根據(jù)核心驅動力不同， 半導體的發(fā)展可以分三個階段， PC 與互聯(lián)網(wǎng)時代—移動互聯(lián)網(wǎng)時代—5G+AIoT 時代。 隨時代的發(fā)展，半導體呈現(xiàn)出“兩個持續(xù)”的發(fā)展特點，即分工持續(xù)細化，產(chǎn)業(yè)鏈持續(xù)轉移。從傳統(tǒng)的 IDM 到fabless+foundry， 演化出今天主流的三個核心環(huán)節(jié)，未來 IDM 廠商仍在進一步分化， fablite 是未來輕資產(chǎn)化的大趨勢。 從產(chǎn)業(yè)鏈轉移的角度， 前兩次發(fā)生在日本、 韓國、臺灣地區(qū)，未來隨 5G+AIoT 時代到來， 全球半導體產(chǎn)業(yè)向國內轉移已是當前發(fā)展趨勢，未來的核心驅動力主要為： AI 深度學習、 5G SoC、物聯(lián)網(wǎng)多端互聯(lián)及異構芯片。
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本期內參來源：世紀證券
原標題：
《成長與遷移，全球半導體格局演變》
作者：陳建生
一、三大維度揭秘全球半導體格局1、費半指數(shù)
費城半導體指數(shù)（SOX） 的發(fā)展階段反應了全球半導體的走勢與興衰更替。費半指數(shù)涵蓋全球半導體設計、設備、制造、 材料等方向， 其走勢可以是衡量全球半導體行業(yè)景氣程度的主要指標。費城半導體指數(shù)發(fā)行于在 1993 年12 月 1 日， 是衡量半導體景氣度的重要指標之一。 從費半指數(shù)長期歷史來看，簡單的可以將其劃分為三個大階段。
第一階段， PC 與互聯(lián)網(wǎng)時代（1994-2009）： 指數(shù)總體呈現(xiàn)周期大于成長的走勢，有明顯的上下周期性波動。 指數(shù)最高在 2000 年達到 1362 的階段性高點，但隨著互聯(lián)網(wǎng)泡沫的破滅， 隨后出現(xiàn)了大幅下滑。 技術進步的驅動力來自筆記本電腦以及寬帶網(wǎng)絡技術，由于處于互聯(lián)網(wǎng)初期階段，尚未有較多的統(tǒng)治級公司出現(xiàn)，行業(yè)經(jīng)歷了快速的潮起潮落的過程。 與此同時， 培育誕生了諸多半導體龍頭，如三星、 Intel、德州儀器等。
第二階段， 移動互聯(lián)網(wǎng)時代（2009-2018）： 經(jīng)歷 08 年全球經(jīng)濟危機后， 行業(yè)回歸長期成長。隨著全球半導體產(chǎn)業(yè)的充分發(fā)展， 以及通信技術的快速迭代，指數(shù)在這一階段走出了近 10 年的長期增長，指數(shù)漲幅接近 10 倍。 在這一階段，主要的驅動力來自移動互聯(lián)網(wǎng)通信技術的升級（4G），疊加智能手機市場的迅速擴大， 全球半導體產(chǎn)值達到 3000 億美元以上。 在之前微軟與英特爾形成的系統(tǒng)與芯片綁定的模式上， 安卓與高通在移動端也形成了強大的聯(lián)盟。芯片產(chǎn)業(yè)鏈中的設計、 晶圓制造、 晶圓代工、設備、材料等均出現(xiàn)了具有壟斷性的公司。
第三階段， 5G 與 AIoT 時代（2018-）： 目前在半導體產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)中，整體競爭格局相對穩(wěn)定，集中度普遍較偏高，隨著摩爾定律的持續(xù)生效，龍頭技術壁壘愈發(fā)難以被打破。在此階段，費半指數(shù)也在持續(xù)創(chuàng)出新高，龍頭公司景氣度不減。目前處于移動互聯(lián)網(wǎng)與下一時代的交匯期，當前 5G 與 AI 提供的增長動力已經(jīng)顯現(xiàn)，下游端可穿戴設備與物聯(lián)網(wǎng)已有一定的增長趨勢儲備了足夠的增長動能， 疊加隨數(shù)字貨幣、區(qū)塊鏈等新技術對存儲器的增量需求加大，全球半導體產(chǎn)值已突破 4000 億元。 未來隨人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等技術應用進一步落地，半導體市場份額需求有望進一步增長提升。
▲費城半導體指數(shù)至今走勢及相關區(qū)間核心因素
費半成分股的選取標準為： 1）、 在納斯達克股票市場、紐約證券交易所、紐約證券交易所或 CBOE 交易所上市;2）、 主營業(yè)務被歸類為設計、銷售、制造和銷售的半導體公司;3）、仍有至少 1 億美元的最低市值;4）、 在過去 6 個月中,每股至少可交易 150 萬股。
從費半指數(shù)成份股看， 全球半導體的核心資產(chǎn)仍集中在美國。為了保證費半指數(shù)能密切跟蹤半導體市場發(fā)展，成份股于每年 9 月進行評估，通過將符合標準的證券按照市值排名，將市值排列的前 30 名被成份股。 其中：
半導體設計廠商 17 家：高通、博通、英偉達、 AMD、賽靈思、邁威科技等；半導體設備廠商 5 家：應用材料、拉姆研究、阿斯麥、 卡伯特微電子、 克里科技；半導體制造廠商 2家：臺積電，科天半導體；IDM 廠商 6 家：英特爾、美光、德州儀器、恩智浦、 Qorvo、 Skyworks。從下游應用分布來看， 以三星和高通為代表的廠商主要集中在手機和消費電子，以英特爾，博通， AMD 為代表的主要集中在 PC 和通信端。
▲費半指數(shù)成分股產(chǎn)業(yè)類型
▲費半指數(shù)成分股所對應的下游應用
2、 從 IDM 到 fabless+foundry，產(chǎn)業(yè)結構持續(xù)細化
當前半導體產(chǎn)業(yè)鏈中經(jīng)營模式主要有三種， fabless 與 foundry 是 IDM 產(chǎn)業(yè)細分的演化產(chǎn)物。 當今全球半導體產(chǎn)業(yè)有三種商業(yè)模式： IDM（IntegratedDevice Manufacture，集成器件制造）是傳統(tǒng)的半導體模式，即從設計，到制造、封裝測試以及投向消費市場一條龍全包的企業(yè)，稱為 IDM 公司；Fabless 模式專注半導體內部設計，是將制造過程剝離的結果，技術行業(yè)壁壘較相對最高，是芯片更新迭代的主要驅動力； Foundry 模式專注于芯片的生產(chǎn)和制造，通常由精密制造產(chǎn)線支撐，而這種新模式出現(xiàn)的標志是 1987年臺灣積體電路公司（TSMC）的成立。
▲半導體產(chǎn)業(yè)鏈垂直模式時間節(jié)點
三種者模式各有優(yōu)勢，未來產(chǎn)業(yè)鏈仍將持續(xù)細分。 從費半指數(shù)成分股的角度來看，目前三種模式下呈現(xiàn)出設計公司占比高， IDM 與 foundry 占比較少且集中度高的局面。從資本投入的角度看，芯片設計所投入的多為人力成本，固定成本較少，競爭門檻相對較低；而 IDM 與 foundry 均涉及芯片制造產(chǎn)線，固定資產(chǎn)投入是巨大的。隨著分工進一步細化，近年 Fablite 也趨于流行。Fablite 模式由 IDM 演變而來，是企業(yè)為了減少投資風險，輕資產(chǎn)化的一種策略， IDM 企業(yè)將部分制造業(yè)務轉為第三方代工， 自身保留其余制造業(yè)務。目前全球半導體業(yè)中 Fablite 模式盛行，大多數(shù)的 IDM 幾乎無一例外地執(zhí)行這個策略。
▲半導體三種模式的優(yōu)缺點
3、 全球產(chǎn)業(yè)鏈三次遷移
半導體產(chǎn)業(yè)起步于上世紀 50 年代，在 80 年前后逐步形成市場規(guī)模。 1947年貝爾實驗室采用鍺材料研制出了第一只點接觸三極管， 奠定了微電子工業(yè)的基礎， 以晶體管的發(fā)明為標志， IC 產(chǎn)業(yè)誕生。 60 年代中期， 仙童半導體將硅表面的氧化層做成絕緣薄膜，發(fā)展出擴散、 掩膜、照相和光刻于一體的平面處理技術，并實現(xiàn)了集成電路的規(guī)?；a(chǎn)。 70 年代“摩爾定律” 得到同行業(yè)認可， 相關產(chǎn)品性能快速翻倍。
隨著技術迅速提升，資本開支快速增加，垂直化分工是產(chǎn)業(yè)鏈轉移的主要原因。 半導體行業(yè)因具有下游應用廣泛，生產(chǎn)技術工序多、產(chǎn)品種類多、技術更新?lián)Q代快、投資高風險大等特點，疊加下游應用市場的不斷興起，半導體產(chǎn)業(yè)鏈從集成化到垂直化分工越來越明確，并經(jīng)歷了兩次空間上的產(chǎn)業(yè)遷移。
遷移路徑由美國至日本再到韓國臺灣， 演化模式由垂直整合到系統(tǒng)化集成，再到垂直分工。 起源美國:垂直整合模式 1950s， 主要由系統(tǒng)廠商主導。 全球半導體產(chǎn)業(yè)的最初形態(tài)為垂直整合的運營模式，即企業(yè)內設有半導體產(chǎn)業(yè)所有的制造部門，僅用于滿足企業(yè)自身產(chǎn)品的需求。
轉移日本：系統(tǒng)集成 IDM 模式 1970s， 美國將裝配產(chǎn)業(yè)轉移到日本，半導體產(chǎn)業(yè)轉變?yōu)?IDM（Integrated Device Manufacture，集成器件制造）模式，即負責從設計、制造到封裝測試所有的流程。 與垂直整合模式不同， IDM 企業(yè)的芯片產(chǎn)品是為了滿足其他系統(tǒng)廠商的需求。隨著家電產(chǎn)業(yè)與半導體產(chǎn)業(yè)相互促進發(fā)展，日本孵化了索尼、東芝等廠商。我國大部分分立器件生產(chǎn)企業(yè)也采用該類模式。
分工轉移韓國、臺灣地區(qū)，代工模式 1990s。 隨著 PC 興起，存儲產(chǎn)業(yè)從美國轉向日本后又開始轉向了韓國，孕育出三星、海力士等廠商。同時，臺灣積體電路公司成立后，開啟了晶圓代工（Foundry）模式，解決了要想設計芯片必須巨額投資晶圓制造產(chǎn)線的問題，拉開了垂直代工的序幕， 無產(chǎn)線的設計公司（Fabless）紛紛成立，傳統(tǒng) IDM 廠商英特爾、三星等紛紛加入晶圓代工行列，垂直分工模式逐漸成為主流，形成設計（ Fabless） 、 制造（Foundry）、 封測（OSAT）三大環(huán)節(jié)。
二、國內半導體產(chǎn)業(yè)空間巨大1、 自給率仍偏低，中高端核心技術仍有較大差距
中高端自給率偏低，全球排名中缺乏中國公司身影。 貿(mào)易摩擦核心在于半導體技術，自主可控是唯一可行路徑。 大陸半導體市場在龐大產(chǎn)業(yè)需求缺口刺激下產(chǎn)業(yè)投資和產(chǎn)出均表現(xiàn)快速增長，但核心技術仍需要長期積累。 ICinsights 數(shù)據(jù)顯示 2019 年上半年全球 15 大半導體公司全部為歐美、日韓和臺灣公司，中國大陸沒有公司入圍。大陸作為全球最大市場卻沒有巨頭公司，表明大陸半導體產(chǎn)業(yè)進口替代空間巨大，同時也面臨很大的挑戰(zhàn)，行業(yè)落后是不爭的事實。
▲國內半導體自給率
▲全球前 15 半導體公司的各自占比
從 19 年排名來看，海思的排名不斷提升，從整體水平來看，國內公司尚未形成競爭力。 從全球領先企業(yè)格局來看，從事存儲和邏輯電路的企業(yè)相對靠前，與半導體細分行業(yè)市場規(guī)模匹配。存儲以三星、 SK 海力士、美光為代表，邏輯電路以 Intel、博通、高通為代表，晶圓代工以臺積電為代表。 在這15 家半導體廠商中，包括 5 家美國公司， 3 家歐洲， 3 家韓國， 2 家日本，以及兩家中國臺灣地區(qū)的廠商。這些廠商中，有 10 家是 IDM， 4 家 Fabless，1 家晶圓代工廠。
總體而言， IC insights 預計 2019 年排名前 15 位的半導體公司的銷售額將比2018 年下降 15％，比預期的全球半導體行業(yè)總銷售額下降 13％低 2 個百分點。 其中營收波動最大的為 SK 海力士， 2018 年營收同比增長了 41%， 為去年 15 家中最高， 2019 年預計同比下降 38%。
2、 國內技術逐漸突破，部分細分領域發(fā)展進程加快
（1） IC 設計有望率先突破，未來面臨兩大制約因素
IC 設計少數(shù)企業(yè)形成突破， 有望率先走向一線舞臺。 IC 設計有望率先嶄露頭角，主要原因有： 1、 IC 設計固定資產(chǎn)投資門檻相對較低，以人力成本降低； 2、 國內工程師紅利凸顯，設計人才充沛， 人力成本降低； 3、目前已有個別企業(yè)走向一線舞臺，龍頭標榜效應明顯。 根據(jù)相關上市公司財報披露， 按照營收排名， 華為海思目前已在芯片設計領域排名第五， 2018 年營收增速高達 34.2%，在同行中排名第一。但總體來看，設計行業(yè)的核心技術仍然在美國， 2018 年美國占了全球 IC 設計份額的 53%，中國占比為 11%。目前大陸 IC 設計已具備趕超國際公司的能力，未來將涌入更多的公司。
▲國內芯片設計公司數(shù)量及增長
▲國內芯片設計銷售收入及增長
“一大多小” 是國內 IC 設計現(xiàn)狀， EDA 和底層架構是未來兩大制約因素。國內 IC 設計企業(yè)從 2015 年起整體數(shù)量有了翻倍增長， 呈現(xiàn)快速追趕態(tài)勢，整體營收規(guī)模也有了快速增長。值得注意的是，在大部分芯片細分領域，自給率仍然很低，除去華為海思的營收規(guī)模超過 500 億元外，其余公司收入最高為 100 億元，總體概況為一大多小。
在具體業(yè)務進行中，主要涉及兩大核心關鍵技術受到國外的制約。 EDA 設計軟件美國的三家公司（Synopsys、 Cadence、 Mentor） 壟斷了全球 65%和國內 96%以上的市場份額， 目前國內僅有 10 家左右公司有相關業(yè)務，全球份額占比不足 1%。 底層架構方面目前主要分為兩大陣營： 一個是以 intel、AMD 為首的基于復雜指令集的架構 X86 架構， 在個人 PC 端占絕對主導；另一個是以 IBM、 ARM 為首的精簡指令集 ARM/MIPS/Power， 在移動設備和物聯(lián)網(wǎng)設備芯片中占絕對主導， 其中在手機、汽車電子及 IoT 等領域中具備絕對的話語權， ARM 架構芯片占手機市場份額約 90%。
（2） IC 制造市場高度集中，設備與材料被國際先進企業(yè)壟斷
晶圓代工環(huán)節(jié)和所涉及到的設備材料集中度遠高于 IC 設計， 主要原因是制造過程中，涉及到巨大的固定資產(chǎn)投入，若技術無法做到全球領先， 在投資周期內很可能無法盈利。 晶圓代工方面， 整個行業(yè) CR3 接近 80%， 臺積電占全球市場份額超 50%，其次為三星、 格芯， 國內最大的晶圓代工廠為中芯國際，目前最高技術水平在 12-14nm 左右，今年隨高端光刻機順利投入產(chǎn)線，未來有望進一步提升技術水平。
▲全球晶圓代工各公司市場份額
▲全球芯片制造部分企業(yè)資本開支對比
設備與材料方面， 關鍵技術被歐美日壟斷。 半導體設備主要以歐美日企業(yè)為主， 從分布來看， 全球前 15 的半導體設備企業(yè)中， 美國 4 家， 日本 7 家，歐洲 3 家， 韓國 1 家。從營業(yè)收入的角度看，大陸半導體設備公司的市占率非常小，尚未在國際舞臺上看到大陸公司的身影。美國的應用材料公司產(chǎn)品幾乎包括除光刻機之外的全部半導體前端設備。荷蘭的 ASML 是高端光刻機的全球第一，其研發(fā)投入與技術實力國內企業(yè)差距甚遠。 設備行業(yè)的整體集中度基本達到了 CR3 大于 90%。
▲全球刻蝕機市場份額
▲全球光刻機市場份額
國內設備企業(yè)規(guī)模普遍很小， 技術差距較大。 目前國內排名第一為北方華創(chuàng)，2018 年營業(yè)收入為約 4.75 億美元，距離應用材料公司 140 億美元的營收有30 倍以上的差距， 技術節(jié)點多數(shù)都還比較落后，大部分設備在 28nm 制程以上，在高端光刻機等核心設備生產(chǎn)仍依賴進口； 國內先進企業(yè)中，北方華創(chuàng)的刻蝕機、 PVD 等設備已達到 14nm 級別，氧化爐已經(jīng)批量應用于中芯國際、華力微電子、 長江存儲等廠家； 中微半導體刻蝕機的技術水平已經(jīng)達到77nm，達到國際先進水平。
（3） IC 封測國內通過并購崛起， 已有三家企業(yè)進入世界前十
IC 封測門檻相對較低， 本土廠商逐漸崛起。 目前國內已有三家企業(yè)進入世界前十，分別是長電科技、華天科技、通富微電， 按照市場份額來看， 分別排在全球第三、六、七名。 由于封測產(chǎn)業(yè)對規(guī)?；筝^高， 相對于設計與代工， 國內封測企業(yè)目前排名相對靠前， 主要采用的方式是加大研發(fā)投入以及并購整合。 整體行業(yè)目前集中度略低于設計與代工，隨著并購持續(xù)進行，未來集中度有望進一步提升。 2018 年全球 OSAT（Outsourced Assembly&Test， 外包封裝測試） 前十大廠商市占率超過 80%，行業(yè)高度集中。因為OSAT 與 Foundry 在產(chǎn)業(yè)鏈上緊密關聯(lián)，依靠臺積電在 Foundry 市場超過50%份額的壟斷地位，臺灣地區(qū)在 OSAT 市場也扮演著主導角色。
行業(yè)分工細化， OSAT 成為主要生產(chǎn)模式， 未來先進封裝技術是提升芯片效能的增量動力。 IDM 與 OSAT 是目前半導體封測產(chǎn)業(yè)的兩種主要模式。 IDM企業(yè)芯片產(chǎn)業(yè)所有環(huán)節(jié)均自己完成， OSAT 企業(yè)僅提供中后段的封裝測試代工服務。 隨著輕資產(chǎn)的設計公司的不斷增長，推動 OSAT 企業(yè)快速發(fā)展,OSAT+Foundry 的模式成為半導體行業(yè)發(fā)展的主要模式。 隨著 IC 設計趨于復雜與制程工藝不斷提升， 封裝環(huán)節(jié)的技術提升，有望為芯片的性能提供額外的附加值， 提高半導體產(chǎn)品價值的同時降低成本。 目前先進封裝演進方向主要分為減小尺寸的方向，主要實現(xiàn)方式是 FC、 Fan-out、 Fan-inWLP 和Bumping,和異質結融合的方向，主要實現(xiàn)方式是 Sip、 3D 封裝和 TSV，通過這兩類型技術，實現(xiàn)在更小尺寸里集成更多功能，同時實現(xiàn)更高的封裝效率。 而 Fan-out 和和 Sip 系統(tǒng)級封裝是目前被公認的在這兩個方向上具有最大增長潛力的封裝技術。
▲先進封裝技術發(fā)展歷程
▲先進封裝技術占比提升
3、 受益政策支持與資本助力，國內半導體有望取得長足發(fā)展
（1） 以史為鑒， 國家政策支持是半導體的必要條件
回顧美日韓成功經(jīng)驗，政府大力支持與基礎技術研發(fā)必不可少。 從全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度看，目前中國正處于世界第三次半導體產(chǎn)業(yè)轉移的浪潮中，回顧歷史美日韓發(fā)展的成功經(jīng)歷，離不開政府的統(tǒng)籌規(guī)劃與資金政策的大力支持，以及對基礎技術研發(fā)的高度重視。
美國半導體產(chǎn)業(yè)自上世紀 50 年代以來，歷經(jīng)行業(yè)起步、發(fā)展、全球化， 政府扮演著重要角色。 起步階段： 半導體技術研發(fā)投入大，美國政府通過直接采購和研發(fā)資助的方式助力美國半導體公司完成初步積累； 發(fā)展階段： 70 年代后期面臨日本的崛起，美國政府通過一系列特殊的稅收優(yōu)惠政策， 并從國際政治上對日本進行施壓， 通過一系列法案建立政府與民間的合作關系； 全球化階段： 采取保護性貿(mào)易政策打擊國際對手， 保護本土半導體企業(yè)。
日本半導體產(chǎn)業(yè)成功的核心因素：政府主導核心企業(yè)集體研發(fā)+選擇正確的發(fā)展方向+對基礎技術的高度重視。 起步階段： 1963 年日本電氣公司獲得美國仙童半導體的平面技術授權，日本政府要求其進行行業(yè)內分享，隨后誕生了三菱，夏普，京都電氣， 半導體產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展。
發(fā)展階段： 八十年代，日本政府決定開發(fā)體積更小，性能更強的超大規(guī)模集成電路， 發(fā)起全國范圍內規(guī)模最大的企業(yè)間合作， 由日立，三菱，富士通，東芝，日本電氣牽頭，將大量的精力投入到基礎技術中， 團隊協(xié)調與技術融合是成功的關鍵。從1980 到 1986 年間，日本半導體產(chǎn)業(yè)全球市場份額從 26%上升至 45%，美國為 42%。 當時在存儲芯片領域，日本電氣，東芝，日立三家公司份額超過90%。 全球化階段： 02 年日本政府再次發(fā)動技術合作， 11 家公司共同研發(fā)系統(tǒng)級芯片， 目前日本在部分細分領域已經(jīng)做到幾乎壟斷， sony 的 coms 傳感器幾乎壟斷高端市場，信越化學在半導體材料如硅晶圓，光刻膠等領域占據(jù)絕對優(yōu)勢。 給我們的啟示： 首先有明確清晰的規(guī)劃，其次聯(lián)合國內企業(yè)頂尖人才共同研發(fā)避免了大量重復投入，不急功近利，重視基礎技術的研發(fā)。
（2） 產(chǎn)業(yè)鏈向國內市場轉移， “雙增” 現(xiàn)象顯著
市場總體呈現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模與貿(mào)易逆差“雙增” 的現(xiàn)狀。 我國半導體產(chǎn)業(yè)起步時間相比于發(fā)達國家落后近 30 年， 但隨著市場化進程加快，目前產(chǎn)業(yè)規(guī)模增速遠高于全球增速， 連續(xù)多年保持兩位數(shù)以上。 可以看出，整體的產(chǎn)業(yè)鏈在向國內轉移，同時國內需求也在逐年上升。
▲國內集成電路銷售額及增長速度
▲三大細分產(chǎn)業(yè)銷售額
在產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐漸擴大的同時，半導體貿(mào)易逆差也在同步擴大，主要有量，價，技術三方面原因： 1，國內工業(yè)制造業(yè)需求、居民消費需求快速增長， 國內需求端增速超過海外市場，尤其對于高端產(chǎn)品的需求增速加快； 2， 低端產(chǎn)品與中高端價差過大， 從進出口商品總價值上看，半導體貿(mào)易逆差仍在擴大； 3，反應在量價上背后的核心因素是技術的突破不足，由于集中度過高的行業(yè)屬性，大部分核心技術仍掌握在國外個別公司手里。 由于上述原因， 我國半導體產(chǎn)業(yè)整體仍處于規(guī)模大但技術低的階段。
▲半導體進出口差額及變化情況
▲全球半導體銷售區(qū)域分布
（3） 政策資本大力支持，未來成長空間巨大
國內產(chǎn)業(yè)政策長期大力度支持無疑。 自 2016 年以來，國內開始出臺了大量政策，包括中央、地方促進第三代半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 在國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金之外，多個省市也相繼成立或準備成立集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金，目前包括北京、上海、廣東等在內的十幾個省市已成立專門扶植半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的地方政府性基金。
▲國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展綱要
▲ 2016 年以來中央及地方對半導體產(chǎn)業(yè)支持政策數(shù)量
多方面資本聚集，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供長期支持。 半導體行業(yè)的投資周期較長，很難在短時間內完成超越，長期的資本支持與人才累積是必備條件。我國從2014 年起成立國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金（也即“大基金”）， 基金所有權為國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金股份有限公司，采取公司制的經(jīng)營模式，與以往的補貼模式有著本質的不同， 投資方式包括：私募股權、基金投資、夾層投資等一級市場和二級市場投資，但不包括風險投資和天使投資。 目前大基金一期已經(jīng)全部完成投資， 一期總投資額 1387 億元已投資完畢，公開投資公司為 23 家，未公開投資公司為 29 家，投資范圍涵蓋設計、制造、封裝、設備、材料多個環(huán)節(jié)，基本完成全產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋。
國家大基金二期成立， 持續(xù)投入力度不減。 2019 年 10 月 22 日，國家大基金二期注冊成立，注冊資本 2041.5 億元。 大基金一期（包含子基金）總共撬動了 5145 億元社會資金（含股權融資、企業(yè)債券、銀行、信托及其他金融機構貸款），資金撬動的比例達到了 1:3.7， 若大基金二期的 2041.5 億資金撬動比例按照 1:4 的比例來估算，預計將會撬動 8166 億的社會資金，總的投資金額將超萬億。 第二期大基金將會加強對設備和材料的部署力度，按照加重投資裝備行業(yè)的投資思路， 按照設備投資占比為 15%測算，則設備方面的投資額可達 900 億元， 將對包括刻蝕機、薄膜設備、測試設備、清洗設備等領域已有布局的企業(yè)提供強有力的支持。
半導體目前是我國首要支持產(chǎn)業(yè)， 未來成長空間巨大。 根據(jù)我國《中國制造2025》 規(guī)劃目標， 到 2020 年，集成電路產(chǎn)業(yè)與國際先進水平的差距逐步縮小，全行業(yè)銷售收入年均增速超過 20%， 企業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力大幅增強。移動智能終端、網(wǎng)絡通信、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等重點領域集成電路設計技術達到國際領先水平，產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系初步形成。 16/14nm 制造工藝實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)，封裝測試技術達到國際領先水平，關鍵裝備和材料進入國際采購體系，基本建成技術先進、安全可靠的集成電路產(chǎn)業(yè)體系。 到 2030 年，集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)達到國際先進水平，一批企業(yè)進入國際第一梯隊，實現(xiàn)跨越發(fā)展。 當前我國半導體產(chǎn)業(yè)的自給率才只有不到 15%， 根據(jù)《中國制造2025》 的目標，計劃 2020 年自給率達 40%， 2050 年達到 50%。
三、 5G+AIoT 是未來核心賽道1、 深度學習大幅提升 AI 芯片算力， 是拉動半導體增長的重要引擎
AI 芯片是傳統(tǒng)芯片的異構與疊加， 在專項計算中性能遠超傳統(tǒng)芯片。 AI 芯片指針對 AI 算法的 ASIC（專用芯片）， 傳統(tǒng)的 CPU 都可以拿來利用執(zhí)行 AI算法，但是速度慢，性能低，無法實際商用。 例如自動駕駛需要識別道路行人紅綠燈等狀況， CPU 的速度遠遠無法滿足，若用 GPU， 在圖像識別過程中計算速度會成倍增加。 但單純的 GPU 功耗較大，而且處理數(shù)據(jù)單一，因此 AI 芯片是在原有 CPU 的基礎上，增加了相應的 GPU 單元， 用來計算神經(jīng)網(wǎng)絡帶來的深度學習算法。 在圖像識別等領域，常用的是 CNN 卷積網(wǎng)絡、語音識別、自然語言處理等領域，主要是 RNN， 兩類算法雖然不同， 但本質上， 都是矩陣或 vector 的乘法、加法， 然后配合一些除法、指數(shù)等算法。
▲四種 AI 芯片架構的代表產(chǎn)品及特點
AI 芯片算力大約 3 個月翻倍， 核心提升在于底層架構。 相比于摩爾定律（每18 個月芯片的性能翻倍）， AI 訓練所需的算力大約 3 個月翻倍， 而提升算力的關鍵是芯片設計， 特別是底層的架構設計。 目前來看，傳統(tǒng)的芯片架構已經(jīng)難以滿足 AI 應用的需要。
目前主流的架構分為四種： 1、 通用類芯片，如 GPU、 FPGA 等； 2、 基于FPGA 的半定制化芯片代表如深鑒科技DPU、百度 XPU 等； 3、 全定制化ASIC 芯片代表如 TPU、寒武紀 Cambricon－1A 等； 4、 類腦計算芯片代表如 IBM TrueNorth、 westwell、高通 Zeroth 等。
▲GPU 工作原理
▲深鑒科技 DPU 基本參數(shù)
▲TPU 的架構框圖
▲TrueNorth 芯片結構、功能、物理形態(tài)圖
未來深度學習將成為拉動半導體需求的重要引擎，有望實現(xiàn)年化 47%的增長。 包括 IC 廠商和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)在內， 越來越多的廠商開始投入研發(fā)或已經(jīng)推出 AI 專用芯片。根據(jù) Gartner 統(tǒng)計， AI 芯片在 2017 年的市場規(guī)模約為 46億美元，而到 2020 年，預計將會達到 148 億美元，年均復合增長率為 47%。
2、5G SoC 迎來性能爆發(fā)增長，未來存量替換與增量終端并存
5G 網(wǎng)絡基建期正值高峰，移動端芯片組性能爆發(fā)增長。 芯片組包括射頻集成電路(RFIC)、系統(tǒng)芯片(SoC)、專用集成電路(ASIC)、蜂窩芯片和毫米波(mmWave)集成電路。 通訊巨頭公司許多都在構建調制解調器、 RF 前端，或兩者兼得， 其中設計的是低于 6GHz 的頻譜，并支持 100MHz 的信封跟蹤(ET)帶寬。 5G SoC 性能形成突破的主要原因： CPU 性能的進一步提升，制造工藝降低至 7nm 以下； GPU 方面，對于圖像處理的能力大幅提升； NPU 方面采用了新的架構。以華為麒麟 990 為例，各方面的提升如下：
▲華為麒麟 990 5G 參數(shù)提升
5G 終端數(shù)量快速增長， SoC 增量與存量并存。 GSMA 預計，到 2025 年 5G連接數(shù)量將達到 14 億，占中國和歐洲連接總量的 30%左右，占美國連接總量的 50%左右。 下游行業(yè)應用將成為 5G SoC 發(fā)展的主要驅動力。面對多樣化的場景需求， 5G 終端將沿著形態(tài)多樣化和交互多元化發(fā)展。 在 5G 商用元年，終端的類型和數(shù)量已遠遠超過預期， 未來仍會有更多的增量空間及存量替換。 相比于 2014 年的 4G 商用元年，市場上只有 4 款 4G 終端，而截止到今年 9 月 10 日， 5G 終端數(shù)量已有 136 款之多， 對于 5G SoC 的需求有極大的促進作用。
3、 多平臺互通成主流趨勢， 物聯(lián)網(wǎng)布局掀開半導體另一增長動力
物聯(lián)網(wǎng)是未來半導體產(chǎn)業(yè)的最重要增長動力。 IOT 將接替移動互聯(lián)網(wǎng)成為下個時代的主題， 主要原因來自以下幾點： 智能手機增量有限，來自于功能接近飽和； 隨通信技術迭代， 5G 商用萬物互聯(lián)從技術上已經(jīng)可以實現(xiàn)；以華為鴻蒙系統(tǒng)為代表，操作系統(tǒng)已經(jīng)轉向多平臺化； AI 技術爆發(fā)式發(fā)展， 相關技術已經(jīng)在逐步適配 IOT。
全球范圍內，物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量高速增長。 截止 2019 年，全球物聯(lián)網(wǎng)設備連接數(shù)量達到 110 億個，其中，消費物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量達到 60 億，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量達到 50 億。 根據(jù) GSMA預測， 2025 全球物聯(lián)網(wǎng)終端連接數(shù)量將達到 250 億， 其中消費物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量達到 100 億，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量達到140 億，占全球連接數(shù)的一半以上。 物聯(lián)網(wǎng)未來主要實現(xiàn)兩類功能： 對真實物體信息的采集、識別和控制；通過終端通信，將采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸至決策服務端，并進行決策。主要模塊分別為，硬件模塊， 固件系統(tǒng)模塊，應用模塊，數(shù)據(jù)模塊，通信接入模塊。隨著模塊數(shù)量的爆發(fā)式增長， 將直線拉動相關半導體需求。
▲物聯(lián)網(wǎng)終端及增長預測
▲物聯(lián)網(wǎng)終端架構
未來應用于物聯(lián)網(wǎng)的半導體芯片將以針對性與安全性為核心。 對于 PC 和手機 SoC， 一系列產(chǎn)品通?？梢源罅砍鲐浬蟽|片， 而物聯(lián)網(wǎng)意味著要面臨各種各樣的產(chǎn)品提出很多種解決方案， 面臨著嚴重的細分化問題，雖然部分芯片的需求量很大，但總體來說種類散亂，雖然整體規(guī)模很大， 單一產(chǎn)品或者系列產(chǎn)品的需求量可能并不大， 定制化是亟待解決的問題。 其次， 物聯(lián)網(wǎng)時代面臨的安全問題， 源于多終端越和鏈接通路， 因此物聯(lián)網(wǎng)芯片就有了更多要求， 安全性是首要保證。 在多樣化的背景下，安全問題不同以前可以統(tǒng)一解決。
▲物聯(lián)網(wǎng)安全技術思路
巨頭公司提前布局， 從流量爭奪到構建生態(tài)體系。 互聯(lián)網(wǎng)的增速放緩， 發(fā)展到一定程度， to B 業(yè)務才是增長的主要驅動力。從目前來看，美國的 to B 市場非常成熟，而國內做 to C 業(yè)務的公司不到 to B 的十分之一，這也給巨頭們留下了很大的增長空間。 發(fā)展路徑為從無線網(wǎng)絡基礎設施和基站到智能手機再到物聯(lián)網(wǎng)設備應用， 5G 有望提供一個完全互聯(lián)的移動世界，其市場范圍從聯(lián)網(wǎng)汽車、智能城市、智能手機到物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設備，無處不在，從流量端的爭奪，到構建生態(tài)體系，科技巨頭以在物聯(lián)網(wǎng)重點布局。
▲全球科技巨頭公司提前布局 IOT 產(chǎn)業(yè)
智東西認為，從上世紀50年代集成電路技術發(fā)明開始，集成電路的發(fā)展大致經(jīng)歷了三次產(chǎn)業(yè)轉移，分別是美國起源、日本加速、韓國臺灣成熟分化發(fā)展，而第三次半導體產(chǎn)業(yè)的轉移有望在中國大陸落地?，F(xiàn)在，產(chǎn)業(yè)鏈轉移趨勢明顯， 產(chǎn)業(yè)規(guī)模國內增速超過全球平均；產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴大的同時，貿(mào)易逆差也在同步擴大； 但是， 我國中高端自給率仍偏低，全球龍頭中缺乏中國公司身影。隨著5G的全面落地，新一輪半導體產(chǎn)業(yè)將爆發(fā)，以AI 深度學習、 5G SoC、物聯(lián)網(wǎng)多端互聯(lián)及異構芯片為代表的半導體新方向值得重點關注。
