廣州市定昌電子

大家來讀懂國產芯片實力和局勢,我們還沒有輸?

2018-05-16 13:57:26
由 定昌電子 發表

半導體是電子產品的核心,信息產業的基石。半導體行業因具有下游應用廣泛、生產技術工序多、產品種類多、技術更新換代快、投資高風險大等特點,產業鏈從集成化到垂直化分工越來越明確,并經歷了兩次空間上的產業轉移。全球半導體行業大致以4-6年為一個周期,景氣周期與宏觀經濟、下游應用需求以及自身產能庫存等因素密切相關。2017半導體產業市場規模突破4000億美元,存儲芯片是主要動力。

 

供需變化漲價蔓延,創新應用驅動景氣周期持續

半導體本輪漲價的根本原因為供需變化,并沿產業鏈傳導,漲價是否持續還是看供需,NAND隨著產能釋放價格有所降低,DRAM、硅片產能仍吃緊漲價有望持續。展望未來,隨著物聯網、區塊鏈、汽車電子、5G、AR/VR及AI等多項創新應用發展,半導體行業有望保持高景氣度。

 

提高自給率迫在眉睫,大國戰略推動產業發展

國內半導體市場接近全球的三分之一,但國內半導體自給率水平非常低,特別是核心芯片極度缺乏,國產占有率都幾乎為零。芯片關乎到國家安全,國產化迫在眉睫。2014年《國家集成電路產業發展推進綱要》將半導體產業新技術研發提升至國家戰略高度。大基金首期投資成果顯著,撬動了地方產業基金達5000億元,目前大基金二期募資已經啟動,募集金額將超過一期,推動國內半導體產業發展。

 

大陸設計制造封測崛起,材料設備重點突破

經過多年的發展,國內半導體生態逐漸建成,設計制造封測三業發展日趨均衡。設計業:雖然收購受限,但自主發展迅速,群雄并起,海思展訊進入全球前十。制造業:晶圓制造產業向大陸轉移,大陸12寸晶圓廠產能爆發。代工方面,雖然與國際巨頭相比,追趕仍需較長時間,但中芯國際28nm制程已突破,14nm加快研發中;存儲方面,長江存儲、晉華集成、合肥長鑫三大存儲項目穩步推進。封測業:國內封測三強進入第一梯隊,搶先布局先進封裝。設備:國產半導體設備銷售快速穩步增長,多種產品實現從無到有的突破,星星之火等待燎原。材料:國內廠商在小尺寸硅片、光刻膠、CMP材料、濺射靶材等領域已初有成效;大尺寸硅片國產化指日可待。

 

1、周期性波動向上,市場規模超4000億美元

1.1、半導體是電子產品的核心,信息產業的基石

從晶體管誕生,再到集成電路

計算機的基礎是1和0,有了1和0,就像數學有了10個數字,語言有了26個字母,人類基因有了AGCT,通過編碼和邏輯運算等便可以表示世間萬物。1946年的第一臺計算機是通過真空管實現了1和0,共使用了18800個真空管,大約是一間半的教室大,六只大象重。

 

通過在半導體材料里摻入不同元素,1947年在美國貝爾實驗室制造出全球第一個晶體管。晶體管同樣可以實現真空管的功能,且體積比電子管縮小了許多,用電子管做的有幾間屋子大的計算機,用晶體管已縮小為幾個機柜了。

 

把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起,制作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質基片上,然后封裝在一個管殼內,成為具有所需電路功能的微型結構,這便是集成電路,也叫做芯片和IC。集成電路中所有元件在結構上已組成一個整體,使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進了一大步。

 

集成電路發明者為杰克·基爾比(基于鍺(Ge)的集成電路)和羅伯特·諾伊思(基于硅(Si)的集成電路)。當今半導體工業大多數應用的是基于硅的集成電路。

 

 

 

1965年,戈登·摩爾(GordonMoore)預測未來一個芯片上的晶體管數量大約每18個月翻一倍(至今依然基本適用),這便是著名的摩爾定律誕生。1968年7月,羅伯特·諾伊斯和戈登·摩爾從仙童(Fairchild)半導體公司辭職,創立了一個新的企業,即英特爾公司,英文名Intel為“集成電子設備(integratedelectronics)”的縮寫。

 

電子產品的核心,信息產業的基石

以智能手機為例,諸如驍龍、麒麟、蘋果A系列CPU為微元件,手機基帶芯片和射頻芯片是邏輯IC;通常所說的2G或者4G運行內存RAM為DRAM,16G或者64G存儲空間為NANDflash;音視頻多媒體芯片為模擬IC。以上這些統統是屬于半導體的范疇。

 

 

半導體位于電子行業的中游,上游是電子材料和設備。半導體和被動元件以及模組器件通過集成電路板連接,構成了智能手機、PC等電子產品的核心部件,承擔信息的載體和傳輸功能,成為信息化社會的基石。


 

半導體主要分為集成電路和半導體分立器件。半導體分立器件包括半導體二極管、三極管等分立器件以及光電子器件和傳感器等。


 

集成電路可分為數字電路、模擬電路。一切的感知:圖像,聲音,觸感,溫度,濕度等等都可以歸到模擬世界當中。很自然的,工作內容與之相關的芯片被稱作模擬芯片。除此之外,一些我們無法感知,但客觀存在的模擬信號處理芯片,比如微波,電信號處理芯片等等,也被歸類到模擬范疇之中。比較經典的模擬電路有射頻芯片、指紋識別芯片以及電源管理芯片等。數字芯片包含微元件(CPU、GPU、MCU、DSP等),存儲器(DRAM、NANDFlash、NORFlash)和邏輯IC(手機基帶、以太網芯片等)。


1.2、集成電路工序多、種類多、換代快、投資大

簡單的講,電子制造產業包括:原材料砂子-硅片制造-晶圓制造-封裝測試-基板互聯-儀器設備組裝。集成電路產業鏈主要為設計、制造、封測以及上游的材料和設備。


 

集成電路產業主要有以下特征:制造工序多、產品種類多、技術換代快、投資大風險高。

 

生產工序多:核心產業鏈流程可以簡單描述為:IC設計公司根據下游戶(系統廠商)的需求設計芯片,然后交給晶圓代工廠進行制造,這些IC制造公司主要的任務就是把IC設計公司設計好的電路圖移植到硅晶圓制造公司制造好的晶圓上。完成后的晶圓再送往下游的IC封測廠,由封裝測試廠進行封裝測試,最后將性能良好的IC產品出售給系統廠商。

 

具體來說,可以細分為以下環節:

>IC設計:根據客戶要求設計芯片

IC設計可分成幾個步驟,依序為:規格制定→邏輯設計→電路布局→布局后模擬→光罩制作。規格制定:品牌廠或白牌廠的工程師和IC設計工程師接觸,提出要求;邏輯設計:IC設計工程師完成邏輯設計圖;電路布局:將邏輯設計圖轉化成電路圖;布局后模擬:經由軟件測試,看是否符合規格制定要求;光罩制作:將電路制作成一片片的光罩,完成后的光罩即送往IC制造公司。

 

>IC制造:將光罩上的電路圖轉移到晶圓上

IC制造的流程較為復雜,過程與傳統相片的制造過程有一定相似主要步驟包括:薄膜→光刻→顯影→蝕刻→光阻去除。薄膜制備:在晶圓片表面上生長數層材質不同,厚度不同的薄膜;光刻:將掩膜板上的圖形復制到硅片上。光刻的成本約為整個硅片制造工藝的1/3,耗費時間約占整個硅片工藝的40~60%;


 

IC封測:封裝和測試

封裝的流程大致如下:切割→黏貼→切割焊接→模封。切割:將IC制造公司生產的晶圓切割成長方形的IC;黏貼:把IC黏貼到PCB上;焊接:將IC的接腳焊接到PCB上,使其與PCB相容;模封:將接腳模封起來;

 

產品種類多。從技術復雜度和應用廣度來看,集成電路主要可以分為高端通用和專用集成電路兩大類。高端通用集成電路的技術復雜度高、標準統一、通用性強,具有量大面廣的特征。它主要包括處理器、存儲器,以及FPGA(現場可編程門陣列)、AD/DA(模數/數模轉換)等。專用集成電路是針對特定系統需求設計的集成電路,通用性不強。每種專用集成電路都屬于一類細分市場,例如,通信設備需要高頻大容量數據交換芯片等專用芯片;汽車電子需要輔助駕駛系統芯片、視覺傳感和圖像處理芯片,以及未來的無人駕駛芯片等。



技術更新換代快。根據摩爾定律: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。


 

芯片的制程就是用來表征集成電路尺寸的大小的一個參數,隨著摩爾定律發展,制程從0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、90納米、65納米、45納米、32納米、28納米、22納米、14納米,一直發展到現在的10納米、7納米、5納米。目前,28nm是傳統制程和先進制程的分界點。


以臺積電為例,晶圓制造的制程每隔幾年便會更新換代一次。近幾年來換代周期縮短,臺積電2017年10nm已經量產,7nm將于今年量產。蘋果iPhoneX用的便是臺積電10nm工藝。除了晶圓制造技術更新換代外,其下游的封測技術也不斷隨之發展。

 


除了制程,建設晶圓制造產線還需要事先確定一個參數,即所需用的硅片尺寸。硅片根據其直徑分為6寸(150mm)、8寸(200mm)、12寸(300mm)等類型,目前高端市場12寸為主流,中低端市場則一般采用8寸。晶圓制造產線的制程和硅片尺寸這兩個參數一旦確定下來一般無法更改,因為如果要改建,則投資規模相當于新建一條產線。


 

投資大風險高。根據《集成電路設計業的發展思路和政策建議》,通常情況下,一款28nm芯片設計的研發投入約1億元~2億元,14nm芯片約2億元~3億元,研發周期約1~2年。對比來看,集成電路設計門檻顯著高于互聯網產品研發門檻。互聯網創業企業的A輪融資金額多在幾百萬元量級,集成電路的設計成本要達到億元量級。但是,相比集成電路制造,設計的進入門檻又很低,一條28nm工藝集成電路生產線的投資額約50億美元,20nm工藝生產線高達100億美元。

 

集成電路設計存在技術和市場兩方面的不確定性。一是流片失敗的技術風險,即芯片樣品無法通過測試或達不到預期性能。對于產品線尚不豐富的初創設計企業,一顆芯片流片失敗就可能導致企業破產。二是市場風險,芯片雖然生產出來,但沒有猜對市場需求,銷量達不到盈虧平衡點。對于獨立的集成電路設計企業而言,市場風險比技術風險更大。對于依托整機系統企業的集成電路設計企業而言,芯片設計的需求相對明確,市場風險相對較小。

1.3、全球半導體產業轉移與產業鏈變遷

半導體行業因具有下游應用廣泛,生產技術工序多、產品種類多、技術更新換代快、投資高風險大等特點,疊加下游應用市場的不斷興起,半導體產業鏈從集成化到垂直化分工越來越明確,并經歷了兩次空間上的產業轉移。

 

1.起源,美國,垂直整合模式

1950s,半導體行業于起源于美國,主要由系統廠商主導。全球半導體產業的最初形態為垂直整合的運營模式,即企業內設有半導體產業所有的制造部門,僅用于滿足企業自身產品的需求。

 

2.家電,美國→日本,IDM模式

1970s,美國將裝配產業轉移到日本,半導體產業轉變為IDM(IntegratedDeviceManufacture,集成器件制造)模式,即負責從設計、制造到封裝測試所有的流程。與垂直整合模式不同,IDM企業的芯片產品是為了滿足其他系統廠商的需求。隨著家電產業與半導體產業相互促進發展,日本孵化了索尼、東芝等廠商。我國大部分分立器件生產企業也采用該類模式。

 

3.PC,美日→韓國、臺灣地區,代工模式

1990s,隨著PC興起,存儲產業從美國轉向日本后又開始轉向了韓國,孕育出三星、海力士等廠商。同時,臺灣積體電路公司成立后,開啟了晶圓代工(Foundry)模式,解決了要想設計芯片必須巨額投資晶圓制造產線的問題,拉開了垂直代工的序幕,無產線的設計公司(Fabless)紛紛成立,傳統IDM廠商英特爾、三星等紛紛加入晶圓代工行列,垂直分工模式逐漸成為主流,形成設計(Fabless)→制造(Foundry)→封測(OSAT)三大環節。

 


 

4.智能手機,全球--->中國大陸

2010s,隨著大陸智能手機品牌全球市場份額持續提升,催生了對半導體的強勁需求,加之國家對半導體行業的大力支持以及人才、技術、資本的產業環境不斷成熟,全球半導體產業醞釀第三次產業轉移,即向大陸轉移趨勢逐漸顯現。

 

人力成本是產業鏈變遷和轉移的重要動力

韓國和臺灣地區的集成電路產業均從代工開始,代工選擇的主要因素便是人力成本,當時韓國和臺灣地區的人力成本相比于日本低很多,封測業便開始從日本轉移到韓國、臺灣地區。同樣由于人力成本的優勢,在21世紀初,封測業已經向國內轉移,可以說已經完成了當年韓國、臺灣地區的發展初期階段。勞動力密集型的IC封測業最先轉移;而技術和資金密集型的IC制造業次之,轉移后會相差1-2代技術;知識密集型的IC設計一般很難轉移,技術差距顯著,需要靠自主發展。


1.4、4-6年周期性波動向上,突破4000億美元

4-6年為1個周期性波動向上

費城半導體指數(SOX)由費城交易所創立于1993年,有20家企業的股票被列入該指數,為全球半導體業景氣主要指標之一,其走勢與全球半導體銷售額的走勢基本相同。

 

根據世界半導體貿易統計組織(WSTS)數據披露,全球半導體銷售額于1994年突破1000億美元,2000年突破2000億美元,2010年將近3000億美元,預計2017年將會突破4000億美元,半導體產業規模不斷擴大,逐漸成為一個超級巨無霸的行業。


從全球半導體銷售額同比增速上看,全球半導體行業大致以4-6年為一個周期,景氣周期與宏觀經濟、下游應用需求以及自身產能庫存等因素密切相關。

 


2017突破4000億美元,存儲芯片是主要動力

據WSTS數據,2017年世界半導體市場規模為4086.91億美元,同比增長20.6%,首破4000億美元大關,創七年以來(2010年為年增31.8%)的新高。

 

其中,集成電路產品市場銷售額為3401.89億美元,同比增長22.9%,大出業界意料之外,占到全球半導體市場總值的83.2%的份額。存儲器電路(Memory)產品市場銷售額為1229.18億美元,同比增長60.1%,占到全球半導體市場總值的30.1%,超越歷年占比最大的邏輯電路(1014.13億美元),也印證了業界所謂的存儲器是集成電路產業的溫度計和風向標之說。

 

半導體分立器件(D-O-S)方面,市場為685.02億美元,同比增長10.1%,占到全球半導體市場總值的16.8%,主要得益于功率器件等推動分立器件(DS)市場銷售額同比增長10.7%以及MEMS、射頻器件、汽車電子、AI等推動傳感器市場(Sensors)銷售額同比增長15.9%。


 

據ICInsights報道,DRAM2017年平均售價(ASP)同比上漲77%,銷售總值達720億美元,同比增長74%;NANDFlash2017年平均售價(ASP)同比上漲38%,銷售總額達498億美元,同比增長44%,NORFlash為43億美元,導致全球存儲器總體市場上揚增長58%。如若扣除存儲器售價上揚的13%,則2017年全球半導體市場同比增長率僅為9%的水平。依靠DRAM和NAND閃存的出色表現,三星半導體在2017年第二季度超越英特爾,終結英特爾20多年雄踞半導體龍頭位置的記錄。


從區域上看,WSTS數據顯示北美(美國)地區市場銷售額為864.58億美元,同比增長31.9%,增幅提升36.6%,居全球首位,占到全球市場的21.2%的份額,起到較大的推動作用。其他地區(主要為中國)銷售額為2478.34億美元,同比增長18.9%,占到全球市場總值的60.6%。


 

半導體帶動上游設備創歷史新高。據SEMI預測,2017年半導體設備的銷售額為559億美元,比2016年增長35.6%。2018年,半導體設備的銷售額達到601億美元,比2017年增長7.5%。


 

2、供需變化漲價蔓延,創新應用驅動景氣周期持續

2.1、供需變化沿產業鏈傳導,漲價持續蔓延擴展

本輪漲價的根本原因為供需反轉,并沿產業鏈傳導,從存儲器中DRAM和NAND供不應求漲價導致上游12寸硅片供不應求漲價,12寸晶圓代工廠漲價,NOR漲價,12寸硅片不足用8寸硅片代替,導致8寸硅片漲價,8寸晶圓代工廠漲價,傳導下游電源管理IC、LCD/LED驅動IC、MCU、功率半導體MOSFET等漲價,漲價持續蔓延。此外,2017Q4加密幣挖礦芯片半路殺出搶12寸晶圓先進制程產能。


2.1.1、存儲器:供不應求漲價開始,是否持續還是看供需

存儲器主要包括DRAM、NANDFlash和NORFlash。其中DRAM約占存儲器市場53%,NANDFlash約占存儲器市場42%,而NORFlash僅占3%左右。DRAM即通常所說的運行內存,根據下游需求不同主要分為:標準型(PC)、服務器(Server)、移動式(mobile)、繪圖用(Graphic)和消費電子類(Consumer)。NANDFlash即通常所說的閃存,根據下游需求不同主要分為:存儲卡/UFD、SSD、嵌入式存儲和其他。


 

存儲器的漲價由供不應求開始,是否持續還得看供需。


DRAM

需求端:下游智能手機運行內存不斷從1G到2G、3G、4G升級導致移動式DRAM快速需求增長,同時APP應用市場快速發展導致服務器內存需求增長。

 

供給端:DRAM主要掌握在三星、海力士、美光等幾家手中,呈現寡頭壟斷格局,三星市占率約為45%。2016年Q3之前,DRAM價格一路走低,所有DRAM廠商都不敢貿然擴產。供不應求導致DRAM價格從2016年Q2/Q3開始一路飆升,DXI指數從6000點上漲到如今的30000點。DXI指數是集邦咨詢于2013年創建反映主流DRAM價格的指數。


 

展望2018年上半年,因DRAM三大廠產能計劃趨于保守,2018年新增投片量僅約5-7%,實質新產能開出將落于下半年,導致上半年供給仍然受限,整體市場仍然吃緊;SK海力士決議在無錫興建新廠,最快產能開出時間落在2019年,我們預計在2018年上半年服務器內存價格仍然會延續漲價的走勢。

 

2018Q1移動式內存價格可能會有較明顯影響。在大陸智能手機出貨疲弱的大環境影響下,雖然整體DRAM仍呈現供貨吃緊的狀態,但以三星為首率先調整對大陸智能手機廠商的報價,移動式內存的漲幅已較先前收斂,從原先的5%的季成長縮小為約3%。

 

NANDFlash

需求端:下游智能手機閃存存不斷從16G到32G、64G、128G甚至256G升級導致嵌入式存儲快速需求增長,同時隨著SSD在PC中滲透率提升導致SSD需求快速增長。

 

供給端:2016和2017年為NANDFlash從2D到3DNAND制程轉化年,產能存在逐漸釋放的過程,主要廠商有三星、東芝、美光和海力士,三星同樣是產業龍頭,市占率約為37%。

 

展望未來,智能手機銷售增速疲軟,2018年上半年NAND需求恐不如預期,隨著3D產能不斷開出,市況將轉變成供過于求,導致NANDFlash價格持續走跌的機率升高。

 

NORFlash

雖然NORFLASH市場份額較小,但是由于代碼可在芯片內執行,仍然常常用于存儲啟動代碼和設備驅動程序。需求端:隨著物聯網、智慧應用(智能家居、智慧城市、智能汽車)、無人機等廠商導入NORFlash作為儲存裝置和微控制器搭配開發,NORFlash需求持續增長。供給端:一方面由于DRAM和NAND搶食硅片產能,導致NORFlash用12寸硅片原材料供不應求漲價;另一方面,巨頭美光及Cypress紛紛宣布淡出,關停部分生產線等,產生供給缺口,導致價格上漲。

 

經過近幾年版圖大洗牌,目前旺宏成為產業龍頭,市占率約24%,CYPRESS(賽普拉斯)市場占有率約21%,美光科技市占率約20%,華邦電居第四位,大陸廠商兆易創新居第五,占有一席之地。從各家公司的產品分布上,最高端NORFLASH產品多由美光、賽普拉斯供應,應用領域以汽車電子居多;華邦、旺宏則以NORFLASH中端產品供應為主,應用領域以消費電子、通訊電子居多;而兆易創新提供的多為低端產品,主要應用在PC主板、機頂盒、路由器、安防監控產品等領域。

 

展望未來,隨著iPhoneX采用AMOLED,需要再搭配一顆NORFlash,預期AMOLED智能型手機市場滲透率持續上升,對NORFlash需求的成長空間頗大。近年蓬勃發展的物聯網IOT需要有記憶體搭載,以及車用系統也持續增加新的需求。兆易創新戰略入股中芯國際,將形成存儲器虛擬“IDM”合作模式,進一步加深雙方合作關系,有助于保障長期產能供應,深度受益于NORFlash景氣。

 

2.1.2、硅片:供需剪刀差形成,從12寸向8寸蔓延

硅片是半導體芯片制造最重要的基礎原材料,在晶圓制造材料成本中占比近30%,是份額最大的材料。

 

目前主流的硅片為300mm(12英寸)、200mm(8英寸)和150mm(6英寸),其中12英寸硅片份額在65-70%左右,8寸硅片占25-27%左右,6寸占6-7%左右。近年來12英寸硅片占比逐漸提升,6和8寸硅片的市場將被逐步擠壓,預計2020年二者合計占比由2014年的40%左右下降到2020年的30%左右,而更大尺寸450mm(18英寸)產能將在19年開始逐步投建。


 

硅片尺寸越大,單個硅片上可制造的芯片數量則越多,同時技術要求水平也越高。對于300mm硅片來說,其面積大約比200mm硅片多2.25倍,200mm硅片大概能生產出88塊芯片而300mm硅片則能生產出232塊芯片。更大直徑的硅片可以減少邊緣芯片,提高生產成品率;同時,在同一工藝過程中能一次性處理更多的芯片,設備的重復利用率提高了。

 

12英寸硅片主要用于高端產品,如CPUGPU等邏輯芯片和存儲芯片;8英寸主要用于中低端產品,如電源管理IC、LCDLED驅動IC、MCU、功率半導體MOSFE、汽車半導體等。


 

硅片供給屬于寡頭壟斷市場,目前全球硅晶圓廠商以日本、臺灣、德國等五大廠商為主,包括日本信越、日本三菱住友SUMCO、環球晶圓、德國Siltronic、韓國SKSiltronic,前五大供應商囊括約90%以上的市場份額。


 

硅片的下游客戶主要以三星、美光、SK海力士、東芝/WD為代表的存儲芯片制造商和以臺積電、格羅方德、聯電、力晶科技、中芯國際為代表的純晶圓代工業者。

 

需求端:過去十年來硅片需求穩定增長。2016與2007年相比,制造一顆IC面積減少了24%以上,2016年IC面積0.044平方英寸/顆,而2007年0.058平方英寸/顆,1年約減少2~3%。但來自終端需求成長,帶動硅片需求量平均每年成長5~7%,故整體硅片面積每年呈3~5%的成長。

 

供給端:擴產不及時。據DIGITIMES的數據,自2006年至2016年上半,半導體硅片產業歷經長達10年的供給過剩,大多數硅晶圓供貨商獲利不佳,使得近年來供給端的動作相當保守,供應商基本沒有擴充產能,2017年受到下游存儲器、ASIC、汽車半導體、功率半導體等需求驅動,硅片呈現供不應求的局面,供需反轉形成剪刀差,硅片廠去庫存,硅片價格逐漸上升,從12寸向8寸蔓延。


12寸硅片

需求端:ICinsights數據顯示全球營運中的12寸晶圓廠數量持續成長,2017年全球新增8座12寸晶圓廠開張,到2020年底,預期全球將再新增9座的12寸晶圓廠運營,讓全球應用于IC生產的12寸晶圓廠總數達到117座。而如果18寸(450mm)晶圓邁入量產,12寸晶圓廠的高峰數量可達到125座左右;而營運中8寸(200mm)量產晶圓廠的最高數量則是210座(在2015年12月為148座)。根據SUMCO的數據,2016下半年全球300mm硅片的需求已經達到520萬片/月,2017年和2018年全球300mm硅片的需求分別為550萬片/月和570萬片/月。預計未來三年300mm硅片需求將持續增加,2020年新增硅片月需求預計超過750萬片/月,較2017年增加200萬片/月以上,需求提升36%,從2017-2022年復合需求增速超過9.7%,值得注意的是,以上測算需求還沒有考慮部分中國客戶。


供給端:根據SEMI的預測,2017年和2018年300mm硅片的產能為525萬片/月和540萬片/月。由于2017年之前硅片供大于求,硅片產業虧多賺少,各大硅片廠擴產意愿低,所以全球硅片的產量增長緩慢。各大廠商以漲價和穩固市占率為主要策略,到目前為止僅有SUMCO預計在2019年上半年增加11萬片/月和Siltronic計劃到19年中期擴產7萬片/月。我們預計未來幾年12寸硅片的缺貨將是常態。

 

漲價:12寸硅片供不應求,缺貨成常態,硅片價格逐步上升,下游晶圓廠開始去庫存。信越半導體及SUMCO的12寸硅片簽約價已從2017年的75美元/片上漲至120美元/片,漲幅高達60%。未來幾年硅片供給仍然存在明顯缺口,我們預計漲價趨勢將持續,2018年12寸硅片將進一步漲價20%-30%左右。

 

8寸硅片

需求端:2017年上半年8寸晶圓廠整體的需求較平緩,隨著2017年第3季旺季需求顯現,預期隨著硅晶圓續漲,在LCD/LED驅動IC、微控制器(MCU)、電源管理IC(PMIC)、指紋辨識IC、CIS影響傳感器等投片需求持續增加。雖然LCD驅動IC、PMIC、指紋辨識IC等已出現轉向12寸廠投片情況,但多數上游IC設計廠基于成本及客制化的考慮,仍以在8寸廠投片為主。Sumco預計到2020年200mm硅片需求量將達574萬片/月,比2016年底的460萬片/月增加24.78%。

 

供給端:8寸晶圓制造設備產能持續降低,部份關鍵設備出現嚴重缺貨,二手8寸晶圓制造設備也是供不應求。在此情況下,晶圓代工短期廠很難大舉擴增8寸晶圓產能,8寸硅晶圓的擴產需到2018年-2019年才有產出,我們預計未來幾年8寸硅片也將處于供給緊張狀態。

 

漲價:2017年12英寸硅晶圓供不應求且價格逐季調漲,8英寸硅晶圓價格也在2017年下半年跟漲,累計漲幅約10%。在投片需求持續增加,但擴產有限下,預期2018年上半年8寸晶圓廠產能整體產能仍吃緊。根據ESM報道,預期隨著硅晶圓續漲價,預計2018年第1季8寸晶圓代工價格將會調漲5~10%。

 

2.1.3、8寸晶圓產品:產品漲價蔓延

8寸硅晶圓短缺以及晶圓廠產能緊缺的影響逐漸向市場滲透,而電源IC、MCU、指紋IC、LED/LCD驅動芯片、MOSFET等皆為8寸產線。

 

根據國際電子商情報道,多家國內外原廠發布了自2018年1月1日起漲價的通知,主要集中在MOSFET、電源IC、LCD驅動IC等產品,有的漲幅達到了15%-20%。國內廠商,富滿電子、華冠半導體、芯電元、芯茂微電子、裕芯電子、南京微盟等對電源IC、LED驅動IC、MOSFET等產品進行了調價,其中MOSFET漲幅較大。國際分立器件與被動元器件廠商Vishay決定自2018年1月2日起對新訂單漲價,未發貨訂單價格也將于3月1日起調整。

 

MOSFET:延長交期

根據富昌電子2017年Q4的市場分析報告指出,低壓MOSFET產品,英飛凌、Diodes,飛兆(安森美)、安森美、安世,ST,Vishay的交期均在延長,交期在16-30周區間。英飛凌交期16-24周,汽車器件交貨時間為24+周。安世半導體交期20-26周,汽車器件產能限制。Vishay/Siliconix從5&6英寸晶圓廠轉型成8英寸晶圓廠,貨期也有改進。高壓MOSFET產品,除IXYS和MS交期穩定之外,英飛凌、飛兆/安森美、ST、羅姆、Vishay皆為交期延長。


MCU:恐將缺貨一整年

2017年12月,全球汽車電子芯片龍頭大廠NXP(恩智浦)宣布,從2018年第一季度開始,MCU、汽車電子等產品將會進入漲價通道,漲價幅度5%-10%不等。此外,自2017年以來,全球多家MCU廠商產品出貨交期皆自四個月延長至六個月,日本MCU廠更罕見拉長達九個月。2017年全球電子產品制造業營運大多相當紅火,連日本半導體廠也出現多年不見正成長榮景,帶動IC芯片等電子元件銷量走升。預估后市于全球汽車電子、物聯網應用需求不斷爆發、持續成長,矽晶圓廠產能滿載下,2018年全球MCU市場,恐將一整年持續面臨供應短缺局面。

 

LCD驅動IC:漲價or缺貨

根據WitsView預測,一方面,由于晶圓代工廠提高8英寸廠的IC代工費用,IC設計公司第一季可能跟著被迫向面板廠提高IC報價5~10%,以反映成本上升的壓力。另一方面,隨著物聯網、車用電子以及智慧家居等需求興起,帶動電源管理與微控制器等芯片用量攀升,已經開始擠壓8英寸晶圓廠LCD驅動IC的投片量。

 

近年來因面板廠的削價競爭,驅動IC價格大幅滑落,早已成為晶圓代工廠心中低毛利產品的代名詞,當利潤更佳的電源管理芯片或是微控制器的需求崛起,也剛好給了晶圓代工廠一個絕佳的調整機會,預估截至2018年第一季,晶圓代工廠驅動IC的投片量將下修約20%。中低端IT面板用驅動IC供應吃緊,驅動IC的交期普遍都拉長到10周以上,有可能連帶影響面板的供貨。

 

2.2、硅含量提升&創新應用驅動,半導體景氣周期持續

本輪半導體景氣周期以存儲器、硅片等漲價開始,受益于電子產品硅含量提升和下游創新應用需求推動,我們認為半導體行業有望得到長效發展。

 

2.2.1、硅含量提升

按照ICInsights的預測,半導體所占電子信息產業的比例,將由2016年的25%提高到接近2017年的28.1%,將會有更多的元器件被半導體所取代或整合,或者更多的新功能新應用被新設備所采用,半導體對應電子產品的重要性越來越大,預計到2021年,半導體價值量在整機中的占比將上升到28.9%,提升空間廣闊。

 

以電動汽車為例,據strategyanalytics2015數據,傳統汽車的汽車電子成本大約在315美金,而插混汽車和純電動汽車的汽車電子含量增加超過一倍,插混汽車大約703美金,純電動汽車大約719美金。此外,汽車智能化還將進一步提高汽車電子的用量,從而推動半導體行業的發展。

2.2.2、創新應用驅動

根據SIA數據,2016全球半導體下游終端需求主要以通信類(含智能手機)占比為31.5%,PC/平板占比為29.5%,消費電子占比13.5%,汽車電子占比11.6%。

 

展望未來,半導體產業除了傳統3C及PC驅動外,物聯網、5G、AI、汽車電子、區塊鏈及AR/VR等多項創新應用將成為半導體行業長效發展的驅動力。


 

物聯網IOT:到2020年全球產業規模將達到2.93萬億美元

移動通訊商愛立信的數據顯示,2015-2021年期間,全球基于蜂窩物聯網和非蜂窩物聯網的物聯設備年復合增長率將分別達到27%、22%,增速約為傳統移動電話的7倍。

 

物聯網設備增長帶動全球市場快速增長。據ICInsights等機構研究,2016年全球具備聯網及感測功能的物聯網市場規模為700億美元,比上年增長21%。預計2017年全球物聯網市場規模將達到798億美元,增速為14%。2018年全球市場增速將達30%,規模有望超千億美元。

 

市場調研機構Gartner數據顯示,2017年全球物聯網市場規模將達到1.69萬億美元,較2016年增長22%。在新一輪技術革命和產業變革帶動下,預計物聯網產業發展將保持20%左右的增速,到2020年,全球物聯網產業規模將達到2.93萬億美元,年均復合增長率將達到20.3%。


5G:射頻芯片和濾波器價值提升

據中國信息通信研究院預測,5G商用部署后,至2025年中國的5G連接數將達到4.28億,占全球連接總數的39%。華為2018年搶先發布了首款3GPP標準的5G商用芯片和終端,2019年,華為將推出5G手機。5G時代頻段和載波聚合技術會增加射頻元件的使用數量,新技術提高了射頻部分元器件的設計難度,帶來元器件單機價值量提升。在半導體領域體現在射頻芯片和濾波器兩部分價值的提升。智能手機使用的RF前端模塊與組件市場于2016年產值為101億美元,到了2022年,預計將會成長至227億美元。

 

人工智能AI&區塊鏈:特殊應用芯片高速成長

人工智能芯片的發展路徑經歷了從通用走向專用,從CPU到GPU到FPGA再到ASIC。


《2016-2017中國物聯網發展年度報告》顯示2016年全球人工智能芯片市場規模達到23.88億美金,預計到2020年將達到146億美金,增長迅猛,發展空間巨大。

 

此外,以區塊鏈為底層技術的加密貨幣帶動挖礦芯片及其封裝市場的增長。據預測,2017年若以主流28納米流片的芯片數目來計算,2017年對應的芯片用量約為3.2億個挖礦芯片,2017年全年礦機芯片封裝市場約為9-11億元之間。展望2018,往后還將出現12納米制程以下的ASIC礦機芯片,根據DIGITIMES預估,2018年礦機芯片封測市場規模預估將成長至少四倍,逼近40億元人民幣以上。


以臺積電為例,在iPhoneX出貨量調降、中國對智能手機需求疲弱之際,加密貨幣相關業務或成為臺積電營收貢獻的及時雨,比特大陸2017年12月躍升為臺積電的最大大陸客戶。臺積電預期虛擬貨幣相關特殊應用芯片,和其他具備核心深度學習、高速運算的繪圖芯片等,將是臺積電2018成長最強的領域。根據Gartner預測,快速崛起的深度學習處理器到2022年將成長至160億美元市場規模。

 

汽車電子:電動化+智能化+網聯化推動汽車電子含量顯著提升

隨著全球能源、環境、交通安全等問題日漸突出和消費者對汽車的舒適、便利、娛樂等的要求越來越高,汽車向電動化、輕量化、智能化、聯網化發展。根據普華永道和思略特預測,從2025年開始,電動車將迅速發展;而到2028年,4/5級無人駕駛汽車將成為主流。

 


汽車電動化+智能化+網聯化趨勢下,汽車電子含量顯著提升,主要來自于兩方面:一是電動化帶來功率半導體、MCU、傳感器等增加;二是智能化和網聯化帶來車載攝像頭、雷達、芯片等增加。在智能化帶來的增量方面,自動駕駛級別每提升一級,傳感器的需求數量將相應的增加,到L4/L5級別,車輛全身傳感器將多達十幾個以上。

 

以特斯拉為例,Autopilot2.0傳感器包含12個超聲波傳感器,8個攝像頭以及1個雷達。未來5年,隨著汽車自動化級別的逐步提高,在雷達和攝像頭模塊的驅動下,ADAS/AD半導體市場將加速增長。英飛凌認為:2025年左右,L3自動駕駛車輛的單車半導體成本平均為580美元;2030年左右,L4/L5自動駕駛車輛的單車半導體成本平均為860美元。


 

據《中國汽車電子行業分析報告》數據顯示,2013年,我國汽車電子市場規模為3120億元,到2015年時,已增至3979億元,呈現逐年快速增長態勢。預計到2020年,我國汽車電子市場規模將達到7049億元。

 


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