【研報】半導體行業：從um級制造到nm級制造~半導體制造行業報告-20200628[61頁].pdf

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1、 行業行業報告報告 | 行業深度研究行業深度研究 1 半導體半導體 證券證券研究報告研究報告 2020 年年 06 月月 28 日日 投資投資評級評級 行業行業評級評級 強于大市(維持評級) 上次評級上次評級 強于大市 作者作者 潘暕潘暕 分析師 SAC 執業證書編號：S1110517070005 陳俊杰陳俊杰 分析師 SAC 執業證書編號：S1110517070009 資料來源：貝格數據 相關報告相關報告 1 半導體-行業研究周報:從 um 級制 造到 nm 級制造 2020-06-21 2 半導體-行業研究周報:中芯國際 A 股再融資，硬核資產回歸推動產業鏈上 下游關注度 2020-06-

2、08 3 半導體-行業研究周報:美光上調財 測指引;持續推薦設備/材料主線 2020-06-01 行業走勢圖行業走勢圖 從從 um 級制造到級制造到 nm 級制造級制造半導體制造行業報告半導體制造行業報告 半導體制造行業有三大壁壘：技術壁壘、資金壁壘、人才壁壘。半導體制造行業有三大壁壘：技術壁壘、資金壁壘、人才壁壘。 技術壁壘：技術壁壘：摩爾定律推動著半導體制程的發展，同時行業集中度提升，越摩爾定律推動著半導體制程的發展，同時行業集中度提升，越 先進的制程，能生產的先進的制程，能生產的公司公司越少，越少，10nm 以下制程只剩下英特爾、三星、臺以下制程只剩下英特爾、三星、臺 積電三積電三家公司

3、家公司。存儲芯片市場也受到擁有先進制程的三星、美光、海力士。存儲芯片市場也受到擁有先進制程的三星、美光、海力士 的瓜分。的瓜分。在制程發展中，需要解決功耗、頻率、散熱、尺寸等問題。成熟制 程有 HKMG 工藝和 poly/SiON 工藝，先進制程有 FinFET 和 FD-SOI 工藝， 且 7nm 以下工藝需要使用 EUV 光刻機。 資金壁壘：資金壁壘：半導體制造行業是資本密集型行業，半導體制造廠商需要持續半導體制造行業是資本密集型行業，半導體制造廠商需要持續 不斷投入工藝制程和產品結構的研發。不斷投入工藝制程和產品結構的研發。自 1990 年代以來，半導體行業在研 發強度方面一直領先于所有

4、其他主要工業領域， 每年用于研發的支出平均約 占總銷售額的 15%。 IBS 的數據顯示： 28nm 體硅器件的設計成本大致在 0.51 億美元，7nm 芯片需要 2.98 億美元，5nm 則需要 5.42 億美元，成本增速越 來越快。廠商的資本支出與其晶圓產能成正向關系廠商的資本支出與其晶圓產能成正向關系。單看純晶圓代工廠， 臺積電、中芯國際、聯電、格芯資本支出均在代工廠前列，它們的晶圓產能 都進入了全球前十二名行列。 人才壁壘：人才壁壘：半導體制造行業是受研發和技術驅動的行業，對人才和技術極半導體制造行業是受研發和技術驅動的行業，對人才和技術極 為看重。為看重。 2018 年畢馬威曾聯合

5、SEMI 發布了一份問卷調查數據， 受訪者皆為 全球半導體的行業高管，其中有 64%的人認為人才風險是三大運營風險之 一。 中國集成電路產業人才白皮書(2018-2019 年版)預計中國 IC 制造行 業人才 2021 年需求達到 24.6 萬，比 2019 年多 10.2 萬，因此半導體行業成 為了國內引進人才最多的行業。 中芯國際引進梁孟松， 紫光集團旗下的長江 存儲，以及合肥長鑫的 DRAM 廠引進美光、SK 海力士等大廠的人才。 市場需求方面，半導體制造企業面向受到摩爾定律主導的市場和超越摩爾市場需求方面，半導體制造企業面向受到摩爾定律主導的市場和超越摩爾 定律的應用市場。定律的應用市

6、場。摩爾定律主導的市場是半導體市場的主戰場，主要包括 CPU、存儲、礦機等市場。超越摩爾定律的市場包括射頻、功率器件、傳感超越摩爾定律的市場包括射頻、功率器件、傳感 器等市場，而這些市場專業度更高，需要綜合考慮性能、集成度和成本。器等市場，而這些市場專業度更高，需要綜合考慮性能、集成度和成本。 根據 Yole 統計，2017 年超越摩爾的應用領域對晶圓需求為 4500 萬片（8 英寸當量） ，預計到 2023 年需求會增長到 6600 萬片，CAGR 10%。5G、IoT、 車用半導體、車用半導體、AI 等新興領域給這等新興領域給這兩個兩個市場注入了新的發展動力，這也是近市場注入了新的發展動力

7、，這也是近 年來半導體領域應用的主線。年來半導體領域應用的主線。 中國半導體產業正處于產業升級的關鍵階段，國內半導體制造公司崛起迎中國半導體產業正處于產業升級的關鍵階段，國內半導體制造公司崛起迎 來機遇。來機遇。 從國內半導體設計制造封測銷售額看， 半導體制造銷售量在三者一 直是最低者。1.先進制程需要大量的工藝研發和資本投入，能負擔大額成本 投入的晶圓廠越來越少，摩爾定律放緩給國內制造企業提供了趕超的機會摩爾定律放緩給國內制造企業提供了趕超的機會。 2.下游應用細分化也是國內半導體制造企業的一大機會。下游應用細分化也是國內半導體制造企業的一大機會。 對于中低端 MCU、 電源管理芯片等技術壁

8、壘不高的細分市場，芯片專用化、性價比是重點。國 內企業可以在這些市場找到突破口，積極布局滲透市場。3. 終端品牌的國終端品牌的國 產化給上游供應鏈帶來發展機會，終端需求向上產化給上游供應鏈帶來發展機會，終端需求向上傳導傳導可以帶動整個供應鏈可以帶動整個供應鏈 的國產化。的國產化。5G 帶動了“華為產業鏈”的發展，進入華為產業鏈的中芯國際 也將在產業鏈的影響下有所收益。4.根據“中國制造 2025”重點領域技術 路線圖對 IC 制造產業的規劃，國產半導體制造產業的發展將圍繞產能擴充國產半導體制造產業的發展將圍繞產能擴充 與先進制程同步推進。國家集成電路大基金與先進制程同步推進。國家集成電路大基金

9、的的投資投資扶持扶持半導體半導體制造企業制造企業的的 發展發展。 風險提示：風險提示：疫情發展的不確定性；中美貿易戰不確定性；疫情發展的不確定性；中美貿易戰不確定性；5G 發展不及預發展不及預 期；宏觀經濟下行從而下游需求疲軟期；宏觀經濟下行從而下游需求疲軟。 行業報告行業報告 | | 行業深度研究行業深度研究 2 內容目錄內容目錄 1. 半導體制造：半導體產業鏈中的王者半導體制造：半導體產業鏈中的王者. 6 2. 半導體制造行業三大核心問題半導體制造行業三大核心問題 . 6 2.1. 半導體制程發展之路：摩爾定律還能走多遠？ . 6 2.1.1. 成熟制程以 28nm 為代表 . 9 2.1

10、.2. 先進制程得先進制程者得天下 . 11 2.2. 晶圓尺寸 . 15 2.3. 晶圓產能 . 17 3. 半導體制造行業競爭邏輯半導體制造行業競爭邏輯 . 20 4. 制造行業長期成長邏輯制造行業長期成長邏輯/未來增量空間未來增量空間 . 23 4.1. 長期成長邏輯 . 23 4.2. 近年來的主線，5G、IoT、車用半導體、AI 提供大增量 . 31 5. 中國半導體制造業的機會在哪里？中國半導體制造業的機會在哪里？ . 35 6. 半導體制造廠商半導體制造廠商 . 37 6.1. 臺積電 . 37 6.2. 三星 . 41 6.3. 英特爾 . 44 6.4. 格羅方德 . 45

11、6.5. 聯電 . 48 6.6. 中芯國際 . 51 6.7. 華虹半導體 . 55 6.8. 晶圓代工企業估值對比 . 59 圖表目錄圖表目錄 圖 1：摩爾定律晶體管數量的發展 . 6 圖 2：DRAM 廠制程技術時程圖 . 7 圖 3：NAND 廠制程技術時程圖 . 7 圖 4：各制程節點的成本比較 . 8 圖 5：2015-2025 年半導體各制程需求 . 8 圖 6：28nm 與 40nm 制程的對比 . 9 圖 7：Poly/SiON 工藝與 HKMG 工藝圖 . 9 圖 8：Poly/SiON 工藝與 HKMG 比較 . 10 圖 9：poly/SiON vs. HKMG 性能與

12、成本比較 . 10 圖 10：各廠商導入 28nm 的時間 . 10 圖 11：光刻機在半導體各產品制程的應用 . 11 圖 12：3D FinFET、FD-SOI 和 2D palnnar 結構對比 . 12 圖 13： FinFET 和 FD-SOI 對比 . 13 圖 14：各廠先進制程發展圖 . 13 pOoRrPzRoOtMoOrOrPqOmP6M8Q9PsQmMsQqQjMqQsMeRmOzQbRpPxOxNtRoPuOnNuN 行業報告行業報告 | | 行業深度研究行業深度研究 3 圖 15：Intel、TSMC、Samsung 各制程晶體管密度對比 . 14 圖 16：7nm

13、以下先進制程市場份額 . 14 圖 17：晶圓代工廠每片晶圓營收對比 . 14 圖 18：晶圓尺寸發展歷史 . 15 圖 19：晶圓直徑與面積對比 . 15 圖 20：每個技術節點的晶圓每單位面積的生產成本 . 15 圖 21：全球不同尺寸半導體硅片出貨面積 . 16 圖 22：全球不同尺寸半導體硅片出貨面積占比 . 17 圖 23：硅晶圓尺寸與制程對應 . 17 圖 24：200mm 硅片產能趨勢 . 18 圖 25：300mm 硅片產能趨勢 . 18 圖 26：300mm 硅片的產能及需求 . 18 圖 27：根據制程節點分類的全球 200mm 當量硅片月產能 單位：百萬 . 18 圖 2

14、8：全球與中國大陸芯片制造產能擴張情況 . 20 圖 29：晶圓廠平均產能利用率 . 20 圖 30：臺積電與聯電人才資源分布 . 20 圖 31：各廠先進制程發展圖 . 21 圖 32：半導體研發支出年復合增長率 . 21 圖 33：臺積電、聯電、中芯國際研發支出 單位：億美元 . 22 圖 34：前五大半導體企業資本支出占比 . 22 圖 35：純晶圓代工廠的資本支出 單位：億美元 . 23 圖 36：半導體制造領域資本、技術、人才三者相互作用形成馬太效應 . 23 圖 37：半導體終端應用市場 . 26 圖 38：全球智能手機出貨量 . 26 圖 39：全球數據中心服務器市場 單位：億美

15、元 . 27 圖 40：邏輯器件營收變化及占比 . 27 圖 41：存儲器件營收變化及占比 . 28 圖 42：存儲市場細分營收變化 單位：億美元 . 28 圖 43：超越摩爾定律的器件對晶圓的需求量 . 29 圖 44：電源管理芯片營收按應用劃分 單位：百億美元 . 30 圖 45：CMOS 傳感器營收及增長 . 30 圖 46：MEMS 傳感器營收及增長 . 31 圖 47：全球 5G 連接及占總蜂窩連接份額 . 31 圖 48：2019 年全球 5G 芯片組應用市場 . 32 圖 49：全球 IoT 各細分市場終端連接點數量 單位：億個. 32 圖 50：汽車電子元件分布 . 33 圖

16、51：汽車各部分半導體收入 . 33 圖 52：汽車電子成本貢獻及每輛車半導體用量 . 34 圖 53：不同級別自動駕駛的傳感器數量 . 34 圖 54：全球 AI 芯片市場規模及增速 . 35 圖 55：國內半導體供需情況 . 35 行業報告行業報告 | | 行業深度研究行業深度研究 4 圖 56：中國半導體營收結構 單位：億元 . 36 圖 57：臺積電歷年營收及變化 . 37 圖 58：臺積電晶圓廠區 . 37 圖 59：臺積電晶圓 14 廠外觀 . 38 圖 60：臺積電 12 寸廠內觀 . 38 圖 61：2018 年臺積電各晶圓廠客戶及技術種類 . 38 圖 62：臺積電制程發展 . 39 圖 63：臺積電各制程營收占比 . 39 圖 64：28nm 及以下營收占比 . 39 圖 65：臺積電晶圓產能 12 寸當量 . 40 圖 66：臺積電研發支出及資本支出 . 40 圖 67：臺積電股價變化 單位：美元 . 40 圖 68：臺積電 PE-Band . 41 圖 69：臺積電 PB-Band . 41 圖 70：三星晶圓制造業務發展史 . 42 圖 71：晶圓制造業務營收 . 42 圖 72：2018 年三星晶圓制造營收與其他晶圓廠對比 . 42 圖 73：三星電子晶圓廠分布 . 42 圖 74：三星制程發展的技術支持 . 43 圖 75：三星制程發展路線圖 .