一份智库报告透露的秘密：美国半导体产业的下一步措施……

工情报 Author 黄鑫

机工情报

装备制造业竞争力情报和贸易风险问题研究

2月18日，美国信息技术和创新基金会（ITIF）发布《摩尔定律被破坏：中国政策对全球半导体创新的影响》报告（以下简称“报告”）。报告概述了全球半导体行业的 发展情况 ；分析了半导体行业 持续创新的动力和条件 ；探讨了 中国的半导体行业 政策及其影响。

紧接着，美国总统拜登签署 美国供应链行政令 （Executive Order on America’s Supply Chains），指示对 半导体、医疗用品、关键矿产及高容量电池 的供应链进行广泛评估。

由此可见，半导体行业对美国制造业、经济和国家安全的重要性不可言喻。

当前全球半导体行业的竞争格局

1. 美国企业销售额占全球近50%，但生产能力较弱

2019年，总部位于 美国的半导体企业 在全球半导体行业的 销售额中占据了47%的市场份额 (与2012年的51.8%相比下降了约5%)，紧随其后的是韩国(19%)、日本和欧洲(各占10%)、中国台湾(6%)及中国大陆(5%)。

然而，截至2019年，美国仅占全球半导体制造市场的11％，而 韩国 该比例为28％，中国台湾为22％ ，日本为16％，中国大陆为12％，欧洲为3％。 2015 2019年，中国大陆在全球半导体制造市场的占比几乎翻了一番 。直到2020年底，美国只有20家半导体制造厂（FAB）在运营。

2. 美、欧、韩在半导体行业的不同领域处于领先地位

逻辑芯片（logic chips）、存储器（memory chips）、模拟芯片（analog chips）和分立器件（discrete chips）是半导体行业的四大领域。从全球半导体行业每个主要细分领域的市场份额来看，2019年，美国在逻辑芯片和模拟芯片方面明显领先；韩国在存储器方面领先(美国紧随其后)；欧洲在分立器件方面领先。总部位于 中国的企业在逻辑芯片市场的占有率为9% ， 在分立器件市场的占有率为5%。

就具体企业而言，英特尔是全球逻辑芯片的领导者；截至2020年第一季度，德州仪器(Texas Instruments)、ADI和英飞凌(Infineon)是模拟芯片的领导者，其市场份额分别为19%、10%和7%；三星(Samsung)、SK海力士(SK Hynix)和美光(Micron)在动态随机存取存储器（DRAM）领域处于领先地位，分别占全球市场份额的44%、29%和21%。

3. 全球半导体产业链参与程度高，各国均有不同的价值优势

半导体行业高度全球化，大量国家/地区的企业在半导体生产的多个方面展开竞争，从半导体设计到制造，再到ATP(组装、测试和封装)。在半导体价值链（value chain）的每个环节上，平均有来自25个国家的企业参与直接供应链（direct supply chain），23个国家的企业参与支撑工作（support function）。超过12个国家拥有直接从事半导体芯片设计的企业，39个国家至少拥有1家半导体制造工厂，超过25个国家拥有从事ATP的企业。

半导体生产过程中的每个环节都创造了相当大的价值。据美国国际贸易委员会(ITC)的估计，半导体芯片90%的价值存在于设计和制造阶段，10%的价值来自ATP。

全球半导体行业的一个关键驱动力是专业化 ，因为企业——甚至国家内部的整个产业生态集群——都选择将精力集中在掌握半导体生产过程的关键环节上。例如，荷兰在极紫外(EUV)光刻方面的优势；日本在化学品和生产设备方面的优势；韩国在存储芯片方面的优势；中国台湾在代工厂上的优势；马来西亚和越南在ATP方面的优势。

4. 美国半导体专利申请全球领先

根据美国专利商标局（USPTO）追踪其授予的半导体专利数据可知，虽然美国在全球半导体专利中的份额从1998年的43%下降到2018年的29%，但仍然领先；日本的份额下降了大约1/3，从33%下降到23%；随后是中国台湾和韩国；欧盟排在第五位；中国大陆排名第六，约占全球专利的6%。如果 计算每10亿美元GDP中的专利数，中国的滞后就更为严重 。每10亿美元的GDP中，有310项专利授予美国半导体企业，仅有 77项专利授予中国半导体企业 。

5. 中国占全球半导体行业增加值的份额不断攀升

就全球半导体行业增加值的份额而言， 2001 2016年，中国大陆的增长率几乎增长了四倍，从8％增长到31％ ；美国的份额从28%下降到22%；日本的份额下降了2/3以上，从30%下降到8%；中国台湾的份额从8%增长到15%；韩国的份额从5%增长到10%；德国和马来西亚各占2%的份额。

6. 除日本和美国外，全球主要国家（地区）半导体行业出口均有所增长

2005 2019年，中国大陆半导体行业出口从278亿美元增长到1380亿美元；中国台湾从359亿美元增长到1110亿美元；韩国从309亿美元增长到924亿美元；欧盟27国+英国从694亿美元增长到816亿美元。与此同时，美国的出口大致保持不变，2005年为531亿美元，2019年为529亿美元；日本的出口略有下降，从479亿美元降至469亿美元。

7. 半导体是全球研发最密集的行业之一

半导体与生物制药是全球研发最密集的行业。在2019年欧盟工业研发投资记分牌（2019 EU Industrial R&D Investment Scoreboard）上，排名前13位的半导体企业在研发方面的投入占销售额的18.4%，超过了生物制药行业。其中，前三名分别是美国的高通、中国台湾的联发科和美国的AMD。而在实际投入（actual investment）方面，三星以148亿欧元(约合176亿美元)领先，华为以127亿欧元(约合150亿美元)紧随其后，英特尔(Intel)以118亿欧元(约合137亿美元)排名第三。

截至2018年，总部位于美国企业的半导体研发投入占销售额的比重为17.4%，欧洲为13.9%，中国台湾为9.9%，日本为8.8%，中国大陆为8.4%，韩国为7.3%。欧洲半导体行业的研发强度已从2010年的16.5%下降到如今的13.9%。相反，中国半导体企业的研发强度从2012年的6.3%上升到2018年的8.4%。

8. 半导体行业资本投入高

半导体也属于资本密集型行业。2019年，美国半导体行业的全球资本支出(CapEx)总计319亿美元，占销售额的比例达到12.5%，仅次于美国的替代能源行业（alternative-energy sector）。在全球资本支出方面，2019年，总部位于韩国的企业对半导体行业的资本支出占全球该行业资本支出的31%，其次是美国(28%)、中国台湾(17%)、中国大陆(10%)、日本(5%)和欧洲(4%)。

开发新的半导体设计或建立新的半导体晶圆厂所需的专业知识、资金和规模非常高，而且还在不断增加。例如，将芯片设计从10 nm推进到7nm的成本增加了1亿美元以上，而从7 nm推进到5 nm的成本可能又翻了一番，从3亿美元增加到近5.5亿美元。但这仅是设计芯片的成本。据估计，截至2020年，新建14 16nm晶圆厂的平均成本为130亿美元；10nm晶圆厂的建造成本为150亿美元；7nm晶圆厂的建造成本为180亿美元；5nm晶圆厂的建造成本为200亿美元。

中国在全球半导体行业中举足轻重

1. 中国半导体实力不断增强

无论从芯片设计还是制造的角度来看，中国的半导体实力都在迅速增长。例如，2010 2015年，中国IC设计企业的数量就从485家增加到715家。2005 2015年，中国半导体行业复合年增长率为18.7%，半导体消费增长率为14.3%，全球半导体市场复合年增长率仅为4.0%。

目前，全球约有20％的无晶圆厂IC设计公司位于中国。正如德勤(Deloitte)的一份报告所述，“在集成电路设计方面，中国大陆的能力在过去5年里激增，并开始赶上中国台湾和韩国，成为亚太地区IC设计的主要参与者。”

2. 中国市场对美国半导体企业而言十分重要

中国市场相当重要，在许多美国半导体企业的收入中占据了相当大的比例。例如，2018年前四个月，中国市场占高通收入的60%以上，美光的50%以上，博通的45%左右，德州仪器的40%以上。2018年，美国半导体企业约36%的收入，即750亿美元，来自对中国的销售。

3. 中国半导体行业收入快速增长，但净利润率低

截至2019年底，全球136家最大的半导体企业创造的收入总计5718亿美元。其中，总部位于中国的企业为413亿美元，占全球收入的7.2%以上。中国企业占全球封装测试服务(OSAT)收入的21%(60亿美元)；占代工收入的8%(45亿美元)；占芯片设计和制造收入的7%(296亿美元)。2015年，中国企业占全球半导体行业收入的4%。由此可见，2015 2019年，中国企业的收入占比几乎翻了一番。

尽管中国半导体行业的收入发展迅速，但其净利润率只有英特尔(Intel)、三星(Samsung)、台积电(TSMC)、SK海力士(SK Hynix)和美光(Micron)等企业的一小部分。平均而言，2019年，非中国半导体企业的净利润率为19.4%，而 中国半导体企业的净利润率为12.1% 。

智库提议未来应采取哪些针对中国的措施

报告称，中国通过“重商主义”政策扭曲全球市场，阻碍创新型企业发展和研发投入，破坏半导体行业的“摩尔定律”。报告为应对“中国挑战”提出了国际层面和美国国内层面（落实《为芯片生产创造有益的激励措施法案》（CHIPS）、增加半导体研发的联邦投资）的建议。其中，国际层面的建议包括：

1. 扩大世贸组织有关补贴的内容

根据世贸组织的规定，将财政援助确定为补贴需要具备三个要素：1）财政捐款；2）由政府或公共机构给予；3）给予这种捐助的收益。

因此， 美国应与志同道合的国家和世贸组织合作，更新其规则，对激进的工业补贴施加更严厉的条件和惩罚。 首先 澄清“公共机构”的定义 ，将其扩大到包括国有企业和私营企业等受国家影响的实体。同时，要求给予国有企业的补贴不会对其他国家造成伤害。

志同道合的国家应专注于大幅 提高全球补贴的透明度 ，包括坚持及时、完整地通告补贴行为，并 对未及时通报的补贴建立损害推定 。各国还应召开世贸组织成员和世贸组织上诉机构之间的年度会议，讨论与过度使用补贴相关的模式和挑战。

2. 盟国应在半导体出口管制方面进行合作

对于全球半导体行业，中国既是一个重要的市场，也是一个重要的生产地。对支撑中国经济和军事崛起的核心技术的出口管制无疑将成为政策制定者认真考虑的工具。然而，正如ITIF曾经提出的，美国应尽最大可能与志同道合的国家合作， 协调出口管制措施 ，“因为出口管制制度在国际协调的情况下最为成功。”正如《出口管制改革法案》（Export Control Reform Act）第4811(5)条所述，“ 出口管制应与多边出口管制制度相协调。多边的出口管制是最有效的 ，应该将重点放在那些能够用来对美国及其盟友构成严重国家安全威胁的核心技术和其他物项上。”

报告提出，之前美国为了寻求实现经济或贸易政策目标，不断推行单边出口管制。其与代表特定半导体(包括半导体制造设备)行业和更广泛先进技术的传统瓦森纳协定（瓦协）之间需要形成一种新的管制方式。因此， 美国应避免实施单边出口管制，并寻求制定更雄心勃勃和更有效的诸边（plurilateral）办法，与德国、日本、韩国、中国台湾、荷兰和英国等具有本土半导体产能的国家（地区）共同实施出口管制。

这些国家应共同努力，就非市场经济国家的企业对全球半导体行业构成的威胁以及半导体技术的发展速度和进展达成共识。然后，这些国家 应在“瓦协”之外建立工作组，即“小瓦协”，对半导体技术和相关管制物项（现有管制物项范围之外）进行定义，并制定共同的许可政策。

3. 统一外商直接投资审查程序

《2018年外国投资风险审查现代化法案》（FIRRMA）指示美国海外投资委员会（CFIUS）建立一个正式程序，与盟国政府分享信息，并在投资安全问题上进行协调与合作。因此，美国应继续与志同道合的国家合作， 协调投资审查程序，并考虑扩大其例外国（excepted foreign states）名单， 将法国、德国、荷兰、意大利、日本和韩国等国包括在内。

4. 加强信息共享，打击对外经济间谍活动以及知识产权、技术或商业秘密盗窃

美国应该带领更多志同道合的国家建立一个更广泛的“五眼联盟”，专门致力于合作打击由国家资助的先进技术领域中的间谍活动。该组织可以 编制一份企图进行知识产权盗窃的企业及个人名单，同时制定机制，限制这些企业和个人在盟国市场上竞争。

5. 在半导体研发中实现盟国间合作

半导体创新的广泛性和复杂性意味着有机会招募来自志同道合的国家参与长期、高潜力的研发计划，如“semiconductor moon shots”（半导体登月计划）。这实际上是美国两党《芯片法案》（CHIPS for America Act）所预期的，它呼吁 设立一个7.5亿美元的多边安全基金 ，以支持安全微电子技术的发展和采用。在这方面， 确保微电子供应链的安全将是第一步 ，国会将在今年秋天审查《国防授权法案》(National Defense Authorization Act)的重新授权时，为这一条款拨出资金。

小结

根据宾夕法尼亚大学发布的2020年《全球智库指数报告》，ITIF排在当年美国顶级智库（Top Think Tanks）第39位，全球顶级 科技 政策智库（Top Science and Technology Policy Think Tanks）第4位。其主席阿特金森（Rob Atkinson）具有丰富的政府部门工作经历，其观点在政界具有一定的影响力。此前，ITIF的很多建议和倡导均被美国政府采纳。

ITIF一直对我国的 科技 创新政策持批评态度，并主张对我国采取强硬的反制措施。此份报告在半导体领域的建议与拜登政府联合盟国，发展国内制造业，遏制中国的思路不谋而合，因此很有可能被美国政府采纳。

技术创新战略就是企业的技术创新最根本的目标是要提高企业的盈利水平。但他绝不仅仅是提高销售额或者产品性能的改进，也不仅仅是新产品或服务的问题，更重要的是要使竞争地位发生改观，希望在一种新的、更有利的某一点重新建立竞争优势。要做到这一点，企业决不能仅仅为顾客创造某种价值，还必须有建立长期竞争优势的技术创新战略，否则，技术创新就是战术性的，而不是战略性的。近日，据德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)最新认证报告，隆基绿能采用自主研发的掺镓p型硅片制备的硅异质结电池（p-HJT）获得效率新突破：在掺镓p型全尺寸(M6，274.3cm⊃2)单晶硅片上，隆基绿能将硅异质结电池转换效率推高至26.12%。这是迄今为止p型硅电池效率的最高纪录，进一步验证了低成本硅异质结量产技术的可行性。

自2021年4月至今，隆基绿能已经11次刷新电池转换效率的世界纪录。

隆基绿能中央研究院副院长徐希翔博士表示：“电池转换效率每提高0.01个百分点都意义重大。”

一直以来，作为全球领先的太阳能科技公司，隆基绿能以“善用太阳光芒，创造绿能世界”为使命，坚持创新与价值创造，并通过高强度的研发投入，力促降本增效，实现客户价值最大化，推动光伏成为可负担的清洁能源。

从半导体技术的积累到推动单晶硅片领域的技术革命，从推动单晶重回主流到正式提出用太阳能科技改变地球生态，再到布局绿色氢能产业，隆基绿能一路走来，记录着光伏行业的发展变迁，引领着能源行业变革。

而在这其中，创新贯穿始终。

专注单晶 技术革命

中国光伏行业几十年的发展壮大之路，靠的就是不断的创新。而隆基绿能，从最初就带着创新的基因。

16年前，当市场大多看好多晶路线时，初入光伏行业的隆基绿能却经过战略研判，坚定地选择了当时并不被看好的单晶路线。若没有坚定的信念和创新的意识，是很难做出这一选择的。

当然，这背后并非想当然的一时冲动，而是源于隆基绿能管理团队对光伏行业“第一性原理”——度电成本最低的深刻洞察。

此后，隆基绿能一直致力于单晶技术的推广应用。

巨大的转机出现在2012年。当时，隆基绿能大胆采用了昂贵且尚不成熟的金刚线切片技术。之后的事实证明，这个选择是对的。数据显示，采用金刚线切割技术后，单晶硅片的切割速度提高了2-3倍，且随着损耗的降低，出片率提高了15%。金刚线等技术的采用使得2019年单晶切片成本较2011年相比下降了79%。此后，单晶产品的性价比优势开始凸显，隆基绿能也进入了自己的快速成长期，成为了单晶领域光伏技术的引领者。

到2013年10月，隆基绿能硅片年度出货量突破1GW，并在当年成为全球最大的单晶硅片供应商。

到2015年10月，隆基绿能单晶硅实现100%切片产能切换金刚线切片，经过两年的技术研发，具备薄至110μm的薄片技术。

金刚线的“威力”远不止于此。据当时的相关数据测算，在采用金刚线切片后，国内整个光伏业每年可节省成本约300亿元。

引领行业 产业升级

面对当时以多晶硅为主流的下游市场，隆基绿能的进一步发展壮大仍面临市场的认同问题。

隆基绿能创始人、总裁李振国介绍：“行业在那个阶段并没有充分认识到单晶的价值，甚至在阻碍这个路线的发展。单晶出口价格很贵，下游很多企业也把单晶视为高端小众市场看待，觉得卖得贵、赚得更多，这实际上阻碍了单晶价值向终端的传递。”

另外，下游几乎所有的电池和组件大厂都在多晶技术上布局大量产能，而让他们改路线无异于“要命”。

在此情况下，李振国决定自己来打通这条路。2014年11月，隆基绿能收购浙江乐叶光伏科技有限公司85%股权。这标志着隆基绿能正式拓展至太阳能电池、组件业务领域，开始直接面向终端电站客户，推广单晶产品。

机遇总是留给有准备的人。2015年，国家推出了“领跑者计划”，对光伏组件转化效率提出了更高的要求。在当时，只有20%多晶产品能够达标，而80%单晶产品都符合要求。隆基采用了什么样的政策

目前， 我国半导体市场供需两层不匹配，国产化率亟需提升 。一方面，终端产品供需不匹配。 2018年中国集成电路市场规模1550亿美元，但国产集成电路规模仅238亿美元，国产化率仅约15%；另一方面，制造端的设备供需不匹配。国内半导体设备市场规模约145亿美元，但国产设备规模仅14亿美元不到，国产化率仅约10%。因此，从产业发展的角度，一方面，国内半导体制造领域仍有较大发展空间；另一方面，制造领域的设备仍有较大的国产提升空间。

我们推荐中信建投的研究报告《半导体设备国产进程加速》，解析半导体国产化现状，政策、资金、产业等推动因素，并讨论半导体设备市场格局与国产化进度。如果想收藏本文的报告（半导体设备），可以在智东西公众号回复关键词“nc404”获取。

一、提升国产化率刻不容缓

1、 我国半导体市场规模和占比不断提升

2010年起，全球半导体行业保持稳步增长，过去十年（ 2009-2018年）全球半导体销售额CARG为7.55%，全球GDP CAGR为3.99%，而我国集成电路销售额CARG为25.03%，我国行业整体增速为全球半导体行业增速的3.3倍，而全球半导体行业整体增速是全球GDP增速的2倍左右；

与此同时，在PC、智能手机等领域强大的整机组装制造能力使我国成为全球最大的半导体消费市场，在全球占比达到了33%，比第二名的美洲高出11个百分点，我国半导体市场无论是绝对规模增速还是占比都不断提升。

▲我国半导体规模和占比不断提升

▲2018年全球半导体产业市场规模分布

2、 我国半导体市场供需不匹配

一方面，终端产品供需不匹配。2018年中国集成电路市场规模1550亿美元，但国产集成电路规模仅238亿美元，国产化率仅约15%；

另一方面，制造端的设备供需不匹配。2018年中国半导体设备市场规模达到131.1亿美元，但据中国电子专用设备工业协会统计， 2018 年国产半导体设备销售额预计为 109 亿元，自给率仅约为12%。考虑到以上数据包括集成电路、 LED、面板、光伏等设备，实际上国内集成电路设备的国内自给率仅有 5%左右，在全球市场仅占 1-2%份额。半导体设备进口依赖长期看将严重阻碍中国半导体行业的自主发展，国内需求与国内供给的缺口昭示着巨大的国产化空间。

▲2018年国产半导体集成电路自给率仅15%

▲2018年国产半导体设备自给率仅12%

3、 贸易战对我国半导体核心技术“卡脖子”

美国制裁中兴华为反映创新“短板”，华为事件影响深远，引发全球半导体供应链“地震”，暴露出核心技术被“卡脖子”的风险，催化国内半导体等核心科技领域发展，国产自主可控替代有望加速；

半导体行业产业链中上游为我国薄弱环节，其中上游半导体设备和中游制造对美依存度高，核心领域国产芯片占有率多数为0%；相比之下，中游封测和下游终端市场领域对美依存度小，受到影响相对较小。

▲半导体产业链受贸易战影响分化

4、 后贸易战时期，国内半导体设备厂商的一些变化

设备企业前瞻布局非美国地区零部件采购 。一般来说，半导体设备的零部件分为四大部分。在这四大类中，精密加工件、普遍加工件现在基本没有制约，通用外购件（包括接头、气缸、马达等）占比比较小，因此现阶段供应管理关注的重点是外购大模块， 包括设备专用模块和通用模块（机械手、泵等）。外购大模块数量上占比不高，可能只有10-20%，但价值占比60-80%；

所以我们讲零部件的国产化，主要是讲外购大模块的国产化。预防产业风险和成本控制需要通过对外购大模块进行供应链拓展、批量采购等方式实现。

▲外购大模块受产业影响风险较大

大部分品类现阶段国内基础差，没有成熟技术，没有产品。从进口比例来看，前十大子系统供应商中，美国市场和日本市场占比最高。设备企业正逐渐将采购链条从美国转移至日本、英国等地区。

▲前十大零部件采购需求占比及前十大子系统供应商占比

二、国产化的推动因素

1、 全球半导体行业景气度有望触底回暖

理论上看，全球半导体行业具有技术呈周期性发展、市场呈周期性波动的特点 。1998~2000年，随着手机的普及和互联网兴起，全球半导体产值不断上升，尤其在2000年增长38.3%；随着互联网泡沫的破裂， 2001年全球半导体市场下跌32%；随后Window XP的发布，全球开始新一轮PC换机潮，半导体市场2002~2004年处于高速增长阶段；2005年半导体市场出现了周期性回落， 2008年和2009年受金融危机的影响出现了负增长；

2010年，随着全球经济的好转，全球半导体产值增长34.4%。2011-2012年受欧债危机、美国量化宽松货币政策、日本地震及终端电子产品需求下滑影响，半导体销售增速分别下降为 0.4%和-2.7%；

2013年以来， PC、手机、液晶电视等消费类电子产品需求不断增加，全球半导体产业恢复增长，增速达 4.8%。2014年全球半导体销售市场继续保持增长态势，增速达 9.9%；2015-2016年，全球半导体销售疲软。

2017年，随着AI芯片、 5G芯片、汽车电子、物联网等下游的兴起，全球半导体行业重回景气周期。

2018年下半年，受到存储器价格下降、全球需求疲软和中美贸易战的影响，全球半导体发展动力不足。但展望2019年下半年，受益于消费领域、智能手机需求回暖，全球半导体市场发展趋稳并有望实现增长。

2、 上游半导体设备销售有望随之向好

数据上看， 2019年全球半导体设备销售同比负增长， 2020年将大幅反d 。2018年，全球半导体设备销售额达645亿美元，同比增速高达14%，创下历史最高；受到多因素影响， 2019年半导体设备厂商短期承压， SEMI预计2019年全球半导体设备销售下降18.4%至529亿美元。

展望2020年，由于存储器投资复苏和在中国大陆新建及扩建工厂， SEMI预计半导体制造设备2020年的全球销售额为588亿美元，比2019年增长12％。其中，包括外资工厂在内的对中国大陆销售将达到145亿美元， 预计中国大陆成为半导体制造设备的最大市场。

3、 我国政策、资金、市场环境三面扶持

对标海外：政策支持、资金帮扶、下游产业支撑是推动行业进步不可或缺的几个方面 。 80年代工业PC时代，日本半导体以存储器（DRAM为主）为切入口，在日本政府和产业界联合推动下，吸收美国技术并整合日本工业高质量品控体系，实现IC产品超高可靠性，顺利实现赶超美国；

90年代消费电子大潮，韩国半导体在韩国政府和财团的共同推动下，积极开拓高性价比IC产品，带动亚洲电子产业链崛起，实现了长达20多年的持续崛起。而此时的台湾则通过创新的产业模式，从IDM转为垂直分工，依靠大量投资建成了世界领先的晶圆代工厂台积电和联电，在技术水平上达到世界顶尖；

▲政策支持、资金帮扶、下游产业支撑是推动行业进步不可或缺的几个方面

政策：产业政策频发，彰显扶持半导体产业决心 。“十二五”期间，政府开始大力支持IC产业发展，先后出台了《国家IC产业发展推进纲要》 和“国家重大科技专项”等政策。其中以2014年发布的纲要最为详细，被视为国家为IC产业度身定制的一份纲要，明确显示了政策扶持半导体产业的决心。

2014年9月，国家IC产业基金正式成立。以直接入股方式，对半导体企业给予财政支持或协助购并国际大厂。

目前我国半导体产业的自给率才只有不到15%， 《中国制造2025》 的目标是2020年自给率达40%，2050年达到50% 。

▲根据规划， 2015-2020年， IC产业产值CAGR达20%以上

资金：截至2018年5月，一期大基金已累计投资70个项目，承诺出资1200亿，实际出资1387亿 。已实施项目覆盖设计、制造、封装测试、设备、材料、生态建设各环节；一期大基金主要投向芯片制造环节，占全部承诺投资额的67%，目前已经支持了中芯国际、上海华虹、长江存储等；在设计领域，大基金主要在CPU、 FPGA等高端芯片领域展开投资，占承诺投资额的17%；在封装测试产业方面，大基金则重点支持长电科技、华天科技、通富微电等项目，占承诺投资额的10%；

相比之下，大基金在装备和材料环节的投资规模和力度要小很多，但仍然在推进光刻、刻蚀、离子注入等核心装备抓住产能扩张时间窗口，扩大应用领域。

▲国家大基金资金主要投向集成电路制造环节

资金：大基金二期募资规模2000亿左右，加强设备领域投资 。

▲二期大基金将加强设备领域投资

资金：大基金撬动地方基金，集成电路产业正迎来密集投资期 。IC产业属于资本开支较重的产业，“大投入，大收益；中投入，没收益，小投入，大亏损” ； 全球看，每年半导体资本开支接近600亿美元，而英特尔、台积电、三星等巨头每年的资本开支均在100 亿美元左右，只凭大基金的支持仍然投入有限； 根据我们的统计，除了规模近1400亿的大基金之外，各集成电路产业聚集的省市亦纷纷成立地方集成电路基金，截至到2019年4月，全国有15个以上的省市成立了规模不等的地方集成电路产业投资基金，总计规模达到了5000亿元左右。通过大基金、地方基金、社会资金以及相关的银行贷款等债券融资，未来10年中国半导体产业新增投资规模有望达到10000亿元水平。

▲中国各省市开始密集投资布局半导体产业

市场：大陆建厂潮为半导体设备行业提供了巨大的市场空间 。根据SEMI发布的全球晶圆厂预测报告预估， 2017 -2020年的四年间，全球预计新建 62 条晶圆加工线，其中中国大陆将新建26座晶圆厂，成为全球新建晶圆厂最积极的地区，整体投资金额预计占全球新建晶圆厂的 42%，为全球之最。

市场：大陆半导体资本开支持续增长，拉动半导体设备发展 。当前大陆成为全球新建晶圆厂最积极的地区，以长江存储/合肥长鑫为代表的的存储器项目和以中芯国际/华力为代表的代工厂正处于加速扩产的阶段，预计带来大量的设备投资需求。

三、半导体设备市场竞争格局与国产化进度

1、IC制造流程复杂，大多数设备被国外厂商垄断

晶圆制造（前道,Front-End） :

▲晶圆制造环节具体设备及主要厂商封装（后道,Back-End ）测试 :

▲封装测试环节具体设备及主要厂商

全球集成电路装备市场总体高度垄断 。特点：技术更新周期短带来的极强技术壁垒，市场垄断程度高带来的极大市场壁垒，以及客户间竞争合作带来的极高认可壁垒。因此，集成电路装备市场高度垄断，细分市场一家独大；从分布看，全球前十大集成电路装备公司基本上被美国、日本、欧洲企业占据； 从比例看，全球前十大拿走行业80%的份额；应用材料（美国）、 ASML（荷兰）、 TEL东京电子、泛林（美国）、科磊（美国）位列前五，前五名拿走68%的份额；前30拿走92%的份额，前20拿走87%的份额。

▲全球IC装备市场高度垄断

全球IC制造细分设备市场也高度垄断 。从细分设备来看，每个具体设备基本上大部分份额被前三大企业占据，基本上都是80-90%的份额； 前三大厂商中，也基本都是一家独大，第一占据了40-50%的份额。

▲细分设备市场也高度垄断

我国集成电路装备市场高端占比偏小，且大部分为国外厂商 。2018年中国半导体设备市场规模达到131.1亿美元，但据中国电子专用设备工业协会统计， 2018 年国产半导体设备销售额预计为109亿元；预计2020年中国半导体设备总市场规模将超1000亿。

▲国内厂商规模普遍较小，且大部分在光伏、 LED领域占比较高

边际变化：在诸多工艺环节中，开始出现了一些国产厂商 。分地区看，形成三个产业集群：北京：北方华创、中电科集团、天津华海清科(CMP)；上海：上海微电子、上海中微半导体、上海盛美、上海睿励科学仪器；沈阳：沈阳拓荆、沈阳芯源；

▲主流65-28nm客户不定量的采购的12类设备清单

▲国内已有9项应用于14nm的装备开始进入生产线步入验证

75-80%的资本开支使用在设备投资里，设备投资中的70-80%在晶圆制造环节设备里 。光刻设备、刻蚀设备、薄膜设备（ ALD/CVD 53%、 PVD 47%）占比最高，分别20-25%、 25%、 20-25%；扩散设备、抛光设备、离子注入设备各占设备投资的5%，量测设备占设备投资的5~10%。

▲晶圆生产线各类设备投资占比

2、 光刻设备：光刻机是生产线上最贵的机台， ASML全球领先

光刻工艺是最复杂的工艺，光刻机是最贵的机台 。主流微电子制造过程中， 光刻是最复杂、昂贵和关键的工艺，占总成本的1/3；目前的28nm工艺则需要20道以上光刻步骤，耗费时间约占整个硅片工艺的40~60%。光刻工艺决定着整个IC工艺的特征尺寸，代表着工艺技术发展水平；

具体流程： 首先要在硅片上涂上一层耐腐蚀的光刻胶，随后让强光通过一块刻有电路图案的镂空掩模板照射在硅片上。被照射到的部分(如源区和漏区)光刻胶会发生变质，而构筑栅区的地方不会被照射到，所以光刻胶会仍旧粘连在上面。接下来就是用腐蚀性液体清洗硅片，变质的光刻胶被除去，露出下面的硅片，而栅区在光刻胶的保护下不会受到影响。

光刻机是生产线上最贵的机台，千万-亿美元/台。主要是贵在成像系统（由15～20个直径为200～300mm的透镜组成）和定位系统（定位精度小于10nm）。一般来说一条产线需要几台光刻机，其折旧速度非常快，大约3～9万人民币/天，所以也称之为印钞机。

ASML占据70-80%市场份额，且领先地位无人撼动 。荷兰ASML占据超过70%的高端光刻机市场，且最新的产品EUV光刻机售价高达1亿美元，依旧供不应求。紧随其后的是Nikon和Canon。 光刻机研发成本巨大， Intel、台积电、三星都主动出资入股ASML支持研发，并有技术人员驻厂；格罗方德、联电及中芯国际等的光刻机主要也是来自ASML；

国内光刻机厂商有上海微电子、中电科集团四十五研究所、合肥芯硕半导体等。在这几家公司中，处于技术领先的是上海微电子，其已量产的光刻机中性能最好的是90nm光刻机。由于技术难度巨大，短期内还是处于相对劣势的地位。

▲1970年起，光刻机价格每4.4年翻一倍

3、 刻蚀设备：机台国产化率已达15%

国产刻蚀机的机台市场份额已约15% 。工艺流程： 所谓刻蚀，狭义理解就是光刻腐蚀，先通过光刻将光刻胶进行曝光处理，然后通过其它方式实现腐蚀处理掉所需除去的部分。刻蚀可分为干法刻蚀和湿法刻蚀。显而易见，它们的区别就在于湿法使用溶剂或溶液来进行刻蚀。

刻蚀设备分类： 在8寸晶圆时代，介质（40%）、多晶硅（50%）及金属刻蚀（10%）是刻蚀设备三大块；进入12寸后，随着铜互连的发展，介质刻蚀份额逐渐加大，目前已近50%；

中微半导体的16nm刻蚀机已实现商业化量产并在客户的产线上运行， 7-10nm刻蚀机设备以达到世界先进水平。截至2018年末，中微半导体累计已有1100多个反应台服务于国内外40余条先进芯片生产线。目前中微产品已经进入第三代10nm、 7nm工艺（台积电）， 5纳米等离子体刻蚀机已经台积电验证；除中微外，北方华创在硅刻蚀机方面也有突破。

4、 成膜设备：机台国产化率约10-15%

成膜设备分两大类， 机台市场份额约10-15% 。工艺流程： 在集成电路制备中，很多薄膜材料由淀积工艺形成。主要包括化学气相 (CVD)淀积和物理气相淀积 (PVD)两大类工艺； 一条投资70亿美元的芯片制造生产线，需用约5亿美金采购100多台PECVD设备； 从全球范围看， AMAT在CVD设备和PVD设备领域都保持领先；北方华创、中微公司等企业等小有突破：其中北方微电子的PVD可用于28nm的hard mask工艺，并且可以量产；中微两条线推进CVD，一方面中微应用于LED领域的MOCVD市占率已经全球领先 ，另一方面投资沈阳拓荆，完善产品线布局。

▲AMAT在CVD设备和PVD设备领域都保持领先

▲总体看， PVD是国产化进展较快的一类设备

5、 检测设备

半导体中的检测可分为前道量测和后道测试两大类 。其中前道检测更多偏向于外观性/物理性检测，主要使用光学检测设备、各类inspection设备；后道测试更多偏向于功能性/电性测试，主要使用ATE设备及探针台和分选机；从价值量占比看，前道量测设备也可称为工艺控制检测设备，是晶圆制造设备的一部分，占晶圆制造设备投资占比约10%；后道测试设备独立于晶圆制造设备，占全部半导体设备比例约8%。

▲可以简单把加工过程划分为前道晶圆制造与后道封装测试

▲量测设备和测试设备属于两个不同环节

前道晶圆量测(Wafer Metrology)主要在wafer制造环节。在芯片制造过程中，为了保证晶圆按照预定的设计要求被加工，必须进行大量的检测和量测，包括芯片线宽度的测量、各层厚度的测量、各层表面形貌测量，以及各个层的一些电子性能的测量；用到的设备：缺陷检测设备、晶圆形状测量设备、 掩膜板检测设备、 CD-SEM（微距量测扫描式电子显微镜）、显微镜等。

后道测试主要在封测环节，分为中测和终测 。后道中测（CP， circuit probe），主要在芯片封装前： 主要是测试整个晶圆片（wafer）上每个芯粒(die)的逻辑。简单来说， CP是把坏的Die挑出来并标记出来，后续只封装好的die。这样做可以减少封装和测试的成本，也可以更直接的知道Wafer的良率。用到的设备：测试机（IC Tester / ATE）、探针卡（Probe Card）、探针台（Prober）以及测试机与探针卡之间的接口等。

后道终测（FT， final test），主要在芯片封装后：测试每颗封装好的芯片（chip）的逻辑。简单来说， FT是把坏的封装好的chip挑出来，可以直接检验出封装环节的良率；用到的设备：测试机（IC Tester）、分拣机/分类机（Handler）等。

测试设备三大设备之ATE竞争格局：测试设备包括三大类：测试机、探针台、分选机，其中测试机市场空间占比过半；全球集成电路测试设备市场主要由美国泰瑞达和日本爱德万占据，两者总体合计市占率超过50%。细分来看，在测试机市场中， SOC测试机、存储器测试机的市场占比合计近90%，而爱德万+泰瑞达的市场份额超过80%；目前国内已经装配的测试系统主要偏重在低档数字测试系统、模拟及数模混合测试系统等，领先厂商包括长川科技、华峰测控、上海中艺等。本土厂商在中高档测试能力部分目前仍十分薄弱，尚无法与国外业者相抗衡（包括爱德万Advantest、泰瑞达Teradyne、 Verigy、居诺JUNO半导体等）。但目前国产中、高档测试系统已经研制成功，正进入小批量生产阶段。上市公司中，国产厂商长川科技正全面布局数模混合、模拟、数字信号测试机+探针台；精测电子已布局memory ATE和面板驱动IC ATE，期待后续产品出货。

测试设备三大设备之探针台竞争格局：探针测试台(Prober)是前后道工序之间用于对半导体器件芯片的电参数特性进行测试的关键设备，它可以将电参数特性不符合要求的芯片用打点器(INKER)做一明显标记， 便于在后道工序中及时将其剔除， 这样就有效地提高了半导体器件生产的成品率，大大降低器件的制造成本。在具体测试的时候，晶圆被固定在真空吸力的卡盘上，并与很薄的探针电测器对准，同时探针与芯片的每一个焊盘相接触。 电测器在电源的驱动下测试电路并记录下结果。 测试的数量、顺序和类型由计算机程序控制。

一般来说，探针台的单价在百万级别，远高于分选机。根据统计，探针台的市场份额约占总测试机+探针台+分选机的市场空间的15-20%左右。以东京电子(TEL)为代表的厂商雄霸全球探针测试设备市场，而国内厂商中，长川科技已有探针台产品布局。

智东西认为，国内集成电路设备的国内自给率仅有 5%左右，在全球市场仅占 1-2%份额，而且，产业链中上游核心领域芯片多数占有率基本为0%。半导体设备进口依赖长期看将严重阻碍中国半导体行业的自主发展，国内需求与国内供给的缺口昭示着巨大的国产化空间。集成电路领域对外依赖十分严重，现在，集成电路已经成为我国进口金额最大的产品种类，进出口的贸易逆差逐年扩大，逆差增速还在持续提升。但是，在资金、政策、市场环境三方面利好下，市场格局正在发生深刻的变化，希望在未来的5-10年内，半导体行业被“卡脖子”的局面不复存在。

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