半导体行业深度：多维度复盘半导体产业发展，碎片化场景下辅芯片受益

2021 年全球半导体市场规模 5559 亿美元，汽车成为第三大应用领域。根据SIA、WSTS 的数据，2021 年全球半导体销售额增长 26%至 5559 亿美元，预计2022/2023 年的增速分别为 4.4%/-4.1%。从 2003 到 2021 年的产品结构来看，集成电路中逻辑芯片和存储芯片占比提升，微处理器、模拟芯片占比下降； OSD 中光电器件、传感器占比提升，分立器件占比下降。从应用领域来看，2021 年汽车增长 38%至 691 亿美元，增速最高，成为第三大应用领域，占比12.4%；计算机和通信长期占据前两位，2021 年占比分别为 31.5%和 30.7%。 半导体行业具有明显的周期性，存储芯片和半导体设备销售额波动性较大。 IC Insights 预计全球半导体增速与 GDP 增速 2019-2024 年的相关系数为0.90，可见半导体产业与宏观经济高度相关，同时叠加供需错配呈现出明显的周期性，若原有晶圆产能因外部因素供给减少，比如 2020 年疫情导致的停产，将会增加下游重复性订单需求，从而放大行业波动。产品类别中存储芯片的波动性最大，模拟芯片、分立器件波动性与行业整体接近；产业链环节中半导体设备销售额波动性较大，半导体材料销售额波动性较小。由于各轮半导体周期催化因素不同，不同周期中半导体企业的股价表现存在差异。 2012-2015 年费城半导体指数走势滞后于半导体基本面变化，2016 年后的两轮周期中领先约半年。通过对比近三轮周期中费城半导体指数相对纳斯达克指数的收益和半导体月销售额的同比增速，发现在 2012-2015 年间，费城半导体指数表现滞后于半导体基本面变化，在半导体月销售额同比增速明显提高后，费城半导体指数表现才强于纳斯达克指数。但在 2016 年后的两轮周期中，费城半导体指数均表现出领先性，比如 2019 年 6 月半导体月销售额同比增速触底，费城半导体指数从 2018 年 11 月开始连续跑赢纳斯达克指数。 中国台湾抓住分工合作的需求崛起，目前 IDM、Fabless+Foundry+OSAT、Fab-Lite/虚拟 IDM 经营模式共存。半导体产业发源于美国，之后发生了两次转移，第一次是 1980s 由美国转移到日本，第二次是 1990s 从日本转移到韩国、中国台湾。日本和韩国的崛起更多依靠存储器，中国台湾的崛起更多的是抓住分工合作模式的需求。在摩尔定律下半导体工艺制程不断缩小，对研发能力和资金规模要求越来越高，同时随着先进制程的成本快速提升且接近物理极限，先进封装越来越获重视。在台积电、日月光等企业的推动下，半导体经营模式从 IDM 为主变为 IDM 和 Fabless+Foundry+OSAT 并重，为了综合 IDM 和 Fabless 模式的优势，部分企业选择 Fab-Lite/虚拟 IDM 模式。 我国半导体自给率仍偏低，资本市场助力企业发展。根据 IC Insights 的数据，2021 年中国芯片市场规模为 1865 亿美元，本土芯片产值仅 312 亿美元，自给率 16.7%，而总部在中国的企业自给率仅 6.6%。截至 2022 年 11 月 11日，SW 半导体上市公司共 120 家，合计市值为 2.88 万亿元，成立时间集中在 2000-2010 年，上市时间集中在 2020 年及以后。从收入增速来看，SW 半导体合计收入增速在 2018 年触底，2019-2021 年随着行业需求恢复和国产替代逐步兑现，收入增速逐年提高，2021 年为 37%。 终端应用的变迁是行业发展的重要推力，碎片化场景下模拟、功率等辅芯片更为受益。电子终端应用经历了几轮大的创新，从 PC 到智能手机到 AI，期间带动 CPU、手机 SoC、存储、GPU 等芯片的发展，领先厂商依靠生态、先进制程、专利垄断、规模等优势取得相对垄断地位。现在进入物联网时代，碎片化场景带动模拟、功率等辅芯片需求，2015-2021 年，意法半导体、德州仪器、英飞凌等辅芯片厂商股价表现较优，且月涨跌幅波动较小。由于下游分散，量大价低，产品和客户的广度是辅芯片厂商竞争优势的来源，同时，辅芯片以成熟制程为主，国内企业有机会由点及面逐步突破，率先国产化。 投资建议：国产替代窗口期获得积累的企业，有望率先进入高质量发展阶段。 建议关注：1）在客户覆盖度和产品料号量方面领先的模拟芯片、分立器件厂商：圣邦股份、纳芯微、闻泰科技、士兰微、思瑞浦、芯朋微、艾为电子、扬杰科技、宏微科技等。2）在细分产品或下游领域已具备明显竞争优势的企业：澜起科技、晶晨股份、峰岹科技、斯达半导、东微半导、时代电气、纳思达、卓胜微、兆易创新、北京君正、韦尔股份等。3）成熟制程晶圆代工企业及受益晶圆厂扩产的上游半导体设备和材料企业：中芯国际、华虹半导体、北方华创、芯碁微装、鼎龙股份、中微公司、富创精密、万业企业、广立微、安集科技、沪硅产业、立昂微、中晶科技等。 风险提示：国产替代进程不及预期；下游需求不及预期；行业竞争加剧。 半导体产业链概况 2021 年全球半导体市场规模超五千亿美元 2011-2021 年全球半导体市场规模的 CAGR 为 6.4%，2021 年同比增长 26%至 5559亿美元。半导体（semiconductor）材料是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，半导体产品是用半导体材料制造的器件。根据 SIA 的数据，全球半导体销售额从 1977 年的 35.5 亿美元增长到 2021 年的 5559 亿美元，近十年的年均复合增速为 6.4%；中国半导体销售额从 2015 年的 986 亿美元增长到 2021 年的 1925亿美元，占全球销售额的 34.6%。 图 1：全球半导体销售额 图2：中国半导体销售额 半导体产品包括集成电路、光电器件、分立器件、传感器四大类，2021 年占比分别为 83.3%、7.8%、5.5%、3.4%。根据 WSTS（The World Semiconductor Trade Statistics）的分类，半导体产品可分为集成电路（IC）、光电器件（O）、分立器件（D）、传感器（S）四大类，2021 年全球销售额分别为 4630、434、303、191亿美元，在全球半导体销售额中的占比分别为 83.3%、7.8%、5.5%、3.4%。 图 3：2021 年全球半导体销售额构成 2021 年集成电路中逻辑芯片、存储芯片、微处理器、模拟芯片的销售额分别为1548、1538、802、741 亿美元。集成电路（Integrated Circuits）包括模拟芯片和数字芯片，其中数字芯片包括逻辑芯片、存储芯片和微处理器（MPU 微处理器/MCU 微控制器/DSP 数字信号处理器）。根据 WSTS 的数据，2011-2021 年全球集成电路市场规模的 CAGR 为 6.5%，其中存储芯片和逻辑芯片的 CAGR 较高，分别为 9.7%、7.0%；模拟芯片和微处理器的 CAGR 较低，分别为 5.8%、2.1%。2021 年全球集成电路销售额同比增长 28.2%至 4630 亿美元，其中逻辑芯片、存储芯片、微处理器、模拟芯片的销售额分别同比增长 30.8%、30.9%、15.1%、33.1%至 1548、1538、802、741 亿美元。 图 4：全球逻辑芯片销售额 图5：全球存储芯片销售额 图 6：全球微处理器销售额 图7：全球模拟芯片销售额 逻辑芯片和存储芯片在半导体中的占比提升。从半导体市场规模构成来看，逻辑芯片和存储芯片的占比明显提升，分别从 2003 年的 22.3%、19.5%提高至 2021 年的 27.9%、27.7%。微处理器占比从 2003 年的 26.2%降至 2021 年的 14.4%，降幅明显。模拟芯片占比相对稳定，由 2003 年的 16.1%微降至 2021 年的 13.3%。 图 8：四大类集成电路产品在半导体中的占比 2011-2021 年全球半导体光电器件市场规模的 CAGR 为 6.5%，2021 年同比增长 7.4%至 434 亿美元。光电器件（Optoelectronics）包括半导体显示、半导体灯、光耦合器、光开关、图像传感器和其他光感应和发射半导体器件等。根据 WSTS 的数据，2011-2021 年全球半导体光电器件市场规模的 CAGR 为 6.5%，其中 2021 年同比增长 7.4%至 434 亿美元，占半导体的比例为 7.8%，相比 2003 年的 5.7%提升 2.1pct。 图 9：全球半导体光电器件销售额 图10：光电器件在半导体中的占比 2011-2021 年全球传感器/执行器市场规模的 CAGR 为 9.2%，2021 年同比增长 28.0%至 191 亿美元。传感器/执行器（Sensors & Actuators）指电学特性被设计成与温度、压力、位移、速度、加速度、应力、应变或任何其他物理、化学或生物特性相关的半导体器件，包括温度传感器、压力传感器、磁场传感器、执行器等。 所有光学传感器归类于光电子类别。根据 WSTS 的数据，2011-2021 年全球半导体传感器/执行器市场规模的 CAGR 为 9.2%，其中 2021 年同比增长 28.0%至 191 亿美元，占半导体的比例为 3.4%，相比 2003 年的 2.1%提升 1.3pct。 图 11：全球传感器/执行器销售额 图12：传感器/执行器在半导体中的占比 2011-2021 年全球分立器件市场规模的 CAGR 为 3.6%，2021 年同比增长 27.4%至303 亿美元。分立器件（Discretes）包括二极管、小信号和开关晶体管、功率晶体管、整流器、晶闸管等。根据 WSTS 的数据，2011-2021 年全球分立器件市场规模的 CAGR 为 3.6%，其中 2021 年同比增长 27.4%至 303 亿美元，占半导体的比例为 5.5%，相比 2003 年的 8.0%下降 2.5pct。 图 13：全球分立器件销售额 图14：分立器件在半导体中的占比 从下游应用领域来看，计算机和通信占比最高，汽车 2021 年增速最高。根据 SIA的数据，2021 年全球半导体市场按下游应用领域来看，汽车增长 38%至 691 亿美元，增速最高，占比从 2020 年的 11.4%提高至 12.4%，成为第三大应用领域。计算机和通信长期占据前两大应用领域，2021 年市场规模分别为 1750、1706 亿美元，占比分别为 31.5%和 30.7%。其他应用领域还包括消费电子、工业、政府，2021年市场规模分别为 684、669、58 亿美元，占比分别为 12.3%、12.0%、1.0%。 图 15：2021 年半导体各下游市场规模及增速 图16：全球半导体下游构成（2021 年） 2010 年以来全球半导体市场集中度提高。根据 IC Insights 的数据，2021 年，不包括纯代工厂在内的全球前 50 家半导体厂商合计市占率为 89%，相比 2010 年的81%提高了 8pct。前 5、前 10 和前 25 的公司在 2021 年全球半导体市场的份额分别比 2010 年提高 8pct、9pct、11pct 至 42%、57%、79%。整体来看，2010 年以来半导体市场集中度有所提高，IC Insights 认为，随着未来几年的并购继续发生，顶级供应商的份额可能提高到更高的水平。 2021 年前十大厂商分别为三星（13.3%）、英特尔（12.5%）、海力士（6.1%）、美光（4.9%）、高通（4.8%）。 图 17：全球半导体集中度提高 图18：2021 年全球半导体前十大厂商市占率 半导体行业：设计+制造+封测 半导体行业包括设计、制造、封测三个环节。设计环节主要根据终端客户需求设计出相应的电路图并最终输出版图供晶圆制造企业使用，在设计电路中需要使用自动设计软件 EDA，部分设计还需要使用授权的 IP