半导体设备行业研究：行业处于国产替代初期需求强劲.docx

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1、1半导体行业处于景气周期，推动设备迎风而上1.1 设备是奠定产业发展的基石根据Wind数据，2021年全球集成电路的市场规模为4608亿美元，占半导体规模的83%o根据中国半导体行业协会统计，2021年中国集成电路设计、制造、封测三大环节市场规模分别为4519/3176/2763亿元，分别占比43%30%27%o半导体设备主要应用于集成电路的制造和封测环节，可细分为晶圆制造设备（前道设备）和封装、测试设备（后道设备）。SEMI预估2021年全球晶圆制造设备、封装设备、测试设备市场规模分别为880.1/69.9/77.9亿美元，分别占比86%7%7%,细分应用来看，逻辑代工占据晶圆制造设备的主要

2、份额，达493亿美元，占比56%o图3：202IE全球半导体设备分市场占比7%封装设备测试设备晶圆制造设备Z一Tf,TcrC9系包尧根海晶圆制造过程大致可分为7大板块：氧化扩散(ThermalProcess)、薄膜沉积(DielectricDeposition)、光刻(Photo-Iithogmphy)、亥IJ蚀(Etch)、离子注入(IonImplant)、抛光(CMP)x以及金属化(Metalization)薄膜沉积、光刻和刻蚀是前道晶圆制造的三大核心工艺，制造过程反复循环多遍，涉及上干道加工工序。光刻、刻蚀、薄膜沉积与封测设备作为核心设备，在设备资本开支中占比较高。根据集成电路制造领域典

3、型资本开支结构来看，设备投资占比约为70%-80%,其中用于芯片制造和封装测试环节的设备投资占主要部分。在芯片制造环节中，核心设备光刻、刻蚀（含去胶）、薄膜沉积及封测合计占比约68%,核心设备国产化是我国实现半导体制程国产化替代的关键。1.2 半导体行业延续高景气带动设备稳定增长根据SIA数据，2021年全球半导体销售额为5559亿美元，同比增长26%,其中，亚太、美洲、欧洲、日本销售额分别为3434/1188/471/436亿美元。2021年中国半导体销售额为1925亿美元,同比增长27%,占全球总销售额35%,为全球半导体增长主要驱动力。图6：分区域半导体销售额（亿美元）中国大陆晶圆厂占中

4、国集成电路市场份额呈上升趋势。2018年，中国大陆企业占中国集成电路（以下简称IC）市场份额为4.19%o根据中国半导体行业协会数据，2021年中国IC市场规模约为1580亿美元，我们统计大陆前四家晶圆厂2021年营收合计约95亿美元,占中国IC市场规模6.03%o依托于我国较大的芯片需求，我国本土芯片企业市场规模占比将保持持续上行趋势，带动设备端稳定增长。亚太美洲一欧洲一麻礁砺中国大陆半导体设备行业发展迅速，速度远超全球增速。根据SEMI数据，近年来全球半导体设备规模持续增长，2021年全球半导体设备市场规模为1026亿美元，同比增长44%,预计2022年市场规模将有11%左右的增速，约11

5、40亿美元。2021年中国大陆半导体设备销售额为296亿美元,同比增长56%,占全球半导体设备销售额的28.85%中国大陆半导体设备行业增速远超全球平均水平。图8：全球半导体设备销售额及增速全球销售额（亿美元）增速（右轴）z.二X二7先口FT=四弟尧索智库2终端缺芯严重，晶圆厂积极扩产，2021-2022年为设备需求高峰期2.1 晶圆厂满产，接近零库存、订单交付周期不断拉长晶圆厂满产，接近零库存。2018年至2019年初，受晶圆厂持续扩产影响，存储器供过于求，带动存储器价格下滑，加上智能手机、PC以及服务器等终端产品需求下降，使得全球半导体行业规模在此期间下滑。2019年起，晶圆代工厂的产能利

6、用率持续攀升，我们从中芯国际的产能利用率来看，2019年至2021年，产能利用率由97%持续提升达到满产,2021Q2高达100.4%;从半导体消费者库存中位数来看，半导体产品的库存中位数从2019年的40天左右下降到2021年的不到5天。订单交货周期进一步延长，缺芯状态持续。根据美国电子元件分销商Sourcngine数据，半导体通用产品平均交货周期目前仍在不断拉长,截至2022年2月，16位处理器的通用产品交付周期平均为44周，比2021年10月增加了15周；同期，电源管理芯片的平均交付周期为37周，增加了9周。图10：中芯国际产能利用率&一7。Z S一SZ5-ZoZ OoSZ00ZOZ S

7、oZoe3。ZoZSz一。Z中芯国际产能利用率2.2 缺芯主要为终端产品载芯量高增长所致根据全球半导体设备季度销售增速来看，行业每隔3-4年会呈现周期性变动趋势，当下游终端产品技术迭代更新，市场出现需求激增带动资本向上游晶圆厂涌入，厂商加大资本开支，行业进入景气周期，当市场供大于求时，行业增速放缓。根据Gartner数据，相比2020年，2021年半导体下游应用端中计算机、无线应用依旧占据较大份额，分别为29.3%、27.4%;物联网&消费汽车IC在下游应用端占比提升较大，分别由2020年的10.5%8.3%增长至2021年的IL4%/9.5%。根据SEMI数据，2000年至2018年，尺寸大

8、型化是半导体硅片发展趋势。12口寸硅片出货面积显著增长，由2000年的94百万平方英寸扩大至2018年的8005百万平方英寸，市场份额从1.69%大幅提升至2018年的63.83%,成为半导体硅片市场最主流的产品。根据我们的统计，扩充12口寸晶圆产线为目前大部分晶圆厂主要扩产选择。图16：全球不同尺寸半导体硅片出货面积SUMCO预测z2021-2025年全球12口寸晶圆需求CAGR为10.2%,推动12口寸晶圆增长的终端应用主要来自智能手机、数据中心、人工智能、汽车、无线通讯。智能手机升级，单位用硅量增加带动芯片需求提升。根据观研天下预测，2018-2025年全球智能手机处于存量市场，增长率在

9、2021年至2025年呈下滑趋势。与此同时，根据SUMCO预测,尽管2021-2025年智能手机销量增速呈下滑态势，但在此期间智能手机、5G流量对12口寸晶圆需求的CAGR分别为9.4%、26%,主要原因为智能手机技术更新迭代，智能化升级单位用硅量相应增长所致。根据集微咨询数据，5G手机的技术升级带动逻辑芯片、存储芯用口CIS图像传感器等出货量增加，在5G手机中，摄像头的数量增加带动12口寸晶圆需求量增长,48M像素摄像头对12时晶圆平均需求量是12M像素摄像头的5倍。据SUMCo统计数据，每台5G手机的半导体硅片用量为2.2平方英寸,是4G手机的1.7倍。图19：2018-2025年全球手机

10、销量及预测智能手机（亿部）功能手机（亿部）四京弟尧智库数据中心的关键芯片主要包含CPU、GPU以及DPU（数据处理单元），根据科智咨询预测，2022年我国数据中心市场规模将达到3201亿元，同比增长29%o人工智能IC市场规模处于上升阶段。根据亿欧智库数据，随着技术的成熟以及数智化转型升级，中国人工智能核心产业市场规模将持续平稳增长，2025年将达到4000亿元左右；AI芯片需求也将持续增长，类脑等新型芯片预计最早于2023年进入量产，因此2024及2025年或有较大增长，预计市场规模将于2025年达到1780亿)Lo单位车用IC搭载数量大幅增长是驱动汽车IC需求增长的因素之-O2021年以来

11、，新能源汽车产量持续攀升，2022年4月中国新能源汽车销量为30万辆，占汽车总销量的25%,2021年同期占比为9%o预计2021年汽车IC出货量为524亿颗，同比增长30%,约为2011年176亿颗的3倍。根据Frost&Sullivan预测，2022年国产燃油汽车平均芯片搭载数量为934颗/辆，国产新能源汽车平均芯片搭载数量为1459颗/辆，相比2017年分别增长61%、79%o同时，新能源汽车平均芯片搭载量是燃油车的1.56倍，随着新能源汽车占比提升，车用IC需求也将持续增长。图25：中国新能源汽车销量及占比?%XPxPO5O5O3221150_1_一OaOZ_1_8。，-COe_1_m

12、oRoz_J_O:OeOZ_1_s。OZoZ_L_Zsoz_1_36_Oe_1_Zosoe_1_60,8IOe!_寸。.0zL二吐07190II0Z-1-T-q一OlIOCOooooOooo4321汽车销量（万辆）新能源汽车占比（右轴）新能源汽车销量（万辆）23晶圆厂积极扩充产能，驱动设备需求提升下游资本开支持续攀升，本地晶圆厂积极扩产带来设备端需求提升。2022年以来，芯片市场依旧紧缺，半导体行业资本开支持续攀高以满足扩产需要。全球晶圆代工龙头台积电在2021全年资本开支300亿美元,并在2022年指引中上修资本开支至400-440亿美元，同时台积电表示2022年代工行业将增长20%o国内晶

13、圆代工龙头中芯国际2021年资本开支45亿美元，并在2022年指引中表示资本开支将增至50亿美元。ICInsights预测，2021年全球半导体行业资本开支规模约为1539亿美元，预计今年将超过1904亿美元，同比增长24%。我们按半导体资本开支中设备投资占70%80%比例估算，2022年全球半导体行业设备端投资规模约在1332.81523.2亿美元之间。根据主要晶圆厂目前的融资扩产计划不完全统计，中国大陆预计扩增12口寸149.9万片/月，扩增8寸33.5万片/月。其中，将于2022年内投产的12口寸合计约为78万片/月，8时约为30.5万片/月；预计2022年之后投产的12时合计71.9万

14、片/月，8时3万片/月。随着扩产，产能释放，行业缺芯的内生因素将得到缓解，此外，大部分晶圆厂产能释放时间居于2022-2023年之间。根据晶圆厂扩产一般需要1-2年，设备采购于扩产前期开始，我们预计半导体设备行业受益下游晶圆厂大规模融资扩产的红利主要集中在2021-2022年。3国产半导体设备多环节步入产业化替代阶段半导体设备市场高度集中，海外龙头处于垄断地位。半导体设备技术壁垒、客户认知度壁垒以及市场壁垒三高，研发周期长难度大，故主要市场份额集中在少数头部企业中，并且呈持续增长趋势。根据统计，2021年行业CR5约为84%,较2019年的65%显著提图30：2019年、2021年全球前五大半

15、导体设备厂商市场份额分规模来看，薄膜沉积设备、刻蚀设备、光刻机和量测设备在半导体设备规模中占比较高，分别约27%22%20%13%;清洗设备、CMP分别占比4%左右;离子注入设备、热处理设备以及涂胶显影设备占比约3%;去胶设备占比约1%。过去我国半导体行业主要为被动的接受国际垄断企业定价，核心设备依赖进口，产业链多环节受国外厂商卡脖子”。2018年以来，中美贸易摩擦加速了国产设备的研发进展，多环节进入产业化替代阶段。我国热处理设备主要有屹唐股份、北方华创，其中，北方华创的THEoRIS302/FLOURIS201立式氧化炉可以覆盖8时、12口寸28nm产线,国产化率20%左右;沉积环节北方华创和拓荆科技已实现28nm14nm技术领域的技术突破；CMP设备国内厂商主要有华海清科和北京烁科精微电子；光刻环节上海微电子在90nm以上制程光刻机实现国产化；清洗环节国产替代率已达20%;去胶设备已基本实现国产化替代，国产化率达80%以上。（报告来源：未来智库）热处理设备：市场规模较为稳定，预计2