半导体行业深度研究：股价提前反映半导体周期拐点的逐一浮现

投资建议 行业策略：在每年机器产生庞大同比倍数增长的数据，在电动自驾车及服务器年需20%CAGR增量的模拟芯片及20%CAGR增价的MCU, CPU, GPU AI, WiFi芯片，所造成的结构性缺货下，我们估计2023年全球逻辑芯片行业的下行周期将相对稳定（5－7%的同比增长），但预期各种短料芯片交期将缩短，全球/国内芯片库存月数将调整，同比营收增长将趋缓，12“成熟制程产能扩产可能将超过需求增量，虽然拐点讯号已经逐一浮现，但全球及国内半导体龙头公司估值调整已大幅领先基本面趋缓，我们维持半导体行业买入评级。 推荐强应用组合：我们推荐强应用的龙头芯片公司澜起科技（服务器内存接口，PCIE Gen 4/5 retimer,津逮CPU）,圣邦股份（模拟芯片龙头，产品组合分散），斯达半导（车用电力功率IGBT），兆易创新（国内存储器设计龙头），及北方华创（国产替代芯片设备龙头）。 行业观点 全球半导体强需求的结构性缺货：1）从2019年开始，机器制造的数据每年以倍数同比增长，这些庞大数据需要透过人工智能芯片来处理分析及将有用数据收集在存储器芯片；2）自驾电动车驱动未来数年超过20%的车用芯片增长CAGR,其中包括各种模拟芯片（电源管理，马达驱动，讯号调整，收发器）， 电力功率（MOSFET, IGBT, SIC），MCU，边缘运算CPU，FPGA, AI GPU,及存储器需求；3）元宇宙，大数据，迭代竞争加速驱动服务器主要及配套芯片需求超过20% CAGR，其中包括5/4/3/2nm x86/ARM CPU/AIGPU，DDR5/6, PCIE Gen 5/6 retimers, FPGA,NVLink, Infinity Fabric, CXL及高速网络芯片等。 拐点讯号逐一浮现：1）我们预期车用及服务器用短料芯片（模拟，MCU,电力功率，FPGA,网络芯片）交期将从一季度的40-50周，逐季减少3-5周，到2022年四季度的30周，要是季度交期减少多于预期表示拐点明确； 2）因担心晶圆代工涨价及怕被踢出晶圆代工排队队伍的重复下单，我们预期全球逻辑芯片库存月数从2021年底的不到3.5个月，朝超过合理芯片库存月数迈进（全球4个月，国内芯片设计客户5个月合理，目前达6.5个月）；3）我们预期2022－2024年除了车用，服务器，工业用芯片需求将稳健增长超过20%外，其余弱应用（手机，笔电，电视，成熟消费性电子产品）芯片营收同比增长将低于10个点，甚或衰退；4）我们预期2023年8“成熟制程扩产（同比增8%）及12”先进制程扩产（同比增15－20％）符合需求，但12“成熟制程扩产（同比增16%）将超过需求（同比增8%）近8个点；5）从晶圆代工涨价是否能持续来看拐点。 风险提示 乌俄战争扩大的风险，国内生产链中断的风险，全球通涨升息降需求的风险，晶圆代工产能供过于求及芯片库存月数超平均的风险。 一、全球半导体强需求的结构性缺货 1.数据驱动芯片需求 根据应用材料提供的资料，机器所产生的数据量在2018年首次超越人类所创造的数据量，从2019年，每年几乎以倍数的幅度来增加，从2020年到2025年 ，全球数据增量将达到157 Zetabytes (1 Yotabyte=1000 Zetabytes;1 Zetabyte=1000 Exabytes; 1 Exabyte=1000 Petabytes; 1 Petabyte=1000 Terabytes; 1 Terabyte=1000Gigabytes)，5年有89%复合增长率。 以这样的速度增长，我们很快在2028年就会看到超过1 Yotabyte的数据增量。这么庞大的数据增量，不可能用人工来处理分析，必须运用各种具备高速运算的人工智能芯片来过滤，处理分析，训练及推理，这将持续带动 7nm 以下高速运算HBM存储器，3D NAND,CPU, AI GPU, FPGA,网络芯片晶圆代工的需求，及顺势带动成熟制程的配套芯片如电源管理芯片，PCIEGen 4/5 retimer等的需求。 图表1：机器数据量图表 2.电动／自驾驱动车用芯片的结构性缺货 2021年全球车厂最大的噩梦就是缺芯减产，在全球疫情趋缓后，因消费者为怕染病减少搭乘搭地铁，公交，出租车，但转而采买新车及二手车，全球市场因此从2020年三季度开始大幅复苏，新能源电动车及L2以上ADAS燃油车的增量又远超传统油车，再加上NXP及英飞凌因美国德州奥斯丁8“厂因2021年初暴风雪大停电而停产，日本Renesas厂因2021年3月火灾而停产，而电动车及L2以上ADAS及自驾系统渗透率的提升，更造成车用MCU（每增加一台自驾感测器，雷达，激光雷达，毫米波雷达就需要一个MCU），电源管理芯片，电力功率等芯片缺口越来越扩大，因为结构性缺货，多家产业机构如Boston Consulting Group，IHSMarkit，TrendForce的研究预测，1Q22全球车用MCU,模拟，电力功率芯片的交期仍超过40周或三个季度，估计2021年全球有将近1000万辆车的需求因缺芯停产而无法满足，这相当于贡献2022年超过10个点的增长。 图表2：车用芯片交期－MCU，模拟 图表3：车用芯片交期－MOSFET, IGBT电力功率 图表4：模拟芯片增量，MCU芯片增值 人驾到自驾，重点在成本及视觉／AI芯片技术：很多产业专家说未来的自驾车就像装了四个轮子的智能手机，以自驾技术的难度及半导体配臵而言，我们不同意这说法，我们认为自驾车像是装了四个轮子的智能AI服务器（如果透过远端控制软件来协作，自驾车队更像装了四个轮子的智能集群系统），Gartner在2019年四季度预测在2023年，全球有近74.6万自驾车，而目前使用激光雷达来作为视觉功能的SAE L4-L5的自驾车成本要超过10万美元，昂贵的激光雷达感测元件价格5万美元以上，所以很难普及到自用车，像是特斯拉不使用激光雷达，但透过3颗前臵摄像头（60，150，250公尺视觉距离），1颗后臵摄像头（50公尺视觉距离），4颗前后侧边摄像头（80-100公尺视觉距离），12颗环绕车身的超音波感测器（感测距离8公尺），及一颗前臵雷达（160公尺视觉距离）推出的L3等级FSD自驾驶解决方案，整体额外自驾功能成本应该不超过2万美元。我们估计于2035年全球超过30%的汽车销量将具备L3-L5的自动驾驶功能，未来15年的复合增长率达到30-35%。 图表5：全球电动车及L3-L5自驾车销量的占比变化 我们认为汽油引擎车转马达电动车，接着是由人驾转SAE 3-5级自驾车的占比提升，加上电动车及自驾车的技术演进（耗能降低，电池密度提升，电源转换系统重量降低，摄像头，感测器，雷达，激光雷达数量提升，及人工智能芯片运算能力提升但要求耗能持续降低），这些技术演进将逐步拉升每台电动车及自驾车的半导体价值，这两大驱动力对全球车用半导体公司及产业未来二十年将产生重大影响,我们先前估计全球车用半导体市场于2020-2035年复合成长率应有机会超过20%（主要系增加AI GPU, FPGA,ASIC，激光雷达,以太网络,MCU，模拟芯片，IGBT，碳化硅，电源管理芯片的价值及数量）,远超过全球半导体市场在同时间的复合成长率的7-9%,约占全球半导体市场的份额将在2035年达到30% (从2021’s不到10个点),每车半导体价值从2020年的268美元，暴增10倍到2035年的2,758美元。 图表6：每车半导体价值及车用半导体占全球份额变化 电动车SiC碳化硅方案带来五大优势：目前电动车（不包括48V MHEV）系统架构中涉及到功率器件的组件包括：电机驱动系统中的牵引逆变器（Traction Inverter, DC－AC，直流转交流电）、车载充电系统（OBC，On-board charger）、800V高功率电源转换系统（车载DC-DC转换器）和非车载充电桩。电动汽车采用碳化硅解决方案可以带来五大优势：1.可以提高开关频率降低能耗。采用全碳化硅方案逆变器开关损耗下降80%，整车能耗降低5%-10%；2.可以缩小动力系统整体模块尺寸，以丰田开发的碳化硅PCU为例，其体积仅为传统硅PCU的五分之一3.在相同续航情况下，使用更小电池，减少无源器件使用，降低整体物料成本。以电动汽车的6.6kW双向OBC为例，典型DC-AC部分包括四个650V IGBT、几个二极管和一个700-μH电感，占材料清单成本的70%以上。通过使用四个650V SiC MOSFET实现，只需要230 μH的电感。这比基于IGBT的设计降低了将近13%的材料清单成本。4.缩短电池充电时间，由于更高的充电功率和更小的电池，可以大幅缩短电动车充电时间。5.在600度C的工作温度下有高度稳定的晶体结构，击穿场强是IGBT的10倍多，导通损耗小，2.5倍于硅材料的热导系数。 图表7：丰田碳化硅PCU与硅PCU体积对比 图表8：OBC的硅基方案与SiC方案BOM的比较 3.服务器芯片加速叠代更新造成的结构性缺货 我们估计全球服务器厂商营收在2022／2023年有5%／7%的增长，但全球服务器半导体市场在2022／2023年却有20%／25%的增长。这对2022/2023年半导体增长各有4－6个点的贡献。每台服务器芯片价值在2022年有超过12%的增长，主要系AI智能服务器比重的提升对AIGPU需求也有提升，而Intel 7及AMD 5nm 的CPU的芯片面积大增估计也对成本及价格进一步提升，PCIE Gen 5 retimer,及DDR5, DDR5内存接口芯片的采用，都对每台服务器芯片有增量，增价效果。因为Intel, AMD,Nvidia在云端，边缘运算，企业，政府，运营商端的技术叠代竞争加速，我们认为未来10年，全球服务器半导体增长将明显高于服务器厂营收增长平均达10-15个点，全球服务器半导体市场于2021-2035年复合成长率达20%（4-5% CAGR来自于全球服务器数量成长，2-3% CAGR来自于每台服务器芯片数目增长，12-14% CAGR来自于芯片平均单价提升）。根据美国半导体设备龙头应用材料的预估，从2020到2025年，全球每台服务器的半导体芯片价值将增加一倍到5600美元，相当于20%的5年复合增长率。归因于每台服务器的芯片数量增加，芯片面积变大，良率变差，处理层数增加，交货周期拉长所造成的结构性缺货，TrendForce的研究预测，2022年3月全球服务器用FPGA,电源管理芯片，高速网络芯片，电力功率芯片的交期仍超过40周或三个季度。 图表9：服务器芯片5年增值一倍 图表10：服务器芯片短料交期周数 Intel 7Sapphire Rapids：英特尔于今年三月份小量出货的新一代服务器芯片Intel 7 CPU Sapphire Rapids,虽然是第一次改用Chiplet架构，但在整合四颗 372m m2芯片（每颗芯片(tile)有14-20 CPU核心）面积的chiplets后，整体56-80核心芯片面积估计高达1488mm2，是上个世代Ice lake产品的三倍大左右，所以定价应该会比Ice Lake贵三倍左右,我们以为因为核心数不足，芯片面积过大，良率较差，成本高，ABF大载板缺货（层数变多，面积变大，良率变差）等因素，英特尔2022年要靠着Sapphire Rapids收回过去两年失去的给AMD份额，我们觉得还是有难度。 那为何英特尔不改其CPU设计为小芯片架构，我们研究认为主要系英特尔的架构已经有2，4，8颗服务器CPUSocket插槽的主机版，如果每颗chiplet的CPU有8颗芯片（Tile），那8个CPU的服务器主机板就会有64颗芯片(Tile)要互相连结，那CPU跟CPU,芯片跟芯片的沟通都要透过UPI通道(Ultra Path Interconnect，最高传输速度可达16GT/s),那UPI肯定会成为CPU芯片之间沟通的瓶颈。还有就是，英特尔整合了