半导体行业专题研究报告之供给篇解构半导体行业景气.docx

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半导体行业专题研究报告之供给篇解构半导体行业景气

半导体行业专题研究报告之供给篇

解构半导体行业景气

一、由表及里，我们如何跟踪与研判半导体行业供给端景气？

2020年以来疫情肆虐，全球经济的正常运行，如消费、基建、供应贸易、技术交流，都受到了不同程度影响，一度严重干扰了半导体行业的正常运转。

随着“宅经济”加速了全球数字化转型，云服务、服务器、笔记本电脑、游戏和健康医疗的需求不断上升，5G、物联网、汽车、人工智能和机器学习等快速发展，经济复苏带来多种下游需求回暖，叠加行业并购事件带来行业备货需求大增驱动下，全球半导体开始呈现快速复苏的态势。

延续我们近期发布的需求篇报告的论述，未来半导体行业需求端景气有望在5G、AIoT、新能源车等多种终端和应用的驱动下实现长期成长，那么相应的，供给端应也能够跟踪与反映行业的景气上行。

据CSET测算，全球半导体产业链的整体价值分配主要落于晶圆制造（38.4%）、设计（29.8%）和晶圆制造设备（14.9%），因此我们将主要从这几个环节跟踪半导体行业整体的景气情况。

同时，由于半导体行业整体同许多制造类似，数十年来存在产业链转移的整体趋势，我们将主要关注成长性相对较强的中国大陆地区、中国台湾地区和日韩。

制造封测两旺，我国集成电路行业整体规模持续上升。

2020年Q1~Q4我国集成电路制造销售额快速增长，各季度规模达574.4、916.2、1143.6、1144.2亿元，同比增长25.2%、22.6%、24.8%、21.6%，全年规模达3,778.4亿元，同比+23.34%；封装测试端成长同样迅速，2020Q1~Q4各季规模达451.4、514.6、594.6、999.5亿元，同比增长15.1%、20.3%、18.8%、20.6%，全年规模达2,560.1亿元，同比+19.12%。

IC设计受疫情阻碍技术交流、产品交付等影响，整体增速相对较低，但各季仍保持了同比5%以上的增长。

整体而言，我国集成电路产业呈现制造端先行、封测端紧随的特点，在当前全球晶圆制造产能持续紧缺、各国大力发展晶圆制造的背景下，未来趋势或将保持。

中国台湾地区则总体呈现出IC制造占比大、2020年IC设计成长异军突起的特点。

一方面，中国台湾地区拥有台积电、联电、力积电、世界先进等多家全球主要晶圆企业，整体产能占比大，高度受益于本轮供货紧缺行情，2020年疫情影响下营收整体较2019年上升一个台阶；另一方面，联发科为首的中国台湾地区IC设计企业也在本轮5G浪潮、国际科技事件中得到新的成长动能，整体增速远超封测端，与制造端的规模差距也有一定缩小。

从日本地区集成电路相应指数或可侧面验证行业景气周期的来临。

日本地区集成电路企业在MCU、模拟电路、传感器等多种细分品类具备优势，这些产品覆盖消费电子、网络通信、家用电器、汽车等多种应用领域，因此或可反映半导体整体供需情况。

日本集成电路工业生产指数与生产者出货指数一般同向变化，整体趋势一致；生产者库存指数、成品存货率指数类似。

而观察2014年至今日本集成电路相应指数变化，我们认为2016下半年日本集成电路生产、出货指数与库存、存货率指数出现较大背离，反映了当年在下游智能手机4G化推进、多摄开始渗透和蓝牙耳机（Airpods）等多种终端需求爆发的驱动下的库存去化，随后开启了超2年的行业整体景气期。

同时，与全球半导体月度销售金额相比较，我们同样可以发现2016年下半年是上一阶段景气周期的起点，因此我们认为日本地区集成电路相应指数或可一定程度反映全球行业景气情况。

而根据近期数据，我们发现2020年下半年日本集成电路生产者成品库存指数、存货率指数均快速下滑，在生产端受地震、火灾等影响同样下滑的情况下仍与工业生产指数、生产者出货指数拉开较大差距，我们认为，这与当前全球缺芯的情况相匹配。

结合需求篇报告分析内容，我们认为这或将预示行业下一轮景气周期将在供需失衡、真实需求快速扩张的共振中开启。

进一步从晶圆制造中的晶圆代工产业分析，2021年第一季全球晶圆代工市场需求依旧旺盛，面对终端产品对芯片的需求居高不下，客户倾向加大拉货力度，使晶圆代工产能供不应求状况延续，因此预估各业者营运表现将持续走强，据TrendForce预估第一季全球前十大晶圆代工业者总营收同比增速达20%。

其中，台积电5nm制程投片量稳定，营收贡献维持近两成；7nm制程需求强劲，包括超威（AMD）、英伟达（NVIDIA）、高通（Qualcomm）、联发科（MediaTek）等订单持续涌入，估计7nm营收贡献将小幅成长至三成以上。

由于5G与HPC（高效能运算）应用需求双双提升，加上车用需求回温，预估2021Q1台积电整体营收或将再创新高，年增约23%~26%，达127~130亿美元。

从台积电、联电、世界先进月度营收再上台阶的增长态势来看，新成长周期或将开启。

通过观察台积电等中国台湾地区主要晶圆厂月度营收数据，我们认为2019年初中国台湾地区晶圆制造企业或已在下游逐步复苏的带动下经营情况开始改善，随后景气度在2020年疫情带来的多种终端需求下延续至今，带动月度营收规模再上台阶。

同时，观察2015年以来台积电、联电、世界先进月度同比增速，我们认为其成长期或具备一定规律性，周期约为6~12月，与下游需求的供应变化较为符合，而目前，虽然2020年全年都保持了较高增速，但整体增速同样呈现跟随下游景气下行的趋势，或为周期的下行阶段。

展望2021年，中国台湾地区晶圆制造企业或将在下游需求（如服务器、2021年手机新机型、可穿戴设备、新能源车）旺盛、整体供给短缺的驱动下再度延续成长态势。

设备端同样能反映半导体行业整体景气度的变化。

2020年底至今半导体产能供不应求，逻辑IC及内存同步缺货，带动各大厂积极扩产。

2021年2月日本半导体设备的销售额同比增长8.8％，环比增长3.7％，这是连续第二个月增长。

北美半导体设备同比增长了32.0％，环比增长3.2％，达到31.35亿美元，连续第二个月创历史新高。

据SEMI晶圆代工厂及DRAM厂今年的投资重点在于扩建EUV产能，包括台积电、英特尔、三星、SK海力士等已向ASML预订了EUV曝光机，其中，台积电及三星下半年加快3nm晶圆代工产能建设，三星及SK海力士正在加紧1anmDRAM产能的扩充。

设备资本开支计划积极，半导体行业整体景气上行。

2021~2022年，大部分晶圆厂投资将集中于晶圆代工和存储部门。

在大幅投资推动下，预计今年晶圆代工支出将增长23％，达到320亿美元，预估2022年将持平。

今年整体存储芯片支出有个位数增长，达到280亿美元，DRAM将超过NANDFlash。

2022年，全球半导体设备市场将在DRAM和3DNAND投资的推动下出现26％的增长。

据SEMI，在2020～2022年内，全球晶圆厂每年将增加约100亿美元的设备支出，最终将于2022年超过800亿美元大关、达到836亿美元规模，创下历史新高。

协同效应强劲，产业链在制造端扩张的带动下一同成长。

2020年半导体设备厂商中排名第一的依然是AMAT，但从未来发展情况来看，ASML超越AMAT的可能性很大，特别是以台积电、三星和英特尔为代表的龙头企业在未来几年将在先进制程芯片制造方面大力投资，给ASML的EUV设备提供了更大的发展空间。

英特尔宣布将在7nmCPU的制造中大量使用EUV，还将在亚利桑那州的两个新建晶圆厂中引入EUV曝光设备。

排名前15位的半导体设备公司整体业绩都非常亮眼，充分体现出了2020年全球半导体设备市场的火爆。

二、复盘“缺芯”：

半导体供应链系统的精密性

疫情带来的需求爆发，智能终端开启产能之争

如需求篇所述，受全球疫情阻碍复工复产、限制线下渠道销售影响，2020年上半年智能手机市场无论是需求端还是供应链都面临巨大的挑战，这直接影响了2020年上半年智能手机的销售情况。

2020年Q1、Q2全球智能手机出货量为2.76、2.78亿部，同比分别大幅下滑11.70%、16.00%。

但随着我国疫情率先受控、各领域顺利复工复产，叠加下半年苹果、华为、小米等手机品牌商积极发布5G新机型，我国手机销售情况快速恢复，带动全球智能手机出货量快速回升。

据IDC，2020年Q4全球智能手机出货量达3.86亿台，同比增速已实现回正，达4.30%，增速创2017年Q2以来新高。

同时，随着5G进入商用期，5G手机出货量、渗透率持续增加，新一轮的换机潮愈演愈烈，有效带动各类半导体器件实现量价齐升。

2020年全球手机出货量约为12.80亿台，其中5G手机约2.55亿台，渗透率达19.93%；我国2020年5G手机出货量达1.63亿台，占全球5G手机出货量达63.83%，我国成为全球5G手机出货增加的主要来源。

同时我国5G手机2020年渗透率高达55%，远超全球水平，这大大提振了5G手机相关半导体的销售情况。

快速渗透的5G手机将成为射频等半导体器件的新增长动力。

5G应用渗透率扩大，尤其5G手机需要的半导体含量约为4G手机的1.7倍，部分芯片用量更是倍增（据SUMCO估计）。

此外伴随多镜头趋势，导致电源管理IC、驱动IC、指纹识别芯片、图像传感器（CIS）等需求持续旺盛。

随着2020、2021年5G手机渗透率的提高，手机半导体市场规模同比将增加7%、23%，并在2021年超过4G手机成为手机半导体销售的主要来源。

同时，国际事件的阻碍加大手机、安防供应商囤货力度。

自2019年中以来，国内手机主要提供商H芯片采购持续受限，这促使其在2020年9月前持续以较大力度进行芯片采购以储备未来产品产能。

同时，预期其或将面临芯片短缺导致的手机等产品出货不畅，部分国内外主要竞争者持续加大芯片采购力度、密集发布5G新机型以准备应对市场空白后的竞争。

另一方面，对国内晶圆制造龙头S的限制也引发了对未来芯片供给的担忧。

在多种因素叠加之下，产能抢占成为必选项，手机、安防相关的芯片如APU、射频、电源管理、驱动IC、CIS芯片等多种芯片产能需求进一步放大。

同时，从去年开始，疫情催生了居家经济大爆发，并带动了笔电、平板、电视、游戏机等终端装置需求大增：

灵活易用、高效便携的平板电脑切中远程办公需求的痛点，同时长时间居家也催生了家庭影音娱乐中对平板电脑的需求，无论是消费者需求还是品牌商的推广都助推了平板电脑的全球出货量突破过去数年的低点。

2020年第三、四季度全球平板电脑出货量达0.48、0.52亿台，同比+24.90%、+19.50%，增长态势强劲，全年出货量也达到了1.63亿台，扭转了此前下滑的颓势。

强劲的居家办公需求，尤其视频会议的需求也促使笔记本电脑销量增加，同时在图像传输和存储性能等方面进行升级改进。

2020年全球笔记本出货量达2.27亿台，同比大幅增长32%。

同时2020年起全球部分企业宣布实施远程办公，而远程办公需要稳定、流畅、清晰的视频会议，同时兼顾正常办公的使用，因此为了提升视讯会议质量，以及同时满足使用者的工作与个人娱乐需求，笔电品牌厂凭借商务笔电的基础，着眼AI、摄像头、音效、背景杂音、视讯画质进行改善，大大促进了笔记本电脑市场需求的释放。

同时，部分需求并不是单纯因为疫情而导致的需求大增而复苏——未来平板电脑、笔记本电脑市场还将会借助全球在线教育的蓬勃发展，生产力工具使用以及影音游戏等娱乐需求的提升而继续保持增长趋势。

以Chromebook为例，据StrategyAnalytics2020年Chromebook出货量达3,370万台，同比增速高达86%，然多数教育市场需求仍未被满足，未来再加上中南美洲与亚太地区的国家也陆续引进，整体需求或将持续释放。

居家经济的盛行也为个人PC的恢复注入生命力。

曾经连续6年呈现下滑颓势的PC市场，经历了2019年的微增后，在2020年没有发生此前行业预估的衰减，反而迎来逆转。

2020年全年，全球PC市场出货量近3亿台，同比增长12.37%。

其中，2020年第四季度全球PC出货量同比增长27.60%，达到9,159万台，而上一次PC市场年增幅如此之大还是2010年Q1时创下的24.76%的增长率。

PC正像手机一样成为人手一台的生产力工具，预计居家办公、在线学习等新常态催生的新需求还将继续显现。

5G手机、基站建设带来大量射频芯片的晶圆需求，同时可穿戴设备、笔电、平板、PC等多种终端的大量销售也对处理器、存储器、电源管理IC、驱动IC、蓝牙芯片等各类芯片提出更大的需求。

而这些芯片主要采8寸晶圆生产，导致8寸晶圆产能开始吃紧。

从结果而言，以晶圆代工龙头台积电的营收结构占比看，一方面是5nm先进制程产能满载。

台积电5nm制程主要用于生产手机处理器、基带芯片、高性能运算等对性能及功耗要求均非常高的产品，在5G手机新品密集发布、整体出货渗透率持续提升的拉动下5nm产能持续供不应求，其中主要系苹果A14芯片占据了大量产能，同时AMD、国内龙头APU厂商、三星、高通对台积电5nm制程产能需求也非常大。

由于苹果iPhone12系列销售情况优于预期，A14应用处理器委由台积电以5nm制程量产，2020Q45nm制程的营收占比快速提升，自2020Q3的8%提升至20%，预期2021Q1高端制程的产能仍然紧张。

一方面是2020Q3、Q4智能手机营收环比持续提升，Q2、Q3车用电子、消费电子环比均下滑。

智能手机在5G的驱动下保持了2020年下半年两个季度的快速增长，同时2020Q2、Q3车用电子、消费电子在智能手机相关需求的挤压下营收环比下滑，这意味着相应产能分配的减少，产能紧缺开始向这些产品蔓延。

传统汽车新升级+产能受挤压，“缺芯”之火点燃

技术进步为传统终端焕新生，汽车回暖扩大需求。

作为未来有望在智能化、新能源加速渗透下成为半导体行业增长动力核心的终端，汽车的销售也在全球经济情况持续好转、新能源技术不断发展的带动下快速回升。

越过2020年年初的低谷后，全球汽车市场快速回暖，以我国为例，汽车月销售量从2020年2月的约31万辆在4月份快速回升到超200万辆，整体已恢复到疫情前的水准。

同时，新能源车在全球加速推进碳中和的浪潮中受到热捧，同时以特斯拉、蔚来、理想等品牌为首的新能源车企持续推出续航里程更大、性价比更高的产品，使得新能源车销量持续走高。

一方面是汽车市场在短暂下行之后的快速恢复，同时新能源车作为新终端整体需求快速扩张，另一方面是在智能化、电气化趋势下，汽车电子系统价值量将持续提升。

随着电气化以及智能化应用的增多，汽车电子系统无论是安装的数量还是价值仍在不断增长之中。

据罗兰贝格估算，预计2025年一台纯电动车中电子系统成本约为7,030美元，较2019年的一台燃油车的3,145美元大增3,885美元，而其中新能源驱动系统成本较燃油车增加约为2,235美元，是电子系统价值量增加的主要来源。

而汽车电子系统的核心是汽车半导体。

汽车半导体是指用于车体汽车电子控制装置和车载汽车电子控制装置的半导体产品。

按照功能种类划分，汽车半导体大致可以分为主控/计算类芯片、功率半导体（含模拟和混合信号IC）、传感器、无线通信及车载接口类芯片、车用存储器以及其他芯片（如专用ASSP等）几大类型。

未来新能源车中电动力系统、车联网系统、自动驾驶系统乃至相关联的充电桩、换电站、智能路灯（兼备基站、城市安防、充电桩等功能）在新能源车快速发展的带动下将有效拉动相应半导体市场的增长。

据英飞凌预估，48V/轻混合动力汽车、插电式、混合动力或纯电动车功率半导体价值量未来有望达90美元/台、330美元/台，以其预计2030年全球约0.27亿台48V/轻混合动力汽车、0.32亿台插电式、混合动力及纯电动车计算，车载功率半导体市场空间便达130.17亿美元。

同时，自动驾驶的进步也将带来汽车半导体价值量增加，2030年L4/5自动驾驶系统组件（摄像头模组、雷达和Lidar模组、传感器融合、传动装置等）价值量可达1,150~1,250美元，远超2020年L2约160~180美元、2025年L2+的280~350美元。

汽车销量回升、智能化、电气化趋势让汽车半导体进入量价齐升的快速通道，然而需求侧智能手机、平板电脑、笔记本电脑、个人PC、可穿戴设备等多种消费产品需求快速增加已抢占大量产能，汽车芯片相对稳定、长期、毛利相对较低的特性使其在产能争夺中不占优势，汽车缺芯的苗头已起。

疫情、暴雪、地震、停电、火灾：

黑天鹅下精密系统的脆弱性

过去数十年半导体产业持续在进行产业链转移，同时价值量大、战略意义强的特点使得每一轮转移都并不彻底。

从历史发展进程来看，自20世纪60年代半导体产业在美国发源以来，全球半导体产业因产业链进一步细化和应用市场需求变化，经历了两次产业转移，催生Foundry、Fabless、封测公司等半导体企业模式。

20世纪70年代起，美国将半导体系统装配、封装测试等利润含量较低的环节转移到日本等其他地区。

日本半导体产业由此开始积累，并借助家用电子市场对半导体技术及产量的需求不断完善产业链，最终在家电领域实现突破，由此产生了半导体产业的第一次产业转移。

该次转移成就了索尼、东芝、日立等知名企业。

这期间，拥有芯片设计和生产能力的IDM得到快速发展。

20世纪80年代至90年代，因日本经济泡沫破灭、投资乏力等原因，日本的半导体产业开始没落。

中国台湾的台积电和联电两家晶圆厂的诞生，推动美国、日本半导体产业由IDM模式逐渐转变为Foundry模式。

在半导体应用从家电到个人计算机的转型过程中，中国台湾着重发展半导体制造技术，在半导体产业链中占据了关键地位，韩国则聚焦存储技术，由此产生了半导体产业的第二次转移。

该次转移成就了中国台湾的台积电和联电，韩国的三星、海力士等企业。

20世纪末至21世纪初，日本、韩国、中国台湾逐渐将封测产能和部分晶圆制造产能向土地、人力成本更低的中国大陆、东南亚，由此产生了半导体产业的第三次转移。

由于打造单独的半导体产业链成本高昂，在历次产业链转移之中，美国保留了最核心的设计和设备制造能力以及大量的IDM晶圆厂，欧洲、日本则培育出众多在功率器件、模拟芯片、MCU等较为出色的IDM企业，日本还掌握了较多核心设备和材料的环节，韩国存储产业规模庞大，同时还在向晶圆制造发力，中国台湾则强于制造封测，中国大陆和东南亚则主要为封装测试环节。

这种产业链转移使得生产过程漫长的半导体产业链被划分到了全球，完成一个完整的生产流程需要多个国家的企业合作，类似于精密的芯片生产过程，芯片制造在宏观视角下同样是一个高度精密的全球系统。

高度精密的系统往往较为脆弱，外部影响放大效应显著：

疫情：

2020年疫情阻隔了国际贸易、人员交流，来自日本的晶圆乃至全世界各地的原材料可能因封城减少生产、物流成本高企等原因难以顺利抵达晶圆制造厂；而来自英国的晶圆可能在东南亚便受到疫情影响难以找到足够的封测产能，来自美国的设备工程师可能难以进入日韩境内进行晶圆制造设备的维护。

环环相扣下，全球半导体产业链在2020年上半年整体运作艰难。

在疫情带来的供给受限、需求大增等多种因素之下，半导体全产业链供给情况逐渐严峻，供需失衡从上游材料端逐步向下游蔓延。

以信越化学为例，由于金属硅（系有机硅的主要原料）在需求旺盛的情况下供不应求价格持续上升，同时甲醇和催化剂铂的价格也在上涨，叠加物流和辅助材料等成本也在上升等因素，信越化学于2021年3月3日公告公司所有有机硅产品价格上涨10%~20%。

一方面，硅片在晶圆制造中的成本占比超40%，其价格变动对晶圆制造影响巨大，另一方面，信越化学在全球半导体硅片市场中占比达27.58%（2018年），排名全球第一，其涨价一定程度上反映了硅片供需情况，同时也有可能影响竞争者的价格策略。

环球晶圆月度营收自2020年8月后同比增速持续上行，也反映了全球硅片产品供需两旺的趋势。

随后，中游晶圆制造端也在多种因素之下受限：

国际形势：

同时，国际事件的持续恶化，也加剧了全球供应链运作的混乱和阻滞。

停电：

2020年12月3日，存储大厂美光位于中国台湾桃园的晶圆厂发生停电事件，停电时间约1个小时，该厂占美光产出的30%以上。

暴雪：

受2021年2月美国境内暴雪引发的大规模停电影响，三星电子德克萨斯州奥斯汀晶圆厂被迫关停。

三星奥斯汀晶圆厂的逻辑芯片主要工艺技术为14nm、28nm、32nm等，约占三星逻辑芯片总产能的28%。

此次，该工厂除承担三星电子的处理器和OLED显示屏驱动芯片、SSD主控芯片的生产以外，还负责代工高通的14nm处理器和射频芯片，以及帮特斯拉代工部分车规级芯片。

据Trendforce，预估三星整座厂房产能利用率须至三月底才会恢复至90%以上，受自然灾害影响，本轮芯片产能下降将致使今年第二季度全球智能手机产量减少约2%。

除三星电子外，英飞凌、恩智浦、应用材料等也关闭了相关厂房。

地震：

2021年2月中旬日本福岛县近海发生里氏7.3级地震，全球车载芯片市场份额排名第三的日本瑞萨电子，在与福岛县相邻的茨城县内的那珂工厂受地震影响被迫停电。

为了确认无尘车间内的生产设备和芯片产品是否完好无损，瑞萨电子在地震后关停工厂的生产线。

干旱：

2021年初以来，中国台湾地区面临近年来较为严重的干旱，当地经济管理部门于2021年2月要求新竹、苗栗及台中工业用水户节水11%；嘉义及台南工业用水户要求节水7%。

而晶圆制造过程中需要用到大量水资源，以台积电为例，其日均用水量约为15.6万吨，受节水要求的中部科学园区、南部科学园区合计日均用水近10万吨。

水资源的紧张也使得中国台湾地区晶圆制造企业正常经营面临一定压力。

火灾：

2021年3月19日，日本车用半导体巨头瑞萨电子的那珂工厂发生火灾，导致该厂N3大楼的12寸产线停产。

据瑞萨电子预计，停止N3大楼生产所产生的财务影响约为每月130亿日元（此前预计为170亿日元；如果N3产能需要1.5个月才能恢复到100%，预计财务影响约为175亿日元，如果需要2个月才能恢复，财务影响预计约为240亿日元）。

瑞萨电子统计总共23台设备受损，其中11台设备将在4月内采购，有些设备可能要到6月以后才能采购。

在N3大楼内生产的产品中，大约2/3可以在技术上替代内部生产或外包。

如果N3大楼1.5个月的生产能力是替代生产的，瑞萨预计大约100%的产品将被外