半导体设备行业：周期拐点渐近，国产替代2.0时代开启

机械设备 2024年05月28日 投资评级：看好（维持）行业走势图 机械设备沪深300 10% 半导体设备行业：周期拐点渐近，国产替代2.0时代 开启 ——行业深度报告 孟鹏飞（分析师） mengpengfei@kysec.cn 证书编号：S0790522060001 2024 0% -10% -19% -29% 2023-052023-092024-01 数据来源：聚源 年有望成为全球半导体市场周期拐点之年 半导体行业兼具周期与成长属性。从周期角度看，全球半导体月度销售额同比增速在2021Q4见顶回落，下行周期开启。2023年11月是继2022年8月以来连续15个月同比增速为负后的首次转正，至2024年3月全球半导体销售额已实现连 续5个月份同比增速为正，标志着行业景气度有望触底回升。台积电认为当前智能手机、PC以及传统服务器市场仍处于缓慢复苏中但AI相关需求非常强，指引 相关研究报告 2024年全球半导体市场将经历温和复苏。ASML同样认为2024年将成为半导体 市场复苏之年，同时指引2025年行业将会迎来更强劲的需求增长。 《人形机器人迎密集催化，关注板块布局机会—行业周报》-2024.5.26 《政策加码加速顺周期板块复苏，刀具有望率先受益—行业周报》 -2024.5.19 《设备更新有望加速落地，流程工业率先受益—行业深度报告》-2024.5.18 AI升级与产业安全共同驱动先进晶圆厂Capex增长以及设备国产化率提升从成长维度看，生成式AI的发展将成为2030年全球半导体销售总额相比2023 年翻倍的核心推动力。AI升级需要更多的算力以及高带宽存储（HBM），拉动全球晶圆厂投资额2023-2027年CAGR达到9.3%。2023年中国大陆芯片自给率仅约为12%，在高端芯片海外代工受限、高端半导体制造设备进口管制严苛的情 况下，我国半导体产业若想跟上全球发展速度，就必须提升高性能处理器和存储器本土制造能力并加快核心环节设备国产化。根据我们测算，基于先进存储、逻辑晶圆厂资本开支加大以及产线设备国产化率提升，中国大陆半导体设备销售 额有望从2023年的366亿美金增长到2027年的657.7亿美金，CAGR达15.8%。 先进存储、逻辑芯片制造带来刻蚀、薄膜、检测、键合等环节设备量价齐升先进存储、逻辑器件每万片投资规模相比成熟工艺段提升幅度大，主要体现在核 心设备总用量以及单台设备价值量提升。先进制程逻辑器件制造相比成熟制程对刻蚀、薄膜沉积（特别是ALD、EPI）、量检测、热处理等多种设备都有更高的需求量，平台型设备公司竞争优势更明显。向三维结构升级是先进存储器的主要变化，使得高深宽比刻蚀和薄膜沉积成为核心设备。HBM在完成先进DRAM颗粒制造后采用2.5D+3D先进封装，带动键合、量检测、刻蚀等设备需求增长。 看好中国大陆高端芯片自给率提升带来的设备投资机遇 2018-2022年国产半导体设备公司营收增长主要受益于成熟制程扩产以及产线设 备国产化率提升，从2023年开始，国内先进晶圆厂采招开始边际加速。2024Q1部分前道设备厂商收入端同比增速的放缓主要因为有更多的新品处在客户导入过程中，体现出国内先进晶圆厂对国产设备验证导入力度正在加大。站在当前时点，我们认为客户结构中先进晶圆厂占比更高的厂商在未来几年有望在EPS端实现超市场预期的表现，低国产化率环节的厂商有望在新一轮国产化浪潮中实现 量产突破。受益标的：中微公司、北方华创、拓荆科技、芯源微、华海清科、 至纯科技、万业企业。推荐标的：赛腾股份。 风险提示：国内先进晶圆厂扩产进度不及预期、设备国产化率提升不及预期。 行业研究 行业深度报告 开源证券 证券研究报 告 目录 1、2024年有望成为全球半导体市场周期拐点之年3 2、AI发展是全球半导体市场长期增长的核心推动力4 2.1、2023-2030年全球半导体市场规模有望以9.8%的复合增速增长至1万亿美金4 2.2、AI对算力和HBM的需求推动全球半导体设备市场突破千亿美金4 2.3、先进存储、逻辑扩产叠加国产化推进，2023-2027年国产半导体设备销售额CAGR有望达15.8%5 3、先进逻辑制造：高性能处理器国产化基石7 3.1、空间测算：2023年中国大陆7纳米及以下代工需求约7.4万片/月7 3.2、先进逻辑制造带来刻蚀、薄膜沉积、量检测等环节设备量价齐升8 4、先进存储器件制造：承接AI对高带宽、高容量存储的需求9 4.1、需求、全球产能分布、国产存储器全球竞争力三维度分析扩产空间9 4.2、存储架构向3D升级主要增加刻蚀、薄膜沉积设备需求11 4.3、HBM3D堆叠的形式使得键合、量检测、刻蚀等成为核心工艺13 5、国产设备工艺覆盖程度大幅提升、验证导入国内晶圆厂速度加快13 6、风险提示16 图表目录 图1：2023年11月-2024年3月，全球半导体销售额已实现连续5个月份同比增速为正3 图2：全球晶圆代工、半导体设备龙头对2024年市场复苏持谨慎乐观态度4 图3：2030年全球半导体市场有望迈入万亿美元规模4 图4：到2030年，HPC有望超过移动通讯成为全球半导体第一大终端市场4 图5：AI发展催生更多算力、HBM与异构集成需求5 图6：SEMI预计2023-2027年全球300mm晶圆厂设备投资CAGR=9.3%5 图7：目前中国大陆芯片自给率仍然在25%以下6 图8：中国大陆半导体设备出货金额占全球的比例不断提升7 图9：月产1万片晶圆的12寸先进产线所需刻蚀设备是成熟产线的2.4倍8 图10：FinFET和HKMG工艺的引入使得先进逻辑刻蚀工艺更加复杂8 图11：全球AIPC渗透率有望在2027年达到60%9 图12：AI手机渗透率有望在2027年达到45%9 图13：主流AI服务器均搭载HBM9 图14：长江存储3DNAND产品具备全球竞争力11 图15：刻蚀和薄膜沉积是3DNAND制造流程中的核心工艺12 图16：海外原厂在1α工艺节点便开始使用EUV量产DRAM芯片12 图17：3DDRAM核心制造设备为刻蚀、ALD、EPI设备13 图18：HBM封装核心设备为深硅刻蚀、键合、量检测、电镀等13 表1：2023-2027年中国大陆半导体设备市场规模CAGR有望达到15.8%5 表2：2023年中国大陆7纳米及以下代工需求约7.4万片/月7 表3：我们测算2023-2027年全球HBM市场空间CAGR达到50.9%10 表4：美日出口管制法案对先进逻辑、存储器件所需的薄膜沉积设备均作出明确出口限制14 表5：受益标的估值表16 1、2024年有望成为全球半导体市场周期拐点之年 全球半导体月度销售额同比增速在2021Q4见顶回落，下行周期开启。2023年 11月是继2022年8月以来连续15个月同比增速为负后的首次转正，至2024年3 月，全球半导体销售额已实现连续5个月份同比增速为正，标志着行业景气度有望触底回升。 图1：2023年11月-2024年3月，全球半导体销售额已实现连续5个月份同比增速为正 数据来源：SIA 结合全球头部晶圆代工厂、半导体设备厂商指引，我们认为2024年将是全球半导体市场周期拐点之年。 从设备厂商角度看，科磊、泛林半导体均上调2024年WFE至900亿美金以上，ASML认为在行业整体稼动率回升、终端客户库存水平回归常态的情况下，2024年可以看到全球半导体景气复苏，但2025年需求复苏会更强劲。 从晶圆厂角度看，台积电认为当前全球智能手机、PC以及传统服务器市场需求仍处于缓慢复苏中，但AI相关数据中心需求十分强劲，下调2024年全球晶圆代工行业（不包含存储）同比增长至10-20%之间（此前为20%)，指引2025年会看到全球市场更强劲的复苏。中芯国际认为2024Q2-Q3下游需求好于此前预期，对2024H2需求持谨慎乐观态度。 图2：全球晶圆代工、半导体设备龙头对2024年市场复苏持谨慎乐观态度 资料来源：中芯国际2024Q1业绩说明会、通富微电2024Q1业绩说明会、科磊CY24Q1法说会、泛林FY2024Q1法说会、阿斯麦FY2024Q1 法说会、台积电FY2024Q1法说会、应用材料FY2024Q2法说会、开源证券研究所 2、AI发展是全球半导体市场长期增长的核心推动力 2.1、2023-2030年全球半导体市场规模有望以9.8%的复合增速增长至1 万亿美金 根据SIA数据，2023年全球半导体销售额约为5191.7亿美元，台积电在2024年ISSCC大会上预计到2030年市场规模有望翻倍达到1万亿美元，其中高性能计算预计有望占据40%的市场，相当于移动通讯和IoT市场的总和。 图3：2030年全球半导体市场有望迈入万亿美元规模图4：到2030年，HPC有望超过移动通讯成为全球半导 体第一大终端市场 资料来源：ISSCC2024资料来源：ISSCC2024 2.2、AI对算力和HBM的需求推动全球半导体设备市场突破千亿美金 生成式AI升级需要更多算力、高带宽存储芯片，拉动全球晶圆厂投资高速增长。根据SEMI数据，2023年全球300mm晶圆厂（12英寸）投资额预计为961.2亿美金，到2027年增长至1370.25亿美金，2023-2027年复合增速9.27%。晶圆厂投资额中，80%及以上投向制造设备。 图5：AI发展催生更多算力、HBM与异构集成需求 资料来源：TSMC2024NorthAmericanTechnologySymposiumHighlights 图6：SEMI预计2023-2027年全球300mm晶圆厂设备投资CAGR=9.3% 资料来源：SEMI 2.3、先进存储、逻辑扩产叠加国产化推进，2023-2027年国产半导体设备销售额CAGR有望达15.8% 2020-2023年，中国大陆持续成为全球第一大半导体设备市场，占比从26.3%提升到34.45%。2023年中国大陆半导体设备销售额为366亿美金，根据我们测算，2027年中国大陆半导体设备销售额有望增长至657.7亿美金，2023-2027年复合增速达到15.8%。 全球300mm晶圆厂设中国设备销售额（亿美中国半导体设备出货 年份 备支出（亿美元） 元） 金额占全球的比例 2023 961.22 366.00 34.45% 2024E 970.83 404.39 36.45% 2025E 1165.00 511.90 38.45% 表1：2023-2027年中国大陆半导体设备销售额CAGR有望达到15.8% 全球300mm晶圆厂设中国设备销售额（亿美中国半导体设备出货 年份 备支出（亿美元） 元） 金额占全球的比例 2026E 1305.00 603.24 40.45% 2027E 1370.25 657.72 42.45% CAGR 9.27% 15.78% 数据来源：SEMI、开源证券研究所 测算依据如下： （1）根据TrendForce和IBS数据，2023年中国大陆芯片自给率处于23.3%-25.61%之间，如果只算中国本土企业制造的芯片，这个数值只有12%左右。在高端芯片海外代工受限、高端半导体制造设备进口管制严苛的情况下，我国半导体产业若想跟上全球发展速度，就必须提升高性能处理器和存储器本土制造能力并加快核心环节设备国产化。SEMI预计2024-2027年中国大陆 将保持每年300亿美金以上的300mm晶圆厂投资，持续成为全球300mm晶圆代工第一大市场，在产线设备国产化率提升情况下，我们假设到2027年中国大陆设备销售额占全球市场份额提升至42%。 图7：目前中国大陆芯片自给率仍然在25%以下 资料来源：TechInsights （2）假设到2027年全球300mm晶圆厂投资额占总晶圆厂投资额的70%。 （3）参考中芯国际招股书数据，假设晶圆厂投资额中80%投向制造设备。 图8：中国大陆半导体设备出货金额占全球的比例不断提升 12