2024年中国半导体产业市场与投资机遇
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2024-09-20
半导体是利用半导体材料的负电阻温度效应、光生伏特效应、光电效应、整流效应、霍尔效应等制成的各种功能产品，其技术发展对半导体产业乃至整个电子信息产业产生重大而深远的影响，代表着现代工业的前沿领域。
半导体产业包含半导体材料，以及基于半导体材料所制成的集成电路、分立器、光电子器件、传感器和支撑上述产品的软件工具、专业设备等。由于半导体产品被广泛应用于计算机、信息通信、家用产品、工业、汽车等领域，被称为现代工业的“粮食”，高端制造业的“皇冠明珠”，产业发展空间巨大。
图1：半导体价值分类
一、行业概述
（一）产业定义
狭义半导体是指常温下电学性能介于导体与绝缘体之间的物质。广义半导体是指由半导体材料派生出的产业概念，属于电子信息产业范畴。半导体产业包含半导体材料，以及基于半导体材料所制成的集成电路、分立器、光电子器件、传感器和支撑上述产品的软件、设备等。本研究主要探讨广义半导体相关内容。
（二）产品类型
国际通常按产品用途将半导体分为集成电路、分立器件、光电子器件和传感器四大类。其中：集成电路也称微电子、芯片，指将半导体及相关材料按照微电子学方法制造的电子元器件，通过某种工艺集成在一起的具有特定功能的电路。分立器指独立的电子元件，通常由一个或多个电子器件组成。这些器件可以单独使用，也可以与其他器件组合使用，以完成特定的电路功能。光电子器件是指利用半导体光电子转换效应制成的各种功能器件。传感器是指利用半导体材料的各种物理、化学和生物学特性制成的传感器。
图2 半导体产品类型（按用途分类）
（三）产业链概览
（1）产业链结构
半导体行业因技术更新速度快、生产工艺复杂、产品种类繁多且下游应用广泛等特点，拥有庞大的产业链结构。产业上游是硅、碳化硅、氮化镓等元素半导体和化合物半导体原材料。中游是半导体产品制造和基础支撑两大类，其中产品制造涵盖设计、制造和封装测试环节，基础支撑包含知识产权核（IP）、电子设计自动化工具（EDA）、技术服务、制造和封装材料及设备。下游是半导体应用，如计算机、信息通信、家用电器、工业、汽车等。
图3 半导体产业链结构
（2）产业组织模式
半导体产业组织模式是先有整合制造，后有垂直分工。整合制造（IDM）指企业包揽半导体设计、晶圆制造、封装测试、产品销售各个环节。该模式优点是有效掌控产品研发、产能分配和销售渠道，缩短开发周期，具备规模经济效应。缺点是投资大、沉没成本高。代表厂商有英特尔（Intel）、三星（Samsung）、士兰微等。
垂直分工源于产业链分工，典型商业模式有无晶圆制造的设计和销售（Fabless），代表厂商有高通（Qualcomm）、联发科等；晶圆代工（Foundry），代表厂商有台积电、中芯国际等；封装测试（OSAT），代表厂商有长电科技、华天科技等。垂直分工的优点是专业化运营，分散投资风险。缺点是价值链结构化不平衡，部分环节议价能力弱，存在供应链失控的风险。
近年，受国际贸易摩擦等影响，供应链安全问题突显，部分Fabless厂商开始转向Fab-Lite，该模式是介于Fabless和IDM之间，即厂商除了擅长半导体设计外，还拥有一定的制造能力。
图4 半导体产业组织模式
(3)产业迁移历程
全球半导体产业迁移大致经历了四个阶段。欧美日韩等发达国家和地区保留了芯片设计、设备、关键材料等技术密集型环节，而将原材料、芯片制造和封测等资金和劳动密集性环节陆续转移至发展中国家和地区。
图5 产业迁移历程
二、全球半导体产业综述
（一）市场规模
全球半导体产业市场规模持续走高。国际组织统计的全球半导体销售额产品范围是集成电路、分立器件、光电器件、传感器，不包含芯片设计的IP、EDA及半导体材料、设备等。数据显示，全球半导体销售额从200年的1390亿美元增加到2022年的5740亿美元，2023年销售额下滑8.2%，总计5268亿美元。
受国际宏观经济低迷、行业周期性调整等影响，全球半导体产业面临阶段性调整。研究认为，半导体产业与全球经济同频共振，行业呈现3-4年为一个阶段的周期现象。世界半导体贸易组织（WSTS）预计，2024年全球半导体销售额将增加16%，金额达6110亿美元。
图6 全球半导体销售额情况
（二）产品类型
集成电路是半导体主要产品类型。2022年全球半导体销售额中集成电路达4744亿美元，占比82.6%，2023年市场闺蜜下降13%，销售额为4744亿美元；光电子器件2023约459.19亿美元，较2022年上涨4.6%，占比7.6%；分立器件359.04亿美元，较2023年增长5.6%，占比5.9%；传感器204.73亿美元，占比3.8%，较2022年下降6.3%。国际机构预测（2024年春季），2024年集成电路市场规模将13.1%，传感器上涨3.66%，分立器件将持续上涨，光电器件将增长1.74%。
图7 2024年全球半导体产品类型市场情况（预测）
（三）市场格局
全球半导体设计、制造、封测环节大致呈现6:3:1的价值格局。在深度国际化分工协作的发展格局中，欧美日韩等发达国家牢牢掌控着半导体设计等高价值环节，同时将对劳动力、土地、能源等生产要素消耗大，附加值低的制造和封装测试环节转移至中国、东南亚等地区。
图8 全球半导体产业价值链格局
美国占据价值链绝对优势，频繁制造“卡脖子事件”。全球半导体价值链体系中美国市占率达38%，中国约18%（中国大陆9%、中国台湾9%），韩国约16%，日本约14%，欧洲约10%。其中，设计环节，美国在EDA、IP核领域市占率超过74%，欧美合计达到94%，其通过“协议授权”（License fee）、“版权使用费”（Royalty fee）等技术服务输出收割全球厂商和消费者。制造、封测环节，亚太地区充分利用土地、劳动力等生产要素优势，市占率超过70%。其中，中国大陆、中国台湾、韩国、日本在晶圆制造方面市占率均在16%-20%之间；中国大陆、中国台湾在封测环节市占率分别达到38%、27%。材料环节，日本的制造和封测材料市占率超过50%。中国在硅料等原材料、封测材料方面占据一定优势。设备环节，美国市占率超过41%，美日欧合计占比达到91%。
三、中国半导体产业发展分析
（一）集成电路
中国集成电路供给市场保持快速增长态势。2023年全国销售额达到1.23万亿元，同比增长2.3%，约占全球份额的37.6%，是亚太地区最大的单一国家产品和服务供给市场。从价值链环节来看，设计业销售额5457.7亿元，同比增长6.1%；制造业销售额3874亿元，同比增长0.5%；封装测试业销售额2932.2亿元，同比增长8.4%，逐渐靠近全球的6:3:1价值链格局。
图9 中国集成电路销售额情况
（二）光电子器件
中国光电子器件产业经历了较为明显供应过热和平稳发展阶段。其中，2015-2018年中国光电子器件产量保持高速增长，并在2018年达到阶段性高点。2019年后市场热度逐渐减退，年均产量维持在1.09万亿只，较2018年下降超过12.4%。2023年产量为1.44万亿只，同比增长12.5%。
图10 中国光电子器件产量及增长率情况
（三）分立器件
分立器件是重要的的半导体基础产业，具有应用领域广阔、高成品率、特殊器件不可替代等特性。分立器件广泛应用在通信射频、智能电网、新能源汽车、安防电子、智能家居、可穿戴设备等领域，具有较大的发展前景。2023年中国分立器件销售额约3148亿元，同比增长约3.1%。
图11 中国分立器件销售额情况
（四）传感器
中国传感器市场保持快速增长。2023年全球传感器市场规模达到13971.0亿元，同比增长7.7%。其中，中国传感器产业发展尤为迅速，市场规模达到3644.7亿元，同比增长14.9%，远高于全球增长率，其主要得益于中国在工业自动化、智能家居、智能交通以及智慧城市等领域的广泛应用和技术创新。
图12 中国传感器销售额情况
四、发展趋势与投资机遇
（一）瞄准前沿技术趋势
后摩尔时代集成电路制造技术方向将更加多元，新型器件应用、先进封装工艺等或将成为芯片技术赶超的新路径。摩尔定律（Moore’s Law）并非自然界客观规律，它是Intel公司创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）于1965年提出的“经验之谈”，其核心内容是“每18-24个月相同规格芯片可容纳的电路增加一倍，性能提高一倍，价格将下降一半，同时可靠性会稳步提升”。
研究认为，未来集成电路制造技术有如下几个前沿方向：
（1）深度摩尔（More Moore），延续摩尔定律的整体思路，通过工艺和材料创新，激进地微缩互补金属氧化物半导体（CMOS）器件的特征尺寸，提高集成度。台积电研发负责人黄汉森在2019年中国台湾SEMICON大会上表示，未来台积电搭配碳纳米管技术，制程密度将达到0.1nm。
表1 部分厂商半导体制造工艺制程规划情况
（2）超越摩尔（More Than Moore），突出集成创新来维护摩尔定律的发展趋势，通过晶圆制造集成（如系统级芯片SoC，改变基础晶体管结构的FinFET、GAA技术）、先进封装（如晶圆级封装WLP、系统级封装SiP、3D堆叠）等技术，使系统级芯片支持越来越多的功能。
（3）超越CMOS（Beyond CMOS），突出运用数字计算、模拟计算、神经形态计算、量子计算、边缘计算等新信息处理技术，应用自旋电子、纳米管、纳米线、分子电子等新型器件，以取代面临极限的传统微缩CMOS。
（二）寻找投资周期机遇
资本支出（CapEx）是衡量公司是否进入大扩产及成长的阶段重要指标。全球半导体行业资本支出规模呈现出5-8年的周期性变化趋势，其中，增速上表现为3-5年周期。2022年全球半导体行业资本支出约1817亿美元，同比增长约18.1%。受终端市场疲软因素影响，预计2023年将会资本支出同比下降约14%。研究认为，2019-2025年或将经历一个周期性调整，其中2019-2022年将处于资本规模上行通道，但2021-2023年是投资增速减弱阶段；2023-2024年资本支出或将达到阶段性谷底，2024年起投资增速将逐年递增，并步入上行通道。
从细分领域来看，2023年及未来一段时间，受PC电脑、智能手机衰退影响，存储类芯片公司资本投入削减较大。与此同时，存储芯片厂商砍单，半导体市场持续不景气，芯片制造代工厂商扩张速度放缓，预期投入减少。相比存储芯片和芯片代工，IDM巨头“逆势而上”，尤其是与汽车芯片、工业芯片相关的企业保持着资本投入增长态势。
表2 全球部分半导厂商资本支出情况
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