半导体及芯片产业行业分析
目录
目录 (1)
一、半导体市场概况和规模 (2)
二、上中下游产业链 (4)
三、半导体市场占有份额 (5)
四、半导体发展状况和我国的机会与挑战 (7)
通过和业内资深朋友探讨，以及行业研究报告查询整理，半导体行业的概况如下：
一、半导体市场概况和规模
半导体，是一种导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，按照功能来分（国际标准分类方式），主要包括集成电路（IC）、光电子器件（OT）、分立器件（DS）、传感器（Sensors）等四大类，在四类构成中，2018年全球集成电路的市场规模4016亿美元，仍保持在80%以上，出货量占比30%，因此，业内习惯把半导体行业称为集成电路行业，而芯片又是集成电路的载体，所以广义上又将芯片等同于集成电路。
集成电路承担着运算和存储功能，是电子设备中最重要的组成部分，其应用范围覆盖了军工、商用、民用等不同场景下的几乎所有电子设备，特别是在新一轮技术要素（5G、AI、IoT）扩散中将会缔造一个新的半导体产业周期。
2018年全球半导体市场销售额达到4687.78亿美元，同比增长13.7%，相比2017年的21.6%增长速度呈放缓趋势。2019年，全球半导体行业实现销售总收入4090亿美元，同比下降12.8%。
未来全球半导体市场的增长情况预测，2020年、2021年、2022年，全球半导体市场销售额分别为5280亿美元、5190亿美元、5390亿美元，分别增长2.5%、8.1%、-1.8%、3.8%，市场整体增速进一步放缓。
在全球半导体芯片总消费量中，数字芯片+模拟芯片+射频芯片是最重要的三类芯片，约占88%;光电芯片(用于光通信中的光模块)、传感器芯片及分立器件占余下的12%。
二、上中下游产业链
一个芯片的生产流程，包括上游的设计、设备、材料三个环节，中游的晶圆制造，下游的封装和测试等环节。
不同的环节，对技术、资金、人力资源的要求是不一样的。
比如上游的设计、设备、材料等环节，对技术要求更高；
中游的晶圆制造，前期对资金要求更高，后期随着存储密度的提升，对技术的要求也越来越高；
下游的封装测试，则主要是劳动密集型环节。
三、半导体市场占有份额
中国半导体行业发展面临的最大障碍是美国，美国拥有着全世界最发达和完整的半导体产业生态。
截止2019年10月份，美股市值130亿美元以上的工业四大行业（机械、汽车、航天军工、IT硬件）上市公司一共有75家。
其中，IT硬件行业以30家公司，占比高达40%排第一。
而在这30家公司里，10家是下游电脑、通信等领域的设备商，20家是上游半导体产业链的公司。
他们包括——
数字芯片：苹果（A 系列芯片）、英特尔、英伟达、IBM（超算芯片）、高通、AMD、赛灵思（数据中心芯片）、美光、西部数据（收购闪迪）；
模拟芯片：德州仪器、博通、亚德诺、微芯科技、美信半导体、思佳讯半导体；
设备：应用材料（综合设备）、拉姆研究半导体（晶圆设备）、科磊半导体（检
测设备）；
软件：新思科技（IC设计软件）、卡得斯（IC设计软件）。
一共有苹果、英特尔、英伟达、IBM、高通、德州仪器、博通，7家千亿美元级别的顶尖公司
在美国的各大行业中，拥有如此多千亿美元级别公司的，只有软件互联网、半导体和医药三个行业。
美国半导体行业的强大毋庸置疑，那么除了美国之外，其他国家的情况又如何呢？
实际上，在欧洲、日本、韩国、台湾等地，同样有着规模不小的半导体产业，我们再看一下：
欧洲——
设备领域：ASML阿斯迈尔（荷兰飞利浦分拆），占据了80%的光刻机市场。
模拟芯片：恩智浦（荷兰飞利浦分拆）、英飞凌（德国西门子分拆）、意法半导体（法国汤姆逊分拆），占据了30%的模拟芯片市场。
日本——
存储和模拟芯片：东芝（已退出）、富士通（已退出）、NEC+日立+三菱=瑞萨、索尼（CMOS传感器）。
设备领域：尼康+佳能（光刻机，已没落）、东京电子（蚀刻设备）。
材料领域：信越化学（硅晶圆材料）、JSR（光刻胶）、JX（靶材）、日立化成、旭化成、住友化学等数十家公司，占据了50%的全球半导体材料市场。
韩国——
三星、SK海力士，占据了80%的存储芯片市场。
台湾——
台积电、日月光，占据了50%的晶圆制造和下游封测市场。
联发科是第二大独立手机芯片公司，稳懋是全球最大砷化镓化合物半导体公司……
四、半导体发展状况和我国的机会与挑战
第一代半导体元件，叫电子管。
第二代半导体元件：晶体管。
晶体管用固体材料封装，取代了玻璃，质量更稳定、体积更小、功能也更丰富。
这是20世纪最伟大的发明之一，由美国贝尔实验室的肖克利发明。其后来下海经商，培养了一帮徒弟，其中有两个创办了英特尔公司，一个创办了AMD公司，这便是硅谷的源头。
晶体管时代，有几个重点的分支要详细展开一下。
第一个分立器件。
分立器件，主要是功率半导体，在今天半导体产业链中的份额占比不大，只有5%左右，200亿美元的规模。
在这个领域，目前的四大龙头分别是欧洲的恩智浦、英飞凌、意法半导体，和日本的瑞萨电子。
第二个传感器件。
传感器件包括光敏、声敏、压敏、热敏、气敏、磁敏、湿敏、流体传感器等等。
这个领域的传统市场规模并不大，全球只有100亿美元左右，大约是功率半导体的一半。
不同传感器+微机械动力的结合，可以升级为MEMS传感器，即微机电系统，这可就厉害了！
你可知道，在无人驾驶汽车时代，一辆车想要获得安全的行驶，前提是什么？
除了芯片+操作系统，就是5G通信+传感器了，前者给车赋予了大脑，后者给车赋予了神经系统和感官系统。缺一不可。
燃油车升级到新能源车时代，最大的受益者是功率半导体，而从新能源车升级到无人驾驶时代，最大的受益者则是芯片和传感器。
汽车传感器这个领域，大部分的市场也是被前面说到的几个欧洲、日本厂商垄断，没办法，经过几十年的积累，技术太深厚了。
2016年，耐威科技7亿元收购了瑞典的Silex，这是全球排名第五的MEMS 晶圆代工企业，今年已经上升到行业第三。
目前我国最大的两家MEMS传感器公司，分别是电声领域的瑞声科技和歌尔股份。
第三个板块是光电器件。
光电器件又可以分成两类：光转电、电转光。
光转电：光伏电池、光纤光缆、CCD和CMOS（相机、摄像机）……
电转光：LED照明、平板显示、激光设备、红外遥感等……
试问最近十年，我国哪个板块的十倍股最多？毫无疑问就是光电器件了。从隆基股份到亨通光电、烽火通信、中天科技，从三安光电、利亚德、华灿光电到大族激光，十倍股简直是层出不穷！
为什么光电板块如此火热？
很重要的一点，来自最近20年的半导体材料革命。
最早的半导体材料，叫锗，不过由于自身的缺陷：储量少，生产成本高，化学特性活泼，质量不稳定。导致其并没有得到大规模的应用。
后来，硅被用到了半导体材料中，很快就成为了市场的主流。
直到今天，半导体器件和芯片市场上，95%以上的材料仍然用的是硅，硅几乎和芯片画上了等号。
那么，硅有没有缺点呢？
当然有，硅最大的问题，就是在光电转换、高频、高功率性能上的表现比较差。
于是最近20年，越来越多的化合物材料开始出现，比如砷化镓、氮化镓、碳化硅。
硅表现不佳的领域，化合物材料得以大显身手，在光电器件、功率器件、射频器件领域大放光彩，技术革命层出不穷。
举个简单的例子，砷化镓二极管可以发出红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。
可以说，整个LED产业都是建立在化合物材料基础之上的。
目前的光伏电池，晶硅材料是主流，主要的优势是低成本，但就光电转换效率而言，并不如建立在化合物材料基础上的薄膜电池；
可以说，过去的百年，是硅的时代，而未来的百年，有可能是化合物半导体的时代。
而在这个领域，最值得关注的公司是三安光电。
2014年5月，三安光电投资30亿元成立三安集成，主要从事化合物半导体集成电路业务，已布局完成6寸的砷化镓和氮化镓生产线。公司目前在全球拥有五大化合物半导体研发中心，拥有一千多件芯片专利积累。
2017年12月，三安光电投资333亿元的“泉州芯谷”项目启动，预计全部项目五年内投产，七年内满产，主要从事的就是化合物芯片、激光器、射频、滤波器、功率器件的设计和制造。
预计项目满产后，总营收规模将是当前的3倍。
正如我们讲到，半导体的核心材料是硅，在晶体管时代，越来越多的硅元器件被化合物材料取代了，但有一个领域，它或许永远也无法取代硅的核心位置。
这便是集成电路。
然，我们前面也说过，未来的量子计算机和量子通信技术是建立在化合物材料之上的，但因为后者的生产成本较高，有可能在数十年内都无法取代硅的地位，因此只能在高性能计算机、国防通信等不差钱的地方应用。
集成电路，英文缩写IC，简称芯片，就是把大量的晶体管压缩、集成到一块半导体晶片之上，然后封装而成。
第一代芯片，叫模拟芯片。
包括两类——
通用芯片（运算放大器、数据转换器、滤波器）；
专用芯片（信号处理芯片、射频芯片、电源管理芯片）……
这个行业的龙头是美国的德州仪器和博通，得益于二战以来，美国计算机和通信设备产业的庞大需求，积累深厚，我国在这块目前有亮点的种子选手不多，就不展开了。
第二代芯片，叫数字芯片。
又分成两大类：逻辑芯片和存储芯片。
先说逻辑芯片，这个行业在二战以来，巨头不断涌现，可以说是半导体革命的主流战场。
从大型计算机时代的IBM power系列芯片，个人计算机时代的英特尔、AMD，手机时代的苹果A系列、高通。
数字时代，计算能力的迭代演进是主旋律，技术门槛极高，也因此一直都被美帝占据着武林霸主的地位。
那么，中国有没有机会呢？
在传统芯片领域，技术已经成熟和完善，我国想追上，其实是很难的，几乎不存在机会。
但面向未来，人工智能时代即将来临，传统的技术架构已经陈旧，注定难以适应，新的机会其实非常多。
比如深度学习需要大量的数据训练，英伟达的GPU芯片得以广泛被应用，股价在过去3年暴涨了14倍。
另一家公司赛灵思，他的FPGA芯片被广泛用在数据中心上，在云计算的云端领域占到先机，股价3年翻倍。
还有一家以色列公司Mobileye，其芯片在智能驾驶辅助芯片上占有了90%的市场份额，2017年被英特尔以150亿美元收购，收购前同样是3年翻倍。
人工智能时代，最大的特点就是：数据是海量的，应用市场却是分散的，几乎每个应用领域都需要定制化的专用芯片。
这就涌现出了非常多的机会。
除了我们前面说到的一些美国的新兴公司，中国近几年也是层出不穷。
比如寒武纪的芯片架构，被集成到了华为海思芯片里，成为世界上第一款人工智能专用通讯芯片。
比如比特大陆，其区块链芯片技术垄断了这个行业80%的市场，独步全球。
比如独角兽创业公司地平线的无人驾驶芯片、云知声的语音识别芯片。
特别说一下，目前我国在人脸识别算法领域的几个独角兽公司，商汤、旷视、云从、依图，目前的估值都超过了150亿元，是世界上发展最快的人工智能创业公司中的几个。
由于我国政府的重视、资本的泛滥、和下游巨大的应用市场，在人工智能的芯片研发和算法上，中国AI行业龙头纷纷获得了超额估值，发展速度强劲，在金融、安防、手机、汽车等不同行业都极为繁荣。
相反，美国的科技行业由于被苹果、谷歌、亚马逊、微软、facebook五大巨头垄断，创业公司得到的资金扶持其实在减少，创新动能趋弱。
目前美国AI行业的创业公司，获得高估值的并不多，并且主要集中在无人驾驶汽车领域，以及相关的芯片、软件、零部件。
两国在业界上的地位，已经不分伯仲。
回到A股市场上，由于龙头AI公司普遍都还没有上市，因此值得关注的主要是一些垂直细分领域的公司，比如做智能音箱芯片的全志科技、做安防视频芯片的富瀚微、做指纹识别芯片的汇顶科技。
中兴通讯的芯片设计总监陈宁也感受到了这一波浪潮。2014年，他找到在美国佐治亚理工学院的校友田第鸿，共同创建了云天励飞，研发安防领域的AI芯片，很快，他们与华为和深圳龙岗区共同打造的安防项目“深目”上线，协助公
安破案、寻人。
地平线、云从科技、寒武纪、肇观电子等等，无数AI芯片企业在2015至2016年成立，分别向通用型AI芯片、AI视觉等领域发展，他们的创始人大多来自中科大、清华大学等高等学府，拥有着国内外知名企业的工作背景。
很少有一个风口，聚集了如此多的“高精尖”。
2018年，深鉴科技被美国的赛灵思收购，后者是深鉴科技的A轮投资方和芯片底层架构提供者。深鉴科技与云天励飞、寒武纪和地平线共同被称为“天寒地鉴”的中国AI芯片四小龙，因而，这一收购在行业内引起高度关注与讨论。
AI芯片概念发展数年来，基本被分成了两类，一类是用于云端服务器的芯片，一类是用于终端的AI芯片。
两者对比，云端芯片的门槛更高，无论是对半导体工艺、封装技术和配套软件都有很高要求，一旦成型，其他企业亦很难进入，可以形成竞争壁垒。同时，这个领域更为通用，前景更广，是让企业真正有希望成为“中国英伟达”的方向。
但云端芯片也需要更多的资金和生态支持，高门槛使得大多数创业公司几乎加入无望。尤其是在华为与阿里巴巴两大巨头下场，并先后推出云端芯片之后，如今，寒武纪几乎是唯一一家仍在坚持云端芯片方向的AI创业公司。
可这个方向同样困难重重。一位芯片从业者分析说，寒武纪的确拥有不错的研发技术能力，但是做云端服务器的条件是拥有生态资源。“比如你需要有数据库资源，要训练自己的芯片，这对于大厂是天然的，可是创业公司没有，要花巨资去购买。”
2017年、2018年和2019年，寒武纪招股书显示的亏损金额分别为3.8亿、4.1亿和11.8亿元。在财务方面，这不是一家表现良好的企业，除了亏损，在
2017年至2019年三年中，寒武纪经营活动产生的现金流量净额同样为负，并在2019年从千万元级别扩大至亿元级别。
高投入是芯片研发的特质，而在AI芯片这一细分领域上，显得尤为明显。根据亿欧智库调查，以28nm制程为例，国内AI芯片的开发费用约为2500万美元，AI协处理器开发费用约为800万美元。
芯片设计是一个漫长的过程，开发周期短则一年，长则两三年，这是一段几乎没有收入的时间，“烧钱”是所有企业的共性。
在招股书公布后，行业对于寒武纪未来的看法更加两极化，支持者强调着这家公司的技术能力与前景，而看衰者则着重考虑持续亏损、竞争力低于巨头等因素，对其充满疑虑。
与寒武纪相对，大多国内的AI芯片企业则集中在进入门槛较低的终端AI芯片方面，例如，云天励飞、肇观电子等企业，均以研发智能视觉芯片为主，也有一些企业在集中研究智能语音芯片。
另外一方面，由于自动驾驶等技术尚未实际落地，也限制了AI芯片产业的发展。“这是现在AI芯片企业落地难的一个重要原因，”蓝宝王这样理解，“因为在自动驾驶这样的场景下，对AI芯片的需求是很大的，等到场景爆发的那天，AI芯片还会迎来一波机会。”
根据全球市场洞察公司的最新报告显示，在2019年，AI芯片组市场规模约为80亿美元，预计到2026年，将增长至700亿美元。
但并非每家企业都有能力去瓜分这块蛋糕。
数字芯片的另一个领域，是存储芯片。
这是我们今天的重头戏，也是这一轮轰轰烈烈的中国半导体投资浪潮的主战
场。
为什么主战场会是在这里呢？
两个原因：一是强烈的需求，二是我国政府看到了机会
总结一下：
内存行业在半个世纪的演进过程中，市场格局天翻地覆。
日本通过进入时间早、资本投入大，在早期建立起了完整的内存产业生态；
韩国则通过资本补贴、打价格战的方式，在资本密集型的内存中下游市场上崛起，吃掉了日本公司的份额；
台湾则通过分工专业化，在芯片全产业链的各个环节上单点突破，尤其是晶圆制造、封测两个环节上崛起为行业龙头；
欧洲的ASML，在光刻机领域的崛起，同样是通过分工专业化实现的；
进入早，并通过高资本投入崛起，我国并不缺少案例，比如LED产业、光伏、光纤宽带、新能源汽车，都是如此；
当下的化合物半导体、人工智能芯片，也正在走着这条路；
而存储芯片产业，我国进入的时间显然不算早了，能够学习的路径只有两条：韩国的资本补贴战略和台湾的分工专业化战略。
对于这两条战略，稍有常识的都清楚，我国政府与企业正是此中高手。
2014年，“中国国家集成电路产业投资基金”成立，俗称大基金，募资金额超过1300亿元，正式拉开了我国半导体战略的冲锋号。
2017年，中国芯片进口2600亿美元，其中存储芯片进口总额886.17亿美元，占比三分之一，同比增长38.8%，是增速最快的部分。
其中，韩国产芯片的进口规模达463.48亿美元，同比大增51.3%，在总进口
中占52.3%。这里面，储存芯片的双龙头，韩国的三星和SK海力士成为最大的受益者。
2018年，中国存储芯片进口额达1230亿美元，同比猛增1188.9%，势头不减。
强劲的需求增长和国家安全考虑，让存储芯片成为我国半导体产业成长的主战场，其中闪存NAND FLASH又是关键。
我们看下面这个表：
注：晶圆厂条形图标注时间为投建开始时间与首次投产/量产
这是我国当下半导体产业的主要投资项目和规划。
可以看到，规模最庞大的是以下几个项目：紫光+长江存储、合肥长鑫、福建晋华、中芯国际。
其中——
中芯国际做的是纯晶圆代工，由于和台积电技术差距太大（中芯14纳米，台积电7纳米），长期来看只能跟着喝点汤；
福建晋华和台湾晶圆厂第二名的联电合作，进军技术门槛较低的消费电子内存产品，市场前景有限；
最值得关注的是长江存储和合肥长鑫两大项目。
先说合肥长鑫。
长鑫做的是手机内存产品，成长性不如长江存储进军的闪存业务。
不过，就市场格局而言，内存主要由三星、SK海力士、美光三家垄断，巨头们有很强烈的控价意愿，所以跌价风险较低，只要产能规模上来，技术差距不大，就有可能实现长期盈利。
长鑫的DRAM内存项目投资超过72亿美元（495亿人民币），分三期建设，整合了合肥政府、大基金、兆易创新等三方力量。
目标2019年三季度推出8Gb LPDDR4，到2019年年底，产能达到2万片一个月；2020年开始规划二厂建设；2021年完成17纳米技术研发。
进度顺利的话，19nm内存2020年12.5万片月产能满产，预计占全球内存产能8%，年产值50亿美元。
再说长江存储。
如果说长鑫只是地方队的话，长江存储则是真正的国家队，整合了大基金、紫光集团的力量。
论规模，长江存储预计投资240亿美元（1600 亿人民币），比长鑫项目大三倍，同样是分三期建设，包括武汉、南京、成都三座工厂；
论技术，长江存储实力最雄厚，拥有1000人的研发团队，未来将进一步扩大到2000人以上，每年的研发投入高达10亿美元。
进度也是最快的，目前已经发布了全新3D NAND架构Xtacking，将I/O速度提升到3Gbps（目前业界最先进的速度值是1.4Gbps）。
按照计划，长江存储将在2019年下半年量产64层128G产品，月产能2万片；
到2023年，长江存储的目标是实现64层3d闪存30万片月产能满产，年产值100亿美元以上，预计占全球闪存产值的20%以上，并在技术上发布128层256G 的业界最先进产品。
综合长江存储和合肥长鑫的投资计划，2020年是个关键时点。
之前，主要是工厂建设、设备采购、研发测试；之后，将进入到大规模量产和良率爬升、技术超越的阶段。
如果说，下游的晶圆厂投资是个苦生意，靠的是资金补贴+熬时间实现，是国家的强力意志体现；
那么，下游需求扩张推动下的上游需求——设备与材料，就是我们投资者的最大机会了。