中芯国际产业链机会深度剖析SMIC生态圈重构芯阵列.docx
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中芯国际产业链机会深度剖析SMIC生态圈重构芯阵列
中芯国际产业链机会深度剖析
SMIC生态圈，重构“芯”阵列
一、中芯国际上市，材料设备链国产替代加速
中芯国际回归A股，国产晶圆制造崛起。
中芯国际公布将于科创板上市，拟发行16.86亿股募集200亿，国产晶圆制造龙头强势回归A股，募集资金主要投资于：
（1）40%用于投资12英寸SN1项目（中芯南方一期）；
（2）20%用于公司现金及成熟工艺研发项目的储备资金；（3）40%用于补充流动资金。
中国是全球最大的芯片市场，中芯国际来自本土客户收入迅猛增长。
根据gartner，中国半导体市场占比从2000年的7%预计提升到2020年的50%，成为全球最大的芯片市场。
2011~2020年中国本土设计公司的复合增长率为24%，远高于全球平均的4%。
2011~2019年中芯国际来自于中国本土客户的收入复合增长高达20%，持续受益于本土市场的兴起与开拓。
14nmFinFEF量产，12nm有望逐渐试产。
中芯国际14nmFinFET工艺的实现也标志着公司下游应用将迈进5G、物联网、车用电子、高性能计算等领域。
预计年底产能达到1.5万片/月。
公司14nm产品覆盖通讯、汽车等领域，并基于14nm向12nm延伸，启动试生产，目前进展良好。
对于应用端，计划未来按三阶段进行推进：
一阶段，聚焦高端客户，多媒体应用；二阶段，聚焦中低端移动应用，并在AI、矿机、区块链等应用有所准备；三阶段，发展射频应用。
14nm量产之后，N+1/N+2更值得期待。
预计随着14nm产能扩充，占比有望持续提高，计划年底产能扩到1.5万片/月。
N+1新平台开始有客户导入，研发投入转换率加快提高。
N+1相比于14nm，性能提升20%、功耗降低57%、逻辑面积降低63%，意味着除了性能，其他指标均与7nm工艺相似，N+2则有望在此基础上将性能提升至7nm水平。
持续关注中国“芯”阵列核心标的，如晶圆代工、封测、IP授权及设计服务、设备材料等国产化机会。
随着中芯国际即将于科创板上市，A股国产半导体家族将再得一名大将。
随着当前国产半导体板块的日渐完善，我们已经看到从IP授权及设计服务、设计、晶圆代工、封测、设备、以及材料多领域的不同程度的国产化出现。
中芯国际火速过会，科创板登陆在即；长存二期（产能从50K到100K）宣布启动，64层稳定生产，128层成功研制。
2020~2022年内资晶圆厂每年规划投资金额均超千亿，后续有望加大国产设备、材料、OSAT链条的扶持力度。
在国产替代趋势下，目前产业跟踪来看代工、封装、测试以及配套设备、材料已经开始实质性受益，整体实力得到显著提升。
战投基金募集成立，国内半导体产业链凝聚整合。
聚源芯星基金募集认缴规模为23.05亿元，将作为战略投资者认购中芯国际在科创板IPO发行的股票。
基金管理人为中芯聚源，依托团队专业优势和产业资本背景优势，投资领域涵盖IC设计、半导体材料和装备、IP及相关服务。
参与该战投基金的合伙人包括中芯聚源、上海新阳、中微公司、上海新晟、澜起科技、中环股份、韦尔股份、汇顶科技、聚辰股份、安集科技、全志科技、盛美半导体、徕木股份、至纯科技、江丰电子等。
设备厂商国产替代明显加速。
全球半导体设备市场约500~600亿美元，大陆占比持续提高。
中微、北方华创在设备领域持续放量，武汉精鸿检测设备落地、上海精测膜厚设备突破。
根据长存20H1的订单，各品类出货量占比程度看，刻蚀（中微26%、北方华创9%）、薄膜（北方华创16%、沈阳拓荆5%）、清洗（盛美19%）、热处理（北方华创35%），国产替代比率已经实现较大提升。
国产替代红利加持材料空间广阔。
全球半导体材料市场超过500亿美元，大陆占比超过20%，且增速在不断提升。
硅片、光刻胶、CMP抛光材料等材料为最上游环节，国产替代才刚刚开始，未来存在巨大空间。
20Q1可以看到材料板块部分公司通过持续的技术、产品、客户等方面的攻关，开始逐步实现营收上的突破，看好国产供应商未来较快发展的实现。
二、需求旺盛，设计、IP产业蓬勃发展
根据IBS报告，中国在全球半导体市场规模中占比超过50%，并呈持续扩大趋势。
2019年中国半导体市场规模为2122亿美元，占全球市场的52.93％。
预计到2030年，中国半导体市场规模将达到6212亿美元，占全球市场高达59.01％，其中中国半导体市场的年均复合增长率达10.26%。
随着中国芯片制造及相关产业的快速发展，本土产业链逐步完善，为中国的初创芯片设计公司提供了国内晶圆制造支持，加上产业资金和政策的支持，以及人才的回流，中国的芯片设计公司数量快速增加。
我国的集成电路设计产业已成为全球集成电路设计产业的新生力量。
从产业规模来看，我国大陆集成电路设计行业销售规模从2013年的809亿元增长至2018年的2,519亿元，年均复合增长率约为25.50%。
国产替代历史性机遇开启，2019年正式从主题概念到业绩兑现、2020年有望加速。
逆势方显优质公司本色，为什么在2019年行业下行周期中A股半导体公司迭超预期，优质标的国产替代、结构改善逐步兑现至报表是核心原因。
研发转换效率是科技企业之本，这一点在轻资产运营、下游创新需求迭代快的IC设计公司上体现的尤为明显。
我们详细梳理各家公司财报，可以发现韦尔股份、兆易创新、圣邦股份、卓胜微、乐鑫科技、澜起科技、景嘉微、汇顶科技等一批优质公司在新产品、新技术工艺、市场份额以及客户方面取得重大突破。
2019年是国产供应链重塑第一年，2020年将进入加速阶段。
我们认为国产供应链重塑将继续延循两条主线展开：
Ø国内芯片生态圈将开始壮大发展，在当前国产替代需求下，具备核心研发能力的公司将会获得更多的试错和产品迭代机会；
Ø整个产业链还有制造、封测、材料、设备等众多环节，国内产业链重塑，为国内半导体打造更加安全、可靠、先进的发展环境，相关的逻辑芯片代工、封测、设备、材料等厂商有望深度受益；
国内半导体设计领域崛起一批具有较强实力的企业：
Ø公司本身研发实力过硬，研发转换效率高：
主要关注公司研发投入的成果转换，重点关注研发投入-营收/产品品类扩张速度的匹配情况，去年圣邦股份、汇顶科技以及今年韦尔股份的营收扩张与毛利改善均属于此类；
Ø具备可见、可触及的下游广阔空间，或者能通过品类扩张切入更大的市场空间：
全球800-1000亿美金的DRAM、500-700亿美金的NANDFlash、500-600亿美金的模拟芯片、200亿美金的CIS芯片有望深水养大鱼，出现大体量龙头公司；
Ø2020年CIS、射频、存储、模拟等国产化深水区力度有望加速。
几个核心赛道国内逐渐涌现出一批优秀企业：
1、华为核心五大件CPU\GPU\ADDA\存储\射频器件中，CPU\GPU\ADDA海思已经进行多年研发、产品逐步落地自强；
2、存储：
用量最大，百亿美金采购级别、预计三年后翻倍，目前主流存储DRAM扶持合肥长鑫（兆易创新）、NAND扶持长江存储，利基型存储兆易创新、ISSI（北京君正拟收购）已经切入预计马上放量；
3、FPGA：
紫光同创（紫光国微），安路信息（士兰微入股）；
4、模拟芯片及传感器：
韦尔股份，圣邦股份，矽立杰，杰华特，3PEAK；
5、功率半导体：
闻泰科技，士兰微，扬杰科技；
6、射频芯片：
三安光电，卓胜微，山东天岳；
7、阻容感：
风华高科，三环集团，顺络电子；
8、代工及封测：
中芯国际，长电科技，华天科技，通富微电；
9、连接器及天线：
立讯精密、意华股份、硕贝德、电连技术；
10、环形器：
天和防务；
三、材料国产化进度超预期，相关龙头加速突破
3.1中国需求巨大，国产替代揭开序幕
国产替代红利加持材料空间广阔。
全球半导体材料市场超过500亿美元，大陆占比超过20%，且增速在不断提升。
硅片、光刻胶、CMP抛光材料等材料为最上游环节，国产替代才刚刚开始，未来存在巨大空间。
20Q1可以看到材料板块部分公司通过持续的技术、产品、客户等方面的攻关，开始逐步实现营收上的突破，看好国产供应商未来较快发展的实现。
在半导体原材料领域，集成电路技术发展到微纳电子制造的物理极限，单独依靠特征尺寸缩小已不足以实现技术发展目标。
新材料的引入以及相应的新材料技术与微纳制造技术相结合共同推动着集成电路不断发展。
集成电路制造工艺用到元素已经从12种增加到61种。
伴随微纳制造工艺不断发展，对材料的纯度，纳米精度尺寸控制、材料的功能性等都提出了严苛的需求。
简单来看，半导体制造所需要的材料主要分布在以下四步之中：
1.掺杂/热处理：
溅射靶材，湿法化学品、化学气体，CMP抛光垫和抛光液；
2.蚀刻/清洁：
掩模/光罩，溅射靶材，CMP抛光垫和抛光液；
3.沉积：
化学气体，CMP抛光垫和抛光液；
4.光刻：
掩模/光罩、光刻胶、光刻胶显影液、熔剂、剥离剂。
半导体材料可分为晶圆制造材料和封装材料，晶圆制造材料是半导体材料市场的主力军。
根据wind数据，2018年，全球半导体材料销售规模为519.4亿美元，同比增长10.7%，其中晶圆制造材料及封装材料销售额分别为322亿美元和197亿美元，同比增长15.9%和3.1%。
根据SEMI统计数据，我国半导体材料市场规模为85亿美元，同比增长12.3%，其中晶圆制造材料及封装材料市场规模为约28.2亿美元和56.8亿美元。
未来2年我国半导体材料市场规模将持续高速增长，预计2020年我国半导体材料市场规模达107.4亿美元，其中晶圆制造材料市场规模达40.9亿美元，2016-2020年CAGR为18.3%；封装材料市场规模达66.5亿美元，2016-2020年CAGR为9.18%。
晶圆制造材料包括硅片、电子特气、光掩模、光刻胶和抛光材料等材料，其中占比最高的是硅片，预计到2020年，将占晶圆制造材料的约36%，抛光材料的占比不断提高，预计到2020年抛光材料占比约7%，规模将达到23.5亿美元，市场空间巨大。
中国CMP抛光材料的市场规模在2018年达到28亿元，2014年至2018年年复合增长率为9.9%，随着半导体材料国产化的加速推进，我国CMP抛光材料市场有望实现稳健增长。
产业持续东移，中国大陆增速第一。
从占比来看，半导体材料市场中，中国台湾依然是半导体材料消耗最大的地区，全球占比22.04%。
中国大陆占比19%排名全球第三，略低于19.8%的韩国。
然而中国大陆占比已实现连续十年稳定提升，从2006年占全球比重11%，到2018年占比19%。
产业东移趋势明显。
半导体材料国产化率仍待转化。
根据集成电路材料和零部件产业技术创新战略联盟的调研数据，2016年国内晶圆制造材料企业用于半导体制造的产品销售收入仅69.5亿元，相对于国内晶圆制造材料市场需求的比例约20%，国产化比例较低。
在国家产业政策大力扶持和国内半导体市场稳定增长等利好条件下，特别是国家“02专项”等专业化科研项目的培育下，国内半导体材料领域将涌现更多具有国际竞争力的公司和产品，在更多关键半导体材料领域实现进口替代，打破国外厂商的垄断。
半导体芯片制造工艺半导体将原始半导体材料转变成半导体芯片，每个工艺制程都需要电子化学品，半导体芯片造过就是物理和化学的反应过程，半导体材料的应用决定了摩尔定律的持续推进，决定芯片是否将持续缩小线宽。
目前我国不同半导体制造材料的技术水平不等，但整体与国外差距较大，存在巨大的国产替代空间。
从技术层面出发再至半导体封装材料进出口金额及量（由于缺乏晶圆制造数据，故以封装材料为例说明），可以看到中国对于半导体封装材料进口量的需求巨大，同时再对比进出口单价情况，从2017年开始计算，出口单价仅为进口单价的约为60%，价格悬差巨大，也再次反映了中国虽然对于半导体材料的需求巨大，但是由于目前技术能力有限所致进出口贸易悬差巨大，也因此存在巨大的国产替代空间。
3.2CMP受益半导体市场及制程发展，市场持续增长
作为半导体制造中必不可少的CMP环节，CMP材料在晶圆制造材料成本之中也占据了约为7%，而在这其中抛光液、抛光垫则占据了CMP成本的分别约49%、33%。
CMP抛光材料主要包括抛光液、抛光垫、调节器、清洁剂等，其市场份额分别占比49%、33%、9%和5%。
至2018年市场抛光液和抛光垫市场分别达到了12.7和7.4亿美元。
抛光垫市场集中度较高，陶氏化学市场份额约79%，垄断了全球大部分抛光垫市场，CabotMicroelectronics市占率约5%，ThomasWest、FOJIBO、JSR等市占率合计约7%。
中国的鼎龙股份自2013年开始进行CMP抛光垫研发，并被纳入了国家“02专项”，承担起中芯国际的CMP抛光片产品的研发任务，2019年，公司抛光垫实现收入1.23亿元，成为国内首家CMP抛光垫实现量产的公司，目前公司8英寸抛光垫已成为国内主流晶圆厂的重点抛光垫供应商，12英寸抛光垫通过中芯国际的认证。
CMP抛光液市场长期以来被美国和日本企业垄断，包括美国的CabotMicroelectronics、Versum和日本的HitachiChemical、Fujimi等，其中CabotMicroelectronics在全球抛光液市场中市占率最高，2000年市占率达80%，随着市场竞争程度愈发激烈，抛光液市场有分散化的趋势，到2019年，CabotMicroelectronics占比约34%，HitachiChemical的市占率在15%左右，Fujimi和Versum的市占率各约10%，中国的安集科技CMP抛光液2019年实现收入2.36亿元，市占率约2.5%。
受益半导体市场增长及半导体制程不断的升级，CMP市场有望持续增长。
随着半导体市场不断的增长，作为核心配套材料的CMP抛光垫有望伴随半导体全市场的复苏及增长齐头并进；另一方面根据CabotMicroelctronics的测算，无论是Nand从2D向3D升级，又或是逻辑芯片制程的不断提高，都将大幅提高晶圆制造中抛光工序的次数。
举例说明：
28nm逻辑芯片所需抛光次数约为400次，但至5nm逻辑芯片，其抛光次数已超过1200次。
无论是半导体市场带动的需求，亦或者是芯片制程不断提高所带动的CMP价值量的提高，都将给CMP市场提供稳定的持续增长动力。
鼎龙股份主营业务经营改善，垂直整合稳占龙头之位；CMP抛光垫业务驱动新成长。
鼎龙股份上市十多年来在完成“彩粉+硒鼓+芯片”打印耗材全产业链整合之后，虽然在2018年及2019年由于行业竞争致使产品价格下降。
随着公司对该业务行业的垂直化整合后，公司对于主营业务的经营有望改善，且实现未来的稳健增长。
同时公司积极开拓CMP抛光垫业务，成功实现国产化突破后，有望成为公司成长新动力。
3.3电子特气受益于下游扩产带动，国产化进程开启
电子特气是超大规模集成电路、平面显示器、化合物半导体器件等电子工业生产中不可或缺的基础原材料，广泛应用于薄膜、刻蚀、掺杂、气相沉积、扩散等工艺。
据LinxConsulting估计，2018年全球电子特气市场规模接近34亿美元，同比增长10%。
随着半导体行业的快速发展，电子气体的品种、数量不断增加，刻蚀及化学沉积等下游领域对电子特气的质量和纯度的要求也在不断提高。
与传统工业气体相比，用于各种生产工艺的气体，尤其是与硅片直接接触的气体，由于具有高纯度和高危险性的特点，通常统称为高纯特种气体或高纯电子级气体。
由于在化学气相沉积、刻蚀、离子注入、外延等前段制造工艺中，气体中的有害杂质浓度对芯片的成品率有着直接影响，目前，大部分的高纯特种气体纯度应达到99.99%（4N）以上（常用“xN”表示纯度，x是大于1的正整数，N是英文单词Nine的首字母，例如，“5N”表示99.999%，“4N5”表示99.995%）。
气体按照纯度不同，分为普通气体、纯气体、高纯气体和超纯气体四种。
根据电子特气的不同用途分类，可以分为化学气相沉积气、离子注入气、外延晶体生长气、发光二极管气、刻蚀气、掺杂气等。
金宏气体是国内领先工业气体供应商。
公司专业从事工业气体研发、生产、销售和服务，主要产品包括特种气体、大宗气体天然气。
公司自主研发生产的超纯氨，品质和技术达到替代进口水平，打破了外资巨头的垄断，该业务国内市占率超过50%。
公司的电子特气广泛应用于光伏、LED、液晶面板、集成电路、光纤通信等电子半导体领域。
2017年和2018年两年金宏的销售额在协会的民营气体行业企业统计中排名第一。
电子特气市场空间大，下游厂商扩产带动需求增长。
电子特气是超大规模集成电路、平面显示器、化合物半导体器件等电子工业生产中不可或缺的基础原材料，广泛应用于薄膜、刻蚀、掺杂、气相沉积、扩散等工艺。
目前电子特气是仅次于硅片的第二大市场需求半导体材料，预计到2020年全球市场规模将达到43.7亿美元。
2024年我国电子特种气体市场规模将达到230亿元，市场空间广阔。
随着集成电路、液晶面板等行业厂商积极进行产能扩张，电子特气有望跟随下游产业增长趋势，需求迎来大幅增长。
加码特种气体研发，打破外资市场垄断。
由于电子特气行业具有高技术壁垒、客户认证壁垒和资金壁垒，国内企业在技术、工艺和设备方面与外企巨头具有明显差异。
近年来随着全球半导体、显示面板等电子产业链不断向亚洲、中国大陆地区转移，对电子特气的需求也带来了持续、强劲的拉动。
以金宏气体为代表的国内公司正在不断加快国产替代的进程。
目前公司创新研发的超纯氨、高纯氢、高纯氧化亚氮等电子特气的品质和技术已达到替代进口产品的水平。
随着公司技术水平和产品品质不断提高，气体种类更加丰富，公司竞争优势凸显，市场份额将得到进一步提升。
3.4硅片：
半导体材料重中之重，国内逐步实现突破
根据目前SEMI对于全球各类半导体硅片的出货量统计，我们也看到半导体市场对于12英寸硅片的需求及使用也是逐步增加。
2011年，200mm半导体硅片市场占有率稳定在25-27%之间；2016年至2017年，由于汽车电子、智能手机用指纹芯片、液晶显示器市场需求快速增长，200mm硅片出货面积同比增长14.68%；2018年，200mm硅片出货面积达到3278.00百万平方英寸，同比增长6.25%。
2018年，300mm硅片和200mm硅片市场份额分别为63.31%和26.34%，两种尺寸硅片合计占比接近90.00%。
而硅片之所以趋向于大尺寸，其主要原因是因为单位晶圆生产效率的提高。
虽然生产大尺寸硅片所需要的设备、材料成本等均有所提高，但是考虑到自动化带来的人工费用的减少以及单片硅片的面积之大，以200mm（9寸）和300mm（12寸）硅片进行比较，12英寸硅片的单位成本仅为9英寸硅片的70%~80%。
由于成本及良率，12寸硅片仍为主流，技术略有所停滞的当前，国内厂商具备追赶及替代的机会。
但是由于随着硅片的直径越大，硅片结晶过程中的旋转速度也需要与之匹配的减小，即容易带来由于旋转速度不快、不稳定带来的硅片晶格结构的缺陷，同时随着直径的扩大，晶圆的边缘之处更容易产生翘曲的情况，从而带来良率的降低，也意味着生产的成本的提高，因此目前全球的主流硅片的最大尺寸仍仅为12英寸，但这也带给了国内厂商追赶行业龙头的机会。
由于半导体行业与全球宏观形势紧密相关，全球半导体硅片行业在2009年受经济危机影响，出货量与销售额均出现下滑；2010年智能手机放量增长，硅片行业大幅反弹；2011年-2016年，全球经济复苏但较为低迷，硅片行业亦随之低速发展；2017年以来，得益于半导体终端市场需求强劲，半导体市场规模不断增长，于2018年突破百亿美元大关。
2008年至2013年，中国大陆半导体硅片市场发展趋势与全球半导体硅片市场一致。
2014年起，随着中国半导体制造生产线投产、中国半导体制造技术的不断进步与中国半导体终端市场的飞速发展，中国大陆半导体硅片市场步入飞跃式发展阶段。
2016年-2018年，中国半导体硅片销售额从5.00亿美元上升至9.96亿美元，年均复合增长率高达41.17%。
中国作为全球最大的半导体终端市场，未来随着中国芯片制造产能的持续扩张，中国半导体硅片市场的规模将继续以高于全球市场的速度增长。
中国大陆仅有少数几家企业具有200mm半导体硅片的生产能力。
2017年以前，300mm半导体硅片几乎全部依赖进口。
2018年，硅产业集团子公司上海新昇作为中国大陆率先实现300mm硅片规模化销售的企业，打破了300mm半导体硅片国产化率几乎为0%的局面。
3.5光刻胶：
逐步突破，任重而道远
光刻胶，目前做为半导体生产中光刻工艺的核心材料，其主要工作原理是：
光刻工艺利用光刻胶对于各种特殊射线及辐射的反应原理，将事先制备在掩模上的图形转印到晶圆，建立图形的工艺，使硅片表面曝光完成设计路的电路图，做到分辨率清晰和定位无偏差电路，就如同建筑物一楼的砖块砌起来和二楼的砖块要对准，叠加的层数越高，技术难度大。
248nm及以上高端光刻胶为全球市场的主流。
SEMI的数据显示，2018年全球半导体用光刻胶市场达到24亿美元，较2017年同比增长20%。
光刻胶配套试剂方面，2018年全球光刻胶配套试剂市场达到28亿美元，较2017年增长27%。
全球共有5家主要的光刻胶生产企业。
其中，日本技术和生产规模占绝对优势。
国内光刻胶生产商主要生产PCB光刻胶，面板光刻胶和半导体光刻胶由于光刻胶的技术壁垒较高，国内高端光刻胶市场基本被国外企业垄断，特别是高分辨率的KrF和ArF光刻胶，基本被日本和美国企业占据。
PCB光刻胶的技术要求较低，PCB光刻胶在光刻胶产品系列中属于较低端，目前国产化率已达到50%；LCD光刻胶国产化率在10%左右，进口替代空间巨大；IC光刻胶与国外相比仍有较大差距，国产替代之路任重道远。
国内半导体光刻胶技术和国外先进技术差距较大，仅在市场用量最大的G线和I线有产品进入下游供应链。
KrF线和ArF线光刻胶核心技术基本被国外企业垄断，国内KrF已经通过认证，但还处于攻坚阶段；我们乐观预计ArF光刻胶在2020年能有效突破并完成认证。
四、下游投建如火如荼，设备替代正当其时
4.1全球设备市场回暖，受益于制程进步、产能投放
全球每年半导体设备市场规模约500~600亿，大陆占比20~25%。
根据SEMI，2019Q4半导体设备销售额178亿美元，同比增长19%，环比增长24%，单季度半导体设备销售额创历史新高。
按地区分布，贡献最大的分别是中国大陆（同比增长59%）、中国台湾（同比增长121%）。
半导体设备行业呈现明显的周期性，受下游厂商资本开支节奏变化较为明显。
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