2020中国半导体突围之战：行业竞争环境深度研究与指引
中长期来看，如果中美“脱钩”发生，中国可能会成功发展出一个有竞争力的国内半导体行业，能够满足国内绝大部分需求。
美国著名咨询公司波士顿咨询公司2020年3月9日发布一份题为《限制对华贸易将如何终结美国在半导体行业的领导地位》（How Restricting Trade with China Could End US Semiconductor Leadership）的研究报告，该报告指出，在半导体领域限制对华贸易甚至直接“脱钩”将永久性损害美国半导体产业，并最终导致其失去全球竞争优势和领先地位，对美国负面影响显著。短期内将造成双输的局面，长期却是美国单输的局面。
因为如果美国采取更强硬的限制措施，中国的高科技企业不可能坐以待毙，一旦无路可退，只有被迫走上自主开发之路，虽然这条路不是一蹴而就的，但中国在其他行业已经把不可能变为可能，为什么半导体产业是例外？波士顿公司已经非常清醒地提出了美国有识之士的担忧，即川普政府的极端政策，不仅不会打垮对手，长期还会损害美国的长期利益。
本报告共分四大部分110页，由于篇幅所限，先与读者分享上半篇。
第一部分：2020年半导体行业市场预测
高端手机产业链利润节点仍被国外厂商持有，“缺芯少屏”依旧是中国半导体产业之痛。
我国半导体产业市场规模超万亿，半导体产业已成国家战略新兴产业。我国2/3的半导体产品需要从国外进口，高端领域几乎完全依赖进口。半导体是我国第一大进口品类，年进口超过3000亿美元，逆差超2000亿美元。中兴和华为先后被美国制裁，中兴一度因半导体产品断货而导致公司停止运行。目前中国高新技术企业处于被美国“卡脖子”的高风险阶段。
芯片的生产过程包括两个环节，一个环节是设计，一个环节是制造。芯片设计相对易于突破，我国在芯片设计环节，包括华为海思等知名中国科技企业均已经研发出7nm工艺制程的芯片。芯片制造是鸿沟，受制于人，芯片制造环节却依旧是中国企业最大的短板，毕竟用于生产制造芯片的光刻机便是一大难题。
半导体制造领域我们急需摆脱“卡脖子”
2019年全球半导体销售额4098亿美元，1999年为 1494亿美元。过去20年年间全球半导体销售额复合增速为5.2%。全球半导体增速放缓，与GDP趋于同步。
过去20年、15年、10年、9年、5年、3年全球半导体销售额的CAGR分别为5.1%、4.4%、6.1%、3.6%、4%、-0.3%，区间越短，复合增速越低，说明全球半导体市场增速趋于放缓。
再回到中国的半导体产业，中国半导体产业的增速超全球。虽然全球半导体增速放缓，但中国半导体产业还在高速发展。2019前三季度全球半导体销售额同比增速都是负值，而中国市场同期是正增长。因此可以这么说，全球半导体行业的前景在中国，这也是中国不能被打垮的原因——中国本身就是一个单一的巨大市场！
半导体厂商模式分为只有设计无制造的Fabless模式和有设计有制造的IDM。Fabless、IDM、系统厂商都是代工厂的客户。
2020 年中国大陆半导体代工市场规模预计在 120 亿美元同比增长约15%。
2019年全球Fabless半导体代工需求为 1260亿美元，同比增长13.5%，其中中国市场需求为280亿美元，同比增长21.7%。
第二部分：半导体行业的国产化形势
2019 年全国进口集成电路 3055 亿美元，而 2018 年中国集成电路设计产业收入只有 2519 亿元人民币（含出口）。26 家集成 电路公司的 2018 年合计海外收入占比为 40.4%。我们假设全部中国集成电路 设计企业的出口比例为 30%，内销为 70%。按照上述出口比例，2018 年中国集成电路进口额 3121 亿美元，是国内自给的 12.3 倍。所以，我们可以得出结论，假如国内芯片设计公司的供给，能替代巨额进口的需求，那么国内芯片设计公司的市场还有超过 10 倍的空间。
核心芯片国产自给率很低，甚至为零
从芯片需求看，亚太地区占60%的市场需求，一是因为日本、韩国、中国大陆、中国台湾地区拥有众多IC下游产业，是全球工厂；二是亚太地区人口众多，电子设备市场需求大。
全球半导体销售市场中，中国市场占比逐渐提升，到2018年中国市场占全球半导体销售额的33.8%。随着中国市场占比逐渐提升，中国本土设计企业的市场空间会越来越大。
半导体制造材料的国产化形势
半导体制造材料是半导体产业发展基石。半导体制造材料是半导体制造过程中所需的材料，包含硅片、光刻胶、光掩膜、溅射靶材、 CMP 材料、电子特气、湿化学品、石英等细分子领域。
半导体加工分为芯片设计、芯片制造和封装测试三个环节，半导体芯片制造过程中，所有工艺均在硅片衬底上进行，具体工 艺包括前期硅片准备、薄膜氧化/沉积、化学机械研磨、光刻、刻蚀或离子注入、去光刻胶等步骤，以上步骤组成一个循环。一般半导体制造需要经过十几至几十次循环才可全部加工完毕，进入下一轮的封装测试环节。
2018年全球半导体材料市场为322.3亿美元，其中硅片、光掩膜、光刻胶和光刻胶辅助材料、湿化学品、电子特气、溅射靶材、CMP抛光材料市场分别为121.2、 40.4、39.6、16.1、42.7、8、21.7亿美元，其中以硅片市场最大，市场占比最高。
根据普华永道咨询数据，2019至2022年，通信和数据处理依然占据半导体下游应用市场中主要地位，预计至 2022年，二者市场共计将达3650亿美元，占下游全部市场的63.5%。增速方面，2018-2022年间以汽 车和工业应用半导体市场增幅最快，CAGR分别为12.14%和 10.67%，同时二者的市场放量绝对数值也为所有细分应用中最高，预计2018-2022年汽车和工业应用半导体市场将分别放量250亿和270亿美元。
自 2016 年新一轮半导体周期以来，主要受通信和数据处理市场驱动，全球半导体市场持 续增长。2018 年全球半导体市场达 4664 亿美元，同比增速达 13%。
三重利好因素共振，中国半导体制造材料行业将实现高速发展
近年来，受益于半导体硅晶圆制造产能不断向中国转移，中国半导体制造材料行业进入快速上行趋势。推动半导体制造材料行业高速发展主要有三重利好因素：各地规划的半导体硅晶圆产能相继投产，半导体制造材料需求持续快速扩张；国内半导体制造材料行业国产化率低，国产替代空间巨大；政策端大力支持半导体相关材料领域发展，包括大基金、02专项等。
预计2020-2025 年，受益于下游的汽车电子半导体、工业半导体、以及本次5G换机潮所拉动的通信领域半导体应用市场需求增长，中国的终端半导体市场将延续快速增长趋势。
四大主流芯片架构
X86是微处理器执行的计算机语言指令集，指一个intel通用计算机系列的标准编号缩写。
ARM架构是一个32位精简指令集处理器架构，其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于节能的特点，ARM处理器 非常适用于移动通讯领域，符合其主要设计目标为低耗电的特性。
RiSC-V架构是基于精简指令集计算(RISC)原理建立的开放指令集架构(ISA)，RISC-V指令集完全开源，设计简单，易 于移植Unix系统，模块化设计，完整工具链，同时有大量的开源实现和流片案例，得到很多芯片公司的认可。
MIPS架构是一种采取精简指令集（RISC）的处理器架构，这种架构可支持高级语言的优化执行。其算术和逻辑运算 采用三个操作数的形式，允许编译器优化复杂的表达式。
代工厂的出现促进了半导体设计公司的发展
全球前十大半导体公司演变情况
在上世纪90年代，全球半导体公司大多是日本公司，前十名企业中占据50%，而且全是IDM公司；2016年，前十大半导体企业中出现了高通、博通等设计公司，表明晶圆代工+设计公司的发展模式在数字逻辑集成电路领域中取得了巨大的成功；在2016年设计公司取得巨大成功的背景下，前十大半导体公司中有7家是IDM公司，占比前十大收入的80%。
我国半导体行业的市场结构出现了明显的变化，其中， 设计和制造业的收入占比明显上升
中国半导体企业的成功率与出生率（以设计业为例）
随着制程节点的缩小和工艺精度的提高，集成电路设计产品的设计成本迅速增加，10nm的设计 成本约为28nm的4.5倍，并且对产品销售规模的要求也同步提升（销售规模需要超过设计成本的 10倍），同时开发风险也随之增加；以28nm长寿命周期的技术节点来评测，逻辑集成电路设计企业的规模至少要在6.3亿美金（43.2 亿人民币以上），相当于2017年中国设计企业的第六大。
中国半导体制造的国产化形势
一般情况下，我们将半导体产业划分为：设计——制造——封测，EDA 面向设计和制造，设备面向制造和封测。半导体制造是目前中国大陆半导体发展的最大瓶颈，电脑 CPU、手机 SOC/基带等高端芯片，国内已经有替代，虽然性能与国际巨头产品有差距，但是至少可以“将就着用”。半导体制造是处于“0~1”的突破过程中，假如海外半导体代工厂不给中国大陆设计公司代工，那么中国的半导体产业将会受到很严重影响。
五大硅片厂垄断市场
全球半导体硅片市场主要集中在几家大企业，行业集中度高，技术壁垒较高。2018前5大硅片厂商合计95%市场份额，行业前五名企业的市场份额分别为：日本信越化学市场份额28%，日本SUMCO市场份额 25%，德国Siltronic市场份额14%，中国台湾环球晶圆市场份额为 14%，韩国SKSiltron市场份额占 比为11%，法国Soitec为4%。
全球代工被台积电垄断
台积电垄断了全球50%以上的市场份额，中国大陆代工龙头中芯国际排名第五，市场占有率 4.4%。
第三部分：如何应对美国“卡脖子”
半导体制造五大难点
伴随着芯片的集成度越来越高、半导体制造的先进程度也逐渐提升。半导体产业包 含越来越多的机械、化工、软件、材料等其它领域，是集成了很多子系统的大系统。
同时，涉及如此众多产业的半导体产业，也推动经济发展。因为，半导体产品的性 能逐渐提升，而成本降低、价格下降。从而满足了市场对于高性能、低成本需求。
半导体制造是目前中国大陆半导体发展的最大瓶颈
半导体产业是涉及多方面的，所有环节在短期全部国产化是不可能的，国产化的第一步是先摆脱“卡脖子”，然后才是全方位国产化。我国半导体制造处于“0~1”阶段，半导体制造是处于“0~1”的突破过程中，假如海外半导体代工厂不给中国大陆设计公司代工，那么中国的半导体产业将会受到很严重影响。没有制造能力就无法形成产品，就算中国大陆的芯片设计公司能够设计出跟国际媲美的芯片，但是没有制造能力，设计出来的芯片只是“一堆数据”，无法形成产品。
半导体制造的先进性体现在工艺的精细度：“X”nm，X越小工艺越先进
半导体国产化是持久战
半导体不会长期受制于人，当然也不会快速国产化，“速胜论”和“必亡论”都不对，是持久战，有以下几个理由：
第一，全球半导体增速放缓，而中国半导体仍然高增长。
第二，中国市场需求大，国产化替代仍有 10 倍以上空间。
第三，制造工艺落后很多，7nm、5nm、3nm 需要长期研发投入。
第四，顶级芯片设计能力、架构、EDA 软件等中短期内还会受制于人。
波士顿咨询：限制对华贸易将终结美国在半导体行业的领导地位
美国将失去良性创新周期
限制半导体对华贸易将永久损害美国半导体产业
在波士顿咨询公司的报告中，给出了两种情况下的评估，第一种假设是“美国维持现有的对华出口限制和技术管制”，第二种假设是“彻底终止双边技术贸易、技术领域对华脱钩”。
无论是维持现有对华出口限制还是技术领域彻底对华“脱钩”，都将在未来几年导致美国半导体企业的全球市场份额和营收大幅下降。而企业收入大幅减少，必将导致创新研发投入不足，并在美国半导体行业造成15000~40000个高技术人才流失。
短期韩国企业受益，长期中国半导体产业崛起
考虑到中国半导体行业的现状，短期内大部分订单流入第三国。而中国半导体公司也将积极发展，以满足国内40%的需求（几乎是目前中国本土产能的3倍）。波士顿咨询公司测算模型显示，由于韩国在内存、显示器、图像处理和移动处理器等关键产品方面的强大能力，韩国可能会暂取代美国，成为全球半导体行业的领导者。
中长期来看，如果中美“脱钩”发生，中国可能会成功发展出一个有竞争力的国内半导体行业，能够满足国内绝大部分需求。不过，这需要时间和大规模投资。在太阳能电池板、液晶显示器和智能手机等科技产品上，中国仅用5~7年的时间迎头赶上。不过，考虑到半导体行业技术壁垒多，可能所花时间稍长。举例来说，韩国和台湾经过10~20年的时间，才成为内存和晶圆制造的全球领导者。
即使中国不得不进口高性能处理器来替代基于美国技术的CPU、GPU和FPGA，随着时间地推移，中国半导体公司可能最终能满足国内几乎所有其他半导体产品的需求。这样做会使中国自给率达到85%。在这种情况下，中国半导体行业全球份额将从3%增长到30%以上，取代美国成为行业领导者。
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