半導體賽道：國外巨頭把持著每一細分領域，國產替代成績如何？

3月2日，國務院副總理劉鶴說，發展集成電路產業必須發揮新型舉國體制優勢，用好政府和市場兩方面力量。被視為是半導體行業反轉的契機，3月3日，半導體行業迎來了大漲，半導體設備概念股強勢大漲，長川科技、中微公司、北方華創、芯源微、華峰測控、華亞智能、通富微電、安集科技、圣邦股份等表現亮眼。

發展到今天，國內半導體設備公司在各個細分領域都已取得了很大成績，那么其是否有機會進一步改變行業格局？


國外巨頭把持著每一細分領域

半導體設備主要是指應用于集成電路制造和封測環節的設備，因此又可細分為晶圓制造設備和封裝、測試設備，其中制造設備的價值占比高達86%，是最核心的組成部分。

技術壁壘，市場壁壘，客戶認知度壁壘，三大難題促使半導體設備逐步走向壟斷競爭格局，且市場份額在過去幾年加速向頭部企業集中。

VLSI Research的統計數據顯示，2021年，行業CR5大約為84%，相比2019年的65%大幅提升了近20個百分點。

細分來看，半導體制造設備主要包括薄膜沉積設備、刻蝕設備、光刻機、清洗設備、CMP、離子注入設備、熱處理設備、涂膠顯影等。其中薄膜沉積、刻蝕和光刻環節的價值量占比最高，分別達到了27%、22%和20%。

每一細分領域，都被巨頭牢牢把持著。

比如，薄膜沉積設備主要包括CVD、PVD、ALD三種，而這基本已經被AMAT（美國應用材料）、Lam Research（拉姆研究）以TEL（東京電子）三家壟斷。CVD領域，三者市占率合計達到約70%；PVD設備市場，應用材料一家就占到了85%；ALD設備市場，應用材料和東京電子的市場占有率為60%。

刻蝕設備還是上述三家巨頭的天下。根據 Gartner的數據，2020年，拉姆研究、應用材料、東京電子在全球刻蝕設備市場中的占比分別為47%、27%和17%。

光刻機更不必多說，幾乎全部出自阿斯麥、尼康和佳能三家企業，其中阿斯麥獨享高端光刻機市場，在EUV領域根本沒有對手。

CMP設備領域，應用材料和日本荏原霸占了全球超90%的市場。

更讓人絕望地是，美、日等國在近幾年不斷推動建立一個排他性的“半導體產業聯盟”，試圖在行業先天壁壘的基礎上再增加人為障礙。

領跑者的圈子文化強化了供應鏈的馬太效應，加上專利封鎖，后來者一步落后，步步跟不上。在客戶粘性極高、認證壁壘極高的半導體設備領域，這一問題被無限放大。

但是，即便在如此困難的局面下，中國企業依然表現出了極強的韌性。


車規級芯片產能向本土轉移

車規級IC的景氣度頗高，其市場規模增長可觀。據中國汽車工業協會統計，2022年中國新能源汽車銷量超過688.7萬輛，其中純電動汽車銷量為536.5萬輛，后者約占前者的比例的78%。該機構還預測，2023年中國新能源汽車總銷量將達900萬輛，同比增長35%。

單臺傳統汽車和單臺純電動汽車的半導體成本結構對比 制圖：國際電子商情 數據來源：麥肯錫

此外，麥肯錫數據顯示，當前平均每輛傳統汽車中的半導體成本約為350美元，其中有118美元是功率器件的成本，每輛純電動汽車中的半導體成本約為704美元，其中功率器件成本為387美元。

若中國純電動汽車占新能源汽車的比例不變，到2023年年底，中國預計將銷售約700萬輛純電動汽車。筆者根據上述信息大致推斷出，今年中國純電動汽車將帶來49億美元的車用半導體需求，其中有27億美元與車用功率器件有關。

未來，全自動駕駛汽車的半導體價值或將是非自動駕駛汽車的8-10倍。對此，畢馬威預測，到2040年，全球汽車半導體的市場規模有望達到2,000億美元，年復合增長率將為7.7%。汽車芯片的用量和比例也隨汽車技術的進步而提升，汽車行業對晶圓產能的需求也會更大。

不過，受限于國際貿易沖突，全球各國/地區正聚焦本土半導體供應鏈，試圖建立起相對獨立的半導體生態圈，這也給本土的半導體企業帶來了機遇。現在，大部分(約80%)車規級IC的芯片制程≥28納米，小部分(約20%)車規級IC的芯片制程≤14納米。

以中國半導體市場為例，中國大陸企業可量產28納米及以上尺寸的芯片，中國在汽車芯片方面并未被完全“鎖死”。在中美貿易爭端持續期間，中國加大了汽車產業鏈的建設工作。近年來，中國新增了許多汽車零部件廠商，雖然大部分廠商的體量較小、競爭格局也較分散，但在細分領域已出現了一批優秀企業，例如中車時代電氣、比亞迪在車用IGBT芯片上已做出較好的成績。還有許多中國企業從MCU芯片來切入，對新進入汽車MCU領域的企業而言，出貨量達到數千萬顆是一個門檻，這意味著其產品已通過市場的初步驗證。比如，杰發科技、芯旺微電子、航芯、賽騰微等公司的車規MCU芯片的出貨量已累計突破上千萬顆。

2023年3月29至30日，AspenCore將在上海舉辦國際集成電路展覽會暨研討會（IIC Shanghai 2023），IIC Shanghai 2023將聚焦物聯網、汽車電子、智慧工業、IC 設計、EDA/IP、射頻與無線技術等重大新興技術及產品。同期舉辦的“MCU 技術與應用論壇”邀請到國內外領先的MCU供應商，MCU設計和方案商等，歡迎感興趣的朋友點擊這里 ，并到場交流。

除了企業層面的努力之外，政府也通過頒布新能源汽車購置稅免征政策、各地區的購車補貼政策等政策來扶持汽車行業的發展。在各級政府的支持下，中國的長三角地區、珠三角地區、東三省地區、京津冀地區、川渝一帶等地區已經形成汽車行業集群。

隨著本土汽車產業集群日益完善，未來對本土汽車芯片的需求只會更大，也將推動該類芯片產能向本土轉移。其實，不只是在中國汽車市場有這種表現，在全球其他的汽車市場也會出現類似的趨勢。


國產替代進行時

2022年4月，在新一輪的大陸半導體設備招標中，國內企業中標了67臺，國產化率高達62%。從年度數據來看，2021年半導體設備國產化率27.4%，相比2020年的16.8%已有顯著提升。

這意味著，歷時多年的國產替代，已經進入集中兌現期。

以前國內主流觀念還是“造不如買”，本土晶圓廠基本也都傾向于采購海外頭部企業的成熟設備，這樣可以盡可能地減少認證周期和成本，進而能在一輪半導體景氣周期中快速完成產線建設。

但半導體設備并不能獨立發展，需要晶圓廠協同開發，由于缺少驗證和導入機會，大陸半導體設備公司在很長一段時間里止步不前。

以中芯國際為代表的國內晶圓廠在設備、原材料領域所面臨的斷供風險越來越大，迫使相關公司開始扶持本土供應商，大面積國產替代正式起步。

發展到今天，國內半導體設備公司在各個細分領域都已取得了很大成績。

薄膜沉積設備環節，北方華創與拓荊科技是主要的兩大領軍企業，其中北方華創已實現了28nm/14nm技術的突破，覆蓋PVD、CVD和ALD等全領域。

刻蝕設備環節，國內主要參與者包括中微公司、北方華創和屹唐股份等。其中，中微公司的刻蝕設備包含CCP與ICP，目前CCP已突破7-5nm，在5nm以下也進展順利。2021年公司總共生產交付了298腔CCP刻蝕設備，產量同比大增40%。

光刻環節，上海微電子一馬當先，在90nm、110nm、280nm等制程上已全面實現國產化。2022年2月，上海微電子交付了首臺2.5D\3D先進封裝光刻機。按照之前的計劃，28nm的光刻機也將在年內完成交付。

CMP設備領域國內參與者主要是華海清科和北京爍科精微電子，其中華海清科是國內唯一一家實現12英寸CMP設備量產的企業，公司12英寸系列CMP設備產品已經完成批量化應用，制程上也開始向14nm推進，目前已進入驗證階段。

《中國制造2025》規劃中指出，到2025年，國內半導體核心基礎零部件、關鍵基礎材料應實現70%的自主保障。

對比2021年不到30%的國產化率，未來空間還很大。只要國內企業能夠實現技術突破，訂單是完全有保障的。但相較于存量市場的替代，芯片景氣周期所帶來的增量市場更值得關注。

2020年以來，由于智能手機、數據中心、人工智能、新能源汽車等下游需求大幅提升，全球范圍內掀起了一股“缺芯潮”，到現在不僅沒有緩解，反倒愈演愈烈，各項指標均能印證這一點。

比如庫存水平，2019年半導體產品的庫存中位數大約是40天，而到了2021年只剩下不到5天。

再比如交貨周期，到2022年2月，16位處理器通用產品的平均交付周期已經上升44周，相比2021年10月份增加了15周。

現在來看，芯片短缺問題在短期內根本無解。根據《2022全球半導體產業大調查》中的數據，有近六成的芯片企業高管認為芯片短缺要到2023年才能解決。

高景氣周期下，晶圓廠紛紛擴產鎖定利潤，資本開支持續攀升。

2021年，全球代工龍頭臺積電的資本開支高達300億美元，中芯國際的資本開支也提升到了45億美元。

進入2022年，晶圓廠繼續加大投資力度，臺積電將資本開支提升到400-440億美元，中芯國際則增長至50億美元。

IC Insights給出的預測是，2022年全球半導體行業資本開支規模將超過1904 億美元，同比增長24%。

根據之前業內的統計數據，晶圓廠的資本開支有70%-80%用于購買設備。也就是說，半導體設備企業的訂單量在2022年依然有很大增長空間。

總的來看，國內半導體設備已在成熟制程打破壟斷，在存量替代和增量擴張的共振下，大概率將進入商業化高速放量階段。