半导体行业研究及2023年度策略周期和成长共振

　　（报告出品方：方正证券）半导体2023年展望——半导体设备投资框架
　　晶圆厂设备支出：2023年970亿美元
　　根据SEMI 9月数据，2022年全球晶圆设备支出将达到990亿美元的历史新高；同时预计 2023年全球晶圆厂设备支出将为970亿美元，继续保持健康发展。 2022年支出结构上看，中国台湾依旧是晶圆制造设备采购的主力，投资金额达300亿美元， 同比增长47%；中国大陆晶圆设备支出占比也近22%，达到220亿美元。2023年，随着台积 电美国工厂建设加快进入设备采购期，预计2023年美洲地区支出将有所提升。
　　台积电：下调22年资本支出，预期库存调整至23H1
　　受消费需求疲软以及上游供应链影响，台积电下调2022年资本支出至360亿美元，此前预计为400-440亿 美元。 需求上看，公司也预计行业库存水位将在22Q3达到高峰，并于22Q4开始慢慢下降，完整的去库存调整周 期预期将持续至2023年上半年。
　　长江存储：20万片/月产能待扩
　　长江存储＂国家存储器基地项目＂由紫光集团、国家集成电路基金、湖北省科投集团和湖 北省集成电路产业基金共同投资建设。 此项目规划共投资约1697亿元，分两期建设3D NAND Flash芯片工厂，两期达产产能30 万片/月。
　　一期：一期主要实现技术突破。项 目于2016年底正式开工建设，投资 约816亿人民币，设计产能10万片/ 月；2020年底一期产能达4万片/月， 预计今年新增6万片/月产能，即实 现一期全部达产。二期：2020年中开工建设，规划产 能20万片/月。
　　第三代半导体 ：2020年694亿元投资
　　据CASA Research统计，2020年共有24笔第 三代半导体投资扩产项目，披露的投资扩产金 额达到694亿元，较2019年同比增长161%； 其中，SiC涉及金额550亿元，GaN涉及金额 144亿元。
　　SiC：2021年新增规划达产年产 能超57万片（含4/6英寸）。根据 CASAResearch不完全统计， 2021年大陆地区SiC衬底环节新 增投产项目7项，披露新增投产年 产能超过57万片。三安半导体、 国宏中能、同光科技、中科钢研 、合肥露笑科技等企业相继宣布 进入投产阶段。此外，微芯长江 、南砂晶圆、泽华电子三家宣布 SiC项目工程封顶。
　　GaN：英诺赛科（苏州）8英寸硅 基GaN芯片量产；晶湛半导体8英 寸年产24万片GaN外延项目开建 ；中博芯6英寸Si基GaN外延和 UV-LED芯片项目投产。
　　设备需求结构：刻蚀、沉积价值量高、潜力大
　　刻蚀、光刻、薄膜沉积是集成电路前道生产工艺中最重要的三类设备。根据 Gartner数据， 等离子体刻蚀机、光刻机、薄膜沉积设备占集成电路前段设备比例合计超60%。
　　刻蚀、化学薄膜沉积高速增长。2015-2017年半导体芯片前道设备中，薄膜沉积与等离子刻 蚀设备的市场增速远超其他，分别达到16%和17%。
　　科技博弈：国产替代迫在眉睫
　　各国政府积极向有芯片制造能力的厂商抛出橄榄枝，鼓励厂商在本土设厂，如2020年台积电 在美国支持下决定赴美投资120亿美元生产世界最先进的5纳米芯片。台积电、三星电子规划 在美国建设新的晶圆代工厂，争夺美国300多亿美元的政府补贴。 中国出台多项科技强国政策，设立国家集成电路产业投资基金，大陆扶持本土产业发展。
　　α基本面支撑：合同负债/存货继续增长，在手订单充沛
　　22Q3末来看，北方华创合同负债65亿元，存货116亿元；中微公司合同负债20亿元，存货 32亿元；位列前二，且一直处于高位，侧面印证公司在手订单充沛。当然，受不同公司、 不同下游客户不同付款策略（是否有预收款、预收款比例等）影响，合同负债仅能在一定 程度上体现在手订单情况。半导体2023年展望——半导体材料投资框架
　　半导体材料：制程升级和晶圆厂扩产，行业高景气度
　　半导体材料市场规模庞大，行业景气度高。2021年全球半导体材料市场规模达到642.73亿美 元，近5年CAGR为6.51%。半导体材料主要分为晶圆制造材料和封装材料，2011年晶圆制造 材料与封装材料市场份额平分秋色，占比均在50%左右。2021年晶圆制造材料占比上升至 62.8%，封装材料下降至37.2%。 随着国内电子产品制造业的飞速发展，中国半导体产业市场潜力巨大。据中国电子材料行业 协会数据统计，2013-2021年，中国半导体材料行业市场规模呈波动上行趋势，近五年CAGR 达高11.90%，高于全球水平。根据SEMI数据，2021年，中国半导体材料市场规模达119.29亿 美元，首次突破100亿美元大关，约占全球市场份额的19% 。 芯片制程技术升级和晶圆厂扩产潮，大力推动中国芯片出货量增加，对半导体材料的耗用量 和质量提出更高要求，未来国产化率将稳步提升。
　　半导体材料市场：种类繁多，单一市场较小
　　半导体制造材料中，硅片占比最大（约33%），其次是气体和光刻胶及配套试剂。半导体封装材 料中，封装基板占比最大（约40%），其次是引线框架和键合线。考虑到半导体制造材料和封装 材料的市场规模分别为404亿美元和239亿美元，整体来看，各细分半导体材料市场普遍较小。 半导体材料细分行业众多，是产业链中细分领域最多的产业链环节，每一个大类材料包括几十种 甚至上百种具体产品，细分子行业高达数百个。如高纯化学试剂中，常用的包括各类酸（如硫 酸、盐酸、硝酸、磷酸）、碱（如氢氧化铵、氢氧化钾）、有机溶剂、氧化试剂等。 结合半导体材料的行业特征，我们认为半导体材料公司应当积极寻找各材料之间共性，不断扩充 品类，形成平台化布局，为客户提供一体化的解决方案。
　　半导体硅片：国内8寸和12寸片加速验证，未来有望持续高增长
　　根据华经产业研究院数据，2021年全球硅片市场规模126亿美元。根据modor intelligence数据，随着 未来晶圆厂新增产能的不断释放，半导体硅片未来6年年复合增速6.1%，2026年市场将达到154亿美 元。预计2021年12寸和8寸片的市占率分别为71.2%和22.8%。 依据前瞻产业数据，我们测算2021年中国半导体硅片市场规模预计23亿美元，未来5年年复合增速 13.3%左右，预计2026年市场规模43亿美元。2020年，沪硅产业、中环股份、立昂微、中晶科技合计 占国内半导体硅片市场的31.9%，国内常见大尺寸硅片主要依赖进口。 2021年8寸片国内供应商有沪硅产业、中环股份、立昂微、中欣晶圆等。12寸片的供应商有沪硅产 业、立昂微、中环股份等。沪硅产业硅片全系列布局，12寸片已进入中芯国际供应链；立昂微重点 布局功率领域重掺；神工股份作为国内硅料龙头，单晶硅经验丰富，重点布局8寸轻掺。
　　前驱体：技术门槛高，雅克填补国内空白
　　前驱体是半导体薄膜沉积工艺的主要原材料，化学性质上半导体前驱体为携有目标元素，呈 气态或易挥发液态，具备化学热稳定性，同时具备相应的反应活性或物理性能的一类物质。 随着芯片制造业快速发展，前驱体市场近年来快速增长。根据富士经济数据，2014年全球前 驱体销售规模约7.5亿美元，预计2024年将超20亿美元，CAGR达到10%。其中，高介电常数 将成为未来主流，预计2024年ALD/CVD前驱体High-K材料市场规模将达到9.5亿美元。半导体2023年展望——功率半导体投资框架
　　行业需求：全球、中国IGBT应用领域
　　工控、消费电子、新能源汽车、新能源发电为主要下游应用场所，中国高端制造业发展偏弱， 巨大的消费市场以及蓬勃的新能源汽车产业形成了中国与全球需求结构占比之间的差异。 从全球下游需求上看，工控依然是全球IGBT需求最大最稳定的市场，占比达到37%；其次是新 能源汽车占比28%，新能源发电占比9%，消费电子（主要为变频家电）占比8%。 从中国下游需求上看，新能源汽车是国内IGBT最大的需求来源，占比31%；其次，消费电子、 工控、新能源发电分别占比27%，20%和11%。
　　行业增长：新能源汽车
　　根据中国汽车工业协会的数据，2021年国内新能源汽车产销量实现逆势增长，均创历史新高， 全年产销分别为354.5万辆和352.1万辆。在新能源汽车全面发展的浪潮下，随着国内疫情得 到稳定控制，年内，新能源汽车产销量逐渐回暖，月产销环比持续改善，12月，新能源汽车 产销更是创下历史新高。中国新能源汽车产业正逐步从培育期迈入发展期，成为引领全球汽车产业转型的重要力量。 在国家政策支持及行业快速发展的推动下，比亚迪积极推进新能源汽车产业，2016-2019年 新能源汽车销量稳步提升，2020年受疫情影响，销量有所下滑,2021年销量重回高点，全年 出货量接近61万辆。
　　行业增长：光伏发电
　　太阳能产生直流输出电压和电流进入电网，逆变器实现将直流电转化为交流电并入电网。 2020全球光伏装机127GW，2025年有望达到330GW。 国内十四五规划下光伏年新增装机可观，拉动上游器件需求。2019年补贴政策出台较晚，国 内装机下滑；2020年国内光伏新增装机48.2GW，同比增长60%，国内市场需求回暖。未来 随着光伏平价时代到来，预计十四五期间年均新增光伏装机可达70GW，乐观情况下可达 90GW，光伏新增装机量的上升也将拉动上游功率器件的需求。
　　行业增长：轨道交通
　　IGBT是高铁牵引电转动的命脉。高铁通过受电弓与 接触网接触将高压交流电取回车内，通过变频辅助系 统和定频辅助系统，经过牵引变流器转换成可调幅调 频的三相交流电，输入三相异步/同步牵引电机，通 过传动系统带动车轮运行。 高铁分布式牵引系统电源侧使用8个IGBT模块，较小 的损耗减少来自底盘牵引设备的谐波噪声。 根据前瞻研究院数据，中国高铁总里程数从2016年 的2.2万公里上升到了2020年的3.79万公里。
　　行业趋势：通态功耗、开关功耗均不断减小
　　IGBT芯片经历了7代升级：衬底从PT穿通，NPT非穿通到FS场截止，栅极从平面到 Trench沟槽。随着技术的升级，通态功耗、开关功耗均不断减小。
　　竞争格局：海外公司市占率
　　海外企业良性循环：市占率越高，产品的反馈数据越多，积累的经验越多，产品越成熟， 利润体量越大，投入新一代研发也越多。 国内企业发展受阻：贸易摩擦之前，由于产品长期得不到客户使用，无法积累大规模量产 情况下的数据，产品小批量出了问题也不知道如何解决。半导体2023年展望—— 半导体设计投资框架
　　CPU:定义及原理解析
　　CPU（Central Processing Unit），即中央处理器，作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、 程序运行的最终执行单元。CPU是计算机的运算和控制核心，是对计算机的所有硬件资源（如存储器、输 入输出单元）进行控制调配、执行通用运算的核心硬件单元；同时，计算机系统中所有软件层的操作，最 终都将通过指令系统映射为CPU的操作。 CPU的运行原理总结来就是取指令、指令译码、执行指令、修改指令计数器四步。
　　CPU:两大指令集生态垄断市场
　　目前CPU行业由两大生态体系主导：一是基于X86指令系统和Windows操作系统的Wintel体系；二是基 于ARM指令系统和Android操作系统的AA体系。Intel于上世纪80年代自研X86指令系统架构，凭借先发 优势迅速扩大市场份额并构建生态优势，并通过与Windows联盟形成＂Wintel＂联盟逐步占领桌面CPU 市场；ARM则在苹果、高通、三星、华为、英伟达等方面的努力下，凭借其指令系统开源、异构运算、 可定制化等一系列优势，立足于低功耗的移动市场。Wintel体系与AA体系正是凭借对操作系统和CPU芯 片的垄断，设定了一系列技术规范与标准，构建了庞大的软件生态体系，从而主导着主流CPU市场。
　　CPU:服务器需求有望回暖，x86服务器为主流
　　受疫情影响，2020年全球服务器销售额为910.2亿元，同比增长4.37%，增速低于前期平均水平， 未来随经济及社会活动线上化，数据存储与计算需求将持续增加，服务器市场需求有望回暖，服务 器销售额与出货量增速有望提高。x86处理器起步早、生态环境好，是目前服务器的主流类型，2020年全球x86服务器市场销售额为 826.6亿元，占比达90.8%。出货量来看，2020年全球x86服务器出货量为1180.2万台，同比增长 1.82%。未来随需求增加及服务器市场扩容，x86服务器增速有望持续修复。
　　CPU:中国x86服务器芯片出货量持续提升
　　2020年中国x86服务器市场出货量343.9万台，同比增长8.1%，市场规模达218.7亿美元，同比增 长16.5%。受益于5G、工业互联网等新基建建设的加快，中国x86服务器市场将快速增加。据IDC 数据预测，2025年中国x86服务器出货量将达525.2万台。依照出货量与路数分布推算，2020年中国x86服务器CPU芯片出货量为698.1万颗，2025年将达 1066.2万颗，2021-2025年平均增长率9%，未来我国x86服务器CPU芯片市场空间广阔。未来随 产品持续升级，国产CPU厂商有望凭借安全性与本土化优势快速发展。
　　CPU:中国x86服务器CPU空间广阔
　　参考IDC数据，2016至2020年中国x86服务器以双路服务器（使用两颗CPU）为主，占比超80%， 其次为单路、4路服务器，合计占比约为10%-20%。假设未来中国x86服务器路数分布结构不变， 结合中国x86服务器出货量可测算2022至2025年CPU需求分别为829、903、982、1066万颗。参 考海光信息x86服务器价格情况，假设2022至2025年x86服务器CPU单价分别为8000、8200、 8400、8500元/颗，可测算2022至2025年中国x86服务器CPU市场规模分别为663、741、825、 906亿元。
　　CPU:国内下游需求旺盛，增长空间巨大
　　国内市场方面，桌面领域，根据Canalys统计，2021年中国PC出货量同比增长10%，达到创纪录的5700 万台。2022年一季度，中国PC出货量达到1170万台，同比下降1%，结束了过去七个季度的增长势头。 其中台式机（包括台式机工作站）出货量同比下降11%至390万台；笔记本电脑（包括移动工作站）出货 量保持强劲，同比增长6%达到770万台。服务器领域，根据IDC数据，2020年中国服务器出货量为350万 台，同比增长9.80%。 国内市场仍将长期是全球最大的CPU消费市场，而近两年采用国产CPU的桌面和服务器产品发展迅速，但 市场份额仍不足5%，增长空间巨大。报告节选：
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　　精选报告来源：【未来智库】。「链接」