半导体国产替代正当时，重点方向在哪？-icspec

半导体国产替代正当时，重点方向在哪？

来源:百家号发布时间:2022-03-05

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俄乌冲突后，美国趁势对俄罗斯打出一套“制裁连环拳”，目标不仅对准俄罗斯赖以生存的石油天然气，还涉及到金融系统、科技软件和国防航天领域，甚至还把拳头挥向可爱的猫猫！

一提到制裁，半导体绝对难逃一劫。不仅俄罗斯，中国也苦美国的“长臂管辖”久矣，昔日的孟晚舟被捕、不断扩容的实体清单还历历在目。

用别人的东西总归没有安全感，想要不受别人的桎梏，就得实现供应链的本土化，

这正是半导体的长期投资逻辑——国产替代。

短期半导体依然延续着从去年开始的“缺货涨价”逻辑，今天先不提，日后填坑，借着俄乌战火敲响的警钟，今天主要梳理一下，国产替代的重点方向在哪儿？

捋清方向在哪儿，得先知道卡在哪儿？

1、IDM厂商

半导体企业有两种模式，IDM模式和垂直分工模式。

英特尔、三星就是典型的IDM模式，从设计、制造、封测甚至下游电子产品一条龙全包，规模大、技术全面、资金雄厚。

全球范围看，美国是妥妥的IDM霸主，占据全球一半的市场份额，韩国其次，全球占比30%，而中国虽然有士兰微、闻泰科技等IDM厂商，但还是太小众，全球市占率不足1%。

OK，全能型选手完败。

不过没关系，随着产业链向精细化、模块化发展，垂直分工模式成为当下主流，那么，从设计、代工到封测各环节，我国的专业化分工选手表现又如何？

2、芯片设计

一提到芯片设计，或许首先会想到华为海思，2019年华为海思可以排到世界前五，其自主研发的麒麟系列芯片已经达到国际顶尖水平。

但看看现在的世界排名，全球前十已然没有了中国厂商的身影。

为什么？

一个画家，创作能力满分，但失去了图纸和画笔，怎么能画出精美绝伦的佳作？

类比芯片设计，上游的IP核和EDA，就好比图纸跟画笔，即使设计能力一流，没有二者也无济于事。

IP核，可以理解为芯片设计的公共参考模板，芯片设计厂商不需要从底层开始设计，而是在这个基础图纸上，通过调节功能模块的参数、将不同模块进行组合，进而达到想要的效果。

而全球IP核被英美垄断，其中英国的ARM占据全球超四成的市场份额，更不巧的是，ARM实际上也听命于美国。

因为ARM在美国有核心研究技术，并使用了美国的专利技术，所以受美国出口法管控，这也是为什么华为被制裁时，除了三大美国EDA巨头断供外，ARM也中断合作的原因。

这次制裁俄罗斯，美国又故技重施，不仅限制美国企业直接生产的产品，美国以外用到美国技术的产品也纳入限制出口的范围。

不过，中国大陆目前也涌现出一批以芯原股份、芯动科技为首的IP厂商，芯原股份可以排到全球第七，而芯动科技的客户也包含了台积电、三星、英特尔等半导体大厂。

有两位大哥带领众多小弟，未来也不必太过悲观！

相比于IP核，EDA与国际前沿的差距更大，可以说是芯片设计环节中差距最大的领域。

EDA相当于芯片设计中的Photoshop，这个精密的设计软件，一方面要有好的算法，另一方面还要与晶圆厂的制程工艺深度结合，因此行业壁垒很高。

全球EDA呈现“三足鼎立”的格局，新思科技、楷登电子、西门子EDA均为美国企业，合计市占率高达77%，美国绝对垄断。

中国这方面，一来起步很晚，二来缺乏上下游协同整合的生态体系，因此除华大九天能做到模拟电路和平板显示方面全流程工具支持外，其他厂商以提供点工具居多，更惨的是，就连华大九天也与世界水准相距甚远…

到这里小结一下，芯片设计环节中，芯片设计能力有，但卡在上游的IP核和EDA，其中EDA与国际水平相差最远，是未来国产替代的重中之重。

3、晶圆代工

晶圆代工环节主要包括7个相互独立的步骤，但每个步骤的工艺都十分复杂，细分下来多达上千道工序，有些步骤还需要重复若干次。

结果就是，上一节点的良率直接影响下一节点的良率，而良率又依靠先进的技术和设备，因此代工环节呈现技术和资本密集的特点。

全球晶圆代工企业中，台积电一家独大，占据全球近六成的市场份额，良品率在90%以上。

不过中国大陆也不差，全球前十大代工厂中有3家大陆企业，中芯国际、华虹半导体和上海华力，分列第五、第九和第十。

随着下游物联网应用场景不断丰富，在内置元件数量不断增加、对空间利用率要求不断提升的情况下，先进制程成为半导体产业降本增效的核心趋势之一。

先进制程以28nm为分界点，纳米数越小代表工艺越先进，也意味着，同等面积的芯片可以塞入更多的晶体管，晶体管越多，相应的就能提供更好的性能。

中国大陆技术最强的代工厂中芯国际，目前最先进的工艺能量产14nm制程，7nm制程已进入风险试产阶段，5nm制程正在研发；而台积电已经能量产5nm制程，3nm制程的开发也步入正轨，预计今年下半年就能量产。

这么看，与台积电相比，虽然中芯国际去年的营收增速首次实现反超，且良品率基本看齐，但在先进制程上与台积电还至少相差两个身位，未来仍需奋力追赶。

芯片制造离不开建设晶圆厂，而新建晶圆厂总投资的近八成都花在半导体设备上。

全球前十大半导体设备厂商集中在欧美日三国，合计市占率高达76.6%，其中美国占据近四成的全球市场份额。

美国巨头应用材料是绝对霸主，在一系列半导体设备，如薄膜沉积设备、离子注入机、CMP抛光设备以及干法刻蚀设备等遥遥领先。

此外，荷兰巨头ASML主导技术含量最高的设备光刻机，日本巨擘东京电子几乎垄断全球的涂胶显影设备。

我国虽然还处于学徒水平，但好在关键环节的半导体设备基本能全覆盖，并在刻蚀机、干法去胶设备和快速热处理设备上世界领先，这大概也是俄被美制裁后，表示会加大对国产品牌进口力度的底气所在。

除了半导体设备，我国在半导体材料上也不占优势。

硅片和电子特气是半导体的前两大耗材，前者占比34%，由日本主导，后者占比15%，由美、德、法、日四大巨头主导。

电子特气这类资源，咱没有确实没办法，但中国的光伏硅片明明全球第一，怎么到半导体硅片这里就排不上号了？

归根结底还是技术。

半导体硅片与光伏硅片最大的区别就是纯度要求，光伏用单晶硅片的纯度在4N-6N之间，也就是99.99%-99.9999%，而半导体用单晶硅片的纯度在9N-13N之间，即99.9999999%-99.99999999999%。

哈哈，看到小数点后这么多9，是不是明白了，半导体硅片的纯度要求至少是光伏的1000倍！而且躯翘度、洁净度都比光伏的要求高不少！

也就是说，中国与日本的差距在于硅片的提纯技术，日本的提纯技术可以说是出神入化，中国要想站稳脚跟，仍要依靠背后的技术进步。

当下，正是中国厂商奋起直追的好时机，因为全球半导体产业链的第三次转移正落脚在中国大陆。

国家大基金也顺应浪潮，在第一期打通封测、制造和部分设计层面的难点后，第二期把补链的重点放在了半导体设备和材料上。

4、封装测试

与前两个环节相比，封测的国产化程度最高。

毕竟前两个环节技术含量高，资金壁垒高，而封测的附加价值相对较低，中国在这种劳动密集型产业中最具竞争优势，因此全球封测产值的近七成掌握在中国厂商手中。

其中，台湾的日月光是龙头，占全球三成的市场份额，四家大陆厂商，长电科技、通富微电、华天科技和颀邦科技，分列全球的三、五、六、九名。

虽然靠传统封装发家，但随着人工智能、自动驾驶、物联网等高性能计算的发展，现在的封测早已不是当初那个技术含量最低的小弟，先进封装成为继先进制程后，进一步提升电路集成度、缩小芯片面积的重要方式。

近几年，通过一系列收并购和政策支持，大陆厂商在先进封装技术上已与国际一流水平接轨，主流技术路线实现全覆盖，其中，长电科技是第一个在先进封装上全面布局的大陆厂商。

最后总结一下，产业链三个环节中，封测环节基本不卡脖子，芯片设计环节，设计能力一流，但卡在IP核和EDA上，晶圆代工环节，国内代工厂的成长速度最快，但先进制程仍与国际顶尖水平差两个段位，代工环节更多是卡在设备和材料上，因此，芯片设计的上游“IP核和EDA”、晶圆代工的上游“设备和材料”是未来国产替代的重点方向。