半导体产业链跟踪：供需失衡持续，国产替代新机会

　　报告要点

　　1．总体供需紧张持续全年,部分产品持续到明年

　　目前情况,总体紧缺情况持续全年,部分产品如汽车电子、MCU紧缺持续到明年。主要原因是由新冠、地缘政治、早期受影响较重行业需求反弹、各环节产能错配、恐慌性下单等综合性因素导致。

　　2．全球加大先进制造能力建设,国产卡位14nm及以上制程

　　新一轮数字转型正在推动数据生成的指数级增长,这导致了人工智能计算与万物互联逐渐落地,下游如汽车、家居、游戏、工业等诸多领域对硅基芯片的需求有望逐步释放。除高性能计算类芯片对先进制程极度依赖,AIOT对非先进制程同样拥有巨大的潜在市场空间。我们认为下游需求更加分散化、多样化、定制化,终端对应汽车、智能家居、新兴消费电子产品,其中MCU、PMIC、MEMS等在各分散终端的重叠应用品种国产化需求更强。

　　3． 关注国产替代程度极低的领域,核心技术是公司中长期成长动力

　　目前国内半导体企业营收体量小,只要公司技术达到国际水平且能保证研发迭代速度,在市场对国产接受程度提高的背景下,我们认为具备核心技术的公司具备长期成长动力。技术封锁、地缘政治等因素影响,国产替代重心逐渐落实到半导体底层基础建设,即材料、设备和制造技术。

　　4． 行业将进入下一轮产品周期,更多应用即将放量

　　我们认为短期内没有惊人的技术变化出现,更多的是下一轮产品周期的过渡和加速。国内半导体发展的预期:1)基于目前国内半导体各环节的能力储备,设计和封测环节可以参与高端领域竞争,制造、设备/材料环节主要聚焦于从中端向高端的渗透。2)国内半导体企业目前整合程度低,有望享受市场增长和国产替代双重增速。3)5G、AIOT、汽车电动化大趋势下将会衍生出更丰富的应用场景,中国作为最大的电子产品消费市场,本土供应链上企业更接地气,围绕客户发现需求方面有望优先受益。4)产业链供应安全驱使国家/地区加强本土产业链建设,全产业链供应重要性及优势进一步强化,加深国产替代逻辑及加速导入进程。

　　投资建议

　　产业链供应安全驱使国家/地区加强本土产业链建设,加深国产替代逻辑及加速导入进程。我们认为半导体国产替代重心将聚焦于材料的发展,建议关注:晶瑞股份、安集科技、彤程新材、金宏气体、雅克科技等。

　　5G、AIOT、汽车电动化等大趋势下,衍生出细分新电子产品的快速放量,寻找分散终端的重叠应用品种。我们认为下游需求更加分散化、多样化、定制化,新应用如汽车、智能家居、消费电子产品中所需如MCU、PMIC、MEMS、存储等在各分散终端的重叠应用品种有望长期受益。建议关注:1)MCU领域:芯海科技、兆易创新等;2)MEMS领域:敏芯股份、瑞声科技等;3)PMIC领域:芯朋微、晶丰明源等。

　　风险提示

　　供应链风险;下游需求不及预期;技术研发进展不及预期;产能建设进展不及预期;原材料价格波动风险。

　　报告目录

　　报告正文

　　1、全年供需失衡情况持续,关注产业链国产替代机会

　　1．1 费半指数反映全球半导体预期,全年供需失衡情况持续SOX费城半导体指数为全球半导体行业主要指标之一,纳入指数公司包含全球半导体产业链上游数字/模拟设计、中游晶圆制造及设备/材料供应的龙头标的。指数隐含市场对公司未来的预期,且成分标的全球影响力足够大,指数具有领先性且能相对有效的反映行业预期变化。

　　半导体行业具有一定周期性,过去20年期间较为明显的四段周期时间分别是2003年、2009年、2011年、2016年。第一段驱动力来源于笔记本替代台式机以及手机的大量普及;第二段驱动力来源于以中国为主的新兴经济体对手机、PC及通讯基础设备强劲需求;第三段驱动力源于智能手机需求快速爬坡,经四年达到饱和;第四段驱动力源于虚拟货币对矿机的短暂需求。

　　半导体行业的状况取决于四个因素:1)全球GDP,对应需求端消费意愿;2)生产的数量,对应供给端产能;3)产品迭代速度,对应技术创新能力;4)原料平均销售价格,对应上下游成本。我们认为结构性缺货、疫情的反复、地缘政治、经济的不稳定性将成为2021年半导体市场的主要扰动因素。对比SOX、半导体设备出货额及全球半导体销售额月度同比变化,SOX指数变化领先于后两者近两个季度,可以借鉴SOX变化判断全球半导体行业走向。

　　IMF预测2021年GDP实际增速达6．02%,全球经济的强劲复苏带动下游消费、工业、汽车等领域对IC、分立器件、PCB等需求剧增。

　　现有产能基本保持满产,货期持续推延,虽然代工厂均有扩产动作,但是短期产能扩充有限。多领域半导体需求增大形成共振,造成产能短期结构性短缺。

　　各种原材料短缺、涨价加剧供应紧张,增加各环节制造成本。

　　疫情反复、地缘政治等因素加剧产业链供应安全。

　　虽然受多方面外部因素扰动,芯片价格上涨以及经济复苏推动全球半导体销售额增长。根据WSTS统计,2020年全球半导体营收规模达4403．89亿美元,同比增长6．8%。预计按地域分欧洲需求强劲,按种类分传感器和模拟IC需求旺盛。根据SI对各半导体咨询机构2021年市场增速预测数据统计,预期平均增速为11．28%。

　　分立器件价格和货期变化对景气度较为敏感,目前价格普涨、交期推迟情况持续。一般功率MOSFET、整流管和晶闸管的交货周期是8-12周,根据富昌电子21Q2数据显示,分立器件国际大厂低压MOSFET交期较上个季度进一步延长2-4周,价格普涨;高压MOSFET交期没有进一步加剧;IGBT交期没有进一步加剧,英飞凌价格稳定;肖特基二极管交期进一步延长到12-52周,价格普涨。2021年第二季度分立器件需求短缺情况持续严峻,疫情反复对产业链供应造成巨大不确定性。

　　1．2 全球资本支出主要流向先进制程,国产卡位14nm及以上制程

　　2008年金融危机之后,全球半导体厂商资本支出相对保守,新产能基本集中在头部玩家在先进制程方面的扩产。IC Insights数据显示,往期40年中全球半导体产业共出现过6次资本支出下滑超过10%的情形,多数半导体制造厂会在经济放缓期间减少支出,在业绩好转的4-6季后,再大幅增加资本支出。全球半导体资本支出变化幅度自2010年之后收窄,制程竞技使得头部晶圆厂(台积电、三星和英特尔)主要开支用在昂贵的先进制程设备上,投资回报角度限制了8英寸新产能的扩充动力,直接导致了成熟制程产阶段性紧张。

　　半导体厂商资本支出以晶圆厂为主,往期和未来几年大部分支出聚焦于先进制程所需设备采购。尖端设备需求主要来自于逻辑和DRAM领域,逻辑全球14nm以下制程的主力玩家有台积电、三星和英特尔;存储DRAM领域全球1xnm以下主力玩家有三星、SK海力士和美光,头部玩家先进制程推进是过去几年资本支出的主要驱动力。晶圆制造龙头台积电在21Q1法说会披露,计划未来三年资本支出达到千亿美元级别,其中80%投入到7nm以下制程,10%投到先进封装,10%投到特色工艺。内存龙头美光一月宣布新型1αnm DRAM开始量产,继续使用DUV光刻技术,但是后续产品迭代需要结合材料、工艺和设备三方面协同创新,并认为未来三年内EUV解决方案将取得必要的进展。

　　国内晶圆制造环节和国际龙头存在较大差距,中期发力点在产能占比的提升和14nm及以上制造能力的沉淀和积累。根据SEMI数据显示,28nm以下先进制程产能占比约10%,28nm以上产能占比约31%。先进制程中10nm以下台积电与三星产能分配为9:1,10-22nm大陆地区占比只有3%。考虑技术限制和半导体制造各环节技术整合度,我们认为国内半导体发力点在14nm以上的制造能力,安全边际和目前产业链匹配度适于中期发展。

　　微缩带来的成本优势在逐渐下降,未来各制程市占率将趋于均衡。由于节点推进需要涉及到新材料、新工艺开发以及高昂的设备投入,芯片特征尺寸微缩速度持续放缓,越来越难证明过高成本所能带来的投资回报优势。我们认为未来半导体走向结构化应该愈发明显,各制程在该空间优势使得占比趋于均衡。

　　从晶圆尺寸划分看产能,国内企业在6寸晶圆产能优势较大,8/12寸晶圆产能占比有待提升。因为不同尺寸对应产品结构不同,以及新产线的投资回报,6/8寸线预计扩产空间偏保守,12寸产能具有更高的增长空间。

　　16/14nm以下制程应用主要有高密度DRAM和3D NAND闪存,高性能微处理器,低功耗应用处理器以及高级ASIC /ASSP/ FPGA器件。中国大陆多数20nm以下产能包括三星、SK海力士、英特尔和台积电,YMTC和中芯国际是仅有的提供小于20nm制程技术的内资企业。

　　卡位14nm及以上晶圆制造市场,数字化转型为大陆半导体企业带来长期发展机遇。新一轮数字转型正在推动数据生成的指数级增长,这导致了人工智能计算与万物互联逐渐落地,下游如汽车、家居、游戏、工业等诸多领域对硅基芯片的需求有望逐步释放。除高性能计算类芯片对先进制程极度依赖,AIOT背景下非先进制程同样拥有巨大的潜在市场空间。

　　1．3 体量尚小有更大成长空间,国产替代提供业绩增速减少周期波动

　　国内半导体企业普遍体量小,长期看有更大成长空间,国产替代趋势除提供业绩增速外还能减少半导体周期波动的影响。根据WTO数据,2019年中国集成电路及电子元件贸易逆差为1960亿美元,长期处于上升趋势,国产替代空间达万亿人民币。集成电路属于进入壁垒极高且海外发展相对成熟的行业,国内企业作为后进入者需要克服多方面困难。经过多年的培育下,我国集成电路产业链正在逐步成长,但是在技术水平、盈利能力、市占率等方面和海外龙头相比尚存巨大差距。目前国内半导体企业营收体量小,只要公司技术达到国际水平且能保证研发迭代速度,在市场对国产接受程度提高的背景下,我们认为具备核心技术的公司具备长期成长动力。

　　2020年我国集成电路产业规模达9000亿元,产业结构从早期的“大封测-中制造-小设计”逐渐演变成“大设计-中封测-中制造”的占比。根据中国半导体行业协会统计,我国集成电路产业各环节增长的同时占比更加趋于合理,其中晶圆制造的重要性稳步提升。

　　由于技术封锁、地缘政治等因素影响,国产替代重心逐渐落实到底层基础建设,即材料、设备和制造技术。

　　制造技术:逻辑目前以中芯国际进展最快,28nm量产,14nm进入客户导入阶段,有望于今年年底小批量试产;存储DRAM以长鑫存储为首,19nm DDR4量产,17nm DDR5在研;存储3D NAND以长江存储为主,处于64/128层量产状态。

　　设备/材料:设备材料除光刻外技术储备整体达到14/28nm水平,小部分达到14nm以下水平,但是验证、导入、量产需要较长的时间跨度,国内企业产品品号和产品门类偏少。

　　与海外龙头对比,国内企业主要特点有:1)收入体量小、盈利能力不稳定;2)产业处于分散化,细分龙头技术达到世界先进水平,但是业务较为单一,未具备提供系统性解决方案能力;3)中低端产品渗透率较高,高端产品极低。

　　2、行业将进入下一轮产品周期,更多应用即将放量

　　2．1 短期没有惊人的技术变化,更多的是过渡和加速半导体行业周期由产品周期、产能周期与库存周期相互嵌套。大周期是产品周期,其决定了资本开支/产能周期与库存周期。一个完整的产品周期约5-8年,技术变革与新产品出现,需求呈现连续数年的爆发性增长,生产企业加大资本开支/产能以满足正在扩张中的产品周期,行业增长动力由新产品早期高增速主导;产品总需求饱和或下降,企业进入存量竞争,行业增长由产能周期主导;需求衰退导致产能利用率下降,新需求动能未铺开前,IC设计企业季度订单预测与实际订单之间的差值波动决定了库存周期。

　　重点关注半导体行业的产品周期,长期持续增长的原因在于“源源不断的产品创新”,在市场达到饱和的时候又有更多新型产品和服务形成接力。社会对现有产品和服务的需求一定会饱和,需求和产量在最初阶段快速扩大,增长率从加速到逐步放缓趋于停滞,极端情况下会出现熊彼得提出的“创造性破坏”而遭到淘汰。丹尼斯·罗伯逊认为导致萧条的原因在于需求饱和,一旦产品和服务达到需求饱和,行业会陷入萧条,解决方法是不断地持续刺激新的欲望。

　　近20年间半导体较为明显的波动:1)2003年,英特尔迅驰移动计算技术的进步和整体价格的下降加速笔记本普及。2)2010年,功能机市场向智能机过渡,手机处理器性能大幅度提升,整体价格走向民用化。3)2014年,智能机接近饱和,可穿戴设备成为当期热门需求,但是后续市场发展不及预期。4)2016年,加密货币兴起导致矿机用芯片需求急速攀升,但是后续随价格波动剧烈。我们认为真正形成长期产品周期可以简化成两轮,第一轮主要动力是个人电脑和通讯设备,第二轮主要动力是智能手机。

　　世界进入5G、AI、IOT时代,芯片设计变得越来越复杂,所服务的市场和支持其发展的生态系统也变得多样化和定制化。我们认为,未来发展不再是以前那样以单一产品支撑一个大的产品周期,市场走向定制化、多样化和复杂化,周期波动有望减弱。目前没有惊人的技术变化带来短期全面爆发式需求,主要是在为新的多样化应用过渡。

　　2．2 半导体硅片供应端增长平稳,单片价值量提升大部分电子元件都使用硅基材料,上游半导体硅片供需变化与全球半导体产业景气变化高度相关,化合物半导体器件仅在一些细分领域具有性能优势。半导体硅片行业集中度极高,CR5合计占比高达90%以上,国际龙头产能安排与下游需求预期匹配度相对理性。

　　因为8吋晶圆制造产线扩产预期有限,且8吋线上部分产品随着性能迭代和成本优化等趋势开始逐渐向12吋线转移,未来12吋硅片需求上升空间更大,年复合增速约5%。根据SUMCO数据统计,2011-2014年12吋硅片产能保持在4800kwpm,2015-2017年产能提升15%至5500kwpm,2018-2024年预计增长36%至7500kwpm。

　　从硅片出货面积变化角度来看,未来增幅有望保持平稳,但是芯片复杂程度的提升有望增加单片价值量。根据SEMI数据统计,2010年金融危机后需求反弹,硅片出货面积逐渐攀升至11．5-12亿平方英尺,并预测未来3年增速约5%。根据不同尺寸晶圆划分,近年12吋片出货面积增长速度最快,其余尺寸硅片变化幅度不大。

　　根据SUMCO测算,8吋片需求于2018年达到5500千片/月后,近两年保持5000千片/月;12吋需求逐渐提升至2020年6500千片/月。

　　根据SUMCO预测,未来硅片需求增长动力来自于5G手机、汽车和数据中心。

　　智能手机从4G向5G切换,单机用量提升。智能手机4G到5G,其存储器、AP、基带芯片以及CIS等性能显著提升。相较于4G手机,5G手机DRAM一般为6-13GB,NAND为128-512GB,AP提升至8核,CIS为4-7片。5G手机硅用量将提升1．7倍至2．1 sqi/unit,DRAM提升1．77倍,NAND提升1．66倍,逻辑/CIS提升1．62倍。

　　相比于传统燃油车,电动车单车硅用量大幅度提升。电动汽车渗透率提升,动力总成含硅量提升2-2．2倍,高级驾驶辅助系统ADAS增量约4sqi/unit。传统燃油车晶圆用量约100万片/月,电动汽车及ADAS系统普及将大幅度提升汽车芯片用量,预计2024年汽车行业8寸晶圆用量达到250万片/月。

　　云的扩张以及IT基础设施建设,大型数据中心带动高性能逻辑和存储芯片需求。人们进入数字化时代,头部企业加大数据中心的建设,带动高性能计算和存储芯片需求。根据SUMCO测算,2025年数据中心12寸晶圆用量约160万片/月。

　　3、新产品周期下游百花齐放,设计环节寻求更多成长机会

　　国内和国外半导体行业存在较大差异:

　　1)相比于芯片设计和封测,国内晶圆制造能力及设备/材料方面在先进领域竞争力较低,属于中长期追赶方向。考虑到目前国内半导体各环节的能力储备,我们认为未来5年设计和封测环节可以参与高端领域的竞争,半导体制造、设备/材料环节主要聚焦于从中端向高端的渗透。

　　2)国内半导体企业目前整合程度低,有望享受市场增长和国产替代双重增速。未来产业链上企业有望趋向整合,将有一批具备核心技术的企业做大做强。

　　3)5G、AIOT、汽车电动化大趋势下将会衍生出更丰富的应用场景,中国作为最大的电子产品消费市场,本土供应链上企业更接地气,围绕客户发现需求方面有望优先受益。

　　4)近三年,贸易战、天灾、恐慌性备货、产能冲突,产业链供应安全驱使国家/地区加强本土产业链建设,全产业链供应重要性及优势进一步强化,加深国产替代逻辑及加速进程。

　　看好细分新电子产品的快速放量,寻找分散终端的重叠应用品种。我们认为下游需求更加分散化、多样化、定制化,新应用如汽车、智能家居、消费电子产品中所需如MCU、PMIC、MEMS、存储等在各分散终端的重叠应用品种有望长期受益。

　　汽车电子

　　汽车发展三大趋势未来逐步落地,电动化、智能化、网联化。汽车电子广泛应用于各个领域,从动力系统、ADAS到自动驾驶,汽车电子的成本占到整车成本比例逐渐升高。目前紧凑型车中电子成本占比为15%左右,纯电动车占比高达65%。ADAS系统需要大量CMOS传感器、MEMS传感器、各种原理的探测雷达来感知周围环境;新能源汽车动力源从汽油向电力切换,更加精细复杂的电能管理需要更多功率器件;智能化和网联化需要海量数据处理、交互和存储,存储、计算和连接芯片需求增大。

　　智能家居

　　5G+AIOT时代,全屋智能应用场景有望加速落地,目前一些单类智能家电产品已经进入快速成长期,如扫地机器人、影视娱乐、安防等。智能家居产业逐渐进入成熟期,带动各类半导体芯片需求增长。

　　智能家居产品种类繁多,因为行业尚处蓝海,细分领域具备潜在高成长性。近年,一些具有消费属性的智能家电发展迅速,如扫地机器人、智能音箱、小型投影设备等,我们认为未来会出现更多的爆款智能家电产品,对下游智能家电类芯片需求起到全面拉动作用。

　　新兴消费电子产品

　　目前国内IC设计企业数量众多,体量较小,一些细分高成长的消费领域有望给中小型企业带来巨大成长机会。市面上的电子烟品牌繁多,不过结构上趋同,主机结构一般包括控制段和电源段,烟杆与烟弹通过顶针Pogopin连接。控制段涉及到空气开关、控制电路、智能芯片、锂电池、马达等电子器件,大类为MCU、MEMS、电源管理IC、显示驱动等。全球吸烟人数在10亿人次量级,考虑低渗透率、丢失率和复购率下电子烟硬件需求存在较大成长空间。

　　新兴应用如VR/AR设备,随着5G基础建设落地,生态丰富度提升,近年有望逐步放量。VR/AR HMD硬件由显示屏、处理器、传感器、摄像机、无线、存储、电池、镜片组成。高刷新率VR/AR设备需要配置CPU、GPU、HPU处理芯片;人体交互需要大量传感器,主要有FOV深度传感器、摄像头、陀螺仪、加速计、磁力计和近距离传感器等,AR领域还需使用微投影MEMS;HMD和控制器之间采用的是无线连接技术;为降低眩晕图像采用高分辨率和高刷新率,对无线连接芯片要求较高;内存主要用于存储/缓存VR/AR图像和视频,而VR/AR使用较高分辨率的内容,因此对内存的要求较高。IDC数据统计,预计2024年AR/VR设备出货量达到7671万台,复合增速81．54%。

　　4、风险提示

　　供应链风险;下游需求不及预期;技术研发进展不及预期;产能建设进展不及预期;原材料价格波动风险。

　　投资评级说明:

　　分析师声明:

　　作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力,以勤勉的职业态度,独立、客观地出具本报告。本人承诺报告所采用的数据均来自合规渠道,分析逻辑基于作者的职业操守和专业能力,本报告清晰准确地反映了本人的研究观点并通过合理判断得出结论,结论不受任何第三方的授意、影响。

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来源：半导体研究笔记