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来源：源达
行业复苏拐点将至，国产替代加速进行
主要内容
半导体行业产业链紧密相连，各环节缺一不可，且易形成赢者通吃的垄断局面。从产业链全球分布看，我国在半导体设备、材料和EDA&IP等上游供应端和中游IC设计端份额较小，存在“卡脖子”风险。在晶圆制造和封装测试端已形成一定规模，并持续发展。自2022年美国发布BIS条例以来，美日荷联合制裁国内半导体制造业，自主可控需求愈发迫切，补短板意识显著增加。
我国在半导体行业起步较晚，设备、材料和EDA&IP等上游供应链环节长期依赖欧美日进口。国产替代存在技术难度大、供应链切入难的问题。近年来国产设备、材料和EDA&IP等环节在技术端已取得较大突破，并以设备进展最为显著。而美日荷联合制裁下，国内晶圆厂国产化意识增强，采购国产设备、材料等的意愿上升。未来上述环节将充分受益国产替代。
存储芯片是半导体器件第二大市场，行情与半导体行业景气度息息相关。2023年Q2 NAND Flash和DRAM行业营收呈现环比正增长，部分细分产品价格降幅收窄。从半导体周期和AI新需求看，2024年行业进入复苏确定性增强。预计中游制造环节将率先受益。
1）半导体设备：是受制裁最严厉、国产替代需求最迫切的环节。建议关注：北方华创、中微公司、拓荆科技、芯源微等。
2）半导体材料：光刻胶、电子气体等材料“卡脖子”风险高，国产替代加速进行。建议关注：彤程新材、华特气体等。
3）EDA&IP：EDA&IP是“芯片之母”，在各环节中国产进展相对较缓，领域内标的稀缺性高。建议关注：华大九天、芯原股份等
4）中游制造：受行业整体景气度影响大，关注复苏拐点时的投资机会。建议关注：中芯国际等。
半导体行业复苏不及预期的风险，国内晶圆厂扩产不及预期的风险，国产替代不及预期的风险，国际贸易摩擦和冲突加剧的风险。
一、半导体产业链环环相扣，自主可控是未来大趋势
半导体行业上下游联系紧密，各环节缺一不可。半导体行业产业链上游包括EDA软件、IP委托和委外设计服务、制造设备和材料；中游包括集成电路设计、晶圆制造和封装测试；下游为终端系统厂商，主要应用行业包括移动通信、数据中心、汽车电子、计算机和工业应用等。
图1：半导体行业产业链
资料来源：芯原公司招股说明书，源达信息证券研究所
半导体器件按照国际通用产品标准可分为四类：集成电路、分立器件、传感器和光电器件。集成电路按照处理信号可分为数字芯片和模拟芯片，其中数字芯片按照使用功能分为存储芯片、逻辑芯片和微控制器MCU。分立器件主要为功率器件，包括IGBT、MOSFET、二极管和晶闸管等产品。
图2：半导体器件分类
资料来源：光耦网，源达信息证券研究所
半导体产业链中游企业按经营模式可分为垂直整合模式（IDM）、晶圆代工模式（Foundry）和无晶圆厂模式（Fabless）。早期行业以IDM模式为主，目前根据芯片特点，行业经营模式出现分化：
表1：半导体产业链中游企业不同经营模式
类型
模式
垂直整合模式（IDM）
涵盖芯片设计、晶圆制造、封装测试以及后续的产品销售等环节
晶圆代工模式（foundry）
不涵盖芯片设计环节，专门负责晶圆制造，为芯片产品公司提供晶圆代工服务
无晶圆厂模型（fabless）
不涵盖晶圆制造环节和封装测试环节，专门负责芯片设计和后续的产品销售，将晶圆制造和封装测试外包给专业的晶圆制造、封测企业
资料来源：华虹公司招股说明书，源达信息证券研究所
全球半导体行业销售收入在2023-2024年有望先降后升。根据SIA数据，2022年全球半导体行业销售收入为5740亿美元，实现同比增长6．67%。而根据SIA转引的WSTS预测，预计2023年全球半导体行业销售收入为5560亿美元，同比下降3．14%，系消费电子需求疲软，芯片厂商库存过剩。2024年在行业清库存和AI数据中心、汽车电子等行业需求拉动的共同作用下，销售收入有望回升至6020亿美元。从2022年下游半导体器件销售收入看，逻辑、存储和模拟芯片是前三大产品，合计市场份额达69%。
图3：2022年全球半导体器件分类型销售收入（亿美元）
图4：全球半导体行业销售收入（亿美元）
资料来源：SIA，WSTS，源达信息证券研究所
资料来源：SIA、WSTS，源达信息证券研究所
国内半导体产业链自给率低。从全球半导体产业链区域占比看，美国、欧洲等国家区域具有多数份额，国内仅在产业链中游的晶圆制造和封装测试占有一定比例。但在上游EDA&IP、设备、高端制造材料等供应链环节仍无法满足自给，存在“受制于人”情况。
图5：全球半导体产业链分环节/区域价值占比
资料来源：SIA，源达信息证券研究所
注：分区域价值占比为SIA公布的2021年数据，分环节价值占比为SIA公布的2019年数据
美日荷联合发布对华出口管制条例，设备和芯片端制裁力度最大。自2022年10月7日美国商务部公布BIS条例以来，美日荷相继发布对华出口管制措施，主要限制范围在于国内薄弱的先进制程芯片和相关制造设备。上游设备、制造材料和EDA&IP等存在“卡脖子”风险的领域是芯片制造的基础，国内仍要依靠美日荷进口。当前国际环境下上述领域已成为供应链高风险环节，国产替代愈发迫切。
表2：美日荷联合对华出口管制，以设备和芯片端力度最大
日期
事件
2022/10/7
美国商务部将31家中国公司加入“未经核实的名单”，对中国14nm及以下logic、128层及以上NAND Flash、18nm及以下DRAM芯片、制造设备和零部件出口管制
2022/12/15
美国商务部决定将长存、寒武纪、ICRD、上海微电子和鹏芯微等36家中国实体加入实体清单
2023/1/27
美日荷就对中国先进设备出口限制达成协议，限制内容与10月7日BIS新规一致
2023/3/8
ASML在官网发布《关于额外出口管制的声明》，将光刻机限制范围设定在2000i及之后的高端浸没式机型
2023/3/31
日本政府宣布将23类先进制程半导体设备新增为出口管控对象，限制7月生效
2023/6/30
荷兰发布出口管制新规，限制ASML的TWINSCAN NXT：2000i及之后的浸没式光刻机对华出口，管制在9月1日正式生效
2023/7/23
日本政府宣布对23个品类先进制程半导体设备的出口管制措施正式生效
资料来源：半导体行业观察，电子创新网，电子发烧友网，虎嗅，中国工业网，源达信息证券研究所
二、上游供应链：国产薄弱环节，“卡脖子”风险大
1．半导体设备
2024年全球半导体设备销售额有望回升。根据SEMI在2023年7月发布的《2023年年中半导体设备预测报告》：预计2023年全球半导体设备销售额将由2022年的1074亿美元下滑至874亿美元，同比下降19%，主要系消费电子需求转弱叠加芯片库存，晶圆厂放缓设备采购节奏。展望2024年行业完成去库存，AIGC、汽车电子等行业拉动需求端，全球半导体设备销售额有望回升至1000亿美元，较2023年同比增长14%。
图6：2024年全球半导体设备销售额有望回升至1000亿美元
资料来源：SEMI，源达信息证券研究所
半导体设备是高技术门槛&高附加值行业。前道晶圆加工的主要工序包括光刻、刻蚀和薄膜沉积等，其特点是对晶圆加工精度要求极高，通常在几十至几百纳米；并且部分工序需要多次进行，对设备产能效率要求高。上述原因也导致用于前道晶圆加工的半导体设备价格高昂，一条产能1万片/月的12英寸晶圆产线设备投资额在数十亿元。
图7：半导体前道晶圆制程对应的主要工序
资料来源：芯源微招股说明书，源达信息证券研究所
根据中微公司2022年业绩说明会，薄膜沉积设备、刻蚀机和光刻机约占半导体设备价值量的22%、22%和17%。根据摩尔定律：芯片中的晶体管数目，约每两年增加一倍。未来在晶圆制造向更先进制程节点转变趋势下，对设备的投资额将会大幅增加。同时逻辑芯片制程中两重模板、四重模板等工艺需求增加，存储芯片向三维结构转变都会显著增加对薄膜沉积、刻蚀等工序的需求。未来薄膜沉积、刻蚀价值占比或将进一步提升。
图8：2022年全球半导体设备各类型价值占比
图9：每5万片晶圆产能对应设备投资额（亿美元）
资料来源：SEMI，中微公司，源达信息证券研究所
资料来源：中芯国际招股说明书，源达信息证券研究所
图10：二重模板/四重模板增加多道薄膜沉积、刻蚀工序
图11：三维存储芯片增加多道薄膜沉积、刻蚀工序
资料来源：中微公司，源达信息证券研究所
资料来源：拓荆科技招股说明书，源达信息证券研究所
全球半导体设备市场被美日荷垄断。半导体设备行业是高壁垒行业，AMAT（应用材料）、ASML、LAM（泛林半导体）、TEL（东京电子）、KLA（科磊半导体）等公司起步较早，在技术和工艺上积累深厚，占据了全球主要市场份额。近年来北方华创、中微公司和盛美上海等国产厂商在热处理、薄膜沉积、刻蚀和清洗等领域已取得较大突破，客户端进展顺利。而涂胶显影和过程控制设备属于国产设备薄弱环节，在目前国际形势下“补短板”需求迫切。根据芯源微公告，公司已在2022年底发布可用于28nm节点的第三代浸没式机型，有望迎来“0-1突破”后的放量阶段。目前光刻机国产化率几乎为零，上海微电子是目前最有望打破光刻机进口垄断的国产公司，目前公司官网已推出光刻精度在90nm的ArF光刻机，并正在开展28nm浸没式光刻机的研发工作。
表3：从整体看半导体设备国产化率仍处于较低水平
设备种类
国外主要厂商
国产主要厂商
国产化率
PVD
应用材料（美国）
北方华创
>20%
CVD
应用材料（美国）、泛林半导体（美国）、TEL（日本）
北方华创、拓荆科技
ALD
TEL（日本）、应用材料（美国）
北方华创、拓荆科技、微导纳米
刻蚀
泛林半导体（美国）、TEL（日本）、应用材料（美国）
中微公司、北方华创、屹唐半导体
>20%
光刻
ASML（丹麦）、尼康（日本）、佳能（日本）
上海微电子
<1%
涂胶显影
TEL（日本）、DNS（日本）
芯源微
>20%
清洗
DNS（日本）、TEL（日本）、泛林半导体（美国）
盛美上海、北方华创、至纯科技、芯源微
>50%
CMP
应用材料（美国）、TYK（日本）
华海清科
>30%
离子注入
应用材料（美国）、Axcell（美国）
万业企业（凯世通）
<10%
过程控制
科磊半导体（美国）、陆得斯科技（美国）、日立（日本）
精测电子、中科飞测、上海睿励
<5%
热处理
KE（日本）、TEL（日本）
北方华创、屹唐半导体
>30%
资料来源：Gartner，半导体行业纵横，源达信息证券研究所
2．半导体材料
根据SEMI公布数据，2022年全球半导体材料市场达727亿美元。其中晶圆制造材料和封装材料市场分别为447亿美元和280亿美元，实现同比增长10.5%和6．3%。半导体材料市场景气度与制造端稼动率密切相关，2023年受需求疲软和芯片库存过剩影响，晶圆厂和封测厂产能利用率有所下降。看好2024年行业周期反弹后对半导体材料的需求拉升。
图12：半导体材料中晶圆制造材料市场空间较封装材料更大
资料来源：SEMI，源达信息证券研究所
材料特点是多而杂，需要逐一突破。硅材料、工艺化学品、光掩膜是晶圆制造材料前三大品类，2021年市场份额为33%、14%和12.9%。其中CMP抛光材料、光刻胶和电子气体等是国产薄弱环节，具有对应不同工艺的多个细分品类，造成国产突破难度大，需要长时间的积累和逐一攻克。封装材料市场中，主要材料有封装基板、引线框架、键合导线和密封胶等。
图13：硅/工艺化学品/光掩膜是晶圆制造材料前三大品类
图14：封装基板占2022年封装材料市场超一半
资料来源：SEMI，源达信息证券研究所
资料来源：SEMI，源达信息证券研究所
我们整理了硅材料、特气、光刻胶和CMP抛光材料等晶圆制造材料领域的国内外主要企业，整体来看晶圆制造材料市场中美日企业占垄断地位，国产份额仍处于较低水平，且材料细分品类较多、突破难度较大。未来的材料国产突破会是一场长时间的攻坚战，需要晶圆厂与上游材料厂商的密切合作与反馈试错。
表4：晶圆制造材料部分细分环节的国内外玩家
产品类别
国外企业
国内企业
硅材料
沪硅产业、中环股份
信越化学、SUMCO
工艺化学品
江化微、格林达
霍尼韦尔、住友化学
光掩模
清溢光电、路维光电
晶圆厂自产、Toppan
光刻胶
华懋科技、彤程新材
JSR、TOK
CMP抛光材料
鼎龙股份、安集科技
DOW、Cabot
电子气体
华特气体
空气化工、林德集团
溅射靶材
江丰电子
日矿金属、霍尼韦尔
资料来源：各公司公告，源达信息证券研究所
3．EDA&IP
EDA工具是“芯片之母”，是连接设计和制造两个环节的纽带和桥梁。百亿级美元的EDA市场支撑了千亿级美元的半导体市场发展。EDA工具主要分为三类，可用于晶圆厂工艺平台开发（开发IP模块）、fabless厂电路设计和晶圆厂制造测试环节。
图15：EDA工具主要用于工艺平台开发、电路设计和制造环节三个阶段
资料来源：概伦电子招股说明书，源达信息证券研究所
EDA工具根据模拟电路和数字电路的不同特点，分为用于模拟电路设计的EDA工具和用于数字电路设计的EDA工具。以模拟电路为例，电路设计流程包括原理图编辑、电路仿真、版图编辑、物理验证、寄生参数提取、可靠性分析等环节。而数字电路设计流程包括前端功能设计、前端验证、逻辑综合、时序分析、布局布线、版图验证和后端仿真等环节。
图16：EDA工具在模拟电路全流程设计中的应用
资料来源：华大九天招股说明书，源达信息证券研究所
国内EDA工具市场规模在百亿级。根据SEMI数据和ESDA的预测，预计2022年全球EDA工具市场规模约为86亿美元，受景气度影响预计2023年市场规模保持在85亿美元。根据中国半导体行业协会数据，2022年中国EDA/IP工具市场规模约为115亿元，约占全球市场的19%。目前国内半导体产业中晶圆制造占大头，未来伴随产业链进一步完善，IC设计企业的增加将带动EDA工具市场成长。
图17：预计2023年全球EDA工具市场规模85亿美元
图18：2022年中国EDA工具市场规模为115亿元
资料来源：SEMI，ESDA，源达信息证券研究所
资料来源：中国半导体行业协会，源达信息证券研究所
从EDA工具竞争格局看，市场被欧美企业占据。Synopsys、Cadence和Siemens EDA是全球三强，合计占2022年全球份额的74%。其中以Synopsys、Cadence的产品体系最为健全，而Siemens EDA在部分环节较为优秀。同时EDA工具中通常内嵌IP模块，方便IC设计企业使用，二者构成更坚固壁垒。而从中国市场看，华大九天、概伦电子和广立微只占到2022年中国市场11%的份额。其中华大九天在模拟电路设计领域实现全流程覆盖，数字电路设计领域部分覆盖；概伦电子在工艺平台开发类EDA运用较多，并往电路设计类EDA拓展；广立微主要覆盖制造测试类EDA产品。
图19：2022年全球EDA市场中国产份额不足2%
图20：2022年中国EDA市场中国产份额不足20%
资料来源：集微咨询，源达信息证券研究所
资料来源：集微咨询，源达信息证券研究所
如果把集成电路设计比作搭积木，IP则是其中的积木块。半导体IP授权业务是将集成电路设计中可重复使用且具备特定功能的IP模块授权给客户使用，并提供相应的配套软件。在芯片向先进制程节点演进过程中，芯片单位面积内晶体管数量大幅上升，增加IC设计复杂度，为提升IC设计效率、降低成本，会使用更多的IP种类。以28nm芯片为例，会使用到50个数字IP和37个数模混合IP。根据IP Nest数据，2022年全球IP市场规模为66.8亿美元，其中应用于处理器的IP占比约为50%。
图21：芯片向先进制程工艺演进过程中，IP使用数量大幅增加
资料来源：芯原股份招股说明书，源达信息证券研究所
2022年全球IP市场中ARM份额超40%。根据IP Nest数据，2022年全球IP市场TOP3为ARM、Synopsys和Cadence。其中ARM总部位于英国，2016年被日本软银收购，其在中国的最大客户是ARM中国。而Synopsys和Cadence同时也是EDA工具公司。国产公司中芯原股份占2022年全球份额的2%。
图22：2022年全球IP市场中CR3为66%，均为欧美企业
资料来源：IP Nest，源达信息证券研究所
IP种类覆盖度是对IP企业技术能力和未来空间的重要考证因素。从覆盖度看，IP领域TOP3的ARM、Synopsys和Cadence的IP种类已覆盖大多数半导体器件。而芯原公司是国内唯一一家进入全球IP市场TOP10的中国公司，目前旗下IP种类已能覆盖大多数半导体器件类型。
表5：晶圆制造材料部分细分环节的国内外玩家
覆盖芯片类型
ARM
Synopsys
Cadence
Imagination
CEVA
芯原
中央处理器
✔
✔
数字信号处理器
✔
✔
✔
✔
图形处理器
✔
✔
✔
图像信号处理器
✔
✔
✔
接口模块
✔
✔
✔
✔
通用模拟IP
✔
✔
✔
基础库
✔
✔
✔
✔
嵌入式非挥发性存储器
✔
✔
内存编译器
✔
✔
✔
射频IP
✔
✔
✔
✔
周边IP
✔
✔
✔
✔
资料来源：IP Nest，源达信息证券研究所
三、中游制造：存储行业复苏拐点愈行愈近
存储芯片是半导体器件第二大市场，行情与半导体行业景气度息息相关。2022年全球存储芯片销售收入为1298亿美元，占比22.6%。存储芯片按断电后是否保存数据，可分为非易失性存储器和易失性存储器。其中NAND Flash和DRAM是存储芯片中运用最广泛的产品类型。
图23：2022年全球IP市场中CR3为66%，均为欧美企业
资料来源：博雅科技招股说明书，源达信息证券研究所
2022年以来受消费电子需求疲软，芯片供大于求影响，存储芯片价格走势持续下跌。根据Bloomberg数据，截至2023年9月14日，TLC Flash 512Gb现货价格为1．66美元/Gb，较6月14日以来1．39美元/Gb的低点持续走强，复苏迹象显现。（2023年9月11日TrendForce预计2023年Q4 NAND Flash整体价格将上涨0-5%。）2023年9月14日DDR4 8Gb现货价格为1．39美元/Gb，降幅逐步收窄。2023年Q2 DRAM行业营收为114.3亿美元，在连续三季度环比下跌后实现环比增长20.4%，系HBM出货增加及客户端出现DDR5备货潮。未来在存储厂商调整产能消耗库存和下游需求回暖（如AI数据中心对HBM等新型存储芯片需求增加）的共同作用下，行业复苏拐点愈行愈近。
图24：9月NAND Flash现货价格出现回升
图25：9月DRAM现货价格降幅收窄
资料来源：Bloomberg，源达信息证券研究所
资料来源：Bloomberg，源达信息证券研究所
存储芯片行业头部聚集效应明显。根据TrendForce数据，2023年Q2全球NAND Flash市场CR5为96.2%，DRAM市场CR3为95.5%。市场几乎被三星、海力士和美光等厂商垄断，系存储行业主要采用IDM模式，初始资金投入巨大，规模效应极为显著。存储芯片国产厂商主要有兆易创新、江波龙等，未上市公司有长江存储、合肥长鑫等。
图26：2023年Q2 NAND Flash市场CR5为96.2%
图27：2023年Q2 DRAM市场CR3为95.5%
资料来源：TrendForce，源达信息证券研究所
资料来源：TrendForce，源达信息证券研究所
四、投资建议
1．建议关注
2023年全球半导体行业呈现需求疲软和库存过剩现象，处于周期下行阶段。从存储行业近况看，NAND Flash和DRAM行业营收呈现环比正增长，复苏拐点已愈行愈近。半导体行业产业链紧密相连，各环节缺一不可。目前国内在材料、设备和EDA&IP等上游供应链环节仍较为薄弱，美日荷联合制裁下国产替代需求愈发迫切：
1）半导体设备：是受制裁最严厉、国产替代需求最迫切的环节。建议关注：北方华创、中微公司、拓荆科技、芯源微等。
2）半导体材料：光刻胶、电子气体等材料“卡脖子”风险高，国产替代加速进行。建议关注：彤程新材、华特气体等。
3）EDA&IP：EDA&IP是“芯片之母”，在各环节中国产进展相对较缓，领域内标的稀缺性高。建议关注：华大九天、芯原股份等
4）中游制造：受行业整体景气度影响大，关注复苏拐点时的投资机会。建议关注：中芯国际等。
