2023年半导体行业专题分析 AI服务器核心在于高性能芯片

1. 半导体行业估值弹性大,三条主线带来机遇

半导体行业景气度筑底,有望迎来拐点。受整体需求影响,全球半导体行业的销售 额连续五个季度同比下滑,但基本面基本已反映至股价中,截至 4 月 6 日,申万半导体 指数动态市盈率为 42 倍,处于近四年的底部位置,板块估值水位具备较充足的安全边 际。

从供需两端也可以看出半导体行业景气度目前已筑底,有望在一定时间内迎来拐点: 供给端:IC 设计公司和渠道方继续推动去库存,国内设计、制造、封测和材料 设备各环节代表公司近期均在加大市场拓展和新技术升级,中短期区间上需求 回暖及长期区间上国产化带来的需求弹性值得期待。 需求端:订单方面,手机及家电行业一季度末订单有望回升;销量方面,年中 促销及新产品地陆续发布有望推动二三季度终端销量改善;龙头厂商方面,应材、泛林、东电等半导体设备大厂均预期市场会在 2023 年下半年迎来复苏。 综合以上趋势,我们当前非常看好需求恢复+技术创新+国产替代带来的半导体产业 投资机遇!

2. 传统需求复苏为估值修复构筑基础

需求复苏叠加 Chiplet 高确定性,我们看好封测环节的率先回暖。由于承接 IC 设计 环节的订单需求并直接与晶圆厂密切沟通,封测领域往往在半导体行业中成为景气度的 先行指标,从台湾地区厂商日月光、力成月度营收数据来看,目前行业已经处于底部区 间,复苏可期。

同时在贸易摩擦常态化预期下,Chiplet 是实现等效先进制程的确定性方向,根据Omdia,全球 Chiplet 市场规模预计从 2024 年的 58 亿美元增长至 2035 年的 570 亿美元, CAGR 达 23%。考虑到需求基本盘的复苏、Chiplet 应用的确定性以及中国大陆厂商在行 业内的稳定份额,可以重点关注相关公司基本面及股价表现。

ChatGPT 更新迭代掀起 AI 应用浪潮,算力需求是 AI 应用中的核心需求,云计算中 的服务器是满足算力需求的核心,AI 芯片为服务器提供了算力支持。随着 AI 逐渐赋能 应用领域,适用范围逐步扩大,服务器需求高增长,推动 AI 芯片市场规模持续扩大。 Chiplet 封装方案可以提升 AI 芯片的性能,起到协同作用,进一步提升芯片算力,掌握 Chiplet 封装方案的封测厂商有望打开业绩成长空间。

IC 设计环节持续去库存,去库存节奏逐渐达成共识。台积电管理层认为产品库存的 主动调整期将在 2023 年上半年结束,摩根士丹利同样认为 2023 年是半导体复苏周期的 重要时点。伴随消费电子稳步复苏,行业景气周期有望重启。根据 IDC 预测,2024 年 全球智能手机出货量有望恢复 6.2%的增长,下游修复预期下封测厂商有望重新迎回业 绩边际改善和估值修复的机遇。

3. 半导体技术进步拉动长期需求空间

3.1. AI 芯片:AI 模型训练及运行核心硬件,与行业同步成长

3.1.1. GPT 拉动算力提升,带动高算力芯片市场量价齐升

ChatGPT 点燃 AI 落地应用火光,AI 核心市场有望达数千亿。ChatGPT 同时加速 了需求端与供给端的发展,在推出两个月内 ChatGPT 的用户数即突破 1 亿,超过了 TikTok(9 个月)和 Instagram(两年半),同时微软、汤姆猫等厂商积极将 ChatGPT 接 入核心产品,百度等 AI 厂商也推出自研大模型。根据亿欧智库,中国 AI 核心市场规模 将从 2022 年的 1935.3 亿元人民币增长至 2025 年的 4000 亿元人民币,CAGR=27.4%。 ChatGPT 数据量扩张,算力需求持续增加。历代 GPT 的参数量呈现指数级增长, ChatGPT 的总算力消耗约为 3640PF-days(每秒计算一千万亿次,需要计算 3640 天);GPT4 在 ChatGPT 的基础上增加了图像、视频等交互信息类型,内容容量扩大到 2.5 万字, 所需的算力规模远大于单纯的文字交互。OpenAI 首席执行官 Sam Altman 接受公开采访表示,GTP-5 在 2024 年底至 2025 年发布,它的参数量为 GTP-3 的 100 倍,需要的计 算量为 GTP-3 的 200-400 倍。随着 ChatGPT 的用户和应用范围的持续扩大,数据处理 的压力增大,将提出庞大的算力需求。

算力需求带动高算力芯片市场,AI 芯片市场规模持续扩张。机器所产生的数据量 在 2018 年首次超越人类所创造的数据量,从 2019 年,每年几乎以倍数的幅度来增加, 从 2020 年到 2025 年,全球数据增量将达到 157Zetabytes,5 年 GAGR 高达 89%。庞大 的数据增量,必须运用各种具备高速运算的人工智能芯片来过滤、处理分析、训练及推 理,这将持续带动 AI 芯片,尤其是高算力芯片需求。根据华经产业研究院发布的《2021- 2026 年中国 GPU 行业发展监测及投资战略规划研究报告》,2020 年全球 GPU 行业市场 规模达 254.1 亿美元,预计 2027 年将达到 1853.1 亿美元,复合年均增长率 32.82%,GPU 市场保持高速增长态势。同时根据亿欧智库预测,2025 年我国 AI 芯片市场规模将达到 1780 亿元,2019-2025GAGR 可达 42.9%。

AI 风潮席卷,芯片价值量有望提升。AI 技术的蓬勃发展和广泛应用,导致对高性 能计算能力的需求空前旺盛。AI 芯片作为行业的核心组件,其价格也随之攀升,成为科 技产业的新增长点。随着 AI 模型复杂度的增加和参数量的指数级扩张,对计算能力的 要求不断提高。例如预计在 2024 年底至 2025 年发布的 GPT-5,其参数量将是 GPT-3 的 100 倍,所需算力为 GPT-3 的 200-400 倍。由于高性能 AI 芯片在满足这种日益增长的 算力需求方面具有不可替代的作用,算力快速增长需求下,芯片供给的不确定性有望提 升芯片价格提升。

3.1.2. 算力时代凸显芯片价值,国产芯片仍处追赶阶段

AI 服务器核心在于高性能芯片。参数规模、训练数据随着模型多模态发展呈现量 级增长,而消化、处理数据的能力,即算力,才是制约模型发挥与其能力的关键因素。 在满足算力的最终诉求下,相较于大量叠加服务器台数,提升算力芯片性能同样不可或 缺。以英伟达 GPU 芯片 H100SXM 为例,FP16 Tensor Core 算力为 1979TFLOPS,一台 搭载 8 片 H100SXM 的服务器算力是之前所假设的 GPUA100 服务器 50 倍。 GPU 占据 AI 芯片大类市场,全球应用最为广泛。AI 芯片在不同领域对于指标的 需求不同。训练过程中,GPU 由于具备并行计算高度适配神经网络,支持高速解决巨额 工作量;推理过程中仅稀疏结构支持一项便能带来 2 倍性能提升。由于 GPU 可兼容训 练和推理,高度适配 AI 模型构建,在全球 AI 芯片中应用最为广泛。2021 年 H1 中国 AI 芯片市场中,GPU 占比达到 91.9%。据 IDC 数据,预计到 2025 年 GPU 仍将占据 AI 芯 片 8 成市场份额。

英伟达主要 GPU 产品技术指标表现领先,是全球 GPU 算力芯片龙头。英伟达的 GPGPU 目前在全球应用最为广泛,其 GPU 产品的典型代表 V100、A100、H100GPU 分 别采用 Volta、Ampere、Hopper 架构。A100GPU,INT8 算力达 624TOPS;H100GPU, INT8 算力达到 1513TOPS。此外,2006 年英伟达发布的 CUDA 平台是现今全球应用最 为广泛的 AI 开发生态系统。通用 GPU 与 CUDA 生态系统奠定英伟达引领 AI 芯片的根 基。当前全球主流深度学习框架均使用 CUDA 平台,2021-2022 年全球独立 GPU 市场 中英伟达份额基本维持在在 80%左右。

CPU、GPU 是服务器最主要的部件,是衡量服务器性能的首要指标,需具有大数 据量的快速吞吐、超强的稳定性、长时间运行等能力,由算力芯片提供算力支持。根据 IC Insights 统计,2026 年预计全球 CPU 出货量达到 29 亿颗,市场规模达到 1336 亿美 元。行业龙头集中效应显著,2022 年 Intel 占据服务器 CPU 市场 70%以上的份额,国内 厂商与其技术差距较大,关注重点公司的技术突破进展。

3.2. 功率半导体:新能源市场贡献业绩弹性,盈利能力稳步提升

在全球新能源汽车销量、光储充新增装机量高增长背景下,逆变器/变流器等电力电 子环节需求持续旺盛,本土厂商深度参与功率半导体赛道,行业增长叠加国产替代,本 土厂商业绩有望延续高增长态势。逆变器是新能源各领域电能变换的关键器件,功率半 导体是逆变器核心组件,占光伏逆变器成本比例约 13%,有望深度受益新能源市场高增 长。根据我们的测算,全球新能源领域功率半导体 2025 年市场规模有望达到 932 亿元, 21-25 年 CAGR 约 18%。

全球功率半导体市场由欧美日企业主导,国产功率企业持续高增长。目前全球功率 半导体各细分市场 CR5 均在 50%以上,国内厂商在规模、技术、产品品类等方面总体 与国际巨头之间仍存在差距,但随着最近几年国内厂商加速追赶,目前国内厂商已初步 具备竞争实力,在坐拥新能源行业贝塔的同时,充分受益国产替代。根据汽车电子设计 数据,22H1 国内车载功率模块市场份额方面,已有斯达半导、BYD 半导、时代电气三 家国内厂商跻身前五,合计装机量占比接近 50%,受益新能源领域需求高增长,叠加头 部供应商产能紧张,功率半导体国产替代进程加速。

4. 半导体自主可控大趋势持续打开需求空间

4.1. 半导体自主可控大势所趋,全产业链国产替代空间广阔

国际关系的复杂背景下,半导体产业链自主可控成为大势所趋。2022 年美国对中国 大陆地区半导体领域的制裁全方位加剧,从 7nm 先进制程设备的限令,延伸至“设备代工-芯片设计”半导体产业链全环节,国内半导体产业链各环节自主可控需求愈加紧迫。 国际关系复杂背景下,政策性资金长期支持半导体产业发展,投资布局覆盖“设备材料 -制造-封测-设计”多环节,政府政策、资金支持下,半导体自主可控成为大势所趋。

4.2. 半导体材料:国产替代弹性大,期待各环节实现突破

市场空间与国产渗透率双增趋势有望使国产厂商充分受益。中国半导体材料市场快 速增长,根据 Semi,2021 年中国大陆半导体材料销售额 119.3 亿美元位于全球第二,增 速 21.9%位于全球第一。与巨大空间相对的是,目前前道晶圆制造材料和后道封装材料 的国产率尚低,但值得期待的是,在硅片、掩膜版、光刻胶、化学品、靶材、抛光垫等 环节均有国内上市公司在加速布局或已取得局部突破,未来市场空间与国产渗透率双增 趋势。

我国半导体材料国产替代率较低,不同细分领域差距较大。细分来看,我国在壁垒 较低的封装材料市占率相对较高,而在光刻胶、湿电子化学品等晶圆制造材料市占率极 低。封装材料中除芯片粘结材料不到 5%,其他材料的国产化率不到 30%;而半导体材 料中除掩模版、抛光材料、靶材的国产化率达到 20%,其他材料均不到 10%。

4.3. 晶圆制造:关注国产先进制程的突破以及产线国产化进展

4.3.1. 中芯国际:先进制程产能可期,静待需求拐点

中芯国际是全球领先的集成电路晶圆代工企业之一,为客户提供 0.35 微米至 14 纳 米多种技术节点的集成电路晶圆代工及配套服务。2022 年公司营收、归母净利为 495.16亿元、121.33 亿元,同增 38.97%、13.04%。业务结构方面,22 年晶圆代工业务营收占 比 91.47%。

深耕研发,技术不断取得突破。公司是中国大陆第一家实现 14 纳米 FinFET 量产的 晶圆代工企业,代表中国大陆集成电路自主制造的最先进水平,在特色工艺领域,中芯 国际陆续推出中国大陆最先进的 14 纳米 NAND、40 纳米高性能图像传感器等特色工艺, 与各领域龙头公司合作,实现在特殊存储器、高性能图像传感器等细分市场的持续增长。

产能扩张提供成长动能,需求景气修复业绩有望高速增长。公司计划/建设中芯京城 12 寸代工厂、中芯深圳 12 寸和上海临港 12 寸代工厂集中提高 12 英寸晶圆生产,建设 10 万片/月、4 万片/月和 10 万片/月的产能。深圳、临港、京城三座晶圆厂奠定未来 3-5 年产能翻倍基础,在需求景气度反转的预期下,未来业绩有望实现高速增长。

4.3.2. 燕东微:兼具国产产线及细分领域高确定性

公司集芯片设计、晶圆制造和封装测试业务于一体。公司业务包括特种集成电路及 器件、分立器件及模拟集成电路、晶圆制造、封装测试,业务布局多元,特种 IC 业务主 导拉动公司业绩增长,8 英寸晶圆代工产线逐步爬坡,公司 21 全年、22Q1-3 营收 20.4 亿元、17.4 亿元,同增 97%、23%,归母净利润 5.5 亿元、4.4 亿元,同增 841%、29%。

产线自主可控,深度受益特种电子国产化趋势。公司集芯片设计、晶圆制造和封装 测试业务于一体,为“IDM”经营模式,全产线各环节均自主可控,在半导体自主可控 大势所趋下,公司业绩有望进一步打开成长空间。公司已深耕特种 IC 业务三十余年, 产品广泛应用于仪器仪表、通信传输、遥感遥测、水路运输、陆路运输等特种领域,特 种集成电路及器件对制程工艺要求不高,国防、信息安全等特种市场对自主设计需求强 烈,未来,公司有望深度受益特种电子国产化趋势,实现特种 IC 业务稳健增长。

募投项目打开产能天花板,未来量产有望实现营收体量、盈利能力双提升。IPO 募 投 12 英寸生产线项目,工艺平台持续拓展。21 年公司晶圆代工业务营收 7.7 亿元,同 增 353%,营收占比 38%,因 8 英寸产线持续爬坡,毛利率由负转正提升至 22%。公司 具备深厚的 6/8 英寸晶圆制造经验,截至 2022 年 6 月,6 英寸产能达 6.5 万片/月,8 英 寸产能达 4.5 万片/月,6 英寸产线布局平面 MOS、平面 IGBT、SBD、FRD、模拟 IC 等 工艺平台,8 英寸产线拓展至沟槽 MOS、平面 MOS、沟槽 IGBT、BCD、MEMS 等新 工艺平台,同时公司已建成月产能 1,000 片的 6 英寸 SiC 晶圆产线。IPO 募投建设 12 英 寸生产线项目,产品定位高密度功率器件、显示驱动 IC、电源管理 IC、硅光芯片等,未 来量产后有望实现营收体量、盈利能力双提升。

4.3.3. 美埃科技:洁净室过滤设备龙头,半导体厂商扩产带来成长高确定性

聚焦工业超级洁净技术,打造国内电子半导体洁净室设备龙头。公司产品主要为风 机过滤单元(FFU),过滤器,空气净化器,工业除尘除油雾设备以及 VOCs 治理设备; 应用领域主要为电子半导体洁净室空气净化等。洁净室是半导体制造环节中重要的一环, 洁净室等级直接影响下游行业产品良率,洁净室设备决定了洁净室等级。2022 年公司营 收、归母净利为 12.27 亿元、1.23 亿元,同增 6.72%、13.70%。

技术+客户+国际化构筑公司护城河,半导体厂商扩产有望打开增长空间。公司注重 技术研发,在洁净室空气净化领域已具备 8 项核心技术,产品指标行业领先;客户资源 优质,各领域均有优秀企业背书,包括天马微电子、中芯国际、华星光电等;伦交所上 市经历&业务布局打造公司国际化版图,公司拥有 5 个境内生产基地及 1 个境外生产基 地,实现欧洲、南亚和中东地区业务持续增长,未来,随着国产替代趋势下国内半导体 厂商扩产,公司有望打开成长天花板,业绩有望高速增长。


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