半导体是一类材料的总称,集成电路是用半导体材料制成的电路的大型集合,芯片是由不同种类型的集成电路或者单一类型集成电路形成的产品。举个栗子,拿大家好理解的日常用品来做比较,半导体各种做纸的纤维,集成电路是一摞子纸,芯片就是一本书。
全球半导体产业转移
半导体产业于1950s起源于美国,全球性的产业转移主要经历了两次:
1)1970s,家电市场兴起,日本半导体产业迅速赶超,其家电产业与半导体产业良性互动,并孵化了索尼、东芝等厂商;
2)1990s,PC 兴起,存储技术换代以及日本金融危机影响,产业开始转向韩国,孕育出三星、海力士等厂商;而晶圆代工环节则转向台湾,台积电、联电等厂商崛起。
进入2010s,智能手机、移动互联网爆发,随之带动物联网、大数据、云计算、人工智能等产业快速成长。人口红利促使中国成为世界最大的半导体消费国,需求转移或将带动制造转移。
▲全球半导体产业转移路径
▲推动半导体产业发展与转移的驱动力
韩国和台湾的集成电路产业均从代工开始,代工选择的主要因素便是人力成本,当时韩国和台湾的人力成本相比于日本低很多,产业链下游便开始从日本转移到韩国、台湾,而我国由于人力成本的优势,在21世纪初,集成电路下游已经向国内转移,可以说已经完成了当年韩国、台湾的发展初期阶段。
国内半导体的看点在于:
1) 进口替代。
当前国内每年半导体设备和材料的市场需求超过100亿美元,进口额超过90亿美元。随着半导体产业向大陆转移,大陆的半导体生产线建设密集开工和投产,对半导体设备和材料的需求越来越多,每年的市场规模有望超过200亿美元。
2) 产业安全。
由于关键设备和材料严重依赖进口,一旦海外供应链出现问题,国内的半导体产业将无法运行。举个例子,目前大陆的12寸硅片百分百依赖进口,一旦无法从海外进口12寸硅片,国内的12寸芯片制造工厂在用完库存硅片之后将被迫停产。
3) 较高的投资价值。
半导体设备和材料处于产业链的上游,龙头企业拥有较好的盈利水平,具有较高的投资价值。
4)收购与整合。
国内已经具有较为完善的半导体设备和材料产业链,通过整合与并购可以提高龙头企业的竞争力。全球龙头公司的发展历程也说明,兼并重组是公司发展壮大的必要手段。
半导体核心产业链和支撑产业链
1.核心产业链:可分为上中下游,由设计、制造、封测三个环节构成。
▲半导体产业链结构图
目前有两种模式,第一种IDM。一手包括所有设计制造流程,厂商拥有自己的晶圆厂,能够一手包办IC设计、芯片制造、芯片封装、测试,甚至延伸到了下游电子终端。
比如英特尔,国内IDM厂商主要有:士兰微、扬杰科技、苏州固锝、上海贝岭、华润微电子等。
第二种IP+Fabless+Foundry+PackageTesting。
IP(知识产权)的供应商处于半导体产业的最上游, 目前,全球各大IP供应商主要靠授权费和版税来挣钱,设计公司一般会先购买IP技术授权费,在芯片设计完成并销售后,再按照芯片销售的平均价格向IP供应商支付一定比例的版税。
比如高通,它会将自己设计好的芯片交由其他晶圆厂(如台积电、三星)代工,再转交封测厂进行封装与测试。
2. 支撑产业链:提供上游半导体材料供应、设备供应和软件服务等。
半导体支撑产业主要包括半导体材料、半导体设备以及半导体软件服务。
▌半导体设备:
半导体设备主要应用于晶圆制造和封装测试环节。由于半导体加工工序多,因此在制造过程中需要大量的半导体制造设备。例如光刻机、刻蚀机、化学气相沉积等设备。
▌半导体材料:
芯片主材料是晶圆,而晶圆是由单晶硅柱经过切片->倒角->研磨->腐蚀->清洗->抛光->湿法刻蚀->退火等过程最终制备而出。在晶圆加工环节还需要:电子溅射靶、光阻材料、掩膜版材料、超净高纯试剂、电子特种气体、CMP抛光液和CMP抛光垫等半导体材料化学品,此外还需要光刻胶、特种气体、刻蚀液、清洗液等众多的材料。
▌半导体软件服务:
半导体软件主要应用在IC设计流程中,设计完产品规格后,要硬体描述语言(HDL--常使用的有Verilog、VHDL等)将电路描写出来,然后将合成完的程式码再放入EDA tool,进行电路布局与绕线。
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