中國芯片，蓄勢待發(fā)

貝恩公司編輯

半導(dǎo)體芯片是數(shù)字經(jīng)濟的核心，是現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石。

半導(dǎo)體產(chǎn)品涉及的技術(shù)十分精細(xì)復(fù)雜。價值鏈主要包括設(shè)計、制造、封裝環(huán)節(jié)，上游設(shè)備、材料、設(shè)計軟件等也不可或缺（圖1）。

圖1： 半導(dǎo)體價值鏈主要包括設(shè)計、制造、封裝環(huán)節(jié); 上游設(shè)備、材料、生產(chǎn)工具也不可或缺

注：1. 研發(fā)是價值鏈上的一大重要環(huán)節(jié)，但由于無法實現(xiàn)量化，在下文中不作詳細(xì)展開;資料來源： 案頭研究

整體上，中國在半導(dǎo)體的設(shè)計和制造鏈條中起步較晚，積累相對薄弱。

值得一提的是，在部分芯片的設(shè)計，以及封測環(huán)節(jié)，中國代表性企業(yè)正在加碼追趕，并且取得了一定的成效。

在國家政策加碼和國產(chǎn)化提速的雙重因素下，半導(dǎo)體融資數(shù)量大幅上漲，從2018年的263起到2021年的498起。在這個過程中，B輪及以后的融資比重增加，投資市場隨半導(dǎo)體企業(yè)的成長一同成熟。

在承上啟下的關(guān)鍵階段，隨著半導(dǎo)體相關(guān)的產(chǎn)業(yè)支持政策頻頻出臺，和下游的廣大市場需求，將促進中國半導(dǎo)體企業(yè)迎來新一輪發(fā)展。

參與全價值鏈

在洞察全球半導(dǎo)體的概況后，我們將聚焦中國在半導(dǎo)體的價值鏈各個環(huán)節(jié)的參與情況，包括當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)和機會、不同環(huán)節(jié)的市場地位以及主要玩家。

我們發(fā)現(xiàn)，中國廠商在通訊芯片、模擬芯片與OSD設(shè)計、成熟制程制造與封測環(huán)節(jié)獲得了較多的營收（僅指與半導(dǎo)體有關(guān)的收入）。

2020年，全球范圍內(nèi)，主要的中國大陸半導(dǎo)體企業(yè)（中國大陸企業(yè)是指在各細(xì)分市場有公開信息的主要企業(yè)）在封裝和測試環(huán)節(jié)的市場占比約17%，頭部企業(yè)如長電科技、通富微。

此外，成熟制程制造同樣創(chuàng)造了較多的營收，中國廠商在全球市場中的占比約為11%，代表企業(yè)有中芯國際。

最后，在通訊芯片和模擬芯片設(shè)計方面，中國廠商的全球市場份額都在10%左右，代表企業(yè)有海思、韋爾等。

○前端設(shè)備

中國廠商在前端設(shè)備市場處于起步階段，市場份額普遍較低。Gartner和相關(guān)公司招股說明書顯示，2020年，全球晶圓設(shè)備市場總規(guī)模達(dá)到了4200億元。

其中，中國大陸企業(yè)（包括上海微電子裝備集團、芯源微、北方華創(chuàng)等）在沉積、刻蝕設(shè)備上與全球領(lǐng)先企業(yè)差距較小，開始獲取份額，有望在5-10年內(nèi)趕超世界領(lǐng)先水平;而光刻、離子注入、測量等儀器則還有較大差距，在較長時間內(nèi)應(yīng)用場景限制在非關(guān)鍵生產(chǎn)步驟，或非先進制程。

○原材料

2018年以來，中國半導(dǎo)體材料企業(yè)持續(xù)擴充自身產(chǎn)能，相關(guān)產(chǎn)品也在加速推進：中國大陸企業(yè)（包括硅產(chǎn)業(yè)集團、立昂微等）在硅片、氣體材料中逐步獲取市場份額。

硅片是半導(dǎo)體制造的核心原材料，2018-2020年，中國大陸的硅片市場規(guī)模從約30億元穩(wěn)步上升至42億元左右，年均復(fù)合增長率為16%，硅片賽道的領(lǐng)先企業(yè)有中環(huán)股份、江豐電子等。

從芯片生產(chǎn)到器件封裝，幾乎每一個步驟都離不開氣體材料，因此，在所有原材料中，氣體材料的市場需求僅次于硅片。在國內(nèi)半導(dǎo)體市場蓬勃發(fā)展的背景下，2018-2020年，中國大陸氣體材料的年均復(fù)合增長率達(dá)到了20%，增速約是全球市場的3倍，后者為7%。

○ EDA/IP

由于中國起步較晚，所以，EDA/IP方面的技術(shù)能力和人才短缺，市場占有有限。

我們通過案頭研究后發(fā)現(xiàn)，2020年，中國大陸企業(yè)（包括華大九天、概倫電子等）EDA/IP在全球市場中的占比僅為2%。類似的情況也出現(xiàn)在邏輯芯片和射頻EDA工具等子行業(yè)，預(yù)計需要10-20年實現(xiàn)追趕。

這背后需要長時間與晶圓制造廠（Foundry）聯(lián)動的設(shè)計數(shù)據(jù)庫積累，以及相關(guān)人才投入，才能逐步提升產(chǎn)品競爭力。

○ 設(shè)計環(huán)節(jié)

IC設(shè)計和IDM方面，Gartner半導(dǎo)體市場份額分布情況指出，中國在通訊芯片和模擬芯片設(shè)計中已獲取一定的市場份額，然而，其他細(xì)分領(lǐng)域，諸如存儲芯片、其他邏輯等市場占有非常有限。

其中，云計算廠商（阿里，騰訊，Baidu等）對于計算和存儲芯片有著巨量的需求，從定制化性能、成本控制等目的出發(fā)，云計算廠商積極參與到芯片設(shè)計是大勢所趨，已成為一股不可忽視的力量。

○ 代工環(huán)節(jié)

McClean報告表明，當(dāng)前，中國廠商在成熟制程代工市場已經(jīng)建立了一定的市場份額。

2019年，中芯國際實現(xiàn)14納米FinFET量產(chǎn)。中國廠商除了擴大成熟制程產(chǎn)能，如中芯國際在內(nèi)的部分廠商仍致力于在先進制程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。展望未來，中國廠商依然需要鞏固成熟制程的市場份額并穩(wěn)定主要收入來源。

○封測環(huán)節(jié)

2018年以來，中國廠商在封測環(huán)節(jié)增長迅速，在全球范圍內(nèi)呈現(xiàn)出一定的競爭優(yōu)勢。

基于Gartner報告中的全球規(guī)模數(shù)據(jù)，2020年，中國大陸企業(yè)在全球封測市場中的總份額達(dá)到了17%，其中，封裝環(huán)節(jié)占比為19%，測試環(huán)節(jié)為9%。

未來，國內(nèi)封測企業(yè)持續(xù)發(fā)展的同時，需要緊跟全球行業(yè)發(fā)展的趨勢，例如與上游晶圓代工廠在先進封裝上的緊密合作。

步入快車道

在芯片設(shè)計環(huán)節(jié)，中國企業(yè)正加速步入快車道。

縱觀主要的芯片類別，中國廠商在存儲芯片、模擬芯片已建立起了一定的競爭力;CPU/GPU/ASIC處于快速起步階段，面臨一些供應(yīng)鏈及生態(tài)風(fēng)險。

○存儲芯片

從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，主要包括NAND（閃存芯片）和DRAM（內(nèi)存），前者用于SSD固態(tài)硬盤和手機，后者用于PC，這兩種芯片的主要廠商均已實現(xiàn)量產(chǎn)。

技術(shù)能力方面，NAND在追趕全球領(lǐng)先水平，DRAM與全球領(lǐng)先水平尚有差距，正在迅速追趕中。性能方面，NAND性能與全球接近，DRAM仍有一定的差距。

今后，隨著中國主要廠商的產(chǎn)能逐步放量，預(yù)計在存儲芯片的市場地位還會上升，滿足國內(nèi)存儲需求。

除了主流的NAND的DRAM，利基市場的NOR Flash由于設(shè)計和制程門檻較低（專利已放開，主流制程65nm）也吸引了眾多國內(nèi)公司進行探索。

○模擬芯片

廣泛應(yīng)用于消費電子、汽車及工業(yè)電子。技術(shù)能力方面，眾多廠商已實現(xiàn)商用，大多數(shù)廠商聚焦于生產(chǎn)細(xì)分品類產(chǎn)品，所以中國市場提供的產(chǎn)品種類較少，但是，已經(jīng)進入量產(chǎn)的細(xì)分產(chǎn)品的性能接近全球水平。

模擬芯片主要使用28nm以上的制程，今后，在價格低、服務(wù)靈活的優(yōu)勢下，國產(chǎn)模擬芯片若持續(xù)開展功能性創(chuàng)新，預(yù)計將滿足國內(nèi)龐大的市場需求。

○CPU（中央處理器）

CPU是電子計算機的主要配件之一，常用于服務(wù)器和PC。Gartner 2020全球半導(dǎo)體終端市場份額顯示，2020年，全球CPU市場規(guī)模約5000億元，中國芯片設(shè)計公司營收總占比為7%。

技術(shù)能力方面，多家中國廠商已經(jīng)推出了服務(wù)器、桌面CPU等產(chǎn)品，并應(yīng)用于政務(wù)、高性能計算、工控等商用場景。但整體國內(nèi)廠商在穩(wěn)定性，兼容性方面仍在追趕中。CPU生態(tài)依賴X86和ARM架構(gòu)，且對于先進制成的追求較高，因此，中國廠商面臨很大的供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)（包括上游EDA/IP設(shè)計工具，下游代工廠的先進制成服務(wù)，以及終端軟件的適配）。

今后，隨著國產(chǎn)CPU廠商的產(chǎn)品生態(tài)趨于完善，中國廠商有望逐步小幅度提升市場占有率。

○GPU（顯示芯片）

包括圖顯GPU和計算GPU。技術(shù)能力方面，少數(shù)廠商實現(xiàn)量產(chǎn)，僅有一款產(chǎn)品達(dá)到最先進的7nm制程，并且仍處于初步商用階段。

GPU先進制程供應(yīng)鏈面臨一定的挑戰(zhàn)，自建生態(tài)尚未大規(guī)模建立，依賴英偉達(dá)CUDA軟件生態(tài)。我們觀察到，新成立的數(shù)家GPU公司擁有強大的技術(shù)團隊，有助于加速國內(nèi)GPU發(fā)展。

○ AI/ML ASIC

主要運用于服務(wù)器，分為AI訓(xùn)練和AI推理。2020年，中國AI訓(xùn)練芯片市場規(guī)模約46億元，AI推理約25億元。

技術(shù)能力方面，多家中國廠商完成量產(chǎn)，實現(xiàn)商用，其中，最先進的產(chǎn)品達(dá)到了7nm，少數(shù)玩家在AI訓(xùn)練、推理芯片領(lǐng)域的性能接近了全球領(lǐng)先水平。和GPU的情況類似，AI/ML ASIC依賴先進制程，但是，生態(tài)體系以自建為主，對于外部的依賴較少。

在強大的資金、技術(shù)能力的支持下，大型云計算服務(wù)商（CSP）正積極參與ASIC產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用，我們建議，云計算服務(wù)商需要明確自身定制化要求，從而提升在自研芯片領(lǐng)域的投資效率。

從下游應(yīng)用領(lǐng)域來看，在中國，消費電子與汽車電子是大部分芯片廠商的發(fā)力方向。

展望未來，我們預(yù)測，2020-2025年，兩大市場將保持約15%-20%的高速增長態(tài)勢。

當(dāng)前，中國半導(dǎo)體投資市場逐步轉(zhuǎn)向中后期項目，設(shè)計仍是主要投資環(huán)節(jié)，包括計算芯片、汽車半導(dǎo)體等（圖2）。

圖2： 中國半導(dǎo)體投資市場逐步走向中后期項目; 設(shè)計仍是主要投資環(huán)節(jié)，包括計算芯片、汽車半導(dǎo)體等

注：1. 其他包括Pre-IPO 輪、戰(zhàn)略融資和（ 非） 控制權(quán)收購;2. 天使輪包括種子輪。資料來源：CV source ;云岫資本： 創(chuàng)道硬科技研究院;案頭研究

在總投資規(guī)模中，投向設(shè)計的比例約70%，位列所有細(xì)分賽道首位。在建立本土半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的政策影響下，上游材料與設(shè)備吸引了新的投資熱點，從2019年的13%快速提升至2020年的19%。

在設(shè)計環(huán)節(jié)中，得益于下游廣闊的應(yīng)用增長和國產(chǎn)替代，以及電動車的放量和智能化、網(wǎng)聯(lián)化趨勢，計算芯片（主要包括GPU、ASIC）及汽車半導(dǎo)體成為投資熱點。

本文節(jié)選自貝恩公司發(fā)布的《中國半導(dǎo)體白皮書》， 編輯中略有改動，經(jīng)授權(quán)刊載。