2019半导体制造行业研究报告.pptx

2019半导体制造行业研究报告,2019年2月18日,目录,半导体制造,一、全球半导体制造市场规模及竞争格局全球半导体制造市场及行业格局中国半导体制造行业情况二、半导体制造制程技术分析28纳米是生命周期相当长的节点先进制程技术之FinFET与GAA先进制程技术之FD-SOI三、半导体制造全球巨头代工第一梯队台积电和三星以及IDM第一梯队英特尔代工第二梯队：联华电子、格罗方德、中芯国际、Towerjazz化合物半导体代工巨头之稳懋半导体和三安光电,半导体市场全球经济相关性,半导体受全球经济影响波动较大，且相关性越来越强 根据IHS Markit的统计，2017年，全球半导体市场的营收规模为4290亿美元，较上年增长21.6%。成长主要是由于存储器市场的供不应求导致价格上涨，仅存储器部分的年增长率高达58.8%，非存储器部分年增长率为10.3%； 作为资金与技术高度密集行业，半导体目前形成深化的专业分工、细分领域高度集中的特点，因此半导体受全球经济影响波动较大，且相关性越来越强。预计未来几年，全球经济仍将保持稳定增长，年增长率维持在3%左右，因此预计半导体市场的景气度也如以前一样，维持3%左右的增长率。,全球半导体营收预测及年增长率,全球GDP及年增长率,1%1%0%,2%,2%,4%3%3%,75,00070,00065,000,80,000,95,00090,00085,000,2015,2016,2017,2018E,2019F,2020F,2021F,全球GDP（十亿美元）,年增长率,5%0%-5%,10%,25%20%15%,2001000,300,600500400,2014,2015,2016,2017,2018E,2019F,2020F,2021F,全球半导体营收预测（十亿美元）,年增长率,半导体市场下游应用,半导体下游应用市场情况手机和PC市场最大，汽车与IoT增速最高 2017年全球半导体收入增长是由于DRAM平均销售价格的上涨，以及对于模拟，闪存和逻辑的强劲需求。WSTS预计2018年IC产业市场将达到4370亿美元，比2017年增长7。IC领域的市场增长情况（以亿美元计） 手机和个人电脑目前仍是芯片业的最大市场。根据IC Insights的数据，2017年全球手机和个人电脑IC销售额占IC市场总收入的45%，但是2016-2021年均复合增长率分别为高个位数和低个位数。相较之下，汽车和物联网市场规模虽小，但是增长势头强劲，预计2016-2021年均复合增长率将超过13%。,汽车半导体器件正侵占晶圆代工厂的产能 根据德州仪器、IHS等公司的数据显示，每辆汽车的半导体产品平均含量从1990年的62美元增长到2013年的312美元，到2018年增长至350美元。IHS预计到2022年该数字预计将达到460美元。多年来，博世、恩智浦、安森美半导体、瑞萨、意法半导体、德州仪器和其它有自家晶圆厂的IDM厂商主导着汽车行业。通常，汽车芯片都是在200mm和300mm晶圆上制造的。,半导体市场汽车电子,半导体产业链,半导体制造位于半导体产业链中游,制造牵头 从半导体产业链角度来看，半导体材料和设备位于产业上游，是整个半导体行业的支撑产业，中游为半导体的制造，其中集成电路的制造最为复杂，又可以分为设计-制造-封测三个环节，而集成电路制造的资金和技术壁垒是最高的。下游为半导体各类细分市场的应用，比如PC、通信、消费电子、汽车、工业应用等。,半导体产业链制造牵头,芯片制造整个产业链：设计-制造-封测芯片制造全产业链示意图 国家产业基金承诺投资产业链占比,芯片制造工艺流程, 根据2017年美国加州UC Berkeley大学的理论数据，一条月产12英寸硅片，5万片的生产线，需要50台光刻机，10台大束流离子注入机，8台中束流离子注入机，40台刻蚀机以及30台薄膜淀积设备等，估计各类设备的总计台(套)要超过500个。,集成电路制造工艺流程 如今建设一条12英寸芯片生产线的投资已经很高，少则30-50亿美元，其中仅半导体设备的投资占70%以上。晶圆制造工艺流程图,新建产线制造资本支出,新建产线资本支出中半导体设备支出占比高达80% 新晶圆制造厂从建立到生产的周期大概为2年； 一般在第20个月的时候开始进行设备搬入安装、测试、试生产； 一条新建产线最大的资本支出来自于半导体设备，资本支出占比高达80%，厂房建设占比仅20%。,新建产线各项目时间节点规划,新建产线资本支出占比拆分,芯片行业运作模式,半导体芯片行业的三种运作模式：IDM、Fabless和Foundry,半导体产业链垂直分工,半导体产业链垂直分工模式日趋成熟，产业链更加细化 上世纪60年代，早期企业都是IDM运营模式（垂直整合），这种模式涵盖设计、制造、封测等整个芯片生产流程，这类企业一般具有规模庞大、技术全面、积累深厚的特点，如Intel、三星等。 随着技术升级的成本越来越高以及对IC产业生产效率的要求提升，促使整个产业逐渐向设计、制造、封装、测试分离的垂直分工模式发展。这种垂直分工的模式首先大大提升了整个产业的运作效率；其次，将相对轻资产的设计和重资产的制造及封测分离有利于各个环节集中研发投入，加速技术发展，给新玩家一个进入行业的切入点，例如技术水平较低的封装检测、设计突出的Fabless等。,晶圆代工的出现降低了芯片行业准入门槛,半导体产业链垂直模式日趋成熟,纵观前十大半导体企业变化，IDM仍有强劲的生命力 在上世纪90年代，全球半导体公司大多是日本公司，前十名企业中占据50%，而且全是IDM公司；2016年，前十大半导体企业中出现了高通、博通等设计公司，表明晶圆代工+设计公司的发展模式在数字逻辑集成电路领域中取得了巨大的成功； 在2016年设计公司取得巨大成功的背景下，前十大半导体公司中有7家是IDM公司，占比前十大收入的80%。全球前十大半导体公司演变情况,设计企业IDM企业,设计企业,IDM企业,代工厂的出现促进了半导体设计公司的发展 全球设计公司2010年销售收入为635亿美元，2017年增长至1000亿美元，年均复合增长率高达6.7%；,35%30%25%20%15%10%5%0%-5%,2010,2011,2012,2013,2014,2015,2016,2017,全球Fabless企业销售收入（亿美元）,全球IDM企业销售收入（亿美元）,Fabless增长率, 全球IDM公司2010年2043亿美元，2017年达到2636亿美元，年均复合增长率高达为3.7%； 不同的是设计公司7年来持续增长，而IDM公司是有降有增，这里面增长包含存储器产品的涨价。国际上设计公司与IDM的规模对比3,0002,5002,0001,5001,0005000,晶圆制造行业特点,晶圆制造行业特点：先进技术节点工艺制程掌握在少数几个公司手中晶圆制造行业特点 晶圆制造行业一个典型的特点就是先进技术节点工艺制程掌握在少数几个公司手中，130纳米技术全球有近30个公司可以量产，但是到了14纳米技术仅掌握在6个公司手上，未来5纳米技术水平预计只有三星、台积电、英特尔三家有能力实现量产； 中芯国际是世界上为数不多的几个可以提供完整的从成熟制程到先进制程的晶圆制造解决方案的纯晶圆代工厂之一。中芯国际0.35微米到28纳米工艺制程都已进入量产，14纳米FinFET工艺正在研发中。,导体市场的2.8%。,晶圆代工全球市场,0,908070605040302010,2015,2016,2017,2018,2019,2020,2021,5nm28/22nm0.15m,8/7nm45/40nm0.18m,10nm65/55nm0.25m,16/14/12nm90nm0.35m,20/18nm0.13/0.11m0.50m+,全球纯晶圆代工营收预测 据IHS Markit统计，2017年全球纯晶圆代工市场营收为530亿美元，同比增长7.1%。预计到2021年，纯晶圆代工市场营收将达到754亿美元，2016年到2021年的年复合增长率为9.1%，超过同期全球半 从技术节点演变角度来看，28/22全球纯晶圆代工营收预测（单位：十亿美元/年） 纳米及以上相对成熟制程凭借高性价比依然拥有较大的市场规模，存量上基本保持不变或轻微下降，但是由于28/22纳米以下先进制程的市场规模逐渐扩大，成熟制程的市场占比会不断下降。总的来说，目前代工市场还是主要以成熟制程为主，先进制程占比不断,提高，2017年28/22纳米及以下,先进制程市场占比仅38%，预计到2021年可以达到56%。,晶圆制造行业集中度不断提高 全球晶圆厂产能集中度不断提高。2009年全球前五名晶圆厂总产能占全球总产能比例仅36%，2017年这一比例上升至53%； 2009年全球前十名晶圆厂总产能占全球总产能比例仅54%，2017年这一比例上升至72%；同样，前十五名晶圆厂总产能占比从2009年的64%上升至2017年的80%，前二十五名晶圆厂总产能占比从2009年的78%上升至2017年的89%。,2017年全球集成电路晶圆厂集中度,2009年全球集成电路晶圆厂集中度,晶圆制造行业集中度,晶圆制造竞争格局,台湾贡献了全球最大的代工产能 台湾贡献了全球最大的代工产能，仅台积电一家在2018年上半年就占据了全球晶圆代工市场的56.1%，联华电子市占率为8.9%，两者加起来总共占据了65%的市场规模； 中芯国际是我国最大的晶圆代工厂，占据了我国超过晶圆代工市场的58%。华虹半导体是全球领先的200mm纯晶圆代工厂，主要面向1微米到90纳米的可定制服务，根据IHS的数据，按2016年销售收入总额计算，华虹半导体是全球第二大200mm纯晶圆代工厂。,2018年上半年全球晶圆代工市场格局,2017年中国晶圆代工场格局,台积电,56.1%,格罗方德,9.0%,8.9%,中芯国际,5.9%三星,7.4%联华电子,2.2%,世界先进,1.5%,力晶,1.6% Towerjazz, X-Fab, 1.0%,中芯国际,58%,华虹宏力,16%,华润微电子,7%华力半导体,10%,武汉新芯,6%,先进半导体,3%,制程分布产能分布,全球各地区产能分布情况 2017年全球已经安装运行的晶圆厂总产能为17900千片/月（折合成200mm晶圆当量），其中300mm产能为11600千片/月，占比64.8%，200mm产能为5000千片/月，占比27.9%。 从各地区分布来看，台湾排名第一，总产能为4000千片/月，其中300mm晶圆产能占比高达73%，28纳米及以下制程占比为37%；韩国排名第二，总产能为3600千片/月，其中300mm晶圆产能占比高达86%，28纳米及以下制程占比为81%；中国产能位居全球第五，总产能为2000千片/月，其中300mm晶圆产能占比高达47%，28纳米及以下制程占比为35%。,2017年各地区晶圆厂不同制程产能分布情况,2017年全球各地区全球晶圆产能情况（千片/月）,120%100%80%60%40%20%0%,20nm,20nm-28nm,28nm-65nm,65nm-90nm工艺技术的设备的强劲需求，Foundry也获得了份额。这些设备是许多物联网应用的关键组件。由于物联网浪潮为200毫米晶圆厂注入了新的活力，因此在物联网运动开始之前，2012年的数据显示200毫米晶圆厂的数量有所下降。预计到2018年将恢复到2006年的水平。,14%,分立器件,17%,Foundry,43%,逻辑+MPU,21%,存储,2%,MEMS及其他, 3%模拟器件,模拟器件,8%,分立器件,3%,Foundry,29%,逻辑+MPU,27%,存储,32%,MEMS及其他,1%,2006年全球200mm晶圆产能分布总产能=5470k/月,2018年全球200mm晶圆产能分布总产能=5430k/月,4,900,5,1005,000,5,200,5,4005,300,5,500,2006,2012,2018,200mm产能（千片/月）,7%,7%,全球200mm晶圆产能变化情况,200mm晶圆厂生命周期,250200150100500,2013,2020E,MCU市场需求（亿美元）,20100,60504030,70,2013,2020E,CAGR=10.6%,2001000,600500400300,200mm晶圆厂强劲驱动力智能卡IC 2013-2020年需求增长情况 射频IC 2013-2020年需求增长情况700,2013,2020E,CAGR=11.7%,250200150100500,2013,2020E,MEMS传感器需求（亿美元）,智能卡IC需求（亿美元）MEMS传感器需求（亿美元）CAGR=9.6%,射频IC需求（亿美元）MCU市场需求（亿美元）CAGR=5.5%,200mm晶圆厂,下游驱动力,1,8001,6001,4001,2001,0008006004002000,2,000,2020E,2013混合信号IC需求（亿美元）,CAGR=7.7%,14121086420,16,2013,2020E,LED照明IC需求（亿美元）,CAGR=11.8%,500,100,300250200150,350,2020E,2013自动驾驶IC需求（亿美元）混合信号IC需求（亿美元）,CAGR=9.3%,500,200150100,2020E,2013图像传感器需求（亿美元）LED照明IC需求（亿美元）,CAGR=14.2%,200mm晶圆厂强劲驱动力自动驾驶IC 2013-2020年需求增长情况 图像传感器IC 2013-2020年需求增长情况250,200mm晶圆厂,下游驱动力,2008,2009,2010,2011,2012,2013,2014,2015,2016,2017,2018,2019,2000,2001,2002,2003,2004,2005,2006,2007,1999,2000,2014,2015,2016,2017,2018,2001,2002,2003,2004,2005,2006,2007,2008,2009,2010,2011,2012,2013, 1999年到2018年间200mm晶圆厂总共关闭了76家，2008-2009年金融危机期间关闭的大多数晶圆厂主要分布在美国、日本、欧洲以及中东。从2016年开始，200mm晶圆厂关闭速度开始减缓。 2008年到2016年期间，总共有15座晶圆厂从200mm转型至300mm，逻辑、存储、Foundry总共有3个200mm晶圆厂转型至,300mm，而MPU只有三个。,0,321,2008,2009,2010,2011,2012,2013,2015,2016,Foundry,逻辑,存储,MPU,10864202008-2016年间200mm晶圆厂转型至300mm晶圆厂数目,200195190185180175170165,205,200mm晶圆厂关闭及其向300mm晶圆厂转移情况2000-2019年200mm晶圆厂个数变化情况 1999年到2018年间200mm晶圆厂关闭数目12,200mm晶圆厂,转移情况,4002000,1600140012001000800600,2011,2012,2018,2013代工厂,2014 2015分立器件,2016 2017模拟芯片,逻辑芯片,MEMS,存储器,200mm晶圆厂设备支出情况趋于滞缓 从设备支出角度来看，从2011年开始，8英寸以及小于8英寸晶圆厂设备支出基本呈现负增长，说明8英寸以及小于8英寸晶圆市场基本已经迈入成熟期，晶圆厂扩建幅度有限； 从200mm晶圆厂产品类型角度来看，代工厂的设备支出日益下滑，存储器几乎不再有设备支出，主要由于存储器的加工基本转移至300mm晶圆厂，分立器件、模拟芯片等应用未来将保持较为稳定的设备支出，因此未来将成为200mm代工厂的主要营收来源。,8英寸以及小于8英寸晶圆厂设备支出情况（百万美元）,200mm晶圆厂设备支出按产品类型划分情况（百万美元）,-20%-30%-40%-50%,50%40%30%20%10%0%-10%,200010000,800070006000500040003000,2011,2012,2013,2014,2015,2016,2017,2018,8寸,8寸,同比增长,200mm晶圆厂设备支出,八英寸晶圆面向成熟的特种工艺，设备折旧完毕带来固定成本低 在应用端，对8英寸晶圆代工的强劲需求主要来源于功率器件、电源管理IC、影像传感器、指纹识别芯片和显示驱动IC等。由于模拟/分立器件拥有成熟制程+特种工艺的特性，因此，这些产品绝大多数会采用8英寸或6英寸线生产； 而相较于12英寸产品，8英寸晶圆主要有两大优势，第一，8英寸晶圆已具备了成熟的特种工艺，第二，大部分8英寸晶圆厂设备已折旧完毕，固定成本较低。8英寸晶圆厂的产能在上世纪90年代末期开始提升，大部分晶圆厂现已完全折旧完毕。,MOS逻辑芯片, 27%,模拟芯片,23%,分立器件,16%,图像传感器,17%,传感器,5%,2018年按产品类别划分的200mm晶圆需求微控制逻辑芯片,10%存储,8%,8英寸晶圆主要优势,200mm晶圆独特优势,8英寸晶圆供不应求,八英寸晶圆供不应求，世界先进和联电同时爆出产能全满 随着个人电脑及智慧型手机市场进入旺季，加上先进驾驶辅助系统（ADAS）及自驾车、物联网及工业4.0等新蓝海市场进入成长爆发期，带动面板驱动IC、微控制器（MCU）、电源管理IC（PMIC）、金氧半场效电晶体（MOSFET）等强劲需求，也让台积电、联电、世界先进的8吋晶圆代工产能满载到2018年年底，且订单能见度更已看到2019年上半年。8英寸晶圆代工厂供不应求的主要原因,目录,半导体制造推荐逻辑,一、全球半导体制造市场规模及竞争格局全球半导体制造市场及行业格局中国半导体制造行业情况二、半导体制造制程技术分析28纳米是生命周期相当长的节点先进制程技术之FinFET与GAA先进制程技术之FD-SOI三、半导体制造全球巨头代工第一梯队台积电和三星以及IDM第一梯队英特尔代工第二梯队：联华电子、格罗方德、中芯国际、Towerjazz化合物半导体代工巨头之稳懋半导体和三安光电,40%35%30%25%20%15%10%5%0%,5004003002001000,2000 2001 2002 2003 2004 2005 20062007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 20152016 2017 2018 2019 2020 2021,中国半导体销售额（十亿美元）,其他区域半导体销售额（十亿美元）,中国占全球的比例,中国对半导体的需求约为1892亿美元，占全球半导体市场的44.1%。中国集成电路市场近年来一直在快速增长，且随着国内5G通信、物联网等前沿应用领域快速成熟，国内集成电路市场需求将进一步提升。2010-2025中国集成电路市场结构600 50%45%,中国将承接第三次全球半导体产业转移集成电路 长期以来，中国一直是电子产品生产的集中地，因而也是全世界最大的半导体产品消费国家。2017年，,市场结构,晶圆代工产能分布,中国晶圆代工产能分布 根据SEMI数据显示，中国前端晶圆厂产能今年将增长至全球半导体晶圆厂产能的16，到2020年，这一份额将增加到20。受跨国公司和国内公司存储和代工项目的推动，中国将在2020年的晶圆厂投资将以超过200亿美元的支出，超越世界其他地区，占据首位。中国晶圆代工产能分布示意图 2014年中国成立大基金以来，促进了中国集成电路供应链的迅速增长，目前已成为全球半导体进口最大的国家市场。SEMI指出，目前中国正在进行或计划开展25个新的晶圆厂建设项目，代工厂、DRAM和3D NAND是中国晶圆厂投资和新产能的首要部分。,中国晶圆制造两头在外,2013年中国晶圆制造产业：出现“两头在外”现象 2013年中国晶圆制造产业规模601亿元，其中Foundry和IDM比例接近1:1，各为300亿元左右。其中Foundry公司中，本土晶圆代工规模近250亿元，另外外资晶圆厂近50亿元。进一步国内晶圆Foundry公司设计公司来源：114亿国内本土设计公司，134亿元国外设计公司。而2013年本土设计设计公司对晶圆代工需求323亿元，满足率为35%。 华润微电子认为我国半导体制造出现“两头在外”的现象：2013年中国本土晶圆代工缺口为209亿元，这部分是依靠海外代工。一方面：晶圆制造代工厂给国外做代工，同时国内设计公司也在依靠国外代工厂去生产。,2017年中国晶圆制造产业：“两头在外”现象更显著 2017年：晶圆代工的规模440亿元，其中本土代工规模370亿元（比2013年增加49%），外资晶圆代工规模70亿元。占比国内代工产能53%，提高15个pct。2017年本土设计公司产品对晶圆产值需求671亿元，实际本土晶圆代工营收190亿元，满足率28.3%，比2013年下降了20%。2017年国内10大设计公司中，除了智芯微电子和士兰微用国内代工，其他8家都在使用海外代工。 出现的矛盾：“两头在外”现象更加显著。2017年本土晶圆代工缺口约481亿元，比2013年增加了130%。,