1.1、全球半导体市场的规模、供给与下游需求分布
Gartner和IDC全球半导体市场预测数据显示，2020年，全球半导体产品营收达到约3万亿人民 币，受到数据中心、IoT和NAND存储市场的需求驱动，至2025年，整体市场预计将保持约7 %的 年复合增长率。 展望未来，2020–2025年，IoT芯片的年复合增长率有望达到13%，数据中心和NAND存储市场 紧随其后。 按照企业所在地划分，在上述总量约3万亿元的半导体市场中，美国的芯片销售占据了近一半的市 场份额，尤其以逻辑芯片为主，而韩国是存储芯片的主要供给地区。 2020年全年，美国的芯片销售额达到了1.48万亿元，逻辑芯片占比超过60%，此后是韩国（5,600 亿元），日本（2,900亿元），欧洲（2,500亿元），中国台湾地区（1,900亿元）和中国大陆（1,500 亿元）。
细分市场方面。按照主要应用划分，数据处理（约1.1万亿元）、通讯（约1万亿元）是半导体产品 的中坚营收力量。而不同应用领域中手机的营收表现突出，占比高达约25%，剩余市场较均匀地分 布在工业电子设备、消费电子、汽车等多个下游应用领域。而对手机、汽车及各类消费电 子产品，中国都是世界最大的制造基地和终端需求市场之一，这就为半导体芯片在中国的发展奠定 了坚实的需求基础。
1.2、半导体价值链的主要环节
近年来，伴随网络化、信息化、智能化飞速发展，半导体的应用领域不断拓展，在全球经济及社会 发展中的重要性与日俱增。与此同时，越来越多的国家纷纷加码半导体，各个国家在半导体价值链 中拥有不同的竞争优势。 半导体产品涉及的技术十分精细复杂。价值链主要包括设计、制造、封装环节；上游设备、材料、 设计软件等也不可或缺。 作为科技含量最为密集的行业之一，首先，研发是半导体价值链上的一大重要环节。参与研发的玩 家大多为学术机构、政府机构和头部企业，比如法国的CEA-Leti公司、中国台湾工业技术研究院 （ITRI）等。实践中，研发水平对于行业技术的发展起到了至关重要的作用。目前，各国的研发 人员致力于提高半导体产品的算力、存储密度、速度并降低成本和功耗。考虑到研发水平难以量 化，因此在下文中不详细展开。
半导体制造的上游支撑产业
最上游的企业负责生产半导体设计制造所需的设备、原材料和EDA软件。这些设备、原材料、EDA软件被 广泛应用于制造集成电路（IC）、光电子器件、分立器件、传感器等领域，是半导体产品设计制造的前 道工序，也是整个价值链中不可或缺的组成部分。 具体看，半导体的生产设备备货周期长，大多为单一供应源，并且在全球范围内涌现出了一批代表性企 业，比如，专注于光刻机领域的荷兰公司阿斯麦尔（ASML）、提供晶圆缺陷监测系统的美国KLATencor公司。为了打造洁净的厂房并放置生产设备，这些公司通常需要投入大量的时间和金钱，属于重 资产公司。
除设备以外，在制造半导体的过程中，还离不开前端及后端原材料，前端材料包括硅片、金属以及各类化 学品和气体，后端则包括封装材料或基材。类似生产设备，半导体原材料大多为单一供应源。以硅晶圆为 例，由于半导体级硅晶圆对于纯度的要求极高（99.999999999%），因此，行业壁垒高，当前，领先企 业包括德国硅晶圆制造商世创（Siltronic）和日本信越半导体（Shin-Etsu）等。
此外，在半导体制造的上游产业中，由数十亿个组件构成的EDA（电子设计自动化）是实现半导体元器 件和集成电路设计流程自动化的必备软件工具，是半导体市场的先驱和风向标。在该领域，国内企业与三 大国际巨头新思科技（Synopsys）, 明导国际（Mentor Graphics）, 楷登电子（Cadence）仍存在一 定差距，需要长时间与晶圆代工联动的设计数据库积累，和相关人才投入，逐步提升产品竞争力。 值得一提的是，随着集成电路技术升级，半导体行业的分工趋于细化，半导体IP核，即可以授权给第三 方的知识产权核迎来新一轮增长。
半导体设计和代工
经过多年的发展，半导体生态逐步完善，主要包括设计、代工、封装和测试环节。 设计环节。主要有IC设计（集成电路设计）和IDM（垂直整合制造）两类企业，前者只参与芯片和集成电 路的架构和设计，后者则兼顾了设计与制造步骤。代表企业有英伟达、恩智浦半导体、英特尔、三星等。 代工环节。一直以来，逻辑芯片的制造受到摩尔定律的驱动，遵循集成电路上可以容纳的晶体管数目大约 每两年会增加一倍的规律演进，而在摩尔定律的推动下，半导体制造走向“更大硅片”和“更小制程”以 降低制造成本和功耗。按照尺寸和制程划分，当前主流为8英寸/12英寸硅片；以及65纳米/28纳米/7纳米 等不同制程。代表企业有台积电、联华电子等。
封装和测试环节。封测指的是通过引线键合、倒装等技术，使芯片与外部电路连接，是半导体价值链中必 不可少的下游环节，具有劳动密集型的特征，通常由外包半导体封装测试行业（OSAT）完成。值得注意 的是，贝恩观察到，封测厂商常常需要提供定制化服务，与设计厂商进行联合开发，以此保证紧跟芯片产 品的需求，所以，该环节的创新活动日益活跃。代表企业有日月光集团、安靠科技等。
1.3、半导体价值链：各大环节的分布情况及主要玩家
1.3.1、前端设备
晶圆制造通常包含沉积、光刻、刻蚀、离子注入 4大核心步骤组成。首先，使用沉积设备（如 CVD、PVD、ALD）在基材表面沉积多层薄膜；其次，在晶圆表面均匀涂上光刻胶，使射强激光通过含有电路设计的光掩膜，将其设计图形刻制到晶圆表面；第三，刻蚀形成3D图形；最后，将离子材料、掺杂剂 注入晶圆，通过带电的离子控制电流，并实现晶体管的功能。 Gartner全球市场份额数据、半导体晶圆厂设备公司招股说明书、分析师报告综合显示，2020年，全球 半导体前端设备的市场规模已达到4,200亿元，基于上述制造步骤，刻蚀、光刻、沉积设备占据了约75% 的营收份额，并且保持平稳增长。中国厂商在主要前端设备市场处于起步阶段，从沉积、刻蚀设备开始获 取份额。
1.3.2、原材料
在半导体的上游产业中，不同的材料被应用于不同的生产步骤，缺一不可：硅片是半导体器件的主要载 体，气体被广泛运用于掺杂、外延、离子、刻蚀、化学气相沉积等生产步骤，光掩膜可以把集成电路的图 形转印到硅晶圆上，光刻胶可以将光掩膜版图案转移到光刻胶再转移到晶圆片。 贝恩结合案头研究、公司报告和券商研报发现：纵观半导体材料市场，市场较为稳定，2020年，全球前 端材料市场规模约2,100亿元，2018–2020年复合增长率为5%。硅片、气体、光刻胶、光掩膜版是主要 的上游材料，占据了约80%的营收份额。
1.3.3、EDA/IP
EDA和IP贯穿芯片制造的全流程，是芯片设计的重要工具，可以缩短芯片的开发时间，并提高芯片性 能。ESD Alliance研究报告以及各个公司年报和券商研报表明，2020年，全球EDA和IP的市场规模达到 了745亿元，且增长稳健。
EDA（电子设计自动化）：是一套协助半导体器件的定义、规划、设计、实施、验证和后续制造的工 具，包括仿真、设计、验证。 IP：是可重复使用的具有独立功能模块的预设计电路，包括IP软核、IP固核、IP硬核，可减少设计工 作量，缩短周期并提高成功率。
1.3.4、设计环节
立足集成电路的不同功能，可以分为模拟芯片、存储芯片、逻辑芯片。 2020年，逻辑芯片贡献了约一半的销售额，大约1.6万亿元，但是不同细分领域有各自的领先玩家。比 如，在GPU领域，头部企业英伟达占据了约八成的销售额；在MPU领域，英特尔拥有较强的优势；在应 用/媒体处理器领域，苹果和联发科表现亮眼。 有别于逻辑芯片，存储芯片市场高度集中，2020年的营收额约8,000亿元。无论在内存（DRAM）还是 闪存（NAND）领域，三星都是主力军，SK海力士、美光紧随其后，铠侠和西部数据则更加专注于 NAND领域。 模拟芯片的厂商众多，在三大芯片中，格局最分散：德州仪器、亚德诺占据了模拟领域的半壁江山；分立 器件、光电子领域中，各大厂商不分伯仲；传感器领域同样如此，除博世以外，其他厂商竞争激烈。
1.3.5、代工环节
总体上，全球晶圆制造代工市场由成熟制程（>=14nm）和先进制程（<14nm）组成。其中，成熟制程占 据约70%的市场份额，先进制程芯片制造占据约30%，并且高度集中于台积电和三星。 2020年，全球晶圆制造代工的总营收共计约5,000亿元。值得一提的是，作为老牌制造商，台积电积极 布局各个制程，并且都取得了较高的市场份额，尤其是在14/16–20nm和5nm，台积电约占据了约9成的 份额。
1.3.6、封测环节
贝恩参考各大公司年报、Yole、券商研报并进行案头研究后得到，2018–2020年，全球半导体封测营收 的年复合增长率为3%，封装和测试的增速也均为约3%，是一个稳定的市场。 封装：指的是实现芯片电路与外部器件电气连接，并为芯片提供机械物理保护，包括传统封装和先进 封装。 测试：将封装完毕的芯片进行性能、持久性等方面的测试，包括初始测试（Initial Test，在不同环 境下进行电气特性测试）和最后测试（Final test）。
在洞察全球半导体的概况后，我们将聚焦中国在半导体的价值链各个环节的参与情况，包括当前面 临的挑战和机会、不同环节的市场地位以及主要玩家。 整体上，中国在半导体的设计和制造链条中起步较晚，积累相对薄弱。值得一提的是，在部分芯片 的设计，以及封测环节，中国代表性企业正在加码追赶，并且取得了一定的成效。 值此承上启下的关键阶段，随着半导体相关的产业支持政策频频出台，和下游的广大市场需求，将 促进中国半导体企业迎来新一轮发展。
进一步分析后，我们发现，中国厂商在通讯芯片、模拟芯片与OSD设计、成熟制程制造与封测环节获得 了较多的营收。 2020年，全球范围内，主要的中国大陆半导体企业2 在封装和测试环节的市场占比约17%，头部企业如长 电科技、通富微。此外，成熟制程制造同样创造了较多的营收，中国厂商在全球市场中的占比约为11%， 代表企业有中芯国际。最后，在通讯芯片和模拟芯片设计方面，中国厂商的全球市场份额都在10%左右， 代表企业有海思、韦尔等。
2.1、前端设备
中国厂商在前端设备市场处于起步阶段，市场份额普遍较低。Gartner和相关公司招股说明书显 示，2020年，全球晶圆设备市场总规模达到了4,200亿元。 其中，中国大陆企业3在沉积、刻蚀设备上与全球领先企业差距较小，开始获取份额，有望在5–10 年内赶超世界领先水平；而光刻、离子注入、测量等仪器则还有较大差距，在较长时间内应用场景 限制在非关键生产步骤，或非先进制程。
薄膜沉积是集成电路制造过程中必不可少的环节，指的是任何在硅片衬底上沉积一层膜的工艺，包 括原子层沉积（ALD）、化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）。2018–2020年，中国 大陆市场的沉积设备的市场规模从1 7亿元左右上升至3 0亿元左右，年均复合增长率达到了32%， 增速远超全球市场。 刻蚀工艺是半导体制造工艺中的关键步骤，对于器件的电学性能非常重要，包括湿法刻蚀、干法刻 蚀和化学机械平坦化（CMP）。2018–2020年，中国大陆市场的刻蚀设备国产化成就斐然，从18 亿元左右升至约35亿元，年均复合增长率高达40%，涌现出中微半导体、北方华创等代表企业。
2.2、原材料
2018年以来，中国半导体材料企业持续扩充自身产能，相关产品也在加速推进：中国大陆企业4在 硅片、气体材料中逐步获取市场份额。 硅片是半导体制造的核心原材料，2018–2020年，中国大陆的硅片市场规模从约3 0亿元稳步上升 至42亿元左右，年均复合增长率为16%，硅片赛道的领先企业有中环领先、江丰电子等。 从芯片生产到器件封装，几乎每一个步骤都离不开气体材料，因此，在所有原材料中，气体材料的 市场需求仅次于硅片。在国内半导体市场蓬勃发展的背景下，2018–2020年，中国大陆气体材料 的年均复合增长率达到了20%，增速约是全球市场的3倍，后者为7 %。
2.3、EDA/IP
由于中国起步较晚，所以，EDA/IP方面的技术能力和人才短缺，市场占有有限。贝恩结合ESD联 盟研究报告、公司招股说明书和分析师报告，通过案头研究后发现2020年，中国大陆5EDA/IP在 全球市场中的占比仅为2 %。类似的情况也出现在逻辑芯片和射频EDA工具等子行业，预计需要 10–20年实现追赶。这背后需要长时间与晶圆制造（Foundry）厂联动的设计数据库积累，和相 关人才投入，才能逐步提升产品竞争力。
2.4、设计环节
I C设计和IDM方面，Gartner半导体市场份额分布情况指出，中国在通讯芯片和模拟芯片设计中 已获取一定的市场份额，然而，其他细分领域，诸如存储芯片、其他逻辑等市场占有非常有限。 其中，云计算厂商（阿里，腾讯，Baidu等）对于计算和存储芯片有着巨量的需求，从定制化性能、 成本控制等目的出发，云计算厂商积极参与到芯片设计是大势所趋，已成为一股不可忽视的力量。
2.5、代工环节
McClean报告表明，当前，中国厂商在成熟制程代工市场已经建立了一定的市场份额。 2019年，中芯国际实现14纳米FinFET量产。中国厂商除了扩大成熟制程产能，如中芯国际在内的 部分厂商仍致力于在先进制程领域实现突破。展望未来，中国厂商依然需要巩固成熟制程的市场份 额并稳定主要收入来源。
2.6、封测环节
2018年以来，中国厂商在封测环节增长迅速，在全球范围内呈现出一定的竞争优势。基于Gartner 报告中的全球规模数据，2020年，中国大陆企业在全球封测市场中的总份额达到了17%，其中，封 装环节占比为19%，测试环节为9%。未来，国内封测企业的持续发展的同时，需要紧跟全球行业发 展的趋势，例如与上游晶圆代工厂在先进封装上的紧密合作。
在芯片设计环节，中国企业正加速步入快车道。纵观主要的芯片类别，中国厂商在存储芯片、模拟 芯片已建立起了一定的竞争力；CPU/GPU/ASIC处于快速起步阶段，面临一些供应链及生态风险 。 存储芯片：从内部结构看，包括NAND（闪存芯片）和DRAM（内存），前者用于SSD固态硬盘 和手机，后者用于P C，这两种芯片的主要厂商均已实现量产。技术能力方面，NAND在追赶全球 领先水平，DRAM与全球领先水平尚有差距，正在迅速追赶中。性能方面，NAND性能与全球接 近，DRAM仍有一定的差距。由于存储芯片对于制程的要求较低，因此，供应链风险相对较小，对 国际生态体系的依赖较少，如长江存储迭代优化自研技术体系X-tacking。今后，随着中国主要厂 商的产能逐步放量，预计存储芯片的市场地位还会上升，满足国内存储需求。
除了主流的NAND的DRAM，利基市场的NOR Flash由于设计和制程门槛较低（专利已放开，主 流制程65nm）也吸引了众多国内公司进行探索。 模拟芯片：广泛应用于消费电子、汽车及工业电子。技术能力方面，众多厂商已实现商用，大多数 厂商聚焦于生产细分品类产品，所以中国市场提供的产品种类较少，但是，已经进入量产的细分产 品的性能接近全球水平。模拟芯片主要使用28nm以上的制程。今后，在价格低、服务灵活的优势 下，国产模拟芯片若持续开展功能性创新，预计将满足国内庞大的市场需求。
CPU（中央处理器）。CPU是电子计算机的主要配件之一，常用于服务器和P C。Gartner 2020 全球半导体终端市场份额显示，2020年，全球CPU市场规模约5千亿元，中国芯片设计公司营收总 占比为7 %。
技术能力方面，多家中国厂商已经推出了服务器、桌面CPU等产品，并应用于政务、高性能计算、 工控等商用场景。但整体国内厂商在稳定性，兼容性方面仍在追赶中。CPU生态依赖X86和ARM 架构，且对于先进制成的追求较高，因此，中国厂商面临很大的供应链挑战（包括上游EDA/IP设 计工具，下游代工厂的先进制成服务，以及终端软件的适配）。今后，随着国产CPU厂商的产品生 态趋于完善，中国厂商有望逐步小幅度提升市场占有率。 在颠覆性的计算芯片架构出现之前，ARM将凭借比RISC-V和MIPS, Alpha更完善的生态系统， 和相较于X86更开放的授权体系，以及国内大量的人才储备，成为中国CPU玩家的首选架构。
GPU（显示芯片）。包括图显GPU和计算GPU。技术能力方面，少数厂商实现量产，仅有一款产 品达到最先进的7nm制程，并且仍处于初步商用阶段。GPU先进制程供应链面临一定的挑战，自 建生态尚未大规模建立，依赖英伟达CUDA软件生态。贝恩观察到，新成立的数家GPU公司拥有强 大的技术团队，有助于加速国内GPU发展。 AI/ML ASIC。主要运用于服务器，分为AI训练和AI推理。2020年，中国AI训练芯片市场规模约 46亿元，AI推理约25亿元。技术能力方面，多家中国厂商完成量产，实现商用，其中，最先进的产 品达到了7nm，少数玩家在A I训练、推理芯片领域的性能接近了全球领先水平。和GPU的情况类 似，
AI/ML ASIC依赖先进制程，但是，生态体系以自建为主，对于外部的依赖较少。在强大的资 金、技术能力的支持下，大型云计算服务商（CSP）正积极参与ASIC产品研发和应用，贝恩建议， 云计算服务商需要明确自身定制化要求，从而提升在自研芯片领域的投资效率。 从下游应用领域来看，在中国，消费电子与汽车电子是大部分芯片厂商的发力方向，展望未来，贝恩预 测，2020–2025年，两大市场将保持约15–20%的高速增长态势。
4.1、目前投融资情况
2018–2021年，中国AI/ML ASIC公司公开融资总金额约340亿元，集中于发展推理芯片。大多数公司仍处于 融资较早期，比如，推理芯片领域的地平线和训练芯片领域的燧原科技都获得了C轮融资。 2018–2021年，中国SoC公司总计获得了约500亿元融资，根据Gartner 2021年第四季度半导体预测和 Yole Development数据，由于前沿逻辑芯片是利润最高的细分市场，所以，物联网和汽车SoC吸 引了主要投资：物联网领域公司融资金额达到了190亿元左右，且较多公司仍处于早期融资，汽 车SoC领域以160亿元位列第二。此外，手机/平板领域和安防领域分别位居其后。
4.2、投资总结、趋势
当前，中国半导体投资市场逐步转向中后期项目，设计仍是主要投资环节，包括计算芯片、汽车半导体等 。新冠疫情发生以来，在国家政策加码和国产化提速的双重因素下，半导体融资数量大幅上涨，从2018年的 263起到2021年的498起。在这个过程中，B轮及以后的融资比重增加，投资市场随半导体企业的成长一同 成熟。 在总投资规模中，投向设计的比例约70%，位列所有细分赛道首位。在建立本土半导体产业链的政策影响 下，上游材料与设备吸引了新的投资热点，从2019年的13%快速提升至2020年的19%。 在设计环节中，得益于下游广阔的应用增长和国产替代，以及电动车的放量和智能化、网联化趋势，计算 芯片（主要包括GPU、ASIC）及汽车半导体成为投资热点。
4.3、中国协处理器玩家融资情况
4.3.1、AI推理
地平线于2015年成立，迄今已累计完成13轮融资，在政府资助以外，地平线还获得了超过35家投资机构的 资金，包括私募股权机构（中信产业投资基金、高瓴资本等）、投资基金（今日资本、中金资本等）、科 技公司（京东方）、车企（比亚迪、长城汽车等）。
4.3.2、AI训练
燧原科技于2018年成立，先后获得腾讯、上海双创、海松资本等投资方的融资。2021年，公司宣布荣获18 亿元的C轮融资，由中信产业基金、中金资本旗下基金、春华资本领投。 4.3.3 图像处理 (GPU) 天数智芯于2015年成立。2021年，公司获得由私募基金（大钲资本和沄柏资本）领投的C轮融资约12亿元 用于AI推理芯片研发。 摩尔线程于2020年成立，去年11月公司完成20亿元A轮融资，由上海国盛资本、五源资本、中银国际旗下 渤海中盛基金联合领投，建银国际、前海母基金、招商证券和湖北高质量发展产业基金等九家知名机构联 合参投。
4.4、启示
4.4.1、面向投资者的启示
在相关政策支持、广泛下游应用的培育下，中国半导体公司有望循序渐进、逐步突破整个价值链，因此， 中长期来看，投资机会广阔。 设计环节仍是热门赛道，就中短期而言，尤其是AI/ML ASIC壁垒相对较低，或将涌现出大量玩家，可能实 现技术弯道超车。此外，尽管GPU/CPU的开发门槛高于ASIC，但是由于市场应用广阔，GPU/CPU同样有 机会在中长期带来高回报。 国内计算芯片设计玩家的快速发展，也给晶圆制造（Foundry）厂带来了巨大的代工业务机会，并有可能 催生相对大而稳定的投资机会。
同时，在摩尔定律发展放缓的大环境下，通过先进封装技术提高系统性能的优势越发显著，导致下游封装 环节与上游设计及晶圆代工的联动愈加紧密，而提前布局2.5D/3D先进封装赛道的中国封装厂商与其上游联 动方因此也值得关注。 上游设备和材料方面，伴随研发投入加大，预计有机会从各个细分领域突围，比肩世界领先水平。
4.4.2、面向经营者的启示
半导体市场主体 首先，积极开展适配与协作，共同推动国产化生态圈，并打造更有韧性的本土供应体系。其次，基于第一 点，借助本土优势，及时响应下游客户的需求，锻造与国际厂商差异化的服务能力。最后，关注潜在的收 购机会，垂直整合强化现有业务，或通过横向收购，补足短板，扩大版图。 产业新势力 聚焦、主动参与和自身主营业务有着强协同效应的半导体细分领域，比如，IoT厂商可以进入物联网相关 AI芯片设计领域，既强化了主营业务的壁垒，又通过发展半导体作为第二曲线，成长为产业新势力。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
