導(dǎo)語(yǔ)

　　以2015、2020、2030為成長(zhǎng)周期全力推進(jìn)我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展:目標(biāo)到2015年，集成電路產(chǎn)業(yè)銷售收入超過3500億元;到2020年，集成電路產(chǎn)業(yè)銷售收入年均增速超過20%;到2030年，集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，一批企業(yè)進(jìn)入國(guó)際第一梯隊(duì)，實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展。

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來(lái)源：徐濤，胡葉倩雯 中信證券研究院

　　從半導(dǎo)體晶圓材料說(shuō)起:硅與化合物半導(dǎo)體

　　晶圓(wafer)是制造半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)性原材料。極高純度的半導(dǎo)體經(jīng)過拉晶、切片等工序制備成為晶圓，晶圓經(jīng)過一系列半導(dǎo)體制造工藝形成極微小的電路結(jié)構(gòu)，再經(jīng)切割、封裝、測(cè)試成為芯片，廣泛應(yīng)用到各類電子設(shè)備當(dāng)中。

　　晶圓材料經(jīng)歷了60余年的技術(shù)演進(jìn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，形成了當(dāng)今以硅為主、新型半導(dǎo)體材料為補(bǔ)充的產(chǎn)業(yè)局面。

　　20世紀(jì)50年代，鍺(Ge)是最早采用的半導(dǎo)體材料，最先用于分立器件中。

　　集成電路的產(chǎn)生是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向前邁進(jìn)的重要一步，1958年7月，在德克薩斯州達(dá)拉斯市的德州儀器公司，杰克·基爾比制造的第一塊集成電路是采用一片鍺半導(dǎo)體材料作為襯底制造的。但是鍺器件的耐高溫和抗輻射性能存在短板，到60年代后期逐漸被硅(Si)器件取代。

　　硅儲(chǔ)量極其豐富，提純與結(jié)晶工藝成熟，并且氧化形成的二氧化硅(SiO2)薄膜絕緣性能好，使得器件的穩(wěn)定性與可靠性大為提高，因而硅已經(jīng)成為應(yīng)用最廣的一種半導(dǎo)體材料。

　　半導(dǎo)體器件產(chǎn)值來(lái)看，全球95%以上的半導(dǎo)體器件和99%以上的集成電路采用硅作為襯底材料。

　　2017年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模約4122億美元，而化合物半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模約200億美元，占比5%以內(nèi)。

　　從晶圓襯底市場(chǎng)規(guī)模看，2017年硅襯底年銷售額87億美元，GaAs襯底年銷售額約8億美元。GaN襯底年銷售額約1億美元，SiC襯底年銷售額約3億美元。硅襯底銷售額占比達(dá)85%+。

　　在21世紀(jì)，它的主導(dǎo)和核心地位仍不會(huì)動(dòng)搖。但是Si材料的物理性質(zhì)限制了其在光電子和高頻、高功率器件上的應(yīng)用。

　　20世紀(jì)90年代以來(lái)，以砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)為代表的第二代半導(dǎo)體材料開始嶄露頭腳。

　　GaAs、InP等材料適用于制作高速、高頻、大功率以及發(fā)光電子器件，是制作高性能微波、毫米波器件及發(fā)光器件的優(yōu)良材料，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通訊、移動(dòng)通訊、光通信、GPS導(dǎo)航等領(lǐng)域。

　　但是GaAs、InP材料資源稀缺，價(jià)格昂貴，并且還有毒性，能污染環(huán)境，InP甚至被認(rèn)為是可疑致癌物質(zhì)，這些缺點(diǎn)使得第二代半導(dǎo)體材料的應(yīng)用具有很大的局限性。

　　第三代半導(dǎo)體材料主要包括SiC、GaN等，因其禁帶寬度(Eg)大于或等于2.3電子伏特(eV)，又被稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料。

　　和第一代、第二代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料具有高熱導(dǎo)率、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高飽和電子漂移速率和高鍵合能等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足現(xiàn)代電子技術(shù)對(duì)高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等惡劣條件的新要求，是半導(dǎo)體材料領(lǐng)域最有前景的材料。

　　在國(guó)防、航空、航天、石油勘探、光存儲(chǔ)等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用前景，在寬帶通訊、太陽(yáng)能、汽車制造、半導(dǎo)體照明、智能電網(wǎng)等眾多戰(zhàn)略行業(yè)可以降低50%以上的能量損失，最高可以使裝備體積減小75%以上，對(duì)人類科技的發(fā)展具有里程碑的意義。

　　化合物半導(dǎo)體是指兩種或兩種以上元素形成的半導(dǎo)體材料，第二代、第三代半導(dǎo)體多屬于這一類。

　　按照元素?cái)?shù)量可以分為二元化合物、三元化合物、四元化合物等等，二元化合物半導(dǎo)體按照組成元素在化學(xué)元素周期表中的位置還可分為III-V族、IV-IV族、II-VI族等。

　　以砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)為代表的化合物半導(dǎo)體材料已經(jīng)成為繼硅之后發(fā)展最快、應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的半導(dǎo)體材料。

　　化合物半導(dǎo)體材料具有優(yōu)越的性能和能帶結(jié)構(gòu):(1)高電子遷移率;(2)高頻率特性;(3)寬幅頻寬;(4)高線性度;(5)高功率;(6)材料選擇多元性;(7)抗輻射。

　　因而化合物半導(dǎo)體多用于射頻器件、光電器件、功率器件等制造，具有很大發(fā)展?jié)摿?硅器件則多用于邏輯器件、存儲(chǔ)器等，相互之間具有不可替代性。

　　晶圓尺寸:技術(shù)發(fā)展進(jìn)程不一

　　硅晶圓尺寸最大達(dá)12寸，化合物半導(dǎo)體晶圓尺寸最大為6英寸。

　　硅晶圓襯底主流尺寸為12英寸，約占全球硅晶圓產(chǎn)能65%，8寸也是常用的成熟制程晶圓，全球產(chǎn)能占比25%。

　　GaAs襯底主流尺寸為4英寸及6英寸;SiC襯底主流供應(yīng)尺寸為2英寸及4英寸;GaN自支撐襯底以2英寸為主。

　　SiC襯底目前尺寸已達(dá)6英寸，8英寸正在研發(fā)(II-VI公司已制造出樣品)。

　　而實(shí)際上主流采用的仍為4英寸晶圓。主要原因是：

　　(1)目前6英寸SiC晶圓大概是4英寸成本的2.25倍，到2020年大概為2倍，在成本縮減上并沒有大的進(jìn)步，并且更換設(shè)備機(jī)臺(tái)需要額外的資本支出，6英寸目前優(yōu)勢(shì)僅在生產(chǎn)效率上;

　　(2)6英寸SiC晶圓相較于4英寸晶圓在品質(zhì)上偏低，因而目前6英寸主要用于制造二極管，在較低質(zhì)量晶圓上制造二極管比制造MOSFET更為簡(jiǎn)單。

　　GaN材料在自然界中缺少單晶材料，因而長(zhǎng)期在藍(lán)寶石、SiC、Si等異質(zhì)襯底上進(jìn)行外延。

　　現(xiàn)今通過氫化物氣相外延(HVPE)、氨熱法可以生產(chǎn)2英寸、3英寸、4英寸的GaN自支撐襯底。

　　目前商業(yè)應(yīng)用中仍以異質(zhì)襯底上的GaN外延為主，GaN自支撐襯底在激光器上具有最大應(yīng)用，可獲得更高的發(fā)光效率及發(fā)光品質(zhì)。

　　硅:主流市場(chǎng)，細(xì)分領(lǐng)域需求旺盛

　　硅晶圓供給廠商格局:日廠把控，寡頭格局穩(wěn)定

　　日本廠商占據(jù)硅晶圓50%以上市場(chǎng)份額。前五大廠商占據(jù)全球90%以上份額。

　　其中，日本信越化學(xué)占比27%、日本SUMCO占比26%，兩家日本廠商份額合計(jì)53%，超過一半，中國(guó)臺(tái)灣環(huán)球晶圓于2016年12月晶圓產(chǎn)業(yè)低谷期間收購(gòu)美國(guó)SunEdison半導(dǎo)體，由第六晉升第三名，占比17%，德國(guó)Siltronic占比13%，韓國(guó)SKSiltron(原LGSiltron，2017年被SK集團(tuán)收購(gòu))占比9%，與前四大廠商不同，SKSiltron僅供應(yīng)韓國(guó)客戶。

　　此外還有法國(guó)Soitec、中國(guó)臺(tái)灣臺(tái)勝科、合晶、嘉晶等企業(yè)，份額相對(duì)較小。

　　各大廠商供應(yīng)晶圓類別與尺寸上有所不同，總體來(lái)看前三大廠商產(chǎn)品較為多樣。前三大廠商能夠供應(yīng)Si退火片、SOI晶片，其中僅日本信越能夠供應(yīng)12英寸SOI晶片。

　　德國(guó)Siltronic、韓國(guó)SKSiltron不提供SOI晶片，SKSiltron不供應(yīng)Si退火片。而Si拋光片與Si外延片各家尺寸基本沒有差別。

　　近15年來(lái)日本廠商始終占據(jù)硅晶圓50%以上市場(chǎng)份額。

　　硅晶圓產(chǎn)能未發(fā)生明顯區(qū)域性轉(zhuǎn)移。

　　根據(jù)Gartner，2007年硅晶圓市占率第一日本信越(32.5%)、第二日本SUMCO(21.7%)、第三德國(guó)Siltronic(14.8%);2002年硅晶圓市占率第一日本信越(28.9%)、第二日本SUMCO(23.3%)、第三德國(guó)Siltronic(15.4%)。

　　近期市場(chǎng)比較大的變動(dòng)是2016年12月臺(tái)灣環(huán)球晶圓收購(gòu)美國(guó)SunEdison，從第六大晉升第三大廠商。但日本廠商始終占據(jù)50%+份額。

　　日本在fab環(huán)節(jié)競(jìng)爭(zhēng)力衰落而材料環(huán)節(jié)始終保持領(lǐng)先地位。

　　20世紀(jì)80年代中旬，日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的世界份額曾經(jīng)超過了50%。

　　日本在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)從上世紀(jì)延續(xù)而來(lái)，而晶圓制造競(jìng)爭(zhēng)力明顯減弱，半導(dǎo)體fab環(huán)節(jié)出現(xiàn)了明顯的區(qū)域轉(zhuǎn)移。

　　究其原因，fab環(huán)節(jié)離需求端較近，市場(chǎng)變動(dòng)大;但硅晶圓同質(zhì)化程度高，新進(jìn)入玩家需要在客戶有比較久的時(shí)間驗(yàn)證;且晶圓在晶圓代工中成本占比10%以下，晶圓代工廠不愿為較小的價(jià)格差別冒險(xiǎn)更換不成熟的產(chǎn)品。

　　硅晶圓需求廠商格局:海外為主，國(guó)產(chǎn)廠商不乏亮點(diǎn)

　　IC設(shè)計(jì)方面，巨頭把控競(jìng)爭(zhēng)壁壘較高，2018年以來(lái)AI芯片成為新成長(zhǎng)動(dòng)力。

　　高通、博通、聯(lián)發(fā)科、蘋果等廠商實(shí)力最強(qiáng)，大陸廠商海思崛起。

　　隨著科技發(fā)展引領(lǐng)終端產(chǎn)品升級(jí)，AI芯片等創(chuàng)新應(yīng)用對(duì)IC產(chǎn)品需求不斷擴(kuò)大，預(yù)計(jì)到2020年AI芯片市場(chǎng)規(guī)模將從2016年約6億美元升至26億美元，CAGR達(dá)43.9%，目前國(guó)內(nèi)外IC設(shè)計(jì)廠商正積極布局AI芯片產(chǎn)業(yè)。

　　英偉達(dá)是AI芯片市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者，AMD與特斯拉正聯(lián)合研發(fā)用于自動(dòng)駕駛的AI芯片。

　　對(duì)于國(guó)內(nèi)廠商，華為海思于2017年9月率先推出麒麟970AI芯片，目前已成功搭載入P20等機(jī)型;比特大陸發(fā)布的全球首款張量加速計(jì)算芯片BM1680已成功運(yùn)用于比特幣礦機(jī);寒武紀(jì)的1A處理器、地平線的征程和旭日處理器也已嶄露頭角。

　　IC設(shè)計(jì)面向終端、面向市場(chǎng)成為必然，國(guó)內(nèi)廠商優(yōu)勢(shì)明顯。

　　IC設(shè)計(jì)業(yè)以需求為導(dǎo)向，才能夠更好服務(wù)于下游客戶。

　　海思、展銳等移動(dòng)處理芯片、基帶芯片廠商依靠近些年中國(guó)智能手機(jī)市場(chǎng)爆發(fā)迅速崛起，躋身世界IC設(shè)計(jì)十強(qiáng)，海思芯片已全面應(yīng)用到華為智能手機(jī)當(dāng)中，三星、小米等廠商亦采用了自研芯片，現(xiàn)今中國(guó)為全球最大的終端需求市場(chǎng)，因而國(guó)內(nèi)IC設(shè)計(jì)業(yè)有巨大發(fā)展優(yōu)勢(shì)。

　　代工制造方面，廠商Capex快速增長(zhǎng)，三星、臺(tái)積電等巨頭領(lǐng)銜。

　　從資本支出來(lái)看，目前全球先進(jìn)制程芯片市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，全球排名前三的芯片制造商三星、英特爾、臺(tái)積電的Capex均達(dá)到百億美元級(jí)別，2017年分別為440/120/108億美元，預(yù)計(jì)三星未來(lái)三年總Capex接近1100億美元，英特爾和臺(tái)積電2018年Capex則預(yù)計(jì)分別達(dá)到140和120億美元，均有較大幅度的增長(zhǎng)，利于巨頭通過研發(fā)先進(jìn)制程技術(shù)和擴(kuò)張產(chǎn)線來(lái)占領(lǐng)市場(chǎng)。

　　從工藝制程來(lái)看，臺(tái)積電走在行業(yè)前列，目前已大規(guī)模生產(chǎn)10nm制程芯片，7nm制程將于2018年量產(chǎn);中國(guó)大陸最為領(lǐng)先的代工廠商中芯國(guó)際目前具備28nm制程量產(chǎn)能力，而臺(tái)積電早于2011年已具備28nm量產(chǎn)能力，相比之下大陸廠商仍有較大差距。

　　封測(cè)方面，未來(lái)高端制造+封測(cè)融合趨勢(shì)初顯，大陸廠商與臺(tái)廠技術(shù)差距縮小。

　　封裝測(cè)試技術(shù)目前已發(fā)展四代，在最高端技術(shù)上制造與封測(cè)已實(shí)現(xiàn)融合，其中臺(tái)積電已建立起CoWoS及InFO兩大高階封裝生態(tài)系統(tǒng)，并計(jì)劃通過從龍?zhí)堆由熘林锌茖nFO產(chǎn)能擴(kuò)增一倍，以滿足蘋果A12芯片的需求。

　　封測(cè)龍頭日月光則掌握頂尖封裝與微電子制造技術(shù)，率先量產(chǎn)TSV/2.5D/3D相關(guān)產(chǎn)品，并于2018年3月與日廠TDK合資成立日月旸電子擴(kuò)大SiP布局。

　　由于封裝技術(shù)門檻相對(duì)較低，目前大陸廠商正快速追趕，與全球領(lǐng)先廠商的技術(shù)差距正逐步縮小，大陸廠商已基本掌握SiP、WLCSP、FOWLP等先進(jìn)技術(shù)，應(yīng)用方面FC、SiP等封裝技術(shù)已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

　　新一輪區(qū)域轉(zhuǎn)移面向中國(guó)大陸。

　　盡管目前IC設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)的頂級(jí)廠商主要位于美國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣。

　　總體來(lái)看，半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了美國(guó)——日本——韓臺(tái)的發(fā)展歷程:

　　1950s，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)起源于美國(guó)，1947年晶體管誕生，1958年集成電路誕生。

　　1970s，半導(dǎo)體制造由美國(guó)向日本轉(zhuǎn)移。DRAM是日韓產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要切入點(diǎn)，80s日本已在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)處于領(lǐng)先地位。

　　1990s，以DRAM為契機(jī)，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向韓國(guó)三星、海力士等廠商;晶圓代工環(huán)節(jié)則轉(zhuǎn)向臺(tái)灣，臺(tái)積電、聯(lián)電等廠商崛起。

　　2010s，智能手機(jī)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)爆發(fā)，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等產(chǎn)業(yè)快速成長(zhǎng)。

　　人口紅利，需求轉(zhuǎn)移或?qū)?dòng)制造轉(zhuǎn)移，可以預(yù)見中國(guó)大陸已然成為新一輪區(qū)域轉(zhuǎn)移的目的地。

　　硅晶圓下游應(yīng)用拆分:尺寸與制程雙輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)步

　　晶圓尺寸與工藝制程并行發(fā)展，每一制程階段與晶圓尺寸相對(duì)應(yīng)。

　　(1)制程進(jìn)步→晶體管縮小→晶體管密度成倍增加→性能提升。

　　(2)晶圓尺寸增大→每片晶圓產(chǎn)出芯片數(shù)量更多→效率提升→成本降低。

　　目前6吋、8吋硅晶圓生產(chǎn)設(shè)備普遍折舊完畢，生產(chǎn)成本更低，主要生產(chǎn)90nm以上的成熟制程。

　　部分制程在相鄰尺寸的晶圓上都有產(chǎn)出。5nm至0.13μm則采用12英寸晶圓，其中28nm為分界區(qū)分了先進(jìn)制程與成熟制程，主要原因是28nm以后引入FinFET等新設(shè)計(jì)、新工藝，晶圓制造難度大大提升。

　　晶圓需求總量來(lái)看，12英寸NAND及8英寸市場(chǎng)為核心驅(qū)動(dòng)力。

　　存儲(chǔ)用12寸硅晶圓占比達(dá)35%為最大，8寸及12英寸邏輯次之。

　　以產(chǎn)品銷售額來(lái)看，全球集成電路產(chǎn)品中，存儲(chǔ)器占比約27.8%，邏輯電路占比33%，微處理器芯片合模擬電路分別占21.9%和17.3%。

　　根據(jù)預(yù)測(cè)，全球2016年下半年12寸硅晶圓需求約510萬(wàn)片/月，其中用于邏輯芯片的需求130萬(wàn)片/月，用于DRAM需求120萬(wàn)片/月，用于NAND需求160萬(wàn)片/月，包括NORFlash、CIS等其他需求100萬(wàn)片/月;

　　8寸硅晶圓需求480萬(wàn)片/月，按面積折算至12寸晶圓約213萬(wàn)片/月，6寸以下晶圓需求約當(dāng)12寸62萬(wàn)片/月。

　　由此估算，包括NAND、DRAM在內(nèi)用于存儲(chǔ)市場(chǎng)的12寸晶圓需求約占總需求35%，8寸晶圓需求約占總需求27%，用于邏輯芯片的12寸晶圓需求約占17%。需求上看，目前存儲(chǔ)器貢獻(xiàn)晶圓需求最多，8寸中低端應(yīng)用其次。

　　下游具體應(yīng)用來(lái)看，12英寸20nm以下先進(jìn)制程性能強(qiáng)勁，主要用于移動(dòng)設(shè)備、高性能計(jì)算等領(lǐng)域，包括智能手機(jī)主芯片、計(jì)算機(jī)CPU、GPU、高性能FPGA、ASIC等。

　　14nm-32nm先進(jìn)制程應(yīng)用于包括DRAM、NANDFlash存儲(chǔ)芯片、中低端處理器芯片、影像處理器、數(shù)字電視機(jī)頂盒等應(yīng)用。

　　12英寸45-90nm的成熟制程主要用于性能需求略低，對(duì)成本和生產(chǎn)效率要求高的領(lǐng)域，例如手機(jī)基帶、WiFi、GPS、藍(lán)牙、NFC、ZigBee、NORFlash芯片、MCU等。

　　12英寸或8英寸90nm至0.15μm主要應(yīng)用于MCU、指紋識(shí)別芯片、影像傳感器、電源管理芯片、液晶驅(qū)動(dòng)IC等。8英寸0.18μm-0.25μm主要有非易失性存儲(chǔ)如銀行卡、sim卡等，0.35μm以上主要為MOSFET、IGBT等功率器件。

　　化合物半導(dǎo)體:5G、3D感測(cè)、電動(dòng)汽車的關(guān)鍵性材料

　　化合物半導(dǎo)體晶圓供給廠商格局:日美德主導(dǎo)，寡占格局

　　襯底市場(chǎng):高技術(shù)門檻導(dǎo)致化合物半導(dǎo)體襯底市場(chǎng)寡占，日本、美國(guó)、德國(guó)廠商主導(dǎo)。

　　GaAs襯底目前已日本住友電工、德國(guó)Freiberg、美國(guó)AXT、日本住友化學(xué)四家占據(jù)，四家份額超90%。

　　住友化學(xué)于2011年收購(gòu)日立電纜(日立金屬)的化合物半導(dǎo)體業(yè)務(wù)，并于2016年劃至子公司Sciocs。

　　GaN自支撐襯底目前主要由日本三家企業(yè)住友電工、三菱化學(xué)、住友化學(xué)壟斷，占比合計(jì)超85%。

　　SiC襯底龍頭為美國(guó)Cree(Wolfspeed部門)，市場(chǎng)占比超三分之一，其次為德國(guó)SiCrystal、美國(guó)II-VI、美國(guó)DowCorning，四家合計(jì)份額超90%。近幾年中國(guó)也出現(xiàn)了具備一定量產(chǎn)能力的SiC襯底制造商，如天科合達(dá)藍(lán)光。

　　外延生長(zhǎng)市場(chǎng)中，英國(guó)IQE市場(chǎng)占比超60%為絕對(duì)龍頭。

　　英國(guó)IQE及中國(guó)臺(tái)灣全新光電兩家份額合計(jì)達(dá)80%。外延生長(zhǎng)主要包括MOCVD(化學(xué)氣相沉淀)技術(shù)以及MBE(分子束外延)技術(shù)兩種。

　　例如，IQE、全新光電均采用MOCVD，英特磊采用MBE技術(shù)。HVPE(氫化物氣相外延)技術(shù)主要應(yīng)用于GaN襯底的生產(chǎn)。

　　化合物半導(dǎo)體晶圓需求廠商格局:IDM與代工大廠并存

　　化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈呈現(xiàn)寡頭競(jìng)爭(zhēng)格局。

　　IDM類廠商包括Skyworks、Broadcom(Avago)、Qorvo、Anadigics等。

　　2016年全球化合物半導(dǎo)體IDM呈現(xiàn)三寡頭格局，2016年IDM廠商Skyworks、Qorvo、Broadcom在砷化鎵領(lǐng)域分別占據(jù)30.7%、28%、7.4%市場(chǎng)份額。

　　產(chǎn)業(yè)鏈呈現(xiàn)多模式整合態(tài)勢(shì)，設(shè)計(jì)公司去晶圓化及IDM產(chǎn)能外包成為必然趨勢(shì)。化合物半導(dǎo)體晶圓代工領(lǐng)域穩(wěn)懋為第一大廠商，占比66%，為絕對(duì)龍頭。第二、第三為宏捷科技AWSC、環(huán)宇科技GCS，占比分別為12%、9%。

　　國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)推動(dòng)代工，大陸化合物半導(dǎo)體代工龍頭呼之欲出。目前國(guó)內(nèi)PA設(shè)計(jì)已經(jīng)涌現(xiàn)了銳迪科RDA、唯捷創(chuàng)芯vanchip、漢天下、飛驤科技等公司。

　　國(guó)內(nèi)化合物半導(dǎo)體設(shè)計(jì)廠商目前已經(jīng)占領(lǐng)2G/3G/4G/WiFi等消費(fèi)電子市場(chǎng)中的低端應(yīng)用。

　　三安光電目前以LED應(yīng)用為主，有望在化合物半導(dǎo)體代工填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，其募投產(chǎn)線建設(shè)順利，有望2018年年底實(shí)現(xiàn)4000-6000片/月產(chǎn)能，成為大陸第一家規(guī)模量產(chǎn)GaAs/GaN化合物晶圓代工企業(yè)。

　　化合物半導(dǎo)體晶圓下游應(yīng)用拆分:性能獨(dú)特，自成體系

　　化合物半導(dǎo)體下游具體應(yīng)用主要可分為兩大類:光學(xué)器件和電子設(shè)備。

　　光學(xué)器件包括LED發(fā)光二極管、LD激光二極管、PD光接收器等。

　　電子器件包括PA功率放大器、LNA低噪聲放大器、射頻開關(guān)、數(shù)模轉(zhuǎn)換、微波單片IC、功率半導(dǎo)體器件、霍爾元件等。對(duì)于GaAs材料而言，SCGaAs(單晶砷化鎵)主要應(yīng)用于光學(xué)器件，SIGaAs(半絕緣砷化鎵)主要應(yīng)用于電子器件。

　　光學(xué)器件中，LED為占比最大一項(xiàng)，LD/PD、VCSEL成長(zhǎng)空間大。Cree大約70%收入來(lái)自LED，其余來(lái)自功率、射頻、SiC晶圓。

　　SiC襯底80%的市場(chǎng)來(lái)自二極管，在所有寬禁帶半導(dǎo)體襯底中，SiC材料是最為成熟的。

　　不同化合物半導(dǎo)體材料制造的LED對(duì)應(yīng)不同波長(zhǎng)光線:GaAsLED發(fā)紅光、綠光，GaP發(fā)綠光，SiC發(fā)黃光，GaN發(fā)藍(lán)光，應(yīng)用GaN藍(lán)光LED激發(fā)黃色熒光材料可以制造白光LED。

　　此外GaAs可制造紅外光LED，常見的應(yīng)用于遙控器紅外發(fā)射，GaN則可以制造紫外光LED。GaAs、GaN分別制造的紅光、藍(lán)光激光發(fā)射器可以應(yīng)用于CD、DVD、藍(lán)光光盤的讀取。

　　電子器件中，主要為射頻和功率應(yīng)用。GaNonSiC、GaN自支撐襯底、GaAs襯底、GaAsonSi主要應(yīng)用于射頻半導(dǎo)體(射頻前端PA等);而GaNonSi以及SiC襯底主要應(yīng)用于功率半導(dǎo)體(汽車電子等)。

　　GaN由于功率密度高，在基站大功率器件領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。相對(duì)于硅襯底來(lái)說(shuō)，SiC襯底具有更好的熱傳導(dǎo)特性，目前業(yè)界超過95%的GaN射頻器件采用SiC襯底，如Qorvo采用的正是基于SiC襯底的工藝，而硅基GaN器件可在8英寸晶圓制造，更具成本優(yōu)勢(shì)。

　　在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，SiC襯底與GaNonSilicon只在很小一部分領(lǐng)域有競(jìng)爭(zhēng)。GaN市場(chǎng)大多是低壓領(lǐng)域，而SiC在高壓領(lǐng)域應(yīng)用。它們的邊界大約是600V。

　　下游主要應(yīng)用分析:從制程材料看芯片國(guó)產(chǎn)化程度

　　智能手機(jī):IC設(shè)計(jì)率先追趕，代工、材料尚待突破

　　智能手機(jī)核心芯片涉及先進(jìn)制程及化合物半導(dǎo)體材料，國(guó)產(chǎn)率低。

　　以目前國(guó)產(chǎn)化芯片已采用較多的華為手機(jī)為例可大致看出國(guó)產(chǎn)芯片的“上限”。

　　CPU目前華為海思可以獨(dú)立設(shè)計(jì)，此外還包括小米松果等f(wàn)abless設(shè)計(jì)公司，但由于采用12英寸最先進(jìn)制程，制造主要依賴中國(guó)臺(tái)灣企業(yè);

　　DRAM、NAND閃存國(guó)內(nèi)尚無(wú)相關(guān)公司量產(chǎn);前端LTE模塊、WiFi藍(lán)牙模塊采用了GaAs材料，產(chǎn)能集中于Skyworks、Qorvo等美國(guó)IDM企業(yè)以及穩(wěn)懋等中國(guó)臺(tái)灣代工廠，中國(guó)大陸尚無(wú)砷化鎵代工廠商;

　　射頻收發(fā)模塊、PMIC、音頻IC可做到海思設(shè)計(jì)+foundry代工，而充電控制IC、NFC控制IC以及氣壓、陀螺儀等傳感器主要由歐美IDM廠商提供。

　　總體來(lái)看智能手機(jī)核心芯片國(guó)產(chǎn)率仍低，部分芯片如DRAM、NAND、射頻模塊等國(guó)產(chǎn)化幾乎為零。

　　以主流旗艦手機(jī)iPhoneX為例可以大致看出中國(guó)大陸芯片廠商在全球供應(yīng)鏈中的地位。

　　CPU采用蘋果自主設(shè)計(jì)+臺(tái)積電先進(jìn)制程代工，DRAM、NAND來(lái)自韓國(guó)/日本/美國(guó)IDM廠商;基帶來(lái)自高通設(shè)計(jì)+臺(tái)積電先進(jìn)制程代工;射頻模塊采用砷化鎵材料，來(lái)自Skyworks、Qorvo等IDM廠商或博通+穩(wěn)懋代工;模擬芯片、音頻IC、NFC芯片、觸控IC、影像傳感器等均來(lái)自中國(guó)大陸以外企業(yè)，中國(guó)大陸芯片在蘋果供應(yīng)鏈中占比為零。

　　而除芯片、屏幕以外的零部件大多有中國(guó)大陸供應(yīng)商打入，甚至部分由大陸廠商獨(dú)占。由此可見中國(guó)大陸芯片企業(yè)在全球范圍內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)力仍低。通信基站:大功率射頻芯片對(duì)美依賴性極高。

　　通信基站對(duì)國(guó)外芯片依賴程度極高，且以美國(guó)芯片企業(yè)為主。目前基站系統(tǒng)主要由基帶處理單元(BBU)及射頻拉遠(yuǎn)單元(RRU)兩部分組成，通常一臺(tái)BBU對(duì)應(yīng)多臺(tái)RRU設(shè)備。

　　相比之下，RRU芯片的國(guó)產(chǎn)化程度更低，對(duì)于國(guó)外依賴程度高。這其中主要難點(diǎn)體現(xiàn)在RRU芯片器件涉及大功率射頻場(chǎng)景，通常采用砷化鎵或氮化鎵材料，而中國(guó)大陸缺乏相應(yīng)產(chǎn)業(yè)鏈。

　　美國(guó)廠商壟斷大功率射頻器件。

　　具體來(lái)看，目前RRU設(shè)備中的PA、LNA、DSA、VGA等芯片主要采用砷化鎵或氮化鎵工藝，來(lái)自Qorvo、Skyworks等公司，其中氮化鎵器件通常為碳化硅襯底，即GaNonSiC。

　　RF收發(fā)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用硅基及砷化鎵工藝，主要廠商包括TI、ADI、IDT等公司。以上廠商均為美國(guó)公司，因而通信基站芯片對(duì)美國(guó)廠商依賴性極高。

　　汽車電子:產(chǎn)業(yè)技術(shù)日趨成熟，部分已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化

　　汽車電子對(duì)于半導(dǎo)體器件需求以MCU、NORFlash、IGBT等為主。傳統(tǒng)汽車內(nèi)部主要以MCU需求較高，包括動(dòng)力控制、安全控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、底盤控制、車載電器等多方面。

　　新能源汽車還包括電子控制單元ECU、功率控制單元PCU、電動(dòng)汽車整車控制單元VCU、混合動(dòng)力汽車整車控制器HCU、電池管理系統(tǒng)BMS以及逆變器核心部件IGBT元件。此外在以上相關(guān)系統(tǒng)以及緊急剎車系統(tǒng)、胎壓檢測(cè)器、安全氣囊系統(tǒng)等還需應(yīng)用NORFlash作為代碼存儲(chǔ)。

　　MCU通常采用8英寸或12英寸45nm~0.15μm成熟制程，NORFlash通常采用45nm~0.13μm成熟制程，國(guó)內(nèi)已基本實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

　　智能駕駛所采用半導(dǎo)體器件包括高性能計(jì)算芯片及ADAS系統(tǒng)。高性能計(jì)算芯片目前采用12英寸先進(jìn)制程，而ADAS系統(tǒng)中的毫米波雷達(dá)則涉及砷化鎵材料，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)法量產(chǎn)。

　　AI與礦機(jī)芯片:成長(zhǎng)新動(dòng)力，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)廠商實(shí)現(xiàn)突破AI芯片與礦機(jī)芯片屬于高性能計(jì)算，對(duì)于先進(jìn)制程要求較高。

　　在AI及區(qū)塊鏈場(chǎng)景下，傳統(tǒng)CPU算力不足，新架構(gòu)芯片成為發(fā)展趨勢(shì)。

　　當(dāng)前主要有延續(xù)傳統(tǒng)架構(gòu)的GPU、FPGA、ASIC(TPU、NPU等)芯片路徑，以及徹底顛覆傳統(tǒng)計(jì)算架構(gòu)，采用模擬人腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)來(lái)提升計(jì)算能力的芯片路徑。云端領(lǐng)域GPU生態(tài)領(lǐng)先，而終端場(chǎng)景專用化是未來(lái)趨勢(shì)。

　　根據(jù)NVIDIA與AMD公布的技術(shù)路線圖，2018年GPU將進(jìn)入12nm/7nm制程。而目前AI、礦機(jī)相關(guān)的FPGA及ASIC芯片也均采用了10~28nm的先進(jìn)制程。

　　國(guó)內(nèi)廠商涌現(xiàn)了寒武紀(jì)、深鑒科技、地平線、比特大陸等優(yōu)秀的IC設(shè)計(jì)廠商率先實(shí)現(xiàn)突破，而制造則主要依靠臺(tái)積電等先進(jìn)制程代工廠商。

　　前景展望:部分領(lǐng)域有望率先突破，更多參與全球分工

　　現(xiàn)階段國(guó)產(chǎn)化程度低，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)實(shí)際依靠全球合作。

　　盡管我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)目前正處于快速發(fā)展階段，但總體來(lái)看存在總體產(chǎn)能較低，全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力弱，核心芯片領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)化程度低，對(duì)國(guó)外依賴程度較高等現(xiàn)狀。

　　我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈在材料、設(shè)備、制造、設(shè)計(jì)等多個(gè)高端領(lǐng)域?qū)?guó)外高度依賴，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自主替代需經(jīng)歷較漫長(zhǎng)道路。

　　根據(jù)ICInsight數(shù)據(jù)顯示，2015年我國(guó)集成電路企業(yè)在全球市場(chǎng)份額僅有3%，而美國(guó)、韓國(guó)、日本分別高達(dá)54%/20%/8%。事實(shí)上，即便是美國(guó)、韓國(guó)、日本也無(wú)法達(dá)到半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈100%自產(chǎn)。

　　例如在先進(jìn)制程制造的核心設(shè)備光刻機(jī)方面依然依賴荷蘭ASML一家企業(yè)。更多參與全球分工，在此過程中逐漸提升國(guó)產(chǎn)化占比，是一條切實(shí)可行的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展道路。

　　中國(guó)大陸芯片下游需求端終端市場(chǎng)全備，供給端有望向中國(guó)大陸傾斜。

　　(1)需求端:下游終端應(yīng)用市場(chǎng)全備，規(guī)模條件逐步成熟。

　　隨著全球終端產(chǎn)品產(chǎn)能向中國(guó)轉(zhuǎn)移，中國(guó)已經(jīng)成為全球終端產(chǎn)品制造基地，2017年中國(guó)汽車、智能手機(jī)出貨量占全球比重分別達(dá)29.8%、33.6%。芯片需求全面涵蓋硅基、化合物半導(dǎo)體市場(chǎng)，芯片市場(chǎng)空間巨大。

　　(2)供給端:當(dāng)前中國(guó)大陸產(chǎn)值規(guī)模居前的IC設(shè)計(jì)、晶圓代工、存儲(chǔ)廠商寥寥數(shù)計(jì)，技術(shù)水平尚未達(dá)到領(lǐng)先水平，中高端芯片制造、化合物半導(dǎo)體芯片嚴(yán)重依賴進(jìn)口。

　　隨著近些年終端需求隨智能手機(jī)等產(chǎn)業(yè)鏈而逐漸轉(zhuǎn)移至中國(guó)大陸，需求轉(zhuǎn)移或拉動(dòng)制造轉(zhuǎn)移，下游芯片供給端隨之開始轉(zhuǎn)移至大陸。

　　國(guó)內(nèi)政策加速半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展。

　　近年來(lái)我國(guó)集成電路扶持政策密集頒布，融資、稅收、補(bǔ)貼等政策環(huán)境不斷優(yōu)化。尤其是2014年6月出臺(tái)的《國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》，定調(diào)“設(shè)計(jì)為龍頭、制造為基礎(chǔ)、裝備和材料為支撐”。

　　以2015、2020、2030為成長(zhǎng)周期全力推進(jìn)我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展:目標(biāo)到2015年，集成電路產(chǎn)業(yè)銷售收入超過3500億元;到2020年，集成電路產(chǎn)業(yè)銷售收入年均增速超過20%;到2030年，集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，一批企業(yè)進(jìn)入國(guó)際第一梯隊(duì)，實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展。

　　“產(chǎn)業(yè)+資本”成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展重要手段，集成電路產(chǎn)業(yè)基金累計(jì)支持資金超過7000億元。

　　2014年10月，中國(guó)成立國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金(簡(jiǎn)稱“大基金”)，“大基金”首批規(guī)模達(dá)到1200億元，加之超過6000億元的地方基金以及私募股權(quán)投資基金，中國(guó)有望以千億元基金撬動(dòng)萬(wàn)億元資金投入集成電路行業(yè)。

　　截至2017年底，國(guó)家集成電路大基金共決策投資62個(gè)項(xiàng)目，累計(jì)項(xiàng)目承諾投資額1387億元，已實(shí)施項(xiàng)目涵蓋IC產(chǎn)業(yè)上、下游，制造、設(shè)計(jì)、封測(cè)、設(shè)備材料等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)投資比重分別是63%、20%、10%、7%。

　　巨大市場(chǎng)支撐和產(chǎn)業(yè)資本發(fā)力下，IC制造最先落地。

　　大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈落地率先從IC制造開始，合資、外資晶圓廠在國(guó)內(nèi)設(shè)廠，先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)拉動(dòng)中國(guó)半導(dǎo)體制造能力。

　　中國(guó)大陸晶圓代工廠中芯國(guó)際積極研發(fā)14nm先進(jìn)制程，擴(kuò)大投資建廠，中國(guó)大陸存儲(chǔ)廠商長(zhǎng)江存儲(chǔ)、合肥長(zhǎng)鑫、福建晉華瞄準(zhǔn)國(guó)內(nèi)DRAM、NANDFlash空白積極布局，有望實(shí)現(xiàn)零的突破。

　　根據(jù)SEMI預(yù)測(cè)，2017至2020四年間將新建62座晶圓廠，而中國(guó)大陸地區(qū)就將占26座，美國(guó)將有10座位居第二，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)預(yù)計(jì)有9座。

　　在IC制造落地帶動(dòng)下，配套封測(cè)、設(shè)計(jì)領(lǐng)域率先受益。

　　長(zhǎng)電科技通過收購(gòu)星科金朋獲得FC+Bumping能力以及扇出型封裝技術(shù)，隨著大陸12英寸晶圓廠的增加，客戶資源掣肘將逐漸打破。在中低端8英寸方面華天科技、通富微電等國(guó)內(nèi)廠商優(yōu)勢(shì)明顯。

　　IC設(shè)計(jì)已有華為海思等優(yōu)秀公司涌現(xiàn)，在通信芯片方面華為海思逐漸對(duì)高通的手機(jī)芯片銷售、專利授權(quán)等業(yè)務(wù)構(gòu)成了威脅，由于華為公司本身?yè)碛泻Ａ繉＠ㄟ^專利交叉授權(quán)協(xié)議，華為應(yīng)該從高通享受到非常優(yōu)惠的專利費(fèi)率。

　　遠(yuǎn)景展望:部分核心領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)化仍較遙遠(yuǎn)，參與全球分工逐步提升話語(yǔ)權(quán)

　　在部分核心領(lǐng)域例如核心FPGA芯片、EDA輔助設(shè)計(jì)工具、設(shè)備、材料等方面，國(guó)產(chǎn)化依然比較遙遠(yuǎn)。

　　例如在EDA設(shè)計(jì)工具方面，自1991年開始Cadence已連續(xù)在國(guó)際EDA市場(chǎng)中銷售業(yè)績(jī)穩(wěn)居第一，中美貿(mào)易爭(zhēng)端之下Cadence便停止了對(duì)中興的服務(wù)。

　　此外，智能設(shè)備處理器大多采用ARM底層架構(gòu)，例如海思麒麟970CPU部分采用的仍然是ARM公版A73架構(gòu)+A53架構(gòu)大小核心搭配，在GPU方面，麒麟970采用了ARMMali-G72MP12，都需要ARM授權(quán)。

　　在半導(dǎo)體設(shè)備、材料方面同樣對(duì)國(guó)外具有強(qiáng)依賴性，在這些領(lǐng)域需要的時(shí)間遠(yuǎn)大于IC制造、設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，其發(fā)展離不開全球合作。在產(chǎn)業(yè)鏈全球化的今天，沒有任何國(guó)家可以做到100%自主化，因而更多參與到國(guó)際合作和競(jìng)爭(zhēng)中去，獲取更多話語(yǔ)權(quán)，逐步提升領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和國(guó)產(chǎn)化率，才是中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期實(shí)現(xiàn)自主可控切實(shí)可行的發(fā)展道路。