從晶圓代工看設備和材料的機遇與挑戰

發(fā)布時(shí)間:2023-12-19
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自主設備與材料市場(chǎng)增長(cháng)迅速,前途光明


2022年全球純晶圓代工產(chǎn)業(yè)營(yíng)收為1181億美元,同比增長(cháng)31%,預計2026年營(yíng)收將達1696億美元,年復合增長(cháng)率為9.4%。晶圓制造持續擴張使得設備和材料首先受益,下文用具體數據盤(pán)點(diǎn)自主設備與材料的現狀與難點(diǎn)。
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晶圓代工行業(yè)的格局和趨勢


(一)晶圓代工行業(yè)格局

1.全球晶圓代工行業(yè)格局


一是全球晶圓代工整體呈現“一超多強”的競爭格局。“一超”是臺積電,“多強”主要包括三星電子、聯(lián)電等公司。據統計,2022年全球晶圓代工行業(yè)集中度高,僅臺積電一家公司營(yíng)收占比高達53%,排名第二的三星電子營(yíng)收占比為16%,前10中7家公司的市場(chǎng)占比為個(gè)位數。


二是5nm及以下先進(jìn)制程僅少數頭部企業(yè)掌握,內資頂級代工企業(yè)處于14nm工藝到7nm工藝演進(jìn)中。集成電路制造行業(yè)一個(gè)典型的特點(diǎn)就是先進(jìn)技術(shù)節點(diǎn)工藝制程掌握在少數幾個(gè)公司手中,130nm技術(shù)全球有近30個(gè)公司可以量產(chǎn),但是到了14nm技術(shù)僅掌握在6個(gè)公司手上,預計未來(lái)2年內5nm技術(shù)水平只有三星、臺積電、英特爾三家有能力實(shí)現量產(chǎn)。


圖1:全球掌握32nm及以下制程工藝廠(chǎng)商


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三是從產(chǎn)能節點(diǎn)來(lái)看占比較大的制程節點(diǎn)集中在180nm-28nm,5nm以下先進(jìn)制程產(chǎn)能逐年上漲。據統計,2022年5nm以下先進(jìn)制程產(chǎn)出332.6萬(wàn)片/年,較2021年上漲58.7%。其余各節點(diǎn)占比相對保持穩定,占比較大的制程節點(diǎn)集中在180nm~28nm區間,28nm節點(diǎn)產(chǎn)能2022年占比10%。


2.晶圓代工行業(yè)的市場(chǎng)趨勢

全球晶圓代工市場(chǎng)將保持持續增長(cháng)。據統計,全球純晶圓代工營(yíng)收從2019年的570億美元增長(cháng)到2022年的1181億美元,年復合增長(cháng)率為27.5%。隨著(zhù)半導體芯片持續滲透到社會(huì )中的各個(gè)領(lǐng)域,晶圓代工行業(yè)也將隨之受益。據統計,到2026年全球純晶圓代工營(yíng)收將達到1696億美元,相對2019年的570億美元年復合增長(cháng)率達16.9%,但近年受終端市場(chǎng)需求疲軟的影響,增長(cháng)率有所下降,2023年預計增長(cháng)率減緩到5%左右。

圖2:全球純晶圓代工行業(yè)市場(chǎng)趨勢(單位:十億美元)

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3.晶圓代工行業(yè)的技術(shù)趨勢


一是以邏輯工藝演進(jìn)為代表的先進(jìn)工藝方向。目前已經(jīng)演進(jìn)到了3nm節點(diǎn)。據報道,2023年9月,蘋(píng)果公司發(fā)布了全球首款3nm工藝生產(chǎn)的芯片A17 Pro,未來(lái)幾年,先進(jìn)工藝仍將持續演進(jìn)。
圖3:晶圓制造工藝技術(shù)演進(jìn)趨勢


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二是以功率、模擬、射頻、嵌入式存儲等為代表的特色工藝方向。在特色工藝領(lǐng)域,主要包括模擬BCD、射頻(RF)、高壓(HV)、傳感器/執行器(Sensor/Actuator)、分立器件、硅光等多種工藝技術(shù)。雖然特色工藝向下演進(jìn)速度較慢,但多種工藝技術(shù)已有明顯進(jìn)展。目前大量的功率IC都在90nm工藝以上節點(diǎn)生產(chǎn),即在8英寸或更小尺寸晶圓產(chǎn)線(xiàn)量產(chǎn),但最先進(jìn)的BCD工藝已經(jīng)演進(jìn)到40nm節點(diǎn),即在12英寸晶圓產(chǎn)線(xiàn)量產(chǎn)。

(二)中國大陸晶圓代工行業(yè)現狀

1.內資晶圓代工行業(yè)現狀


一是中國內資晶圓代工企業(yè)營(yíng)收占全球比重不到10%,但近年持續保持高位增長(cháng)。據CSIA數據,2022年中國大陸內資晶圓代工企業(yè)產(chǎn)業(yè)規模1035.8億元,較2021年上漲47.5%,2017-2022年復合增長(cháng)率為21.4%。中芯國際、華虹集團、晶合集成三家占據了中國內資企業(yè)70%以上的代工市場(chǎng)份額,其中中芯國際營(yíng)收占比接近50%。但在全球競爭格局中仍然偏弱,據統計,全球前十大晶圓代工企業(yè)中,中國大陸內資晶圓代工企業(yè)營(yíng)收占比僅為8.3%,不足臺積電的1/6。
二是當前內資晶圓代工企業(yè)產(chǎn)能與中國半導體產(chǎn)業(yè)規模不匹配,有望通過(guò)提升技術(shù)和擴大產(chǎn)能進(jìn)一步增加市場(chǎng)份額。據中國海關(guān)數據,2022年中國集成電路進(jìn)口總金額為27,662億元,出口總金額為10,254億元,凈進(jìn)口總金額高達17,408億元,約合2,504億美元。參考世界半導體芯片貿易組織(WSTS)的統計數據,2022年全球半導體芯片營(yíng)收為5,740億美元,2022年中國集成電路凈進(jìn)口總金額占全球半導體芯片營(yíng)收的43.6%,而中國大陸內資晶圓代工企業(yè)營(yíng)收不足全球份額的10%,處于失衡狀態(tài)。內資晶圓代工企業(yè)有望通過(guò)提升技術(shù)和擴大產(chǎn)能進(jìn)一步增加市場(chǎng)份額。


2.中國大陸晶圓代工行業(yè)地域分布特點(diǎn)


中國大陸晶圓代工企業(yè)呈現東部地區強,中西部初步發(fā)展的態(tài)勢。中國大陸晶圓代工企業(yè)主要分布在長(cháng)三角、京津地區,北京、上海、江蘇三省市晶圓(6/8/12英寸均折算為8英寸)實(shí)際產(chǎn)能占大陸總產(chǎn)能的61%,下圖展示了各?。ê陛犑校┚A代工廠(chǎng)當前產(chǎn)能和規劃產(chǎn)能情況。
圖4:大陸主要省份晶圓代工產(chǎn)能情況(折算為8英寸晶圓)


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(三)晶圓代工在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中的價(jià)值

1.晶圓代工在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中的地位

晶圓制造產(chǎn)業(yè)在集成電路產(chǎn)業(yè)中起著(zhù)承前啟后的作用,是整個(gè)集成電路產(chǎn)業(yè)的平臺和核心,而晶圓代工又是晶圓制造的主要存在形式。晶圓代工企業(yè)為芯片設計公司提供制造服務(wù),同時(shí)生產(chǎn)出來(lái)的晶圓通過(guò)封裝測試,成為最終可以銷(xiāo)售的半導體芯片。另外晶圓制造又是上游設備、材料、EDA/IP的需求方和試驗方。晶圓制造產(chǎn)業(yè)是集成電路產(chǎn)業(yè)生態(tài)的支撐核心,也是支持一個(gè)地區集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大的基石。

2.國內晶圓代工行業(yè)的產(chǎn)業(yè)機會(huì )

首先,晶圓代工是芯片產(chǎn)業(yè)基石,技術(shù)壁壘和附加值高,且發(fā)展依賴(lài)巨額資本開(kāi)支。晶圓代工是芯片產(chǎn)業(yè)鏈中技術(shù)密集度和資本密集度最高的領(lǐng)域,是典型的重資產(chǎn)領(lǐng)域,發(fā)展依賴(lài)資本開(kāi)支推動(dòng)。2022年全球晶圓代工龍頭臺積電全球份額53%,凈利率高達45%。預計2023年資本開(kāi)支將達400億美元,是大陸晶圓代工龍頭中芯國際的8倍。
其次,晶圓代工在國內半導體行業(yè)中相對偏弱,近年在政策和市場(chǎng)的雙重推動(dòng)下,國內晶圓代工行業(yè)投資強勁增長(cháng)。根據集成電路強國產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)驗來(lái)看,IC設計、IC制造和IC封測三個(gè)環(huán)節的產(chǎn)值比一般為3:4:3,2022年國內三個(gè)環(huán)節的產(chǎn)值比約為3:3:4,IC制造環(huán)節產(chǎn)值較低,因此晶圓代工行業(yè)也在國家政策和市場(chǎng)需求的雙重推動(dòng)下,持續高投入。
最后,從產(chǎn)業(yè)機會(huì )看,晶圓代工投資超萬(wàn)億,設備商與材料商將顯著(zhù)受益。據估算,國內晶圓產(chǎn)線(xiàn)投資中土地和廠(chǎng)房占10%,半導體制程設備占70%,人才和專(zhuān)利占20%。半導體制造中所涉及的核心如擴散設備、薄膜沉積設備、光刻設備、刻蝕設備、離子注入設備、外觀(guān)檢測設備、拋光設備、清洗設備投資額占生產(chǎn)設備比例為1%、25%、23%、30%、2%、13%、4%、2%,多數需要依賴(lài)進(jìn)口。在半導體產(chǎn)業(yè)自主可控的發(fā)展趨勢下,國產(chǎn)半導體設備進(jìn)口替代空間非常大,到2024年國產(chǎn)半導體設備市占率預計達30%。

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