半導體行業(yè)專題報告-半導體自主可控需求緊迫國內產業(yè)鏈大發(fā)展

半導體行業(yè)專題報告：半導體自主可控需求緊迫，國內產業(yè)鏈大發(fā)展1.供應鏈安全可控訴求再凸顯，半導體“卡脖子”環(huán)節(jié)踏浪前行1.1半導體產業(yè)戰(zhàn)略地位提升，各國前所未有高度重視主要國家半導體產業(yè)扶持政策大力推進。半導體作為科技產業(yè)底層技術、其重要性、戰(zhàn)略性不言而喻，半導體供應鏈全球化、分工化的特征也使得它在當前國際環(huán)境中扮演多重角色。俄烏沖突再次體現出現代化戰(zhàn)爭已不再是單純的軍事戰(zhàn)爭，是科技、經濟等多方面的角逐，以半導體為首的電子產業(yè)成為各個國家針鋒相對、寸步不讓的又一新戰(zhàn)場，以俄烏沖突、新冠疫情、中美貿易戰(zhàn)等為代表的“黑天鵝”事件或將重塑半導體供應鏈體系。此背景下，世界各國將半導體產業(yè)上升到國家安全戰(zhàn)略層面，中、美、歐、日、韓等紛紛出臺大量相關政策支持產業(yè)發(fā)展。半導體供應鏈步入全球化新常態(tài)。半導體作為高精尖產業(yè)，其產業(yè)鏈條極長、復雜性極高，因而高度依賴全球供應鏈，各國發(fā)揮所長，形成分工合作模式。然而在地緣政治新常態(tài)下，企業(yè)重構半導體供應鏈，給本土供應商更多機會，從而推動本國產業(yè)鏈的建設，也是當前的一個重要趨勢。中國作為全球第一大半導體消費國，擁有龐大的消費市場和完善的產業(yè)鏈生態(tài)，在迫切的終端需求以及復雜的國際形勢推動下，本土半導體產業(yè)的投入力度持續(xù)增強，國產替代未來可期。1.2短期擾動下半導體國產替代長邏輯強化烏克蘭是全球半導體特種氣體主要供應地。電子特氣主要用于硅片制造、氧化、光刻、氣相沉積、蝕刻、離子注入等工藝環(huán)節(jié)，所需種類超50種。烏克蘭氖氣產量占據全球70%左右，同時也是氬、氪、氙等半導體氣體原材料的重要供應國。據TECHCET數據顯示，全球約45%-54%的半導體級氖氣由烏克蘭Ingas和Cryoin兩家公司供應，美國所需的氖氣供應幾乎全部來源于烏克蘭。俄羅斯是主要的鈀供應商，滿足全球約33%的需求。鈀用于傳感器和新興存儲器(MRAM)制造，并用作某些封裝技術的電鍍材料。短期看，俄烏沖突或對半導體特種氣體供應帶來一定的影響，整體而言，考慮到1）所有特種氣體占半導體制造封測總材料成本較低，約5%-6%，氖氣占比遠小于這個數字，因而價格波動可被下游制造廠商消化；2）下游制造商原材料儲備漸趨豐富，通過多元供應抵御不確定性，已有多家廠商表示其惰性氣體供應鏈處于合理狀態(tài)，我們認為俄烏沖突單一事件給半導體產業(yè)鏈帶來的邊際影響整體可控。長期來看，地緣政治不確定性升級，半導體供應鏈自主可控戰(zhàn)略意義凸顯。俄烏沖突爆發(fā)后，美國、歐盟、日本相繼對俄羅斯實施嚴厲制裁措施，包括半導體在內的多項高科技產品受到了嚴格出口管控，隨后英特爾、AMD、臺積電等芯片巨頭回應稱將遵守新出口管制措施，對俄斷供。從中長期看，以半導體為核心的電子產業(yè)是中國產業(yè)升級的關鍵，也是過去數年時間中美貿易摩擦的焦點，各國對俄的制裁凸顯了掌握電子產業(yè)鏈自主權的緊迫性，實現半導體底層技術等關鍵領域安全可控迫在眉睫。1.3半導體自主可控訴求再凸顯，“卡脖子”環(huán)節(jié)踏浪前行半導體國產化踏浪前行，“卡脖子”環(huán)節(jié)成長屬性凸顯。近年來新應用、新技術驅動全球半導體產業(yè)快速成長，與此同時，在政策以及資本的協同助力下，國內半導體產業(yè)已取得長足的進步，根據ICinsights數據，20年國內IC需求規(guī)模1430億美元，供給規(guī)模227億美元，自給率約16%，較19年提升1.2pct，預計25年有望達到近20%。整體來看，國內半導體產業(yè)仍存在廣闊的國產替代空間，尤其設備、材料、EDA、高端芯片設計仍為主要卡脖子環(huán)節(jié)。我們認為，在當前地緣政治不確定性升級的背景下，國內半導體產業(yè)成長屬性凸顯，設計企業(yè)的崛起將拉動配套制造、封測需求，推動相關廠商積極擴產，并積極導入國產設備、材料，國內EDA、設備、材料等上游“卡脖子”環(huán)節(jié)有望迎來黃金發(fā)展時期。1.3.1EDA：國內EDA企業(yè)相繼上市，國產化由點向面突破EDA（ElectronicDesignAutomation，電子設計自動化）是指利用計算機軟件完成大規(guī)模集成電路的設計、仿真、驗證等流程的設計方式，融合了圖形學、計算數學、微電子學，拓撲邏輯學、材料學及人工智能等技術。對于如今上億乃至上百億晶體管規(guī)模的芯片，設計規(guī)模越來越大，制造工藝越來越復雜，必須依靠EDA工具完成電路設計、版圖設計、版圖驗證、性能分析等工作，降低設計成本、縮短設計周期。EDA軟件作為集成電路領域的上游基礎工具，貫穿于集成電路設計、制造、封測等環(huán)節(jié)，是集成電路產業(yè)的戰(zhàn)略基礎支柱之一。EDA行業(yè)競爭格局高度集中，主要由Cadence、Synopsys和西門子

EDA（原美國MentorGraphics，被德國西門子收購）三家美國公司壟斷，2020年占據78%份額。華大九天與其他幾家企業(yè)，憑借部分領域的全流程工具或在局部領域的領先優(yōu)勢，位列全球EDA行業(yè)的第二梯隊，合計份額約15%。第三梯隊的企業(yè)主要聚焦于某些特定領域或用途的點工具，整體規(guī)模和產品完整度與前兩大梯隊的企業(yè)存在明顯的差距，僅占全球市場7%份額。國內廠商市場競爭力弱，20年全球市場份額占比合計僅1.6%，國內EDA軟件自給率也僅11.5%。目前，國內EDA廠商與海外領先廠商的差距主要體現在：1）產品布局尚不完善，未形成生態(tài)：EDA工具眾多，且不同環(huán)節(jié)的輸入輸出格式有所差別，軟件之間的兼容性和拓展性是Fabless客戶必須考慮的問題。因此客戶往往會選擇一家廠商提供自己需要的全部工具，而國內廠商目前以點工具為主。2）技術、工藝更新存在時滯：EDA公司需要借助晶圓廠積累的大量測試數據探索物理效應和工藝實施細節(jié)的準確和高精度模型化。但目前國內廠商在先進制程的技術較薄弱，導致本土EDA公司與先進工藝的結合較薄弱，限制了國內EDA廠商在中高端市場的競爭力。3）其他諸如與領先設計公司、晶圓廠的信任壁壘待突破；研發(fā)團隊及人才儲備等方面。國產化由點向面突破。近年來伴隨國內集成電路產業(yè)的發(fā)展，國內也涌現了華大九天、概倫電子、廣立微等一批在部分細分領域內占據一定市場份額的EDA企業(yè)。其中華大九天致力于提供模擬電路設計全流程EDA工具系統(tǒng)的本土EDA企業(yè)，已成為國內規(guī)模大、產品線完整、綜合技術實力強的EDA企業(yè)；概倫電子是具備國際競爭力的大規(guī)模高精度集成電路仿真、高端半導體器件建模、半導體參數測試解決方案廠商，圍繞設計-工藝協同優(yōu)化（DTCO）方法學，自研相關EDA核心技術，可有效支撐7nm/5nm/3nm等先進工藝節(jié)點下的大規(guī)模復雜集成電路的設計和制造。廣立微屬于制造類EDA企業(yè)，主要針對Foundry廠商的測試芯片設計，依托EDA軟件、電路IP、WAT測試設備三大主業(yè)專注于芯片成品率提升和電性測試快速監(jiān)控技術。EDA企業(yè)陸續(xù)融資上市，借助資本力量加速發(fā)展。2019年芯和半導體完成C輪融資；2021年，概倫電子

IPO上市，華大九天、廣立微

IPO受理，國微思爾芯科創(chuàng)板IPO也進入倒計時,EDA企業(yè)有望借助資本力量賦能技術。當前我國EDA國產化率與我國集成電路產業(yè)規(guī)模及整體近20%的國產化率高度不匹配，下游終端的高景氣以及我國半導體產業(yè)在設計、制造、封測等環(huán)節(jié)的快速、持續(xù)性發(fā)展將為本土EDA企業(yè)崛起提供土壤，國產化有望實現由點向面的突破。1.3.2設備：下游大幅擴產，國產化率提升可期IC制造設備占半導體設備比例達80%，光刻、刻蝕和沉積設備為主要組成部分。從產品結構來看，目前供應的半導體設備主要為IC制造設備，其占半導體設備的比重約為80%；在這些IC制造設備中，以光刻機、刻蝕機和薄膜沉積設備為主，據SEMI數據，當前這三類半導體設備分別約占半導體設備的24%、20%和20%。中國大陸占據全球半導體設備市場約四分之一，技術仍處于追趕狀態(tài)。中國大陸的半導體設備需求量大，2019年中國大陸的半導體設備市場規(guī)模占全球22%，僅次于中國臺灣。中國大陸在市場需求占據很大份額的同時，半導體設備自給率較低，技術仍處于追趕狀態(tài)，先進半導體設備技術仍由美歐日等國主導。其中美國的等離子刻蝕設備、離子注入機、薄膜沉積設備、檢測設備、測試設備、表面處理設備等設備的制造技術位于世界前列；荷蘭則是憑借ASML的高端光刻機在全球處于領先地位；在刻蝕設備、晶圓清洗設備、涂膠顯影設備等方面，日本同樣極具競爭優(yōu)勢。根據中國本土主要晶圓廠設備采購情況的統(tǒng)計數據，我國去膠設備已基本實現國產化，刻蝕、清洗、PVD等設備國產化率也有10%-20%?？涛g設備方面，中微公司介質刻蝕已經進入臺積電

7nm/5nm產線，是唯一一家進入臺積電產線的國產刻蝕設備生產商；北方華創(chuàng)在ICP刻蝕領域優(yōu)勢顯著，已量產28nm制程以上的刻蝕設備，同時已經突破14nm技術，并進入中芯國際

14nm產線驗證階段。清洗設備方面，盛美上海引領國產替代，19年全球市占率2%，在國內企業(yè)采購份額中占比超20%。薄膜沉積設備方面，國內廠商錯位發(fā)展，拓荊科技引領PECVD國產化，北方華創(chuàng)PVD優(yōu)勢顯著，中微公司的MOCVD設備份額全球前三，共同受益國產化率提升。當前光刻、涂膠顯影設備國產化率接近0，上海微電子、芯源微分別為國內目前唯一供應商。整體來看，在刻蝕、薄膜沉積、清洗設備等領域，國內廠商已實現“零的突破”，步入業(yè)績放量、加速成長階段。涂膠顯影、光刻領域也有望實現“從0到1”的突破。下游制造廠商大幅擴產，積極導入國產設備，國產化率提升可期。當前半導體產業(yè)國內廠商積極擴產，SEMI數據顯示，全球半導體制造商在2021年建設了19座全新晶圓廠，2022年將另外建設10座晶圓廠，其中中國大陸、中國臺灣地區(qū)各有8座晶圓廠建設項目，領先其他地區(qū)。下游制造廠商的大幅擴產也為上游設備國產化提供土壤，相關數據顯示，21年前三季度全球半導體設備銷售額達752億美元，已超越2020年全年設備銷售，同比提升46%；其中中國大陸半導體設備銷售額占比達到29%，占比呈持續(xù)提升之勢。1.3.3材料：國產替代尚處早期，未來空間廣闊半導體制造環(huán)節(jié)所需用到的材料大概可分為以下8類，其中硅片在材料成本占比最大，達33%，其次為電子特氣、光掩膜版、光刻膠、拋光材料等。整體來看，我國半導體材料能力較為薄弱，硅片作為主要材料國產化率約20%，大尺寸硅片國產化率仍處低位，ArF光刻膠僅南大光電通過客戶驗證，EUV光刻膠暫無國內廠商可量產，其他如拋光材料、濕電子化學品等國產化率也較低，國產替代空間廣闊。國內具備12英寸大硅片生產能力，大尺寸硅片國產替代空間廣闊。硅片產業(yè)壁壘高，市場具有一定的壟斷性。同時國內企業(yè)進入時間較晚，國外企業(yè)占據了大部分市場份額，據SEMI數據，2020年全球前五大半導體硅片廠商均為國外企業(yè)，合計占據全球87%的市場份額。國內大硅片產業(yè)布局晚，目前僅立昂微、滬硅產業(yè)、中環(huán)股份等少數廠商實現了12英寸硅片的量產。預計未來隨著國內12英寸硅片產能的提升，硅片環(huán)節(jié)對外依賴度將逐步降低。光刻膠：整體受制于人，國內以低端產品量產為主。目前全球半導體光刻膠市場主要被日本和美國企業(yè)瓜分。在g/i線光刻膠領域，19年日本和美國企業(yè)合計市占率超8成；在KrF光刻膠方面，日本企業(yè)占主導地位，美國杜邦占11%份額；在ArF光刻膠方面，日本企業(yè)仍占主導地位；EUV光刻膠則主要由日本JSR及TOK提供。國內廠商在技術積累、產能建設等方面存在差距，僅在g/i線、KrF光刻膠領域有少數廠商具備量產能力，南大光電為國內首家突破高端ArF光刻膠的企業(yè)，目前已通過兩家客戶認證，年產能25噸。電子特氣：國產化步伐加快，部分產品實現替代。在全球市場，空氣化工、林德集團、液化空氣和大陽日酸等四大國外公司控制著全球90%以上的市場份額，國內供給格局與全球相似，形成寡頭壟斷的局面，18年國內氣體公司整體份額12%。中國的特種氣體行業(yè)經過30年的發(fā)展和沉淀，國產化具備了客觀條件，已有華特股份、南大光電等多家特氣公司實現了部分產品進口替代，例如，華特自主研發(fā)的Ar/F/Ne等4種混合氣于2017年得到全球最大光刻機制造廠商ASML的認證，Ar/Ne/Xe于2020年也得到全球主要光刻機光源制造廠商Gigaphoton認證通過，具備替代進口能力。光掩膜版領域，除英特爾、三星、臺積電三家全球最先進的晶圓制造廠所用的掩膜版自供外，其它的掩膜版主要被美國Photronics、日本DNP以及日本Toppan三家公司所壟斷。我國掩膜版制造主要集中在少數企業(yè)和科研院所，如無錫華潤、無錫中微等少數企業(yè)能制造0.13μm以上StepperMask，在HTM(半透膜)、GTM(灰階掩膜版)、PSM(先進相移掩膜)等掩膜版領域，我國主要依賴進口。拋光材料領域，全球拋光液和拋光墊市場長期被美國和日本企業(yè)壟斷；在國內，安集科技已打破拋光液的進口依賴局面，2018年拋光液全球市占率2%，鼎龍股份的拋光墊產品也在持續(xù)開拓市場。濕電子化學品及靶材領域，國內具備一定供應能力，但國產化率仍待提升。19年我國超凈高純化學品35%由歐美廠商提供，9%由中國大陸廠商提供，主要為晶瑞電材、中巨芯科技、安集科技。靶材方面，目前國內江豐電子已可量產用于90-7nm半導體芯片的鉭、銅、鈦、鋁靶材，有研新材亦具備半導體靶材提供能力。整體來看，我國尚處半導體材料發(fā)展尚處初期，國產替代迫在眉睫。1.3.4設計：細分領域突破，高端芯片國產替代任重道遠在半導體設計領域，國內企業(yè)已在部分細分領域實現從成長到引領的跨越。內存接口芯片領域，瀾起科技在市場占有主要份額，發(fā)明的DDR4全緩沖“1+9”架構被JEDEC國際標準采納，DDR5內存緩存芯片已批量出貨。AIOT芯片領域，晶晨股份領先的12