半导体行业研究报告.docx

1、半导体行业研究报告2021年半导体行业研究报告一、以史为鉴：美日韩台产业转移，发展启示各不同近三十多年来半导体行业竞争格局出现了显著变化。我们统计了 ICinsights 所公布的历史半导体企业 Top10 榜单，榜单可以体现出全球半导体市场格局的更替：美国厂商自始至终都在榜单中占有重要地位；日本厂商在 1985 年占 10 家中的 5 家，但到 2020 年已没有日本厂商上榜；1985 年榜单中并没有韩国厂商出现，但随后的三十多年间以三星为代表的韩国企业排名不断提升；中国台湾的台积电在 2016 年-2020 年也出现在榜单之中。当今各国半导体产业分别在如下领域具有优势：美国在 IC 设计、

2、制造、设备方面具有优势。IC 设计方面，美国众多创新核心公司如高通、博通、英伟达、苹果等把控了产业的顶端，同时拥有英特尔、美光科技、德州仪器、安森美等 IDM 厂商，在设备方面拥有应用材料、拉姆研究、科天、泰瑞达等头部厂商。韩国在制造领域具有优势，主要体现在存储芯片、晶圆代工等方面，代表厂商有三星电子、SK 海力士等。中国台湾在晶圆代工、设计、封装测试领域具有优势，代表厂商有台积电、联电、联发科、日月光等。日本及欧洲主要在材料和设备、汽车电子领域具有优势，代表厂商有 SUMCO、东京电子、ASML、瑞萨电子、意法半导体、恩智浦等。（一）纵观集成电路行业发展历史，全球已发生两次大规模产业转移，给

3、予我们不同的发展启示：2 0 世纪 50 年代，美国为集成电路产业发源地，是行业传统领导者。1947 年晶体管诞生于美国，1958 年集成电路诞生，硅谷孵化了众多早期半导体公司。美国长期保持领先的主要原因为：（1）长久的技术积累和持续的技术研发树立壁垒；（2）游戏规则、框架、标准的制定者，主导行业发展方向；（3）持续产业并购，巩固领先地位。第一次产业转移，20 世纪 70 年代，集成电路制造由美国向日本转移。DRAM 存储器是日韩产业发展的重要切入点，20 世纪 70 年代，以英特尔为首的美国厂商是 DRAM 领域的霸主，20 世纪 80 年代日本在 DRAM 领域实现对美国的反超，份额一度达

4、到 80%，实现超越的主要原因为：（1）产官学结合的集中式技术研发；（2）低价质优的市场竞争策略。但 20 世纪 90 年代起日本 DRAM 份额一路下滑，2000 年后份额已不足 20%，走向衰落的主要原因为：（1）日美贸易战下政府妥协签订的相关半导体协定带来恶劣发展环境，且政府后期降低产业支持；（2）对下游及产业模式转变缺乏敏感度，无法适应下游市场的快速变化，错过个人电脑及互联网大发展，被韩国厂商逐步超越。第二次产业转移，20 世纪 90 年代个人电脑普及，韩国与中国台湾同时产业崛起。以 DRAM 存储器为契机，产业转向韩国三星、海力士等厂商；晶圆代工制造则在中国台湾兴起，台积电、联电等厂

5、商崛起。韩国产业崛起的主要原因为：（1）政府制定详尽的发展纲领并以资金支持；（2）资本雄厚的财阀进行持续的逆周期投入。中国台湾代工行业崛起的主要原因为：（1）抓住全球化浪潮开辟全新代工商业模式，积极参与全球分工；（2）海外人才回归带来技术能力突破。21 世纪 10 年代开始，智能手机、移动互联网爆发，物联网、大数据、云计算、人工智能等产业快速成长。人口红利、终端需求正在带动半导体第三次产业转移。下面我们将分地区探究各自集成电路产业的历史发展路径，并总结发展规律和启示。（二)美国：产业发源地，标准制定者，技术领先铸就护城河1、美国半导体产业现状：设计、制造、设备、软件具备领先优势美国在数字芯片和

6、模拟芯片设计方面领先。高端数字芯片方面，CPU 是占主导地位的通用数字芯片，英特尔和 AMD 这两家美国公司长期垄断笔记本电脑、台式机和服务器的 CPU 市场；GPU 长期以来一直被用于图形处理，近些年已经成为训练人工智能算法最常用的芯片，美国垄断了 GPU 的设计市场，英伟达和 AMD 这两家美国公司主导着独立 GPU 市场，英特尔也在开发独立 GPU。美国公司几乎占领了整个 FPGA 设计市场，主要公司包括赛灵思、Altera（英特尔收购）、Lattice 等。模拟芯片设计方面，美国德州仪器产品覆盖范围最全，2019 年市场份额约 20%，其次为美国 ADI 公司。2019 年半导体设计公

7、司排名中，前十名有六家为美国公司，中国大陆仅有华为海思上榜，但目前仍受美国制裁。半导体制造方面，美国具有一流梯队领先优势。英特尔的 10nm 节点芯片规格可与台积电的 7nm 节点芯片竞争；Global Foundries 作为晶圆代工厂，具备 12nm 特征尺寸先进节点；德州仪器、ADI、美光等公司以 IDM 模式为主，具备领先的模拟芯片、存储芯片制造能力。半导体设备方面，美国厂商具备传统优势。应用材料在薄膜沉积、刻蚀、离子注入具 备领先地位；泛林在薄膜沉积、刻蚀领域具备领先地位；科天在检测、量测设备处于领导 地位。EDA 工具以及核心 IP 仍然由美国占主导地位。在芯片 EDA 设计工具方

8、面，美国 Cadence 和 Synopsys 占有重要行业地位，自 1991 年开始美国 Cadence 已连续在国际 EDA 市场中销售业绩稳居第一（中美贸易争端中 Cadence 曾停止对中兴的服务）。此外，专注于核心嵌入式处理器 IP 的 ARM 公司（总部位于英国而被日本软银拥有），目前正在出售给美国英伟达（进程中），ARM 架构的 CPU 内核是世界上大多数智能手机处理器的基础，该交易若通过监管机构审查，将扩大美国在核心 IP 领域的领先优势。2、美国半导体产业是如何发展的：从实验室和硅谷风险投资到全球产业巨头2 0 世纪 40 至 50 年代半导体从实验室走出，产业发源于美国。1

9、947 年美国贝尔实验室的肖克利等人发明了世界上第一个点接触型晶体管；1952 年德州仪器涉足半导体业务；1955 年硅谷成立第一家半导体公司肖克利实验室，1957 年肖克利实验室出走的八位核心成员建立了仙童半导体（Fairchild）；仙童半导体为硅谷奠定了行业基础和风险投资的创业模式，后续多家知名半导体公司均从仙童半导体走出。20 世纪 60 年代，英特尔、AMD 等公司成立，硅谷风险投资的创业模式兴起。1959 年集成电路发明，1968 年来自仙童半导体的罗伯特诺伊斯、高登摩尔、安迪葛洛夫共同创立了英特尔公司，1969 年来自仙童半导体的杰里桑德斯创办了 AMD 公司。美国早期半导体公司

10、诞生时期，大多是从实验室中走出投入商业化，均采用设计制造封装一体的 IDM 模式，其优点在于内部资源整合优势，从 IC 设计到制造所需时间较短，同时市场参与壁垒也非常高，得以快速成长并进行资本、技术积累。这些企业现今依旧是半导体行业中的传统龙头。2 0 世纪 70-80 年代个人电脑问世，带动处理器和 DRAM 逐步成为主力产品。美国军事及航天计划的需求为半导体提供了最早的市场，20 世纪 70 年代，美国集成电路企业近一半的产品被军工部门所购买。1971 年，英特尔推出了全球第一个微处理器 4004，1978 年，研制出 16 位 8086 处理器，从此成为个人电脑的标配。20 世纪 80

11、年代，面对日本厂商在 DRAM 市场日益激烈的竞争，英特尔停止 DRAM 内存业务，专心聚焦处理器业务。下游需求的扩张带动行业进入快速成长期。20 世纪 90 年代，多媒体和移动通信需求兴起，产业分工日趋完善，众多 Fabless 厂商崭露头角，如英伟达、高通等。伴随着台积电等晶圆代工厂的兴起，20 世纪 80 年代-90 年代成立的半导体公司多为 Fabless 模式。例如英伟达面向新兴的多媒体显示技术推出 GPU 芯片，而高通则面向移动通信需求，成为日后的移动处理器和基带龙头厂商。21 世纪 10 年代，云计算、人工智能、物联网等成为风口，半导体巨头纷纷并购整合布局，呈现“强者恒强”态势，

12、亦出现终端云端厂商跨界涉足芯片设计。这部分我们在下一章节进行阐述。3、美国巨头如何保持领先性：行业标准制定、持续研发投入、持续产业并购英特尔发展启示：伴随 PC 时代成长，游戏规则制定确立领军地位。英特尔创始人为技术出身，以研究开发为导向，成为技术领先龙头。英特尔创始人之一高登摩尔于 1968 年提出摩尔定律，即当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔 18-24 个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。这预测了集成电路产业发展将每年成倍以指数形式增长。1970 年英特尔推出第一片 DRAM，1971 年英特尔推出 SRAM、EPROM 和第一片商用微处理器 4004。1980 年 I

13、BM PC XT 问世，此后微型计算机发展迅猛，IBM PC 的崛起使得 Wintel（Windows+Intel）模式占据 PC 时代市场半壁江山，英特尔采用的 x86 指令集成为 PC 标配，英特尔也积极主导制定 PC 行业各类行业标准，使其在 PC 中核心地位长期难以动摇，造就了英特尔长期的 CPU 霸主地位。高通发展启示：伴随移动互联时代崛起，凭借标准制定构建壁垒。高通公司（Qualcomm）于 1985 年成立，由前麻省理工学院（MIT）教授艾文雅各布联合另外六个合伙人，在圣地亚哥成立，公司名字其实是 Quality Communication 的缩写，意为提供高质量通信。高通公司的

14、起步来自于在 CDMA 技术上不断游说世界各地政府、企业以及学术研究人员，使得 CDMA 技术在 1993 年 7 月成为了全球标准，1999 年，国际电信联盟将 CDMA 技术选 做 3G 技术的背后标准，使得高通在行业中的地位被拔高。凭借着核心技术、海量专利以及政府后盾，高通站在整个行业的金字塔顶端，任何需要使用 CDMA 技术的厂商都必须要向高通支付专利费，高通也通过更多的研发来构筑起专利墙。另一方面，高通布局芯片设计领域，2007 年 11 月，高通正式推出了第一款被冠以骁龙名号的产品 QSD8250，也是第一款主频达到 1GHZ 的移动设备处理器，最终用在了索尼爱立信的 XPERIA

15、 X10、谷歌 的 Nexus One 以及 HTC Desire 等经典机型上。后续芯片 MSM8260 被当时的小米手机一代所采用。为了更好地进行市场宣传工作，高通将旗下的芯片重新划分为 200、400、600 以及 800 系列，目前旗舰安卓手机大多需要采用高通芯片。由此高通形成了技术许可（QTL） 和半导体芯片（QCT）两大业务。保持技术领先，美国半导体厂商大量研发投入铸就护城河。根据 IC Insights 统计，全球半导体公司研发费用投入前十名中美国公司占据 5 家，其中 2019 年英特尔研发费用高达 133.62 美元，研发投入占营收比例 18.57%，高通达 53.98 亿美

16、元，研发投入占营收比例 22.24%。同时根据欧盟委员会于 2019 年公布的全球公司研发投入排名来看，英特尔公司位列全球第六位。雄厚的技术基础，叠加持续的研发投入带来正反馈效应，使得美国半导体产业强者恒强，稳居全球产业霸主地位难以撼动。持续产业并购，巨头看准产业方向利用资本外延扩张，实现“强者恒强”。21 世纪 10 年代，云计算、人工智能、物联网等成为风口，美国半导体头部厂商并购频发，是快速扩张份额或进入新市场领域的重要手段：如 2006 年 AMD 收购 ATI 进入显卡 GPU 领域，成为唯一一个兼具 CPU 和 GPU 能力厂商；2011 年德州仪器收购国家半导体，坐实模拟芯片龙头地位；2014 年高通收购 CSR 获得蓝牙芯片技术，布局物联网与博通竞争；2015 年 Avago 收购博通合并成立新博通，强化物联网芯片平台竞争力；2015 年英特尔收购 Altera，涉足 FPGA 布局云计算；2016 年 Microchip 收购 Atmel，爬升至 MC