时间:2024-06-20
【麦哲洞察】2024年政府工作报告提出,“大力推进现代化产业体系建设,加快发展新质生产力”,并将其列为首要工作任务,新质生产力将成为推动高质量发展的内在要求和重要着力点。集成电路作为现代信息产业的基础和引领新一轮科技革命与产业变革的关键力量,将是我国发展新质生产力的重要抓手,培育和发展新质生产力的主阵地,其核心产品芯片被称为“二十一世纪的石油”,中国作为全球最大的芯片进口国和消费国,实现集成电路关键领域自主可控至关重要。本文旨在通过分析我国集成电路发展现状,明晰我国集成电路产业发展的优势和短板,提出推动集成电路产业发展的政策建议。
自2017年以来,全球集成电路市场受经济景气度影响呈波动发展态势,而我国集成电路产业收入已突破1.2万亿,整体呈现稳步增长态势。
1.全球市场规模
2019年受全球贸易摩擦影响,全球集成电路市场规模下降,2020年随着5G通信、物联网、云计算等下游市场的景气度提升,全球集成电路行业恢复增长势头,2021年全球集成电路市场规模进一步增长约28.2%,2023年受行业竞争加剧影响,增速降至5.4%。
数据来源:全球半导体贸易统计组织WSTS、中商产业研究院
图1 全球集成电路产业规模趋势图
2.国内市场规模
近年来,随着消费电子、移动互联网、汽车电子、工业控制、医疗电子等市场需求的不断提升,以及国家相关支持政策的陆续出台,中国集成电路行业发展快速。中国集成电路市场规模由2016年的4336亿元增长至2022年的12006亿元,2023年受行业供应链收缩和下游应用市场重构影响,增速降至2.3%。
数据来源:中国半导体行业协会、中商产业研究院
图2 我国集成电路产业规模趋势图
3.国内集成电路(IC)产量
自2015年以来,我国集成电路产量整体呈高速增长态势,除2022年集成电路产量因终端需求下降和疫情影响而出现下滑外,其他年份均呈现良好发展态势,其中2023年产量超过3500亿块,同比增长6.9%,近5年复合年增速达到14.87%。以逻辑芯片、存储芯片、模拟芯片和专用芯片,以及传感器和芯片模块等为代表的多类型芯片快速发展,自给率不断提高。
数据来源:国家统计局、国家工信部
图3 我国集成电路产量趋势图
目前,国内集成电路已基本形成以长三角、珠三角、京津冀等为核心,中西部多地区竞相发展的产业格局,涌现出了中芯国际、紫光展锐、海思半导体、士兰微、兆易创新、中微公司等一批优势龙头企业。
长三角地区是我国集成电路产业综合实力最强的区域,现已形成以上海为核心、江浙皖分工协作的发展格局,初步构建起了集EDA工具、芯片研发设计、半导体材料、半导体装备、芯片制造、封装测试等为一体的集成电路全产业链。据相关研究机构测算,2022年长三角三省一市集成电路设计、制造、封测三业营收共计7235亿元,在全国占比超60%,其中上海市在全国的占比超过25%。代表性企业有中微公司、中芯国际、紫光展锐、华力微电子等。
珠三角地区是国内重要的电子设备整机生产基地和主要的集成电路器件市场,产业规模位居全国第二,仅次于长三角区域,基本形成了以深圳和广州为核心,以珠海、佛山、东莞、福州、厦门等城市为支撑的产业发展格局,构建了涵盖EDA工具、半导体材料、芯片制造、封装测试等环节的集成电路产业。代表性企业有海思半导体、中兴微电子、粤芯半导体、晋华集成电路、联芯科技等。
京津冀地区集成电路产业以北京为核心、以天津和河北为支撑,现已初步形成了涵盖研发设计、半导体设备、半导体材料、芯片制造、封装测试等环节的较为完整的集成电路产业链,是国家芯片自主创新的重要阵地之一。代表性企业有兆易创新、华大半导体、大唐半导体、中环半导体、海光信息等。
此外,近年来成都、重庆、武汉、长沙、西安等中西部重点城市近年来也不断加强芯片设计、制造等领域的产业布局,成为我国半导体集成电路产业的重要发展区域。
1.集成电路产业链
集成电路产业链分为上游的设计及材料设备、中游的晶圆制造与封测、下游的应用环节,封测是我国最具竞争力的细分领域,先进材料设备和高端芯片制造卡脖子等问题仍旧凸显。
图4 集成电路产业链图
2.集成电路产业费用解析
结合半导体工程师统计等相关统计数据,集成电路企业费用主要分为研发费用(含EDA成本)、流片成本、晶圆成本、研发人员成本等。
研发总费用方面,结合重点头部IC企业公布数据显示,28nm芯片研发需5130万美元,16nm芯片研发需1亿美元,7nm芯片研发需2.97亿美元,5nm芯片研发需5.42亿美元,3nm芯片研发则需要近10亿美元,其中以研发人员成本占比最高,可达到50%-60%。流片主要用于产品验证,从流片成本方面看,28nm芯片一次流片约200万美元,14nm 芯片约500万美元,而流片一般需要1-2次。晶圆成本方面,以台积电12寸晶圆(直径300mm)为例,40nm成本每片大约在1500~2000美元,16nm成本每片大约在4000~5000美元之间,7nm成本每片大约在9300美元左右,5nm代工价格约为17000美元,3nm价格预计会达到30000美元左右。
3.集成电路设计
集成电路设计,是指以集成电路、超大规模集成电路为目标的设计流程,涉及对电子器件(例如晶体管、电阻器、电容器等)、器件间互连线模型的建立。所有的器件和互连线都需安置在一块半导体衬底材料之上,这些组件通过半导体器件制造工艺(例如光刻等)安置在单一的硅衬底上,从而形成电路。
集成电路设计企业是半导体产业的首要切口,现阶段我国集成电路设计企业主要集中在中低端市场,价格战进一步挤压其生存空间,深陷“中低端拼价格,高端拼技术”内卷之局,但高端芯片产品市场对企业技术储备、资金实力、研发团队实力等门槛要求高,普通中小企业难以达到要求。
EDA与IP工具作为IC设计的软件工具,是集成电路产业的基石。其中EDA工具根据用途与行业不同可分为CAE、IC、PCB/MCM、SIP等产品,主要应用于集成电路产业的设计生产制造环节,目前我国EDA工具目前以外购为主,以新思科技(Synopsys)、楷登电子(Cadence)、西门子EDA(Siemens EDA)等为代表的国际EDA软件公司垄断着国内80%以上、全球60%以上的EDA市场份额。但近年来,国内也涌现出了部分国产EDA厂商,如华大九天、概伦电子、广立微、思尔芯、芯和半导体等代表性企业,且在特定领域有着不俗的表现,我国EDA市场规模全球占比也由2018年的10.7%提升至2022年的12.8%,预计未来EDA国产替代化进程将进一步加快。
图5 集成电路(IC)EDA工具产品分类
图6 2018-2022年我国EDA产业规模及全球占比
4.半导体材料
从半导体材料规模分布来看,半导体制造材料占据较大市场规模,2022年制造材料占全球半导体材料比重达到61%,半导体制造环节对材料具备更高的技术壁垒与生产难度。
图7 半导体材料分类图
图8 2018-2022年全球半导体材料及TOP3区域规模(亿美元)
制造材料方面,其中硅片占比最大,约为36%,我国最常用8-12英寸硅片主要依赖进口,能够批量生产的企业相对较少,具备12英寸生产力的只有立昂微、沪硅产业、上海新昇、中环等少数企业;其次是电子特气和掩膜版,我国目前大部分品种电子特气、高端光刻胶被国外垄断,在掩膜版、高端光刻胶、电子特气等“卡脖子”领域有待实现技术突破,如掩膜版22nm以下制程存在缺口。
图9 全球半导体制造材料工艺流程与竞争格局图
封装材料方面,封装基板占比最大约40%,整体自给程度相对较高,但高端FC BGA 基板领域国内量产能力较弱,高端的蚀刻引线框架等产品供应仍集中在日韩头部企业;其次为引线框架和键合丝,封装材料自给程度相对制造材料较高,高端产品的国产化率有待进一步提高。
图10 全球半导体封装材料工艺流程与竞争格局图
5.半导体设备
半导体设备主要涉及IC制造环节和封测环节,对应具体的制造、封装和测试设备。据国家发改委2022年全球半导体设备行业统计数据显示,2022年全球半导体设备销售额1076.5亿美元,同比增长4.9%,制造设备销售额占比高达86%,其中光刻机、薄膜沉积设备占比超总设备销售额的60%。分区域来看,中国大陆销售额全球占比最高,约为26.3%,其次为台湾地区,占比24.9%。
图11 IC制造、封测工艺流程对应所需设备图
从重点设备领域来看,光刻机、刻蚀机和薄膜沉积设备三大设备总体占设备比超60%,均处于初步国产化阶段,上海微电子、中微公司、北方华创等企业近年在技术上有所突破,国产化市场广阔。上海微电子正致力于研发28纳米浸没式光刻机,预计将尽快实现国产第一台SSA/800-10W光刻机设备交付市场;中微公司的介质刻蚀已经进入台积电7nm/5nm产线,是唯一一家进入台积电产线的国产刻蚀设备生产商;北方华创和沈阳拓荆等国产代表企业生产的薄膜沉积设备(PVD和CVD设备),加速了国产化进程。
图12 我国半导体重点设备厂商分布
6.IC制造
集成电路制造市场高度集中,呈寡头垄断局势,由于其较高资金、人才和技术壁垒,市场形成明显马太效应,预计全球及国内市场格局短期内将维持现状。
从具体市场竞争格局来看,2022年全球晶圆代工市场规模超过1200亿美元,而中国台湾的台积电占据全球晶圆代工市场半壁以上江山,占比高达58.5%,中国大陆晶圆代工厂全球市占率约10%,其中上海中芯国际和华虹集团占约9%,其中上海中芯国际和华虹集团占约9%。
从芯片制程工艺来看,作为芯片制造的核心环节,中国大陆长期以来都受到限制,与台湾地区、韩国和美国等地在先进制程方面差距明显。目前已发布的采用5nm 及以下制程的芯片制造企业中,技术最先进的两台积电和三星半导体,均能生产5nm以下制程的芯片,目前台积电、三星均已能生产出3nm制程工艺芯片,标志着芯片内部电路的精密程度达到了前所未有的水平,为性能的提升和功耗的降低提供了可能。
图13 全球芯片制程工艺厂商梳理
7.IC封测
2022年全球封装测试Top10企业中,以长电科技、通富微电、华天科技为代表,中国大陆市占率约1/4,传统封装正逐步向先进封装过渡,将有效弥补我国在工艺制程方面的不足,缩小与国外技术差距,助力我国实现弯道超车。
图14 2017-2022年我国集成电路封测市场规模及增速
行业规模方面,近年来我国集成电路封测市场规模保持中高速增长,由2017年的1890亿元增长到2022年的3197亿元,年均复合增速达到11.1%。
8.下游应用
消费电子、汽车电子、人工智能、物联网等新兴产业蓬勃发展,催生出许多新的产业应用需求,如AI芯片、HPC芯片、汽车MCU等,其中汽车电子需求近3年复合增速最高达到78.5%,其次为云服务和人工智能应用领域,分别达到61%和41.3%。
图15 IC下游重点应用领域市场规模
集成电路产业作为电子信息产业的核心,是我国研发投入高、创新应用多、辐射带动广的高新技术产业,具有资金密集、人才密集、技术密集、回报周期长等特点,结合上述我国IC产业发展情况,在IC产业发展方面,需要加强顶层设计,强化政策引导和支持,构建完善的产业发展生态,提升产业整体发展水平。
一是推动科技创新。需要立足我国集成电路产业发展需要,加强高校、科研院所与企业间的合作,以集成电路重点“卡脖子”技术攻关为核心,提升原始创新力,加快建设国家重点实验室、技术创新中心、新型研发机构、创新联合体、公共服务平台等重大科技创新平台,打造产学研基地,并制定具有针对性的科创平台支持政策。
二是完善产业链条。依托我国IC产业基础和比较优势,以补链、延链、强链为主线,以产业聚焦、资源聚焦、政策聚焦、区域聚焦为支撑,加快推动集成电路产业规模跃升和质量提升。各地应进一步发挥龙头企业的引领作用,聚焦集成电路优势产业赛道,积极招引和培育产业链上下游企业,完善产业链。同时应从全国统一大市场考虑,加快完善集成电路企业兼并重组的相关政策,避免区域之间的无序恶性竞争,推动产业做大做强。
三是加大金融支持。考虑到集成电路企业的研发、生产需要高额的资金投入,中小型IC企业因经营规模、运营管理水平等原因,普遍面临融资难、融资贵等问题。政府应根据企业生产规模和发展方向给予相应资金扶持,通过创建投资基金、担保基金与风险投资基金,成立信用担保机构等,为企业营运提供资金扶持,充分满足各类企业对融资提出的不同需求。
四是强化人才引育。完善高校相关学科设置和人才培养体系,构筑人才培养沃土。建立专业人才引进制度,支持集成电路企业引进和留住关键骨干、实用型和技能型人才,并给予相关人才补贴或特殊政策。搭建人才成长平台,建立专业人才发展、晋升通道,持续激发人才创新动力。
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