晶圓代工產(chǎn)業(yè)地位及概述

一、晶圓代工產(chǎn)業(yè)地位及概述

1、晶圓加工分類

晶圓加工屬于晶圓制造領域，按照廠商類型可分為IDM和Foundry模式，IDM屬于重資產(chǎn)模式，為IC設計—IC制造—IC封測一體化垂直整合，主要企業(yè)為三星等，F(xiàn)oundry模式廠商相較IDM僅具備IC制造和封測能力，剝離了設計業(yè)務。就作用而言，晶圓專業(yè)代工廠商降低了IC產(chǎn)業(yè)的進入門檻，激發(fā)了上游IC設計廠商的爆發(fā)，以及產(chǎn)品設計和應用的創(chuàng)新，繼而加速了IC產(chǎn)品的開發(fā)應用周期，拓展了下游IC產(chǎn)品應用。

半導體IDM、Fabless、Foundry三種模式對比

資料來源：公開資料整理

2、晶圓加工流程

對單晶裸片進行初步加工得到晶圓，接下來將光罩上的電路圖刻蝕到晶圓上，主要工序皆由晶圓代工廠完成。主要包括擴散、薄膜生長、光刻、刻蝕、離子注入、拋光等工序，對應設備主要有擴散爐、氧化爐、CVD/PVD設備、清洗設備、光刻機、刻蝕系統(tǒng)、離子注入機、拋光機等。作為半導體生產(chǎn)流程的直接生產(chǎn)，晶圓加工步驟眾多，設備要求極高，雖然國內具備完整生產(chǎn)能力，受限于高端設備和技術封鎖，高端產(chǎn)品仍未突破，其中光刻、離子注入和拋光（拋光墊）等工藝設備國內尚未突破。

晶圓廠半導體制造流程及相關半導體設備示意圖

資料來源：《半導體制造技術》，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

2020年中國半導體設備與原材料國產(chǎn)化率

資料來源：公開資料整理

二、晶圓代工產(chǎn)業(yè)鏈

1、產(chǎn)業(yè)鏈

半導體行業(yè)的生產(chǎn)模式分為IDM和Fabless +Foundry，IDM集IC設計、制造與封裝測試為一體,屬于重資產(chǎn)模式，對于企業(yè)的資金要求極高，F(xiàn)abless +Foundry模式將晶圓制造生產(chǎn)部分委任給Foundry可降低Fabless設計的準入門檻，降低資金投入，有助于企業(yè)技術快速突破。

晶圓代工產(chǎn)業(yè)鏈簡圖

資料來源：公開資料整理

2、成本端

晶圓生產(chǎn)成本投資額中，晶圓設備通常占比總晶圓項目投資額8成左右，以國內最大的代工廠中芯國際為例，其12英寸芯片SN1項目的總投資額中生產(chǎn)設備購置及安裝費占比80.9%。從臺積電單片晶圓成本來看，主要成本是折舊費用，占比近5成，除此之外專利費用也是較大成本占比?？傮w來看，晶圓生產(chǎn)中設備及技術專利等占據(jù)主要成本。

全球晶圓代工龍頭電單片晶圓成本結構占比

資料來源：臺積電年報，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

根據(jù)摩爾定律，約18月集成電路晶體管數(shù)量將增加一倍，技術持續(xù)發(fā)展下集成電路線寬不斷縮小，集成電路的設備投資呈指數(shù)級上升趨勢。根據(jù)IBS統(tǒng)計，5nm產(chǎn)線的設備投資高達數(shù)百億美元，是16/14nm產(chǎn)線投資的兩倍以上，是28nm的四倍左右。目前三星已正式宣布3nm工藝量產(chǎn)，臺積電預計2022年下半年呈現(xiàn)量產(chǎn)，隨著技術持續(xù)靠近硅基物理極限，未來技術方向或是“雙層堆疊”等。

全球不同制程晶圓每5萬片產(chǎn)能設備投資額走勢圖

資料來源：中芯國際招股書，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

作為晶圓生產(chǎn)中最核心也是技術壁壘最厚的光刻機，7nm制程及以下僅EUV光刻機具備生產(chǎn)能力，技術被阿斯麥壟斷，全球僅有的出貨量皆來自這家企業(yè)。數(shù)據(jù)顯示，隨著先進制程需求持續(xù)增長，EUV全球銷量持續(xù)增長，2021年銷量達42臺，每臺均價達1.5億歐元左右，主要原因隨著阿斯麥EUV光刻機持續(xù)迭代（最新量產(chǎn)型號為 TWINSCANNXE :3400D），單機產(chǎn)能持續(xù)提高下產(chǎn)品均價持續(xù)走高。

2018-2021年全EUV光刻機銷量及均價走勢

資料來源：阿斯麥公告，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

除開高昂的設備成本外，晶圓材料作為晶圓代工生產(chǎn)基本組成，晶圓代工技術迭代離不開晶圓制造材料的發(fā)展與更新。目前晶圓制造材料眾多，包括硅片、光掩膜版、光刻膠及附屬產(chǎn)品、電子特種氣體、濕法電子化學品、CMP拋光材料等。硅片作為晶圓基本載體市場份額占比最高，達37%。

2020年全球晶圓制造材料市場份額占比情況

資料來源：SEMI，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

3、需求端

晶圓代工作為半導體中游制造領域，整體需求受半導體整體產(chǎn)業(yè)景氣度影響較大，隨著全球和中國消費電子和汽車電子市場規(guī)模穩(wěn)步擴張，整體晶圓代工產(chǎn)能持續(xù)擴張。數(shù)據(jù)顯示，2021年全球半導體市場規(guī)模達5559億美元，同比2020年增長26.2%。中國集成電路銷售額超萬億元，達10458.3億元，同比2020年增長18.2%。晶圓代工短期波動整體受電子信息產(chǎn)業(yè)需求相關性較高，2022年來看，PC、智能手機等電子產(chǎn)業(yè)需求增速放緩，預計整年產(chǎn)業(yè)小幅度增長。

2017-2021年全球半導體市場規(guī)模及增長率

資料來源:WSTS，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

三、全球晶圓代工現(xiàn)狀

1、市場規(guī)模

隨著全球智能手機和PC需求回暖、汽車電子產(chǎn)業(yè)快速擴張，全球芯片需求持續(xù)擴張，尤其是2020-2021年新能源汽車快速發(fā)展背景下，汽車芯片需求爆發(fā)，供不應求背景下帶動晶圓開工率和產(chǎn)能大幅度提升，數(shù)據(jù)顯示，全球2021年晶圓代工銷售額增長26%達1101億美元。2022年來看，早期預計2022年將保持20%以上幅度增長，7月主要下游企業(yè)AMD、英偉達和蘋果下調訂單量，預計增長將下降，維持在10%左右。

2016-2021年全球晶圓代工銷售額及變動情況

注：純晶圓代工和IDM

資料來源：IC Insights，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

2、產(chǎn)能、產(chǎn)量和產(chǎn)能利用率

下游需求持續(xù)擴張背景下，全球晶圓產(chǎn)能穩(wěn)步擴張，受產(chǎn)業(yè)周期波動影響，2019-2020年年整體產(chǎn)能利用率出現(xiàn)較大幅度下降，主要原因是2019年下游存儲器和智能手機需求市場疲軟等因素，疊加英特爾價格下降，整體市場景氣度下降。2020年全球疫情同時產(chǎn)能出現(xiàn)較大增長，部分企業(yè)停工導致整體產(chǎn)能利用率下降，實際產(chǎn)量存在明顯增長，2021年晶圓需求爆發(fā)，下游汽車和消費電子企業(yè)需求持續(xù)增長，產(chǎn)能和產(chǎn)能利用率達到近年來新高，產(chǎn)能增長8.5%至2.425億片（全球折合8英寸晶圓），產(chǎn)能利用率達93.8%。2022年來看，產(chǎn)能有望超過2.6億片，七月份各大下游企訂單量砍單背景下，疊加通脹和供應鏈緊張等因素整體產(chǎn)能利用率將維持90%左右。

2016-2021年全球晶圓產(chǎn)能、產(chǎn)量及產(chǎn)能利用率

注：折合8英寸

資料來源：IC Insights，Knometa Research，WSTS，SIA，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

3、制程結構

就晶圓制程結構而言，目前成熟制程（28nm及以上）占比約76%左右，2020年以來，隨著智能手機、TWS耳機等需求增長帶動OLED面板、電源管理芯片、射頻芯片和傳感器等需求持續(xù)增長，成熟制程產(chǎn)能出現(xiàn)嚴重短缺，從預計新建產(chǎn)能來看， 2022年各晶圓代工廠多半將擴產(chǎn)重心放置于12英寸（28nm及以上）晶圓產(chǎn)能，而主要擴產(chǎn)動能來自于臺積電、聯(lián)電、中芯國際（0981.HK）、華虹等。短期來看，先進制程受限于成本和技術普及率較低，成熟制程仍將保持高景氣度，占比將維持在7成以上。

2021-2024年全球晶圓代工成熟及先進制程占比

資料來源：TrendForce，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

四、晶圓代工國內現(xiàn)狀

1、全球地位及規(guī)模

早期我國純晶圓代工占比全球市場份額達10%以上，隨著國內技術停滯疊加全球晶圓制程技術難度持續(xù)加深，2007-2014年我國純晶圓代工市場份額持續(xù)下降，隨著國內中芯國際和聯(lián)電企業(yè)技術相繼突破28制程，整體市場份額趨向穩(wěn)定，近年來下游需求推動國內純晶圓代工產(chǎn)能穩(wěn)步上升，但受限于尖端代工技術差距，同時中芯國際被美國列入實體名單，國內尖端晶圓代工差距中短期內增長有限。

2002-2021年中國純晶圓代工市場份額占比走勢圖

資料來源：IC Insights，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

就規(guī)模而言，目前國內整體純晶圓代工規(guī)模表現(xiàn)為穩(wěn)步增長趨勢，2021年國內新能源汽車銷量爆發(fā)疊加智能手機需求回暖，國內晶圓需求爆發(fā)式增長，產(chǎn)能持續(xù)偏緊，價格高漲下銷售額增長40.9%，以國內純晶圓加工占比8成計算，規(guī)模約在75億美元左右。就趨勢而言，受限于先進制程技術先進，尖端產(chǎn)品整體價格和利潤更高，但隨著傳感器、電源管理芯片等成熟制程整體需求在短期仍將保持高位，國產(chǎn)企業(yè)仍存在較大擴張空間，長期來看，中美關系持續(xù)偏緊背景下，突破技術封鎖同時提升全球晶圓代工競爭力仍是國內產(chǎn)業(yè)升級關鍵因素。

2016-2021年中國純晶圓代工銷售額及增長率

資料來源：IC Insights，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

2、技術及制程差距

技術持續(xù)發(fā)展背景下，晶圓制程持續(xù)發(fā)展，截止2022年7月底三星已宣布量產(chǎn)3nm工藝，國內晶圓產(chǎn)業(yè)起步較晚，受限于設備及材料等相關因素影響疊加技術封鎖，我國晶圓代工目前仍僅可量產(chǎn)14nm制程晶圓，相較國際先進水平相差較大。

2015-2022年全球主要晶圓代工企業(yè)制程量產(chǎn)進度

資料來源：公開資料整理

五、晶圓代工競爭現(xiàn)狀

1、市場集中度及營收

臺積電作為全球最大晶圓代工廠，占據(jù)全球8成以上先進制程市場份額，特色工藝由于同等節(jié)點開發(fā)時間較早，技術領先疊加工藝庫全，配合開發(fā)周期短，工藝穩(wěn)定性相對更高，2021年占據(jù)全球50%以上市場份額，三星雖然同樣具備生產(chǎn)尖端制程的能力，且整體芯片產(chǎn)量超過臺積電，但受限于技術成熟度和良率等整體先進制程產(chǎn)量較少，占據(jù)全球第二市場份額。國內龍頭中芯國際技術水平僅達到14nm制程，技術仍有較大追趕空間。

就利潤對比而言，臺積電利潤遠高于其他競爭對手，2021年毛利率51.6%，凈利率37.4%；相比之下，聯(lián)電毛利率33.8%，凈利率26.5%，中芯國際毛利率30.79%，凈利率32.61%。

2021年全球前十大晶圓代工廠市場份額占比

資料來源：IC Insights，企業(yè)公報，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

2021年全球前十大晶圓代工廠營收分布

資料來源：公開資料整理

2、尖端進程格局或變動

在尖端制程領域，技術持續(xù)迭代后，逐步形成臺積電(Foundory模式)和三星（IDM模式）壟斷技術情況，根據(jù)2021年臺積電數(shù)據(jù)顯示，其5nm制程占比整體19%市場份額，5nm制程工藝已經(jīng)逐步從N5過渡到N4，而三星作為IDM模式的晶圓龍頭產(chǎn)品一直受到詬病，產(chǎn)品良品率等較臺積電有所差距，2022年英特爾（IDM模式）多年來首次計劃200億美元建造兩座先進制程，或將從“兩家競爭”轉變?yōu)槿愣αⅲ瑥氖袌龇蓊~第三第四來看，2018年，格芯停止與臺積電、三星在先進制程芯片的競爭，專注相對不那么先進的制程芯片，同年聯(lián)電也宣布不再投資12nm以下先進制程。國內而言，中美貿易持續(xù)緊張下國產(chǎn)企業(yè)中芯國際雖有競爭先進制程的需求，但受限于美國實體名單，無法獲取EUV光刻機，先進制程無法突破，雖然目前憑借成熟制程需求持續(xù)擴張占比全球第五，但先進制程仍是中國芯片崛起的關鍵。

2020-2021年臺積電晶圓產(chǎn)品線寬結構占比

資料來源：公開資料整理

六、國產(chǎn)化進程

1、經(jīng)營現(xiàn)狀：持續(xù)擴張

就中國晶圓代工主要經(jīng)營現(xiàn)狀而言，中芯國際作為國內龍頭企業(yè)營收受半導體整體景氣度影響較大，2019年營收出現(xiàn)小幅度下降。2021年以來，半導體下游整體高景氣度帶動中芯國際和華虹營收和凈利潤出現(xiàn)雙增長，凈利潤分別達112.03億元和15.47億元，其中中芯國際毛利率30.79%，凈利率32.61%。

2017-2021年中芯國際和華虹營收及利潤率

注：中美匯率以1美元=6.7元計算

資料來源：企業(yè)公報，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

2、產(chǎn)品結構：與國際水平差距較大

目前中國大陸上集成電路晶圓代工企業(yè)中，中芯國際和華虹半導體產(chǎn)品最為目前中芯國際技術產(chǎn)品包括0.35微米到14納米不同技術節(jié)點的晶圓代工產(chǎn)品，實際生產(chǎn)應用上受限于良品等多因素，14nm和28nm制程占比15.1%左右，同時雖然中芯國際具備14nm量產(chǎn)水平，但高端材料及設備嚴重依賴進口，如光刻機等嚴重依賴阿斯麥DUV,完全國產(chǎn)化任重道遠；華虹半導體整體發(fā)展較晚，目前產(chǎn)品中最先進制程55/65nm占比9.7%，差距較大。

2021年中芯國際和華虹晶圓制程結構占比

資料來源：企業(yè)公報，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

就研發(fā)投入情況而言，雖然2021年整體營收和利潤水平持續(xù)向好，但令人不得不擔心是其研發(fā)投入占比在2020-2021年持續(xù)下降的現(xiàn)狀，數(shù)據(jù)顯示，2020-2021年中芯國際研發(fā)投入出現(xiàn)兩連降，分別為46.72億元和41.21億元，占比總營收分別下降至17%和11.6%，同時中芯國際研發(fā)人員的數(shù)量近年來也呈持續(xù)下滑態(tài)勢，過去三年占全體員工的比重分別為16.0％、13.5％和9.9％。2022年一季度來看，上海疫情背景下，中心國際研發(fā)投入占比再次向下降，僅為8.9%。

2017-2021年中芯國際研發(fā)投入及營收占比

資料來源：企業(yè)公報，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

審核編輯 ：李倩