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1.1 半导体产业链的基本介绍
半导体行业是以半导体为基础而发展起来的电子信息硬件产业。半导体行业的工艺流程 主要包括硅片制造、集成电路设计、晶圆制造和封装测试。硅片制造需要单晶炉等设备， 具体历经硅单晶生长、磨外圆、切片、倒角、磨削/研磨、抛光等多道制作流程。集成电 路设计包括逻辑开发、电路设计和版图设计，是为进一步的晶圆制造提供制作蓝图。晶 圆制造是半导体工艺流程中制作工序精细的一环，其工艺流程主要包括扩散、光刻、刻 蚀、离子注入、薄膜沉积和抛光，需要光刻机、刻蚀机、CVD、离子注入机等多类设备。 完成后的晶圆需要封装测试，即使用测试机、分选机、探针机等设备对成品进行测试， 进而将性能良好的半导体产品提供给产业链下游的销售商。
1.2 技术进展和主要产品
从技术更迭角度来看，近10 年来，集成电路技术经历了特征尺寸不断减小、新材料的导 入、晶体管结构的改进、晶圆向大尺寸转进、制造设备向自动化和高产出率转化，三维(3D)堆叠封装涌现，芯片设计向系统设计过渡等技术更迭过程。技术创新推动集成电 路产业不断验证摩尔定律。
高昂的研发费用和指数式增长的产能投资是半导体厂保持技术先进的一大护城河。目前 可以进入16/14nm 及以下节点的全球半导体厂商仅有6 家，即英特尔、格罗方德、三星、 台积电、联电和中芯国际。
2018 年是7nm 技术进入量产的关键年，全球晶圆代工厂走向新分水岭。一方面联电止步 于12nm 制程研发，格罗方德宣告无限期停止7nm 以下先进制程的发展;另一方面，台积电于2018 年第二季度实现7nm 技术量产，三星在10 月份也宣布量产7nm EUV 制程。目 前台积电几乎垄断了7nm 的全球代工市场，其中客户包括高通、苹果，AMD，海思等，市 场优势十分显著。
28nm 技术是平面工艺的临界点。在28nm 时，不仅MOS 晶体管结构仍然是平面型的，而且 仍然可以采用图像的一次曝光技术。在28nm 以下节点时，不仅MOS 晶体管采用FinFET 结构，而且采用两次图形曝光技术(DP),甚至三次或四次图形曝光技术。
集成电路技术在28nm 技术节点后出现了分水岭，跨过该节点后，台积电、英特尔、三星 等都依摩尔定律向16/14/10/7nmFinFET 技术前进，FinFET技术锁定在最先进技术的应用 产品上，包括高阶处理器、人工智能(AI)、深度学习(Deep Learning)、云端伺服器 等应用。目前国际顶级制造水平是量产7nm 芯片，试产5nm 芯片。台积电预计于2019 年 二季度实现5nm EUV 制程的风险试产，而3nm 芯片也已进入全面研发阶段。
而28nm 节点后的另一条技术路线是发展FD-SOI 技术，其中，以格罗方德和三星为代表。FD-SOI 技术非常适合于物联网、汽车电子、5G 移动通信和射频联接等技术，其最大特点 是低功耗。
近年来，中国大陆集成电路产业的快速崛起已成为全球半导体产业的亮点，中国大陆集 成电路技术的快速提升引人注目。2018 年中国大陆IC 设计业的领头企业华为海思已采用7nm 技术制造智能手机芯片，是台积电7nm 制程的核心客户。另一家中国大陆IC 设计领 头企业紫光展锐将于2019 年推出基于7nm 技术的5G 手机芯片。
同时，中国大陆最大的晶圆制造企业中芯国际(SMIC)，在2018 年已经完成了28nmHKC+ 以及14nm 的技术研发，并已经开始相应客户导入的工作，预计在2019 年将实现14nm 芯 片量产。华虹是国内继中芯国际后第二家掌握28nm 芯片技术的企业，在2018 年12 月份 公司成功实现量产28nm 的芯片，旗下子公司上海华力微为联发科生产了第一颗28nm 低 功耗工艺平台的无线通讯数据处理芯片。
从应用产品角度来看，集成电路可以大致分为微处理器、存储器两大类。
微处理器(MPU)是由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器。这些电路执行 控制部件和算术逻辑部件的功能。微处理器能完成取指令、执行指令，以及与外界存储 器和逻辑部件交换信息等操作，是微型计算机的运算控制部分。它可与存储器和外围电 路芯片组成微型计算机。在过去的40 年中，微处理器性能和技术指标不断更新，发展出 多核、并行计算、64 位架构等。微处理器的设计和性能也日益强大，除了具备中央处理 器(CPU)的所有功能外，有的微处理器还增加了图像处理、视频信息处理和新兴的人工 智能(AI)应用等多种系统级功能和加速模块。
2018 年微处理器的市场构成为，计算机处理器(标准PC、服务器、大型计算机)占比将 为52%，嵌入式处理器约为16%，平板电脑移动应用处理器市占率为4%，手机移动应用处 理器占比28%。2018 年微处理器约有50%以上将来自英特尔和其竞争对手AMD 出售的X86 架构产品。
在应用方面，微处理器不单是PC、服务器和大型主机最主要的构件，而且还广泛被用于 各种系统的嵌入式处理，如网络设备、计算机外设、工业控制、医疗设备、汽车电子、 智能电视、机顶盒、视频游戏机、物联网和可穿戴设备等应用中。
根据WSTS 最新发布的数据，2018 年全球微处理市场销售规模同比增长6.42%，达到约为680 亿美元，较2017 年增长率上涨将近一个百分点。根据IC Insights 预测，2018 至2022 年微处理器市场销售年复合增长率为 3.4%。出货方面，预计2018 年微处理器出货量将达26 亿颗，同比将增长2%，2018 年至2022 年的整体微处理器出货量年复合增长率为2.1%。 在过去5 年中增长最快的是应用于平板电脑和智能手机的微处理器SoC，其次是嵌入式应 用的微处理器，但在计算机领域的市场规模仍然是最大。
目前全球微处理器业务继续由英特尔(Intel)主导。在过去20 年中，全球微处理器市 场75%由英特尔掌控。但近年由于手机和平板电脑中基于ARM 架构SoC 处理器的强劲增长， 使得英特尔的微处理器市场比例下降至60%左右。过往英特尔针对全球PC 的庞大微处理 器，只有一个对手AMD(超微)。但近年来随着智能手机和平板电脑在各种应用领域的广 泛兴起，使得英特尔进入了“后PC时代”，竞争者也明显增多。
存储器是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。据世界半导体贸易统计协会(WSTS) 统计，2018 年全球半导体存储器市场规模达1579.67 亿美元，占全球集成电路市场规模 的比例为40.17%。其中DRAM 占58%，Flash 占41%(其中NAND Flash 占 40%，NOR Flash 占1%)，其他占1%左右。
DRAM，即动态随机存取存储器，是最为常见的系统内存。根据IC Insights 的数据，2018 年全球DRAM 市场销售规模稳定增长，达948.88 亿，同比增长39%，2019 年DRAM 市场规 模预计为939.31 亿美元，增长率为-1%。
从技术演进方向来看，2016年以来正值DRAM 技术世代交替，由DDR3 转进DDR4，大容量 内存的供给多于小容量内存的供给，造成下游客户被迫升级电子设备中的内存搭载容量。 在2014 年DDR3，包括平板电脑、智能手机和笔记本电脑等应用领域占了DRAM 总量的84%， 到2015 年DDR3 仅占76%。但是到2016 年，DDR4 的平均售价(ASP)降至与DDR3 相差无 几。英特尔最新的14nm 的X86 核处理器也包含了DDR4 控制器和界面，因此，在2017 年DDR4 上升成为DRAM 的主要份额，达到58%，而DDR3 退居到仅占39%。
在全球DRAM 市场竞争格局中，从DRAM 的供给侧来看，近年DRAM 大厂几乎没有大幅扩充 产能。观察全球DRAM 三大阵营，三星、SK 海力士和美光的行动:三星在韩国平泽市新建PI 厂房和Line15 生产线，SK 海力士建设M14 生产线;美光在日本广岛实施Fab15 和Fab16 建设计划。从市场需求来看，根据SEMI 的估计，一直到2021 年，DRAM 需求端的成长率 至少上涨30%。驱动DRAM 产业继续冲刺的四大动力是:物联网(IoT)相关应用;大规模运算，涵盖人工智能(AI)、深度学习(Deep Learning)系统等;汽车电子相关应用; 以及消费类产品和通信产品等。
从2016 年下半年以来DRAM 供货短缺导致了DRAM 价格飞涨。根据WSTS 的跟踪统计，从2016 年7 月到2017 年7 月，DRAM 每GB 位模组的平均售价(ASP)上升了111%，到2018 年8 月，DRAM 的平均售价达到6.79 美元，24 个月涨幅达到165%。
NAND Flash 是flash 内存的一种，其内部采用非线性宏单元模式，为固态大容量内存的 实现提供了廉价有效的解决方案。NAND Flash 存储器具有容量较大、改写速度快等优点， 适用于大量数据的存储。
从技术发展方向来看，2018年全面进入3D NAND Flash 之年，2018 年原厂三星、东芝/ 西部数据、美光/英特尔3D NAND 生产比重已超过80%，并推动64 层/72 层3D NAND 技 术成为主流。为了持续提高成本竞争力，确保先进技术在市场上的领导优势，三星、东 芝/西部数据、美光/英特尔、SK海力士先后实现96 层技术的量产。SK 更是推出首款4D NAND Flash 以求在技术上突围。
在2016-2017 年全球NAND Flash 正处于技术交替时期，全球主要供应商在3D NAND Flash制造技术的竞争已达到了白炽化的程度。据美光(Micro)称，其第一代32 层3D NAND Flash 要比16nm/2D NAND Flash 成本减少25%，其第二代64 层3D NAND Flash 要比32 层的成 本又减少30%。闪存制造商急于向3D NAND Flash 切换和向更高堆叠层数发展，以推动产 品成本下降。
今后，随着3D NAND Flash 产能的快速增长，16nm 2D NAND Flash 的产量将逐步减少， 而且二维闪存(2D NAND Flash)制程也将终结于16nm 节点，闪存制造厂商将直接放弃 二维闪存的技术研发。由此二维闪存(2D NAND Flash)的市场也将与三维闪存(3D NAND Flash)脱钩，逐渐转变为利基型市场。2018 年，闪存制造厂商在96 层和QLC 技术创新 上展现了激烈的竞争。
从NAND Flash 的供给侧来看，全球主要的市场份额被三星占据，自2017 年以来，三星、SK 海力士、美光、东芝、英特尔和西部数据等都在实施其存储器研发和制造的扩产计划。 中国大陆的武汉长江存储器也紧锣密鼓地实施规模庞大的3D NAND Flash 发展计划。
从需求端来看，随着IoT、车载系统及服务器等高端NAND Flash 存储应用市场的蓬勃发 展，NAND Flash 芯片未来发展前景广阔。Gartner 及Machine Research 的研究报告指出， 全球以工业4.0 为基础的物联网设备数量将于2020 年达到260 亿个，更将带动全球市场 产值达到1.2 万亿美元，在高端市场方向，闪存将迎来新的发展契机。
NOR Flash 是目前市场上另一种主要的非易失闪存技术，读速度稍快于NAND Flash，具 有非易失性，并且可轻易擦写。从技术发展方向看，1988 年Intel 公司率先开发出NOR Flash 芯片，打破了EPROM 和EEPROM 占据市场的局面。在功能机时代，手机对内存的要 求不高，NOR Flash 更是凭借着NOR+PSRAM 的XiP 架构，得到广泛应用。然而进入智能机 时代，涌现了大量占据内存的APP，容量小而成本高的NOR Flash 逐渐被NAND Flash 芯 片取代，市场不断萎缩，甚至三星、镁光、CYPRESS 等主要厂商都宣布退出NOR Flash 市场。随后，随着苹果等系列公司对AMOLED 屏幕的加速使用，用来做电学补偿的NOR Flash 也迎来了新的发展。
从供给侧来看，全球NOR Flash 的主要供应商集中于美国的赛普拉斯(Cypress)和美 光(Micro)，以及中国台湾地区的旺宏电子、华邦电子，还有我国大陆地区的兆易创新 。 近年来，NOR Flash 市场越趋集中。2015 年美系大厂飞索(Spansion)宣布进入破产保 护后，被赛普拉斯(Cypress)并购，产品逐步聚焦于车用电子市场。加上美光(Micro) 并购恒亿(Numonyx)、微芯(Microchip)并购超捷(ST)，逐渐形成了当前的垄断局 面。
随着我国大陆地区智能手机、物联网和车用电子对NOR Flash 的需求提升，推动了武岳 峰基金出手收购美商矽成(ISSI);兆易创新也将产品重心转向扩产NOR Flash;武汉 新芯近年来也一直与飞索(Spansion)和赛普拉斯(Cypress)合作，成为国内最大的NOR Flash 制造企业。
从需求端来看，2018 年，全球NOR Flash 的市场规模约为22 亿美元。近年来，在经历 了被NAND 取代致使市场萎缩的境况后，NOR Flash 企业市场需求迎来变化。一方面随着AMOLED 屏幕的普及率不断加速，作为其必须制造材料的NOR Flash 的市场需求增加;同 时NOR Flash 的热门应用智能音箱，也带来了强劲的市场需求。多方向的市场需求带来 了NOR Flash 厂商的迅速崛起，各供应商相继宣布扩产，抢占NOR Flash 市场。以华邦 电、旺宏为首的台湾厂商纷纷宣布扩大生产规模。
2018 年，在世界经济增速放缓影响下，全球半导体产业发展也有所放缓。2018 年全球半 导体市场增速为16%，市场规模达4778 亿美元(2017 年为4122 亿美元)。预测2019 年 上半年全球半导体产业将在2018 年扩张放缓的趋势影响下有所放缓，下半年将逐渐回暖， 市场规模将平稳扩大。世界半导体技术也将从7nm 推进到5nm 的全新节点。
2.1 半导体行业的整体景气度:全球经济环境影响行业水 温，需求有望重回增长基调
根据美国半导体协会统计，2018年全球半导体市场销售总额突破4688 亿美元，同比增长13.7%。
根据市场调研机构IC Insights 的分析，全球经济增长状况与全球半导体市场起伏有较强相关性。1992-2018 年全球GDP 总量增速和全球半导体市场增长率展现了明显的同步性。
结合宏观经济预测和近年来半导体行业的发展状况，四家世界著名市场调研机构对2018 年全球半导体市场规模的统计数据和对2019 年的预测如下:
作为半导体行业晴雨表的北美半导体设备出货量在经历了2017 年的迅猛增涨后，2018 年呈现平稳上涨。根据国际半导体产业协会(SEMI)公布的数据，2018 年北美半导体设 备出货达278.66 亿美元，较2017 年北美半导体设备出货量255.97 亿美元同比增长8.15%。2019 年一季度，北美半导体月出货量均呈现20%以上衰退，主要受Dram 及NAND Flash 价格仍看跌影响，内存厂资本支出计划谨慎保守，加上晶圆代工厂的新厂装机时间迟延 到下半年，造成 2019 一季度设备出货金额创下逾两年来新低。综合来看，预计2019 年 全球半导体市场规模有望继续扩张，但增速放缓。
从市场地域分布来看，2018年全球半导体市场仍主要集中在亚太地区(除日本)，占比60.34%;其次是美洲地区，占比21.97%;欧洲地区占比9.16%。
根据WSTS 在2019 年月日发布的2017-2019 年全球各主要地区半导体市场规模的统计数 据，2018 年全球各主要地区的半导体市场均有增长。其中，美国半导体市场增长19.6%， 成为全球半导体市场增长最快的地区。欧洲增长了13.2%，日本增长了9.6%，亚太地区 增长了16.0%，其中，中国大陆的集成电路产业规模为1235.2 亿美元，增长率为12.9%。 对亚太地区半导体市场增长做出明显贡献。
根据WSTS 的预测，到2019 年美国半导体市场增长率将降至1.4%，欧洲1.9%，日本2.5%， 亚太地区的平均增长率将降至3.1%，中国大陆仍保持16.2%的增速、但为近五年来最低， 中国大陆将成为2019 年全球半导体市场增速最大的地区。
2.2 全球半导体的主要厂商:历史积淀打造重量级玩家， 行业格局难以冲击
市场调研机构Gartner 发布的2018 年全球前10 大半导体厂商排名表如下。三星电子得 益于DRAM 内存芯片市场的发展，继续占据了排行榜榜首，而英特尔仍屈居第二位。由于 存储器市场的供需关系，SK 海力士也保持了第三位。博通、西部数据分别前进一位。意 法半导体则前进两名，一跃进入前十排行榜。在2018 年前10 大厂商排名中后退的厂商 主要有:高通退后一位，排名第六位;而东芝受PC 市场萎缩影响，则由2017 年的第八 位跌出前十名。
从地区分布来看，在2018 年全球前10 大半导体厂商排名中，美国有6 家厂商上榜，欧 洲2 家，韩国2 家。
从厂商的企业类型来说，IDM型厂商有7 家，Fabless 型厂商3 家(高通、博通和恩智浦)。
2018 年全球前十大半导体厂商的合计营收为3780.45 亿美元，较2017 年全球前十大半导 体厂商的合计营收3251.78 亿美元增长了20%。而2018 年全球前十大半导体厂商的合计 营收占全球半导体市场份额的79.3%。
设备厂商方面，2018 年全球前10 大设备厂商中，日本占5 家，美国占4 家，日本占1 家。其中应用材料仍占据第一位宝座，销售规模达140.16 亿美元，但同比增速仅为6.5%， 低于前十名平均增速;第二位是ASML，同比增长30.9%，主要由于该公司在EUV 设备的 世界垄断地位。
材料厂商方面，产业垄断现象同样存在。半导体材料市场主要分为晶圆制造材料和半导 体封装材料两部分，其中三分之二为晶圆制造材料;而从晶圆制造材料细分市场来看， 其中硅片制造占市场比重最大。根据SEMI 统计，全球一半以上硅片产能集中于日本，2017 年日本厂商信越、胜高分别以28%、25%的全球总份额占据硅片市场前两位，我国台湾厂 商环球晶圆以17%的比例位列第三;从总体上看，全球前五大硅片厂商市场占有率达94%。
2.3 全球半导体产业并购态势:巨额并购不断涌现，地区 监管障碍突显
历经2015 和2016 两年的全球半导体产业并购狂潮，2018 年延续了2017 年的平稳并购态 势，且规模小幅缩减。原因在于收购目标的减少与收购后面临的监管审查日益严苛，或 买卖双方正在经历着漫长的讨价还价。
据IC Insights的报导，2018 年全球半导体产业中并购交易总额为232 亿美元，与2017 年的281 亿美元，相比小幅下滑，但远低于2015 年的1073 亿美元。
在2018 年全球半导体产业已发生的并购案例共10 多起，其中交易额在20 亿美元以上的 共3 起，即(博通以190 亿美元收购CA，然而并未算入本年度并购规模)，微芯半导体 以83.5 亿美元收购美高森美，闻泰科技以38 亿美元收购Nexperia。其中微芯收购美高 森美和文泰科技收购Nexperia 两起并购案的交易额共达121.5 亿美元，占2018 年全球 半导体产业并购交易总额的65%，占到了举足轻重的地位。
进入2018 年后，随着AI 技术进一步地迅猛发展，以增大AI 业务为目的的收购事件越来 越多，例如英特尔于2018 年8 月收购Vertex.AI。今后一段时间内，随着人工智能和其 他新兴技术的发展，类似的企业兼并收购预期会大量发生。
3.1 中国半导体的发展现状:行业蓬勃发展，全球比重日 渐加大
中国半导体市场占全球行业总体比重在逐年上升。2017 年亚太地区(除日本)半导体销 售额全球占比为60.0%，达到2488 亿美元。从销售增速来看，亚太(除日本)地区在高 销售额基数上依然保持快速增长，2017 年年增19.4%。在亚太区(除日本)中，中国大 陆半导体销售额占全球的31%，2018 年中国区销售额达1581 亿美元，同比增长21.9%。
2017 年中国已经成为全球最大的集成电路市场。随着产业结构的加快调整，中国集成电路市场规模将持续增长。根据CCID 的预测，2018 年我国集成电路产品的市场规模为 15119.8 亿元，同比增长6.1%。2019 年我国集成电路产品市场规模将增长1.3%，达到 15316.3 亿元。2020 年我国集成电路产品的市场需求将提升至16449.7 亿元，同比增长 7.4%，2014-2020 年平均复合增长率为8.8%。
2013-2018 年我国集成电路产业高速发展，2018 年我国集成电路设计业销售额为2519.3 亿元，同比增长21.5%。2018 年芯片制造业销售额为1818.2 亿元，同比增长25.6%;封 装测试业销售额为2193.9 亿元，同比增长16.1%。三类产业中，2018 年芯片制造业增速 迅猛的主要原因是受到国内芯片生产线满产以及扩产的带动，国内晶圆厂生产规模接近 于五年最好水平，2018 年国内已有6 座12 英寸晶圆生产线和4 座8 英寸晶圆生产线完成 了新建和扩建投产。
2018 年我国集成电路产业链结构中，设计业占比最高，占产业链整体的38.6%，比上年 降低0.3 个百分点;芯片制造业占27.8%，比上年提高1 个百分点;封装测试业占比33.6%， 比上年降低1.3 个百分点。
3.2 中国半导体行业投资情况及政策支持:半导体基建持 续加大，国产化政策指向清晰
2019 年是我国历史上首次，将5G、人工智能、工业互联网、物联网为代表的新型基础设 施建设，定性为基建的重要内容，排列顺序甚至在城际交通、物流、市政基础设施等传 统基建类项目之前。基础设施建设通常是国家发挥投资杠杆作用，拉动内需促进经济增 长的主要方式，此举充分表明我国未来基建投资的侧重点将更加倾斜科技产业领域，财 政资金配套更加到位。以5G、人工智能、工业互联网、物联网为代表的“科技新基建” 将成为经济增长的重要引擎之一。半导体产业是新基建的底层应用支持产业，中国将在 国家政策的引领下，持续加大投资，加快半导体产业的国产化进程。
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4.1 芯片设计行业基本情况
集成电路设计领域处于集成电路产业上游，是指以集成电路为目标的设计流程。集成电 路设计涉及对电子器件(例如晶体管、电阻器、电容器等)、器件间互连线模型的建立， 市场主要由下游终端需求决定。
IC(Integrated Circuit)设计从模式来看，主要分为Fabless 和IDM，IDM 为集芯片设 计、制造、封测一体的企业，Fabless 为只做芯片设计的企业。最开始的大部分芯片企业 都是IDM，1982 年全球第一家Fabless 公司LSI Logic 成立，1987 年第一家Pure-play Foundry 公司台积电成立。随着芯片制造技术的提升，有能力的承担巨额投资的企业越来 越少，很多IDM 企业纷纷剥离其制造业务，专注于IC 设计。再往后，随着集成电路行业 分工进一步细化，产业链形成IP、设计、晶圆、封装的上下游体系。
从IDM 模式与Fabless 模式的对比来看，Fabless 由于专注于设计，投资额较小，适合创 业者进入，但也会面临难以找到代工厂的问题，而IDM 模式属于重资产模式，投资额大， 由于只服务自家产品，如果自家场面市场需求面临变化，会出现产能利用率不足的问题。 此外，IDM 具有资源整合的优势，由于不需要进行硅验证，IDM 企业从IC 设计到IC 制造 需要的时间较短，而Fabless 由于与Foundry 的工艺流程难以及时对接，产品上市时间 较慢。
从Fabless 和IDM 企业销售对比来看，2000 年Fabless 和IDM 企业销售额分别为170 亿美金和1718 亿美金，2017 年分别为1000 亿美金和2636 亿美金。2000-2017 年Fabless 企业的收入CAGR 为10.9%，而IDM 企业为2.6%，Fabless 企业增速显著高于IDM 企业。 从过去历年收入增速的对比图来看，大部分时间的Fabless 的收入规模增速都高于IDM。2017 年由于存储器价格暴涨，存储厂商营收大增，而大部分存储厂商都是IDM 模式，因 而IDM 厂商总体营收增速显著高于Fabless 厂商。Fabless 模式的蓬勃发展，正是IC 设计行业的飞速进步的体现。
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IC 设计的各个环节均需要用到EDA(Electronic Design Automation)工具，EDA 行业现在 已形成了Synopsys、Cadence 和Mentor Graphics 三足鼎立之势，2017 年这三巨头的收 入占据了全球EDA 行业总收入的70%。我国EDA 企业与三巨头存在较大差距，国内目前从 事该行业的主要有华大九天、广立微、芯禾科技。
IP 核为具有知识产权的可以移植到别的芯片中的模块，一个芯片往往需要多个IP 的组合 来实现不同的功能。处理器IP 授权和接口IP 授权是IP 授权服务最大的构成部分，2016 年两者合计占比62.5%。处理器IP 中ARM 的市场份额最大，接口IP 中Synopsys 是其 中的王者。
芯片设计企业所用的EDA工具和IP 核均存在外包情况，其中EDA 工具几乎全部都是外包，IP 授权将近60%-70%外包，一些技术实力强劲的企业会自己使用自己的IP。
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4.2 全球芯片设计产业情况
4.2.1 全球IC 设计产业概况:轻资产模式快速增长
从全球的IC 设计产业来看，近年来行业规模能保持5%左右的增速，在集成电路总产值中 的占比约在30%左右。2017 年IC 设计产值达到1006 亿美元，同比增长6.5%，占集成电 路总产值比重为29.3%。2018 年IC 设计产值比2017 年增长83 亿美元，同比增长8.3%， 达到了1089 亿美元。
从全球IC 设计产业市场占有率来看，美国公司在全球IC 设计中的产值销售额占比领先 地位非常稳固，2018 年占比为68%，与2010 年相比仅低了一个百分点。中国进步迅速，2018 年占比达到了13%，在2010 年占比仅为5%，提高了8 个百分点。另外，从全球排名 前50 的Fabless 模式的IC 供应商的数量来看，中国进步也非常迅速，2009 年国内仅有 海思一家进入全球前50，2017 年有10 家公司进入全球前50。
2018 年全球前10 大Fabless 模式IC 设计公司中，博通排名第一，取代了此前一直被高 通占据的榜首位置，主要是因为高通受累于智能手机行业的不景气，营收出现负增长， 而博通对手机业务的依赖相对较低。海思营收增速最快，达到34.3%，位列第五，相比2017 年的第7 名提升了2 名，海思的高速增长主要来自华为手机出货量大增。紫光集团 在2017 年排名第10，2018 年未进入排行榜前10。全球Fabless 模式主要公司简介如下:
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4.2.1技术端:开源架构有望对垄断形成冲击
在集成电路领域，芯片设计与制造以及封测环节有着非常显著的不同特征，主要体现在: (1)芯片设计企业需要直接面对下游极其丰富的多样化需求，这导致不同的企业的之 间的能力很难互通，例如英特尔在PC 处理器方面的实力很强也难以跨入通信基带芯片 领域(已经放弃研发5G 芯片研发)。制造和封测面对的是相对标准化的产品，技术实 力强的代工厂可以生产多种类型的芯片。
(2)芯片设计企业的核心资产主要是技术、专利和人才，一流的企业往往通过构建行 业标准、应用生态以及掌握垄断专利来形成竞争壁垒，具有非常明显的先发优势。芯片 设计行业的一个显著特点是不能仅仅看到芯片，还要看到与芯片配套的系统和应用软件。 以电脑处理器为例，在Windows 系统成为行业标准之后，能支持Windows 系统的X86 架 构的CPU 便成了行业唯一的选择，即使其他企业可以研发出性能更加强的CPU，但是由 于无法使用X86 架构专利从而无法支持Windows 系统，下游系统和应用软件厂商也不可 能专门为这款CPU 重新设计软件，因而会陷入无人愿意采用的情况。手机方面，在基于ARM 架构的安卓和IOS 系统占据绝对主导地位之后，其他架构的芯片就已经失去机会。
展望未来芯片设计行业的变化，对软件应用生态依赖性较低的芯片，如存储器，模拟芯 片等，未来的发展主要是在已有的基础上进行改良性的设计，从而实现更加好的性能。 对软件应用生态依赖性较高的芯片如CPU 上，在行业标准已经统一。应用生态已经非常 完善的PC 和手机领域，未来的技术路径基本上是沿着摩尔定律开发性能更加强、功耗 更加低的处理器。在移动设备市场上，虽然目前ARM 是主流，但是对于物联网等行业标 准尚未统一，且应用程序相对较少的领域而言，其他架构如RISC-V 和 MIPS 架构均有机 会凭借其廉价、性能等优势实现反超。
4.2.2供给端:中小IC 设计公司有望打破晶圆代工产能制约
随着芯片制造工艺的不断提升，投资规模越来越大，越来越多的芯片公司从IDM 模式转 向Fabless 模式。Fabless 模式可以使得芯片企业专注于设计，但是产能会受制于晶圆代 工厂。对于晶圆代工厂而言，从经济效益考虑出发，内部会有客户订单序列，优先安排 大客户的订单，甚至会专门为大客户专门开发工艺制程。而对于中小客户而言，订单序 列比较靠后，而且一般不会为中小客户专门开发一种新的工艺或者增加产能，这会使得 一些中小型的IC 设计公司在竞争中处于劣势。目前晶圆代工厂在生产模式上的创新(如 共享IDM 模式)以及我国未来新建晶圆厂的产能释放，有望极大缓解中小IC 设计公司的 产能制约。
共享IDM(CIDM)模式的提出有望打破中小型IC 设计公司的晶圆代工产能瓶颈。CIDM (Commune Integrated Device Manufacturer)模式，即创建共享共有式整合元件制造 公司，整合芯片设计、芯片工艺技术研发、芯片制造，芯片封装测试工艺。简单来说， 就是几家设计企业共同合作设立一个IC 制造厂，专门为这几家客户服务。在这一模式下， 过去Fabless 模式的IC 设计公司将拥有芯片制造厂的专属产能及技术支持，IC 制造厂有 了固定的客户，订单得到市场保障。通过这种模式几家IC 企业实现了资源共享、能力协 同、资金及风险分担。在技术方面，CIDM 一开始不需要像专业的Foundry 为了满足多样 化客户的需求提供多种工艺，只需要提供10-20 种工艺，制程在28-40nm 即可，这样可 以有比较大经济效益。
2018 年5 月国内第一家协同式集成电路制造(CIDM)项目正式开工建设，总投资约150 亿 元,其中一期总投资约78 亿元,项目建成后可以实现8 英寸芯片、12 英寸芯片、光掩膜版 等集成电路产品的量产。预计2019 年底一期可以投产。
此外，我国目前晶圆厂产能处于高速扩张期，也有望为中小IC 设计公司释放更多晶圆代 工产能。从全球范围来看，我国晶圆厂产能占比迅速提升，根据IC Insights 的数据， 截止2018 年底，大陆晶圆厂月产能236.1 万片约当8 英寸晶圆，约占全球比重12.5%， 位居第五，与2017 年的10.8%相比提升了1.7 个百分点，是当年全球增加最多的地区。
从2017-2020 年全球新建晶圆厂的分布情况来看，大陆的占比高达42%。按照SEMI 的数 据，预计到2020 年，大陆晶圆厂装机产能将达到每月400 万片(WPM)8 英寸晶圆，与2015 年的230 万片相比，年复合成长率(CAGR)为12%，成长速度远高过所有其他地区。大陆高 速增长的晶圆产能将为国内的IC 设计公司提供产能保障，有效缓解中小IC 设计公司的 产能焦虑。
4.2.3需求端:传统消费电子有望回暖，人工智能芯片百花齐放
IC 设计作为集成电路制造的上游，涉及电子产品的各种种类，其需求端的划分同样分为 消费电子、通信类、计算机、汽车电子等领域。从广义上来看，消费电子应该包含手机 和PC、平板，如果以这个角度来看，消费电子是构成集成电路下游应用的主要部分，占 比超过一半以上。
从消费电子的具体构成来看，手机、PC 是主要构成部分。PC 市场在经历了连续几年的 下跌后，2019 年有望迎来复苏，预计全球出货量微增0.3%，但是PC 市场的硬件创新短 期难以有较大突破，下游需求比较稳定，除了内存价格在2017-2018 年经历了暴涨之外， 大部分时间芯片价格基本保持平稳，预计未来几年PC 市场对于芯片设计的贡献与往年 变化不大。
手机里面包含处理器芯片、显示驱动芯片、基带通信芯片、触摸屏控制芯片、功率管理 芯片、电源管理芯片、存储芯片等。目前来看，手机市场已经处于存量市场，预计下一 轮换机潮将由5G 推动。5G 时代，智能手机ASP 有望持续提升，2018 年为325 美金，预 计2022 年可达412 美金，2018-2022 年CAGR=6%。5G 手机不仅要能满足5G 的需求，同 时要兼容2G、3G 和4G，有望带动基带通信芯片和射频前端芯片价值的提升。
在创新趋势减缓和全球经济增长放缓的背景下，2018 年智能手机的整体出货量出现下滑， 但是高端机的需求仍然旺盛。根据Counterpoint，2018 年在整体手机销量下滑3%的情况下，高端手机(400 美元+)的整体销量上扬了18%，而200 美元以下的手机则下滑 了接近10 个百分点。近年来层出不穷的硬件创新将成为手机厂商冲击高端领域的主要 手段，硬件创新将持续带动对于芯片设计的需求，主要体现在:摄像头越来越强大，图 像传感器的芯片的要求更加高，带动传感器芯片价值提升;处理器性能更加强大，功耗 更加低，内存更加大，带动芯片价值提升;屏下指纹识别方案开始流行，相比传统的指 纹识别，芯片价格会大幅提升，传统的指纹识别芯片价格不到1 美元，而光学和超声的 屏下指纹识别芯片价格分别在7 美元和13 美元左右，价格大幅提升。
除传统应用领域外，人工智能未来有望成为IC 芯片需求端的重要的拉动力。根据中国 信通院发布的《2017 年中国人工智能产业数据报告》显示，2017 年我国人工智能市场 规模达到216.9 亿元，同比增长52.8%，预计2018 年市场规模将达到339 亿元。据预测， 到2020 年，中国人工智能核心产业规模超过1500 亿元。
人工智能带来的变化和之前互联网、移动互联网等颠覆性技术创新发生的时候有很大的 不同点——硬件将占据超过50%。根据麦肯锡预测，未来10 年，人工智能和深度学习 将成为提升硅片需求的主要因素，2025 年，人工智能将推动半导体产业收入超过600 亿 美元，接近全球半导体销售的20%。
人工智能发展的三大要素为算法、数据和算力，其中算力对于人工智能的普及具有非常 关键的作用。从2012 年的AlexNet 到2018 年AlphaGo Zero，计算力提高了30 万倍。 根据OpenAI 最新的分析，近年来人工智能训练任务所需求的算力每3.43 个月就会翻 倍，这一数字大大超越了芯片产业长期存在的摩尔定律(每18 个月芯片的性能翻一倍)。 算力提高的关键在于芯片设计，传统的芯片架构已经难以支撑人工智能发展的需要，各 大企业纷纷推出人工智能专用芯片。根据Gartne 报告分析，AI 芯片在2017 年的市场规 模为48 亿美元，2020 年预计达到146 亿美元，年均复合增长率为45%。
当前主流人工智能芯片有三类:以GPU 为代表的通用芯片、以FPFA 为代表的半定制化 芯片和ASIC 定制化专用芯片。
(1) GPU: 早期曾用CPU 来做机器学习，由于GPU 在并行加速计算上相比CPU 速度 快很多，GPU 在人工智能的应用中开始占主导地位。深度学习算法分为训练和推 断两部分，在算法训练由于并行计算较多，GPU 运算非常高效。但在推断中，由 于需要对单项输入进行处理，GPU 并行计算的优势无法完全发挥。
(2) FPGA:FPGA 被称为半定制化芯片，并行计算能力同样很强，但是功耗远低于GPU 和CPU。它的一大特点是功能可以通过编程来修改，对于某个特定的任务，可以 通过编程重组电路，直接生成专用电路。与AISC 相比，它的一次性成本(光刻 掩模制作成本)远低于ASIC，缺点是量产成本很高。在芯片需求还未成规模、 深度学习算法暂未稳定， 需要不断迭代改进的情况下，利用FPGA 芯片具备可 重构的特性来实现半定制的人工智能芯片是最佳选择之一。
(3) AISC:AISC 是面向特定应用需求而定制的芯片。它的特点是只能用于某种特定 的用途，芯片的功能一旦流片后则无法更改，如果不能保证出货量其单颗成本 难以下降，若市场深度学习方向一旦改变，ASIC 前期投入将无法回收，市场风 向较大。但ASIC 作为专用芯片性能高于FPGA，如能实现高出货量，其单颗成本 可做到远低于FPGA 和GPU。
一般来说，通用性越强芯片，那么对应的性能以及功耗就越差。CPU 的通用性最强，几 乎任何算法都可以在CPU 上跑，但是性能和功耗也是最差的，现在已经很少用来做人工 智能的运算。GPU 由于在强大的并行计算能力以及完善的生态系统支持，现在处于主导 地位。FPGA 由于可以通过编程重组电路，在通用性和性能之间取得一个比较好的平衡， 但是较高的开发门槛以及量产成本阻碍了它的推广。AISC 虽然性能最高，但是市场风险 最高，适用于非常明确且不会变化的应用场景。
人工智能芯片的应用场景大体可分为云端和终端两类。在云端方面可分为推断和训练两 个层面，其中训练层面的市场规模占比较高。训练层面需要的数据量大、计算较多，目 前以GPU 为主。推断层面除了GPU 之外，FPGA 和AISC 也构成重要补充，FPGA 相比GPU 延迟低很多，在面向海量用户低延迟的推断方面有极大优势，这成为它在推断层面应用 普及的重要原因。AISC 大规模量产后性能和成本是最强的，目前主要是Google 的TPU 在做。
由于网络传输速度和带宽的限制，不能将所有的人工智能任务交给云端，需要将大量的 任务交给终端。目前主要的终端场景包括手机、ADAS 和机器视觉、VR 等。在手机方面， 目前应用场景主要是人脸解锁、拍照中的物体识别中应用。芯片环节由新的AI 架构设 计商和传统芯片厂商合作提供AI 芯片，集成环节引入了AI 算法提供商。目前主流的方 案是将专用的AI 处理器集成到Soc 上，AI 算法可以通过调用专门的AI 处理器实现AI 功能。例如，华为的麒麟970 和980 芯片上就是集成了寒武纪NPU 芯片作为专门处理AI 应用的单元，寒武纪的NPU 芯片可以归类为AISC 芯片。高通、苹果等也采用类似的方 案在Soc 集成了专门处理AI 应用的芯片。
在汽车领域，人工智能芯片的主要运用场景是在自动驾驶(ADAS)上。目前由于ADAS 商业化应用不成熟，算法仍处在不断迭代中，芯片选择主要还是以GPU 为主，英伟达、 高通等龙头企业均采用CPU+GPU 模式，而以地平线机器人则采用基于ASIC 架构(如BPU) 的芯片设计，并将其集成至ADAS 上。如果从长远来看，AISC 将有机会成为自动驾驶AI 芯片的主流。因为自动驾驶对芯片运算能力要求极高，并且需要极低的延迟，出于续航 考虑，还需要很低的功耗，并且要求能适应极端天气。在以上几个方面，AISC 对GPU 均有明显优势。如果等到自动驾驶汽车大规模量产，且算法稳定，AISC 有望取代GPU 占据主导地位。
从目前自动驾驶芯片的竞争格局来看，英伟达和Mobileye 处于领先优势，英伟达是传 统的芯片厂商切入自动驾驶，Mobileye是自动驾驶平台开发者进入芯片领域，两者代表 了切入自动驾驶领域的两类公司。英伟达的平台开放性强、性能较好，Mobileye的平台 能提供一体化的解决方案，比较封闭。
从整个人工智能芯片的竞争格局来看，目前全球GPU 市场基本被英伟达垄断，高性能的GPU 门槛极高，其他竞争者除了AMD 这种有多年丰富经验的之外，很难撼动英伟达的地位。FPGA 领域赛灵思和阿尔特拉通过交叉专利授权构筑的竞争壁垒使得外部竞争者难以追赶。传统CPU 厂商英特尔通过收购手段全面布局FPGA 和ASIC，一方面通过收购阿尔特拉进入FPGA 市场，另一方面通过收购无人驾驶企业Mobileye 和视觉处理器公司Movidius，布局无人 驾驶和计算机视觉。
总体看来，对于想要进入人工智能芯片的企业，AISC 会是未来的主战场。虽然目前AISC 芯片在人工智能中的应用还不是很广泛，但是随着未来算法的成熟已经具体应用场景的落 地，AISC 芯片量产成本低、性能高、功耗小的优势会逐渐凸显。另外，与GPU 和FPGA 相 比，AISC 的专利壁垒要小得多，而且设计一款AISC 芯片难度也远小于GPU 和FPGA。
目前已经有诸多企业通过AISC 的方式研发人工智能芯片，寒武纪的NPU、地平线的BPU 以及谷歌的TPU 都属于AISC 芯片。AISC 强调对于应用场景的深入理解，这是老牌的芯片 厂商所不具备的。
4.3 我国芯片设计行业情况
4.3.1我国IC 设计行业概况:行业规模持续高增长，消费电子与 通信为最大需求动力
从整体市场规模来看那，我国IC 设计产业销售规模增长迅速，2018 年销售规模2519亿 元，同比增长21.46%，过去几年一直保持20%以上的增速。从在全球中的占比来看，国 内IC 设计产业销售额全球IC 设计业比例从2012 年的12.9%提升到2017 年的31.5%，占 比有了较大幅度的提高。
从我国IC 设计产业产品销售额分领域分布来看，通信占比最大，2018 年实现销售额1047 亿元，同比增长16.3%，占比约40%，比年同期下降将近6 个百分点。在模拟的电路这块， 销售额占比仍然较低，2018 年实现销售额142 亿元，占比约5.5%，同比提升了2 个百分 点。
与国外发达国家相比，我国IC 设计产业起步较晚，与国外龙头存在较大的差距。近年来， 在国内企业的努力下，国内IC 设计产业在各个领域均取得了一系列的突破性的成果。
(1) 桌面和服务器CPU
在桌面CPU 方面，由于X86 架构存在专利问题，英特尔不对外授权，国内开发X86 架构 的CPU 难度极大,龙芯在开发CPU 的时候便选择了MIPS 架构。2017 年4 月，龙芯正式发 布了龙芯3A3000/3B3000、龙芯2K1000、龙芯1H 等产品，还和众多合作厂商发布了龙芯 笔记本电脑、龙芯服务器等一系列产品。其中龙芯3A3000 采用了中芯28 纳米FDSOI 工 艺制程，基于自主指令系统LoongISA 打造的GS464E 架构设计，是一枚64 位的四核处理 器。龙芯的微架构由中科院自主研发，为了兼容MIPS 指令集，2011 年龙芯就已购买了MIPS64 位架构授权。由于龙芯的CPU 不是X86 架构，目前无法兼容Windows 系统的应用， 主要还是运行Linux 系统。
国产X86 架构的代表着是上海兆芯，兆芯的X86 架构授权来自台湾威盛电子，台湾威盛 电子持有兆芯20%的股权，是除Intel、AMD 之外，唯一一家拥有X86 架构授权的公司。2017 年12 月28 日，兆芯正式发布了新一代KX-5000 系列芯片，这是兆芯第一款采用SoC 设计的高端通用CPU，是国内首款支持DDR4，且支持双通道DDR4 内存的国产通用CPU， 具有里程碑的意义。该款CPU 可以对标Intel 第六代i3 处理器，主机频率可以达到2GHz。
(2) 移动平台CPU
移动平台的CPU 基本上都是基于ARM 的架构，ARM 的架构可以通过付费来获得使用和修改 的权限。ARM 架构的CPU 中，手机用芯片由于对于性能和功耗控制要求高，研发成本非常 高，目前全球仅剩为数不多的几家公司可以具有设计手机CPU 的能力，华为旗下的海思 半导体是国内移动平台的CPU 的佼佼者。2009 年，华为发布了成立以来第一款智能手机 芯片K3v1，但是由于不成熟，未走向市场化。2012 年，华为发布了K3v2 芯片。这款芯 片采用了1.5GHz 主频四核Cortex-A9 架构，第一次将海思芯片用在自己的手机上。2018 年8 月31 日，华为发布了全球首款量产的7nm 手机芯片——麒麟980，980基于ARM Cortex-A76 CPU 架构进行开发，比骁龙845 性能领先37%，能耗降低32%。在GPU 上，麒 麟980 成为首款搭载最新的Mali-G76 GPU 架构的移动端芯片。
(3) 人工智能芯片
与通用芯片不同，人工智能芯片一般来说只需要满足特定的算法，设计难度相对较小， 而且一般不存在需要与主流的架构兼容问题，专利问题较少。目前来看，国内目前不论 是大型互联网公司如BAT 之类，还是传统的芯片公司如华为海思均有涉及人工智能芯片。
2018 年5 月3 日中国科学院在上海发布了我国第一款云端人工智能芯片——寒武纪MLU100。该款芯片可工作在平衡模式和高性能模式下，平衡模式下的等效理论峰值速度 达每秒128 万亿次定点运算，高性能模式下的等效理论峰值速度可达每秒166.4 万亿次 定点运算，而典型板级功耗仅为80 瓦，峰值功耗不超过110 瓦。
(4) 基带芯片
2019 年1 月，华为正式面向全球发布了5G 多模终端芯片——Balong 5000。Balong5000 体积小、集成度高，能够在单芯片内实现2G、3G、4G 和5G 多种网络制式，有效降低多 模间数据交换产生的时延和功耗，率先实现业界标杆的5G 峰值下载速率，在Sub-6GHz (低频频段，5G 的主用频段)频段实现4.6Gbps，在毫米波(高频频段，5G的扩展频段) 频段达6.5Gbps，是4G LTE 可体验速率的10 倍。Balong 5000 在全球率先支持SA(5G 独立组网)和NSA(5G 非独立组网，即5G 网络架构在LTE 上)组网方式，可以灵活应对5G 产业发展不同阶段下用户和运营商对硬件设备的通信能力要求。
2019 年2 月，紫光也发布了基于马卡鲁平台的首个5G 基带——春藤510，也是一款多模2/3/4/5G 芯片，同时支持NSA 及SA 组网，这是继续高通、华为、联发科、三星之后第五 款5G 多模基带芯片。该芯片采用12nm 制程工艺，主打中低端市场。
4.3.2我国IC 设计行业本土化情况:产品覆盖较为全面，高端领 域加速突破
从国内的IC 设计企业营收排名来看，海思受益于华为手机出货量增长，预计2018 年营 收将达到503 亿元，同比增长30%，稳居国内第一的位置。紫光展锐主要从事通讯基带芯 片的研发，2018 年收入110 亿元，与去年基本持平，排名第二。北京豪威是全球前三大 图像传感器供应商，2018年收入100 亿元，同比增长10.5%。中兴微电子是中兴通讯的 控股子公司，是全球少数能提供通信云、管、端全领域芯片的厂商。中兴微2018 年营收61 亿元，同比下降了近20%。华大半导体在新型显示方面的触控及OLED 芯片技术全球领 先。汇顶科技是安卓阵营全球指纹识别方案第一供应商。格科微的主要产品为CMOS 图像 传感器。紫光国微是国内领先的安全芯片供应商。兆易创新产品以MCU 和NAND 及NOR Falsh 闪存芯片为主。
总体来看，我国IC 设计企业的产品已经覆盖比较全面，涵盖手机Soc、基带芯片、指纹 识别以及银行安全芯片等，在一些细分领域也位居全球前列。例如指纹识别芯片方面汇 顶科技市占率全球领先，基带芯片方面华为和展讯是全球基带芯片实力领先的企业，图 像传感器芯片方面北京豪威(正在被韦尔股份收购)是全球第三大的供应商。
但是，在高端芯片领域，我国与芯片的占有率还非常低，和国际巨头差距明显。尤其在PC 和服务器的芯片领域，我国占有率基本为0，FPGA 以及存储器芯片方面目前也基本处 于有待突破的状态。
5.1 半导体制造行业基本情况
晶圆制造是指晶圆制造厂接受版图文件(GDSII 文件)，通过光刻、掺杂、溅射、刻蚀 等过程，将掩膜上的电路图形复制到晶圆基片上，从而在晶圆基片上形成电路的过程。 制造完成的晶圆再送往下游封装测试场进行封装和测试。
……
5.2 全球半导体制造产业情况
5.2.1 全球晶圆制造产业概况:规模平稳增长，产业聚集效应明显
据IC insights的全球晶圆产能报告指出，在经过2017 年增长7%之后，2018 年全球晶 圆产能将继续增长8%。其中，众多的DRAM 和3D NAND Flash 生产线导入是晶圆产能增加 的主要因素。然而，由于全球政经局势动荡与贸易战环境的影响，根据拓璞产业研究院 报告显示，2019 年第二季全球晶圆代工需求持续疲弱，各代工厂营收同比普遍下滑，预 估第二季全球晶圆代工总产值将较2018 年同期下滑约8%，下滑约154 亿美元。预计今年 全球晶圆代工产业将面临10 年来首次负成长，总产值较2018 年衰退近3%。而未来随着 汽车电子、高效运算、5G、AI 等应用领域的崛起，或将带来全球晶圆制造的再次复苏。
……
5.2.2技术端:晶圆代工技术节点不断接近摩尔定律极限
集成电路制造是一个在特定薄膜上制造特定图形的过程。其中的氧化、外延、掺杂、沉 积等工艺为薄膜制造工艺，光刻(曝光和刻蚀)工艺为图形制作工艺。曝光和刻蚀是集成 电路完成图形制作的最核心工艺，缩小加工尺寸首先要减小曝光光源的波长。
20 世纪70 年代中期以前，曝光光源为汞灯，汞灯是种多波长的光源，其波长范围为400 ~700m 1982 年，曝光光源改进为紫外光(UV) g 线(波长为436nm)和i 线(波长为365nm)。1994 年，曝光光源波长进入深紫外光领城(DUV),主要为准分子激光KrF (波长为248nm) 和ArF (波长为193nm)。
2003 年12 月，荷兰ASML 公司发布了全球首套商用浸没式光刻设备，将纯净水充满投影 物镜最后一个透镜的下表面与硅片之间，使得曝光光源的有效波长缩短，将193mm 光刻 延伸到32mm CMOS 技术节点。此外，利用双曝光/成像技术，将193nm 浸没式光刻技术扩 展到了10nm/7mm 技术节点。
工艺微缩是指随着工艺能力的提高，可以加工出更小尺度的器件，这也就意味着在相同 面积的芯片上可以集成更多的器件，是集成电路制造技术发展的最重要的特征之一。集 成电路中的有源区、栅、接触孔、金属互连线等关键部位的大小和间距等关键参数称为 特征尺寸，具备某系列特征尺寸的技术称为技术节点或技术代，如20 世纪的0.35um 技 术代或技术节点，21 世纪初的90nm 技术代，当前的14nn/10nm 技术代等。在工艺微缩过 程中，特征尺寸的缩小，要求薄膜厚度、pn 结深度等工艺参数也随之缩小，这就加大了 集成电路制造工艺的难度。1989 年，英特尔公司的80486 CPU 集成了约100 万个晶体管; 2015 年，甲骨文公司的SPARC M7 集成了100 亿个晶体管。过去50 多年的工艺微缩都是 遵循摩尔定律的。
截至2017 年，极紫外光刻机的成熟度尚不能满足大规模量产的需求，而继续采用浸没武 深紫外光刻技术必须将集成电路中的一层图形分割成三次甚至四次曝光，这就导致集成 电路微缩过程中的图形化难度大大提高。正是技术难度和成本的双重提升，导致了产业 发展相比摩尔定律的预测有所延缓。因此有人说摩尔定律即将或已经终结，从而使集成 电路产业的发展进人后摩尔时代。
业界对于未来后摩尔时代的技术发展，已分成延续摩尔定律( More Moore )和拓展摩尔 定律( More than Moore)两个方向。延续摩尔定律指的是工艺持续微缩，随之将引入新 的器件结构、新工艺、新材料，FinFET 有望被沿用至7nm 节点，5nm 以下的节点则可能 引入围栅纳米线或其他新型器件，而极紫外光刻机将在7nm/5nm 节点引入量产。拓展摩 尔定律所涵盖的技术较多，其中一部分是为满足特定需求而开发的差异化技术;另一部分 是为后摩尔时代准备的，如通过三维集成(3D Integration)和三维封装(3D Packaging) 技术，可在维持成本下降的前提下，进一步提高芯片的整体集成度和性能，而硅基光互 连及其他非硅基的新型技术也可能被应用到量产中。
2019 年4 月，台积电宣布率先完成5nm 的架构设计，基于EUV 极紫外微影(光刻)技术， 且已经进入试产阶段。除5nm 已顺利试产并计划明年量产外，量产一年后将再推出效能 及功耗表现更好的5+ nm。此外，台积电7+nm 将进入量产，并为华为海思生产研发代号 为Pheonix 的新款Kirin 985 手机芯片。台积电现阶段EUV 设备光源输出功率280W，预 计年底将提升至300W，明年再升至350W。光源输出功率提升也带动设备稼动时间比率， 由去年的70%提高至今年的85%，预计明年应可达到90%水平。
另一方面，第三代半导体在功率半导体领域制程技术也在不断突破。第三代半导体材料 主要是以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌、金刚石、氮化铝为代表的宽禁带(禁带宽 度> 2.3eV)的半导体材料。与第一代和第二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有 更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更大的电子饱和速度以及更高的抗 辐射能力，非常适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。从目前第三代半导体材 料及器件的研究来看，较为成熟的第三代半导体材料是SiC 和GaN，而ZnO、金刚石、氮 化铝等第三代半导体材料的研究尚属起步阶段。
5.2.3供给端:重资本开支与先进技术打造龙头企业护城河
根据IC insights 最新报告指出，2018 年全球晶圆代工厂商销售额710 亿美元，较2017 年的576 亿美元增长5%，全球晶圆代工厂商销售额连续五年年成长率高于5%。2013 年全 球晶圆代工厂商销售额为420 亿美元，2013 年至2018 年年均复合增长率为14.42%。其 中最近五年纯晶圆代工厂商销售额占整个晶圆制造市场的比例平均约为86%。
先进制程(≤28nm)量产对整个半导体产值至关重要，2018 年7nm 制程成熟量产，使得先进制程占比持续提升，2018 年先进制程营收占全球总营收46%。
由于先进产能扩张和技术研发需要投入巨额的资本开支，全球各晶圆代工厂商市场位势 基本由其最先进的量产制程节点所决定。目前，28nm 是传统制程和先进制程的分界点。 世界集成电路产业28nm 工艺节点成熟，14/10nm 制程已进入批量生产，Intel、三星和台 积电均宣布已经实现了10nm 芯片量产，并且准备继续投资建设7nm 和5nm 生产线，台积 电7nm 生产线2018 年上半年已经宣布量产。而国内28nm 工艺在2015 年实现量产，且仍 以28nm 以上为主。
半导体产业每更新一代技术尤其是先进技术均需重新购置设备，导致投资规模不断扩大。 在进入32nm 后，每个技术节点的投入成本大约是前一代技术的1.5~2 倍，且需要持续高 强度投资建设生产线才能形成有力的规模优势。此外，逆向扩张也是后发国家弯道超车 的必经之路，在近年手机、电脑等需求疲软导致全球半导体景气下行时，后发必要的持 续投资进行逆向扩张也能缩小与引领者的技术与规模差距。
先进制程持续演进，使得开发成本大幅增加，具备先进制程的厂商数量越来越少，2018 年具备28nm 以下先进制程技术的纯晶圆代工厂仅剩台积电、格芯、联华电子、中芯国际、 和舰芯片、华力微六家，14/16nm 以下厂商包括台积电、格芯、联华电子三家。三星于2017 年2 季度首秀了7nm EUV 制程，并于2018 年4 季度实现了量产;台积电也于2018 年2 季度试产了采用EUV 的第二代7nm 制程，并于2019 年1 季度量产。全球范围来看， 半导体先进制程的竞赛体现了资本和技术的双维度的角逐。
在下一代制程工艺上，联电已经放弃了12nm 以下的先进工艺，英特尔还挣扎在10nm 节 点，目前公布5nm 及3nm 计划的只有台积电和三星两家，其中台积电5nm 节点投资250 亿美元，而3nm 工艺也确定了投资计划，其投资规模约为6000 亿新台币，目前台南园区 的3nm 工厂已经通过了环评初审，预计最快2022 年底投产。在5nm 节点上，台积电将投 资250 亿美元发展5nm 工艺，预计2019 年试产，2020年量产。台积电在先进制程的研发 上持续高投资，主要针对5G、人工智能、自动驾驶等芯片制造市场。
……
5.2.5配套支持端:全球半导体制造的设备和材料产业情况
半导体制造的配套支持主要分为设备与材料两个方面，其中半导体制造设备包括硅片制 备设备、掩模制造设备、光刻设备、扩散及离子注入设备、薄膜生长设备、等离子体刻 蚀设备等。
据SEMI 报道，2018 年全球半导体设备销售总额为621 亿美元，同比增长9.7%，增幅较2017 年的37.3%大幅度下降27.6 个百分点。全球半导体设备市场销售规模在2016 年~2018 年平均复合增长率为6.06%，连续三年高涨的主要原因有:一是满足市场需求的存储器(DRAM、NANDFlash)扩大产能和新建产线，主要来自三星和海力士两大公司;二是扩大晶 圆代工业务，争取更多用户，获取更大效益，主要来自台积电、格芯和联电等;三是提 高晶圆线、封装线的技术和品质，主要来自英特尔、美光、台积电、三星、海力士等; 四是为追赶全球半导体产业先进水平的中国大陆企业的扩线建厂，主要是中芯国际、长 江存储、合肥长鑫、上海华力、 华虹无锡、青岛芯恩等;五是外资在中国大陆投资建线 扩产的厂商，主要是三星(西安)、格芯(成都)、福建晋华、合肥晶合、英特尔(大连)、 台积电(南京)淮德(淮安)等等，以上这些厂商很多都在2018 年至2020 年进入了设备安 装调试阶段。
据SEM 的预测报道，在2018 年全球半导体设备621 亿美元的销售额中，前工序晶圆加工 设备销售额为502 亿美元，同比增长10.2%;后工序封测设备销售额为94 亿美元，同比 增长15.1%，其中封装设备销售额40 亿美元，同比增长1.9%，测试设备销售额54 亿美 元，同比增长15.6%;其他设备(Fab 厂设备、光罩设备等)销售额近25 亿美元，同比 增长0.9%。
2018 年全球前15 家半导体设备厂商营收合计为670.66 亿美元，同比增长17.8%。在全 球15 家半导体设备商的排名中，日本厂商占了7 家，包括东京电子(TEL)、爱德万测试(Advanest)、大日本网屏(SCREEN)、日美电气(KokusalEiectric)、日立高科(Hitachi High Technology)日本大福(Daifuku 和佳能Canon)。美国厂商有4 家，包括应用材料(AMAT)、 泛林(LAM)、科天(KLA)和泰瑞达(Teradyne)。欧洲有2 家，为爱斯曼尔(ASML)和先进半 导体国际(ASM International)。韩国1 家，细美士(SEMES)。中国1家，先进半导体太 平洋科技(ASM Pacifc Technologies)。应用材料公司(AMAT)仍然占据全球半导体设备供 应商销售额第一的排名，但其2018 年销售业绩仅增长6.5%，低于全球前15 家半导体设 备供应商销售业绩的总体增速。
半导体材料方面，据SEMI 数据显示，2018 年半导体材料市场增长到519 亿美元，与2017 年的470 亿美元相比增长了10.6%，这主要归功于已完成投资的半导体工厂开始全面运营， 以及由于半导体工艺制程数量增加而导致材料消耗的增多。SEM 预计2019 年半导体材料 市场增速约为2%。
半导体材料主要用于前端(晶圆制造)和后端(封装)，其占比约为6:4。前端材料包括硅晶 圆、光掩模、光刻胶、光刻胶辅助材料、湿化学品、电子气体、溅射靶材料、化学机械 抛光(CMP)浆、研磨垫等。而后端材料包括引线框架和基板、陶瓷封装、封装树脂、键合 线和粘合剂等。从过去三年的半导体材料增长率来看，前端材料远高于后端材料，2016-2018 年的三年里，前端材料销售额分别增长了3%、13%、14%，后端材料销售额分 别增长了-4%、5%、3%。SEMI 分析指出，前端材料的增长归功于各种前端技术的积极使用， 如极紫外(EUV)曝光，原子层沉积(ALD)和等离子体化学气相沉积(PECVD)等。在晶圆制造 材料中，硅片及硅基材料占比最高，约占31%，其次依次为光掩模板14%，电子气体14%， 光刻胶及其配套试剂12%，CMP抛光材料7%，靶材3%，以及其他材料占13%。
5.3 我国半导体制造行业情况
5.3.1我国半导体制造行业概况:规模持续快速增长，先进产能加 速建设
芯片制造业是我国集成电路产业的核心基础。2017 年，我国芯片制造业在存储器需求旺 盛和国内8 英寸线、12 英寸线满产的拉动下,继续保持高速增长。2017 年，我国大陆芯 片制造业销售规模为1448.1 亿元，比上年增长28.5%;占我国集成电路产业链的比重为26%，与上年持平; 2011-2017 年均复合增长率为22. 35%，特别是近三年均以超过25% 的高速增长，增速在集成电路产业链中保持第一，增速超过 IC 设计业和封装测试业。
在国家和地方各级政府政策支持、以及国家“大基金”和各地投资基金的推动下，从2014 年下半年起在全国形成的晶圆生产线建设高潮，在2017 年仍是热火朝天。2017 年底，我 国大陆已经开工建设的12 英寸晶圆生产线达16 条，8 英寸晶圆生产线至少4 条;正在运 营的晶圆生产线有100 多条，其中12 英寸晶圆生产线共11 条，8 英寸晶圆生产线共21 条，6 英寸晶圆生产线共约50多条。
根据IC Insights 的统计数据，截至2016 年底我国大陆正在运营的8、12 英寸晶圆生产 线的合计产能约为185 万片/月(折合成8 英寸晶圆)，占同期全球晶圆总产能的10.8%。 预计2020 年我国大陆8、12 英寸晶圆生产线的合计产能约为405 万片/月(折合成8 英 寸晶圆)，占同期全球晶圆总产能的19%。
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5.3.2 我国半导体制造的本土化情况:制程水平仍在努力追赶国际 同行，第三代半导体有望加速缩短国际差距
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5.3.3 我国制造领域设备与材料的突破:领军企业触及先进制程， 整体国产化率仍待提升
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6. 半导体封测篇：略
7. 投资标的建议：略
8. 投资建议总结：略
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（报告来源：长城证券；分析师：邹兰兰、曲小溪、张如许、刘峰）
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