前言

晶圓代工有著高資本壁壘和技術壁壘，行業十多年沒有新的競爭者出現且越來越多現有玩家放棄先進制程追趕。根據金準產業研究團隊預測，2019年全球晶圓代工市場約627億美元，占全球半導體市場約15%。預計2018~2023年晶圓代工市場復合增速為4.9%。2019年中國大陸晶圓代工市場約2149億元，中國大陸集成電路產業結構將繼續由“小設計-小制造-大封測”向“大設計-中制造-中封測”轉型，產業結構更趨于合理。

一、先進制程比重不斷提升

1.1晶圓代工市場保持增長

根據gartner預測，2019年全球晶圓代工市場約627億美元，占全球半導體市場約15%。預計2018~2023年晶圓代工市場復合增速為4.9%。

晶圓代工市場占半導體市場約15%

開創專業分工模式，晶圓代工廠在半導體產業鏈中越來越重要。臺積電開創了晶圓代工+IC設計的模式。隨著半導體制造規模效應的凸顯，以及技術和資金壁壘的提升，IDM模式下的廠商擴張難度加大，沉沒成本提高。目前垂直分工模式成為了行業的發展趨勢，半導體新進入者大多采用Fabless模式，同時有更多的IDM公司如AMD、NXP、TI等都將走向Fabless或Fablite模式。

晶圓代工創造半導體行業分工模式

在晶圓代工的支持下，IC設計廠迅速崛起。根據ICInsight數據，2009~2019年IC設計行業的收入復合增速為8%，IDM行業的收入復合增速為5%。IC設計的繁榮興起與先進制程的資本、技術密度提升，使得以臺積電為代表的晶圓代工廠（Foundry）在半導體產業鏈中扮演越來越重要的角色。

IC設計廠與IDM的半導體業務收入（十億美元）

2020年晶圓代工市場重返增長，0.016micron、0.032micron為當前收入占比最高的節點。根據Gartner，2019年全球晶圓代工收入627億美元，增速為-0.2%。預計2020年增速回到8%。結構上，收入貢獻最大的為0.016micron（12/14/16nm），達到97億美元；其次為0.032micron（22/28/32nm），達到86億美元。10nm預計26億美元，7nm預計85億美元。臺積電2019年收入為346億美元，占比達55%。

全球晶圓代工行業收入（億美元）

根據Gartner，從產能分布角度而言，2019年全球晶圓代工等效8寸片年產能為7838萬片，其中0.18micro達到1363萬片，其次65nm達到982萬片，45nm達到882萬片，32nm達到80萬片。根據臺積電財報，臺積電2019年等效8寸片產能超過2700萬片，占比約34%。根據拓璞產業研究，2019年，28nm以下制程的營收在前五大廠商（臺積電、三星、格芯、聯電、中芯國際）在的合計營收中占比約44%。

全球晶圓代工行業產能（等價8寸片；千片）

2019年全球晶圓代工行業收入分布

2019年全球晶圓代工行業產能分布

先進制程比重快速提升。根據ASML在2018年底的預測，先進制程的占比會迅速提高，其中部分現有制程的產線通過設備升級成先進制程產線。ASML預測2025年12寸晶圓的先進制程占比會達到2/3。

全球晶圓代工市場以晶圓廠所在地劃分，全球晶圓代工前三大區域分別為中國臺灣、中國大陸、韓國。臺灣占比達到66%左右，并在先進制程導入和新型產業趨勢下引領行業發展。大陸處于追趕角色，比重正在持續提升，從2017年的9.0%提升至2023年的12.9%。韓國三星持續加大投資，因此韓國的份額也保持略有增長。

全球晶圓代工區域占比（2019~2023年為預測數據）

2019年中國大陸晶圓代工市場約2149億元，大陸集成電路向“大設計-中制造-中封測”轉型，大陸的設計、制造將起航。2018年中國大陸集成電路產業繼續保持快速增長，規模達到6531.4億元，同比增長20.7%，預計到2020年突破9000億。中國大陸集成電路產業結構將繼續由“小設計-小制造-大封測”向“大設計-中制造-中封測”轉型，產業鏈逐漸從低端向高端延伸，產業結構更趨于合理。

中國大陸集成電路市場規模（億元）

中國大陸集成電路市場結構（億元）

1.2 12寸硅晶圓保持快速增長

長期維度下電子化趨勢推進，硅含量不斷提升。半導體硅含量代表電子系統中半導體集成電路芯片總價值占電子系統價值的百分比，可用來衡量半導體的滲透率。如果從下游需求分析，硅含量就是下游需求中半導體芯片的滲透率。從長期的維度上來看，電子化是不斷推進的趨勢，而各類電子產品中的半導體含量過去20年來都在不斷上升，簡稱“硅含量”提升。

半導體市場規模

硅片/硅晶圓是制造芯片的核心基礎材料，高純度要求下工序流程復雜、設備參數要求高。Rawwafer在整體成本中的占比并不高（不到10%，芯片制程越先進占比越小），但是，硅晶圓作為芯片制造的基礎核心材料能夠從量上直接觀測行業芯片的產出、先進制程升級的節奏。

硅片/晶圓供給的主要增長來自于12寸（300mm），8寸片以存量產能為主。根據硅片龍頭Sumco在2019Q3的指引，2018~2022年12寸硅片需求數量復合增長率預期為4.1%；12寸硅片供給數量復合增長率預期為3.9%，供給增速低于需求增速。從需求側分拆，硅片幾大需求包括Nand、Dram、Logic和其他。

全球硅片需求預測

全球12寸硅片供需預測（千片/月）

全球12寸硅片需求側拆分（千片/月）

二、先進制程成為晶圓制造的分水嶺

2.1摩爾定律沒有失效，但資本壁壘迅速提升

摩爾定律：當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18~24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。英偉達的黃仁勛認為嚴格意義上的摩爾定律已經失效，IMEC（比利時微電子研究中心）、ASML等機構為半導體產業規劃的藍圖里摩爾定律持續演進。摩爾定律沒有失效，但是制程之外的設計與工藝扮演越來越重要的角色，同時資本密集度的迅速提升使得行業壁壘發生變化。

摩爾定律推進，但制程提升貢獻比例在下降。根據AMD數據，過去十年制程升級帶來更高性能、更低功耗，制程升級為半導體性能提升貢獻40%。根據ASML預測，2018~2028年的未來十年半導體性能提升進一步加速，制程提升的貢獻為30%左右，剩下增長來自于諸如3DStacking、多核架構、內存整合、軟件系統、電源管理等多方面的升級。因此，在未來的芯片性能提升中，架構、系統、軟件將扮演越來越重要的角色。

晶圓制造行業發展趨勢面臨DieSize限制和成本限制。過去十年，CPU及GPU的DieSize呈現上升趨勢，但受制于12寸晶圓產線，DieSize的增長是不可持續的。同時，相同DieSize的晶圓產線，單位面積成本也不斷攀升，5nm的單位面積成本是45nm的5倍。

CPU/GPU芯片DieSize呈現上升趨勢

先進制程的持續升級帶來巨額的成本。根據IBS，3nm芯片的設計費用約5~15億美元，工藝開發費用約40~50億美元，興建一條3nm產線的成本約150~200億美元。3nm芯片僅比5nm芯片提升15%性能、降低25%功耗。根據IMEC論文，7nm以后，每一代升級單個晶圓的工藝成本（ProcessCost）提升幅度達到30%。同樣面積的硅晶圓，即使通過微縮增加了晶體管的數量，生產成本也會相應增加。

2019年單片晶圓價格預估（等價8寸片計價，美元）

設計成本：先進IC設計成本快速增加

投資金額：100K產能對應投資額要求（億美元）

工藝成本：7nm之后單位芯片工藝成本每代增加30%

資金、技術壁壘提升，先進制程的供給端向寡頭壟斷發展，先進制程供不應求。

創新推動先進制程需求。根據臺積電的產品組合，最先進制程主要是為logic和部分RF提供，主流的成熟制程能覆蓋大部分其他應用領域。隨著創新不斷升級，5G、AI、物聯網等需求提升，創新導入時使用的制程工藝從成熟向先進工藝升級。

供給受限于有限的產能。目前先進制程的供給端只有臺積電、三星、英特爾。英特爾為IDM，自家消費級10nm產品產能不足、市場缺貨。受益于5G、智能手機、HPC、AIoT等需求，7nm及以下先進制程需求旺盛。臺積電為先進制程的核心晶圓代工廠，目前10nm工藝客戶已經超過10家，7nmEUV客戶至少5家（蘋果、海思、高通、三星、AMD），6nm客戶除了7nmEUV的5家還多了博通、聯發科。臺積電7nm產品持續滿產，多個客戶爭搶產能，由臺積電進行產能配置。

2.2晶圓制造行業技術復雜度不斷提升

摩爾定律引領半導體產業，實現產業持續升級需要貫穿整條產業鏈，包括上游（設備如光刻機廠商ASML）、晶圓制造（臺積電、英特爾、三星）以及下游（IC設計如蘋果、AMD、海思、高通、聯發科等）等環節的廠商協同。

光刻機從DUV到浸入式DUV，再升級成EUV，成為推進摩爾定律的重要環節。根據ASML預測，晶圓代工領域節點會持續升級；內存DRAM領域也將使用EUV；閃存Nand等向3D堆疊發展，不需要用EUV升級。其他設備龍頭廠商如AMAT、LamResearch、KLATencor等也紛紛布局先進制程節點相關設備。

ASML預測半導體制程升級規劃

先進制程設備端布局

晶體管結構創新，形態更加復雜。2011年，英特爾在22nm時引入FinFET，減少橫向尺寸，增加單位面積設備密度，同時增加鰭的高度。三星計劃于2021~2022引入GAA，應用于其3nm制程。臺積電除了GAA晶體管結構之外，也進行其他方向布局。

晶體管結構變化

下一代晶體管結構

先進封裝技術是高性能芯片的重要基礎之一。硅通孔（TSV）的三維封裝技術在超越摩爾定律中扮演重要角色。先進封裝技術提升了互聯密度和信號傳輸速率。在已經量產的2.5DIC領域，臺積電主推CoWoS工藝，英特爾主推EMIB工藝，三星主推FOPLP。未來通過難度更高的TSV技術，臺積電將進一步量產SoIC、WoW等3DIC，英特爾推出Foveros技術，三星推出3DSiC。

臺積電先進封裝技術一覽

2.3行業高壁壘、高集中、少進入者

先進制程呈現資金、技術壁壘不斷提高的趨勢，行業格局逐漸出清。從制造環節而言，行業資金、技術壁壘極高，不僅十多年來沒出現新的競爭玩家，而且隨著制程分水嶺的出現，越來越多的參與者從先進制程中“出局”。格羅方德在2018年宣布放棄7nm研發，聯電在2018年宣布放棄12nm以下（即7nm及以下）的先進制程投資，因此保持先進制程研發的玩家僅剩行業龍頭臺積電、三星、英特爾等，以及處于技術追趕的中芯國際。

晶圓廠制程升級規劃

高資金壁壘和技術壁壘，行業十多年沒有新的競爭者出現且越來越多現有玩家放棄先進制程追趕。龐大的資金投入使得中小行業玩家望而卻步，復雜越來越高的工藝和技術成為行業固有護城河，并且隨著“摩爾定律”推進，每一個制程節點都舉步維艱，擁有高端制程能力的公司屈指可數。

行業呈現寡頭壟斷，臺積電強者愈強。根據拓璞產業研究，2019年全球十大晶圓代工廠分別為：臺積電、三星、格芯、聯電、中芯國際、TowerJazz、H-Grace、VIS、PSC、DongbuHiTek。臺積電市占率超過50%，在整個晶圓代工行業，臺積電不管是技術領先性還是優質客戶和訂單的選擇，都是保持比較大的優勢。

目前能夠提供7nm及7nm以下先進制程工藝（對應英特爾10nm）的廠商僅有臺積電、英特爾和三星。根據拓璞產業研究，2019年臺積電先進制程市場份額為52%，英特爾約25%，三星約23%。

先進制程產能分布

晶體管密度不斷提升，但不同廠商命名規格有區別。英特爾的10nm工藝晶體管密度介于臺積電7nm和7nmEUV之間。2019年，臺積電7nm制程投資大概100~110K產能，客戶較多。三星7nmLPP（EUV）工藝產能大概10K，三星的晶圓代工業務客戶主要是三星、高通、IBM。根據拓璞產業研究，2020年臺積電5nm產能預計60~70K，同時三星預計也會推出其5nm工藝。

不同制程節點晶體管密度（標準化工藝節點以intel10nm為參考節點）

臺積電積極推動先進制程，引領全行業。根據制程性能提升幅度上看，28nm、16nm、7nm等具有顯著提升幅度的節點，一般具有相對較長的壽命；而提升幅度較少的節點一般為過渡節點。臺積電6nm預計在2020Q1進行風險試產，預計2020年年底量產；5nm進入爬坡提升良率階段，預計2020年3月開始量產。臺積電的5nm邏輯密度將是之前7nm的1.8倍，SRAM密度是7nm的1.35倍，可以帶來15%的性能提升，以及30%的功耗降低。

臺積電歷代制程PPA（power、performance、Arereduction）環比提升幅度

英特爾在10nm制程上稍微落后，隨后7nm預計在2021年量產，并持續進行優化。英特爾制程升級歷史一般是兩年一次，但從2014年的14nm到2019年的10nm，出現明顯的升級放緩。目前，英特爾的10nm工藝已經量產，但存在缺貨問題。英特爾預計2020年推出10nm+，2021年推出7nm及10nm++，2022年推出7nm+，2023年推出7nm++。英特爾的晶圓廠主要用于生產自家CPU。

英特爾2020年capex提升至170億美元，其中一半用于7/5nm和擴大Fab工廠。英特爾的10nm還是采用浸入式DUV設備，7nm才開始導入EUV設備。英特爾的芯片從2018H2開始就供不應求，因此2019年capex為162億美元，產能增長25%。

英特爾未來制程升級規劃

英特爾服務CPU產品路線

三星積極投入晶圓代工領域，加快制程升級。三星在2017年將晶圓代工業務部門從系統LSI中獨立出來，主要為全球客戶制造非存儲芯片。截止2019年底，三星晶圓代工專屬線包括6條12寸線和3條8寸線。提供包括65納米、45納米、32/28納米HKMG、14納米FinFET、10納米FinFET、7納米FinFETEUV工藝，客戶包括蘋果、高通、超微半導體、賽靈思、英偉達、恩智浦（NXP）以及韓國本土公司Telechips等。三星計劃在2020年底試產3nm工藝，并專用GAAMCFET工藝技術。三星計劃在未來十年（至2030年）共投資約1150億美元，用于爭取晶圓代工行業主導權。

三星電子晶圓代工制程發展路徑

2.4半導體需求三駕馬車共振，國產替代迎來機遇

創新趨勢不變：創新是決定電子行業的估值與持續成長的核心邏輯，本輪創新由5G驅動的數據中心、手機、通訊等歷史上第一次共振。

中期供需仍緊張：全球半導體投資關注中期供需的核心變量——需求與資本開支，疫情對短期需求會有一定擾動，但中期三大需求不受本質影響，而全球資本開支截止2019Q3末還沒有全面啟動，并有部分企業由于疫情再次遞延資本開支，中期供需缺口有望繼續放大。供給方面，全球資本開支除龍頭臺積電外尚未全面啟動，我們預計本次疫情中部分企業將再度進行資本開支遞延，中期供需缺口有望進一步放大，中期景氣度有望繼續保持向上趨勢！

國產替代歷史性機遇開啟，2019年正式從主題概念到業績兌現，2020年有望繼續加速。逆勢方顯優質公司本色，這是19年行業下行周期中A股半導體公司迭超預期，優質標的國產替代、結構改善逐步兌現至報表是核心原因。進入2020年，我們預計在國產化加速疊加行業周期景氣上行之下，A股半導體龍頭公司們有望延續高增長表現。

數據中心：數據中心回暖，受益于5G持續發展。在目前服務器均價已經企穩的同時，我們認為在未來隨著5G對其的拉動，內部升級將不間斷，5G網絡帶來的傳輸速度將會較4G有質的提升，服務器將會在應對存儲方面呈幾何倍數增長的需求的同時，還需要保持高帶寬、低時延、高穩定性的要求，對于服務器而言無疑是在性能方面提出了更高的要求。服務器或有望在未來實現更進一步的價值量的提高，達到價量齊升的平臺。

全球服務器行業已經歷經多年，其出貨量從2013年至2018年也經歷了起起伏伏。2018年，全球服務器市場出貨量再次實現了超越10%的增長，主要源自于云計算、大數據、AI等新一代技術對互聯網企業持續拓展基礎架構規模的推動，同時也刺激了傳統企業用戶的采購需求。2019年，企業買家和超大規模公司通過ODM購買的需求比前幾個季度減少，這影響了第一季度的市場增長速度，但用戶對高配置服務器的需求將進一步支持平均售價的增長。

全球服務器年出貨量統計

隨著IoT、AI（尤其智能安防）和智能駕駛時代到來，邊緣計算的快速成長帶來的性能需求將成為中長期半導體的成長驅動！數據中心對服務器的需求成為整體服務器市場出貨成長的關鍵。我們預計近兩年來數據中心服務器的需求將在2020年前完成規劃，將繼續維持每年二至三成的年增率，推動服務器出貨量及市場的增長。

IDC服務器裝機量增長趨勢（千臺）

云計算資本開支金額（百萬USD）

根據IDC以及Gartner對于過往季度的服務器出貨量以及對未來的服務器出貨量的預測進行調整后，我們預計在2019年后服務器行業將受到5G時代的沖擊，實現長期且穩定的出貨量的增長，同時由于服務器產品的不斷升級，我們也預計其單價將在未來逐步增長。金準產業研究團隊預計全球服務器的出貨量將會在2020年達到1220萬臺，而隨著5G的逐步鋪設，在2021年將會繼續保持約10%的增長，且之后預計將以每年7%~8%的增速穩定且持久的增長。

全球服務器自2019年后的出貨量預測（萬臺）

對于中國內服務器需求及出貨量而言，金準產業研究團隊認為中國作為5G建設最快國，服務器方面的建設也將遙遙領先，同時由于中國在該方面進度略慢于海外，故在2021年之前服務器出貨量將維持高于全球增速的平臺之上，之后逐步恢復，與全球的服務器增速趨同。

中國X86服務器出貨量及預測

中國X86服務器市場規模

數據中心的新SSD儲存需求（ZB/年）

數據中心對300mm硅片的需求（千片每月）

根據Gartner以及IDC的數據對服務器進行了簡單的分類：高性能運算服務器以及傳統服務器。根據預測，在接下來數年內服務器市場的增長將主要以可支撐AI計算方面的高性能服務器為主，同時也將帶動CPU/GPU、以及Dram的高增長。

手機：5G放量“前夜”，單機硅含量提升。中國手機市場正值5G放量的“前夜”。IDC公布全球2019年Q3手機出貨量為3.58億部，同比增長1%，智能手機的市場正在逐漸回暖。按照市場份額來看，排名第一的為三星，三季度出貨7820萬，同比增長8.3%。華為排名第二，三季度出貨6660萬，同比增長28.2%。蘋果三季度出貨4660萬，同比下滑0.6%。

全球智能手機出貨量（百萬臺）

全球智能手機按品牌出貨量（百萬臺）

5G芯片備貨量超預期，逐漸向中低端滲透。根據IDC預測，2019年5G手機出貨量為670萬部，份額僅為0.5%。到2023年，5G手機出貨量將達到整體手機出貨量的26%。各家5G芯片供應商紛紛加足馬力備貨，金準產業研究團隊預計2020年全球5G手機出貨量為2-3億部。

臺積電7納米制程產能在2019年第3季開始全線爆滿的盛況，2020年上半年都可能出現產能供不應求的局面。聯發科、高通、三星電子及海思等5G芯片供應商，都不斷要求上、下游協力廠大舉擴充產能，并有效拉高公司內外的庫存水平。我們看到5G芯片的備貨開始向中低端加速滲透。

5G芯片備貨量（百萬顆）

移動數據傳輸量和傳輸速度的不斷提高主要依賴于移動通訊技術的變革，及其配套的射頻前端芯片的性能的不斷提高。在過去的十年間，通信行業經歷了從2G到3G再到4G（FDD-LTE/TD-LTE）兩次重大產業升級。在4G普及的過程中，全網通等功能在高端智能手機中得到廣泛應用，體現了智能手機兼容不同通信制式的能力。

根據QYR Electronics Research Center的統計，從2011年至2018年全球射頻前端市場規模以年復合增長率13.10%的速度增長，2018年達149.10億美元。受到5G網絡商業化建設的影響，自2020年起，全球射頻前端市場將迎來快速增長。2018年至2023年全球射頻前端市場規模預計將以年復合增長率16.00%持續高速增長，預計2023年接近313.10億美元。

全球射頻前端市場規模預測（億美元）

隨著消費者對高質量拍照、錄像的需求日益增加，攝像頭模組的進化是智能手機發展的必經之路。伴隨著雙攝、三攝滲透率的提高，市場將會開啟新的成像變革。根據Statista的預測，2018年三攝滲透率僅為1.6%，而到了2020年三攝的滲透率將達到24.5%。在采用三攝的機型上，安卓陣營在今明兩年或比蘋果更加積極。

全球手機攝像頭模組消費量（億顆）

國內手機攝像頭模組產量（億顆）

旗艦機種的像素不斷升級，由2000萬逐漸升至4000萬。前置攝像頭也逐漸由800萬升級至2400萬，拍照效果提升。此外，國內高端機種的鏡頭也逐漸從5P升級到6P，以便實現超級大廣角，大光圈，光學變焦也不斷升級至三倍，使得夜拍效果逐漸加強。IDC預計2018年后置鏡頭的6P滲透率約為40%。

智能手機創新進一步提升單機硅含量。金準產業研究團隊預計5G智能手機升級將拉動需求，DRAM、camera硅含量翻倍，Nand硅含量增長至8倍。假設高端手機為4億部不變，5G升級促進高端手機所消耗的硅片將從430K/M提升至533K/M。

通訊：5G基站建設進入放量期。5G由于需要提供更快的傳輸速度，所使用的頻率將向高頻率頻道轉移，從而無法避免的會將其信號的衍射能力（即繞過障礙物的能力）降低，而想要將其解決的辦法既是：增建更多基站以增加覆蓋。

基建建設帶來的放量降價是每一輪通信周期的必由之路，行業必然經歷一波洗禮，回顧2G-4G的歷史，具有技術及資本護城河，掌握渠道優勢的公司走的更長，需要深入評估每個賽道的競爭格局和公司治理能力。

金準產業研究團隊預測，5G宏基站的數量在2026年預計將達到475萬個，是2017年底4G基站328萬個的1.45倍左右，配套的小基站數量約為宏基站的2倍，約為950萬個，總共基站數量約為1425萬個。PCB是基站建設中不可缺少的電子材料，如此龐大的基站量，將會產生巨大的PCB增量空間。

宏基站年建設數量預測

結語

金準產業研究團隊認為，華為事件加速國產鏈重塑，幾乎所有科技龍頭，甚至部分海外龍頭也在加快國產鏈公司導入。過去我們見證了通信、家電、工程機械、光伏、高鐵、消費電子等核心戰略領域從無到有，從弱到強的過程，半導體行業已經具備市場、系統、下游、技術突破等成長關鍵要素。可以很樂觀的預計，2020年國內晶圓代工-封測產業鏈將會繼續加速發展。

責任編輯：gt