吴导有言
通往更先进制程的道路犹如攀登高峰，极高的技术难度和研发成本将大多数芯片选手拦在半山腰，目前全球唯有台积电、英特尔、三星还在向峰顶冲刺。三星成功研发3nm芯片，台积电3nm芯片晶体管密度达2.5亿/mm²，英特尔官宣制程回归。
在全球备战更先进制程的关键节点，本文围绕晶体管五大关键环节，探讨先进制程冲刺战中的核心技术及玩家格局。
从制程进展来看，一边是三星台积电在5nm/3nm等制程上你追我赶，另一边是英特尔循序渐进地走向7nm。
5nm方面，台积电已经拿到苹果和华为的手机芯片订单。三星的5nm制程相对落后，正在与谷歌合作开发Exynos芯片组，将搭载于谷歌的Chrome OS设备、Pixel智能手机甚至中心数据服务器中。
3nm方面，台积电预计2021年开始试生产，2022年开始量产。三星原计划2021年量产3nm工艺，但受当前疫情影响，不量产时间可能会推迟。
为什么挺进先进制程的玩家选手屈指可数呢？主要源于两大门槛：资本和技术。制程工艺的研发和生产成本呈指数上涨，单从资金数目来看，很多中小型晶圆厂就玩不起。
这个问题的答案，也许藏在 5G、AI等新兴技术里，也许藏在半导体的新模式、器件和技术里，半导体行业在不断探索前行。无论未来谁是创新风暴的引领者，最终受益的都是享用更高性能电子产品的每一个人。
史上最全的半导体产业链全景!
来源：ittbank
集成电路作为半导体产业的核心，市场份额达83%，由于其技术复杂性，产业结构高度专业化。随着产业规模的迅速扩张，产业竞争加剧，分工模式进一步细化。目前市场产业链为IC设计、IC制造和IC封装测试。
在核心环节中，IC设计处于产业链上游，IC制造为中游环节，IC封装为下游环节。
全球集成电路产业的产业转移，由封装测试环节转移到制造环节，产业链里的每个环节由此而分工明确。
由原来的IDM为主逐渐转变为Fabless+Foundry+OSAT。
▲全球半导体产业链收入构成占比图
1设计：细分领域具备亮点，核心关键领域设计能力不足。从应用类别(如：手机到汽车)到芯片项目(如：处理器到FPGA)，国内在高端关键芯片自给率几近为0，仍高度仰赖美国企业；
2设备：自给率低，需求缺口较大，当前在中端设备实现突破，初步产业链成套布局，但高端制程/产品仍需攻克。中国本土半导体设备厂商只占全球份额的1-2%，在关键领域如：沉积、刻蚀、离子注入、检测等，仍高度仰赖美国企业；
3材料：在靶材等领域已经比肩国际水平，但在光刻胶等高端领域仍需较长时间实现国产替代。全球半导体材料市场规模443 亿美金，晶圆制造材料供应中国占比10%以下，部分封装材料供应占比在30%以上。在部分细分领域上比肩国际领先，高端领域仍未实现突破；
4制造：全球市场集中，台积电占据60%的份额，受贸易战影响相对较低。大陆跻身第二集团，全球产能扩充集中在大陆地区。代工业呈现非常明显的头部效应，在全球前十大代工厂商中，台积电一家占据了60%的市场份额。此行业较不受贸易战影响；
5封测：最先能实现自主可控的领域。封测行业国内企业整体实力不俗，在世界拥有较强竞争力，长电+华天+通富三家17 年全球整体市占率达19%，美国主要的竞争对手仅为Amkor。此行业较不受贸易战影响。
按地域来看，当前全球IC 设计仍以美国为主导，中国大陆是重要参与者。2017 年美国IC设计公司占据了全球约53%的最大份额，IC Insight 预计，新博通将总部全部搬到美国后这一份额将攀升至69%左右。台湾地区IC 设计公司在2017 年的总销售额中占16%，与2010年持平。联发科、联咏和瑞昱去年的IC 销售额都超过了10 亿美元，而且都跻身全球前二十大IC 设计公司之列。欧洲IC 设计企业只占了全球市场份额的2%，日韩地区Fabless 模式并不流行。
与非美国海外地区相比，中国公司表现突出。世界前50 fabless IC 设计公司中，中国公司数量明显上涨，从2009 年1 家增加至2017 年10 家，呈现迅速追赶之势。2017 年全球前十大Fabless IC 厂商中，美国占据7 席，包括高通、英伟达、苹果、AMD、Marvell、博通、赛灵思；中国台湾地区联发科上榜，大陆地区海思和紫光上榜，分别排名第7 和第10。
2017 年全球前十大Fables s IC 设计厂商（百万美元）
然而，尽管大陆地区海思和紫光上榜，但可以看到的是，高通、博通和美满电子在中国区营收占比达50%以上，国内高端 IC 设计能力严重不足。可以看出，国内对于美国公司在核心芯片设计领域的依赖程度较高。
自中美贸易战打响后，通过“中兴事件”和“华为事件”我们可以清晰的看到，核心的高端通用型芯片领域，国内的设计公司可提供的产品几乎为0。
大陆高端通用芯片与国外先进水平差距主要体现在四个方面：
1）移动处理器的国内外差距相对较小。
紫光展锐、华为海思等在移动处理器方面已进入全球前列。
2）中央处理器(CPU) 是追赶难度最大的高端芯片。
英特尔几乎垄断了全球市场，国内相关企业约有 3-5 家，但都没有实现商业量产，多仍然依靠申请科研项目经费和政府补贴维持运转。龙芯等国内 CPU 设计企业虽然能够做出 CPU 产品，而且在单一或部分指标上可能超越国外 CPU，但由于缺乏产业生态支撑，还无法与占主导地位的产品竞争。
3）存储器国内外差距同样较大。
目前全球存储芯片主要有三类产品，根据销售额大小依次为：DRAM、NAND Flash 以及Nor Flash。在内存和闪存领域中，IDM 厂韩国三星和海力士拥有绝对的优势，截止到2017年，在两大领域合计市场份额分别为75.7%和49.1%，中国厂商竞争空间极为有限，武汉长江存储试图发展 3D Nand Flash(闪存)的技术，但目前仅处于 32 层闪存样品阶段，而三星、英特尔等全球龙头企业已开始陆续量产 64 层闪存产品；在Nor flash 这个约为三四十亿美元的小市场中，兆易创新是世界主要参与厂家之一，其他主流供货厂家为台湾旺宏，美国Cypress，美国美光，台湾华邦。
4）FPGA、AD/DA 等高端通用型芯片，国内外技术悬殊。
这些领域由于都是属于通用型芯片，具有研发投入大，生命周期长，较难在短期聚集起经济效益，因此在国内公司层面发展较为缓慢，甚至有些领域是停滞的。
总的来看，芯片设计的上市公司，都是在细分领域的国内最强。比如2017 年汇顶科技在指纹识别芯片领域超越FPC 成为全球安卓阵营最大指纹IC 提供商，成为国产设计芯片在消费电子细分领域少有的全球第一。士兰微从集成电路芯片设计业务开始，逐步搭建了芯片制造平台，并已将技术和制造平台延伸至功率器件、功率模块和MEMS 传感器的封装领域。但与国际半导体大厂相比，不管是高端芯片设计能力，还是规模、盈利水平等方面仍有非常大的追赶空间。
目前，我国半导体设备的现况是低端制程实现国产替代，高端制程有待突破，设备自给率低、需求缺口较大。
关键设备技术壁垒高，美日技术领先，CR10 份额接近80%，呈现寡头垄断局面。半导体设备处于产业链上游，贯穿半导体生产的各个环节。按照工艺流程可以分为四大板块——晶圆制造设备、测试设备、封装设备、前端相关设备。其中晶圆制造设备占据了中国市场70%的份额。再具体来说，晶圆制造设备根据制程可以主要分为8 大类，其中光刻机、刻蚀机和 薄膜沉积设备这三大类设备占据大部分的半导体设备市场。同时设备市场高度集中，光刻机、CVD 设备、刻蚀机、PVD 设备的产出均集中于少数欧美日本巨头企业手上。
中国半导体设备国产化率低，本土半导体设备厂商市占率仅占全球份额的1-2%。
关键设备在先进制程上仍未实现突破。目前世界集成电路设备研发水平处于12 英寸7nm，生产水平则已经达到12 英寸14nm；而中国设备研发水平还处于12 英寸14nm，生产水平为12 英寸65-28nm，总的来看国产设备在先进制程上与国内先进水平有2-6 年时间差；具体来看65/55/40/28nm 光刻机、40/28nm 的化学机械抛光机国产化率依然为0，28nm化学气相沉积设备、快速退火设备、国产化率很低。
Si：主要应用于集成电路的晶圆片和功率器件;
GaAs：主要应用于大功率发光电子器件和射频器件;
GaN：主要应用于光电器件和微波通信器件;
SiC：主要应用于功率器件
▲各代代表性材料主要应用
▲第二、三代半导体材料技术成熟度
细分领域已经实现弯道超车，核心领域仍未实现突破，半导体材料主要分为晶圆制造材料和封装材料两大块。晶圆制造材料中，硅片机硅基材料最高占比31%，其次依次为光掩模版14%、光刻胶5%及其光刻胶配套试剂7%。封装材料中，封装基板占比最高，为40%，其次依次为引线框架16%，陶瓷基板11%，键合线15%。
日美德在全球半导体材料供应上占主导地位。各细分领域主要玩家有：硅片——Shin-Etsu、Sumco，光刻胶——TOK、Shipley，电子气体——Air Liquid、Praxair，CMP——DOW、3M，引线架构——住友金属，键合线——田中贵金属、封装基板——松下电工，塑封料——住友电木。
（1）靶材、封装基板、CMP 等，我国技术已经比肩国际先进水平的、实现大批量供货、可以立刻实现国产化。已经实现国产化的半导体材料典例——靶材。
（2）硅片、电子气体、掩模板等，技术比肩国际、但仍未大批量供货的产品。
（3）光刻胶，技术仍未实现突破，仍需要较长时间实现国产替代。
晶圆制造环节作为半导体产业链中至关重要的工序，制造工艺高低直接影响半导体产业先进程度。过去二十年内国内晶圆制造环节发展较为滞后，未来在国家政策和大基金的支持之下有望进行快速追赶，将有效提振整个半导体行业链的技术密度。
半导体制造在半导体产业链里具有卡口地位。制造是产业链里的核心环节，地位的重要性不言而喻。统计行业里各个环节的价值量，制造环节的价值量最大，同时毛利率也处于行业较高水平，因为Fabless+Foundry+OSAT 的模式成为趋势，Foundry 在整个产业链中的重要程度也逐步提升，可以这么认为，Foundry 是一个卡口，产能的输出都由制造企业所掌控。
代工业呈现非常明显的头部效应 根据IC Insights 的数据显示，在全球前十大代工厂商中，台积电一家占据了超过一半的市场份额，2017 年前八家市场份额接近90%，同时代工主要集中在东亚地区，美国很少有此类型的公司，这也和产业转移和产业分工有关。我们认为，中国大陆通过资本投资和人才集聚，是有可能在未来十年实现代工超越的。
“中国制造”要从下游往上游延伸，在技术转移路线上，半导体制造是“中国制造”尚未攻克的技术堡垒。中国是个“制造大国”，但“中国制造”主要都是整机产品，在最上游的“芯片制造”领域，中国还和国际领先水平有很大差距。在从下游的制造向“芯片制造”转移过程中，一定要涌现出一批技术领先的晶圆代工企业。在芯片贸易战打响之时，美国对我国制造业技术封锁和打压首当其冲，我们在努力传承“两弹一星”精神，自力更生艰苦创业的同时，如何处理与台湾地区先进企业台积电、联电之间的关系也会对后续发展产生较大的蝴蝶效应。
当前大陆地区半导体产业在封测行业影响力为最强，市场占有率十分优秀，龙头企业长电科技/通富微电/华天科技/晶方科技市场规模不断提升，对比台湾地区公司，大陆封测行业整体增长潜力已不落下风，台湾地区知名IC 设计公司联发科、联咏、瑞昱等企业已经将本地封测订单逐步转向大陆同业公司。封测行业呈现出台湾地区、美国、大陆地区三足鼎立之态，其中长电科技/通富微电/华天科技已通过资本并购运作，市场占有率跻身全球前十（长电科技市场规模位列全球第三），先进封装技术水平和海外龙头企业基本同步，BGA、WLP、SiP 等先进封装技术均能顺利量产。
封测行业我国大陆企业整体实力不俗，在世界拥有较强竞争力，美国主要的竞争对手为Amkor 公司，在华业务营收占比约为18%，封测行业美国市场份额一般，前十大封测厂商中，仅有Amkor 公司一家，应该说贸易战对封测整体行业影响较小，从短中长期而言，Amkor 公司业务取代的可能性较高。
封测行业位于半导体产业链末端，其附加价值较低，劳动密集度高，进入技术壁垒较低，封测龙头日月光每年的研发费用占收入比例约为4%左右，远低于半导体IC 设计、设备和制造的世界龙头公司。随着晶圆代工厂台积电向下游封测行业扩张，也会对传统封测企业会构成较大的威胁。
2017-2018 年以后，大陆地区封测（OSAT）业者将维持快速成长，目前长电科技/通富微电已经能够提供高阶、高毛利产品，未来的3-5 年内，大陆地区的封测企CAGR增长率将持续超越全球同业。
深圳市卓精微智能机器人设备有限公司成立于2010年，是一家专业研究IC（集成电路）的烧录、功能测试、物料、标识、包装转换以及CCD来料检查等技术的高科技企业。公司拥有多项国家级软件和技术专利类自主知识产权，拥有一批由博士后、博士、硕士组成的专家级技术团队，公司自主经营、自主品牌，是国内IC烧录/测试智能设备行业的领军型企业。
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