先进的制程， 而 晶圆代工是 其中 最重要的环节。 图 9： 每千美元买到的算力 随着时间的推移 呈现指数级增加 数据来源： BCA research、 东方证券研究所 摩尔定律 仍在延续 。 市场上一直有关于 摩尔定律 失效的顾虑，但是随着 45nm、 28nm、 10nm 持续的 推出，摩尔定律 仍然保持着延续 。台积电在 2018 年推出 7nm 先进工艺， 2020 年开始量产 5nm，并持续推进 3nm 的研究，预计 2022 年量产 3nm 工艺。 IMEC 更是规划到了 1nm 的节点。 此外，美国国防高级研究计划局 进一步提出了先进封装、存算一体、软件定义硬件处理器三个未来发展研究与发