半导体行业深度报告（系列之一）：成长与迁移，全球半导体格局演变 28页

'目录一、三个维度观测全球半导体格局演变41、维度之一：从费半指数观测全球半导体格局42、维度之二：从IDM到fabless+foundry，产业结构持续细化63、维度之三：全球产业链三次迁移8二、国内半导体产业空间巨大，自主可控是长期趋势101、自给率仍偏低，中高端核心技术仍有较大差距102、国内技术逐渐突破，部分细分领域发展进程加快113、受益政策支持与资本助力，国内半导体有望取得长足发展17三、5G+AIOT是未来核心赛道，将驱动半导体产业新一轮爆发211、深度学习大幅提升AI芯片算力，是拉动半导体增长的重要引擎212、5GSoC迎来性能爆发增长，未来存量替换与增量终端并存233、多平台互通成主流趋势，物联网布局掀开半导体另一增长动力25四、风险提示271、中美贸易摩擦升级272、相关技术研发不及预期273、下游需求不及预期27 图表目录Figure1费城半导体指数至今走势及相关区间核心因素5Figure2费半指数成分股产业类型6Figure3费半指数成分股所对应的下游应用6Figure4半导体产业链垂直模式时间节点7Figure5半导体三种模式的优缺点8Figure6全球半导体的三次迁移9Figure7半导体产业转移和分工10Figure8国内半导体自给率10Figure9全球前15半导体公司的各自占比10Figure102019全球前15半导体公司收入预测及国内对标公司11Figure11国内芯片设计公司数量及增长12Figure12国内芯片设计销售收入及增长12Figure13国内前十IC设计公司营收及主要业务13Figure14全球晶圆代工各公司市场份额14Figure15全球芯片制造部分企业资本开支对比14Figure16全球刻蚀机市场份额14Figure17全球光刻机市场份额14Figure182018全球前15半导体设备公司排名及主营业务15Figure192018全球前15半导体设备公司排名及主营业务16Figure20先进封装技术发展历程16Figure21先进封装技术占比提升16Figure22国内集成电路销售额及增长速度18Figure23三大细分产业销售额18Figure24半导体进出口差额及变化情况18Figure25全球半导体销售区域分布18Figure26国家集成电路产业发展纲要19Figure272016年以来中央及地方对半导体产业支持政策数量19Figure28大基金一期投资分布19Figure29大基金一期投资额19Figure30大基金目前持有上市公司股权情况20Figure312025半导体产业规划目标21Figure32中国与全球半导体产业规模及占比21Figure33四种AI芯片架构的代表产品及特点22 Figure34GPU工作原理23 Figure35深鉴科技DPU基本参数23Figure36TPU的架构框图23Figure37TrueNorth芯片结构、功能、物理形态图23Figure38华为麒麟9905G参数提升24Figure392019年3-8月5G终端数量24Figure405G手机出货量预测24Figure41物联网终端及增长预测25Figure42物联网终端架构25Figure43物联网安全技术思路26Figure44全球科技巨头公司提前布局IOT产业26 一、三个维度观测全球半导体格局演变1、维度之一：从费半指数观测全球半导体格局费城半导体指数（SOX）的发展阶段反应了全球半导体的走势与兴衰更替。费半指数涵盖全球半导体设计、设备、制造、材料等方向，其走势可以是衡量全球半导体行业景气程度的主要指标。费城半导体指数发行于在1993年12月1日，是衡量半导体景气度的重要指标之一。从费半指数长期历史来看，简单的可以将其划分为三个大阶段。第一阶段，PC与互联网时代（1994-2009）：指数总体呈现周期大于成长的走势，有明显的上下周期性波动。指数最高在2000年达到1362的阶段性高点，但随着互联网泡沫的破灭，随后出现了大幅下滑。技术进步的驱动力来自笔记本电脑以及宽带网络技术，由于处于互联网初期阶段，尚未有较多的统治级公司出现，行业经历了快速的潮起潮落的过程。与此同时，培育诞生了诸多半导体龙头，如三星，Intel，德州仪器等。第二阶段，移动互联网时代（2009-2018）：经历08年全球经济危机后，行业回归长期成长。随着全球半导体产业的充分发展，以及通信技术的快速迭代，指数在这一阶段走出了近10年的长期增长，指数涨幅接近10倍。在这一阶段，主要的驱动力来自移动互联网通信技术的升级（4G），叠加智能手机市场的迅速扩大，全球半导体产值达到3000亿美元以上。在之前微软与英特尔形成的系统与芯片绑定的模式上，安卓与高通在移动端也形成了强大的联盟。芯片产业链中的设计、晶圆制造、晶圆代工、设备、材料等均出现了具有垄断性的公司。第三阶段，5G与AIOT时代（2018-）：目前在半导体产业链各环节中，整体竞争格局相对稳定，集中度普遍较偏高，随着摩尔定律的持续生效，龙头技术壁垒愈发难以被打破。在此阶段，费半指数也在持续创出新高，龙头公司景气度不减。目前处于移动互联网与下一时代的交汇期，当前5G与AI提供的增长动力已经显现，下游端可穿戴设备与物联网已有一定的增长趋势储备了足够的增长动能，叠加随数字货币、区块链等新技术对存储器的增量需求加大，全球半导体产值已突破4000亿元。未来随人工智能、物联网、区块链等技术应用进一步落地，半导体市场份额需求有望进一步增长提升。 Figure1费城半导体指数至今走势及相关区间核心因素资料来源：Wind资讯、世纪证券研究所费半成分股的选取标准为：1）、在纳斯达克股票市场、纽约证券交易所、纽约证券交易所或CBOE交易所上市;2）、主营业务被归类为设计、销售、制造和销售的半导体公司;3）、仍有至少1亿美元的最低市值;4）、在过去6个月中,每股至少可交易150万股。从费半指数成份股看，全球半导体的核心资产仍集中在美国。为了保证费半指数能密切跟踪半导体市场发展，成份股于每年9月进行评估，通过将符合标准的证券按照市值排名，将市值排列的前30名被成份股。其中：半导体设计厂商17家：高通、博通、英伟达、AMD、赛灵思、迈威科技等；半导体设备厂商5家：应用材料、拉姆研究、阿斯麦、卡伯特微电子、克里科技；半导体制造厂商2家：台积电，科天半导体；IDM厂商6家：英特尔、美光、德州仪器、恩智浦、Qorvo、Skyworks。从下游应用分布来看，以三星和高通为代表的厂商主要集中在手机和消费电 子，以英特尔，博通，AMD为代表的主要集中在PC和通信端。Figure2费半指数成分股产业类型公司代码公司名称产业类型公司代码公司名称产业类型ADI.O亚德诺(ANALOG)设计NVDA.O英伟达(NVIDIA)设计AMAT.O应用材料设备NXPI.O恩智浦半导体IDMASML.O阿斯麦设备ON.O安森美半导体设计AVGO.O博通(BROADCOM)设计QCOM.O高通公司(QUALCOMM)设计AMD.O超威半导体(AMD)设计QRVO.OQORVOIDMCCMP.O卡伯特微电子设备SWKS.O思佳讯解决方案(SKYWORKS)IDMCRUS.O凌云半导体设计TER.O泰瑞达设备INTC.O英特尔(INTEL)IDMTSM.N台积电制造LRCX.O拉姆研究(LAMRESEARCH)设备TXN.O德州仪器IDMMCHP.O微芯科技(MICROCHIPTECHNOLOGY)设计XLNX.O赛灵思(XILINX)设计MPWR.OMONOLITHICPOWERSYSTEMS设计ENTG.O英特格设计MRVL.O迈威尔科技设计KLAC.O科天半导体(KLACORP)制造CREE.O克里科技设备MKSI.OMKSINSTRUMENTS设计MU.O美光科技IDMSMTC.O先科电子设计MXIM.O美信集成产品设计SLAB.O芯科实验室设计资料来源：Wind资讯、世纪证券研究所Figure3费半指数成分股所对应的下游应用下游应用细分零部件半导体厂商下游应用细分零部件半导体厂商CPU高通、苹果、三星CPU英特尔、AMD数字基带高通、英特尔、三星DRAM三星、海力士、美光智能手机模拟基带高通、博通、三星PC显卡英伟达、AMD射频高通、英特尔、博通、电源管理德州仪器、意法半导体、瑞萨NAND三星、美光、海力士硬盘博通、德州仪器、Marvell机顶盒博通、恩智浦、英特尔以太网博通、英特尔、Marvell消费电子数字电视恩智浦、博通、三星通信无线网络博通、高通、英特尔、Marvell游戏英伟达、AMD、Marvell、高通电信博通、英飞凌、Microsemi资料来源：Wind资讯、世纪证券研究所2、维度之二：从IDM到fabless+foundry，产业结构持续细化 当前半导体产业链中经营模式主要有三种，fabless与foundry是IDM产业细分的演化产物。当今全球半导体产业有三种商业模式：IDM（IntegratedDeviceManufacture，集成器件制造）是传统的半导体模式，即从设计，到制造、封装测试以及投向消费市场一条龙全包的企业，称为IDM公司；Fabless模式专注半导体内部设计，是将制造过程剥离的结果，技术行业壁垒较相对最高，是芯片更新迭代的主要驱动力；Foundry模式专注于芯片的生产和制造，通常由精密制造产线支撑，而这种新模式出现的标志是1987年台湾积体电路公司（TSMC）的成立。Figure4半导体产业链垂直模式时间节点1950s1960s1970s1980s1990s2000s2010sIDMIDMIDMIDMIDMIDMIDM制造/材料制造/材料制造/材料制造/材料制造/材料制造/材料EDA软件EDA软件EDA软件EDA软件EDA软件FoundryFoundryFoundryFoundryFablessFablessFablessFabless封装测试封装测试封装测试IPIPIP资料来源：Semi大半导体产业网、世纪证券研究所三种者模式各有优势，未来产业链仍将持续细分。从费半指数成分股的角度来看，目前三种模式下呈现出设计公司占比高，IDM与foundry占比较少且集中度高的局面。从资本投入的角度看，芯片设计所投入的多为人力成本，固定成本较少，竞争门槛相对较低；而IDM与foundry均涉及芯片制造产线，固定资产投入是巨大的。随着分工进一步细化，近年Fablite也趋于流行。Fablite模式由IDM演变而来，是企业为了减少投资风险，轻资产化的一种策略，IDM企业将部分制造业务转为第三方代工，自身保留其余制造业务。目前全球半导体业中Fablite模式盛行，大多数的IDM几乎无一例外地执行这个策略。 Figure5半导体三种模式的优缺点主要模式IDMFablessFoundry半导体厂商基本从IDM起家，后因各环节资本属于相对轻资产模式，处于芯片行业的中游阶段。剥离了芯模式开支较大，从而细分出Fabless与Foundry。IDM将重资产的半导体制片设计的主要业务，负责进行晶圆代模式将芯片的设计、制造、封测集一身，涉及资工或封测。由于属于重资产且竞争激特点造剥离后，只进行芯片本投入巨大，且需要长期维持投入，目前存在企烈，目前集中度很高。主要成本集中的设计与销售。业较少，且实力强劲子在设备与材料各环节有比较强的协同作用，不会存在三个重要轻资产，更多初创企业相关制程领先的情况下，对上游芯片主要环节谈判制约的情况，内部的转换效率较高。有容易介入，主要费用为设计公司有更大的议价权。不要承担优点利于封闭生态的构建，有利于新技术的研发和实人力和研发费用，转型过多的产品设计损失。验，进展顺利有利于长期保持领先地位。较为灵活。长期产线投资规模较大，一旦出现技公司规模巨大，重资产投入巨大，人力成本极高，缺乏下游的协同优化，主要术落后会有较大的资产损失，生产过需要大量的管理费用，研发费用，资本回报率偏在流片过程中同样有缺点程中维护费用开支较大。对制造设备低。大量成本和风险和材料有较大的依赖。代表三星、英特尔华为、高通、博通台积电、中芯国际厂商资料来源：世纪证券研究所整理3、维度之三：全球产业链三次迁移半导体产业起步于上世纪50年代，在80年前后逐步形成市场规模。1947年贝尔实验室采用锗材料研制出了第一只点接触三极管，奠定了微电子工业的基础，以晶体管的发明为标志，IC产业诞生。60年代中期，仙童半导体将硅表面的氧化层做成绝缘薄膜，发展出扩散、掩膜、照相和光刻于一体的平面处理技术，并实现了集成电路的规模化生产。70年代“摩尔定律”得到同行业认可，相关产品性能快速翻倍。随着技术迅速提升，资本开支快速增加，垂直化分工是产业链转移的主要原因。半导体行业因具有下游应用广泛，生产技术工序多、产品种类多、技术更新换代快、投资高风险大等特点，叠加下游应用市场的不断兴起，半导体产业链从集成化到垂直化分工越来越明确，并经历了两次空间上的产业迁移。 Figure6全球半导体的三次迁移资料来源：Semi大半导体产业网、世纪证券研究所迁移路径由美国至日本再到韩国台湾，演化模式由垂直整合到系统化集成，再到垂直分工。起源美国:垂直整合模式1950s，主要由系统厂商主导。全球半导体产业的最初形态为垂直整合的运营模式，即企业内设有半导体产业所有的制造部门，仅用于满足企业自身产品的需求。转移日本：系统集成IDM模式1970s，美国将装配产业转移到日本，半导体产业转变为IDM（IntegratedDeviceManufacture，集成器件制造）模式，即负责从设计、制造到封装测试所有的流程。与垂直整合模式不同，IDM企业的芯片产品是为了满足其他系统厂商的需求。随着家电产业与半导体产业相互促进发展，日本孵化了索尼、东芝等厂商。我国大部分分立器件生产企业也采用该类模式。分工转移韩国、台湾地区，代工模式1990s。随着PC兴起，存储产业从美国转向日本后又开始转向了韩国，孕育出三星、海力士等厂商。同时，台湾积体电路公司成立后，开启了晶圆代工（Foundry）模式，解决了要想设计芯片必须巨额投资晶圆制造产线的问题，拉开了垂直代工的序幕，无产线的设计公司（Fabless）纷纷成立，传统IDM厂商英特尔、三星等纷纷加入晶圆代工行列，垂直分工模式逐渐成为主流，形成设计（Fabless）、制造（Foundry）、封测（OSAT）三大环节。 Figure7半导体产业转移和分工资料来源：《集成电路产业回眸50年》、世纪证券研究所二、国内半导体产业空间巨大，自主可控是长期趋势1、自给率仍偏低，中高端核心技术仍有较大差距中高端自给率偏低，全球排名中缺乏中国公司身影。贸易摩擦核心在于半导体技术，自主可控是唯一可行路径。大陆半导体市场在庞大产业需求缺口刺激下产业投资和产出均表现快速增长，但核心技术仍需要长期积累。ICinsights数据显示2019年上半年全球15大半导体公司全部为欧美、日韩和台湾公司，中国大陆没有公司入围。大陆作为全球最大市场却没有巨头公司，表明大陆半导体产业进口替代空间巨大，同时也面临很大的挑战，行业落后是不争的事实。Figure8国内半导体自给率Figure9全球前15半导体公司的各自占比16三星,22.00%1412108642台积电,9.00%0英特尔,18.00%SK海力士,10.00%2010201120122013201420152016201720182019E2020E自给率（%）三星英特尔SK海力士台积电美光博通高通东芝德州仪器英伟达西部数据英飞凌恩智浦意法联发科资料来源：ICinsights、世纪证券研究所资料来源：ICinsights、世纪证券研究所 从19年排名来看，海思的排名不断提升，从整体水平来看，国内公司尚未形成竞争力。从全球领先企业格局来看，从事存储和逻辑电路的企业相对靠前，与半导体细分行业市场规模匹配。存储以三星、SK海力士、美光为代表，逻辑电路以Intel、博通、高通为代表，晶圆代工以台积电为代表。在这15家半导体厂商中，包括5家美国公司，3家欧洲，3家韩国，2家日本，以及两家中国台湾地区的厂商。这些厂商中，有10家是IDM，4家Fabless，1家晶圆代工厂。Figure102019全球前15半导体公司收入预测及国内对标公司排名公司国家2019E（百万美元）对标国内公司1Intel美国69832华为、海思、士兰微，北京君正2Samsung韩国55610华为、海思、士兰微，北京君正3TSMC台湾34503中芯国际4SKHynix韩国22886兆易创新，长江存储，合肥长鑫5Micon韩国19960兆易创新，长江存储，合肥长鑫6Broadcom美国17706华为（部分业务）7Qualcomm美国14300华为（部分业务）8TI美国13547士兰微，圣邦股份，全志科技9Toshiba日本11276长江存储，合肥长鑫10Nvidia美国10514景嘉微11Sony日本9552韦尔股份，晶方科技12ST欧洲9456韦尔股份13Infineon欧洲8946士兰微，圣邦股份，全志科技14NXP欧洲8857士兰微，圣邦股份，全志科技15MediaTek台湾7948华为、海思资料来源：ICinsights、世纪证券研究所总体而言，ICinsights预计2019年排名前15位的半导体公司的销售额将比2018年下降15％，比预期的全球半导体行业总销售额下降13％低2个百分点。其中营收波动最大的为SK海力士，2018年营收同比增长了41%，为去年15家中最高，2019年预计同比下降38%。2、国内技术逐渐突破，部分细分领域发展进程加快（1）IC设计有望率先突破，未来面临两大制约因素IC设计少数企业形成突破，有望率先走向一线舞台。我们认为IC设计有望 率先崭露头角，主要原因有：1、IC设计固定资产投资门槛相对较低，以人力成本降低；2、国内工程师红利凸显，设计人才充沛，人力成本降低；3、目前已有个别企业走向一线舞台，龙头标榜效应明显。根据相关上市公司财报披露，按照营收排名，华为海思目前已在芯片设计领域排名第五，2018年营收增速高达34.2%，在同行中排名第一。但总体来看，设计行业的核心技术仍然在美国，2018年美国占了全球IC设计份额的53%，中国占比为11%。目前大陆IC设计已具备赶超国际公司的能力，未来将涌入更多的公司。Figure11国内芯片设计公司数量及增长Figure12国内芯片设计销售收入及增长1,8001,6001,4001,2001,0008006004002000201020112012201320142015201620172018企业数量（家）增长率（%）100%80%60%40%20%0%-20%3,0002,5002,0001,5001,0005000芯片设计销售收入（亿元）增长率（%）120%100%80%60%40%20%0%资料来源：Wind资讯、世纪证券研究所资料来源：Wind资讯、世纪证券研究所“一大多小”是国内IC设计现状，EDA和底层架构是未来两大制约因素。国内IC设计企业从2015年起整体数量有了翻倍增长，呈现快速追赶态势，整体营收规模也有了快速增长。值得注意的是，在大部分芯片细分领域，自给率仍然很低，除去华为海思的营收规模超过500亿元外，其余公司收入最高为100亿元，总体概况为一大多小。在具体业务进行中，主要涉及两大核心关键技术受到国外的制约。EDA设计软件美国的三家公司（Synopsys、Cadence、Mentor）垄断了全球65%和国内96%以上的市场份额，目前国内仅有10家左右公司有相关业务，全球份额占比不足1%。底层架构方面目前主要分为两大阵营：一个是以intel、AMD为首的基于复杂指令集的架构X86架构，在个人PC端占绝对主导；另一个是以IBM、ARM为首的精简指令集ARM/MIPS/Power，在移动设备和物联网设备芯片中占绝对主导，其中在手机、汽车电子及IoT等领域中具备绝对的话语权，ARM架构芯片占手机市场份额约90%。 Figure13国内前十IC设计公司营收及主要业务排名公司20182017（亿元）（亿元）YoY主要业务1海思半导体5033870%系列芯片、巴龙系列基带芯片2紫光展锐110-0.5产品涵盖2G/3G/4G/5G移动通信芯片、物联网芯片、射频芯片、无110.50%线连接芯片、安全芯片、电视芯片等多个领域。3北京豪威10010.590.5专注于图像传感器领域，全球前三0%4中兴微电子61产品包括手机modem芯片、多媒体应用处理器、视频图像处理器、-19.76电源芯片、PA芯片、固网终端芯片70%、以太网互联芯片等5华大半导体6014.7产品包括银行卡等智能卡芯片、MCU、功率器件、模拟电路、FPGA、52.30%显示驱动芯片6汇顶科技37.21.10产品主要为指纹识别芯片，是安卓系统指纹识别芯片市占率最高的企36.8%业7北京硅成26.55.60主营各类型高性能DRAM、SRAM、FLASH存储芯片及模拟芯片的25.1%研发和销售8格科微26.339.218.9主要产品包括各类CMOS传感器以及LCD驱动0%9紫光国微24.634.4产品包括智能卡芯片、存储器芯片、安全自主FPGA、功率半导体器18.30%件、超稳晶体频率器件等10兆易创新22.510.820.3产品包括存储器芯片和MCU30.0产品包括应用于移动设备的麒麟系列芯片、昇腾系列AI芯片、鲲鹏0%资料来源：Wind资讯、世纪证券研究所（1）IC制造市场高度集中，设备与材料被国际先进企业垄断晶圆代工环节和所涉及到的设备材料集中度远高于IC设计，主要原因是制造过程中，涉及到巨大的固定资产投入，若技术无法做到全球领先，在投资周期内很可能无法盈利。晶圆代工方面，整个行业CR3接近80%，台积电占全球市场份额超50%，其次为三星、格芯，国内最大的晶圆代工厂为中芯国际，目前最高技术水平在12-14nm左右，今年随高端光刻机顺利投入产线，未来有望进一步提升技术水平。 Figure14全球晶圆代工各公司市场份额Figure15全球芯片制造部分企业资本开支对比30000中芯国际,5.34%三星,7.70%16.98%台积电,54.39%25000200001500010000联华电子,7.99%5000格罗方德,8.67%台积电格罗方德联华电子三星中芯国际其他0三星英特尔台积电中芯国际武汉新芯20172018资料来源：ICinsights、世纪证券研究所资料来源：Wind资讯、世纪证券研究所设备与材料方面，关键技术被欧美日垄断。半导体设备主要以欧美日企业为主，从分布来看，全球前15的半导体设备企业中，美国4家，日本7家，欧洲3家，韩国1家。从营业收入的角度看，大陆半导体设备公司的市占率非常小，尚未在国际舞台上看到大陆公司的身影。美国的应用材料公司产品几乎包括除光刻机之外的全部半导体前端设备。荷兰的ASML是高端光刻机的全球第一，其研发投入与技术实力国内企业差距甚远。设备行业的整体集中度基本达到了CR3大于90%。Figure16全球刻蚀机市场份额Figure17全球光刻机市场份额其他,9%其他,7%佳能,6%AMAT,18%LAM,53%尼康,12%ASML,75%TEL,20%LAMTELAMAT其他ASML尼康佳能其他资料来源：ICinsights、世纪证券研究所资料来源：ICinsights、世纪证券研究所国内设备企业规模普遍很小，技术差距较大。目前国内排名第一为北方华创，2018年营业收入为约4.75亿美元，距离应用材料公司140亿美元的营收有30倍以上的差距，技术节点多数都还比较落后，大部分设备在28nm制程以上，在高端光刻机等核心设备生产仍依赖进口；国内先进企业中，北方华创的刻蚀机、PVD等设备已达到14nm级别，氧化炉已经批量应用于中芯国际、华力微电子、长江存储等厂家；中微半导体刻蚀机的技术水平已经达到77nm，达到国际先进水平。 Figure182018全球前15半导体设备公司排名及主营业务排名国家公司2018（百万美元）2017（百万美元）YoY主营业务1美国AppIiedMateriaIs14016131557%热处理、清洗设备、过程工艺控制2欧洲ASML12772975831%光刻机3日本TokyoElectron109158675CVD/PVD设备、刻蚀机、清洗设备、过26%程工艺控制4美国LamResearch10871955814%CVD/PVD设备、刻蚀机、清洗设备5美国KLA4210368914%刻蚀机、过程工艺控制6日本Advantest25931674自动测试设备，生产用测量仪器，生产和55%维护电子系统7日本SCREEN2226186419%洗净、蚀刻、显影/涂布设备8美国Teradyne14921663-10CP&FT检测%9日本KokusaIElectric1486118226%氧化膜生成用晶圆热处理设备Hitachi10日本1403120017%检查设备、曝光机、湿制程设备ASMPacific11欧洲118111077%装配过程设备以及表面贴装技术Technology-13半导体前后道设备，面板设备以及洁净室12韩国SEMES11741353%自动化设备13欧洲ASMInternational991836单晶圆磊晶工具;脉冲星，原子层沉积19%(ALD)的高k刀具14日本Daifuku97272534%氮气净化存储系统，存储搬运系统15日本Canon76549953%刻蚀机CVD/PVD设备、刻蚀机、离子注入机、High-Technologies资料来源：ICinsights、世纪证券研究所（1）IC封测国内通过并购崛起，已有三家企业进入世界前十IC封测门槛相对较低，本土厂商逐渐崛起。目前国内已有三家企业进入世界前十，分别是长电科技、华天科技、通富微电，按照市场份额来看，分别排在全球第三、六、七名。由于封测产业对规模化要求较高，相对于设计与代工，国内封测企业目前排名相对靠前，主要采用的方式是加大研发投入以及并购整合。整体行业目前集中度略低于设计与代工，随着并购持续进行，未来集中度有望进一步提升。2018年全球OSAT（OutsourcedAssembly&Test，外包封装测试）前十大厂商市占率超过80%，行业高度集中。因为OSAT与Foundry在产业链上紧密关联，依靠台积电在Foundry市场超过50%份额的垄断地位，台湾地区在OSAT市场也扮演着主导角色。 Figure192018全球前15半导体设备公司排名及主营业务公司国家营收（百万美元）市占率并购事件日月光台湾533219.00%2017年收购全球第四大厂商矽品安靠美国431615.40%2016年收购欧洲封测龙头Nanium长电科技中国364413.00%2014年收购全球第四大封测厂星科金朋矽品精密台湾289810.30%力成科技台湾22568.00%2017年收购MicronAkita通富微电中国10853.90%2015年收购AMD苏州和槟州封测厂华天科技中国10673.80%2014年收购美国封测厂FCI联合科技新加坡7902.80%京元电子台湾6902.50%颀邦科技台湾6212.20%资料来源：ICinsights、公司公告、世纪证券研究所行业分工细化，OSAT成为主要生产模式，未来先进封装技术是提升芯片效能的增量动力。IDM与OSAT是目前半导体封测产业的两种主要模式。IDM企业芯片产业所有环节均自己完成，OSAT企业仅提供中后段的封装测试代工服务。随着轻资产的设计公司的不断增长，推动OSAT企业快速发展,OSAT+Foundry的模式成为半导体行业发展的主要模式。随着IC设计趋于复杂与制程工艺不断提升，封装环节的技术提升，有望为芯片的性能提供额外的附加值，提高半导体产品价值的同时降低成本。目前先进封装演进方向主要分为减小尺寸的方向，主要实现方式是FC、Fan-out、Fan-inWLP和Bumping,和异质结融合的方向，主要实现方式是Sip、3D封装和TSV，通过这两类型技术，实现在更小尺寸里集成更多功能，同时实现更高的封装效率。而Fan-out和和Sip系统级封装是目前被公认的在这两个方向上具有最大增长潜力的封装技术。Figure20先进封装技术发展历程Figure21先进封装技术占比提升1009080706050403020100201220132014201520162017201840%35%30%25%20%15%10%5%0%先进封装晶圆产量全球晶圆总产量先进封装占比(%)资料来源：Yole、世纪证券研究所资料来源：Yole、世纪证券研究所 3、受益政策支持与资本助力，国内半导体有望取得长足发展（1）以史为鉴，国家政策支持是半导体的必要条件回顾美日韩成功经验，政府大力支持与基础技术研发必不可少。从全球产业发展的角度看，目前中国正处于世界第三次半导体产业转移的浪潮中，回顾历史美日韩发展的成功经历，离不开政府的统筹规划与资金政策的大力支持，以及对基础技术研发的高度重视。美国半导体产业自上世纪50年代以来，历经行业起步、发展、全球化，政府扮演着重要角色。起步阶段：半导体技术研发投入大，美国政府通过直接采购和研发资助的方式助力美国半导体公司完成初步积累；发展阶段：70年代后期面临日本的崛起，美国政府通过一系列特殊的税收优惠政策，并从国际政治上对日本进行施压，通过一系列法案建立政府与民间的合作关系；全球化阶段：采取保护性贸易政策打击国际对手，保护本土半导体企业。日本半导体产业成功的核心因素：政府主导核心企业集体研发+选择正确的发展方向+对基础技术的高度重视。起步阶段：1963年日本电气公司获得美国仙童半导体的平面技术授权，日本政府要求其进行行业内分享，随后诞生了三菱，夏普，京都电气，半导体产业得到快速发展。发展阶段：八十年代，日本政府决定开发体积更小，性能更强的超大规模集成电路，发起全国范围内规模最大的企业间合作，由日立，三菱，富士通，东芝，日本电气牵头，将大量的精力投入到基础技术中，团队协调与技术融合是成功的关键。从1980到1986年间，日本半导体产业全球市场份额从26%上升至45%，美国为42%。当时在存储芯片领域，日本电气，东芝，日立三家公司份额超过90%。全球化阶段：02年日本政府再次发动技术合作，11家公司共同研发系统级芯片，目前日本在部分细分领域已经做到几乎垄断，sony的coms传感器几乎垄断高端市场，信越化学在半导体材料如硅晶圆，光刻胶等领域占据绝对优势。给我们的启示：首先有明确清晰的规划，其次联合国内企业顶尖人才共同研发避免了大量重复投入，不急功近利，重视基础技术的研发。（2）产业链向国内市场转移，“双增”现象显著市场总体呈现产业规模与贸易逆差“双增”的现状。我国半导体产业起步时间相比于发达国家落后近30年，但随着市场化进程加快，目前产业规模增 速远高于全球增速，连续多年保持两位数以上。可以看出，整体的产业链在向国内转移，同时国内需求也在逐年上升。Figure22国内集成电路销售额及增长速度Figure23三大细分产业销售额7,0006,0005,0004,0003,0002,0001,000020132014201520162017201830%25%20%15%10%5%0%3,0002,5002,0001,5001,0005000353025201510502012201320142015201620172018设计销售额（亿元）制造销售额（亿元）封测销售额（亿元）国内集成电路销售额（亿元）同比增长（%）设计业YoY(%)制造业YoY(%)封测业YoY(%)资料来源：Wind资讯、世纪证券研究所资料来源：Wind资讯、世纪证券研究所在产业规模逐渐扩大的同时，半导体贸易逆差也在同步扩大，主要有量，价，技术三方面原因：1，国内工业制造业需求、居民消费需求快速增长，国内需求端增速超过海外市场，尤其对于高端产品的需求增速加快；2，低端产品与中高端价差过大，从进出口商品总价值上看，半导体贸易逆差仍在扩大；3，反应在量价上背后的核心因素是技术的突破不足，由于集中度过高的行业属性，大部分核心技术仍掌握在国外个别公司手里。由于上述原因，我国半导体产业整体仍处于规模大但技术低的阶段。Figure24半导体进出口差额及变化情况Figure25全球半导体销售区域分布2,50025%2,00020%环太平洋国家,26.5%中国,33.8%1,50015%1,00010%50005%0%20112012201320142015201620172018日本,8.5%欧洲,9.2%美国,22.0%进出口差额(亿美元)同比增长（%）中国美国欧洲日本环太平洋国家资料来源：Wind资讯、世纪证券研究所资料来源：ICinsights、世纪证券研究所（3）政策资本大力支持，未来成长空间巨大国内产业政策长期大力度支持无疑。自2016年以来，国内开始出台了大量政策，包括中央、地方促进第三代半导体产业的发展。在国家集成电路产业投资基金之外，多个省市也相继成立或准备成立集成电路产业投资基金，目 前包括北京、上海、广东等在内的十几个省市已成立专门扶植半导体产业发展的地方政府性基金。50454035302520151050Figure26国家集成电路产业发展纲要Figure272016年以来中央及地方对半导体产业支持政策数量云南广西海南内蒙古贵州湖南湖北甘肃浙江青海新疆江四辽宁深圳陕西黑龙江山四重庆四川上海天津安徽河北北京山东江苏广东福建中央资料来源：《国家集成电路产业发展推进纲要》、世纪证券研究所资料来源：世纪证券研究所整理多方面资本聚集，为产业发展提供长期支持。半导体行业的投资周期较长，很难在短时间内完成超越，长期的资本支持与人才累积是必备条件。我国从2014年起成立国家集成电路产业投资基金（也即“大基金”），基金所有权为国家集成电路产业投资基金股份有限公司，采取公司制的经营模式，与以往的补贴模式有着本质的不同，投资方式包括：私募股权、基金投资、夹层投资等一级市场和二级市场投资，但不包括风险投资和天使投资。目前大基金一期已经全部完成投资，一期总投资额1387亿元已投资完毕，公开投资公司为23家，未公开投资公司为29家，投资范围涵盖设计、制造、封装、设备、材料多个环节，基本完成全产业链覆盖。6.00%封测,10.00%7.00%Figure28大基金一期投资分布Figure29大基金一期投资额设计,1设备材料,制造,67.00%350300250200150100500制造设计封测设备材料大基金一期投资额（亿元）资料来源：Wind资讯、世纪证券研究所资料来源：Wind资讯、世纪证券研究所国家大基金二期成立，持续投入力度不减。2019年10月22日，国家大基金二期注册成立，注册资本2041.5亿元。大基金一期（包含子基金）总共撬动了5145亿元社会资金（含股权融资、企业债券、银行、信托及其他金融 机构贷款），资金撬动的比例达到了1:3.7，若大基金二期的2041.5亿资金撬动比例按照1:4的比例来估算，预计将会撬动8166亿的社会资金，总的投资金额将超万亿。第二期大基金将会加强对设备和材料的部署力度，按照加重投资装备行业的投资思路，按照设备投资占比为15%测算，则设备方面的投资额可达900亿元，将对包括刻蚀机、薄膜设备、测试设备、清洗设备等领域已有布局的企业提供强有力的支持。Figure30大基金目前持有上市公司股权情况序号公司代码分类持股比例1纳思达2180IC设计4.29%2国科微300672IC设计15.79%3中兴通讯63IC设计持有中兴微电子24%股权4兆易创新603986IC设计11%5汇顶科技603160IC设计6.65%6闻泰科技600745IC设计制造持有上海武岳峰基金股份7长电科技600584封装测试19%8华天科技2185封装测试持有华天西安27.23%股权9通富微电2156封装测试21.72%10晶方科技603005封装测试9.32%11太极实业600667封装测试6.17%%12中芯国际00981.HK晶圆制造15.91%13华虹宏力01347.HK晶圆制造0.189414先进半导体03355.HK晶圆制造13.73%15北方华创2371设备制造7.5%16长川科技300604设备制造7.50%17中微公司688012设备制造7.14%18雅克科技2409材料5.73%19巨化股份600160材料持有中巨芯科技39%股份20飞凯材料300398材料持有北京芯动能股份21晶瑞股份300655材料持有上海聚源聚芯股份22创达新材832990材料持有上海聚源聚芯股份23北斗星通2151定位导航11.46%24三安光电600703LED芯片11.3%25国微技术02239.HK安全设备5.06%26耐威科技300456MEMS持有北京集成电路制造与装备股权投资中心股份27共达声学2655电声元件持有深圳南山鸿泰股权投资基金股份资料来源：Wind资讯、世纪证券研究所半导体目前是我国首要支持产业，未来成长空间巨大。根据我国《中国制造2025》规划目标，到2020年，集成电路产业与国际先进水平的差距逐步缩小，全行业销售收入年均增速超过20%，企业可持续发展能力大幅增强。移 动智能终端、网络通信、云计算、物联网、大数据等重点领域集成电路设计技术达到国际领先水平，产业生态体系初步形成。16/14nm制造工艺实现规模量产，封装测试技术达到国际领先水平，关键装备和材料进入国际采购体系，基本建成技术先进、安全可靠的集成电路产业体系。到2030年，集成电路产业链主要环节达到国际先进水平，一批企业进入国际第一梯队，实现跨越发展。当前我国半导体产业的自给率才只有不到15%，根据《中国制造2025》的目标，计划2020年自给率达40%，2050年达到50%。Figure312025半导体产业规划目标Figure32中国与全球半导体产业规模及占比5,0004,5004,0003,5003,0002,5002,0001,5001,0005000200320042005200620072008200920102011201220132014201520162017201830%25%20%15%10%5%0%中国半导体市场规模/亿美元全球半导体市场规模/亿美元中国占比（%）资料来源：《中国制造2025》、世纪证券研究所资料来源：Wind资讯、世纪证券研究所三、5G+AIOT是未来核心赛道，将驱动半导体产业新一轮爆发1、深度学习大幅提升AI芯片算力，是拉动半导体增长的重要引擎AI芯片是传统芯片的异构与叠加，在专项计算中性能远超传统芯片。AI芯片指针对AI算法的ASIC（专用芯片），传统的CPU都可以拿来利用执行AI算法，但是速度慢，性能低，无法实际商用。例如自动驾驶需要识别道路行人红绿灯等状况，CPU的速度远远无法满足，若用GPU，在图像识别过程中计算速度会成倍增加。但单纯的GPU功耗较大，而且处理数据单一，因此AI芯片是在原有CPU的基础上，增加了相应的GPU单元，用来计算神经网络带来的深度学习算法。在图像识别等领域，常用的是CNN卷积网络、语音识别、自然语言处理等领域，主要是RNN，两类算法虽然不同，但本质上，都是矩阵或vector的乘法、加法，然后配合一些除法、指数等算法。 Figure33四种AI芯片架构的代表产品及特点主要特点代表产品架构模式通用芯片类基于FPGA的半定制化芯片全定制化ASIC芯片类脑计算芯片GPU、FPGA，ARM的Mali，Imagination的PowerVR，Qualcomm的Adreno深鉴科技DPU、百度XPUTPU、寒武纪Cambricon－1AIBMTrueNorth、westwell、高通Zeroth。GPU原本需求大部分都来源于PC端大型游戏对图形处理的需求，目前转为深度计算需求。龙头公司英伟达NVIDIA从图形芯片转型为AI平台搭建者，聚焦于底层计算。FPGA是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。深鉴已经公开发布了两款DPU：亚里士多德架构和笛卡尔架构，分别针对CNN以及DNN／RNN。百度也发布了XPU，这是一款256核、基于FPGA的云计算加速芯片，合作伙伴是赛思灵（Xilinx）。XPU的目标是在性能和效率之间实现平衡，并处理多样化的计算任务。ASIC是一种为专门目的而设计的集成电路。ASIC芯片技术发展迅速，目前转发性能通常可达到1Gbs甚至更高，于是给交换矩阵提供了极好的物质基础。Google在2017年5月的开发者大会上正是公布了TPU2，又称CloudTPU．相比于TPU1，TPU2既可以勇于training，又可以用于inferrence．TPU1实用了脉动阵列的流处理结构。类脑计算是指借鉴大脑中进行信息处理的基本规律，在硬件实现与软件算法等多个层面，对于现有的计算体系与系统做出本质的变革，从而实现在计算能耗、计算能力与计算效率等诸多方面的大幅改进资料来源：CNKI、世纪证券研究所AI芯片算力大约3个月翻倍，核心提升在于底层架构。相比于摩尔定律（每18个月芯片的性能翻倍），AI训练所需的算力大约3个月翻倍，而提升算力的关键是芯片设计，特别是底层的架构设计。目前来看，传统的芯片架构已经难以满足AI应用的需要。目前主流的架构分为四种：1、通用类芯片，如GPU、FPGA等；2、基于FPGA的半定制化芯片代表如深鉴科技DPU、百度XPU等；3、全定制化ASIC芯片代表如TPU、寒武纪Cambricon－1A等；4、类脑计算芯片代表如IBMTrueNorth、westwell、高通Zeroth等。 Figure34GPU工作原理Figure35深鉴科技DPU基本参数资料来源：Ofweek、世纪证券研究所资料来源：Ofweek、世纪证券研究所Figure36TPU的架构框图Figure37TrueNorth芯片结构、功能、物理形态图资料来源：Ofweek、世纪证券研究所资料来源：Ofweek、世纪证券研究所未来深度学习将成为拉动半导体需求的重要引擎，有望实现年化47%的增长。包括IC厂商和互联网企业在内，越来越多的厂商开始投入研发或已经推出AI专用芯片。根据Gartner统计，AI芯片在2017年的市场规模约为46亿美元，而到2020年，预计将会达到148亿美元，年均复合增长率为47%。2、5GSoC迎来性能爆发增长，未来存量替换与增量终端并存5G网络基建期正值高峰，移动端芯片组性能爆发增长。芯片组包括射频集成电路(RFIC)、系统芯片(SoC)、专用集成电路(ASIC)、蜂窝芯片和毫米波(mmWave)集成电路。通讯巨头公司许多都在构建调制解调器、RF前端，或两者兼得，其中设计的是低于6GHz的频谱，并支持100MHz的信封跟踪(ET)带宽。5GSoC性能形成突破的主要原因：CPU性能的进一步提升，制造工艺降低至7nm以下；GPU方面，对于图像处理的能力大幅提升；NPU方面采用了新的架构。以华为麒麟990为例，各方面的提升如下： 具体参数提升空间提升方面Figure38华为麒麟9905G参数提升工艺方面CPU方面GPU方面NPU方面麒麟9905G采用7nm+EUV工艺制程，首次将5GModem集成到SoC上，板级面积相比业界其他方案小36%。这是世界上第一款晶体管数量超过100亿的移动终端芯片，达到103亿个晶体管，与此前的麒麟980相比晶体管增加44亿个。麒麟9905G采用2个大核（基于Cortex-A76开发）+2个中核（基于Cortex-A76开发）+4个小核（Cortex-A55），与业界主流旗舰芯片相比，单核性能高10%，多核性能高9%。麒麟9905G搭载16核Mali-G76GPU，业界主流旗舰芯片相比，图形处理性能高6%，能效优20%。麒麟9905G采用华为自研达芬奇架构NPU，采用NPU双大核+NPU微核计算架构，在人脸识别的应用场景下，NPU微核比大核能效最高可提升24倍。资料来源：华为官网、世纪证券研究所5G终端数量快速增长，SoC增量与存量并存。GSMA预计，到2025年5G连接数量将达到14亿，占中国和欧洲连接总量的30%左右，占美国连接总量的50%左右。下游行业应用将成为5GSoC发展的主要驱动力。面对多样化的场景需求，5G终端将沿着形态多样化和交互多元化发展。在5G商用元年，终端的类型和数量已远远超过预期，未来仍会有更多的增量空间及存量替换。相比于2014年的4G商用元年，市场上只有4款4G终端，而截止到今年9月10日，5G终端数量已有136款之多，对于5GSoC的需求有极大的促进作用。Figure392019年3-8月5G终端数量Figure405G手机出货量预测1601401201008060402003月4月5月6月7月8月1,8001,6001,4001,2001,00080060040020002018201920202021202220235G终端（台）5G4G3G资料来源：艾瑞研究、世纪证券研究所资料来源：IDC、世纪证券研究所 3、多平台互通成主流趋势，物联网布局掀开半导体另一增长动力物联网是未来半导体产业的最重要增长动力。IOT将接替移动互联网成为下个时代的主题，主要原因来自以下几点：智能手机增量有限，来自于功能接近饱和；随通信技术迭代，5G商用万物互联从技术上已经可以实现；以华为鸿蒙系统为代表，操作系统已经转向多平台化；AI技术爆发式发展，相关技术已经在逐步适配IOT。全球范围内，物联网终端数量高速增长。截止2019年，全球物联网设备连接数量达到110亿个，其中，消费物联网终端数量达到60亿，工业物联网终端数量达到50亿。根据GSMA预测，2025全球物联网终端连接数量将达到250亿，其中消费物联网终端数量达到100亿，工业物联网终端数量达到140亿，占全球连接数的一半以上。物联网未来主要实现两类功能：对真实物体信息的采集、识别和控制；通过终端通信，将采集到的数据信息传输至决策服务端，并进行决策。主要模块分别为，硬件模块，固件系统模块，应用模块，数据模块，通信接入模块。随着模块数量的爆发式增长，将直线拉动相关半导体需求。Figure41物联网终端及增长预测Figure42物联网终端架构300250%250200%20015010050150%100%50%00%20182019202020212022202320242025工业物联网终端（亿个）消费物联网终端（亿个）增长率（%）资料来源：《物联网终端安全白皮书》、世纪证券研究所资料来源：《物联网终端安全白皮书》、世纪证券研究所未来应用于物联网的半导体芯片将以针对性与安全性为核心。对于PC和手机SoC，一系列产品通常可以大量出货上亿片，而物联网意味着要面临各种各样的产品提出很多种解决方案，面临着严重的细分化问题，虽然部分芯片的需求量很大，但总体来说种类散乱，虽然整体规模很大，单一产品或者系列产品的需求量可能并不大，定制化是亟待解决的问题。其次，物联网时代面临的安全问题，源于多终端越和链接通路，因此物联网芯片就有了更多要求，安全性是首要保证。在多样化的背景下，安全问题不同以前可以统一解决。 Figure43物联网安全技术思路资料来源：《物联网终端安全白皮书》、世纪证券研究所巨头公司提前布局，从流量争夺到构建生态体系。互联网的增速放缓，发展到一定程度，toB业务才是增长的主要驱动力。从目前来看，美国的toB市场非常成熟，而国内做toC业务的公司不到toB的十分之一，这也给巨头们留下了很大的增长空间。发展路径为从无线网络基础设施和基站到智能手机再到物联网设备应用，5G有望提供一个完全互联的移动世界，其市场范围从联网汽车、智能城市、智能手机到物联网(IoT)设备，无处不在，从流量端的争夺，到构建生态体系，科技巨头以在物联网重点布局。Figure44全球科技巨头公司提前布局IOT产业IOT布局公司英特尔2014年发布爱迪生(Edison)可穿戴及物联网设备的微型系统级芯片，2015年推出居里(Curie)芯片，集成了低功耗蓝牙通信能和运动传感器。思科2016年斥资14亿美元收购Jasper全部股权，完善物联网生态体系推动NB-IoT标准制定，先后发布物联网操作系统LiteOS、NB-IoT端到解决方案，提出“1+2+1”战略，努力构华为建OceanConnect生态圈提出ProjectIoT物联网计划，2015年发布Brillo物联网底层操作系统，该系统源于Android，支持ARM、X86、谷歌MIPS架构的智能硬件百度2015年发布百度IoT，与ARM、MTK、TI、科通芯城等联合推动物网发展阿里巴巴2016年发布物联网整体战略，集合旗下阿里云、阿里智能、YunOS，联合打造面向物联网时代的服务平台2014年推出“QQ物联智能硬件开放平台”，将QQ账号体系及关链、QQ消息通道等核心能力提供给可穿戴设腾讯中国移动备、智能家居、智能车载、传统硬件等领域合作伙伴，实现用户与设备及设备与设备之间的互联互通互动成立物联网公司、车联网公司，搭建物联网专网、提供专号、建设物联网设备接入管理平台和物联网应用开发平台，大力推动物联网业务展中国电信预计全网部署30万个NB-IOT基站，目前已完成50%，在2017年6月底将会建成全球最大的NB-IoT网络资料来源：世纪证券研究所整理 四、风险提示1、中美贸易摩擦升级中美贸易摩擦不确定因素仍在，高端芯片、设计软件、相关材料与设备会随贸易摩擦而受到影响。2、相关技术研发不及预期半导体的核心离不开技术研发，目前仍有诸多技术掌握在国外少数几家公司手中，若国内研发进程放缓，将延长追赶期。3、下游需求不及预期下游需求包括消费电子、通信、汽车电子等多方面，将直接带动产业内相关公司的收入提升，若下游需求放缓，对行业发展速度有一定影响。'