半导体集成电路拐点将至，新一轮产业爆发只等5G

前沿君微信：tech99999  手机：[phone]

来源： 学术plus

 作者：plus观察者

半导体集成电路行业是一类特殊的行业，几乎整个电子信息领域都有半导体产品应用。自上世纪五十年代半导体技术商用、集成电路发明以来，电子信息技术改变了人类的生产生活方式，人类社会发展快速步入了信息时代。作为支撑信息时代的基石行业，半导体集成电路扮演着不可或缺的角色。

本系列报告将围绕半导体集成电路进行多维度、多视角的行业透视，针对行业发展的市场格局、发展历程、核心技术、产业链主要环节、机遇挑战等方面，从“技术+市场”的角度对全行业进行分析。系列报告内容主要包括半导体集成电路行业市场篇、历史篇、设计篇、工艺篇、封测篇、装备篇、材料篇以及工具篇，希望通过行业透视构建半导体集成电路行业的全景图，为读者认识、投资、发展该行业提供参考。

作者：学术plus高级评论员  唐志强 

半导体集成电路行业全景图（一）市场篇：信息时代基石

半导体集成电路行业是典型的跨地域、多产业链合作的行业，需求牵引、技术驱动是行业发展的核心逻辑，基于多样的下游应用场景，集成电路拥有广阔的市场空间，并且随着传统电子设备升级换代以及新型智能终端应用爆发，行业发展迎来新的历史机遇。本篇将从市场的角度介绍半导体集成电路行业基本概况、全球范围竞争格局、我国集成电路市场规模等内容，通过对行业特点、产业链、竞争态势等方面分析，总结全球半导体集成电路行业现状，并提出对我国集成电路行业发展的启示。 

1.行业概览

1.1行业介绍及特点

集成电路是半导体的主要产品。半导体是指导电性介于金属和绝缘体之间的一种材料，半导体材料由于其独特的物理性质，能制成各类电子元器件，以实现调制、开关、放大等功能，广泛应用于电子信息产业的各个环节之中。

半导体产品主要包括四类：集成电路，光电器件，分立器件，传感器。

在半导体产品类别中，集成电路产品占比最大，根据Wind数据，2018年全球半导体产值为4687.78亿美元，首次突破4500亿美元大关，创十年以来新高。其中，集成电路产值为3932.88亿美元，在半导体产品中产值占比84%。光电子器件、分立器件和传感器虽然应用广泛，但需求和单价与集成电路差距较大，人们常用集成电路产业代指半导体产业，也是指在未涉及分立、光电、传感器件（D-O-S）等情况而言。

集成电路也就是人们常说的芯片。集成电路（IC，integrated circuit）是一种微型电子器件，是在特定的设计结构下，通过一定的工艺将晶体管、电阻、电容等元件集成在基片上，然后进行封装，成为具有所需电路功能的微型结构。集成电路发明者为杰克·基尔比（基于锗的集成电路）和罗伯特·诺伊思（基于硅的集成电路），现代集成电路大多应用的是基于硅的工艺技术。集成电路产品主要包括微处理器、逻辑电路、存储器、模拟电路等。

集成电路的实体往往以芯片的形势存在，但两者并非同一个概念：芯片由核心电路、基板、针脚构成，更加注重电路集成、生产和封装等环节，是一个产品概念；集成电路更加注重电路的设计和布局布线，是一个系统概念。通常在未特殊说明的情况下，芯片可等同于集成电路。

集成电路是技术和资本密集型行业。集成电路属于典型的高科技领域，是技术密集型行业：技术研发和路线选择是行业内企业发展的命脉，由于集成电路行业是一个高技术壁垒的行业，拥有最前沿的技术路线、最高端的工艺制程的企业能掌控行业话语权。由于历史发展原因，目前集成电路最前沿技术掌握在欧美等国家手中，我国近年来集成电路产业也取得了飞速发展，逐渐实现自主可控。另一方面，集成电路是资本密集行业：产业发展需要大量的资金投入，尤其是在行业初期，研发新技术、新产品，布局新产线需要巨大的资金投入，据估计，投资一条月产5万片的12英寸晶圆生产线约需50亿美元。

集成电路是信息时代的基石，应用于几乎所有的电子产品中。集成电路产品下游应用包括通信产品、PC、服务器、智能手机、消费电子产品、汽车、工业、家电、医疗设备等。根据IC Insights数据，电脑、通信、消费电子一共占据90%的下游市场，未来随着智能手机、平板电脑等产品增速放缓，通信、工业、医疗及汽车电子正成为新的增长点，IC Insights预计2016-2021年汽车半导体的年均复合增速（CAGR）有望达到5.4%，工业、医疗CAGR有望达到4.6%，通信市场CAGR达到4.2%，并且通信市场将超越电脑成为集成电路最大的下游市场。

集成电路发展与全球GDP发展高度相关。集成电路产品已经渗透到人们日常生活，2012-2018年全球半导体产值占全球GDP的比重由0.39%增长到0.55%。全球半导体市场增长率与GDP总量增长率波动高度一致，其发展与GDP发展具有强相关性已经成为了行业共识。

作为需求推动的行业，半导体市场具有较强的周期性，这种周期性与下游新兴应用带动密不可分：19世纪80年代半导体迎来第一波发展高峰，收音机、电视机和录相机等消费电子产品是主要需求；21世纪初，功能手机和个人计算机走入千家万户，互联网时代来临带动半导体行业迅速发展；2010年左右智能手机市场爆发，移动互联网迅速发展，半导体行业再次迎来高增长。

集成电路行业目前处于下行周期，5G来临有望带来新一轮产业爆发。2019年，全球政治、经济局势充满不稳定性，中美贸易摩擦、日韩贸易摩擦等不确定因素给半导体集成电路产业带来巨大冲击。世界经济发展增速进一步放缓，世界银行已将2019年全球GDP由1月预估的2.9%下调至2.6%，IMF由原预估的3.6%下调至3.1%。美国半导体协会（SIA）发布报告显示，全球芯片销售额连续第三个季度和第六个月同比下滑，2019年二季度全球芯片销售额下降16.8%，至982亿美元，6月芯片销售额下降16.8%，至327亿美元。目前5G网络处于爆发前夕，具备商用能力的5G手机芯片供应商只有华为和高通2家，现有的智能手机产能过剩，手机出货量承压，世界知名半导体行业调查机构纷纷下调2019年半导体市场预期。因此，受到宏观经济和产能影响，预计本轮集成电路下行周期可能持续到2020年第二季度。随着5G网络建设逐步落地，物联网、大数据、VR/AR、人工智能等新兴行业的兴起，5G终端拉动智能手机和消费电子市场，集成电路行业有望在2020/2021年迎来新一轮产业爆发。

1.2产业链构成

集成电路产业链主要由三个主产业和三个支撑产业构成。主产业包括芯片设计、芯片制造、封装测试，支撑产业包括EDA工具、电子材料、制造设备。集成电路产业是一条巨大的产业链，包含从原材料、设计加工到系统整机的全过程。一块完整的芯片产品需要多个流线配合生产完成，工艺流程是上游IC端根据下游需求设计芯片，然后进行加工制造，之后再进行封装测试，最后将性能良好的IC产品出售给下游客户。

芯片设计：根据芯片要实现的功能，用设计工具形成图形的过程，主要包含电路设计、版图设计、逻辑设计、光罩制作等。芯片设计是一项复杂的工程，不仅要考虑到单个独立器件工作的可靠性、稳定性，还需考虑系统集成的布线、散热等问题。芯片设计属于智力密集型行业，注重研发实力和专利，轻资产运营，人才是企业的最关键要素。芯片设计最初由基本层逐层开始，后来演变成基于微架构（IP）的设计，专门设计提供微架构的公司称为IP供应商。现在的芯片设计公司一般在外购或自研IP核基础上，将各类功能组件设计在一个芯片上，降低难度的同时提高了工作效率。芯片设计是产业链中的高端部分，具有最高附加值。

芯片制造：芯片制造环节是将设计好的版图转移到基片上的过程，属于重资产行业。整个过程涉及多道复杂工艺，需要经过多次光刻-沉积-刻蚀-离子注入等环节的过程，其中光刻环节最为复杂，集成电路中的制程（最小线条宽度）直接取决于光刻精度。此外，高纯度硅晶片的提纯和切割同样依赖于工艺技术。芯片制造的主要成本在晶圆生产环节，技术壁垒和资金壁垒极高，企业为保持竞争力每年用于采购设备和厂房的资本开支占营业收入一半左右。芯片制造在产业链中的附加值较低。

封装测试：芯片封装是指将制造出来的硅晶圆裸片进行切割，并与外部器件实现电气连接和物理保护，测试则是对封测好的芯片进行性能和质量检测的过程。芯片封装测试技术壁垒低，属于劳动密集型，往往是发展中国家首先发展的子行业，在产业链中附加值较低。

1.3业务模式

集成电路行业目前存在两种业务模式。根据企业涉及的业务流线，集成电路企业的业务模式主要分为两种：整合制造模式（IDM，Integrated Devices Manufacture）和垂直分工模式（Fabless+Foundry+OSAT）。IDM模式是指一家公司覆盖集成电路全产业链，所有的生产环节由自己完成。垂直分工模式是指芯片生产每个环节由不同的企业完成，上游的芯片设计公司（Fabless）负责芯片的设计，设计好的芯片掩膜版图交由中游的晶圆厂（Foundry）进行制造，加工完成的晶圆交由下游的封装测试公司（OSAT）进行切割、封装和测试。

IDM模式：在70年代及之前，几乎所有的半导体公司从事芯片设计、芯片制造和芯片封测的整个流程，即采用IDM模式，部分企业甚至还覆盖下游的整机制造业务，例如IBM公司。目前全球主要的大型半导体公司仍然采用IDM模式，尤其是存储器厂商（三星、海力士、美光、东芝等）和汽车电子厂商（英飞凌、恩智浦、意法半导体等），此外，由于英特尔在PC和服务器CPU领域内的垄断地位，目前也采用IDM模式。IDM模式下，企业每年要经受大量的晶圆制造设备的折旧，因而只有在产能利用率保证较高的情况下才比较适合。存储器属于相对标准化产品，适合大规模制造，并且设计成本较低，因而非常适合于IDM企业；汽车和工业半导体市场的变化相对较慢，市场格局较稳定，适合IDM模式。

垂直分工模式：集成电路行业巨额的资本投入使得绝大多数企业无力支撑高昂的开支，集成电路产业链的细分行业开始出现分工。1987年台积电的成立标志着集成电路行业从垂直化向分工化的变革，目前，新兴通信终端和消费电子领域大多采用垂直分工模式，纯芯片设计厂商主要有高通、博通、英伟达、海思、紫光展锐等，晶圆代工企业主要有台积电、格罗方德、中芯国际、华虹半导体等，封装测试企业主要有日月光、长电科技、华天科技、通富微电等。对于通信终端和消费电子领域，产品更新换代块，市场竞争激烈，行业格局变化快，芯片设计厂商采用Fabless轻资产模式，能最大发挥设计优势，而晶圆代工厂和封测厂则可以发挥规模优势和专业优势，其业绩波动与行业整体波动一致，利于其更好的提升设备利用效率。

IDM模式营收高于垂直分工模式。两种业务模式中，由于像Intel等全球龙头企业采用IDM模式，并且体量巨大，其营收额高于垂直分工模式。根据IC Insights的数据，2017年全球集成电路销售收入中，IDM企业的销售额为2636亿美元，采用垂直分工模式的Fabless企业销售额为1000亿美元。从增速上来看，垂直分工模式的IC销售额增速更快，近十年内，IDM企业销售额的CAGR为3%，Fabless 企业高达9%。

模式界限逐渐模糊，IDM模式逐渐向垂直分工模式演进。全球大部分集成电路企业采用垂直分工模式，并且随着众多IDM模式的龙头企业纷纷剥离部分业务，垂直分工模式已经成为了行业趋势。行业巨头讲其晶圆制造和封测业务剥离，转变为Fabless模式，例如GlobalFoundries就是AMD的晶圆制造剥离而来，同时AMD也在逐步出售其封测厂，其中部分就出售给了通富微电；大部分IDM公司（除存储器厂商外）都在慢慢减少其晶圆厂投资，将其新增的晶圆制造业务外包给专业的晶圆代工厂，形成Fablite模式；而像英特尔和三星，则开始将其晶圆厂向外界开放，提供代工业务。 

2.全球竞争格局

2.1产品结构

集成电路产业作为信息时代的基石产业，一直以来保持高速发展态势。2017/2018连续两年全球半导体总销售额均超过4000亿美元，集成电路产品占比超过80%，并且保持最高增速。根据Wind数据，2018年全球半导体产值4687.78亿美元，其中，集成电路产值约3932.88亿美元，同比增长14.60%；分立器件241.02亿美元，同比增长11.32%；光电器件380.32亿美元，同比增长9.25%；传感器件133.56亿美元，同比增长6.24%。在半导体产品中，集成电路产品增速高于D-O-S产品的增速。

集成电路产品中，存储器是行业风向标。2017年存储器价格上涨，据IC Insights报道，DRAM 2017年平均售价同比上涨77%，销售总值达720亿美元，同比增长74%，NAND Flash 2017年平均售价同比上涨38%，销售总额达498亿美元，同比增长44%。2017年存储器销售额为1239.74亿美元，同比增长61.49%，占到全球半导体市场总值30.1%，超越历年占比最大的逻辑电路（24.8%），2018年存储器市场规模占半导体总规模33.7%，同比增长27.42%，其销售增长率仍远高于其他产品。

2.2产业结构

集成电路产业中，IC制造市场规模占比最大。根据IC Insights、Gartner数据，2018年全球IC设计产值为1139亿美元，IC封测产值为560亿美元，IC制造环节的产值约为2233亿美元，从产值占比而言，全球集成电路设计、制造、封测环节的产值占比分别为28.96%、56.80%、14.24%。可以看出，IC制造是集成电路行业最大板块，其产值占据集成电路总产值的一半。从发展趋势来看，2017-2018年，全球集成电路制造业份额有所提升，设计和封测业占比小幅下降。

2.3地域分布结构

亚太地区半导体市场规模占全球比重超过五成。过去二十年全球半导体市场消费格局不断变迁，美国、日本等国作为半导体产业主要制造和消费国，市场占比保持稳定，而以中国市场为核心的亚太地区新兴经济体迅猛发展，自2015年开始占比已达60%，并保持稳步增长。主要原因是因为全球制造业产业重心转移等因素，亚太地区（不含日本）已成为过去十年全球半导体市场增长最为迅猛的区域，2000年该地区仅仅占全球25%份额，2018年该地区半导体市场销售规模达2816亿美元，占全球市场规模的60%，其次为美洲（22%）、欧洲（9%）和日本（9%）。

中国已成为全球最大的半导体市场。近十余年来随着全球集成电路市场逐渐步入成熟发展阶段，全球产业增速有所放缓。但随着我国电子信息行业飞速发展，智能手机、汽车电子、物联网以及安防、工控、大数据、云计算等应用兴起，2016/2017年以来人工智能发展步入快车道，半导体集成电路产品需求激增。根据Wind数据，过去5年，日本、欧洲等地半导体市场份额略有下降，而中国保持快速增长，中国半导体市场规模由2014年的917亿美元增长到2018年1579亿美元，市场占比由27%增长到34%。

3.我国市场规模

3.1市场规模

我国集成电路起步较晚，发展速度全球领先。2000年以前集成电路产业薄弱，相关产品几乎全部依靠进口。随着我国经济不断发展，全球集成电路行业开始分工，我国承接了第三次半导体产业转移，同时国家大力支持集成电路产业，不断出台系列政策刺激产业发展，我国集成电路从封测、代工开始逐渐向设计、制造领域迈进，我国集成电路产业发展速度快于全球水平。

2018年中国集成电路产业市场规模6532亿元。我国集成电路市场虽起步较晚，但受益于国家大力支持及全球集成电路产业向我国转移趋势加快，我国集成电路产业发展速度快于全球水平。

• 2008、2009年受到全球金融危机和全球半导体产业持续低迷的影响，我国集成电路市场规模连续两年呈负增长，分别下降1%和11%。
• 2010年以后全球半导体市场复苏，我国持续加大相关政策支持，我国集成电路销售收入大幅回升。
• 据中国半导体行业协会数据，2018年中国集成电路产业销售额6532元，同比增长20.71%，2008年国内集成电路总销售额仅1246.8亿元，过去十年间（2008-2018）年均复合增速（CAGR）达到18%。受到2018年第四季度全球半导体市场下滑影响，中国集成电路产业2018年第四季同比增幅只有17.26%，较比前三季度略有下降；2018年第二季的增幅超过26%。

3.2产业结构

国内集成电路芯片设计占比最高，制造业占比低增速快。2018年我国集成电路设计业销售额为2519.3亿元，同比增长21.49%；制造业销售额为1818.2亿元，继续保持快速增长，同比增长25.56%；封装测试业销售额2193.9亿元，同比增长16.09%。与全球产业结构对比，2018年国内集成电路设计、制造、封测的销售额占比分别为：38.57%、27.84%、33.59%，而全球集成电路产值在以上三个环节的分布分别为：28.96%、63.89%、7.14%，由此可见，国内集成电路的销售额更多倚重于劳动密集型的封测环节，而在与封测紧密相关的制造环节，中国市场的匹配度较差，尚不具备全面参与全球产业链分工的比较优势。

封测业占比下降，设计业占比提升。近十年来我国集成电路三业齐头并进，集成电路产业结构趋于优化，目前以芯片设计和封装测试为主。

从产业结构变化来看，2011年我国集成电路产业主要集中在封测业，封测占比高达50.46%，2018年封测占比降至33.59%，半导体封测业附加值较低，但是技术壁垒较低，是实现半导体国产化的重要突破口之一。2016年设计业超过封测业，并且占比逐步增加，2018年设计业占比38.57%。制造业在我国半导体领域比重最小的主要原因在于其较高的技术壁垒和较低的附加值，一个晶圆厂从规划到投入生产使用大概要两年的时间，后期还要经过产能爬坡和良率提升阶段。并且建设一条12英寸芯片生产线的投资预计30-50亿美元，其中仅半导体设备的投资占70%以上。除了时间和资金成本外，晶圆代工厂还要面临巨额的设备折旧和世界巨头价格战的打压，因此我国半导体制造业发展速度较为缓慢。

从全球集成电路产业现状和发展经验来看，一般集成电路设计、制造和封测的价值量比例为3:4:3，由我国产业结构变化情况可以看出，我国集成电路的主导产业朝着低附加值的封测业转变到高附加值的设计业，集成电路产业不断转型升级。

3.3需求规模

我国集成电路需求旺盛。我国有广阔的需求市场，已经成为全球最大的半导体消费市场。由于我国半导体集成电路行业仍处于发展阶段，部分核心技术掌握在美日等国手中，国内产品能满足部分消费需求，除此之外约80%消费需求来源于进口。根据我国海关总署数据，2015年我国集成电路进口金额2303亿美元，超出原油成为我国第一大进口商品。2018年我国集成电路进口总额3120.58亿美元，同比大幅增长19.8%，出口总额846.36亿美元，同比增长26.6%。从我国集成电路进出口规模可以看到，我国集成电路行业需求旺盛，市场空间进一步打开；出口增长率高于进口增长率，证明我国集成电路正在朝着健康方向发展，供给能力不断提高。

高需求带来大机遇，进口替代为国内厂商带来契机。我国集成电路发展时间短、基础弱，西方技术限制和巨大市场需求倒逼行业高速发展。随着华为、中兴、紫光、华虹等国内企业快速发展，我国集成电路核心技术不断突破，国内企业不断占据价值链高端，进口替代成为国内企业的主要发展战略。据统计，2018年我国集成电路自给率15.3%，预计2023年将增长到20.5%，这意味着我国有超过八成的进口替代市场，国内集成电路厂商发展迎来契机。

4. 机遇与启示

信息时代基石，行业变革带来发展机遇。集成电路作为信息技术产业的支撑行业，已经成为了保障国家安全、促进社会经济发展的战略性行业。目前，新一代信息系技术不断突破，人类社会发展正处在新一轮科技大爆发前夜，智能集成电路在其中起着基础性、决定性作用。随着集成电路发展步入后摩尔时代，并且大数据、云计算、人工智能、数字经济等新兴行业崛起，技术进步和下游需求牵引行业变革，集成电路技术水平朝着更小工艺制程、多功能异质集成方向发展，行业变革带来更多发展机遇。我国目前正在承接第三次半导体产业转移，抓住行业变革的历史机遇会促进我国半导体集成电路行业实现新的突破。

中国拥有全球最大市场，前进步伐不可阻挡。中国半导体产业起步虽晚，但持续保持高速发展，2018年我国以超过30%的份额成为全球最大的半导体市场。集成电路发明人杰克·基尔比认为，半导体集成电路产业一向是通过寻找新的应用领域发展起来的。我们正处在信息时代飞速进步、新型应用不断涌现的时代。我国抓住百年未有之契机，在互联网+、5G通信、移动支付、人工智能多个新技术领域处于世界领先位置。大市场带来大机遇，中国集成电路未来有望成为万亿级市场，在世界范围拥有更强的行业主导权，前进的步伐不可阻挡！

一网打尽系列文章，请回复以下关键词查看：

创新发展：习近平 | 创新中国 | 创新创业 | 科技体制改革 | 科技创新政策 | 协同创新 | 科研管理 | 成果转化 | 新科技革命 | 基础研究 | 产学研 | 供给侧

热点专题：军民融合 | 民参军 | 工业4.0 | 商业航天 | 智库 | 国家重点研发计划 | 基金 | 装备采办 | 博士 | 摩尔定律 | 诺贝尔奖 | 国家实验室 | 国防工业 | 十三五 | 创新教育 | 军工百强 | 试验鉴定 | 影响因子 | 双一流 | 净评估

预见未来：预见2016 |预见2020  | 预见2025 | 预见2030  | 预见2035 | 预见2045  | 预见2050

前沿科技：颠覆性技术 | 生物 | 仿生 | 脑科学 | 精准医学 | 基因 |  基因编辑 | 虚拟现实 | 增强现实 | 纳米 | 人工智能 | 机器人 | 3D打印 | 4D打印 | 太赫兹 | 云计算 | 物联网 | 互联网+ | 大数据 | 石墨烯 | 能源 | 电池 | 量子 | 超材料 | 超级计算机 | 卫星 | 北斗 | 智能制造 | 不依赖GPS导航 | 通信 | 5G | MIT技术评论 | 航空发动机 | 可穿戴 | 氮化镓 | 隐身 | 半导体 | 脑机接口 | 传感器

先进武器：中国武器 | 无人机 | 轰炸机 | 预警机 | 运输机 | 直升机 | 战斗机 | 六代机 | 网络武器 | 激光武器 | 电磁炮 | 高超声速武器 | 反无人机 | 防空反导 | 潜航器

未来战争：未来战争 | 抵消战略 | 水下战 | 网络空间战 | 分布式杀伤 | 无人机蜂群 | 太空战 | 反卫星

领先国家：美国 | 俄罗斯 | 英国 | 德国 | 法国 | 日本 | 以色列 | 印度

前沿机构：战略能力办公室 | DARPA | 快响小组 | Gartner | 硅谷 | 谷歌 | 华为 | 阿里 | 俄先期研究基金会 | 军工百强

前沿人物：钱学森 | 马斯克 | 凯文凯利 | 任正非 | 马云 | 奥巴马 | 特朗普

专家专栏：黄志澄 | 许得君 | 施一公 | 王喜文 | 贺飞 | 李萍 | 刘锋 | 王煜全 | 易本胜 | 李德毅 | 游光荣 | 刘亚威 | 赵文银 | 廖孟豪 | 谭铁牛 | 于川信 | 邬贺铨

全文收录：2017文章全收录 | 2016文章全收录 | 2015文章全收录 | 2014文章全收录

其他主题系列陆续整理中，敬请期待……