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中國半導體行業發展現狀及未來發展趨勢分析

發布時間:2018-08-27 瀏覽量:828 來源: 字號:[ ]

中國半導體行業發展現狀及未來發展趨勢分析

半導體是指電阻率會發生變化,導致常溫下導電性能介于導體和絕緣體之間的材料。按照生產過程來看,半導體產業鏈包含芯片設計、制造和封裝測試環節,其中后兩個環節支撐著上游半導體材料、設備、軟件服務的發展;按照制造技術來看,可以分為分立器件、集成電路、光電子和傳感器等4大類。通過人為地摻入特定的雜質元素,半導體的導電性可受控制,進而產生巨大的經濟效益,因而半導體廣泛地應用于下游通信、計算機、網絡技術等產業。

    半導體產業鏈及下游應用

數據來源:公開資料整理

    集成電路(IC)占到半導體總產值的80%以上,是半導體產業最重要的組成部分,通常意義上的半導體即代指集成電路,具體包括邏輯芯片、存儲芯片、處理器芯片和模擬芯片四種。 IC是指經過特種電路設計,將晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起,成為具有所需電路功能的微型結構。 IC被廣泛應用之前,傳統的分立電路多以導線連接獨立的電路元件而構成。而集成電路的結構非常緊湊,相比同樣功能的分立電路體積大大縮小;同時,較小的體積也使得耗能更少,工作性能卓越。半導體優越的技術性能、制造技術的發展以及采用結構單元的電路設計方式,使標準化IC迅速取代了過去分立元件的傳統電路設計成為主流。半導體工業不斷突破制造極限。 英特爾創始人戈登•摩爾提出摩爾定律:當價格不變時,集成電路上可容納的元器件數目,約每隔18-24個月便會增加一倍,性能也將提升一倍,從而要求集成電路尺寸不斷變小。經過十幾年的發展,我國集成電路制造企業的工藝水平已提升至28納米,與先進水平的差距逐漸縮小。目前12英寸生產線的65/55納米、 45/40納米、 32/28納米工藝產品已經量產; 16/14納米關鍵工藝技術已展開研發并取得一定的技術突破和成果; 8英寸生產線的技術水平覆蓋0.25微米~0.11微米。國際龍頭廠商對半導體工藝的研究已經到了10nm以下,而業內普遍認為5nm工藝將是極限,此時晶體管就只有10個原子大小,由于對物理極限的逼近使得開發難度大增。

    半導體產業分類 

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    集成電路分類

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    代表性廠商制程節點技術路線圖

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    產業模式由IDM向垂直分工轉化。 半導體產業發展史伴隨的是產業鏈分工的不斷深化,目前有兩種商業模式,一種是IDM(Integrated Device Manufacture,集成器件制造)模式,另一種是垂直分工模式。 20世紀50年代的半導體公司都是IDM集成模式,隨著1987年臺灣積體電路公司(TSMC,臺積電)的成立, IC設計、晶圓制造、封測分開的Foundry模式應運而生。經過半個多世紀發展,全球半導體產業形成IP供應商、 IC設計、制造、封測的高效深度分工模式。出現垂直分工模式的原因有兩點: 1.行業具有規模經濟性。 隨著制造工藝的進步和晶圓尺寸的增大,單位面積上能夠容納的IC數量劇增,成品率顯著提高。企業擴大生產規模會降低單位產品的成本,提高競爭力。 2.產業所需投資十分巨大,沉沒成本高。 一般而言,一條8英寸產線需要15億美元投資,而12英寸產線需要幾十億美元的投資,這意味著除了少數實力強大的IDM廠商外,其他企業根本無力擴張。單一公司的資本支出或技術無法支撐IC產業進一步發展,行業內公司的經營模式變得多樣化,新廠商的進入也導致整個行業發生結構性變化。臺積電的成立標志著半導體產業垂直分工模式的形成,其只做晶圓代工(Foundry),不做設計,這也使得臺灣在代工與測封環節的產能占比最高。而作為半導體的發源地,美國依然在IDM模式和IC設計(Fabless)占據較大優勢。 Fabless與Foundry的快速發展,促成垂直分工模式的繁榮。

    半導體產業模式發展過程

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    2016年產業鏈各環節產能占比
IDM

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    Fabless

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    Foundry

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    Package&Testing

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    全球半導體市場已經進入成熟期。 全球半導體產業自誕生以來經歷了20世紀60年代至90年代的迅猛增長,進入21世紀后市場日趨成熟,行業增速逐步放緩。2015和2016年行業的銷售額同比增速僅為-0.2%、 1.1%,主要是由于需求疲軟、美元走強以及市場趨勢和周期性等因素的疊加。分地區而言,亞太地區(除日本)已成為全球半導體市場增長最為迅猛的區域, 2016年該地區半導體銷售額達到2084億美元,占全球市場的61.49%。同時,行業去年資本支出同比增長5%, SEMI預計2017年-2020年間全球新投產晶圓廠約62座,迎來新一輪建設高峰。

    全球半導體產業銷售額(百萬美元)

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    2016各地區銷售額占比 

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    全球半導體資本支出(百萬美元)

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    在企業并購潮的影響下,前二十五大半導體廠商總收入增加10.5%,表現遠優于整體產業增長率,但前十強總收入出現5.85%的下滑,龍頭企業之間的差距進一步縮小。 2016年半導體產業出現小幅回彈,雖然其年初因受到庫存調整的影響而表現疲軟,但下半年需求增強,匯率相對溫和的變動及多項電子設備部門產量的增加使得NAND閃存售價上揚,定價環境得到改善,助力全球半導體收入改善。

    2016年全球前十大半導體廠商(百萬美元)

2016 排名
2015 排名
公司
2016 收入
2016 市場份額
2015 收入
2015 市場份額
15-16 增長率
1
1
英特爾
53996
15.90%
51690
15.40%
4.46%
2
2
三星電子
40143
11.80%
37852
11.30%
6.05%
3
3
 高通
15351
4.50%
16079
4.80%
-4.53%
4
4
SK 海力士
14267
4.20%
16374
4.90%
-12.87%
5
16
博通
13149
3.90%
5216
1.60%
152.09%
6
5
美光科技
12585
3.70%
13816
4.10%
-8.91%
7
6
德州儀器
11776
3.50%
11533
3.40%
2.11%
8
7
東芝
10051
3.00%
9162
2.70%
9.70%
9
12
恩智浦
9170
2.70%
6543
2.00%
40.15%
10
11
聯發科技
8697
2.60%
6704
2.00%
29.73%
其他
150449
44.20%
159799
47.70%
-5.85%
總計
339634
100.00%
334768
100.00%
1.45%

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    在行業整體容量增長緩慢的情況下,地區結構卻在悄然發生變化,中國半導體產業持續擴大。 近十余年來,伴隨著我國經濟的高速發展,智能手機和平板電腦市場呈爆發式增長,對各類集成電路產品需求不斷增長, 2016年集成電路銷售額4335億元,同比增長20%,近14年年均復合增長率高達22%,已成為全球集成電路的主要消費市場。在我國工業化和信息化融合持續深入、信息消費不斷升溫、智慧城市建設加速等多方因素的共同帶動下,我們預計集成電路市場仍將保持穩定增長。

    中國半導體產業銷售額(億元)

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    半導體產業驅動力由存儲器、 PC向以智能手機為主導的消費類電子產品轉移。 縱觀半導體產業的發展史,隨著科技及制造工藝的進步,下游需求逐步演化,推動產業發展的驅動力也在不斷變化。歷史上行業經歷了四個階段: 1.由軍工和原始計算機帶動的初創發展期。 二戰后,原始計算機的出現和軍工的大量需求催生了最初的半導體產業, 1958年德州儀器設計出基于鍺的IC模塊,集成電路由此誕生。在此后的二十年中,基于硅的電路設計逐步發展起來,使得集成電路制造進入量產階段。 2.基于存儲器、主機的快速發展期。 70-80年代,存儲器廣泛應用,商業公司也開始配備大型主機以提高工作效率,工藝進步使得大規模集成電路出現,半導體進入商用階段。 3.基于PC的民用發展期。80年代末, IBM推出的PC業務迅速風靡全球,生產成本的降低使得半導體更加適用于PC,整個行業基本都在圍繞PC發展,特別是半導體內存和微處理器,行業進入民用階段。 4.基于消費電子的成熟期。 進入新世紀以來,互聯網大范圍推廣。同時,蘋果推出智能手機、谷歌推出安卓系統,移動通訊進入爆發期,迅速取代PC成為新的驅動力,半導體也因此經歷了21世紀初持續10年的增長,而近幾年又歸于平靜。總體而言, 經過了半個世紀的發展,半導體行業銷售額增速逐步放緩進入成熟期。

    推動半導體產業發展的驅動力

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    歷史上行業經歷了兩次產業轉移,目前正借助消費電子時代向中國轉移。 半導體屬于高技術壁壘行業,這些行業往往具有“馬太效應”。積累資本的龍頭公司能投入大量研發費用用于新技術研究與擴張,會進一步拉大與追趕者的差距,造成強者恒強的格局。只有巨大機遇來臨時,追趕者才有機會崛起。第一次產業轉移時美國向日本的轉移,日本半導體業以存儲器為切入口,主要是DRAM(Dynamic Random Access Memory)。 80年代,受益于汽車產業和大型計算機市場的快速發展, DRAM需求劇增。而當時日本在DRAM方面已經取得了技術領先,日本企業此時憑借其大規模生產技術,取得了成本和可靠性的優勢,并通過低價促銷的競爭戰略,迅速在世界范圍內成為DRAM主要供應國。世界市場快速洗牌,到1989年日本芯片在全球的市場占有率達53%,美國僅37%,歐洲占12%。該階段,日本半導體產業的主要競爭力是產品的成本優勢和可靠性。第二次由日本向韓國、臺灣轉移。不同于大型主機對DRAM質量和可靠性的高要求,PC對DRAM的主要訴求轉變為低價。 DRAM的技術門檻不高,韓國通過技術引進掌握了核心技術,并通過勞動力成本優勢于1988年取代日本,成為DRAM第一生產大國,全球產業中心從日本轉移到韓國;而臺灣則通過不斷增加投資,建成了世界領先的晶圓代工公司臺積電和聯電,將產業模式由一體化IDM轉向設計、制造、測封分離的模式,并在生產技術上達到世界頂尖水平。

    半導體兩次產業轉移

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    移動通訊等電子產品崛起,中國大陸正迎來半導體產業發展的新機遇。 目前,半導體產業的驅動力已經由PC進一步轉化,下游電子產品的發展帶來了新的市場機遇。從周期的角度來說,半導體已經進入成熟期,以智能手機為主導的移動通訊將帶來新的爆發點。 2016年全球智能手機制造前13強中有10家中國公司,市場份額接近40%,已經成為全球電子消費第一大國。強勁的下游需求帶動中國半導體銷售額穩步提升, 2017年二季度中國已占世界整體銷售額的32%。產業中心由韓國、臺灣逐步向中國大陸轉移,中國晶圓產能占比11%,是全球增長最快的地區。每一次新機遇的到來都有利于追趕者的崛起,新興地區憑借技術引進、勞動力成本優勢實現超越。同時,隨著半導體工藝制程接近物理極限,技術的發展速度勢必會放緩,也有助于中國企業與世界領先者縮短差距。

    中國及全球半導體銷售額(億美元)

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    2017第二季度全球半導體消費市場分布 

據來源:公開資料整理

    截止2016年底各國晶圓產能

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    2014-2016年主要智能手機生產廠商銷量排名(百萬部)

2016 排名
公司
國家
2014 銷售量
2015 銷售量
2016 銷售量
2016 市場份額
1
三星
 韓國
311.0
322.9
310.7
20.85%
2
蘋果
美國
192.9
231.6
215.4
14.46%
3
華為
中國
73.6
104.8
139.3
9.35%
4
OPPO
中國
29.9
50.0
93.9
6.30%
5
VIVO
中國
19.5
40.5
76.6
5.14%
6
ZTE
中國
43.8
56.2
58.0
3.89%
7
LG
韓國
59.2
59.7
55.1
3.70%
8
聯想
中國
70.1
74.0
53.1
3.56%
9
小米
中國
61.1
70.7
52.9
3.55%
10
TCL
中國
41.5
44.5
39.0
2.62%
11
金立
中國
19.2
20.0
30.6
2.05%
12
魅族
中國
4.4
20.2
22.0
1.48%
13
樂視/酷派
中國
45.2
30.5
21.5
1.44%
前 13 強中,中國公司市場份額
32.40%
35.76%
39.39%
-
總體
1260.0
1430.0
1490.0
-

數據來源:公開資料整理

    縱觀歷史, IC產業起源于美國,發展于日本,加速于韓國、臺灣。 日、韓、臺三地在經歷了引入先進技術期后,發展了適合自身的產業發展模式,不論是日本的自主研發,韓國的市場把握,還是臺灣的專注分工,都使其成為了全球IC產業的中堅力量。 21世紀以來,處于集成電路發展新周期的中國憑借著本次產業轉移浪潮迅速崛起,成為半導體產業的新中心,給產業鏈內相關的中國公司帶來了巨大的商機。

   

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