KB体育官网一文看懂全球半导体芯片产业

　　KB体育官网一文看懂全球半导体芯片产业Gartner和IDC全球半导体市场预测数据显示，2020年，全球半导体产品营收达到约3万亿人民 币，受到数据中心、IoT和NAND存储市场的需求驱动，至2025年，整体市场预计将保持约7%的年复合增长率（图1）。

　　展望未来，2020-2025年，IoT芯片的年复合增长率有望达到13%，数据中心和NAND存储市场 紧随其后。

　　按照企业所在地划分，在上述总量约3万亿元的半导体市场中，美国的芯片销售占据了近一半的市场份额，尤其以逻辑芯片为主，而韩国是存储芯片的主要供给地区（图2）。

　　2020年全年，美国的芯片销售额达到了1.48万亿元，逻辑芯片占比超过60%，此后是韩国（5,600 亿元），日本（2,900亿元），欧洲（2,500亿元），中国地区（1,900亿元）和中国（1,500 亿元）。

　　细分市场方面。按照主要应用划分，数据处理（约1.1万亿元）、通讯（约1万亿元）是半导体产品的中坚营收力量。而不同应用领域中手机的营收表现突出KB体育，占比高达约25%，剩余市场较均匀地分布在工业电子设备、消费电子、汽车等多个下游应用领域（图3）。而对手机、汽车及各类消费电子产品，中国都是世界最大的制造基地和终端需求市场之一，这就为半导体芯片在中国的发展奠定了坚实的需求基础。

　　近年来，伴随网络化、信息化、智能化飞速发展，半导体的应用领域不断拓展，在全球经济及社会发展中的重要性与日俱增。与此同时，越来越多的国家纷纷加码半导体，各个国家在半导体价值链 中拥有不同的竞争优势。

　　半导体产品涉及的技术十分精细复杂。价值链主要包括设计、制造、封装环节；上游设备、材料、 设计软件等也不可或缺（图4 ）。

　　作为科技含量最为密集的行业之一，首先，研发是半导体价值链上的一大重要环节。参与研发的玩家大多为学术机构、政府机构和头部企业，比如法国的CEA-Leti公司、中国工业技术研究院 （ITRI）等。实践中，研发水平对于行业技术的发展起到了至关重要的作用。目前，各国的研发人员致力于提高半导体产品的算力、存储密度、速度并降低成本和功耗。考虑到研发水平难以量化，因此在下文中不详细展开。

　　最上游的企业负责生产半导体设计制造所需的设备、原材料和EDA软件。这些设备、原材料、EDA软件被 广泛应用于制造集成电路（IC）、光电子器件、分立器件、传感器等领域，是半导体产品设计制造的前道工序，也是整个价值链中不可或缺的组成部分。

　　具体看，半导体的生产设备备货周期长，大多为单一供应源，并且在全球范围内涌现出了一批代表性企业，比如，专注于光刻机领域的荷兰公司阿斯麦尔（ASML）、提供晶圆缺陷监测系统的美国KLA-Tencor公司。为了打造洁净的厂房并放置生产设备，这些公司通常需要投入大量的时间和金钱，属于重资产公司。

　　除设备以外，在制造半导体的过程中，还离不开前端及后端原材料，前端材料包括硅片、金属以及各类化学品和气体，后端则包括封装材料或基材。类似生产设备，半导体原材料大多为单一供应源。以硅晶圆为例，由于半导体级硅晶圆对于纯度的要求极高（99.999999999%），因此，行业壁垒高，当前，领先企业包括德国硅晶圆制造商世创（Siltronic）和日本信越半导体（Shin-Etsu）等。

　　此外，在半导体制造的上游产业中，由数十亿个组件构成的EDA （电子设计自动化）是实现半导体元器 件和集成电路设计流程自动化的必备软件工具，是半导体市场的先驱和风向标。在该领域，国内企业与三大国际巨头新思科技（Synopsys），明导国际（Mentor Graphics），楷登电子（Cadence）仍存在一 定差距，需要长时间与晶圆代工联动的设计数据库积累，和相关人才投入，逐步提升产品竞争力。

　　值得一提的是，随着集成电路技术升级，半导体行业的分工趋于细化，半导体IP核，即可以授权给第三方的知识产权核迎来新一轮增长

　　设计环节。主要有IC设计（集成电路设计）和IDM （垂直整合制造）两类企业，前者只参与芯片和集成电路的架构和设计，后者则兼顾了设计与制造步骤。代表企业有英伟达、恩智浦半导体、英特尔、三星等。

　　代工环节。一直以来，逻辑芯片的制造受到摩尔定律的驱动，遵循集成电路上可以容纳的晶体管数目大约每两年会增加一倍的规律演进，而在摩尔定律的推动下，半导体制造走向“更大硅片”和“更小制程”以降低制造成本和功耗。按照尺寸和制程划分，当前主流为8英寸/12英寸硅片；以及65纳米/28纳米/7纳米等不同制程。代表企业有台积电、联华电子等。

　　封装和测试环节。封测指的是通过引线键合、倒装等技术，使芯片与外部电路连接，是半导体价值链中必不可少的下游环节，具有劳动密集型的特征，通常由外包半导体封装测试行业（O SAT）完成。值得注意的是，贝恩观察到，封测厂商常常需要提供定制化服务，与设计厂商进行联合开发，以此保证紧跟芯片产品的需求，所以，该环节的创新活动日益活跃。代表企业有日月光集团、安靠科技等。

　　晶圆制造通常包含沉积、光刻、刻蚀、离子注入4大核心步骤组成。首先，使用沉积设备（如 CVD、PVD、ALD）在基材表面沉积多层薄膜；其次，在晶圆表面均匀涂上光刻胶，使射强激光通过含有电路设计的光掩膜，将其设计图形刻制到晶圆表面；第三，刻蚀形成3D图形；最后，将离子材料、掺杂剂注入晶圆，通过带电的离子控制电流，并实现晶体管的功能。

　　Gartner全球市场份额数据、半导体晶圆厂设备公司招股说明书、分析师报告综合显示，2020年，全球半导体前端设备的市场规模已达到4,200亿元，基于上述制造步骤，刻蚀、光刻、沉积设备占据了约75%的营收份额，并且保持平稳增长。中国厂商在主要前端设备市场处于起步阶段，从沉积、刻蚀设备开始获取份额(图5)。

　　在半导体的上游产业中，不同的材料被应用于不同的生产步骤，缺一不可：硅片是半导体器件的主要载体，气体被广泛运用于掺杂、外延、离子、刻蚀、化学气相沉积等生产步骤，光掩膜可以把集成电路的图形转印到硅晶圆上，光刻胶可以将光掩膜版图案转移到光刻胶再转移到晶圆片。

　　贝恩结合案头研究KB体育、公司报告和券商研报发现：纵观半导体材料市场，市场较为稳定，2020年，全球前端材料市场规模约2,100亿元，2018-2020年复合增长率为5%。硅片、气体、光刻胶、光掩膜版是主要的上游材料，占据了约80%的营收份额。

　　EDA和IP贯穿芯片制造的全流程，是芯片设计的重要工具，可以缩短芯片的开发时间，并提高芯片性能。ESD Alliance研究报告以及各个公司年报和券商研报表明，2020年，全球EDA和IP的市场规模达到了 745亿元，且增长稳健。

　　-EDA （电子设计自动化）：是一套协助半导体器件的定义、规划KB体育、设计、实施、验证和后续制造的工具，包括仿真、设计、验证。

　　-IP：是可重复使用的具有独立功能模块的预设计电路，包括IP软核、IP固核、IP硬核，可减少设计工作量，缩短周期并提高成功率。

　　2020年，逻辑芯片贡献了约一半的销售额，大约1.6万亿元，但是不同细分领域有各自的领先玩家。比如，在GPU领域，头部企业英伟达占据了约八成的销售额；在MPU领域，英特尔拥有较强的优势；在应用/媒体处理器领域，苹果和联发科表现亮眼。

　　有别于逻辑芯片，存储芯片市场高度集中，2020年的营收额约8,000亿元。无论在内存（DRAM）还是 闪存（NAND）领域，三星都是主力军，SK海力士、美光紧随其后，铠侠和西部数据则更加专注于 NAND领域。

　　模拟芯片的厂商众多，在三大芯片中，格局最分散：德州仪器、亚德诺占据了模拟领域的半壁江山；分立器件、光电子领域中，各大厂商不分伯仲；传感器领域同样如此，除博世以外，其他厂商竞争激烈。

　　总体上，全球晶圆制造代工市场由成熟制程（＞=14nm）和先进制程（＜14nm）组成。其中，成熟制程占据约70%的市场份额，先进制程芯片制造占据约30%，并且高度集中于台积电和三星（图7）。

　　2020年，全球晶圆制造代工的总营收共计约5,000亿元。值得一提的是，作为老牌制造商，台积电积极布局各个制程，并且都取得了较高的市场份额，尤其是在14/16-20nm和5nm,台积电约占据了约9成的份额。

　　贝恩参考各大公司年报、Yole、券商研报并进行案头研究后得到，2018-2020年，全球半导体封测营收的年复合增长率为3%，封装和测试的增速也均为约3%，是一个稳定的市场。

　　-封装：指的是实现芯片电路与外部器件电气连接，并为芯片提供机械物理保护，包括传统封装和先进封装。

　　-测试：将封装完毕的芯片进行性能、持久性等方面的测试，包括初始测试（Initial Test，在不同环 境下进行电气特性测试）和最后测试（Final test）。