价格飙涨的晶圆中国芯片的“咽喉”

  自去年下半年以来，全球晶圆市场的价格就一路飙涨，背后折射的是目前晶圆市场产能持续紧缺，而去年底至今年初部分芯片制造厂商发生的火灾、疫情导致的停工，以及近期的日本地震、美国德州的冬季风暴导致的多家芯片制造厂的停工等因素，更是加剧了全球晶圆产能的紧缺。

  去年7月份，台媒发文放出硅晶圆产能吃紧讯号；随后涨价从芯片开始蔓延至封装、硅片原材料，电子产业链各环节出现“塞车”现象；2020年9月14日，“华为914禁令”引发其他大厂恐慌性备货、扫货；自去年12月至今，各大芯片公司都陆续发布涨价凾，涨价幅度集中在10%-20%这个区间。目前，全球晶圆代工龙头台积电的产能现阶段已经爆满，其他几家台系晶圆代工厂也同样是产能满载。今年3月份，全球最大晶圆制造厂台积电传出12英寸晶圆涨价消息，涨幅最高达25%。

  芯片的产业链主要可大致分为IC设计、制造和封装测试三个部分，集成电路制造是指主要以晶圆为原材料，将光掩模上的电路图形信息大批量复制到晶圆上，并在晶圆上大批量形成特定集成电路结构的过程，晶圆制造技术上的含金量高、工艺复杂，在产业链中处于核心地位。

  20世纪70年代之前，涵盖了产业链的集成电路设计、制造、封装测试等所有环节的IDM模式是主要的经营模式，属于典型的重资产模式，对研发能力、资金实力和技术水平都有很高的要求，因而采用 IDM 的企业大多为全球芯片行业的传统巨头，包括英特尔、三星电子等；70年代之后，随着产业规模的扩大和工业技术的提升，专业化分工的优势逐步显现，再加上制造工艺水平的提高，集成电路的产线建设、工艺研发及人才和资本需求持续不断的增加，多数 IDM 不愿或无力承担巨额投入所带来的风险，于是只专注于集成电路芯片制造的企业兴起，这就是晶圆代工模式，即Foundry 模式。

  晶圆代工行业属于技术、资本和人才密集型行业，行业壁垒较高，因此市场集中度高，呈明显的行业寡头垄断特征。根据 IC Insights 统计，2018 年全球市场纯晶圆代工厂商 CR10 达 97%，前五大厂商（台积电、格罗方德、联华电子、中芯国际、力晶科技）占全球市场 88%的市场占有率。台积电占据市场第一的地位，市场占有率为59%，中芯国际占全球纯晶圆代工市场占有率的 6%，位居全球第四位。

  而随着技术进一步的发展迭代，对于工艺的要求慢慢的升高，制造成本呈指数级上涨的趋势。当技术节点向 5 纳米甚至更小的方向升级时，普通光刻机受其波长的限制，其精度已不足以满足工艺技术要求。意味着集成电路制造企业要投入更多且更先进的光刻机、刻蚀设备和薄膜沉积设备等，造成巨额的设备投入，在这种情况下，整个行业的集中度预计还会促进提升。

  晶圆制作的完整过程中有几大步骤：氧化、沉积、光刻、刻蚀、离子注入/扩散等。这几个主要步骤都需要若干种半导体设备，满足多种的需要。根据2017年SEMI公布的数据，在集成电路制程中，晶圆制造设备投入占比约占设备投资的80%，在制作的完整过程中，最主要、价值最昂贵的三类分别是沉积设备、刻蚀设备、光刻机，分别占半导体晶圆厂设备总投资的15%、15%、20-25%。

  以光刻机为例，光刻机被称作是芯片制造工艺上的明珠，是整个晶圆制造中最核心的设备，目前基本被欧美国家垄断。具体来看，以目前国际使用最广泛的12英寸晶圆为例，以28nm为界限分为成熟制程与先进制程，后者代表了全球最顶尖的工艺。目前，全球前十大晶圆代工厂商均在积极布局先进制程，到全球最先进的量产集成电路制造工艺已达到7纳米至5纳米，3纳米技术有望在 2022 年前后进入市场，而大陆目前技术最先进的中芯国际还只攻克14nm，与国际顶尖技术差距很大。

  具体来看，本轮涨价潮大多分布在在8英寸晶圆上，这一点其实是有点意外的，回顾历史，全球8英寸晶圆厂产线条的顶峰，产能也达到了560万片/月的历史高点，2008年后，随着12英寸技术的成熟，众多厂商投身到12英寸晶圆厂产能之中，8英寸晶圆厂数目及产能快速收缩，到2015年时，仅剩下178条产线英寸半导体硅片出货面积占全部半导体硅片出货面积的67.22%，根据IC Insights预计，2021年全球12英寸晶圆厂将增长至123座，到2023年全球12英寸晶圆厂总数将达到138座。

  如果按正常的技术路径来看，从8英寸到12英寸就是先进的技术对落后技术的迭代，但是，2015年之后，随着5G和物联网技术的推广，在传统的PC、平板、手机终端之外，各种电源芯片、消费电子终端、摄影/指纹识别等传感器、汽车等各种领域都开始智能化，对于芯片的需求激增。

  而在应用场景上，8英寸晶圆主要的应用领域十分普遍，涵盖消费电子、通信、计算、工业等领域，而12英寸晶圆的应用相对来说还是比较狭窄，大多分布在在CPU、逻辑IC等高性能芯片，比如说各种平板、手机等。

  在这种环境下，市场环境发生了有趣的变化，尽管12英寸晶圆从技术上来说更先进，但是由于传统PC、手机终端市场的逐渐饱和，对于芯片的需求在放缓，而应用场景更广泛的8英寸晶圆需求却在扩张。

  需求在逐渐扩大，产能却在减小，再叠加设备老化，从2017Q2起，8英寸晶圆的需求就开始超过产能，供给开始趋紧，当然，近几年，各大工厂也在增加产能，据 SEMI最新报告，2019 年底有15个新 Fab 厂开工建设，总投资金额达 380 亿美元，其中约有一半用于 8 英寸晶圆尺寸，但是，到了2020年，一种原因是受政治因素影响，产业链本身出现反噬，另一方面受突发的天灾影响，供给和需求的结构性不平衡就在这样一个时间段集中爆发了。

  而在整个集成电路市场来看，随着 5G、物联网、人工智能等新兴应用市场的持续不断的发展，促使全球集成电路产业市场规模整体呈现增长趋势。根据 WSTS数据，全球集成电路行业销售额由 2012 年的 2382 亿美元增长至 2018 年的 3933 亿美元，CAGR 达 8.72%。而在国内，凭借着巨大的市场需求、丰富的人口红利、稳定的经济稳步的增长及有利的产业政策环境等众多优势条件，中国集成电路产业实现了加快速度进行发展。根据中国半导体行业协会统计，中国集成电路产业销售额由 2012 年的 2158 亿元增长至 2018 年的 6531 亿元，CAGR 达 20.3%，市场增速明显高于全球整体水平。

  而在晶圆制造领域，根据中芯国际投资者关系报告披露数据，中国集成电路市场规模预计将由2009年的40.51亿美元增长至2023年的864.17亿美元，CAGR达23.2%。

  需求带来的是产能的扩张，2020年，台积电、中芯国际资本开支分别为172.4/57.3亿美元用于扩建产能，同比增加84%/204%，创出历史上最新的记录，设备提供商将直接受益。据芯思想统计，2021年到2022年内，排除存储扩产项目，全球19家公司有30个新增产能计划，但是，产能最快也要到2022年才能开始释放。

  而对于国内企业来说，由于政治因素，国产替代已经是一种可预期的未来，而目前的国产化率相对来说还处于一个比较低的水平，因此在国家政策支持下，在叠加国产替代与芯片扩产潮的趋势下，晶圆制造设备厂商将直接受益，未来将维持较高景气度。

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