中观科技产业系列专题报告01：全球半导体产业研究框架与市场现状

分析框架：全球半导体产业供给端由企业主导，需求端由下游应用领域主导，供给、需求和贸易共同创造了销售市场，需求波动向上传导的时间差造成了企业和渠道商的库存。企业的边际盈利能力变化传导到二级市场，与其他因素交织共同影响了股价波动。在整个框架中，技术是根因，技术迭代降低制造成本并创造下游电子设备需求，促进信息科技产业持续繁荣发展。 历史复盘：全球半导体产业从上世纪四五十年代在美国起源后开始蓬勃发展，在成长过程中历经了从美国到日本，从日本到韩国和中国台湾，以及再到中国大陆的三次产业区域转移。在此过程中，全球半导体产业分工不断细化，从IDM到Fabless，纯晶圆代工模式出现。同时，全球半导体市场下游历经多轮增长周期，从1976年的约29亿美元成长202倍到2022年的5832亿美元，下游已经渗入到消费电子、计算机、通信、汽车、工业等多个应用领域，成为信息科技产业和数字经济的基石。 成长与周期：全球半导体产业经过几十年的发展，已经从快速增长的成长行业转变为渐进式增长的成熟行业，成长性逐渐变弱，周期性不断增强。全球半导体产业格局集中度不断提升，头部企业成长速度放缓但盈利能力变强。周期性方面，我们从长期、中期和短期三个维度进行拆解：（1）在长期维度上，全球半导体产业主要受技术迭代因素影响，呈现出约10年左右的产品周期，宏观经济波动对这一特征进行加强；（2）在中期维度上，全球半导体产业主要受企业资本开支驱动，表现出约3至4年的产能周期；（3）在短期维度上，半导体销售市场短期供需错配导致企业库存波动，呈现出约3至6个季度的库存周期。 产业链：全球半导体产业链包括设计、制造、封测三大核心环节，和基础技术研发、半导体设备、半导体材料三大支撑环节，以及多种下游应用领域。在价值量分布上，呈现出“设计＞晶圆制造＞设备＞封测＞材料”的特征。在区域分布上，主要与各区域生产要素优势类型有关：（1）设计、设备等研发密集型环节，主要由美国、欧洲等区域主导；（2）材料和晶圆制造等资本开支密集型环节，主要由欧美以外地区主导；（3）封装测试等资本开支和劳动力密集型环节，主要由中国大陆主导。 市场结构：分地区来看，亚太地区在全球半导体销售额中超过60%，而中国大陆在亚太市场份额最高，2021年以1877亿美元销售额成为全球半导体产品最大消费地区。从供给端来看，美国在全球半导体市场供应端占据接近一半份额。分产品来看，集成电路占半导体产品销售额的比重维持在80%以上，其中逻辑IC和存储IC比重最高，MCU份额呈下降趋势。分下游应用来看，计算机和通信是主要应用领域，不同类型的半导体产品在下游应用领域的占比有所区别。 中国大陆现状：中国大陆半导体产业起步较晚，目前在全球市场份额第一且仍保持上升趋势。中国大陆在供给端较为薄弱，IC产值虽然快速增长，但自给率水平仍然不高。去除大陆之外厂商在内地的晶圆厂贡献的产值，中国本土厂商对市场的供给比例2021年仅为6.6%左右。此外，从进出口的角度看，中国大陆半导体产品贸易逆差仍在扩大，进口高端芯片、出口低端芯片现象仍然显著，半导体产品在整体进口金额占比也屡创新高。 海内外对比：从产业投资力度来看，半导体产业较为依赖研发投入，在全行业中研发支出占收入比重最高。分地区对比，美国在全球主要国家和地区中研发投入最高，中国大陆最低。对比中外半导体企业，中国大陆半导体产业链各环节龙头公司与海外龙头公司相比在收入规模与盈利水平等方面仍然存在一定的差距。 产业趋势：（1）长期来看，量子隧穿效应导致的物理极限和先进制程工艺成本陡增等因素致使集成电路沿摩尔定律发展的经验规律迎来瓶颈，台积电先进制程的新工艺收入占比提升速度不及前代、渗透速度或将减缓。集成电路进入后摩尔时代后，技术迭代速度放缓，中国有望通过先进封装和Chiplet等技术实现加速追赶。 （2）中期来看，2020年新冠疫情大流行对全球半导体市场造成了先紧后松的局面，加剧了市场需求波动，企业端产能投放节奏受到一定影响，2023年产能周期大概率进入下行阶段。（3）短期来看，全球晶圆厂产能利用率已经回归到正常水平，WSTS预测2023年全球半导体市场或将萎缩4.1%至5566亿美元。（4）区域分工上，半导体产业的安全性和韧性日益成为全球各地区竞争焦点，美国通过“对内鼓励、对外合作、对华竞争”的半导体产业政策促进先进制程回归本土，同时限制中国半导体产业的发展。中国需要推出更适合当下环境的半导体产业顶层战略规划，以在日益动荡的地缘政治格局中实现半导体乃至整个信息科技产业的国产替代和自主可控。 投资建议：全球半导体产业步入成熟阶段，技术迭代速度放缓，中期产能周期和短期市场可能进入下行阶段，中国大陆半导体产业自给率水平提升空间仍然巨大，有望在未来几年中实现全球半导体产业早期的快速增长，建议关注本土半导体产业链设备、材料、功率IC设计、EDA、IP核、先进制程、先进封装等环节的头部优秀企业。 风险提示：下游需求不及预期风险；宏观经济增速不及预期风险；技术发展不及预期风险 1.核心摘要 半导体是数字经济的基石，对全球信息科技产业的发展至关重要。此篇报告作为我们中观科技产业系列专题报告的开篇，我们将从宏观到中观，通过复盘全球半导体产业的发展历程，对我们基于供给和需求视角的全球半导体产业分析框架进行详细阐释，对全球半导体产业的成长性、周期性进行观察总结和实证分析，对全球半导体产业价值链分布、全球市场现状与特征，以及中国大陆半导体产业现状与问题进行详细归纳。通过与美国等海外地区对比，发现中国大陆半导体产业链的不足；通过对全球产业趋势的分析，来理解当下中国半导体产业的发展机遇。 分析框架：全球半导体产业供给端由企业主导，需求端由下游应用领域主导，供给、需求和贸易共同创造了销售市场，需求波动向上传导的时间差造成了企业和渠道商的库存。企业的边际盈利能力变化传导到二级市场，与其他因素交织共同影响了股价波动。在整个框架中，技术是根因，技术迭代降低制造成本并创造下游电子设备需求，促进信息科技产业持续繁荣发展。 复盘历史：全球半导体产业从上世纪四五十年代在美国起源后开始蓬勃发展，在成长过程中历经了从美国到日本，从日本到韩国和中国台湾，以及再到中国大陆的三次产业区域转移。在此过程中，全球半导体产业分工不断细化，从IDM到Fabless，纯晶圆代工模式出现。同时，全球半导体市场下游历经多轮增长周期，从1976年的约29亿美元成长202倍到2022年的5832亿美元，下游已经渗入到消费电子、计算机、通信、汽车、工业等多个应用领域，成为信息科技产业和数字经济的基石。 成长与周期：全球半导体产业经过几十年的发展，已经从快速增长的成长行业转变为渐进式增长的成熟行业，成长性逐渐变弱，周期性不断增强。全球半导体产业格局集中度不断提升，头部企业成长速度放缓但盈利能力变强。周期性方面，我们从长期、中期和短期三个维度进行拆解：（1）在长期维度上，全球半导体产业主要受技术迭代因素影响，呈现出约10年左右的产品周期，宏观经济波动对这一特征进行加强；（2）在中期维度上，全球半导体产业主要受企业资本开支驱动，表现出约3至4年的产能周期；（3）在短期维度上，半导体销售市场短期供需错配导致企业库存波动，呈现出约3至6个季度的库存周期。 产业链：全球半导体产业链包括设计、制造、封测三大核心环节，和基础技术研发、半导体设备、半导体材料三大支撑环节，以及多种下游应用领域。在价值量分布上，呈现出“设计＞晶圆制造＞设备＞封测＞材料”的特征。在区域分布上，主要与各区域生产要素优势类型有关：（1）设计、设备等研发密集型环节，主要由美国、欧洲等区域主导；（2）材料和晶圆制造等资本开支密集型环节，主要由欧美以外地区主导；（3）封装测试等资本开支和劳动力密集型环节，主要由中国大陆主导。 市场结构：分地区来看，亚太地区在全球半导体销售额中超过60%，而中国大陆在亚太市场份额最高，2021年以1877亿美元销售额成为全球半导体产品最大消费地区。从供给端来看，美国在全球半导体市场供应端占据接近一半份额。 分产品来看，集成电路占半导体产品销售额的比重维持在80%以上，其中逻辑IC和存储IC比重最高，MCU份额呈下降趋势。分下游应用来看，计算机和通信是主要应用领域，不同类型的半导体产品在下游应用领域的占比有所区别。 中国大陆现状：中国大陆半导体产业起步较晚，目前在全球市场份额第一且仍保持上升趋势。中国大陆在供给端较为薄弱，IC产值虽然快速增长，但自给率水平仍然不高。去除大陆之外厂商在内地的晶圆厂贡献的产值，中国本土厂商对市场的供给比例2021年仅为6.6%左右。此外，从进出口的角度看，中国大陆半导体产品贸易逆差仍在扩大，进口高端芯片、出口低端芯片现象仍然显著，半导体产品在整体进口金额占比也屡创新高。 海内外对比：从产业投资力度来看，半导体产业较为依赖研发投入，在全行业中研发支出占收入比重最高。分地区对比，美国在全球主要国家和地区中研发投入最高，中国大陆最低。对比中外半导体企业，中国大陆半导体产业链各环节龙头公司与海外龙头公司相比在收入规模与盈利水平等方面仍然存在一定的差距。 产业趋势：（1）长期来看，量子隧穿效应导致的物理极限和先进制程工艺成本陡增等因素致使集成电路沿摩尔定律发展的经验规律迎来瓶颈，台积电先进制程的新工艺收入占比提升速度不及前代、渗透速度或将减缓。集成电路进入后摩尔时代后，技术迭代速度放缓，中国有望通过先进封装和Chiplet等技术实现加速追赶。（2）中期来看，2020年新冠疫情大流行对全球半导体市场造成了先紧后松的局面，加剧了市场需求波动，企业端产能投放节奏受到一定影响，2023年产能周期大概率进入下行阶段。（3）短期来看，全球晶圆厂产能利用率已经回归到正常水平，WSTS预测2023年全球半导体市场或将萎缩4.1%至5566亿美元。（4）区域分工上，半导体产业的安全性和韧性日益成为全球各地区竞争焦点，美国通过“对内鼓励、对外合作、对华竞争”的半导体产业政策促进先进制程回归本土，同时限制中国半导体产业的发展。中国需要推出更适合当下环境的半导体产业顶层战略规划，以在日益动荡的地缘政治格局中实现半导体乃至整个信息科技产业的国产替代和自主可控。 投资建议：全球半导体产业步入成熟阶段，技术迭代速度放缓，中期产能周期和短期市场可能进入下行阶段，中国大陆半导体产业自给率水平提升空间仍然巨大，有望在未来几年中实现全球半导体产业早期的快速增长，建议关注本土半导体产业链设备、材料、功率IC设计、EDA、IP核、先进制程、先进封装等环节的头部优秀企业。 2.产业概况与分析框架 2.1.研究范畴：半导体、集成电路与芯片 半导体（Semiconductor）狭义上是指半导体材料，即常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。包括以硅（Si）、锗（Ge）等元素半导体（也是第一代半导体材料），和以砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化镓（ Ga2O3 ）等化合物半导体材料（第二代至第四代半导体材料）。半导体材料是制作半导体器件和集成电路的电子材料，是半导体工业的基础。利用半导体材料制作的各种各样的半导体器件和集成电路，促进了现代信息社会的飞速发展。 集成电路（IntegratedCircuit，IC，中国台湾称为“积体电路”），是指通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻器、电容器等被动元件及布线“集成、封装”在半导体（如硅或砷化镓等化合物）晶片上，执行特定功能的电路或系统。 芯片（Chip），通常就是指集成电路芯片，因此绝大多数时候，芯片、集成电路、IC等术语可以混用。 图1：半导体和集成电路定义范畴 2.2.产品类型：芯片功能向集成化趋势发展 半导体产品类型繁多，通常按照WSTS统计数据，分为集成电路、分立器件、光电子器件、传感器共4大类。 1）集成电路，即通常所称的芯片，英文简称IC或Chip，占据半导体销售额的绝大部分，主要包括模拟芯片和数字芯片。 模拟芯片，主要是指由电阻、电容、晶体管等