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半导体行业研究:成长趋缓下的投资策略

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2022/06/29 00:52发布
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获奖论文推荐——半导体行业研究:成长趋缓下的投资策略

一、全球半导体行业的腾笼换鸟-强应用抢下弱应用产能的持续性

1.1 电动/自驾驱动车用芯片的典范转移

2021 年全球车厂最大的噩梦就是缺芯减产,在全球疫情趋缓后,因消费者 为怕染病减少搭乘搭捷运,公交,出租车,但转而采买新车及二手车,全 球市场因此从 2020 年三季度开始大幅复苏,新能源电动车及 L2 以上 ADAS 燃油车的增量又远超传统油车,再加上 NXP 及英飞凌因美国德州奥 斯丁 8“厂因 2021 年初暴风雪大停电而停产,日本 Renesas 厂因 2021 年 3 月火灾而停产,而电动车及 L2 以上 ADAS 及自驾系统渗透率的提升,更 造成车用 MCU(每增加一台自驾感测器,雷达,激光雷达,毫米波雷达就 需要一个 MCU),电源管理芯片,电力功率等芯片缺口越来越扩大,因为 结构性缺货,多家产业机构如 Boston Consulting Group,IHS Markit, TrendForce 的研究预测,1Q22 全球车用 MCU, 模拟,电力功率芯片的交 期仍超过 40 周或三个季度,估计 2021 年全球有将近 1000 万辆车的需求 因缺芯停产而无法满足,这相当于贡献 2022 年超过 10 个点的增长。

我们保守测算全球车厂营收在 2022/2023 年仍有 9%/10%的增长,但 全球车用半导体市场在 2022/2023 年却有 24%/20% 的同比增长。这对 2022 年全球半导体增长有 2-3 个点的贡献。每车芯片价值在 2022/2023 年 有近 10-15%的增长,而每车半导体价值因电动车 (估计 2035 年有 70%渗 透率) 及 ADAS/自驾车(估计 2035 年有超过 30%渗透率)的渗透率增加 而提升,因先进制程芯片成本增加而提升,因芯片数量增加而提升(主要 指模拟芯片),我们认为未来 15 年,全球车用半导体增长将明显高于车厂 营收增长平均达 10-15 个点,全球车用半导体市场于 2020-2035 年复合成 长率可能超过 20%(1-3% CAGR 来自于全球车市出货量的成长,9-11% CAGR 来自于每车车用芯片数目增长,8-10% CAGR 来自于芯片平均单价 提升)。我们认为未来 15 年重点关注的强应用公司包括英伟达 Orin 的出租 车自驾芯片系统, Tesla 的乘用车 FSD/D1 自驾芯片系统,高通,地平线, 黑芝麻的自驾芯片,Lumentum 的激光雷达光源,Wolfspeed, Rohm 及 STMicroelectronics 的 6”/8“碳化硅解决方案。

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人驾到自驾,重点在成本及视觉/AI 芯片技术:很多产业专家说未来的自 驾车就像装了四个轮子的智能手机,以自驾技术的难度及半导体配臵而言, 我们不同意这说法,我们认为自驾车像是装了四个轮子的智能 AI 服务器 (如果透过远端控制软件来协作,自驾车队更像装了四个轮子的智能集群 系统),Gartner 在 2019 年四季度预测在 2023 年,全球有近 74.6 万自驾 车,而目前使用激光雷达来作为视觉功能的 SAE L4-L5 的自驾车成本要超 过 10 万美元,昂贵的激光雷达感测元件价格 5 万美元以上,所以很难普及 到自用车,像是特斯拉不使用激光雷达,但透过 3 颗前臵摄像头(60, 150,250 公尺视觉距离),1 颗后臵摄像头(50 公尺视觉距离),4 颗前后 侧边摄像头(80-100 公尺视觉距离),12 颗环绕车身的超音波感测器(感 测距离 8 公尺),及一颗前臵雷达(160 公尺视觉距离)推出的 L3 等级 FSD 自驾驶解决方案,整体额外自驾功能成本应该不超过 2 万美元。我们 估计于 2035 年全球超过 30%的汽车销量将具备 L3-L5 的自动驾驶功能, 未来 15 年的复合增长率达到 30-35%。

1.2 服务器芯片的迭代加速

我们估计全球服务器厂商营收在 2022/2023 年有 5%/7%的增长,但全 球服务器半导体市场在 2022/2023 年却有 20%/25%的增长。这对 2022/2023 年半导体增长各有 4-6 个点的贡献。每台服务器芯片价值在 2022 年有超过 12%的增长,主要系 AI 智能服务器比重的提升对 AI GPU 需求也有提升,而 Intel 7 及 AMD 5nm 的 CPU 的芯片面积大增估计也对 成本及价格进一步提升,PCIE Gen 5 retimer, 及 DDR5, DDR5 内存接口 芯片的采用,都对每台服务器芯片有增量,增价效果。因为 Intel, AMD, Nvidia 在云端,边缘运算,企业,政府,运营商端的技术叠代竞争加速, 我们认为未来 10 年,全球服务器半导体增长将明显高于服务器厂营收增长 平均达 10-15 个点,全球服务器半导体市场于 2021-2035 年复合成长率达 20%(4-5% CAGR 来自于全球服务器数量成长,2-3% CAGR 来自于每台 服务器芯片数目增长,12-14% CAGR 来自于芯片平均单价提升)。根据美 国半导体设备龙头应用材料的预估,从 2020 到 2025 年,全球每台服务器 的半导体芯片价值将增加一倍到 5600 美元,相当于 20%的 5 年复合增长 率。归因于每台服务器的芯片数量增加,芯片面积变大,良率变差,处理 层数增加,交货周期拉长所造成的结构性缺货, TrendForce 的研究预测, 2022 年 3 月全球服务器用 FPGA, 电源管理芯片,高速网络芯片,电力功 率芯片的交期仍超过 40 周或三个季度。

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Intel 7 Sapphire Rapids:英特尔于今年三月份小量出货的新一代服务器 芯片 Intel 7 CPU Sapphire Rapids, 虽然是第一次改用 Chiplet 架构,但在 整合四颗 372mm 2 芯片(每颗芯片 (tile) 有 14-20 CPU 核心)面积的 chiplets 后,整体 56-80 核心芯片面积估计高达 1488mm2,是上个世代 Ice lake 产品的三倍大左右,所以定价应该会比 Ice Lake 贵三倍左右, 我们 以为因为核心数不足,芯片面积过大,良率较差,成本高,ABF 大载板缺 货(层数变多,面积变大,良率变差)等因素, 英特尔 2022 年要靠着 Sapphire Rapids 收回过去两年失去的给 AMD 份额,我们觉得还是有难度。那为何英特尔不改其 CPU 设计为小芯片架构,我们研究认为主要系英特尔 的架构已经有 2,4,8 颗服务器 CPU Socket 插槽的主机版,如果每颗 chiplet 的 CPU 有 8 颗芯片(Tile),那 8 个 CPU 的服务器主机板就会有 64 颗芯片 (Tile) 要互相连结,那 CPU跟 CPU, 芯片跟芯片的沟通都要透过 UPI 通道 (Ultra Path Interconnect,最高传输速度可达 16GT/s), 那 UPI肯 定会成为 CPU芯片之间沟通的瓶颈。还有就是,英特尔整合了两个 DDR5 的控制芯片到一颗芯片(Tile)中,4 颗芯片就是 8 个存储器通道,如果是 8 颗芯片,每颗芯片太小就无法容纳两个 DDR5 的存储器通道控制芯片, 这样也会有瓶颈。而 AMD 是把存储器控制芯片放在中心的 I/O 控制芯片上, 所以每颗 CPU 多加几颗芯片没有关系。而且,AMD 的服务器架构主要用 1,2 颗服务器 CPU Socket 插槽的主板,如果每颗 chiplet 的 CPU有 8 颗 芯片 (Tile), 那 2 个 CPU 的服务器主机版就仅有 16 颗芯片要互相连结, 沟通上就简单许多。

AI 服务器拉升英伟达云端 AI 芯片需求:这几年因为 Nvidia 英伟达的 GPU 大量被使用在人工智能的云端辨识系统,从每台服务器加两片高速运算 GPU 卡,4 片到 8 片 GPU 卡都有,让 Nvidia 在数据中心芯片市场的份额 从 2018-2019 年的不到 10%, 到 2021 年的超过 20%,全球人工智能服 务器占比也逐年提升至 2021 年近 10%,但光就 AI 推理及训练加速器而言, 英伟达应该有超过 95%以上的份额。英伟达的 4nm 芯片 H100, 芯片面积 虽然 812mm2,最大耗电量达 700W, 但其在浮点半精度,单精度,双精 度稀疏及理论峰值运算都明显优于同业,为了让 H100 的 DGX 人工智能服 务器系统发挥效能,还要另外配备非常昂贵的 320-640GB HBM (高频宽内 存) 给 AI GPU 使用,为了控制使用价格昂贵的 HBM 让总成本不要失控, 英伟达决定在 2023 年初推自家的设计的 ARM CPU (Grace)配合其高速 NVlink 通讯网络(500GB/秒传输速率), 可以让 CPU/GPU 共同分享 DDR4/5/HBM 存储器达到快取一致性(Cache Coherency), 我们认为未来哪 家公司能率先推出 AI服务器达到 Cache Coherency ,这就是未来 AI服务 器竞争者的决胜点之一。

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英特尔要自推 AI GPU 抢份额: 英特尔今年要推出的 AI GPU加速器 Ponte Vecchio (1000 亿晶体管, 47 芯片, tsmc 5nm x16, 8 核心=128 核心 (compute tile), intel 7nm x2 640mm2 (base tile), tsmc 7nm x2 (link))x4 再搭配 2 颗 Sapphire Rapids CPU的人工智能服务器系统,也需要庞大的 DDR5 DRAM 及 HBM DRAM。不同于 Nvidia 的 NVlink, AMD 的 Infinity Fabric 这两者都是独家技术封闭架构,无法适用于 CPU 及 GPU 以外其他 芯片的连结,Intel 支持的 CXL 可消除 CPU与设备、CPU与存储器之間的 传输瓶颈,创建一个可以支持 AI, smart I/O、smart NIC, CPU, 存储器模组 的接口,以服务下一代的数据中心。可惜目前 CXL 是建立在 PCIE Gen 5.0 的实体及电子层的架构上,目前 PCIE Gen 5/CXL 最高只能提供 64GB/s 的双向传输速率, 跟 Nvlink 的 500GB/s, Infinity Fabric 的 400GB/s 有 6-8 倍的差距,可能要等到 PCIE Gen 6/CXL 的 128GB/s 技术 问世才能进一步缩短与 Nvidia 及 AMD 之间的差距。但从 2019 年 3 月 13 日开始,英特尔携手阿里巴巴、思科、戴尔,EMC、IBM, 脸书 Meta、谷 歌、惠普、华为以及微软宣布成立 Compute Express Link(CXL) 开放合作 联盟,而目前从 Nvlink, Infinity Fabric retimer 的设计进度来看,要能够领 先英特尔达到 Cache Coherency 似乎还是有很大的难度。

1.3 WiFi 7 芯片将补足 5G 传输过慢的缺陷

晶圆代工 12“成熟产能逐季疏解:归因于之前大部分 12” 成熟制程工艺 28-65nm 产能被小尺寸显示驱动触控,射频收发器,摄像头感测芯片,影 像信号处理器,MCU微处理器等所用,全球 WiFi 5, WiFi 6 SoC 出货始终 处于严重供不应求,但 2022 年因消费性智能手机,笔电,TV 需求转弱, 我们预期 12“成熟制程产能将逐季释放到 WiFi 5, WiFi 6,WiFi 7 的芯片 生产,这将利好于 WiFi 芯片 SoC 及 RF 射频前端市场未来五年的加速放 量;

新应用加速 WiFi 7 迭代更新:元宇宙的 VR/AR, 4K/8K 超高清视频,低延 迟游戏机,补足 5G 旗舰手机传输过慢的缺陷,将驱动 3 倍带宽 WiFi 7 终 端及路由器芯片的迭代更新,尤其利好于高通的 XR 芯片+WiFi 6/7, 晶晨 的 STB/TV 芯片+WiFi 6/7, 高速游戏机+博通, 瑞昱, 高通,联发科的独立 WiFi 6/7 芯片;

WiFi 7 将驱动 WiFi芯片市场结构性放量:我们评估 WiFi 7 的带宽比 WiFi 6 增 3 倍加上摩尔定律微缩趋缓,这将带动 WiFi 7 芯片在单价及芯片面积 上大于 WiFi 6 近 50-100 个点以上,这将形成一支大量消耗 6/7nm 芯片产 能的需求怪兽;

智能手机及商用/工业用/家用 WiFi 芯片市场国产替代偏低,未来潜力庞大:除了物联网 WiFi 已有国内芯片公司相继投入外,国内智能手机,商用/工 业用/家用接入网及网关路由器 WiFi 芯片市场国产替代偏低(明显低于 5%),以 2025 年全球 45 亿颗 WiFi 主芯片市场及射频放大器前端从整合 到独立的增量市场来看,未来国产替代潜力庞大,尤其利好于国内及台湾 地区 WiFi 芯片产业链公司如乐鑫科技,创耀科技,博通集成,翱捷科技, 晶晨股份,兆易创新,立积(射频前端), 唯捷创芯(射频前端),及稳懋/宏 捷科(WiFi RF 晶圆代工)。

二、全球半导体芯片市场 2023 年增长将明显趋缓

我们认为半导体下行周期有分两大类,一种是像 1997 年亚洲金融风暴, 2001 年 Y2K 后电脑更新停滞, 2008 年全球衍生性商品金融风暴的大规模 的需求衰退。另一种是像 2012,2015,2019 年的需求增长减缓,配合半 导体产能陆续开出而造成的供过于求及芯片价格下跌调整。

虽然通胀严重到让各国政府央行接连升息,但半导体厂尽力将设备涨价, 折旧,材料,人工,电力成本的提高来转嫁给需求更多产能的强应用客户;加上摩尔定律微缩大幅趋缓,芯片面积越来越大,良率越来越差,我们预 期未来 20-30 年全球芯片制造成本及晶圆代工平均单价将逐年攀升 4-5 个 点或以上,我们将不再像过去 30 年因摩尔定律微缩加速而看到明显的芯片 成本及平均芯片价格下降。我们因此测算未来 10 年(2021-2031)全球逻 辑芯片营收将有 10-11 个点的复合增长率 CAGR,高于过去 10 年复合增 长率的 5.9%。

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三、成熟制程晶圆代工/封测趋缓可期,先进制程相对稳定

归因于海外及国内芯片设计客戶因担心晶圆代工涨价而提前大幅建立库存 将库存月数从过去的低于平均,2022 年一季度的 3.6/6.5 个月,到 2022 年二季度预期将超过 4.0/7.0 个月,加上智能手机/笔电/电视/成熟型消 费性电子等产品的出货量增长明显减弱,但受惠于许多强应用产品组合的 迭代更新(电动自驾车,服务器,VR/AR, 新能源及工业用,WiFi 6/7) 及反应设备,材料,电力,人工成本的涨价,我们估计 2023/2024 年全球 晶圆代工营收同比增长 10%/12%,明显低于 2021/2022 年的 29%/28%, 其中台积电及英特尔代工营收同比增长超过平均,其他如联电,力积电, 中芯国际,华虹,世界先进,Globalfoundries 营收同比增长低于市场平均, 受惠于英特尔,高通,英伟达的 5nm/4nm/3nm 加单/转单,我们预期台积电 2023/2024 年平均单价将年增长 5-10%,其他晶圆代工平均单价持平, 行业整体平均产能利用率从二季度的 100%,逐季下滑到 1H23 年上半年 的 90%左右。因为成熟制程,尤其是 12“晶圆产能利用率下滑,我们评估 全球晶圆代工资本开支将从 2021/2022 年的 55%/38% 同比增长趋缓到 2023/2024 年低于 10%的同比增长,或不排除步入同比衰退。

归因于智能手机/笔电/电视/成熟型消费性电子等产品的出货量增长明 显转弱, 加 上 台 积 电 及 英 特 尔 积 极 布 局 抢 入 服 务 器 高 速 运 算 GPU/CPU/FPGA 的小芯片大载板封测业务及成熟制程芯片封测没有涨价 空间,我们预测 2023/2024 年全球封测营收增长 8%/8%,低于 2021/2022 年的 25%/10%。(报告来源:未来智库)

四、半导体设计:把握弱应用向强应用转换的投资机遇

4.1 智能化+缺芯潮驱动模拟芯片持续量价齐升

需求端:汽车电动+自驾、工业自动化及 5G 通讯建设推动 22 年全球模拟 芯片继续量价齐升。IC Insights 预计 2022 年模拟芯片总销售额将增长 12% 至 832 亿美元,出货量同增 10-11%。从需求端看,模拟芯片行业持续成 长主要受下游不断增长的汽车电子、通信、工控、消费等需求驱动,预计 未来 5 年模拟芯片市场增长的主要推动力将来自电源管理 IC、汽车/通信等 专用模拟芯片和信号转换器组件的强劲销售。

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供给端:海外巨头 TI 的模拟芯片逐渐向 12 英寸产线转移,预计 2022- 2024 年全球模拟芯片产能 CAGR 达到 8%。2019 年,TI 约 47%的模拟产 品收入来自 12 英寸产线,根据 TI 的测算,12 英寸模拟芯片的晶圆成本较 8 英寸节约 40%成本,TI 加大 12 英寸产线布局。根据 IHS Markit 预估, 2022-2024 年全球模拟芯片产能 CAGR 达到 8%。国内市场,随着国际模 拟芯片大厂的战略重心在向工业、汽车领域倾斜,逐步退出中低端消费电 子市场,这为国内聚焦消费电子领域的模拟芯片企业提供了生存空间,我 们预计整体国产化率有望由 2020 年的 12%提升至 2025 年的 20%左右。

模拟库存仍在增加,但环比增速开始放缓。虽然从 3Q21 开始国内模拟芯 片厂商库存月数开始逐步增长,至 1Q22 达到 4.9 个月,但并未达到近 5 年以来 6.8 的最高库存月数,而且环比增速仅为 5%较上一季度的 30%, 有大幅下降。库存月数增加,主要还是在于消费需求转弱,导致国内大多 数与消费强相关的模拟厂商的库存开始增加。

强应用占比高的思瑞浦表现最优。分厂商来看,我们看到 1Q22 只有思瑞 浦、力芯微、芯朋微、圣邦股份和希荻微的库存月数低于模拟厂商加权平 均库存 4.9 个月,其中表现最优的是思瑞浦,库存仅有 2.4 个月,还不到 平均值的一半。我们认为这主要归因于公司产品下游应用领域主要是泛通 信(55%)、泛工业(30%)、汽车+安防+医疗等(5%),消费领域占比仅 为 10%,在消费需求转弱情况下,这些强应用的需求依然强劲。

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4.2 DRAM 内存价格止跌,长期高景气不变

需求端:预计 2022 年全球 DRAM 市场规模将首次跨越千亿大关。TrendForce 预计 2022 年全球 DRAM 市场增长 8%,将突破千亿大关,达到 1027 亿美元。我们认为,未来 5 年全球内存器 DRAM 需求将进入黄金 时代,归因于:1)首次全面使用 EUV 光刻 1-alpha DRAM;2)人工智能 服务器系统拉动 HBM 高频宽内存需求;3)服务器用 DDR5 面世,核心数 带动内存通道数增加,7nm/4nm/20-18Angstrom CPU 也将搭配 HBM;4) L3/L5 自驾车对存储器需求;5)中/低容量特殊利基型 DRAM 需求超过供 给。

供给端:因为设备越来越贵,EUV 光刻机设备取得困难,加上良率延迟问 题,DDR5 比 DDR4 多消耗 30-50%产能,我们预期未来 10 年的 DRAM 位元容量产能复合增长率将从过去 5 年的 20%,降低到 17%。未来 10 年 全球 DRAM 行业应该是长期处于供给不足的状态,估计短期供过于求的下 行周期将有 2-3 次,少于 2010-2020 年的 4 次。另外,TrendForce 预计 2022 年全球 DRAM 内存器资本开支将达到 305 亿美元,同比增长为 9%。

预计 22 年下半年 DRAM 价格将逐步企稳回升。从 DDR4 8Gb 的合约价以 及 DDR4 4Gb 的现价走势看,受渠道模组商及系统厂商增高库存水位后降 低购买意愿所致,2021Q3 开始存储价格开始回落,但经历近 8 个月的降 库存过程以及我们预判未来几年受产业缺芯、地缘政治以及疫情等不确定 因素影响,渠道模组商及系统厂商将维持高库存水位状态,加上 DDR5 的 迭代更新造成单价提升,预计 22 年下半年开始存储价格将有望逐步企稳回 升。TrendForce 也预计从 3Q22 开始 DRAM 合约价格将逐步回升。

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国内存储厂商业绩与存储价格走势一致。受益于去年涨价,21 年国内存储 芯片厂商业绩都有不错表现,但显然在 21Q2 增速达到高点之后,营收增 速开始大幅下降,利润率走势也是如此,这与存储价格走势相关性较强, 因此我们预计今年下半年国内存储芯片厂商业绩有望逐步好转。

兆易创新由消费弱应用向工业、汽车等强应用转变成效显著。国内存储厂 商的加权平均库存月数,从 4Q21 开始逐步提升至 1Q22 的 4.7 个月,但 仍明显低于 IC 设计厂商 6.5 个月的平均库存。从公司来看,1Q22 澜起科 技、聚辰股份和兆易创新的库存低于存储行业平均值,分别为 2.38、4.49 和 4.57 个月,均处于合理的范围内。其中,澜起与聚辰均受益于 DDR5 的 新产品放量,兆易创新则与公司由消费向工业、汽车等强应用领域转型成 效有关。

4.3 长期看好车用 MCU 行业长期成长性

MCU 量价齐升,未来 5 年 CAGR 达到 9.4%。IC Insights 预计,2022 年 全球 MCU 的市场规模有望达到 215 亿美元,同比增长 10%,预计 21-26 年 MCU 的平均售价的复合增速将达到 3.5%。Yole 发布最新报告也称, 2021 年 MCU价格涨幅超过预期,预计 2022 年将继续上涨,且在 2026 年 前不太可能大幅回落。

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这主要得益于汽车电动化与智能化驱动单车用 MCU 数量增加,如动力系 统、车身控制、ADAS 以及车载娱乐交互等多个汽车模块均会增加对 MCU 的需求。IC Insights 显示,2021 年全球汽车 MCU 市场规模达到 76 亿美 元,同比增长 23%,预计 2022-23 年将继续增长 14%和 16%,并且自动 驾驶需求将驱动车用 MCU 从 8 位元/16 位元向 32 位元转变以增加 MCU 的算力,从而提升单颗 MCU 的价值量,预计到 2021 年年超过 3/4 的汽车 MCU销售额来自 32 位,约为 58 亿美元。

21 年国内 MCU 厂商收入高增长,盈利能力逐步提升,但 22 年存在隐忧。受益于缺芯潮影响以及疫情导致居家办公促进消费电子需求增长,同时, 车用 MCU 缺货导致国际大厂产能转向车用、工业用等高端应用领域,21 年国内 MCU 厂商在消费领域量价齐升,国产替代加速,合计厂商收入同 比增长 85%。毛利率与净利率均达到历史高点 47%/20%。但我们认为, 随着 22 年消费电子需求转弱,以及部分渠道商囤货受到整治,消费用 MCU 价格有望逐步回落,而国内 MCU 厂商产品应用多为消费领域,工业 用与车用占比较小,因此,我们认为预计去年享受涨价红利的 MCU 厂商 (特别是消费占比较高的厂商),在 2H22 或 2023 年存在业绩下跌的风险。

我们再看库存月数,同样从 4Q21 开始国内 MCU厂商的库存月数逐步提升, 至 1Q22 达到 4.85 个月,同比增 55%,环比增 18%,表明国内 MCU厂商 库存压力逐步增大。从不同公司来看,中颖电子和兆易创新分别为 2.6 和 4.6 个月,均低于行业均值。这主要得益于兆易 MCU 产品大力向工业、医 疗以及高端消费等强应用领域转型(目前工业占比已超 40%),同时公司 车规级 MCU 也有望在今年下半年推出,也将加快转型;中颖电子 MCU 主 要在需求较为稳定的小家电领域,而且中颖工业用 MCU 多为专用产品, 客户需求稳定、粘性较强,因此,其库存更低。

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4.4 重点公司分析

1. 思瑞浦:国内模拟信号链龙头,持续平台化转型

1)持续高研发铸就技术优势:持续股权激励及 23%的高研发费用率 深度绑定人才构筑静电保护,低噪声低温漂参考电压,低失调 CMOS 放大器等三大核心通用技术;

2)产品优势:每年新增 400 多种新产品,线性,ADC/DAC 转换/接 口等三大模拟产品性能直追国际大厂;

3)客户优势:中高端客户占比高,产品由通讯向工业,汽车,高端消 费等强应用领域逐步拓展。

我们看好公司作为国内模拟信号链行业的龙头,受益于汽车电动化和 智能化、工业自动化升级以及 5G 带来的物联网终端应用爆发增加对模 拟芯片的需求,同时,公司大力开发电源管理芯片与嵌入式产品,持 续扩充产品品类、中高端客户持续突破,叠加全球缺芯带来的国产替 代机会,有望持续高增长。

2. 兆易创新:国产存储与 MCU双龙头,构筑 Nor Flash+MCU+DRAM 三 大成长主线

1)Nor Flash 领域:兆易深耕多年,目前市占率 20%,全球第三,凭 借产品线丰富、Fabless 模式灵活、把控行业趋势能力强等三大核心优 势,受益于国产替代,制程由 65nm 逐步切换至 55nm,中大容量产品 收入占比提升至 60%,突破汽车、工业等重点客户,25 年市占率有望 提升 25%以上。

2)MCU领域,工业+汽车占比提升:兆易是国内 MCU 龙头,22 年出 货量 4 亿颗,国内市占率约 15%,32 位主流 MCU产品料号超 400 种, 目前下游工业应用占比超 40%,22 年下半年车规 MCU 量产,预计全 年工业+汽车占比将超 50%,受益于行业缺货,国内厂商加速国产替 代,未来 3-5 年兆易市占率有望提升至超 30%。

3)自研利基型 DRAM 打开长期成长空间:21 年量产 19nmDDR4 (4Gb),已导入安防、机顶盒等客户,预计 22 年量产 17nmDDR3、 DDR4、LPDDR4 等 1-8Gb 产品,目标定位消费类、工业控制类及汽 车类等利基市场,凭借长鑫产能优势、制程优势有望实现大规模量产。

五、国内 IGBT/SiC 迎来新能源及国产替代发展良机

5.1 预测全球 IGBT 市场规模 2020~2030 年 CAGR 达 13%

新能源行业(电动汽车、风光储能等)的快速发展,工控及家电行业的稳 健增长,对 IGBT 需求旺盛,根据我们估算,我们预计 2025 年全球 IGBT 市场规模达 954 亿元、2020~2025 年 CAGR 为 16%,中国 IGBT 市场规 模达 458 亿元 (48%全球市场占比)、2020~2025 年 CAGR 达 21%。2030 年全球 IGBT 市场规模达 1609 亿元、2020~2030 年 CAGR 达 13%,中国 IGBT 市场规模达 732 亿元、2020~2030 年 CAGR 达 15%。其中新能源车、 光伏&储能贡献了最大增量。

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5.2 新能源车:IGBT 最大增量市场,2022 年自给率有望达到 40%

新能源车市场是 IGBT 的最大增量市场,预计 2025 年全球新能源车 IGBT 市场规模达 383亿元、2020~2025年 CAGR 达 48%,2030年全球新能源 车 IGBT 市场规模达 765 亿元,2020~2030 年 CGAR 达 31%。

IGBT 主要应用在新能源车的电机控制系统、热管理系统、车载充电机, 此外, IGBT 也广泛应用在 PTC 加热器、水泵、油泵、空调压缩机等 辅逆变器中,完成小功率 DC-AC 转换。

我们估算单车 IGBT 价值量维持 1700 元。1)IGBT 一般占新能源车 BOM 成本的 5%。根据 Strategy Analytics,48V 轻混车功率半导体单 车价值量为 90 美元,纯电动车功率半导体单车价值量达 330 美元(折 合人民币 2100 元)。2)一般 A00 乘用车 IGBT 单车价值量为 800 元, A 级电动车 IGBT 单车价值量为 2000 元,2019~2021 年新能源车中 A00 车占比为 20%~25%,我们估算新能源车 IGBT 单车价值量为 1700 元。3)目前部分高端车型采用四驱系统(如理想 one),四驱系 统采用两个电控模块,我们估算四驱车型 IGBT 单车价值量达 3200 元, 预计未来伴随四驱车型渗透率持续提升,IGBT 单车价值量持续提升, 我们假设 2025 年四驱车型渗透率达 15%,对应 2025 年新能源车 IGBT 单车价值量达 1980 元,四年 CAGR 为 4%,考虑正常年份下 IGBT 采购年降的影响,预计新能源车 IGBT 单车价值量维持在 1700 元。(报告来源:未来智库)

5.3 光伏&储能:IGBT 第二增量市场,国产替代刚刚开始

预计 2025 年全球光伏&储能 IGBT 市场规模达 108 亿元、2020~2025 年 CAGR 达 30%,2030 年全球光伏&储能 IGBT 市场规模达 280 亿元, 2020~2030 年 CGAR 达 25%。

光伏的功率半导体单 MW 价值量为 2000~5000 欧元,储能功率半导体 单 MW 价值量为 2500~3500 欧元,估算 IGBT 的单价为 3000 欧元 /MW(折合 2100 万元/GW)。根据固德威、锦浪科技的招股说明书, IGBT 占原材料采购成本的 11%~12%,原材料成本占营业成本的 93%~94%,过去三年毛利率平均值为 35%,我们推算 IGBT 价值量占 逆变器市场规模的 7%。

我们预计 2025、2030 年光伏&储能逆变器出货量达 542、1650GW, 市场规模达 1500、3999 亿元,对应全球光伏&储能 IGBT 市场规模达 108、280 亿元,2020~2025 年 CAGR 达 30%、2020~2030 年 CAGR 达 25%,行业增量主要来源于三个方面:1)新增需求:受益 于全球光伏新增装机量高速增长,预计 2025、2030 年光伏逆变器新 增需求为 400GW、1000GW;2)替换需求:逆变器中 IGBT、电容等 电子元器件受内部环境、器件温度和电流谐波的影响,使用寿命往往 低于电站运营周期(尤其是早期逆变器产品),存在存量市场的替换需 求,预计 2025、2030 年光伏逆变器替换需求分别为 22、50GW;3) 储能需求:储能是实现可再生能源高占比的必经之路,随着储能渗透 率提升,预计 2025、2030 年储能逆变器渗透率为 30%、60%,新增 需求分别为 120、600GW。

5.4 SiC:优势突出,预计未来六年 CAGR 超 34%,国内企业奋起直追

SiC MOSFETS 优势突出,更适合高压领域。相对于 Si 基材料,SiC MOSFETS 具有低导通损耗、低开关损耗、高开关频率、高功率密度等优 点,更适合制作高温、高频、抗辐射及大功率器件,适用于新能源车、风 电光伏等高压领域,在 800V 高压平台的电动汽车可以充分体现快充、节 能的优势。

SiC 行业壁垒更高,竞争格局更优,国内企业积极布局。1)SIC 行业研发 周期长、制造难度高、资金投入高。①产业链涵盖衬底→外延→设计→制 造→封装,其中衬底、外延、制造、封装占晶片加工成本的 50%、25%、 20%、5%,其中 SiC 单晶生长过程几乎是黑箱操作、难以观测、难度极高。②英飞凌 1992 年开始进行碳化硅材料布局,直至近两年方开始大规模建厂扩产,2022 年 2 月英飞凌宣布将投资 20 亿欧元扩充第三代半导体产能, 预计项目达产贡献增量收入达 20 亿欧元。2)SiC 衬底、外延片集中度最 高,Wolfspeed 市占率达 50%,罗姆、II-VI 市占率达 35%,三家公司长晶 炉均为自己设计。SiC 功率器件的主要玩家包括意法半导体、英飞凌、 Wolfspeed、罗姆、安森美、三菱,2021 年 CR3 达 76%。3)国内企业纷 纷布局 SiC 领域,比亚迪 2020 年是国内唯一实现 SiC 模块在电机驱动控 制器中大批量装车。2022 年时代电气投资 4.6 亿元将现有 4 英寸 SiC 芯片 年 1 万片产能提升至 6 英寸 SiC 芯片年 2.5 万片。2021 年斯达半导募资 5 亿元拟投产年产 6 万片的 6 寸 SiC 芯片,截至 2021 年 9 月斯达半导已获 得 3.4 亿车规级 SiC MOSFET 模块订单。2021年 H1 士兰微 SiC 功率半导 体中试线已成功通线,预计于 2022 年三季度投产。

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5.5 供给端:缺货涨价潮助力国产替代加速

行业国产化率较低,2019 年仅 12%。从全球 IGBT 竞争格局来看,行业较 为集中,根据 Yole,2020 年行业 CR3 达 50%,英飞凌是行业绝对龙头、 市占率达 27%。分产品类型来看根据 Yole,从产量来看,2015 年国内自 给率为 10%、2019 年国内自给率仅 12%,行业自给率缓慢提升。考虑海 外产品规格更高、预计从市场规模口径来看国产化率更低。

展望 2022 年,供需失衡贯穿全年。1)5 月英飞凌公告财年二季报,公司 积压订单达 370 亿欧元(2021 年公司收入为 111 亿欧元,预计 2022 年收 入为 130~140 亿欧元),且 80%需求集中于 12 个月交付,2 月英飞凌向经 销商向经销商发布通知函、表示 2022 年供需失衡贯穿全年,或酝酿新一 轮产品提价。2)5 月安森美内部人士称 2022 年、2023 年车用 IGBT 订单 已满且不再接单。3)1 月逆变器龙头企业锦浪科技预计 2022 年四季度前 芯片供给难有大改善。4)海外厂商扩产普遍谨慎,主要的增量贡献是英飞 凌投资 16 亿欧元在奥地利菲拉赫 12 寸产能,于 2021 年 8 月投产,预计 通过 4~5 年产能爬坡后贡献增量收入 20 亿欧元,增量有限。

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5.6 中国企业快速成长,盈利能力逐步提升

中国功率半导体行业呈现快速发展的趋势,尤其是盈利能力提升显著。A 股功率半导体行业 2021 年营收为 439 亿元,同比年增 26%,归母净利润 为 81 亿元,同比年增 79%。

中国功率半导体行业盈利能力呈现持续上升的趋势,2021 年功率半导体行 业毛利率为 34%,同比 2020 年增加+2.3pct,净利率为 19%,同比 2020 年增加+5.5pct,下游新能源市场的旺盛需求拉升行业景气度, 2022 年 Q1 毛利率为 35%,同比+2.1pct,净利率为 18%,同比+2.8pct。

得益于缺货涨价潮,IGBT 行业国产化率快速提升。1)2021 年英飞凌功 率半导体业务收入同增 20%,国内上市公司斯达半导体 IGBT 收入同增 75%,士兰微 IGBT 业务收入实现翻倍增长,比亚迪半导功率半导体收入 同增 152%,中车时代功率半导体收入同增 33%;2)我们估算 2020、 2021 年国内上市公司 IGBT 收入达 31、57 亿元,同增 59%、88%,国产 化率达为 17%、25%,提升 5pct、8pct。

海外龙头毛利率更高且稳定性更强,受价格周期影响国内部分企业盈利能 力波动性较大。从净利率、毛利率来看,受益于功率半导体行业缺货涨价 潮,近两年各企业盈利能力明显提升。海外龙头英飞凌、安森美毛利率较 高且较为稳定,2021 年英飞凌、安森美毛利率达 39%、40%,国内斯达 半导毛利率达 36%、且呈现稳步提升,新洁能、士兰微毛利率波动性较大, 宏微科技毛利率显著低于同业,但周期性明显。国内企业费率更低,净利 率明显优于海外企业,受益于毛利率提升、规模效应,斯达半导净利率持 续提升、2021 年达 23%,新洁能、士兰微净利率波动性较大。

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六、国产芯片制造加速,为国产设备及材料厂商提供巨大市场空间

6.1 晶圆厂资本开支持续增长,预计 2022 年大陆内资晶圆厂设备需求增长 30%

2021 年全年设备销售额增长 44%,2022 年晶圆制造设备预计增速 18%。根据 SEMI,2021 年全球半导体设备销售额达到 1026 亿美元新高,同比 增长 44%,中国大陆增长 58%达到 296 亿美元。预计 2022 年全球半导体 制造设备市场同比增长 18%扩大到 1070 亿美元。2022 年全球半导体行业 资本开支增长 24%,拉动半导体设备需求。根据 Gartner 的估计,2022 年 全球半导体行业资本开支 1904 亿美元同比增长 24%。2022 年预计三星/ 台积电资本开支 379 亿/400-440 亿美元;中国大陆资本开支最高的中芯 国际 2022 年 50 亿美元。

国内的中芯国际、长江存储、长鑫存储、华虹集团等厂商在陆续进入加速 扩产期,产能持续增长,为设备厂商带来了巨大的订单机会。我们根据公 开信息统计,目前中国大陆地区的晶圆代工厂、IDM 厂等的 12 英寸目前 规划建成产能约 190 万片/月,2021 年底已达产的产能约 70 万片/月,未 来潜在扩产产能为 120 万片/月。8 英寸规划产能约 137 万片/月,潜在扩产 产能为 42 万片/月。预计 12 英寸 2022-2023 每年分别新增产能 33.5/36.5 万片/月,8 英寸 2022-23 每年分别新增产能 21.5/11 万片/月。

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6.2 半导体设备国产化率持续提升

国内在半导体设备各细分领域涌现出一批优秀公司,但与海外厂商相比技 术实力与收入体量相差仍比较大。海外龙头公司利润 AMAT 、LamResearch 等均为平台型公司,国内厂商中北方华创、中微公司、盛美上海、 万业企业等已陆续开始或已经实现横向平台化布局。

国产化率持续提升,随着相关产线建设,我们认为 2022-23 年有望迎来国 产设备渗透率加速提升的拐点。从国际招标网中我们统计长江存储 、华力 微、华虹无锡三家国内规模较大的新建晶圆厂从 2016 年至 2021 年期间公 开发布的相关招标中标公告,总体而言长江存储、华虹无锡、华力集成设 备国产化率(按照设备台数占比)分别约为 16%/15%/13%。国产厂商的 招标数量的渗透率在逐年提升,以长江存储为例,从 2018 年的 5%提升到 2021 年接近 20%。(报告来源:未来智库)

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6.3 国产半导体材料迎来快速发展期

随着大陆产能的快速扩张,国产半导体材料迎来快速发展期。2021 年全球 市场规模在 642 亿美元,较 2020 年同比增长 16%。21 年中国大陆增长 22%。2020 年底中国大陆内资晶圆厂 12 寸产能约 44 万片/月,2021 年新 增产能约 23 万片/月,我们认为 2021-2023 年中国大陆内资晶圆厂产能增速分别为 53%/48%/39%。产能的快速扩张有望带来国产半导体材料的加 速增长。

受益晶圆厂积极扩产,硅片需求快速提升,硅片厂商扩产节奏滞后,预计 2023 年下半年以后全球硅片产量才会有明显增长。晶圆厂积极扩产, 2020-22 年晶圆厂资本开支持续增加,硅片需求持续旺盛。而硅片厂商扩 产滞后,2020 年硅片厂商资本开支下滑 12%,2021 年上半年同比下降 23%。全球前五大硅片厂商中,环球晶圆投资 1000 亿新台币,新产线产 品产出时间从 2023 年下半开始逐季增加。根据信越化学公告,12 英寸硅 片会根据订单量稳步扩产。根据 SUMCO 估计,硅片厂的建设周期约为 2- 3 年,全球硅片产量至少要到 2023 年下半年后会有明显增长。

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中国大陆硅片产能投入巨大, 12 英寸建成产能超过 80 万片/月。根据 IC Mtia 和电子材料协会统计,目前国内从事硅材料业务的公司主要包括沪硅 产业、浙江金瑞泓、中环股份、奕斯伟、超硅等十余家。根据公司公告, 目前 12 英寸硅片:上海新昇达到 30 万片/月产能,中环股份 17 万片/月, 立昂微 15 万片/月。国内 12 英寸的需求到 2025 年达到 200 万片/月,目前 国内的硅片规划的产能超出需求,我们预计后面硅片厂会根据需求安排产 能并且陆续开始吸收合并。

*本文来源于 未来智库

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