2021年半导体行业专题研究报告

来源：莫文宇、杨洋、钟智铧 长江证券

核心观点

下游需求增强，全球半导体景气上行

2020 年以来全球疫情肆虐，无论是全球经济的正常运行，如消费、基建、供应贸易、技 术交流，都受到了不同程度影响，一度严重干扰了半导体行业的正常运转。随着“宅经 济”加速了全球数字化转型，云服务、服务器、笔记本电脑、游戏和健康医疗的需求不 断上升，5G、物联网、汽车、人工智能和机器学习等快速发展，经济复苏带来多种下游 需求回暖，叠加行业并购事件带来行业备货需求大增驱动下，全球半导体开始呈现快速 复苏的态势。据 SIA 统计，2021 年 1 月全球半导体月度销售额持续突破前高，达 40.01 亿美元，整体增速高达 13.05%，创 2019 年以来的新高。

如何观察与前瞻研判半导体景气？着眼多样化、多层次的智能生态链

半导体本质上是下游硬件终端的中间品，因此当我们研究半导体行业整体景气情况和对 未来景气持续性时，可立足于需求端、供给端、技术趋势、行业库存等因素进行分析， 其中需求的变化是行业变化的核心原因之一。从智能手机、平板电脑、笔记本电脑及云 计算带动的服务器需求，叠加智能化生态逐步推进下的可穿戴设备和智能家居，我们从 下游终端的视角来研判半导体景气上行的内在核心。

未来随着智能化、电气化趋势持续演进，下游传统汽车将升级带来庞大市场需求。在智 能化、电气化趋势下，汽车电子系统价值量将持续提升，其中的核心是汽车半导体，又 以功率器件和自动驾驶相关的半导体为主：功率器件是新能源车半导体的核心组成，是 价值量提升的关键赛道；自动驾驶快速渗透，带来海量传感器需求。无论是新能源车、可穿戴设备还是智能家居，在未来都是 AIoT 的一部分，而这其中 MCU、射频、电源管理等大量的半导体器件将是 AIoT 生态的底层硬件支撑。我们可以 想象，未来我们的生活中将会有大量的日常用品逐步智能化，围绕人类社会生活、经济 生产形成一个智能生态链，智能设备市场空间辽阔。而随着智能化的不断渗透、智能程 度的持续提升，未来相应半导体器件的技术将会不断迭代、整体用量将会不断上升，可 以说，智能生态正在打造继智能手机之后的半导体行业景气上行新势态。

摩尔定律之后：芯片面积增大+异构集成带来的体积增大

后摩尔定律时代，一方面是追求材料的创新，另一方面，则是需要考虑如何在制程提高 受限的情况下增强算力，而目前而言，扩大芯片面积或采用异构集成（需综合扩大面积 和异构集成带来的问题），将会是最有效的解决方案之一。更大的面积、更多的用量，将 为半导体行业带来持续的景气上行驱动力。我们看好半导体行业在新终端引领下的新一 轮成长浪潮，而我国已成为全球半导体市场中极为重要的一部分，因此在浪潮中我们认 为将会有越来越多具备技术实力、生产管理优势的优质国产半导体企业涌现而出，建议 关注相应优秀的半导体公司。

一、下游需求增强，全球半导体景气上行

2020 年以来全球疫情肆虐，无论是全球经济的正常运行，如消费、基建、供应贸易、技 术交流，都受到了不同程度影响，一度严重干扰了半导体行业的正常运转，全球半导体 月度销售额一度下滑到 34.43 亿美元，各国半导体销售同比增速也受到了不同程度的影 响。

随着“宅经济”加速了全球数字化转型，云服务、服务器、笔记本电脑、游戏和健康医 疗的需求不断上升，5G、物联网、汽车、人工智能和机器学习等快速发展，经济复苏带 来多种下游需求回暖，叠加行业并购事件带来行业备货需求大增驱动下，全球半导体开 始呈现快速复苏的态势。据 SIA 统计，2021 年 1 月全球半导体月度销售额持续突破前 高，达 40.01 亿美元，整体增速高达 13.05%，销售额与增速均创 2019 年以来的新高。

半导体行业逐步呈现需求旺盛、库存提高、供给不畅、新增产能开出有限等多种状况并 存的形势，半导体行业开始在供不应求的拉动下呈现全面涨价的趋势，进一步加速全球 半导体行业的整体增长。相比 2017 年高位的 24.2%，全球半导体月度销售额同比增速 目前仍有加速的空间，同时达到阶段增速高峰后全球半导体市场一般仍有 12~18 个月 的稳态增长期。因此，我们认为，由 5G、新能源、AI 等新技术、新应用缔造的新一轮 成长期到来，而供给侧适应能力尚待释放，全球半导体有望维持景气昂扬的态势，带动 全球半导体企业经营情况持续好转乃至进入新的高速发展阶段。

同时，在国际经济贸易动荡、科技限制等因素下，全球半导体行业竞争格局存变数，各 企业纷纷加大囤货力度，进一步加强了半导体行业的增长趋势。据 Gartner，2020 年全 球前 10 大芯片买家采购芯片金额高达 1,887.29 亿美元，其中苹果、三星持续增强其领 先地位，2020 年采购金额分别达 536.2、364.2 亿美元，同比分别+24%、+20.4%，同 时线上渠道完备、持续发力智能生态的小米在芯片领域的采购金额增长亦非常迅猛，达 87.9 亿美元，同比+26.0%。

据 WSTS，受益于 5G 换机潮的持续推进、“宅经济”的盛行、新能源车+自动驾驶的发 展，预计全球半导体 2021 年仍将保持较快增速，其中模拟电路同比增速大幅抬升，从 2020 年的 3.19%或将加速至 2021 年的 15.18%，整体市场规模预计将达 641.05 亿元；传感器、逻辑电路将延续 2020 年高增长，2021 年同比或将增长 16.77%（上期为10.74%）、13.05%（上期为 11.14%），而分立器件、光电子等也将改变下滑趋势，2021 年预计同比增长 10.02%（上期为-0.32%）、8.83%（上期为-2.80%）。

二、我们如何观察与前瞻研判半导体景气？

半导体本质上是下游硬件终端的中间品，因此当我们研究半导体行业整体景气情况和对 未来景气持续性时，可立足于需求端、供给端、技术趋势、行业库存等因素进行分析， 其中需求的变化是行业变化的核心原因之一，因此本文主要围绕半导体下游需求的部分 对近期的变化进行景气分析。

智能手机的恢复与 5G 浪潮：射频器件增长爆发

受全球疫情阻碍复工复产、限制线下渠道销售影响，2020 年上半年智能手机市场无论 是需求端还是供应链都面临巨大的挑战，这直接影响了 2020 年上半年智能手机的销售 情况。据 IDC，2020 年 Q1、Q2 全球智能手机出货量为 2.76、2.78 亿部，同比分别大 幅下滑 11.70%、16.00%。

但随着我国疫情率先受控、各领域顺利复工复产，叠加下半年苹果、华为、小米等手机 品牌商积极发布 5G 新机型，我国手机销售情况快速恢复，带动全球智能手机出货量快 速回升。据 IDC，2020 年 Q4 全球智能手机出货量达 3.86 亿台，同比增速已实现回正， 达 4.30%，增速创 2017 年 Q2 以来的新高。

同时，随着 5G 进入商用期，5G 手机出货量、渗透率持续增加，新一轮的换机潮愈演 愈烈，有效带动各类半导体器件实现量价齐升。据彭博，2020 年全球手机出货量约为 12.80 亿台，其中 5G 手机约 2.55 亿台，渗透率达 19.93%；据工信部统计，我国 2020 年 5G 手机出货量达 1.63 亿台，占全球 5G 手机出货量达 63.83%，我国成为全球 5G 手机出货增加的主要来源。同时我国 5G 手机 2020 年渗透率高达 55%，远超全球水平， 这大大提振了 5G 手机相关半导体的销售情况。

快速渗透的 5G 手机将成为射频等半导体器件的新增长动力。据 IDC 预计，随着 2020、 2021 年 5G 手机渗透率的提高，手机半导体市场规模同比将增加 7%、23%，并在 2021 年超过 4G 手机成为手机半导体销售的主要来源。而其中贡献较大的主要是射频和模拟 相关的芯片，这也可以在目前已发布的手机中得到验证。

以配备 128GB NAND 闪存的 iPhone12 为例，据 Counterpoint 分析，其 BOM 接近 415 美元，比 4G 版本的 iPhone11 高 21％。在 iPhone12 中，与 5G 相关的组件推动了成 本的增长，例如 5G 调制解调器，收发器和 RF 前端系统等组件合计增加了 34 美元。

此外，5G 换机浪潮与基站建设互为推动力，5G 手机加速渗透也会驱动 5G 基站建设扩 张，而 5G 频段的特性也促使基站建设向多频段、高密度、异用途迁移。如 2~4G 均是 低频段信号传输，宏基站几乎能覆盖所有的信号传输，但由于 5G 主要是中高频段，宏 基站能覆盖的信号范围十分有限，因此为了保障信号的覆盖程度，5G 基站的部署密度 相较于 4G 基站将会有所增加，同时还通过小基站模式增强信号覆盖能力。根据工信部 数据，截至 2020 年 10 月我国共建成 5G 基站超 70 万座，前瞻产业研究院预计 2022 年底我国新建 5G 基站数可能达到 110 万个，实现全国所有地级市室外的 5G 连续覆盖、 县城及乡镇重点覆盖、重点场景室内覆盖。

5G基站的快速渗透将驱动射频芯片数量进一步提升。5G基站主要应用的3.5GHz/5GHz 具有高频特性、覆盖面积小等特征，带动天线数量提升；同时 MassiveMIMO 技术变化， 4G 基站天线（4T4R）向 5G AAU（64T64R）升级，单天线价值量提升。5G 换机潮的 持续演进为射频芯片带来了强大的增长动力，Yole 预测到 2025 年全球射频芯片规模将 达 258 亿美元，2018 年至 2025 年间复合增长率达 8.06%。其中 PA、滤波器在 2025 年市场规模将达 104、51 亿美元。此外，基站耗电量增加，对电源 IC 等器件需求也会 增强。

疫情催生新需求：宅经济带来的新增长

灵活易用、高效便携的平板电脑切中远程办公需求的痛点，同时长时间居家也催生了家 庭影音娱乐中对平板电脑的需求，无论是消费者需求还是品牌商的推广都助推了平板电 脑的全球出货量突破过去数年的低点。2020 年第三、四季度全球平板电脑出货量达 0.48、 0.52 亿台，同比+24.90%、+19.50%，增长态势强劲，全年出货量也达到了 1.63 亿台， 扭转了此前下滑的颓势。

三星、联想等头部厂商在本轮需求扩张浪潮中深度受益，凸显办公+娱乐用途兼备的平 板获得消费者青睐。其中拥有 Galaxy Tab A 和 Galaxy Tab S6 Lite 等成功产品的三星 第四季度出货量约 1,010 万台，以 19.4%的份额位居第二，同比增长 44.9%，2020 年 全年出货 3,130 万台，同比增长 44.4%。其后联想以 560 万台的出货量和 120.6%的同 比增长率在第四季度占据全球第三位。

同时，部分需求并不是单纯因为疫情而导致的需求大增而复苏——未来平板电脑、笔记 本电脑市场还将会借助全球在线教育的蓬勃发展，生产力工具使用以及影音游戏等娱乐 需求的提升而继续保持增长趋势。以 Chromebook 为例，据 Strategy Analytics2020 年 Chromebook 出货量达 3,370 万台，年成长高达 86%，然多数教育市场需求仍未被满 足，未来再加上中南美洲与亚太地区的国家也陆续引进，整体需求或将持续释放。

强劲的居家办公需求，尤其视频会议的需求也促使笔记本电脑销量增加，同时在图像传 输和存储性能等方面进行升级改进。据 Strategy Analytics，2020 年全球笔记本出货量 达 2.27 亿台，同比大幅增长 32%。同时 2020 年起全球部分企业宣布实施远程办公， 而远程办公需要稳定、流畅、清晰的视频会议，同时兼顾正常办公的使用，因此为了提 升视讯会议质量，以及同时满足使用者的工作与个人娱乐需求，笔电品牌厂凭借商务笔 电的基础，着眼 AI、摄像头、音效、背景杂音、视讯画质进行改善，大大促进了笔记本 电脑市场需求的释放。

居家经济的盛行也为个人 PC 的恢复注入生命力。曾经连续 6 年呈现下滑颓势的 PC 市 场，经历了 2019 年的微增后，在 2020 年没有发生此前行业预估的衰减，反而迎来逆 转。据 IDC，2020 年全年，全球 PC 市场出货量近 3 亿台，同比增长 12.37%。其中， 2020 年第四季度全球 PC 出货量同比增长 27.60%，达到 9,159 万台，而上一次 PC 市 场年增幅如此之大还是 2010 年 Q1 时创下的 24.76%的增长率。PC 正像手机一样成为 人手一台的生产力工具，预计居家办公、在线学习等新常态催生的新需求还将继续显现。

总体而言，继 2020 年的繁荣之后，平板电脑、笔记本电脑、个人 PC 行业将在未来几 年继续增长。订单积压和持续的强劲需求带来了巨大的短期机遇，不断膨胀的 PC 用户 安装数量也为未来的升级和更新提供了重要的机会。根据 Canalys 的最新预测，全球 PC 市场(包括台式机、笔记本电脑和平板电脑)在 2021 年将增长 8.4%，2021 年的总出 货量预计将达到 4.97 亿台，各类产品的出货量都将持续增长。

消费者终端的增加、云服务需求的爆发，促使服务器市场规模也快速扩张。无论是远程 办公还是居家影音娱乐，云计算的需求都在市场场景的变化下持续增长。而云计算的需 求量直接影响到服务器的采购数量。据 DIGITIMES，2020 年虽有疫情搅局，但受惠于 居家办公、云端服务需求，全年全球服务器出货量可望恢复成长力道。展望 2021 年， 疫情将持续带动在家办公、电子商务、社群影音平台使用需求，大型云端业者拉货成长 力道不坠，预期服务器出货将进一步增加 5.6%。

终端与云端硬件市场的扩张，驱动了半导体市场同向变化，也为行业带来更多的新变化

CPU：一方面 CPU 方面是英特尔与 AMD 的竞争加剧，AMD 多款新品迫使英特尔加快 产品开发尤其是工艺制程的迭代，同时加大委外代工的比例，而这些代工订单或抢占台 积电、三星的产能；另一方面苹果采用自研的 CPU M1 受到消费者青睐，也为 CPU 行 业带来变数。据 WSTS 统计，2020 年全球逻辑电路市场规模达 1,184.08 亿美元，同比 增速回正，达 11.14%，同时预计 2021 年整体市场规模可达 1,338.56 亿美元，增速进 一步上行，达 13.05%。

据 AMD 预测，未来 CPU 和 GPU 在数据中心、PC、游戏设备等应用领域的市场还有 长期增长的空间，整体规模将分别达 350、320、120 亿美元。在庞大的可触达市场需 求增长驱动下，AMD 预计 2021 年 Q1 营收规模将达 31~33 亿美元，2021 年全年将同 比增长 37%，同时毛利率进一步提升至 47%。

GPU：快速增长的平板、PC、笔电，和远程办公、居家经济带动的云计算、服务器等需 求也促进了 GPU 销售的增长。在所有类型的 PC 当中，游戏 PC 的出货量增长的势头 最为强劲。据 IDC，本年度游戏 PC 与显示器的出货量将同比增长 16.2%、至 4,960 万 台。到 2024 年的时候，出货量有望继续增长至 6,190 万台，复合年增长率为 5.7%，由 此可见宅家玩游戏已经成为了不少用户的新选择。

同时，云游戏的快速发展也为 GPU 市场规模增长带来机遇。据英伟达，其游戏板块营收 2020 年 Q4 达 24.95 亿美元，同比+67%，2020 全年达 77.6 亿美元，近 5 年复合增长率达 22%；数据中心板块营收 2020 年 Q4 达 19.03 亿美元， 同比+97%，2020 全年达 67 亿美元，近 5 年复合增长率达 82%。英伟达预测，未来 RTX 的市场规模将可达 90 亿美元，而数据中心板块整体将达 1,000 亿美元（HPC 100 亿、区块链 AI 450 亿、企业级 AI 300 亿、边缘端 AI 150 亿美元）。

存储器：无论是手机还是电脑，各大品牌厂商新发布的产品存储配置持续升级，以电脑 为例，DRAM 16G+SSD 512G 逐步成为标配，驱动存储器产业景气期来临。据 TrendForce，2020 年第四季 DRAM 总产值达 176.5 亿美元，季增 1.1%，一方面因为 国内智能手机龙头受限，使得竞争者争相加大零部件采购力道以准备争夺份额，因而带 动 2020Q4 各家 DRAM 供应商出货表现。同时，终端设备和服务器需求的恢复也减缓 因 2020 年上半年数据中心和服务器客户订单疲软对 NAND Flash 造成的冲击。

由于笔电及智能手机品牌商备货动能延续，同时由远程办公、居家经济驱动的云计算需 求带动了服务器的出货，我们认为 2021 年整体存储器需求或将保持旺盛。2019 年中至今，中国台湾地区 DRAM 上市公司营 收规模增速持续上行，并于 2019 年年底、2020 年年初整体实现同比增速回正，随后受 疫情影响增速于 2020 年 7、8 月有一定下滑，随即便在手机、平板电脑等终端设备的旺 盛需求下快速回正，2020 年 9 月至今台股 DRAM 营收同比增速均高于 25%，2021 年 1 月增速一度达 49.17%，显示行业整体的增长态势迅猛。从我国存储部件进出口金额、 ASP 的抬升态势看，我们同样能判断出存储器整体的景气度抬升或将维持。

而历经两季库存调整，部分服务器厂商或将重启新一轮备货，加上 2020 年 12 月初美 光跳电、德州暴风雪等事件影响供应商对采购安全的担忧，预计今年第一季存储器产品 价格或将持续上涨。截至 2021 年 3 月 25 日，以 DDR3 4Gb 1600MHz 产品为例，DRAM 现货平均价报价较 2020 年 11 月的低点已增长 1.83 美元，涨幅达 123.88%；NAND Flash 价格近期也已止住下行趋势，出现了小幅回升。

整体而言，由于今年第一季度消费性终端产品的需求动能未见趋缓，故原厂仍延续去年 产能规划，然而第二季度为传统服务器整机出货旺季，预期服务器用 DRAM 需求将于 第二季度逐渐走强，进而使原厂在服务器用 DRAM 的报价上更为积极，据 TrendForce 预测，今年第一季度 DRAM 平均合约价将较 2020 年第四季上扬约 8%，且预期第一季 度将出现 3~4%的月均涨幅，预估第二季度合约价将从原先 8~13%的涨幅调升为 10~15%，不排除部分交易涨幅可达两成。

展望未来，据 Trendforce，服务器用 DRAM 需求将会持续畅旺至第三季度，尤其伴随 着远程办公与国际贸易的不确定性，服务器出货动能强劲，预计 2020 年底至 2021 年 底该段期间，服务器用 DRAM 合约价今年累积涨幅可望达四成以上。同时，随着服务 器建设逐步进入旺季，预计 NAND Flash 供给充足率也将下滑，我们认为 NAND Flash 也将逐步进入价格上涨期。

展望未来，据 Trendforce，服务器用 DRAM 需求将会持续畅旺至第三季度，尤其伴随 着远程办公与国际贸易的不确定性，服务器出货动能强劲，预计 2020 年底至 2021 年 底该段期间，服务器用 DRAM 合约价今年累积涨幅可望达四成以上。同时，随着服务 器建设逐步进入旺季，预计 NAND Flash 供给充足率也将下滑，我们认为 NAND Flash 也将逐步进入价格上涨期。

智能化的延伸：向末梢持续蔓延

近年来，终端逐渐向人类社会生活的末梢不断延伸，智能化的触角正持续渗透我们的生 活，为效率的提高和生活质量的提升提供智能化解决方案，其中逐步进入消费领域的主 要是可穿戴设备和智能家居。疫情之下，人们对于健康和娱乐的需求激增，可穿戴设备 市场随之热销，部分产品甚至出现供不应求的现象。据 IDC 第三季度全球可穿戴设备出 货量同比增长 35.1%，达到 1.25 亿台。其中，智能手表出货量为 3,290 万块，同比增 长 36.2%，腕带出货量为 2,193 万条，同比增长 9.4%。耳戴式设备出货量为 6,975 万 台，比 2019 年同期增长 47.7%。

随着消费者依靠这些设备进行远程工作，健身活动、健康跟踪等，使得佩戴式设备和智 能手表的增长尤其强劲，特别是耳戴式设备受到青睐，目前耳戴式设备占整个市场的 55.8%。据 Gartner，2020 年耳戴式设备的支出达到 327 亿美元，较上年增长 124％， 预计到 2021 年将达到 392 亿美元。此外，智能手表也表现强劲，今年市场规模预计达 258 亿美元，带动智能手表相关的半导体器件销售增长，如处理器、存储、蓝牙芯片、 传感器、MCU 等。智能家居同样增长迅猛。

据 IDC，尽管新冠疫情对世界经济造成了严重冲击，但 2020 年智能家居设备出货量仍将达到 8.54 亿台，实现 4.1%的同比增长。同时，预估 2021 年智能家居设备仍然保持增长势头。从长期来看，IDC 预计 2024 年全球出货量将超过 14 亿台，2020-2024 年复合年增长率为 14%。据 Strategy Analytics，2020 年全球智能 家居市场规模由 520 亿美元下降至 440 亿美元，2021 年再恢复增长，规模将达到 620 亿美元，同比增长 40.9%。整体来说，到 2025 年全球智能家居设备市场增长到 880 亿 美元(人民币 6100 亿元)，以 15%的复合年增长率增长。

无论是可穿戴设备还是智能家居，其本质上都是 AIoT 的一部分，而这其中 MCU、射 频、电源管理等大量的半导体器件将是 AIoT 生态的底层硬件支撑。我们可以想象，未 来我们的生活中将会有大量的日常用品逐步智能化，围绕人类社会生活、经济生产形成 一个智能生态链，智能设备市场空间辽阔。而随着智能化的不断渗透、智能程度的持续 提升，未来相应半导体器件的技术将会不断迭代、整体用量将会不断上升，可以说，智 能生态正在打造继智能手机之后的半导体行业景气上行新势态。

三、如何看待未来的半导体景气期？

新终端带来的量价齐升：汽车半导体

智能化、电气化趋势持续演进，下游传统汽车升级带来庞大市场需求。在全球碳中和政 策的要求下，各国政府不断推进新能源车补贴政策，使得包含纯电动车(BEV)与插电混 合式电动车(PHEV)在内的新能源车在疫情导致的整体车市衰退下仍保持销售正成长。同时，据 PwC 预计，未来欧盟/美国/中国 BEV 占轻型汽车新车销量比重将持续提升， 2025 年可达 17.1%/5.0%/19.5%，出货量达 290.7/80/546 万辆。

汽车半导体的驱动维度：功率与自动驾驶

在智能化、电气化趋势下，汽车电子系统价值量将持续提升。随着电气化以及智能化应 用的增多，汽车电子系统无论是安装的数量还是价值仍在不断增长之中。据罗兰贝格估 算，预计 2025 年一台纯电动车中电子系统成本约为 7,030 美元，较 2019 年的一台燃 油车的3,145美元大增3,885美元，而其中新能源驱动系统成本较燃油车增加约为 2,235 美元，是电子系统价值量增加的主要来源。

而汽车电子系统的核心是汽车半导体。汽车半导体是指用于车体汽车电子控制装置和车 载汽车电子控制装置的半导体产品。按照功能种类划分，汽车半导体大致可以分为主控 /计算类芯片、功率半导体（含模拟和混合信号 IC）、传感器、无线通信及车载接口类芯 片、车用存储器以及其他芯片（如专用 ASSP 等）几大类型。未来新能源车中电动力系 统、车联网系统、自动驾驶系统乃至相关联的充电桩、换电站、智能路灯（兼备基站、 城市安防、充电桩等功能）在新能源车快速发展的带动下将有效拉动相应半导体市场的 增长。由于动力系统和自动驾驶系统在新能源车中的价值含量相对传统汽车有较大增长， 我们将重点分析这两个系统所带来的半导体景气机遇。

核心模块之一：功率器件

功率器件是新能源车半导体的核心组成，是价值量提升的关键赛道。功率半导体器件也 叫电力电子器件，大多数使用状态为导通和阻断两种工作特性，主要用于电流电压的变 换与调控。近 20 年来各个领域对功率器件的电压和频率要求越来越严格，MOSFET 和 IGBT 逐渐成为主流，多个 IGBT 可以集成为 IPM 模块，用于大电流和大电压的环境， 其中新能源车对于功率器件的电压、频率、损耗、可靠性、耐高温特性要求较高。随着 新能源汽车的发展，对功率器件需求量日益增加，对其性能要求也持续提升，新能源车 未来将成为功率半导体器件新的增长点。

新能源汽车系统架构中涉及到功率半导体应用的组件包括电机驱动系统、车载充电系统 （OBC）、电源转换系统（车载 DC/DC）和非车载充电桩，每个部件都需要大量的功率 半导体对电流电压进行控制。据 Strategy Analytics，纯电动汽车中功率半导体占汽车半 导体总成本比重约为 55%，远超传统能源汽车的 21%。

新能源汽车行业是市场空间巨大的新兴市场，全球范围内新能源车的普及趋势逐步清晰 化，带动功率半导体市场快速增长。根据 IHS Markit 预测，2018 年全球功率器件市场 规模约为 391 亿美元，预计至 2021 年市场规模将增长至 441 亿美元，2018~2021 年 复合增速为 4.09%。目前国内功率半导体产业链正在日趋完善，技术也正在取得突破， 同时，中国也是全球最大的功率半导体消费国，2018 年市场需求规模达到 138 亿美元， 增速为 9.5%，占全球需求比例高达 35%。IHS Markit 预计未来中国功率半导体将继续 保持较高速度增长，2021 年市场规模有望达到 159 亿美元，2018~2021 年复合增速达 4.83%。 据英飞凌预估，48V/轻混合动力汽车、插电式、混合动力或纯电动车功率半导体价值量 未来有望达 90 美元/台、330 美元/台，以其预计 2030 年全球约 0.27 亿台 48V/轻混合 动力汽车、0.32 亿台插电式、混合动力及纯电动车计算，车载功率半导体市场空间便达 130.17 亿美元。

新能源车带动功率半导体市场需求快速扩容，SiC 功率器件或迎替代机遇。SiC 材料拥 有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高电子迁移率以及抗辐射等特性，SiC 基的 SBD 以 及 MOSFET 更适合在高频、高温、高压、高功率以及强辐射的环境中工作。

在功率等级 相同的条件下，采用 SiC 器件可将电驱、电控等体积缩小化，满足功率密度更高、设计 更紧凑的需求，同时也能使电动车续航里程更长。据天科合达招股说明书，美国特斯拉公司的 Model3 车型便采用了以 24 个 SiCMOSFET 为功率模块的逆变器，是第一家在 主逆变器中集成全 SiC 功率器件的汽车厂商；目前全球已有超过 20 家汽车厂商在车载 充电系统中使用 SiC 功率器件；此外，SiC 器件应用于新能源汽车充电桩，可以减小充 电桩体积，提高充电速度。据 Yole，2018 年全球车载 SiC 功率器件的市场空间为 4.2 亿美元，预计到 2024 年市场空间可以达到 19.3 亿美元，对应 2018-2024 年复合增速 达到 29%。

未来光伏发电将会是全球新能源发展的主要方向，新增装机量持续提升，而逆变器是光 伏不可或缺的重要组成部分，是光伏发电能否有效、快速渗透的关键之一。高效、高功 率密度、高可靠和低成本是光伏逆变器的未来发展趋势，据天科合达招股说明书，目前 在光伏发电应用中，基于硅基器件的传统逆变器成本约占系统 10%左右，却是系统能量 损耗的主要来源之一。使用 SiC-MOSFET 或 SiC-MOSFET 与 SiC-SBD 结合的功率模 块的光伏逆变器，转换效率可从 96%提升至 99%以上，能量损耗降低 50%以上，设备 循环寿命提升 50 倍，从而能够缩小系统体积、增加功率密度、延长器件使用寿命、降 低生产成本。SiC 功率器件，为实现光伏逆变器的“高转换效率”和“低能耗”提供了 所需的低反向恢复和快速开关特性，对提升光伏逆变器功率密度、进一步降低度电成本 至关重要。在组串式和集中式光伏逆变器中，SiC 产品预计会逐渐替代硅基器件。此外，储能、充电桩、轨道交通、智能电网等也将大规模应用功率器件。整体而言，随 着器件的小型化与对效率要求提升，采用化合物半导体制成的电力电子器件可覆盖大功 率、高频与全控型领域，其中 SiC 的出现符合未来能源效率提升的趋势。以 SiC 制成的 电力电子器件，工作频率、效率及耐温的提升使得功率转换（即整流或者逆变）模块中 对电容电感等被动元件以及散热片的要求大大降低，将优化整个工作模块。未来，在 PFC 电源、光伏、纯电动及混合动力汽车、不间断电源（UPS）、电机驱动器、风能发电以及 铁路运输等领域，功率半导体尤其是 SiC 功率器件的应用面会不断铺开。

核心模块之二：自动驾驶系统

自动驾驶快速渗透，带来海量传感器需求。据 IDC，2024 年全球 L1-L5 级自动驾驶汽 车（自动驾驶汽车按照自动化程度的高低分为五级，分别为：L1 级部分驾驶辅助，L2 级组合驾驶辅助，L3 级有条件自动驾驶，L4 级高度自动驾驶，L5 级完全自动驾驶）出 货量预计将达到约 5,425 万辆，2020 至 2024 年的年均复合增长率（CAGR）达到 18.26%；L1 和 L2 级自动驾驶在 2024 年的市场份额预计分别为 64.43%和 33.98%。从设备角度 来看，随着功能组合的复杂性不断提升，汽车将需要不同类型的组件。一些细分领域的 增长速度将超过其他领域。

例如，无人驾驶将产生对传感器和微控制器，以及处理传感 器数据的大量需求。半导体行业亦正在开发更加强大的微控制单元/微处理单元以处理 这些数据。例如，当汽车达到 L4/5 级别的自动化程度，系统需要能够处理所有传感器 数据，才能呈现出全面的视角，帮助汽车做出正确判断。我们认为，未来随着新能源车渗透率的持续提升，汽车智能化、电气化的进一步发展， 汽车半导体有望迎来长期的量价齐升变化。同时，由于：1）我国政府高度重视半导体行 业的发展，推出多项相关产业政策和发展规划；2）大量企业布局汽车半导体：在下游市 场强劲增长的带动下，我国汽车半导体市场也迎来了较快的发展，市场对汽车半导体的 需求，推动企业逐渐布局汽车半导体；3）疫情影响下本土厂商获得珍贵的产业验证机 会，部分厂商已崭露头角，未来，在电动化、智能化的市场趋势下，中国厂商通过收购 国外厂商，积极布局汽车半导体新能源、智能汽车领域，国内本土品牌具有渠道优势和 较高性价比，或将逐渐打开市场。站在当前时点，我们建议关注汽车半导体长期价值提 升机遇。

芯片将无处不在：AIoT 打开长期空间

半导体本质上是科技创新的基础，AI 化浪潮加速将会成为未来半导体增长的重要动力。 随着 AI 算法和应用的不断完善，在业务需求的推动下，很多碎片化应用也开始被广泛 使用，并辐射到媒体娱乐、现代农业、智能家居、智慧电力等多个不同领域。以我国人 工智能领域的发展为例，自动驾驶、智慧医疗、智能电信、智能制造、智能零售、智慧 教育等领域在不断发展，未来应用的成熟度也将不断提升，这将带领社会进入一个新时 代：芯片无处不在。

而 AI 发展的过程中，半导体器件将起重要作用。无论是边缘端的数据采集、边缘运算 要用到的海量的传感器、射频器件、ASIC、嵌入式存储器，还是传输到云端所并完成大 数据运算的 CPU、GPU、存储器等，再到边缘端实际运作所需要的 MCU、电源管理器 件，半导体器件都在其中扮演着举足轻重的作用。从数据获取，到算法设计、算力的满 足，乃至单产品高度集成化的发展，AI+IoT 的高速发展将会为半导体行业带来新活力， 高要求之下是更多的器件数量、更高的技术价值、更强的技术壁垒。

摩尔定律延续难度加大，芯片面积扩大或将成解决方案

尽管摩尔定律还在持续，但与 AI 所需算力匹配程度持续失速。无论是自动驾驶还是前 文所述的种种应用，都基于算力和半导体器件的应用。以算力为例，目前 AI 算力需求 每 3~4 个月提升一倍，远超摩尔定律下厂商通过提高制程所能带来的算力提升。面对摩 尔定律的真正局限性，半导体行业正面临着持续改善性能的障碍。后摩尔定律时代，一方面是追求材料的创新，另一方面，则是需要考虑如何在制程提高 受限的情况下增强算力，而目前而言，扩大芯片面积或采用异构集成（需综合扩大面积 和异构集成带来的问题），将会是最有效的解决方案之一。

而实际上，我们也能看到，服 务器 CPU、GPU 近 15 年以来裸 Die 面积并没有随着制程提高而整体下降，反而是逐 步增大，我们认为这于提高制程带来的巨大成本考量有关。在同制程内，提高芯片性能的最好方法之一就是扩大面积。以英伟达 7nm 制程的安培 架构系列产品为例，从低端的产品 GA108 的约 67 平方毫米，到用于 HPC 的高端产品 GA100 的约 550 平方毫米，面积扩大了超 8 倍。而芯片面积扩大，也将导致晶圆切割效率的降低，这将进一步占据晶圆的产能。

未来， 随着制程提升的困难、成熟产品升级制程的低经济性，叠加新能源车和 AIoT 趋势下不 断增长的芯片用量需求，芯片行业或在技术限制和需求强劲的驱动下进入长期的供不应 求状态，促使整体行业进入继家电、个人 PC、智能手机后发展的又一黄金时代。

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