一周解一惑系列：AI拉动晶圆、封测厂扩产，国产设备替代进行时

一周解一惑系列： AI拉动晶圆、封测厂扩产，国产设备替代进行时 2024年03月11日 本周关注：思维列控、海油工程、杰瑞股份、天地科技、郑煤机、奥特维 人工智能和高性能计算等新兴应用拉动需求增长。1）AI服务器全球需求增长强劲。根据MIC预计，AI服务器出货量将在2024达到194.2万台、2025年达236.4万台，到2027年进一步增至320.6万台，2022年至2027年间的复合成长率为24.7%。2）AIPC、AI手机有望带来消费电子市场新增长动能。根据Gartner预测，到2024年底，GenAI智能手机和AIPC的出货量将分别达到2.4亿部和5450万台，分别占2024年智能手机和PC出货量的22%。3）人工智能带动对高带宽内存的需求。头部存储厂商美光、SK海力士等角逐先进封装。SK海力士认为2024年存储市场有望回暖，PC、智能手机等应用将会带动包括HBM、DDR3、LPDDR5T等产品的需求，并计划将在韩国投资超过10亿美元以提升其先进封装产能及技术。半导体设备归母有望于2025年创新高，国内需求强劲。根据SEMI预计，2023年半导体设备销售同比收缩6.1%至1000亿美元，2024年将是过渡年，而随着产能扩张，新晶圆厂项目以及前端和后端对先进技术和解决方案的高需求的推动下，2025年将有望达到1240亿美元的新高；国内对更先进制程产线建设的需求驱动海内外设备厂商地区销售增长，据彭博社援引中国海关数据汇总显示，2023年，中国大陆用于芯片制造的半导体设备的进口总额达到了接近400亿美元，同比增长了14%。先进封装需求带动封测设备市场再度增长。在AI芯片及终端需求复苏的趋势下，2024年封测企业资本开支恢复增长。根据拉姆研究首席执行官电话会议访谈，人工智能服务器和数据中心的渗透率每增加1%，预计将带动10亿至15亿美元的额外（芯片设备）投资。根据SEMI，预计2024年测试设备、组装和包装设备领域将分别增长13.9%和24.3%。预计2025年，后端市场将继续增长，测试设备销售额增长17%，封装设备销售额增长20%。中国市场设备需求旺盛，国产替代加速进行。中国大陆成熟制程扩产保持强劲，中芯国际指引2024年资本开支与2023年持平。华虹二期（华虹九厂）项目，投资67亿美元，新建一条产能8.3万片的12英寸特色工艺集成电路芯片生产线。国内厂商产品品类、制程、性能等方面不断实现突破，从最新披露的各大公司在手订单及市占率提升情况来看，国产替代正在加速进行。2023年北方华创新签订单超过300亿元，其中集成电路领域占比超70%，并已经完成功率半导体、先进封装等多领域的PVD量产应用。投资建议：AI服务器及个人终端需求、智能驾驶、MR等新兴应用有望带动半导体市场需求回暖，海外厂商积极竞争先进封装，国内厂商同样逐步向更先进制程迈进，扩充产能，国产设备需求持续。我们建议关注1）沉积设备：拓荆科技（薄膜沉积）、北方华创（刻蚀，PVD）；2)量测设备：精测电子、中科飞测；3）后道封测设备：长川科技、华峰测控；4）先进封装：赛腾股份等公司。随着现有产品的市占率提升和新产品、新客户拓展，国内设备厂商收入有望进一步增长。 风险提示：国产替代进展不及预期，设备进出口限制影响，行业竞争加剧。 推荐维持评级分析师李哲执业证书：S0100521110006邮箱：lizhe_yj@mszq.com分析师罗松执业证书：S0100521110010邮箱：luosong@mszq.com相关研究1.一周解一惑系列：如何实现机器人触觉：电子皮肤与MEMS传感器-2024/02/262.一周解一惑系列：美国逐步进入补库阶段，我国机电类产品竞争力强-2024/02/183.一周解一惑系列：政策东风起，煤矿智能化加速-2024/01/22 4.一周解一惑系列：钙钛矿电池转换效率突破 18%，产业化拐点将现-2024/01/145.一周解一惑系列：可控核聚变开启未来清洁、安全、高效能源新解-2024/01/08 目录 1AI和高性能计算驱动半导体市场增长3 1.1AI服务器、个人终端需求拉动设备投资3 1.2先进封装推动数据传输速率提升，释放芯片性能5 2半导体设备市场有望恢复增长，国内扩产强劲7 2.1全球半导体市场有望于2025年创新高7 2.2国内扩产需求持续，进口及国内设备销售增长9 2.3先进封装市场需求上涨，相关设备需求增加10 2.4TSV带动电镀、测试、键合等设备需求12 3投资建议16 3.1行业投资建议16 3.2重点公司16 4风险提示20 插图目录21 1AI和高性能计算驱动半导体市场增长 1.1AI服务器、个人终端需求拉动设备投资 1.1.1AI服务器建设有望拉动半导体设备需求 根据拉姆研究首席执行官电话会议访谈，与传统服务器相比，先进的人工智能服务器具有明显更高的前沿逻辑、内存和存储内容，人工智能服务器和数据中心的渗透率每增加1%，预计将带动10亿至15亿美元的额外（芯片设备）投资。 全球AI服务器出货量高速增长，相应芯片提升。伴随生成式AI市场的不断扩大，其对快速、强大的计算处理器，以及海量数据存储，提供了更高的要求。根据IDC数据显示，2022年全球服务器出货量高达1500万台，销售额超过1200亿美元，同比分别增长12%和22.5%，全球AI服务器市场规模同比增长17.3%，超过180亿美元。随着训练数据规模和模型复杂度暴增，全球AI服务器出货占比正在大幅提升，相应的AI芯片需求也在大增。 据资策会产业情报研究所(MIC)预测，全球AI服务器出货量占比将从2023年 12.4%增至2027年20.9%。其中，AI服务器出货量将在2024达到194.2万台、 2025年达236.4万台，到2027年进一步增至320.6万台，2022年至2027年间的复合成长率为24.7%。 中国AI服务器市场领跑全球，2021年人工智能服务器市场规模59.2亿美元，与2020年相比增长68.2%，预计到2026年，中国人工智能服务器市场将达 到123.4亿美元。 根据IDC预测，到2026年，预计到2026年中国智能算力规模将达到1271.4EFLOPS，未来五年复合增长率达52.3%，同期通用算力规模的复合增长率为18.5%。 图1：中国智能算力规模及预测（百亿亿次浮点运算/秒，EFLOPS） 资料来源：IDC，民生证券研究院 2021年，《“十四五”规划纲要和2035年远景目标纲要》指出，“十四五”期间，我国新一代人工智能产业将聚焦高端芯片等关键领域。从国家战略高度为人工智能芯片行业建立了优良的政策环境。 根据亿欧智库预计，中国类脑等新型芯片预计最早于2023年进入量产，因此 2024及2025年或有较大增长，预计市场规模将于2025年达到1740亿元。 图2：中国AI芯片市场规模（亿元） 资料来源：亿欧智库，民生证券研究院 国内厂商也积极布局AI相关芯片。华为推出了推理芯片昇腾310和训练芯片910。此外，壁仞科技还推出了首款用GPU芯片BR100;以及天数智芯(智铠100)、沐曦(N100)等发布AI推理芯片。与此同时，专注于NAND闪存的长江存储(YMTC)和专注于DRAM存储的长鑫存储(CXMT)都将受益于AI热门的应用需求。 1.1.2AIPC、AI手机有望提升市占率 Canalys公布的数据显示，2023年全年，全球PC出货量总数为2.47亿台，较2022年下降13%，降幅虽有所收窄，但是依旧超过了10%，PC市场在连续8个季度下滑后，于2023年第四季度恢复增长。 根据Gartner预测，到2024年底内置人工智能的个人电脑（AIPC）和内置生成式人工智能（GenAI）的智能手机的全球出货量预计将从2023年的2900万台增加到2.95亿台。Gartner将AIPC定义为配备专用AI加速器或核心、神经处理单元（npu）、加速处理单元（apu）或张量处理单元（tpu）的PC，旨在优 化和加速设备上的AI任务。这在处理AI和GenAI工作负载时提供了改进的性能和效率，而无需依赖外部服务器或云服务，到2024年底，GenAI智能手机和AIPC的出货量将分别达到2.4亿部和5450万台，分别占2024年智能手机和PC出货量的22%。 图3：GenAI智能手机和AIPC预测市场及增速（千台/%） 资料来源：IDC，民生证券研究院 在此次MWC2024上，联想发布了一系列AIPC产品，例如ThinkPadT14/T14s第五代、ThinkPadT16第三代、ThinkPadX12Detachable第二代和ThinkBook14二合一第四代。 1.2先进封装推动数据传输速率提升，释放芯片性能 在AI应用当中，内存和I/O带宽是影响系统性能至关重要的因素。如果内存性能跟不上，对指令和数据的搬运（写入和读出）的时间将是处理器运算所消耗时间的几十倍乃至几百倍。换而言之，很多AI芯片所描述的实际算力会因为存储器的因素降低50%甚至90%。 GDDR和HBM是AI应用中的主流解决方案，HBM传输速率、信号完整性更优。GDDR发展自DDR，采用传统的方法将标准PCB和测试的DRAMs与SoC连接在一起，具有较高的带宽和较好的能耗效率。HBM同样也基于DRAM技术，使用TSV（硅过孔）技术将数个DRAM芯片堆叠起来。凭借TSV方式，HBM大幅提高了容量和数据传输速率，HBM具有更高带宽、更多I/O数量、更低功耗、更小尺寸等优势。目前，GDDR成为中高端GPU搭载的主流内存方案，HBM也在部分高端GPU中得到应用。根据台积电，HBM高带宽显存技术的发展也会降 低系统功耗，第六代CoWoS-S技术甚至可能封装超过8颗HBM。 HBM工艺复杂度高，良率因此下降。每个HBM堆叠都有上千个连接，因此需要高密度的互连。HBM通过2.5D封装把两个Die在interposer（介质层）上互联到一起，这里面就会出现机械应力、散热等问题，如此复杂的工艺，还会使得良率下降。目前数据中心还是HBM最主要的使用场景，CPU使用场景更多还是和DDR产品匹配。 CoWoS技术是目前HBM与CPU/GPU处理器集成的主流方案。台积电已经开始大规模量产第六代CoWoS晶圆级芯片封装技术，集成度大大提高。CoWoS可以将CPU、GPU、DRAM等各式芯片以并排方式（side-by-side）堆叠，有节省空间、减少功耗的优势；另外，因为CoWoS能将不同制程的芯片封装在一起，可达到加速运算但同时控制成本的目的，适用于AI、GPU等高速运算芯片封装。台积电的3DFabric技术平台包含台积电前端芯片堆叠SoIC技术和后端先进封装CoWoS和InFO技术。 图4：台积电先进封装方案分类 资料来源：TSMC，民生证券研究院 据Gartner预测，2023年全球HBM存储市场规模约为20亿美元，预计到2025年将暴增至近50亿美元，增长率将近150%。从应用需求来看，目前对HBM用量最多是AIGPU产品，而受益于推理模型应用的推动，FPGA对HBM的用量或在2025年后出现显著增长。 头部企业加大对HBM等先进封装技术的投资和研发力度。SK海力士计划将在韩国投资超过10亿美元，以扩大和改进其芯片制造的最后步骤。该工艺的创新是HBM作为最受欢迎的AI内存的优势的核心，降低功耗、提高性能是巩固公司在HBM市场领先地位的关键。SK海力士正在将大部分新投资投入到推进MR-MUF和TSV技术中。 2半导体设备市场有望恢复增长，国内扩产强劲 2.1全球半导体市场有望于2025年创新高 全球半导体市场规模于2023Q4季度实现同比正向增长，主要由内存公司驱动。根据WSTS的数据，全球半导体市场在2023年第四季度比2023年第三季度增长了8.4%。8.4%的季度增长率是自2021年第二季度9.1%以来的最高季度增长率。各大内存公司均报告称，与2023年第三季度相比，2023年第四季度的收入实