半导体行业专题报告:大国博弈背景下，半导体产业的发展趋势与变革

摘要：半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，可分为集成电路、分立器件、传感器和光电器件四类，其中集成电路（Integrated Circuit）占比80%以上，又可分为模拟电路、逻辑电路、微处理器和

半导体：“工业粮食”，市场规模稳步站上新台阶

半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，可分为集成电路、分立器件、传感器和光电器件四类，其中集成电路（Integrated Circuit）占比80%以上，又可分为模拟电路、逻辑电路、微处理器和存储器。半导体是信息化、智能化的核心，被称为“工业粮食”。行业规模快速扩大，虽有波折，但“六千亿美金”规模在望，支撑全球数字经济市场，各国都在开始关注，博弈在加剧。

集成电路：产业链上下游协同发展，全球化垂直分工成主流

从集成电路全产业链来看，上游是半导体材料、设备及EDA工具；中游是设计、制造、封测三个关键环节；下游应用领域包括消费电子、通讯、计算、工业、数据中心、汽车等。从集成电路产业模式来看，行业最初为IDM模式(Integrated Device Manufacturer)，即一家公司独立完成芯片设计、制造、封装、测试等环节，英特尔、三星和德州仪器是全球最具代表性的IDM企业。后续台积电开启了代工模式（将轻资产的芯片设计与重资产的芯片制造分离），形成了当下 Fabless-Foundry为主的产业分工模式。

价值链：芯片设计和晶圆制造是半导体产业链中最核心的环节

根据Nuvama数据显示，在半导体整个价值链收入流分配中，芯片设计占到了50%，晶圆制造占到了36%，封测和材料分别占9%和5%。可以看到，芯片设计和晶圆制造是半导体产业链中最核心的环节。 EBITDA利润率：芯片设计公司英伟达和晶圆制造公司台积电均超过了50%，高通和联电的利润率也超过表中的其他三家公司。投入资本回报率（ROIC）：英伟达的投入资本回报率是最高的达72%，其次为高通23%、台积电19%、联电12%、安靠 7%、日月光6%、英特尔1%。

跳跃的存储：行业中的“大宗商品”，周期波动的“主角”和“罪魁祸首”

存储芯片：具备大宗商品特性，容量是核心指标，价格敏感，受市场供需情况波动，属于标准化产品，产品可替代性强，加上当前行业已形成垄断格局，头部厂商在产能和定价方面调整步调相对一致，因此行业弹性更大。在2017年半导体上行周期中，存储芯片同比增速突破60%，大幅领先其他细分领域，而2019年周期向下时，跌幅也明显更大。波动巨大：1）供给端逆市操作；2）需求端波动；3）市场炒作。存储芯片与集成电路整体周期呈现强关联关系，且周期性强于其他半导体细分行业，往往遵循3-4年一个周期循环。供需关系波动背后其实由资本开支周期主导。

需求走势：AI推动服务器增长，亚洲多数国家电子产品生产增长较好

根据 IDC 的数据，AI将推动 2024 年服务器收入增长 42%，2025 年仍将增长11%。智能手机和个人电脑均从 2023 年的下滑恢复到 2024年的增长，预计 2025年智能手机和个人电脑的增长率将保持在低个位数。亚洲是全球主要的消费电子产地，多数主要国家/地区的电子产品产量呈上升趋势，中国台湾、印度、越南在向好，其中中国台湾电子产品生产表现最为强劲，很大程度上可以归因于AI服务器。MIC估计，台湾生产了全球90%的AI服务器。相比之下，美国和欧洲的生产更侧重于销售给企业的电子产品，例如企业计算、数据中心、通信基础设施和工业电子产品，主要发达国家的电子产品产量一直呈现缓慢增长或下降趋势。

动力：行业技术动力——“摩尔定律”，外在动力——“安迪-比尔定律”

摩尔定律：1965年由英特尔创始人之一戈登·摩尔提出，即集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18-24个月会增加1倍，性能也将提升一倍。特征尺寸持续缩小，晶体管集成度呈现出指数化增长，要求芯片设计、制造厂商的产品更小、更快和更便宜。摩尔定律带来的“理性”选择，如果过18个月，同样的价格可以性能翻倍的产品，很多客户可能选择延迟消费。而事实上，ICT产业持续保持增长，半导体尤其是集成电路的需求持续稳定攀升。 “安迪-比尔定律”——系统和应用将拉动需求：“Andy gives, Bill takes away.”该定律是对硬件与软件升级之间关系的陈述，是指新软体总将耗尽新硬体所提高的任何计算能力。直观的感觉是，硬件提升水平明显，但是软件的运行速度并没有大幅度提升。

芯片设计：逻辑、存储和模拟是大头，中国大陆已有三千多家设计公司

逻辑电路：重点是离散的数字信号的处理，包括微处理器、标准逻辑、特定用途逻辑电路等；各类“厨子”，其中CPU是主厨，可以同其他的GPU、FPGA、ASIC搭班。存储电路：非易失性存储NAND、Nor Flash等，类似于厨房的储藏室；易失性存储 DRAM，“数据的操作台”，需要通电并刷新数据，否则数据会丢失。模拟电路：处理和传输连续性模拟信号，例如声音、温度、压力和光等物理信息，覆盖信号链和电源管理芯片两大类，终端应用范围广。根据TrendForce，2023年全球前十大纯IC设计企业营收排名的前三名分别为英伟达、高通、博通，英伟达首次位列该榜单第一名，年增长率高达105%。根据ICCAD统计，2024年国内芯片设计公司数量为3626家，其中预计将有731家公司销售额过亿元，相比2023年增加了175家。

EDA：IC领域的“OFFICE”，工欲善其事，必先利其器

EDA，电子设计自动化的简称，是芯片设计基础工具，电路设计、性能分析、出版图都可以通过软件自动化，提效降成本，工艺越复杂，EDA工具的重要性越高。市场规模不大，百亿美元级市场，市场集中度高（Synopsys、Cadence、西门子 EDA）控制多数份额，国内厂商华大九天份额还不高。特点：IC行业的明珠，投入风险高，全流程是竞争力的核心；国外是走整合路线，实现设计的全流程；国内是走特色举国体制，已经实现了14nm数字电路EDA的自主化，后续数字电路工具会继续提升；模拟电路领头企业就可以实现全流程。

制造端：晶圆代工市场呈现一超多强，中国台湾领跑

晶圆代工技术迭代快，市场呈现一超多强：对于半导体制造商来说，资本支出对于维持其竞争地位非常重要。晶圆代工产业创新的步伐迅速，需要大量资本支出才能继续生产更先进的器件。晶圆代工是典型的寡头垄断型行业，TOP10 竞争格局也较稳定。2024Q3 ，全球市场前十的晶圆代工市占率高达96% 。全球晶圆代工市场份额绝大部分被我国台湾地区所占据，台积电以64.9%的市场占有率一马当先。中国大陆晶圆代工行业起步晚，但在芯片设计市场需求、国家政策支持、资本投入等因素共同作用下，近几年实现了快速发展，中芯国际、华虹和合肥晶合位居前十。根据SIA，2022年中国大陆的晶圆制造产值占比最高，达到24%。

封测端：半导体产业中后端，国内封测三强位居全球前十

封测处于半导体产业链的中后端，主要作用为对芯片进行封装、测试与检测，属于资本密集型、劳动密集型，直接对接下游终端，因此下游应用变化和需求变化直接影响封测行业的技术路线和稼动率。 2022年全球OSAT排名来看，日月光和安靠分别位列一、二，其中前十名中有3家中国大陆企业——长电科技、通富微电和华天科技。2022年，中国大陆和中国台湾共拥有全球近60%的ATP产能。东南亚也已是ATP重镇，占全球总产能的约20%。BCG预计东南亚将推动新兴市场的ATP产能在2032年达到27%。先进封装技术应运而生：后摩尔时代，随着集成电路工艺制程的越发先进，对技术端和成本端均提出了更大挑战。先进封装能在不单纯依靠芯片制程工艺实现突破的情况下，通过WLP、SIP，提高产品集成度和功能多样化，满足终端应用对芯片轻薄、低功耗、高性能的需求，同时大幅降低芯片成本。

材料：品类繁杂，主要分为前道晶圆制造材料和后道封装材料两类

半导体材料广泛应用于集成电路的制造和封测环节，主要分为前道晶圆制造材料和后道封装材料两类，以晶圆制造材料为主。前道晶圆制造材料包括硅片、光刻胶、掩膜版、溅射靶材、电子特气、湿电子化学品、CMP抛光材料、超净高纯试剂等，其中硅片占比最大；后道封装材料包括键合线、封装基板、引线框架、陶瓷封装体、包封材料、芯片粘结材料、电镀化学品等。

根据SEMI的数据，由于行业去库存，晶圆厂利用率下降，材料消耗下降，2023年全球半导体材料市场销售额从2022年创下的727亿美元的市场纪录下降8.2%至667亿美元。2023年，晶圆制造材料销售额下降7%至415亿美元，封装材料销售额下降10.1%至252亿美元。TECHCET预测，2024年全球半导体芯片制造材料市场将出现反弹。TECHCET预计2023年至 2028年的复合年增长率为5.6%，到2028年总收入将超过840亿美元。

产业变迁：经历几次转移，美国依然保持着绝对领先的地位

60s-90s：日本曾经辉煌。自身半导体行业发力于消费电子，比如收音机等，并开始承接美国封测产业转移；70年代伴随着存储器（DRAM）的应用扩大，日本企业如NEC、东芝、日立、三菱、富士通等联合启动研发，并在该方面的技术积累效果显现，且相对于美国产品物美价廉，80年代一度超过美国。 90s年代-：韩国的崛起。80年代开始，美国对日本半导体行业进行限制，并开始有意扶持竞争对手韩国，韩国三星在政府支持下持续逆势投资存储器，1992年韩国完成DRAM的赶超，市场份额开始提升。同期，我国台湾地区的腾飞，则主要依托于行业的垂直分工带来的代工产业的发展，台湾地区通过官产学研结合在该领域形成强大竞争力，并延续至今。2000年之后：消费电子开始兴起，中国大陆政府对半导体重视度提高，中国大陆市场份额稳步提升，2023年达到7.2%。

案例：韩国半导体逆袭之路

外部因素：1）政府持续出台相关法案和政策措施予以保护和扶持，包括《电子工业振兴法》、《电子工业振兴八年计划（1969～1976年）》、《推动半导体产业发展六年计划（1975～1981年）》、《半导体工业扶持计划》、《半导体工业振兴计划（1983～1987年）》、《超大规模集成电路技术共同开发计划（1986～1993年）》等；2）政府扶持和保护本土半导体企业，将资金注入巨头企业，分担高比例研发费用；3）建立官产学研联盟；4）美日半导体之争，给韩国创造了相对良好的环境，即使美韩后续也在半导体领域出现争端，韩国政府也成为半导体市场上的重要力量。内部因素：1）顺应存储市场更低成本、更普适性的需求变化；2）龙头企业如三星集团的持续坚持，韩国成功的逆势扩张策略，在DRAM等领域击垮大量竞争对手，并确立持续的领先地位。

国内反应：中方回击反制措施，共同发表官方声明

2024年12月3日，中国商务部发布关于加强相关两用物项对美国出口管制的公告，一、将禁止两用物项对美国军事用户或军事用途出口；二、原则上不予许可镓、锗、锑、超硬材料相关两用物项对美国出口；三、对石墨两用物项对美国出口，实施更严格的最终用户和最终用途审查。同日，中国半导体行业协会、中国汽车工业协会、中国互联网协会、中国通信企业协会等多家行业协会也纷纷发函回应，呼吁为保障产业链、供应链安全稳定，倡议中国企业谨慎采购美国芯片。

国内影响：短期高端领域如AI产业发展可能受限，但长期会倒逼国内自主可控

芯片端：在代工端，BIS的限制将AI芯片、超算芯片纳入出口管制，相关产品的海外流片可能造成影响；在设计端，美国限制尖端的EDA工具对中国大陆的出口，大陆高端芯片的技术研发将受限；美国对先进工艺设备加强进出口管制，不断升级对华制裁和禁运，国内在先进工艺制造的突破上会更加艰难。产品端：美国试图堵住所有可以想到的漏洞。在2022年和2023年10月两次出口管制后，英伟达的先进GPU悉数被禁，包括此前在H100无法出货后推出的为中国市场特供的阉割版H/A800。2024年12月，美国商务部又对向中国出售HBM提出更多限制。HBM是AI芯片关键的存储单元，目前领先产品已经演进到HBM3E，三星、海力士、美光等技术和市场领先，国内差距较为明显。总之，美国对我国的制裁将是双刃剑，一方面确实会限制我国在高端制程和AI领域的发展; 但另一方面也会倒逼自主研发进程加速，推进 GPU、HBM等关键技术的自主可控。考虑到后续限制将更为严格，国内的华为、海光、寒武纪等厂商的产品可能会在国产替代市场上发力。