集成电路

2022-11-03

一、理解半导体、集成电路和芯片的关系
半导体、集成电路、芯片都是我们经常听到的名词，大家往往会把它们都理解成芯片。但它们三者之间，还是有差别的。
半导体：半导体是指一类材料的总称，譬如硅、硒、锗等材料，他们在常温下的导电性大于绝缘体，小于导体，因此被称为半导体。从半导体的应用领域来看，83%应用于集成电路领域（硅），9%应用于光电子器件领域，5%应用于分立器件领域，还有3%应用于传感器领域。
集成电路：将各种电子元件集成起来，用导线连接，制作在一小块硅片上，做成一块电路板，结合微电子技术，就是集成电路。
芯片：集成电路经过封装之后就是芯片，芯片是集成电路的载体，集成电路以芯片形式存在，所以我们也可以说集成电路约等于芯片，日常中，大家也经常将它们等同。

二、产业体系

集成电路产业链包括三大环节：集成电路设计、集成电路制造、集成电路封测三个环节。每个环节还有一些关联的产业方向，下游主要应用在计算机、网络设备、消费电子、汽车电子等专用电子、仪器和特种装备等行业。如果一家企业业务以集成电路设计为主，那么就称为Fabless无工厂芯片供应商模式，如果一家企业业务以制造或封测为主，那么就称为Foundry代工厂模式，如果一家企业业务三个环节都涉及，则称为IDM垂直整合模式。
具体如下图示。
三大环节中，IC设计增长较快，IC制造稳步增长，IC封装中国有绝对优势。
（1）中国集成电路设计业销售额占比最大：随着我国集成电路产业的发展，IC设计、芯片制造和封装测试三个子行业的格局正在不断变化，IC设计业由2015年的36.71%增长至2020年的44.6%，发展速度总体高于行业平均水平，已成为集成电路各细分行业中占比最高的子行业。
（2）产业链中游芯片制造：集成电路制造行业基本以中国台湾的台积电等企业所垄断，但近年来随着国外对我国集成电路制造光刻机等产品的封锁，我国大陆本土的集成电路企业开始发力，市场规模也在不断提高。
（3）产业链下游封装测试：基于我国在成本以及贴近消费市场等方面的优势，近年来全球半导体厂商纷纷将封测厂转移到中国。我国封测产业向高端化发展，通过内生发展+并购，实现技术上完成国产替代，是产业中最具竞争力环节。

集成电路设计环节主要有“规格定位-逻辑设计-电路设计-模拟-光罩制作”等技术环节，它需要用到设计工具，比如EDA软件，IP框架授权等，这都是美国对华技术封锁的重要方向。
1、集成电路设计环节的代表企业
（1）EDA软件：被誉为集成电路皇冠上的明星，市场被三大巨头垄断，占全球市场70%份额，分别是Synopsys、Cadence、Siemens。
（2）IP框架：ARM、Synopsys双足鼎力，约占全球60%的份额。英国剑桥ARM公司是全球领先的半导体知识产权（IP）提供商。全世界超过95%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构，1991年成立。下图为IP框架企业2020年全球收入排名及市场占有率。
（3）集成电路设计：前十大企业占全球市场约55%。华为海思2020年收入为82亿美元，受美国制裁，海思无法再与台积电等多家主要芯片代工厂合作，其2021年收入下降到15亿美元，下降了81%，跌出了前25名。
2、集成电路设计环节的发展格局
——美国占据市场主导地位，中国企业快速崛起，总体规模小。
Fabless模式为主，美国占据主导。2019年美国IC设计公司在IDM、Fabless领域全球市占率分别为51%、65%，中国IDM份额小于1%和Fabless份额约为15%，美国在IC设计领域依然占据绝对主导地位。
中国企业快速崛起，总体规模小。截至2020年底，中国大陆IC设计企业达2218家，其中营业额小于1000万企业达到1164家，1000万-5000万的企业数量为669家，小规模企业合计占比约83%。

集成电路制造环节技术流程为“金属渐镀-涂布光阻-光刻-光阻去除-电镀-抛光-晶圆测试”，涉及到上游的单晶硅片制作，以及前驱体材料、光刻胶等材料的制造，以及光刻机等制造设备的生产。
1、集成电路制造环节的代表企业
（1）光刻机：被誉为现代光学工业之花，荷兰ASML阿斯麦、佳能、尼康三分天下。中国的上海微电子开始技术突破，首台28纳米的光刻机即将交付，目前上海微电子在低端领域占全球份额的40%，全国低端领域市场份额的80%。
图：2020年全球光刻机TOP3企业销售收入占比
（2）集成电路制造：台积电占全球集成电路超一半份额。中国内地及台湾的企业具有较大市场份额，前10中，占据六席。
2、集成电路制造环节的发展格局
——台积电等企业垄断，大陆企业持续发力，规模产量双增长。
近年来随着国外对我国集成电路制造光刻机等产品的封锁，我国大陆本土的集成电路企业开始发力，中芯国际已完成14nm芯片的研发，目前正朝着7nm芯片努力，因各个集成电路制造企业的能力，我国集成电路制造领域市场规模也在不断提高。
2020年我国集成电路制造行业市场规模为2560亿元，较2019年同比增长19.11%；2020年，我国集成电路制造行业实现产量累计值为2614.70亿块，较2019年同比增长29.55%，截至目前，我国集成电路制造企业共8659家，注册资本5000万以上的企业仅有8.34%，注册资本小于500万的企业占63.13%。

集成电路封测环节的技术流程为“切割-贴片-引线-模封-测试”，上游还涉及引线框架、封装基板等封测材料的生产，以及测试机、减薄机、探针台入机等封测设备的生产。
1、集成电路封测环节的代表企业
日月光、安靠和江苏长电位列前三，前十中，仅有第二名安靠是美国企业，其余都是中国企业，大陆有3家，台湾有6家。
2、集成电路封测环节的发展格局
——集成电路封测市场规模增长速度减缓，市场竞争较为激烈。
集成电路封测是我国切入集成电路行业的重要一环，但相较于集成电路设计的收益，集成电路封测行业的利润要低的多。
据中国半导体协会统计，2015-2019年，我国封装测试行业销售收入呈现逐年增长态势。2017年我国封装测试行业销售收入增长率达到20.77%，为5年来的最高水平，随后增长率开始下降。2020年我国集成电路封测业市场规模为2510亿元，较2019年同比增长6.80%。

集成电路三大环节盈利能力和进入壁垒有明显差异。
1、集成电路设计环节
IC设计行业龙头企业盈利能力较为稳定。从2016Q1起，设计板块主要企业的盈利能力相对比较稳定，净利率围绕10%上下波动，毛利率维持在40%，有缓慢下降的趋势，进入壁垒较高。
2、集成电路制造环节
集成电路制造行业毛利率根据企业地位有较大差别，比如台积电2022年第一季度营业利润率为45.6%，净利润率为41.3%，中芯国际2021年毛利率为29.3%，净利率为31.4%，同级别毛利在20-30%之间，2021年行业平均净利率为11.5%，进入壁垒较高。
3、集成电路封测环节
全球主要封测公司的毛利率在15%-25%之间，净利率大多在5%-10%上下，进入壁垒相对较低，竞争相对成熟。

三、产业组织
我国集成电路产业重点布局于四大集群。以上海、江苏、浙江为代表的长三角地区，以北京、天津为代表的京津冀地区，以广东、福建为代表的东南沿海地区，以重庆、湖北、河南为代表的中西部地区。
其中，长三角地区成为我国主要的集成电路产地。长三角地区是中国集成电路产业基础最扎实、技术最先进的区域，产业规模占全国半壁江山，设计、制造、封测、装备、材料等产业链全面发展，集成电路产量占全国超一半，2020年为52%。据国家统计局数据显示，2020年，长三角地区“一市三省”集成电路产量共计为1359.01亿块。其中，江苏省和上海市集成电路产量分别为836.50亿块和288.67亿块，浙江省和安徽省为174.10亿块和59.74亿块。

1、上海
上海已经成为产业链完备的集成电路制造基地。作为国内工业基础最好的地区，上海集成电路产业已基本形成了开发设计、芯片制造、封装测试以及支撑业和服务业在内的完整产业链，并逐渐形成了互动的态势。目前，上海市集成电路设计业发展迅速，企业数量已近百家，芯片制造业更是在国内处于核心地位，国内主要的芯片制造企业均落于此。此外，上海市的集成电路支撑配套企业已超过40家。
2、苏州
苏州目前已经成为产业全面发展的集成电路封装基地。作为国内对外开放最早的地区之一，苏州吸引了一大批国际半导体企业投资落户，并发展成为目前国内最大的半导体封装测试基地。目前苏州已经形成了以封装测试为重心，集成电路设计与芯片制造同步发展的产业格局。
3、杭州
杭州目前已发展成为具备优越自然人文环境的集成电路设计基地。依托自身优越的自然人文环境，杭州一直将集成电路设计业作为本市集成电路产业发展的重中之重。目前，杭州已经培育出仕兰微电子、杭州国芯、威睿电通等一批优秀的集成电路设计企业。此外，在芯片制造、半导体材料等领域，杭州也具备一定的发展基础。
4、无锡
无锡是目前国内以制造业为重心的集成电路产业基地。无锡微电子产业起步于20世纪70年代，是当时国家南北两大微电子基地的南方基地。国家“908”工程的建设，进一步带动了无锡集成电路产业的迅速迅速发展。目前无锡已经形成了从集成电路设计、软件开发、电路掩膜、芯片加工、封装测试的完整产业。