晶圆代工行业马太效应显著，看好龙头企业长期广阔增长空间

2023-04-20 09:52

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一、晶圆代工行业概述

晶圆代工是集成电路产业的一种营运模式，本身不涵盖集成电路设计环节，主要接受其他芯片设计公司委托，专门负责集成电路制造，提供晶圆代工服务。在纯晶圆代工公司出现之前，芯片设计公司只能向IDM（垂直整合制造公司，其涵盖了产业链的集成电路设计、制造、封装测试等所有环节）购买空闲的晶圆产能，产量与生产排程都受到非常大的限制，不利于大规模量产产品。

1987年创立的台积电是第一家专门从事晶圆代工的厂商，此后联电亦转型为专门晶圆代工公司；以及有中芯国际、世界先进、格罗方德等公司接连成立，目前全世界有十余家提供晶圆代工服务的公司。此外即使是垂直整合制造的半导体公司，如三星电子、英特尔等，也有晶圆代工的业务。

根据观研报告网发布的《中国晶圆代工市场发展态势分析与投资战略调研报告（2023-2030年）》显示，晶圆代工服务使得专业芯片设计的商业模式也得以实现，推升了芯片设计公司的蓬勃发展。相对的，专门进行半导体电路研发与设计，而不从事生产、无半导体厂房的公司称为无厂半导体公司，这些公司是晶圆代工业者的主要客户。而IDM厂商如英特尔等，亦会基于产能或成本等因素考量，将部分产品委由晶圆代工公司生产制造。无厂半导体公司依赖晶圆代工公司生产产品，因此产能、技术都受限于晶圆代工公司，但优点是不必自己负担兴建、营运晶圆厂的庞大成本。随着芯片制程微缩、晶圆尺寸成长，建设一间晶圆厂动辄百亿美金的经费，往往不是一般中小型公司所能够负担得起；而透过此模式与晶圆代工厂合作，半导体设计公司就不必负担高阶制程高额的研发与厂房兴建费用，晶圆代工厂够专注于制造，开出的产能也可售予多个用户，将市场波动、产能供需失衡的风险减到最小。

半导体IDM、Fabless、Foundry三种模式对比

主要模式	IDM	Fabless	Foundry
模式特点	半导体厂商基本从IDM起家，后因各环节资本开支较大，从而细分出Fabless与Foundry。IDM模式将芯片的设计、制造、封测集一身。设计资本投入巨大，且需要长期维持投入，存在企业较少，且实力强劲。	属于相对轻资产模式，将重资产的半导体制造剥离后，只进行芯片的设计与销售。	处于芯片行业的中游阶段。剥离了芯片设计的主要业务，负责进行晶圈代工或封测。由于属于重资产且竞争激烈，目前集中度很高。主要成本集中在设备与材料。
主要优点	各环节有比较强的协同作用，不会存在三个重要环节谈判制约的情况，内部的转换效率较高。有利于封闭生态的构建，有利于新技术的研发和实验，进展顺利有利于长期保持领先地位。	轻资产，更多初创企业容易介入，主要费用为人力和研发费用，转型较为灵活。	相关制程领先的情况下，对上游芯片设计公司有更大的议价权。不要承担过多的产品设计损失。
主要缺点	公司规模巨大，重资产投入巨大，人力成本极高，需要大量的管理费用、研发费用，资产回报率偏低。	缺乏下游的协同优化，在流片过程中同样有大量成本和风险。	长期产线投资规模较大，一旦出现技术落后会有较大的资产损失，生产过程中维护费用开支较大。对制造设备和材料有较大的依赖。
代表厂商	三星、英特尔	华为、高通、博通	台积电

资料来源：观研天下数据中心整理

二、行业规模持续增长，国产替代空间广阔

1、政策支持+下游需求推动我国晶圆代工行业规模快速发展

晶圆代工源于集成电路产业链的专业化分工，是重要细分领域。我国晶圆代工行业起步较晚，早期我国纯晶圆代工占比全球市场份额仅为10%左右。随着国内技术停滞叠加全球晶圆制程技术难度持续加深，2007-2014年我国纯晶圆代工市场份额持续下降。后随着国内中芯国际和联电企业技术相继突破28制程，整体市场份额趋向稳定，近年来在国际贸易摩擦日益严重的情况下，一方面，提高晶圆代工行业国产化的重要性日益凸显，国家陆续出台政策支持境内晶圆代工行业的发展；

我国晶圆代工行业相关政策梳理

发布时间	发布部门	政策名称	主要内容
2017年9月	国务院办公厅	国务院办公厅关于进一步激发民间有效投资活力促进经济持续健康发展的指导意见	支持企业加大技术改造力度，加大对集成电路等关键领域和薄弱环节重点项目的投入。
2017年12月	国务院办公厅	国务院办公厅关于深化产教融合的若干意见	大力支持集成电路、航空发动机及燃气轮机、网络安全、人工智能等事关国家战略、国家安全等学科专业建设。
2018年7月	国务院	国务院关于优化科研管理提升科研绩效若干措施的通知	对试验设备依赖程度低和实验材料耗费少的基础研究、软件开发、集成电路设计等智力密集型项目，提高间接经费比例，500万元以下的部分为不超过30%，500万元至1000万元的部分为不超过25%，1000万元以上的部分为不超过20%。
2019年12月	中共中央国务院	长江三角洲区域一体化发展规划纲要	重点发展跨国公司地区运营管理、订单中心、结算中心等总部经济，积极发展生物医药、集成电路、工业互联网、高端装备制造业等前沿产业，大力发展大宗商品、金融服务、数字贸易等新型国际贸易，推动统筹国际业务、跨境金融服务、前沿科技研发、跨境服务贸易等功能集聚。
2020年8月	国务院	新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策	为进一步优化集成电路产业和软件产业发展环境，深化产业国际合作，提升产业创新能力和发展质量，制定出台财税、投融资、研究开发、进出口、人才、知识产权、市场应用、国际合作等八个方面政策措施。
2020年11月	中共中央	中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议	瞄准人工智能、量子信息、集成电路、生命健康、脑科学、生物育种、空天科技、深地深海等前沿领域，实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。
2021年10月	国务院	“十四五”国家知识产权保护和运用规划	完善集成电路布图设计法规。
2021年11月	工业和信息化部等部门	四部门关于加强产融合作推动工业绿色发展的指导意见	做强做优现有绿色产业发展基金，鼓励国家集成电路产业投资基金、国家制造业转型升级基金、国家中小企业发展基金等国家级基金加大对工业绿色发展重点领域的投资力度。
2022年1月	国家知识产权局	知识产权公共服务“十四五”规划	加大知识产权数据的集成力度，汇聚专利、商标、地理标志以及集成电路布图设计等各类知识产权基础数据、国际交换数据和部委共享数据，实现与经济、科技、金融、法律等领域互联互通和数据共享。
2022年12月	中共中央国务院	扩大内需战略规划纲要（2022－2035年）	全面提升信息技术产业核心竞争力，推动人工智能、先进通信、集成电路、新型显示、先进计算等技术创新和应用。
2023年2月	中共中央国务院	质量强国建设纲要	加强专利、商标、版权、地理标志、植物新品种、集成电路布图设计等知识产权保护，提升知识产权公共服务能力。
2023年3月	国家发改委、工信部、财政部、海关总署、税务总局	关于做好2023年享受税收优惠政策的集成电路企业或项目、软件企业清单制定工作有关要求的通知	2023年享受税收优惠政策的集成电路企业或项目、软件企业清单制定工作，延用2022年清单制定程序、享受税收优惠政策的企业条件和项目标准。

资料来源：观研天下数据中心整理

另一方面，受到供应链长短料、终端产品需求动能降温等因素影响，晶圆代工产能供不应求，部分境内集成电路设计企业亟需寻找可以满足其需求的境内晶圆代工产能，以保证其生产安全。下游需求推动国内纯晶圆代工产能稳步上升，中国大陆晶圆代工行业实现了快速的发展。数据显示，2017-2021年，中国大陆晶圆代工市场规模从355亿元增长至668亿元，年均复合增长率为17.12%，高于全球行业增长率，预计未来中国大陆晶圆代工行业市场将持续保持较高速增长趋势。

资料来源：观研天下整理

2、海外政府制裁升级下，国产晶圆代工空间广阔

晶圆代工是半导体产业的一种商业模式，近年来，美、荷、日相继加码打压我国半导体产业发展，进而对晶圆代工行业造成众多不利影响。例如：上游原材料、核心元器件的获取，中游制造技术都在一定程度上遭到限制，核心部分更是几乎断绝了进口的可能。

具体来看，美国早在2019年《瓦森纳协议》和2020年实体清单中就已限制先进技术出口，近几年更是在芯片限制上不断加码。其2022年提出的《芯片法案》尤其暴露出打压中国芯片产业的意图，该政策要求申请补贴的企业交出包括预期现金流等获利指标在内的一系列商业机密，虽然为这些公司提供了补贴和支持，但同时也要求它们交出商业机密和技术，不仅可能造成客户关系上的不透明和不确定性，对企业的声誉和信誉造成负面影响，也可能导致这些技术被美国公司和政府所控制。在此之后，荷兰政府也以“国家安全”为由，宣布将对包括“最先进”的深紫外光刻机(DUV)在内的特定半导体制造设备实施新的出口管制；日本也宣布从2023年7月开始，对6大类别23种半导体制造设备采取出口管制措施，以配合美国实行对中国先进芯片的管制措施。

美、荷、日相继对我国半导体产业实施制裁

国家	限制政策
美国	2022年，美国拜登政府出台了一项名为《芯片法案》的政策，旨在支持美国本土半导体产业的发展。该政策要求申请补贴的企业交出包括预期现金流等获利指标在内的一系列商业机密，这些机密的泄露将对企业的商业利益造成严重的损失。
	2022年10月7日，美国对向中国半导体产业制裁升级，引发市场恐慌，核心体现在: 1) 对128层及以上3D NAND芯片、18nm半间距及以下DRAM内存芯片、16nm或14nm或以下非平面晶体管结构(即FinFET或GAAFET)逻辑芯片相关设备进一步管控。2)在没有获得美国政府许可的情况下，美国国籍公民禁止在中国从事芯片开发或制造工作，包括美国设备的售后服务人员，引发市场对于本土半导体设备企业美籍高管&技术人员担忧。
	2020年12月，美国商务部发布声明，将中芯国际及其部分子公司及参股公司列入《实体清单》。该声明要求供应商需获得美国商务部的出口许可才可向中芯国际供应属于美国《出口管制条例》的产品或技术；对用于10纳米及以下技术节点(包括极紫外光技术)的产品或技术，美国商务部会采取"推定拒绝( Presumption of Denial) ”的审批政策进行审核。中芯国际的晶圆代工业务将受到一定限制，部分原材料及核心设备无法获取。
	2020年8月，美国国务院和商务部分别发布声明，将华为旗下遍布全球的38家子公司列入《实体清单》，声明进一步限制了华为获得使用美国软件或者技术开发或者生产的同等芯片。这意味着任何使用了美国技术的科技产品，尤其是半导体元器件，在获得美国商务部的许可前，不能卖给华为。该声明使得联发科等企业无法为华为继续生产芯片。
	2020年5月，美国商务部产业安全局发布公告，要求采用美国技术和设备生产出的芯片，必须经美方批准才能出售给华为。
	2019年12月，《瓦森纳协定》进行了新一轮的修订，增加了两条有关半导体领域的出口管制内容，目标直指中国正在崛起的半导体产业,新增两条内容分别为：针对EUV光刻掩膜而设计的“计算光刻软件”内容和关于12英寸硅片切割、研磨、抛光等方面技术的管制内容。《瓦森纳协定》全称为《关于常规武器和两用物品及技术出口控制的瓦森纳安排》，包含了美国、21个欧盟成员国和其他制造业相对发达的国家(不包括中国)，旨在控制常规武器和高新技术贸易。这个协定包含一份管制物品清单，涵盖了先进材料、材料处理、电子器件、计算机、电信与信息安全、传感与激光等9大类具体物项以及技术标准。
荷兰	2023年3月8日，荷兰政府以“国家安全”为由，宣布将对包括“最先进的”深紫外光刻机（ DUV）在内的特定半导体制造设备实施新的出口管制，并加入美国对华芯片出口管制的阵营。
日本	2023年3月31日，日本政府宣布将修订外汇与外贸法相关法令，计划5月颁布，7月施行：1）清单拟对六大类23种先进半导体制造设备追加出口管制，主要包括极紫外线（EUV）相关产品的制造设备和用于存储元件立体堆叠的刻蚀设备。按线宽来看，均为10~14nm以下的先进制程制造设备。2）此次新增的23种半导体制造设备及技术在从日本对外出口时均会触发出口许可证要求，而这些新增物项在出口至中国大陆、中国香港和中国澳门时将仅能申请流程较为复杂、审批更加严格的许可证类型。

资料来源：观研天下数据中心整理

整体来看，虽然各国政府的制裁有很多负面影响，但同时也促使了中国大陆晶圆代工厂的高速发展，刺激国内企业从设计，制造到设备等方面都开始加速自主研发。近年来，以中芯国际、长江存储、长鑫存储为代表的晶圆厂存储厂，在扩产过程中正逐渐提升国产化比例，推动国产设备订单快速提升，刻蚀机、清洗机、CVD设备、热处理设备等领域已有较好国产化率，预计未来国产厂商有望充分受益于中国晶圆厂扩产以及自主可控的红利。

观研天下分析师观点：展望2023年，随着行业主动去库完成，以及需求端受益于开放政策的复苏，预计大陆晶圆代工完全有机会进入持续战略性扩张周期。

三、“马太效应”显著，行业集中度将进一步提升

1、寡头垄断效应显著，台积电长期处于绝对龙头地位

目前全球晶圆代工行业呈现寡头垄断态势，行业集中度较高。台积电、三星、联华电子、格罗方德、和中芯国际等企业凭借多年来的技术积累，盈利能力显著高于其他可比竞争对手。其中，台积电无论是在成熟制程，还是在先进制程中都是绝对的龙头，由2019Q1的48%市场份额，稳步提升至2022Q4的58.5%。主要原因在于，晶圆代工业务遵循产品越好用，粘性就越强的特点，而台积电的客户是全球顶级芯片设计公司，可以更快更多地积累一流芯片制造能力，这有利于台积电在成本和技术上面降维打击其它晶圆厂。

资料来源：TrendForce、观研天下整理

观研天下分析师观点：目前来看，台积电与其他晶圆代工厂仍存在天然的壁垒，导致外来的玩家很难进入行业。目前先进工艺基本来自Intel和三星，但由于台积电在代工和先进制程上的发展过于超前，加上Intel的很多产品也是在台积电进行流片与投片的，三星和Intel在短期内较难超越。

2、成熟制程市场竞争日趋激烈，头部企业处于优势

过去，在摩尔定律的驱动下，晶圆厂一直在紧追先进工艺，随着先进制程逐渐逼近极限。考虑到经济效益、市场和技术等多维度的因素，2022年以来台积电、联电、中芯国际、华虹半导体等各晶圆代工厂开始将扩产重心放置于成熟制程上，例如：台积电除了在日本和欧洲新建成熟制程芯片厂外，还在大陆南京厂也扩建了28nm成熟制程的产能，预计2023年台积电在成熟制程领域的投资额将超过40亿美元；三星在最近的年报中也披露2023年将扩大成熟制程晶圆代工布局，提出要在2027年之前将成熟制程产能提高至目前的2.5倍；英特尔宣布将为联发科数字电视及成熟制程的WiFi芯片代工，成熟制程将有望成为英特尔打造全球领先芯片代工业务的重要环节。除了上述厂商之外，以联电、力积电为代表的代工厂商也持续专注于成熟制程领域，并保持着稳健的发展步伐。总体来看，未来的成熟制程市场有望呈现出“八仙过海，各显神通”的百花齐放局面，预计拥有品牌、规模、客户、渠道和资金等优势的头部企业将占领更多市场份额，行业集中度将持续提升。

资料来源：观研天下整理

3、人工智能应用不断拓展，龙头企业持续受益

随着Chatgpt、“文心一言”等生成式人工智能持续走热，涉及大算力、AI等领域的新技术逐渐兴起，AI芯片产品未来有望随着各式应用实现大规模落地，在这些应用中，AI芯片的算力和信息传输性能将成为新的挑战，需在晶圆代工环节借助先进封装技术解决，使得晶圆代工厂受益。在这个领域，三星电子晶圆代工业务部门成为受益者之一，已经开始量产下一代的人工智能芯片，并被预计将获得更多代工订单。

另外，行业龙头台积电也将持续受益于AI芯片代工，当前英伟达NVDA、亚马逊AWS、Groq等芯片设计厂商不具备芯片制造能力，所研发出的芯片均交由台积电制造。具体来看，台积电已采用7nm和4nm制程工艺为大客户英伟达代工A100、H100 GPU，AMD也在增加给予台积电的GPU代工订单。可以预见，随着人工智能应用的不断拓展，相关的半导体市场和晶圆代工业务也将不断发展壮大，行业龙头有望持续受益。

台积电制造的芯片

制程工艺	客户	芯片产品
7nm，4nm	英伟达NVDA	A100, N100
3nm	亚马逊AWS	Graviton 4 Accelerator
3nm	Groq	GroqChip Al accelerator
3nm	Graphcore	GC200 AI accelerator
3nm	Cerebras	Wafer Scale Engine
3nm	Sambanova	Cardinal SN30 RDU AI accelerator