半导体市场需求驱动力及产能紧缺原因分析.docx

1、半导体市场需求驱动力及产能紧缺原因分析图 28：20 年服务器市场整体出货量（万台） 17图 29：Intel 数据中心近年营收（亿美元） 17图 30：2020 年 DRAM 下游领域应用占比 18图 31：DXI 指数变化 18图 32：云厂商 FAMG 资本支出（亿美元） 18图 33：英特尔 DCG 业务各部门增速 18图 34：Intel 与信骅营收 YoY 对比 19图 35：信骅月度营收显示服务器转暖迹象 19图 36：2019 年以来比特币价格走势 19图 37：2019 年以来以太币价格走势 19图 38：矿机发展的四个世代 20图 39：虚拟货币挖矿收益计算公式 21图 4

2、0：2013 年以来比特币价格涨跌原因分析（对数坐标） 22图 41：晶圆发展历史 23图 42：2017-2020F 各尺寸晶圆产能及占比（百万片，等效 8 英寸） 23图 43：晶圆代工厂的最新工艺迭代 Roadmap 24图 44：21 年 5nm 晶圆出货中客户占比预估 24图 45：21 年 7nm 晶圆出货中客户占比预估 24图 46：2020-2024 年晶圆产能占比预测（月产能，等效 8 英寸） 25图 47：CIS 尺寸升级，对晶圆用量大幅提升 25图 48：2020 年 8 英寸晶圆下游结构 26图 49：2018 年 8 英寸晶圆市场需求结构 26图 50：8 英寸晶圆产

3、能排名前十的公司 26图 51：各晶圆厂产能利用率情况 26图 52：全球各尺寸晶圆出货趋势（百万平方英寸） 27图 53：不同制程每 5 万片/月产能对应所需设备投资规模（亿美元） 27图 54：全球 TOP 10 晶圆代工厂等效 8 英寸产能（万片/月） 27图 55：2009 年以来晶圆厂关闭数量（家） 28图 56：8 英寸晶圆需求趋势（千片/月） 28图 57：全球 8 英寸晶圆产能及预测（百万片/月） 28图 58：半导体产业链库存仍处良性水位（十亿美元，天） 29图 59：半导体分销商库存及周转天数（十亿美元，天） 29图 60：EMS 代工厂库存（十亿美元，天） 30图 61：

4、联想、戴尔、惠普等 PC 品牌厂库存（十亿美元，天） 30图 62：苹果公司库存及库存周转天数（十亿美元，天） 30图 63：小米集团库存及库存周转天数（十亿美元，天） 30图 64：各类电子元器件当前库存水平一览 31图 65：海外半导体设计龙头库存周期（十亿美元，右轴（天） 31图 66：2002-2021F 全球半导体市场规模及驱动力（B$） 32图 67：2019-2021 年中国新能源汽车销量 32图 68：2020-2025 年中国新能源汽车销量预测 32图 69：新能源汽车各类半导体价值量变化 33图 70：特斯拉车载 FSD 芯片的芯片面积对比 33图 71：全球自动驾驶汽车出

5、货量预测（万辆） 33图 72：2002-2021F 全球半导体市场规模及驱动力 （B$） 34图 73：各类型汽车对晶圆需求（百万片/月，等效 8 英寸） 35图 74：全球 5G 手机出货量及渗透率 35图 75：全球智能手机出货量预测（百万部） 35图 76：5G 手机对 12 英寸晶圆需求是 4G 的 1.7 倍（平方英寸） 36图 77：智能手机对 12 英寸晶圆需求预测（百万片/月） 36图 78：5G 手机射频组件价值量显著提升 36图 79：三星 S10 5G 版本价值量提升情况（美元） 37与市场不同之处1、我们于本文中详细探讨了半导体缺货现状，从需求端梳理了汽车、手机、PC

6、、服务器、矿机等下游市场结构性缺货缘由，并从供给端针对各制程产能紧缺原因进行了深度剖析。我们认为，疫情后下游需求集中爆发是本轮缺货涨价潮的导火索，因中美关系不确定性而带来的产业链恐慌性备货，则部分放大了需求的弹性。而 5-7nm 先进制程长期不足，40-65nm 工艺长期维持供需紧平衡，8 英寸（90nm 以上）长期几无扩产，则导致供给难以及时响应。2、针对投资者担忧的库存问题，我们也探讨了目前半导体全产业链库存情况。基于半导体产业链库存、渠道库存、模组厂和终端下游库存数据，我们认为目前库存处于良性水位，且参考历史经验，新周期补库存的上行阶段一般持续 4-5 个季度左右。而本轮补库存周期刚刚开

7、启，未来虽然或有小规模的调整，但大趋势将全年向上。同时，我们认为本轮半导体行业缺货涨价，并非仅有库存周期推动，更应该重视的是，当前迎来 5G、AIOT、汽车电子等新一轮的需求爆发，半导体市场将迎来长达 5-10 年的需求周期。一、景气度持续高涨，缺货涨价潮来袭1、全产业链缺货涨价，汽车市场最为紧缺晶圆代工、封测产能紧缺，催动涨价潮来袭。自 20 年下半年以来，全球半导体景气度持续高涨，缺芯涨价潮越演越烈，涨价环节先由晶圆代工、封测环节，而后传导至芯片乃至终端产品。最早联电、格芯和世界先进等多家晶圆代工厂针对 8 英寸代工急单与新增投片订单报价上调约 10%-15%，此后价格不断上调。而进入 2

8、1 年，涨价潮从 8 英寸蔓延至 12 英寸，据台湾 Technews 报道，联电 21 年年初调涨 12 英寸晶圆代工报价，涨幅视合作程度而定。台积电也于 21 年开始首次取消了对大客户接单折扣，目前订单排产至 22 年上半年。封测端同样供不应求，打线封装、覆晶封装全面吃紧。20 年四季度 IC 封测龙头日月光投控已对第四季度的封测新单和急单调涨约 20%至 30%，20 年 11 月份再度宣布 2021 年 1 季度再调涨封测报价约 510%不等。且公司于业绩说明会上预计，公司产能维持满载，打线封装短缺将持续至 2021 年。图 1：晶圆代工、封测厂产能紧缺，纷纷涨价涨价缺货更进一步传导至

9、终端产品，其中受影响最大的当属汽车市场。汽车中需用到大量MCU 及 MOSFET、IGBT 等功率半导体，如正常情况下 MCU 交期在 8 周左右，而目前英飞凌、恩智浦、瑞萨电子等国际大厂交期普遍高达 24-52 周。由于芯片短缺，下游本田、日产、丰田、福特、大众、通用等整车厂均相继发布停产或减产规划。此前 IHS 预计 2021 年一季度由于芯片短缺所引起的轻型汽车减产数量将达 67.2 万辆，近期更是由于美国德州暴雪及 Renesas 芯片厂火灾，预计二季度的汽车减产 130 万辆。图 2：各类半导体平均交货期表 1：国内外发布涨价函的设计公司一览（不完全统计）公司调价日期产品明微电子20

10、20 年 10 月 18 日通用照明、景观亮化和 LED 显示屏三大系列驱动 IC 调价幅度在 0.006 元-0.02 元/颗晶丰明源2020 年 10 月 26 日除集成桥堆、非隔离 PF BP2863、非隔离高 PF BP2372 系列价格保持不变外，其余调价幅度在0.005 元-0.03 元/颗捷捷微电2020 年 11 月 16 日芯片涨价 15-30%，成品器件涨价 10%-20%（调整幅度视具体型号）恩智浦2020 年 11 月 26 日全线调涨产品价格士兰微2020 年 12 月 9 日SGT MOS 产品涨价 20%瑞萨电子2021 年 1 月 1 日部分模拟和电源产品涨价；

11、现有订单和新订单将以新价格处理意法半导体2021 年 1 月 1 日调涨全线产品价格Diodes2021 年 1 月 1 日对部分产品价格进行调涨，且低压Mosfet 交期拉长，延长至 17-22 周。富满电子2021 年 1 月 1 日所有产品含税价格在现行价格上统一调涨 10%，未来随行就市持续调整新洁能2021 年 1 月 1 日调整幅度视具体品种不定华微电子2021 年 1 月 1 日产品价格上调 10%华润微2021 年 1 月 1 日调整幅度视具体品种不定汇顶科技2021 年 1 月 1 日GT9 系列所有产品的美金价格上涨 30%，包括未交付完的订单矽力杰2021 年 1 月 1

12、 日交付计划低于交货期需增加 10%加急费；预定装运日期后 12 周内改交期须缴付 1%费用；订货周期至少 14 周Microchip2021 年 1 月 15 日上调多条产品线的价格瑞能半导体2021 年 2 月 1 日部分产品提价光宝科技2021 年 2 月 1 日DIP4 光耦上调 10%-20%赛灵思2021 年 4 月 5 日部分产品上调 25%2、半导体行业景气度持续高涨（1）全球半导体销售额持续高增半导体行业缺货涨价对于景气度的助推显而易见，2021 年 1 月全球半导体行业销售额同比增速高达 13.2%。全球半导体产业自 2019 年下半年以来探底回升，2020 年虽受新冠疫情

13、冲击，但仍表现出较强韧性，且 2020 年下半年随着疫情受控，行业景气度持续高涨。从销售端高频数据看，2021 年 2 月份全球半导体销售额 395.88 亿美元，同比增速达 14.66%。其中中国市场 137.35 亿美元，同比增长 18.91%。图 3：全球半导体月度销售额（亿美元） 图 4：中国半导体月度销售额（亿美元）5004003002001000Americas EuropeJapan ChinaAsia Pacific/All other YoY30%25%20%15%10%5%0%-5%-10%-15%Jan-17 May-17 Sep-17 Jan-18 May-18 Sep

14、-18 Jan-19 May-19 Sep-19 Jan-20 May-20 Sep-20Jan-21-20%160140120100806040200China yoy40%30%20%10%0%-10%Jan-18 Apr-18 Jul-18 Oct-18 Jan-19 Apr-19 Jul-19 Oct-19 Jan-20 Apr-20 Jul-20 Oct-20Jan-21-20%机构纷纷上修 21 年全球半导体市场预期。从全年来看，WSTS 于 2021 年 3 月份修正了全球半导体市场预期，预计 21 年全球半导体销售额达 4882.74 亿美元，创历史新高。同比增长由原来的 8.

15、4%上修至 10.87%，此外，Gartner、IC Insights、IDC 也纷纷上调了 21 年全球半导体销售额预测。其中，IC Insights 更是表示，2021 年一季度全球半导体市场环比将增长 2%，若二季度环比增长 3%，三季度环比增长 8%，四季度环比持平，则 21 年全球半导体市场增速更是将达 19%。其中主要由出货量增长 17%，ASP 增长 1%所驱动。图 5：2016-2021F 全球半导体销售额及预测（十亿美元） 图 6：2013-2024E 全球半导体销售额及预测（十亿美元） 6005004003002001000Americas Europe JapanAsia

16、 Pacific YOY2016 2017 2018 2019 2020 2021F30%20%10%0%-10%IC Insights-20%7006005004003002001000十亿美元 同比增速25%20%15%10%5%0%-5%-10%-15%WSTSGartner图 7：IC Insights 将 2021 年 IC 市场提高到 19（亿美元）1300 QoQ 8%QoQ 3%1200 QoQ 2%110010009001Q20 2Q20 3Q20 4Q20 1Q21 2Q21 3Q21 4Q21原预测 现预测图 8：各机构上修 21 年半导体市场预测Mar-21 Oct-2

17、0 4Q203Q20Mar-21 Dec-200% 5% 10% 15% 20%（2）北美半导体设备商出货再创新高半导体设备作为半导体产业链的最上游，是半导体产业景气度的风向标。同时，我们回顾历史数据可以发现，北美半导体设备出货金额与费城半导体指数呈强关联。因此观测半导体设备行业景气度对于预判半导体全行业周期有着重要的参考价值。从北美半导体设备制造商出货额来看，2019 年 10 月以来持续 17 个月同比正增长，且 21 年 1、2 月份同比增长均在30%左右，绝对金额更是突破 30 亿美元。图 9：北美半导体设备商出货额与 SOX 指数强关联（百万美元） 图 10：北美半导体设备制造商出货

18、额（百万美元） 350030002500200015001000500Jan-00Jun-01 Nov-02 Apr-04 Sep-05 Feb-07 Jul-08 Dec-09 May-11 Oct-12 Mar-14 Aug-15 Jan-17 Jun-18Nov-190北美半导体设备制造商出货额 SOX35003000250020001500100050003500300025002000150010005000北美半导体设备制造商出货额 YOY80%60%40%20%0%-20%Jan-17May-17 Sep-17 Jan-18 May-18 Sep-18 Jan-19 May-19

19、 Sep-19 Jan-20 May-20 Sep-20Jan-21-40%晶圆厂产能扩张，半导体设备将持续维持高景气度。在全球缺芯潮泛滥之际，各大晶圆厂开始谋划产能扩张，台积电预计在接下来三年投入 1000 亿美元增加产能。英特尔也斥资 200亿美元在亚利桑那州现有园区新建两家晶圆厂，并进军代工业务，预计工厂将于 2024 年投产。而海力士将投资 1060 亿美元在韩国建设芯片工厂，将于四季度动工，2025 年建成投产。国内方面，中芯国际 3 月 17 日公告称将投资 23.5 亿美元，重点生产 28 纳米及以上制程芯片，预计月产能 4 万片 12 英寸晶圆，于 2022 年开始生产。虽然新

20、建产线最早也需于 2022 年开始贡献产能，产能紧缺问题仍将持续。但新一轮高资本开支预示各大晶圆厂看好后期景气度，半导体设备出货额也将持续维持强劲。图 11：台积电、三星、海力士、英特尔、中芯国际等加大产能扩张（亿美元）半导体产业链持续缺货涨价新闻迭出，以及半导体销售额持续提升，均彰显此次半导体景气度之高涨。那么，此次半导体高景气度受何因素驱动？供不应求趋势将持续多久？我们将从供需两大角度详细拆解。并基于长期视角探讨半导体行业未来机遇。二、需求端：量化汽车、手机、矿机等下游市场驱动力从半导体产业下游需求结构来看，据 IC Insights 数据，计算机、通讯、消费为前三大下游市场，2019 年

21、占比分别为 35.6%、35.6%、11.8%。而随着汽车电子化发展，汽车市场占比持续提升，自 1998 年的4.7%提升至 2019 年的 8.7%。展望 2024 年，汽车市场占比将进一步提升至 9.7%，凸显汽车电子的高成长性。而计算机、通讯、工业等市场，也将迎来应用结构的转换，5G 等新兴应用同样将长期推动全球半导体持续成长。图 12：1998-2024F 半导体细分下游市场占比Computer Communications Consumer Auto Industrial/Other9.7%100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%1998 2003 2008

22、 2013 2019 2024F1、汽车：断崖式缺货将缓解，长期紧张持续虽然汽车电子需求正快速增长，但占半导体总产能比例有限。一般而言，由于车用芯片型号固定，需求稳定，并不易出现“缺货”现象。但此轮缺货潮却始于汽车行业的断崖式缺芯， 究其原因，我们认为主要有以下几点：（1）JIT 经营模式无法灵活应对需求波动。汽车整车厂普遍采用 JIT（Just in Time）经营模式，尽力减少库存水平。JIT 生产方式起源于日本的丰田汽车公司，其基本思想是“只在需要的时候，按需要的量，生产所需的产品”，追求无库存或库存最小的生产系统，以降低成本，提高利润。采用该种生产模式，使得车企过去持续保持低库存，专注

23、于成本效益。然而低库存在应对需求大幅波动时较为无力，易受供给端掣肘。（2）20 年下半年开始汽车销量反弹超预期。20 年由于疫情冲击，上半年汽车销量不佳，车企上下游产业链及多家咨询机构对汽车市场预测悲观，整车厂开始向代工厂提出减产。然而，下半年随着疫情逐渐受控，汽车需求快速复苏，尤其是中国市场快速反弹。中国汽车工业协会数据显示，2020 年下半年，中国汽车销量强劲增长，自 5 月起销量同比增速均在10%以上，全年销量为 2526.76 万辆，同比下降仅为 1.89%，远高于前期市场预测。整车厂前期库存储备不足，在应对需求快速反弹时，虽提出急单需求，但由于晶圆厂产能调整尚需时间，所以呈短期内断崖

24、式缺货的态势，不少车企减产或停产。图 13：汽车、工业市场普遍遵循 JIT（准时制）生产模式图 14：3 月以来多家车厂宣布停产图 15：麦肯锡预测汽车销量和实际销量图 16：中国汽车市场销量（万台）销量（万台） 同比300 40%250 20%200 0%-20%150-40%100 -60%50 -80%0 -100%（3）车用MCU 为供应瓶颈，台积电产能分配至关重要。MCU 短缺是当前车厂纷纷停产或减产的主要原因。汽车电子化发展对 MCU 需求大为提升，平均单辆汽车搭载超 20 个 MCU以上。且每款车都依赖多家 MCU 供应商，如奥迪豪华 SUV 搭载的 38 个 MCU 采购自瑞萨

25、、恩智浦等七家供应商。而整车厂对上游把控能力强，芯片供应商需建立较长时间的认证过程， 因此短期内无法由某家供应商切换至另一家供应商，在 MCU 供应受限情况下，供给也只能依靠增加产能解决。目前全球约 70%的车用 MCU 由台积电生产，顶级供应商对台积电依赖度高。但由于整车厂在疫情期间大幅砍单，2H20 汽车芯片占台积电营收比例由 5%-6%降至 2%-3%。四季度疫情缓解时，整车厂重启拉货，但台积电产能需提前预定，供应难以快速恢复，远无法满足市 场需求，从而出现断崖式缺货的现象。表 2：汽车 MCU 供应商及其对台积电依赖程度供应商 供应份额工艺节点16nm 28 nm 40/45 nm 6

26、5 nm 110/130 nm瑞萨电子 30%恩智浦半导体 26%英飞凌 14%赛普拉斯（英9%飞凌）德州仪器 7%MCU外包给台积电MCU从 2017年起外包给台积电MCU 从 2016 年起外包 给台积电MCU从 2016 年起外包给台积电MCU 从 2012年起外包给台枳电MCU外包给台积电MCU在 2016 年外包给联华电子MCU外包给台积电和联华电子MCU32 位 TriCore在 2013 年外包给台积电DSP自己生产MCU 从 2005年起外包给台积电MCU在 2011年外包给台积电微芯科技 7% 多家代工厂 多家代工厂意法半导体 5%总计 98%大部分内部生产，小部分外包（可能

27、TSMC）大部分内部生产，小部分外包（可能TSMC）图 17：1Q18-4Q20 台积电营收中汽车占比7%6%5%4%3%2%1%0%1Q18 2Q18 3Q18 4Q18 1Q19 2Q19 3Q19 4Q19 1Q20 2Q20 3Q20 4Q20 1Q21汽车严重缺芯预计有望于下半年缓解，但长期仍维持供需紧平衡状态。业界普遍认同的观点是汽车缺芯将于 21 年下半年迎来缓解，如中国汽车工业协会副秘书长李绍华认为，汽车芯片缺芯问题预计仍将持续半年以上，三季度有望进入新的供需平衡阶段。但是近期由于美国德州暴雪及Renesas 芯片厂火灾加剧芯片紧张，IHS 预计二季度的汽车将再减产 130 万

28、辆。从供应链角度来看，车载芯片晶圆厂生产平均需 2-3 月以上，封装环节需 1 月左右，而当前整体晶圆代工紧缺，芯片交货期延长至 26 周以上，且部分需求较大的组件更是延长达 38 周（9 个月左右），因此当前芯片到整车生产周期至少需半年以上。一季度起，台积电以超级急单方式插单生产汽车芯片，转移部分触控面板驱动 IC 和 CIS 用55nm 工艺产能。近期台积电总裁魏哲家在一季报投资者会议上表示，车用芯片吃紧自三季度起可大幅改善。但长期来看，随着汽车电子化率提升，对车用芯片需求显著提升，我们预计SIC、IGBT 等功率器件长期仍将维持紧张状态。图 18：汽车芯片生产至交付所需时间周期2、智能手

29、机：需求渐进复苏，各大厂商对 21 年指引乐观2020 年作为 5G 手机大规模普及的元年，市场本预期会有较高增长。但疫情扰动影响了整体市场销量表现，也放缓了 5G 的渗透速度，全球 5G 渗透率仍在 20%以下。而中国受疫情影响较小，5G 手机渗透率达 50%以上，引领 5G 市场发展。图 19：全球智能手机出货量（百万台）Samsung Apple Xiaomi Huawei vivo OPPO others 同比yoy500.0 10%400.0 5%300.0 0%-5%200.0 -10%100.0 -15%0.0 -20% 图 20：全球 5G 手机出货量及渗透率（百万台）中国 A

30、PeJCUSA Western EuropeJapan Central & Eastern EuropeMiddle East & Africa CanadaLatin America 中国渗透率70.0 全球渗透率 80%60.0 60%50.040.0 40%30.0 20%20.010.0 0%0.0 -20%2Q19 3Q19 4Q19 1Q20 2Q20 3Q20 4Q20需求快速复苏，但芯片供应不足。2020 年下半年尤其是 Q4，全球手机市场快速复苏，再加之华为事件。各大手机厂加大了备货力度。和汽车行业一样，手机芯片厂商，尤其是 SOC 供应商的准备不足，并未有充足订单储备。参考舜宇光学的月度模组出货数据，11、12 月的模组出货量降至 4000 万