机会与挑战

深度解析2021年电子行业(上)

1、半导体:国内半导体发展逻辑未变,变局出新机

1.1、技术变革驱动产业发展,国产替代大趋势不改

半导体产业链环节众多,专业分工程度高,新技术新应用是行业下游重要驱动力。半导体产业链上下游包括三大环节:IC设计、晶圆制造加工以及封装测试、应用。其中,IC设计是指IC设计公司根据产品需求、产品功能设计芯片,并把它委托给晶圆代工厂进行生产加工;晶圆制造厂购买的原材料通过提纯、制造晶棒、晶片分片、抛光、光刻等多道程序将IC设计公司设计好的电路图移植到晶圆上;完成后的晶圆再送往下游封测厂进行封装测试,最后移交给下游厂商,半导体产业往往由技术驱动催生出新的下游应用。


技术变革是驱动半导体行业持续增长的主要推动力。WSTS2020年6月预测显示,2020年和2021年全球半导体市场将分别同比增长3.3%和6.2%,2021年全球半导体市场将加速回升至4523亿美元。过去数十年来,半导体行业一直遵循摩尔定律呈现螺旋式上升的规律,放缓或衰落后又会重新经历一次更强劲的复苏,技术变革是推动产业持续增长的内在动力。

核心芯片国产化率偏低虽然我国集成电路产业发展迅猛,但目前在终端应用的核心芯片中,国产芯片占比仍较低,由下表可以看出,我国在计算机系统、通用电子系统的终端核心芯片上国产芯片市占率仍接近于0,在内存设备和显示系统中的国产核心芯片市场才刚起步,在通信装备方面,国产芯片已实现部分进口替代,应用处理器和通信处理器中国产芯片占比分别达到18%和22%。

2020Q3半导体板块业绩提速明显,国产替代逻辑逐步验证。2020Q3半导体板块实现营收381.38亿元(+19.25%),实现归母净利润39.64亿元(同比+91.47%);板块整体毛利率为26.24%(同比+3.27pct),净利率为10.63%(同比+3.96pct)。我们认为在半导体核心器件自主可控的大背景下,政策、资金全面支持半导体产业发展,半导体国产化全面提速,中国半导体细分领域龙头公司正在迎来历史性发展机遇。

TOP5元器件主要由中美日三国提供。主芯片方面,华为已经完成了高中低端芯片的布局并实现自给自足,且自研芯片成本可控。屏幕方面,华为已经开始大规模采购京东方的产品;内存RAM从P30时采用美国美光产品,转向采用韩国SK海力士产品。从P40主要元器件看,中国开始减少对美国厂商的依赖,只有非常少量的元器件采购自美国厂商。

1.2、功率半导体:MOSFET与IGBT市场前景广阔

功率半导体是电子装置电能转换与电路控制的核心。功率半导体通过利用半导体的单向导电性实现电源开关和电力转换的功能,功率半导体主要分为功率器件、功率IC。功率器件可以分为二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等。

功率半导体的应用领域非常广泛。根据Yole数据,2019年全球功率半导体市场规模为382亿美元,预计到2022年达到426亿美元,复合增长率为3.70%。其中,工业、汽车和消费电子是功率半导体的前三大终端市场。根据智研咨询的数据,2019年汽车领域占全球功率半导体市场的35.4%,工业应用市场占比为26.8%,消费电子占比为13.2%。随着对节能减排的需求日益迫切,功率半导体的应用领域从传统的工业领域和4C领域逐步进入新能源、智能电网、轨道交通、变频家电等市场。

受益于工业、电网、新能源汽车和消费电子领域新兴应用不断出现,功率半导体器件市场规模不断增长。根据Yole数据,2019年全球功率器件市场规模为175亿美元,中国产业信息网预计到2023年达到221.5亿美元,复合增长率为6.07%

MOSFET:高频开关,功率器件主要的细分市场。MOSFET在功率器件中占比最高。根据智研咨询和华经情报网数据,2019年MOSFET占比35.9%,市场规模达62.59亿美元;中国是全球最主要的功率器件消费国,功率器件细分的主要产品在中国的市场份额均处于第一位。其中,中国MOSFET市场规模占比全球为44.3%,中国MOSFET市场规模约26.4亿美元。目前国内以低端MOSFET产品为主,在中高端MOSFET器件中,90%依赖进口,国产替代空间广阔。

2022年MOSFET终端应用占比预测:根据华经情报网数据,随着汽车电子化以及工业系统智能化程度的不断加深,预计到2022年MOSFET下游应用中,汽车占比为22%,计算机及存储占比为19%,工业占比为14%。

IGBT是电机驱动的核心:广泛应用于逆变器、变频器等,在UPS、开关电源、电车、交流电机等领域,逐步替代GTO、GTR等产品。IGBT下游应用领域广泛,由于IGBT具有能源转换和高效节能等优点,汽车行业、消费电子行业、能源行业、电机行业等都需要利用IGBT来提高能源使用效率。随着新能源、智慧城市建设等下游领域的发展,IGBT市场规模也在不断扩大。由于IGBT模块集成度高,存在较高的进入壁垒,目前全球IGBT市场主要被欧洲和日本企业垄断,IGBT国产化率不足10%,以斯达半导为代表的国内厂商日渐崛起,国产替代空间广阔。

IGBT市场空间:IGBT分为IGBT芯片和IGBT模块,其中IGBT模块是由IGBT芯片封装而来,具有参数优秀、最高电压高、引线电感小的特点,是IGBT最常见的应用形式,IGBT模块常用于大电流和大电压环境。根据ASMC的数据,2018年全球IGBT芯片市场规模为11.36亿美元,IGBT模块市场规模为37.61亿美元,总计48.97亿美元,占功率器件市场的32.68%,预计2022年IGBT市场规模将达61.82,其中芯片市场规模14.07亿美元,模块市场规模47.75亿美元,2018-2022年CAGR为6%。

1.3、模拟芯片:长坡厚雪,优质的半导体细分领域

模拟芯片是连接数字世界与自然世界的桥梁。模拟集成电路是指由电容、电阻、晶体管等组成的用来处理模拟信号的集成电路。数字芯片不能直接与自然界沟通,为了处理方便,一般将模拟信号转换为数字信号,输入到大容量、高速、抗干扰能力强的数字处理系统处理后再转换为模拟信号输出。在电子系统中,模拟芯片功能非常多,包括信号接收、信号放大、数模信号转换、稳压、比较等。

模拟芯片具有长生命周期、弱周期性的特点。数字集成电路强调运算速度与成本比,需要不断采用新设计或新工艺,遵循摩尔定律,更新换代速度快,生命周期一般1-2年;而模拟集成电路强调可靠性和稳定性,一经量产往具备长久生力,生命周期长,一般在5年以上。模拟芯片下游应用十分广泛,拥有众多细分品类,单一产业景气度对模拟芯片冲击相对不大,其占半导体比重在13-14%,总体较为稳定。

模拟芯片根据功能分为以下三大类:(1)电源管理芯片,包括稳压器产品、电池管理产品、LED驱动器、AC/DC控制器等,主要用于稳定电流和电压,电流、电压控制,以及电流转换等领域;(2)信号链芯片,包括放大器、滤波器等线性产品,接口电路等,主要用于模拟信号处理,以及电子系统之间的信号传输等,广泛应用于工业,通讯,医疗等行业;(3)数模转换器,用于模拟信号与数字信号的互相转换。

模拟芯片市场规模:根据ICinsights发布最新的模拟IC市场研究报告,2019年全球模拟芯片市场规模为552亿美元,CR10为67%。其中,德州仪器(TI)以102亿美元销售额和19%的市占继续稳坐第一名,模拟IC产值几乎为第二名亚德诺半导体(ADI)的两倍。国内模拟芯片厂商市占率均不足1%,国产替代空间广阔。

电源管理芯片的终端市场主要包括:手机、平板电脑等消费电子、工业应用市场、汽车市场和军用市场,其中手机、计算机等电子产品出货量逐年下跌,“工业4.0”推动工厂智能化,工业应用对电源管理芯片需求增大,电动汽车需要大量电源管理芯片调节电压和功率,未来工业和汽车将成为电源管理芯片的主要增长动力。

电源管理芯片市场规模:根据前瞻产业研究院数据,2018年全球电源管理芯片市场规模达到250亿美金,预计2026年可以达到565亿美金,2018-2026年复合增长率为10.69%。根据中商产业研究院数据,2019年中国电源管理芯片市场规模720亿元,2020年预计可以达到781亿元。2018年全球电源管理芯片中,德州仪器占比21%,高通公司占比15%,ADI占比13%。

信号链芯片和转换器市场规模:信号链芯片和转化器产品标准化程度高,下游应用广泛,具有较长的生命周期和分散的应用场景,行业规模稳步增长。ICinsight数据显示,全球信号链芯片和转换器产品市场规将从2019年的97.27亿美元增至2023年的118.17亿美元,CAGR为4.99%。

1.4、射频芯片:5G/IOT驱动,国产化正当时

射频前端芯片市场规模与格局:根据华经情报网数据,2015-2019年,全球射频前端市场规模从101.3亿美元增长至169.6亿美元,年复合增长率为13.8%。在5G、IOT等驱动下,全球射频前端市场规模预计可以在2023年达到313.1亿美元。全球射频芯片市场集中度较高,前四大厂商分别为思佳讯、Qorvo、博通、村田,合计市场份额为85%。射频芯片中滤波器市场规模占比最高,滤波器市场被Avago、Qorvo等厂商垄断。

主要增长动力:射频芯片的主要增长动力来自5G时代手机性能增强和物联网设备数量增加。

5G带来手机射频前端量价齐升。5G的引入,使得复杂的射频前端变得更加复杂,随着射频前端的价格压力增加,这种现象可能会加剧。预计5G发展到成熟阶段,全网通的手机射频前端的Filters数量会从70余个增加为100余个,Switches数量亦会由10余个增为超30个,使得最终射频模组的成本持续增加。从2G时代的约3美元,增加到3G时代的8美元、4G时代的28美元,预计在5G时代,射频模组的成本会超过40美元。

射频前端器件是通讯系统芯片组中除基带主芯片之外最重要的组成部分。射频前端是指在通信系统中,位于手机天线之后,收发器-基带芯片之前的器件总称,是无线通讯设备的基础性零部件,主要由功率放大器(PA)、滤波器、双工器、射频开关、低噪声放大器、接收机/发射机等组成。

射频PA和滤波器是射频前端器件中最重要的组成部分。根据Yole统计数据,2017年全球射频器件市场中,滤波器市场占比为53.3%,射频PA市场占比为33.3%,射频开关为6.7%,低噪声滤波器为1.6%。

滤波器是实现频段过滤的专用器件,滤波器可以使信号中特定的频率成分通过,抑制其他频率成分,从而得到需要的频率成分。目前手机是滤波器最主要的市场,其中SAW滤波器主要用于低频信号,BAW滤波器主要用于高频信号。

射频芯片中滤波器市场占比最高。其中BAW滤波器市场被Avago、Qorvo等厂商垄断;SAW滤波器市场被Murata、TDK、太阳诱电等厂商垄断。

1.5、存储器:NORFlash市场规模开始逐步扩大

存储器(Memory)是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。存储器概念很广,有很多层次,在数字系统中,只要能保存二进制数据的都可以是存储器;在集成电路中,一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器,如RAM、FIFO等;在系统中,具有实物形式的存储设备也叫存储器,如内存条、TF卡等。

存储器依照特点不同可分为众多类别。存储器种类众多,具有不同的分类方法,按存储形式不同,存储器可分为三大类:光学存储,根据激光等特性进行存储,常见的有DVD/VCD等;磁性存储,常见的有磁盘、软盘等;半导体存储器,采用电能存储,是目前应用最多的存储器。依照断电后是否还能保留数据,可分为“易失性(VM)”与“非易失性(NVM)”存储两大类。按是否可以直接被CPU读取,可分为内存(主存,如RAM)和外存(如ROM,硬盘等)。

NORFlash市场空间获得重新增长的主要动力。以TWS耳机为代表的可穿戴设备、手机屏幕显示的AMOLED和TDDI技术以及功能越来越强大的车载电子等领域的快速崛起,使得NORFlash市场规模开始逐步扩大。根据中国产业信息网数据,2019年全球NOR市场规模为27.64亿美元。

AMOLED和TDDI在智能手机渗透率逐步提高,推动NOR需求增长。 AMOLED在智能手机的渗透率逐步提高,2019年手机端AMOLED出货量5.15亿片,渗透率为31%。2020年预计达6.18亿片,2021年预计可以达到8.11亿片,渗透率将达到50%。TDDI-COF在全面屏的解决方案越来越受欢迎,2019年出货量达6.1亿颗,预计2020年达7亿颗。在物联网、AMOLED、TDDI等搭载量的提升及新应用场景的驱动下,NORFlash迎来快速成长。

TWS耳机销量快速崛起。根据前瞻产业研究院统计数据,2019年TWS耳机出货量达到1.29亿台,同比增长180.43%,Canalys预计2021年出货量将达到3.5亿台,以TWS为代表的新兴应用前景可期,有望成为NORFlash新动力。

1.6、IC制造和封测:晶圆代工市场台积电一家独大,中芯国际日渐崛起

IC制造分为IDM模式和代工模式。IDM模式下,厂商独自完成从芯片设计、制造到封测的全流程,而代工模式下,芯片设计、制造和封测由不同厂商共同完成。根据ICinsights数据,2019年全球晶圆制造市场中,纯晶圆代工占比为77.2%,IDM占比22.8%。

全球晶圆代工市场持续快速增长。根据ICinsights数据,2019年全球晶圆代工产值为570亿美元,2022预计可以达到792亿美元。受益于5G时代高性能运算的广阔需求,以及IDM龙头企业订单外包趋势的驱动,晶圆代工行业快速扩容,台积电在其2020Q3法说会预测2020年全球晶圆代工产值将达到682.5亿美元(同比+20%)。

晶圆代工市场台积电一家独大。在纯晶圆代工市场中,台积电是绝对的龙头,市场份额超过50%。根据拓璞产业研究院数据,预计2020Q3纯晶圆代工市场中,台积电市场份额为53.9%,三星17.4%,格罗方德7%,联电7%,中芯国际4.5%,华虹半导体1.1%。

中芯国际是国内晶圆代工龙头。中芯国际是中国大陆规模占优、技术最先进的集成电路晶圆代工企业,也是世界第五大集成电路晶圆代工企业。公司总部位于上海,拥有全球化的制造和服务基地,提供0.35微米到14纳米不同技术节点的晶圆代工与技术服务。公司2020Q3营收创历史新高,FinFETN+1工艺已成功流片,目前进入小批量客户验证阶段。我们认为中芯国际N+1工艺大规模量产值得期待,公司核心竞争力将大幅提升,加之在国家在政策、资金大力扶持半导体行业的背景下,中芯国际有望成为中国半导体行业崛起先锋。

摩尔定律并未失效,先进制程仍是IC制造发展方向。根据英特尔创始人戈登摩尔在1960年的研究发现,摩尔提出了集成电路内的晶体管每隔一年就翻一番的说法,但目前在晶体管数量提升上可能遇到了瓶颈。然而在目前制程规划下,摩尔定律似乎还未失效,台积电已经开始5nm、3nm甚至2nm的制程研发。制程是决定一家晶圆代工厂行业地位的主要因素。我国本土芯片制造商中芯国际最先进制程为14nm,与台积电还存在加大差距。我们认为中芯国际在制程方面将持续加大研发力度,全力追赶世界先进水平。

IC设计和制造行业,IC封测行业集中度较低。如下表所示,IC封测行业由于资金门槛、技术门槛相对较低,定制化程度逐渐提升,因此行业集中度远不如代工行业。

我国大陆IC封测行业主要企业包括长电科技、通富微电、华天科技等。 2020Q2长电科技、通富微电、华天科技三家市占率为25.5%,业绩快速提升:2020年前三季度三家合计实现营收321.00亿元(+13.20);实现归母净利润14.73亿元,同比扭亏;三家销售毛利率分别为15.46%(+5.03pct)/15.42%(+2.50pct)/22.30%(+7.89pct),净利率分别为4.08%(+5.19pct)/3.99%(+4.24pct)/8.74%(+5.63pct)。随着大陆晶圆产能逐渐释放,本土封测厂商有望大幅收益。受益于国产替代,长电科技等国内封测厂商将充分受益。

1.7、半导体设备和材料:国产替代势在必行

集成电路工艺复杂,制造设备种类繁多。集成电路制造工艺复杂,其主要工艺流程包括氧化、清洗、涂胶、烘干、光刻、显影洗胶、刻蚀、去胶、离子注入、薄膜沉积、化学机械打磨、测试、检测等,其中部分工序需要循环进行数次至数十次。

全球半导体设备市场规模:根据SEMI数据,2018年全球半导体制造设备销售额为645亿美元,2019年下降至576亿美元。SEMI预测2020年全球半导体制造设备销售额将达到632亿美元,2021年将实现两位数增长,达到700亿美元。

2020年复苏的主要为领先的设备制造商投资于10纳米以下的设备,特别是用于foundry和逻辑的设备,中国的新项目设备需求以及较小的内存设备需求将推动2020年设备市场的复苏。7nm及以下的先进制程中只剩下三星和台积电,其中,全球晶圆代工龙头台积电上调2020年资本支出,从原定的150-160亿美元增加到160-170亿美元。

中国半导体设备行业增速迅猛,远高于世界平均水平。2013-2018年,中国大陆半导体设备销售额从33.7亿美元增长至134.5亿美元,复合增长率高达25.95%,同阶段全球复合增长率仅为10.41%;中国大陆半导体设备市场规模占全球市场的比重持续提升,从2013年占比10.6%提升至2019年的22.5%。

半导体晶圆制造材料市场:根据SEMI数据,2019年全球半导体材料销售额约521亿美元,其中晶圆制造材料占比63%,销售额为329亿美元。SEMI预计,2020年全球半导体材料市场将可达到563.6亿美元。2018年全球硅片、电子气体、光掩膜板、光刻胶及配套试剂的销售额分别为121.2亿/42.7亿/40.4亿/39.6亿美元,市场份额分别为38%/13%/13%/12%。

受益于晶圆厂扩产潮和国产替代,半导体材料企业迎来机会。根据国际电子商情数据,半导体材料的国产化率普遍在10%-20%,国产化率较低,在核心领域国内企业的竞争实力与国外龙头相差甚远,摆脱进口依赖的局面任重道远。华为禁令和中芯事件凸显国内半导体产业链自主可控的必要性,加速半导体材料等领域国产化势在必行。我们认为受益于国家政策大力支持以及大基金和地方资本长期持续投入,国内半导体制造产业将逐步崛起,作为晶圆制造上游,国内半导体材料产业将会进入快速发展期。