我国大陆的半导体产业总体处于起步阶段,从现状来看发展状态接近于我国台湾,但未来发展路径可能更加接近韩国。当前我国半导体产业迎来三大发展机遇:

(1)近 10 年以来,受制于材料的限制,摩尔定律一定程度上有所失效,但这给了我国技术追赶的时间窗口;

(2)今年下半年以来日韩贸易摩擦有所加剧,日本半导体强于材料,韩国半导体强于存储,借此机遇,我国或加快从日韩的技术引进;

(3)新一轮 5G 技术革命有望开启,而我国在 5G 领域在全球处于领先地位,下游终端设备对于半导体的潜在需求增长或进一步拉动国内半导体产业的升级。

本期的智能内参,我们推荐华泰证券的研究报告《全球半导体周期的 60 年兴衰启示录》,全面复盘全球半导体产业的四次转移与价值链的形成,分析预测我国的半导体产业发展最佳路径。如果想收藏本文的报告(全球半导体周期的 60 年兴衰启示录),可以在智东西(公众号:zhidxcom)回复关键词“nc395”获取。

上一轮技术革命核心则是基于计算机和互联网的革命,在整个过程中,以美国为主导涌现了一批高速成长的优秀科技龙头,如英特尔、德州仪器、微软、谷歌等。在这两轮的技术周期中,半导体是承载着技术的底层基础硬件。复盘两轮技术周期的关键节点:1958 年德州仪器设计出第一款 IC;1971 年的英特尔推出第一款处理器;1980s 英特尔推出第一款通用 MPU;1990 年代的互联网革命开启,2000 年开始的新一轮通信技术革命加速;2010 年 4G 带来的移动物联网时代;以及当前(2020s)即将开启的 5G 物联网时代,大约每经历一轮 10 年的周期,就迎来一项新的革命性技术,我们认为这背后的核心是基础硬件半导体技术和性能的推动,而半导体摩尔定律的运动则是贯穿技术革命的始终。在当前我们沿着半导体这条线索,研究上一轮互联网革命下的科技龙头的崛起以及科技股的轮动规律,试图推演 5G 时代技术路径的演变以及科技行业的轮动。

一、 全球半导体产业的四次转移及其背后动因

半导体涵盖类别非常广泛,实际用途多样化,因此,为了更好的理解半导体产业链,首先需要区分不同类型的半导体及其技术壁垒。半导体产品按技术重点的不同可以分为三类:(1)以制造工艺驱动的产品,主要包括存储器、微器件,这类产品的发展主要依赖于先进的工艺技术;(2)以电路设计驱动的产品,主要包括逻辑器件、专用半导体、通信和消费类产品,这类产品的发展更多依赖于设计;(3)以器件物理驱动的产品,主要包括类比器件、高频率器件、分立式器件,器件物理方面的进步则是这些产品发展的关键。事实上,这三类半导体技术壁垒或有高低,其中设计驱动的产品壁垒最高,基于工艺的半导体次之,物理驱动的产品壁垒相对较低。

1、 起源:美国最早实现半导体技术的原始积累

美国贝尔实验室完成半导体技术的原始积累。美国的半导体的发明最早是由军方推动的,第二次世界大战后,为弥补真空电子管体积大、功率小的弊端,美国政府支持贝尔实验室,成立了固态物理研究部门。贝尔实验室是工业界少有的几个研发(R&D)机构,其母公司阿尔卡特朗讯每年销售额的 11%12%(约 40 亿美元)作为贝尔实验室的研发经费。194712 月,贝尔实验室发明了世界第一个接触型锗三极管;1948 1 月研发了双极型晶体管;1951 年,西方电器公司开始生产商用锗接点晶体管;1952 4 月,西方电器、雷神、美国无线电等公司,生产商用双极型晶体管;1954 5 月,第一颗以硅做成的晶体管由德州仪器公司开发成功,与此同时,利用气体扩散把杂质掺入半导体的技术也由贝尔实验室和通用电气公司研发出来;1957 年底,美国不同部门已制造出六百多种不同形式的晶体管。1958 年,美国的德州仪器公司(TI)用 MESA 技术发明了第一款 IC,这意味着基于半导体的技术革命由此开端。

资金和人才是波士顿成为半导体产业发源地。半导体研发需要大量资金和人才,波士顿拥有哈佛、麻省理工等优秀的教育和人才资源,并拥有杜邦、美国电话电报公司等多家实力雄厚的大企业,二战时期政府把大量军事订单派发给波士顿半导体公司,提供了资金支持和市场保障。1958 年,为应对苏联发射成功第一颗人造卫星,美国政府设立了晶体管电路小型化专项基金,而军方订单和政府支持使波士顿的半导体公司的生产和研发能力大大提升,很快成长为行业巨头。随后这些企业不断兼并上下游企业,形成垂直型等级管理模式,拥有从技术研发到生产制造,再到市场推广一系列产业链。

微处理器的发明被誉为是跨时代的创新,开启了计算机和互联网的技术革命。1968 年,戈登摩尔和罗伯特诺伊斯在硅谷创办了英特尔公司,英特尔公司最初的产品是半导体存储器芯片。1969 年,英特尔推出自己的第一批产品——3101 存储器芯片,随后又推出 11011103,存储芯片价廉物美,供不应求,它的诞生正式宣告了磁芯存储器的灭亡。1971年,英特尔开发出第一个商用处理器 Intel 44004,微处理器所带来的计算机和互联网革命,改变了整个世界。

英特尔通过不断创新发展,最终成为微处理器领域的绝对龙头。1965 年,英特尔的创始人之一摩尔提出了著名的摩尔定律(Moore’s Law):当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔 18-24 个月便会增加一倍,性能也将提升一倍,英特尔以摩尔定律为准绳,通过不断创新追赶摩尔定律。1978 年,英特尔生产出了 16 8086 处理器,是所有 IBM PC 处理器的鼻祖。1981 年,IBM 为了短平快地推出 PC 产品,处理器直接采用英特尔的 8086,英特尔从此一举成名。1982 年,英特尔研发出与 8086 完全兼容的第二代 PC 处理器 80286,用在 IBM PC/AT 上。1985 年,康柏制造出世界上第一台 IBM PC兼容机,随后 PC 兼容机企业像雨后竹笋一样涌现出来,但是为了和 IBM PC 兼容,处理器都是使用英特尔公司的。1989 年,英特尔推出了从 80386 到奔腾处理器的过渡产品80486。凭借 80486,英特尔一举超过所有日本半导体公司,成为了半导体行业的绝对龙头。直至今日,英特尔仍然是全球微处理器领域难以撼动的龙头。

2、 发展:美国技术转移,战后日本半导体崛起

战后日本半导体产业的崛起首先依赖于国外技术转移。在上世纪 80 年代前,美国对技术转移不敏感,认为专利转让能让美国在没有时间和金钱的投资下获得丰厚收入,而日本的半导体技术正是抓住了美国技术转移的时代性机会窗口。二战后美国本土半导体市场增长快速,利润率远超海外市场,一些美国公司也看到了海外市场的前景,但不愿意冒高成本和风险去开拓海外,由于日本的贸易保护政策,很多美国企业放弃了日本市场,另一些则是通过出售专利逐渐渗透日本市场。在利用转化和提升引进技术过程中,日本政府通过政策支持、资金补贴和低息贷款大力支持半导体行业的发展。

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1960s 日本技术引进情况大致梳理

美日贸易摩擦,日本开始自主研发存储半导体。20 世纪 70 年代初,日本半导体行业与美国差距明显,日本政府适时引入外资、鼓励合营企业,半导体企业逐渐增长。随后美国迫使日本开放其国内计算机和半导体市场,促使日本政府下决心自主研发芯片,1976 年,日本政府以 5 大企业(富士通、日立、三菱、NEC、东芝)为核心,联合日本工业技术研究院、电子综合研究所和计算机综合研究所共同实施“超大规模集成电力(VLSI)”计划,随后三年内,VLSI 研究协会共申请专利 1210 项并开发出 64KRAM 随机存储器,为其DRAM 芯片的研制打下良好基础。

受益于 PC 兴起,日本顺势跃居世界半导体强国。20 世纪 80 年代,英特尔公司成功研发“通用型 MPU”,将半导体产品市场从“专用型”推向“通用型”,为 PC 市场的发展提供了前提条件,随后 PC 市场不断扩大,DRAM 的需求也随之大幅提升,预先布局存储的日本顺势跻身集成电路强国之列,在半导体领域逐渐赶超美国,根据日本半导体协会数据,1986 年日本半导体行业在全球市占率上升至 65%,成为行业龙头。1988 年,日本产商控制了全球半导体市场 51%的份额,1989 年,日本电气、东芝和日立同时位居世界半导体产量前三名。

3、 扩散:美日贸易摩擦,韩国半导体趁势崛起

为稳定供应链,三星主动切入半导体领域。从上世纪 60 年代开始,韩国进入工业化时代,经济的高速增长及消费者收入水平的提高推动家电产品需求的上升,作为家电产品供应商,三星对半导体的需求随之增长,为了稳定半导体的供应,三星于 1974 年收购韩国半导体公司 50%的股份,初步进入半导体产业。受限于落后的技术,当时半导体的核心部件需要从日本进口。1977 年三星收购韩国半导体公司剩余的 50%股权,同时还收购了在韩国半导体行业处于领先地位的外企仙童公司子公司,获得其芯片加工技术,在半导体行业逐渐赢得一席之地。

三星的技术引进战略奠定了存储半导体研发的基础。80 年代初,为了适应需求结构的变化,拓展国际市场,三星转向国外技术引进战略。通过与外国企业的技术合作及在海外设立子公司,三星逐步掌握从装配过程、工艺开发到晶片制造和检验的芯片制造技术。1982年,三星从美国 Micron Technology 公司获得 64K DRAM 的技术许可,作为技术转让的一部分,三星派遣工程师赴该美接受培训,使得三星吸收许可技术的能力大大提高。1983年,三星电子在美国设立子公司,聘用当地的技术人员开发 64K DRAM,为公司的技术研发与前沿市场信息的获取提供支持。

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1970s-1980s 韩国半导体公司的技术引进情况梳理

竞争对手限制,三星从技术引进转向自主研发。随着三星相继开发成功 64K256K1M DRAM 半导体产品,国外竞争对手开始采取措施限制其发展,三星很难再实施以前的外国技术导入战略,竞争环境的变化,迫使三星从外国技术导入战略转向并行技术自研的新战略。与此同时,韩国政府也逐步认识到半导体行业的重要性,并加大政策扶持力度,1986年,韩国政府推出《超大规模集成电路技术共同开发计划》,在政府的支持下,三星与现代电子、LG 电子合作成立开发半导体技术的国家研究开发小组,通过外聘技术人员和引进海外技术人才,三星在半导体领域迅速赶超欧美,跻身行业前沿团队。

财团模式+逆周期投资,韩国半导体取代日本。进入 90 年代,世界半导体行业整体下行,DRAM 逐渐通用化,依靠财团优势,三星加大投资和研发,通过引入大量 DRAM 设备实现规模生产形成价格优势并迅速抢占市场。90 年代中后期,三星电子“双向型数据通选方案”获美国半导体标准化委员会认可,成行业新标准,对日本半导体行业造成二次冲击,与之对应的是日本半导体产业研发投资额逐年下降,创新产品匮乏,日本半导体进入衰退期并逐步丧失龙头地位。最终,韩国取代了日本成为新的世界半导体产业重心。

4、 再分工:劳动力成本上升,制造部门向台湾地区转移

台湾半导体以代工起步,占据制造环节的领导地位。在上世纪 70 年代,台湾确定了以科技产业为核心的政策,扶持了众多科技公司,威盛电子、联电、富士康均在此期间成立,而台湾的电子产业相对完备,涉及手机、电脑、LED、电子组装等,整个产业链非常完善,相关公司众多,给了半导体企业发展和崛起的良好土壤。台湾为了支持半导体产业的发展,建立了世界上第一个由政府主导成立的科技产业园区——新竹科技产业园。

全球化分工更进一步,半导体代工模式兴起。台湾半导体企业起初专注于劳动密集型的封装环节,到 90 年代末期,随着全球贸易的进一步深化,我国台湾凭借相对廉价的劳动力优势(部分来自于大陆),以客户为导向的晶圆代工模式兴起,台积电、联电等台湾本土IC 代工企业崛起,给了半导体企业高速发展的源动力。此后,台湾半导体产业发展迅速,联发科和晨星做芯片、日月光专注于晶圆制造、精材科技做封装,逐步将半导体范围扩大到设计、制造、封装、测试等全产业链。

二、 日韩半导体的发展启示

1、 背景:80 年代 PC 普及,90 年代互联网盛行

1946 年世界上第一台电子计算机问世,在此后的十多年时间内,由于价格很昂贵,电脑数量极少,早期所谓的计算机网络主要是为了解决这一矛盾而产生的,其形式是将一台计算机经过通信线路与若干台终端直接连接,我们也可以把这种方式看做为最简单的局域网雏形。

最早的 Internet,是由美国国防部高级研究计划局(ARPA)建立的。现代计算机网络的许多概念和方法,如分组交换技术都来自 ARPAnet。ARPAnet 不仅进行了租用线互联的分组交换技术研究,而且做了无线、卫星网的分组交换技术研究其结果导致了TCP/IP问世。

1977-1979 年,ARPAnet 推出了目前形式的 TCP/IP 体系结构和协议。1980 年前后,ARPAnet 上的所有计算机开始了 TCP/IP 协议的转换工作,并以 ARPAnet 为主干网建立了初期的 Internet1983 年,ARPAnet 的全部计算机完成了向 TCP/IP 的转换,并在 UNIXBSD4。1)上实现了 TCP/IPARPAnet 在技术上最大的贡献就是 TCP/IP 协议的开发和应用。1985 年,美国国家科学基金组织 NSF 采用 TCP/IP 协议将分布在美国各地的 6 个为科研教育服务的超级计算机中心互联,并支持地区网络,形成 NSFnet。1986 年,NSFnet替代 ARPAnet 成为 Internet 的主干网。1988 Internet 开始对外开放。1991 6 月,在连通Internet 的计算机中,商业用户首次超过了学术界用户,这是 Internet 发展史上的一个里程碑,从此 Internet 成长速度一发不可收。

2、格局:半导体价值链逐渐形成

经过数十年的国际化分工与产业发展,至今半导体的全球价值链基本形成。集成电路行业的产业链有上游硅片制造商产业、中游芯片制造产业以及下游行业应用产业构成。其中中游产业链大体分为芯片设计(芯片包括模拟芯片、处理器芯片、逻辑芯片和存储芯片 4 种)、芯片制造及芯片封装测试 3 个子产业群。其中,芯片设计业务为高度技术密集的产业,芯片制造为资本密集产业,封装测试行业相对于其他 2 个子产业群来说是劳动力较为密集的子产业。

集成电路按工艺流程可将半导体专用设备划分为晶圆制造、封装、测试和其他前端设备四个大类。在业务模式方面,集成电路产业链目前有两种发展模式,一种是传统的集成制造(IDM5 模式,代表企业为三星和英特尔;另一种是垂直分工模式(芯片设计 Fabless、芯片制造 Foundry 和芯片封测Package&Testing),其中芯片设计是集成电路产业的最核心部分。

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▲集成电路产业链梳理

3、上游材料:美日占据主导

设备和材料是半导体产业链的上游,这两个领域美国和日本占据绝对优势。根据 SEMI(国际半导体产业协会)的统计,2017 年全球半导体设备销售额为 570 亿美元,而全球半导体材料市场销售额为 469 亿美元,增长了 9。6%,也就是设备+材料=1039 亿美元。根据Gartner 的数据,整个半导体产业 2017 年总的销售额为 4197 亿美元,也就是设备+材料占了整个市场的 24.76%,接近于四分之一。

半导体材料大致分为晶圆制造材料和封装材料,其中晶圆制造所需的材料是核心,大体可以分成:硅片,靶材,CMP 抛光材料(主要是抛光垫和抛光液),光刻胶,湿电子化学品(主要是高纯试剂和光刻胶配套试剂),电子特种气体,光罩(光掩膜),以及其他。

2018 年硅材料领域日本和我国台湾三巨头占比 70%。半导体材料里面价值较高,占半导体材料市场比例最大的硅片,硅片至少占到了全球半导体材料市场的 30%以上,而且随着2016 年开始的硅片大幅涨价,价值比例还在上升。从全球来看,硅材料具有高垄断性,全球一半以上的半导体硅材料产能集中在日本,尤其是随着尺寸越大、垄断情况就越严重。根据前瞻产业研究院 2018 年的报告,目前全球硅片市场中,日本信越、SUMCO 台湾环球晶圆三家企业占据了硅片 70%的市场份额,且集中度呈现上升趋势。总体来说,虽然上游设备和材料只占四分之一,但重要性不言而喻,而其他四分之三的价值是在设计,制造,封测等领域。

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▲半导体材料的产业环节划分

4、上游设备:欧美占据绝对主导

世界半导体制造设备主要供应厂商是 AMAT(美国应材)、ASML(荷兰艾司摩尔)、LamResearch(美国科林研发)、LKA-Tencor(美国科磊)、Dainippon Screen(日本迪恩仕),根据 Ofweek 网数据,2017 年这五家公司的销售额占世界总份额的 80%以上。其英特尔、台积电、三星电子、中芯国际等厂商的关键以及主要半导体设备均由这几家美国及欧洲公司提供,其中 ASML 是全球领先的光刻机生产制造商,20 纳米左右制程的芯片,均需要其光刻设备才能生产。

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全球半导体核心设备厂商梳理

5、IC 设计:美国优势明显

芯片设计(Fabless)环节的高研发投入形成了高技术壁垒。由于晶片加工工艺极其复杂,线宽越来越小,需要专门的激光装置进行深度紫外线光蚀,设备和工具加工精度要求高、投资规模大,且制造工艺需要较长的学习曲线,研发成本日益提高,整体看,芯片制造环节具有较高的资本壁垒和技术壁垒。

根据 IC insights 发布的 2018 Top15 名的 IC 设计公司榜单,目前从全球产业链划分情况来看,IC 设计和创新的主场地依然是美国。2018 年前 10 Fabless 中,有 6 家美国公司,3 家我国台湾的公司,其中美国大幅领先其他国家和地区。国内 IC 设计相对较强的两家公司分别为华为海思和紫光展锐,2018 年营收分别是 503 亿和 110 亿人民币,对比博通、高通、英伟达等美国企业不仅规模差距较大,技术差距也比较明显。

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2018 全球前十大 IC 设计公司

在高端通用芯片设计方面,我国与发达国家差距较大,对外依存度很高。根据海关总署数据,2018 年我国集成电路进口金额超过 3000 亿美,其中:处理器和存储器两类高端通用芯片合计占 70%以上。英特尔、三星等全球龙头企业市场份额高,持续引领技术进步,对产业链有很强的控制能力,后发追赶企业很难获得产业链的上下游配合。虽然紫光展锐、华为海思等在移动处理器方面已进入全球前列。但是,在个人电脑处理器方面,英特尔垄断了全球市场,国内相关企业有 3~5 家,但都没有实现商业量产,大多依靠申请科研项目经费和政府补贴维持运转。龙芯近年来技术进步较快,在军品领域有所突破,但距离民用仍然任重道远。国内存储项目刚刚起步,而对于 FPGAAD/DA 等高端通用芯片,国内基本上是空白。

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2017 年国内核心芯片设计领域占有率低

6、晶圆代工:台积电是绝对龙头

晶圆代工行业属于劳动密集型产业,我们台湾地区优势明显。根据拓璞产业研究数据,2019Q2 季度全球 TOP10 晶圆代工厂榜单,受整体市场下滑的影响,Q2 10 大厂商的营收几乎都在下滑,当季总营收只有 153.6 亿美元,同比下滑了 8%。具体排名方面,台积电以 75.53 亿美元的营收位居第一,市场份额达到了 49.2%;三星以 27.73 亿美元的营收位列第二,同比也下滑了 9%,市场份额 18%;格芯排名第三,当季营收 13.36 亿美元,同比下滑了 12%,市场份额 8.7%。而大陆厂商中芯国际和华虹半导体也同时入围,但这两家的份额加起来仅不到 10%。根据电子工程世界网数据,两家公司目前量产的最先进工艺主要为 28nm,两家都有 14nm 工艺量产的计划,其中:中芯国际计划于 2019 下半年量产,华虹半导体机会于 2020 年量产,但制程工艺比台积电等公司落后两代以上。

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2019Q2 全球前十大晶圆代工

7、封测:我国台湾领先,大陆后来居上

封测领域与晶圆代工一样,目前我国台湾地区最为领先。根据拓璞产业研究数据,2019年第一季受到贸易摩擦、手机销量下滑及存储器市场供过于求等因素影响,全球前十大封测营收出现较大下滑。2019Q1 前十榜单中有 6 家台企入选,且排名第一的日月光是台湾企业,市场份额达到 19.7%。我国大陆的长电科技、天水华天、通富微电三家排名也处在前十,其中:2015 年,长电科技斥资 47.8 亿元(折合 7.8 亿美元)收购了新加坡封测公司星科金朋,星科金朋在 2015 年封测企业中排名第四,实现了以小博大,扩大了市场份额,当前来看,半导体封测已成为我国半导体产业链中具有相对优势的环节。我们认为,中国大陆 IC 封测企业未来有望将重心从通过海外并购取得高端封装技术及市占率,转而聚焦在开发 Fan-OutSiP等先进封装技术,并积极通过客户认证来向市场显示自身技术,提高市场竞争力。

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2019Q1 年全球前十大 IC 封测企业排名

8、我国与韩国半导体产业发展的比较分析

当前我国大陆的半导体产业总体处于起步阶段。从现状来看,大陆半导体产业的发展格局接近于我国台湾省,均以中下游代工和封测为主,而中上游产业链环节占比较小,对外依存度高。但我们认为未来发展路径可能更加接近韩国,韩国的半导体产业在尖端技术方面经过很短的时间赶上并超过了先进国家。其中,三星电子从 1983 年正式开始生产半导体起,到 1994 年率先成功开发 256M DRAM 止,仅用了 10 年左右的时间,便确立了其在国际半导体技术竞争中的领先地位。

背景相似:互联网 VS 物联网,技术革命的开始 。90 年代初技术周期的大背景是互联网开始兴起。90 年代初,互联网尚处于早期,一方面互联网的商用范围较窄,另一方面是缺少成熟的浏览器。1993 年 11 月,Mosaic 浏览器在1993年11月由官方发布,从此以后人们有了便捷的上网途径,马赛克后来更名为网景,并在 1994 年后期发布了自己的浏览器——导航者(Navigator)。根据硅谷创投教父彼得·蒂尔的经典之作《从 0 到 1》中的描述,导航者浏览器迅速被接受,1995 年开始,只用了不到一年时间,从占浏览器市场 20% 到占 80%。

互联网从兴起-繁荣-泡沫的过程也快速展开。互联网的逐渐普及大大拓展了人们的想象力,1995 年 8 月,网景尚未盈利就首次公开募股,在 5 个月内,网景股票从每股 28 美元猛升至每股 174 美元,而其他科技公司也是一片繁荣。1996 年 4 月,雅虎公司上市,估值仅为 8.48 亿美元,1997 年 5 月亚马逊上市,上市时估值仅为 4.38 亿美元,到 1998 年一季度,每家公司的股价都涨了至少3倍,互联网公司的平均股价涨幅为其他传统公司的数倍,互联网泡沫一发不可收。

当前正处于 5G 时代物联网时代开启的前期。我国已在今年 6 6 日发布 5G 商用牌照,而中国华为将在 7 26 日发布首款 5G 手机 Mate 20X 5G。5G 带来的变化的是从用户到硬件再到流量的全方位的革命性变化,韩国在今年 4 3 日开始推出 5G 商用服务(仅在部分地区),比中国早两个月,参考韩国:从用户数来看,据韩联社 6 12 日报道,推出了 5G 服务短端两个月韩国的 5G 用户数量就突破了 100 万,这意味着每天平均新增 1。75G 用户,普及速度超过了当年的 4G。据韩联社预计,到今年年底,韩国 5G 用户总数有望达到 400 万至 500 万;从硬件更新来看:韩国消费电子巨头三星电子在 3 月推出 5G手机 Galaxy S10 5G,据韩联社统计,该款手机在韩国本土的销量已经突破了 100 万台,从发售到破百万仅用了 80 天时间;从流量来看:Ookla 在今年 7 月发布的一项关于全球移动互联网网速的调查显示,截至 5 月份,韩国的移动互联网下载速度在 140 个国家中排名第一,达到 76.74mbps,与去年同期相比,韩国的移动互联网速度提高了 79.7%。

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▲全球半导体销售额与通信技术周期

政策相似:举国之力发展半导体 。自 2000 年以来,我国国务院和相关部委陆续出台了一系列促进集成电路产业发展的相关政策。特别自 2014 年,国家出台《国家集成电路产业发展推进纲要》,明确规划了未来国家继承电路发展的阶段和目标,在此之后,各地方也响应国家政策,出台一系列地方性集成电路产业促进政策,集成电路产业发展迅猛。

在国务院发布《推进纲要》之后,北京、上海、天津、安徽、甘肃、山东、湖北、四川等各地陆续出台了产业的发展政策,同时这些省市也相继成立了金额不等的集成电路产业基金。在一定程度上地方政府对 IC 产业的积极态度也会影响中国 IC 产业的区域布局。例如,武汉重点支持集成电路制造领域,包括存储器,也兼顾设计、封测等环节,设立了 300 亿元的集成电路产业基金。合肥突出在终端行业的应用并积极在存储器方向布局。厦门对接国家战略、立足于对台优势,大力发展集成电路产业,以“福、厦、漳、泉”为基点,相继集聚了诸多的重要企业。南京出台了《加快推进集成电路产业发展意见》,配套了相关政策。淮安在图像传感器、相变存储器方面也积极布局,并出台了一系列政策和资金配套。陕西“十三五”目标规划,到 2020 年重点通过推动更小尺寸集成电路生产线建设、加快第三代半导体等前沿技术的研发和产业化,推动集成电路封测的升级扩产,加强关键设备和材料配套能力。

2014 6 月,国务院颁发了《国家集成电路产业发展推进纲要》,《纲要》提出了行业发展的主要任务和发展重点:着力发展集成电路设计业,加速发展集成电路制造业,提升先进封装测试业发展水平,突破集成电路关键装备和材料,即突出“芯片设计—芯片制造—封装测试—装备与材料”全产业链布局,在此基础上协同发展,进而构建“芯片—软件—整机—系统—信息服务”生态链。同时纲要还提出设立国家集成电路产业投资基金——大基金”,作为一项保障措施。2014 9 月,国家集成电路产业基金(简称“大基金”)正式成立。

9、差异:全球化 VS 逆全球化产业战略的选择

20 世纪 60 年代以来,全球化趋势加速推进了国际化分工,半导体产业链发生转移。在二战以后,随着以美元为中心的国际货币体系——布雷顿森林体系的建立,全球化贸易快速发展从而带来进一步的国际分工,对于半导体产业也是类似,各个国家和地区凭借其自身的禀赋条件,试图在大规模的产业链中谋求一席之地。美国作为半导体创新的发源地,一开始就牢牢把握住价值链的最核心环节,以英特尔为代表,在成立之初主要产品为存储半导体,而在 1971 研发成功第一代商用处理器后,转而专攻处理器领域,随后存储产业开始逐步向外转移,70-80 年代,日本的存储半导体快速发展,在 80 年代,日本存储半导体份额一度在全球占据领导地位。80 年代中后期,韩国把握住了此前美日贸易摩擦的契机,依靠财团资金优势,采用“逆周期投资”策略,在行业低迷的时候抢占了日本的份额。而我国台湾则是凭借相对低廉的劳动力成本优势,以附加值较低的代工产业为基础,逐步向产业链其他环节延伸。

美日贸易摩擦背景下韩国半导体发展启示 。 20 世纪 80 年代后期,日本半导体制造商在全球占比领导地位,1988 年占据全球制造商Top10 半壁的 NEC、东芝、日立、富士通、三菱等公司,但最终在 20 世纪 90 年代的没落,其原因有:日本泡沫经济的破裂、日本终端电子产品竞争力下降、日本半导体企业间的内耗(高峰时达 30 多家半导体企业)、电脑网络革命带来的半导体行业洗牌等。其中,从 80 年代初期开战并持续十三年的“美日半导体贸易战”是重要原因。

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▲美日半导体摩擦的大致历程梳理

1983 年,美国半导体协会发表文章,批判日本半导体企业严重损害美国企业利益,而且矛头直指日本政府实施的产业导向政策,同年,爆发“美日半导体摩擦”。1983 年,美日两国政府间组建有关半导体贸易的协商工作组,开始对话。1984 年洛杉矶奥运会拉动了电视机/录像机的巨大消费,再加上 PC 电脑开始普及,半导体需求快速增长,再次让日本半导体企业腾飞。1985 年受到奥运会特需的反弹,市场急速降温,这让本就处于被动的美国半导体企业日子更艰难。

1985 年,微软针对日本 7 家半导体厂家的 DRAM 开始反倾销诉讼,AMD NS 公司(美国国家半导体,后被 TI 收购)也跟进,时任总统的里根也亲自给商业部下达命令,调查日本的倾销问题。1986 9 月,日本通产省(商务部)被迫与美国商业部签定了“日美第一次半导体协议”,主要内容是,限制日本半导体对美出口、扩大美国半导体在日本市场份额。然而,美国于 1987 年进一步发表针对日本在第三国倾销的报复措施,里根总统以日本未能遵守协议为由发表对日本产电脑/电视等征收 100%的报复性关税。除此之外,美国政府阻止富士通对 Fairchild 公司的收购,反制措施接连不断。

韩国抓住机遇趁势崛起。1987 年美国诞生 IC 设计企业,以台积电为代表的代工厂也陆续创立,而 80 年代开始,在美日半导体贸易战的背景下,韩国一方面加速从美国、日本的技术引进专利技术;另一方面在政策的支持下,以三星电子为代表的企业通过逆周期投资,快速抢占日本的存储半导体份额,从而迅速崛起。

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1980s-1990s 韩国与美、日半导体企业的技术引进梳理

10、当前逆全球化趋势下我国大陆发展半导体的契机

中美贸易摩擦坚定了我国自主发展半导体产业的决心。2018 年以来,逆全球化有所升级,美国主动发动对我国的贸易摩擦,以中兴通讯事件为代表,暴露了我国在关键技术领域的短板。美国限制对国内科技龙头的核心零部件出口,直接导致国内科技企业受到较大冲击,中兴通讯一度生产陷入停摆。今年 5 月份,美国再度把我国的华为放入“实体清单”,引起很大波澜,今年 6 17 日,华为创始人任正非在接受《福布斯》杂志访谈时表示,预计未来两年华为会减产,销售收入下降 300 亿美金。美国的限制对于拥有较强自主研发能力的华为来说影响也比较大。我们认为,未来中美贸易摩擦在较长时间内都将呈现反复拉锯的趋势,而国内自上而下,从政府各部门到企业,都已经全面的明确了发展核心技术的方向,其中半导体是重中之重。

日韩贸易摩擦或给国内的半导体产业带来发展契机。根据环球网报道,今年 7 1 日,矛盾重重的日韩关系再度紧张。日本政府正式宣布将韩国排除在贸易白色清单之外,所谓“白色清单”,是日本政府制定的安全保障贸易友好对象国清单,日本出口商可以通过简化手续向清单内所列国家出口高科技产品。与此同时,根据日本《产经新闻》报道,日本政府宣布从 7 4 日起,加强对三种材料向韩国出口的管制,而这直接影响到韩国企业能否继续正常生产制造半导体芯片。

日韩贸易摩擦发酵或对韩国半导体产业产生较大冲击。根据前文分析,虽然在 80 年代中后期,由于美日贸易摩擦导致日本在存储半导体的领导地位被韩国抢占,但日本在半导体的上游依然处于强势地位,尤其是半导体材料硅片,根据 OFweek 网数据,2017 年日本信越化学份额 28%,日本 SUMCO 份额 25%,两家日本公司占据全球超过 50%的份额。换句话来说,日本的半导体产业处于韩国的上游,一旦日韩贸易摩擦继续发酵,或者韩国的半导体企业产业较大冲击。在这样的背景下,韩国的二三线半导体企业经营或面临困境,我们认为这是对国内半导体企业发展的机遇,国产半导体企业可以通过购买专利或者海外并购,引进韩国较为先进的半导体技术。

三、 半导体不同发展阶段升级周期

半导体是典型的技术密集型、资本密集型的产业,前期研发投入大,当研发完成,又需要投入大量资金购买设备、产线,但到收获期,由于技术壁垒高,而定价高、边际生产成本低,因而利润放量较快。当前全球半导体产业分工的格局已经大致形成,上游设计环节美国主导;材料环节日本领先;生产制造环节韩国后来居上;代工封测环节,我国台湾和大陆具有相对优势。接下来我们重点探讨处于产业链不同环节的半导体企业在不同阶段的财务以及股价驱动力。

1、处理器,每 8-10 年的重大技术升级周期 处理器每 8-10 年一次技术重大升级,带来新一轮增长周期。美国的英特尔公司是当前全球处理器领域的设计龙头企业,也是半导体产业链中技术壁垒最高的环节之一。处理器是计算机、服务器的核心部件,代表着计算机的运算能力,而整个计算机和互联网技术革命的周期就是以运算为基础,从而实现技术的跨越。英特尔公司早在 1971 年研发出第一款商用的处理器,自此以后,英特尔走上了不断追赶摩尔定律的过程,大概每 8-10年一个周期,推出一款重量级的升级处理器。1985 年,英特尔首次推出了 32 位的微处理器 386,新品推出后在 1986 年便实现 29 亿美元的销售收入,股价开始大涨。到 1993 年,英特尔正式发布重量级的奔腾处理器,再次给英特尔带来快速的利润增长,股价也因此大幅上涨。2001 年英特尔发布奔腾 4 处理器,标志着新一轮的技术革新,但受到当时“科网泡沫”破裂的影响,股价只是短暂反弹。2011 年,英特尔首发六核处理器 Core i7,性能又一次大幅提升,英特尔市场份额大幅增加。

当前技术周期有望迎来拐点,英特尔或推出第十代处理器。2019 7 28 日,英特尔官方表示,已经开始供货采用 10nm 工艺制程的第十代 Ice Lake 处理器,面向笔记本市场,并且已经获得 OEM 厂商的认证,这也是英特尔继推出 10nm 工艺的 i3-8121U 处理器后,首次大规模上市10nm工艺处理器,英特尔表示搭载Ice Lake的产品或将于第四季度上市。

2、 DRAM 存储,每 4-6 年的技术升级周期 。 半导体存储器包括三大主流产品:DRAMNAND FlashNOR Flash。相比于处理器的8-10 年技术升级周期,存储器的升级周期更快,市场规模也相对更大。近年来存储芯片在半导体中的销售额占比已经明显超过逻辑芯片,根据 SIA 数据,2018 H1 存储器的销售额占比达到 32%,位居第一。

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▲2018 年上半年全球半导体的销售额结构

DRAM 即动态随机存取存储器,最为常见的系统内存,主要用于计算机以及服务器的闪存,值得说明的是 DRAM 存储的升级很大程度上依附于处理器的升级(以 PC 为例,CPU 性能提高了,才需要用更大的内存)。韩国是全球 DRAM 存储的领导者,三星电子、SK 海力士等都是全球领先的存储半导体企业,而三星电子又是该领域的佼佼者。在 1983 年最初切入半导体领域时,三星电子就集中力量筹备存储技术 DRAM 的研发。1989 年,仅用了 6 年时间,三星已经成功开发出 16M DRAM,己领先于全球任何一家制造商;1993 年,三星的 16M DRAM 实现量产,奠定了它在全球存储器霸主的地位。1992 年,三星率先推出全球第一个 64M DRAM1994 年,仅过去 2 年的时间,三星首先发布全球首块 256MDRAM,三星在存储技术的技术进步完美印证着摩尔定律。

1993 年来,三星电子的股价并非随着自身的技术进步一路稳步上涨,而是呈现周期性波动的上涨。其背后的根本原因在于,DRAM的需求取决于 PC以及服务器的需求,并非是独立的市场,而 PC 和服务器更新换代的周期很大程度上取决于处理器的技术升级,而英特尔的处理器大约每 8-10 年才迎来一次重磅革新,因而在短周期内,由于 DRAM 的价格会随着供给和需求的变化而大幅波动,带来利润率的不稳定。除此之外,在 90 年代,为了抢占日本的份额,韩国一直盛行“逆周期投资”战略,导致 DRAM 的产能一直相对过剩。

NAND 存储,下游消费电子的晴雨表 。 NAND 闪存是一种非易失性存储技术,即断电后仍能保存数据,其发展目标就是降低每比特存储成本、提高存储容量。NAND 的功能是存储数据,主要用于数码相机、音乐播放器、手机等多种领域,因此 NAND 的需求很大程度上可以折射下游消费电子的景气度。

东芝(Toshiba)是日本最大的半导体制造商,也是当前全球第二大 NAND 生产商,根据英国调查公司 IHS Markit 数据,2017 年东芝内存在全球 NAND Flash 市场上的市占率为16。5%,位居全球第二(第一仍是三星)。自上市以来,东芝的股价呈现宽幅震荡、大波动的特征。1999 年,受益于手机市场的兴起,东芝公司股价快速上涨;2003 年,东芝由DRAM 转为 NAND 闪存,并开始拓展中国市场,股价迎来快速上涨;2006 年,MP3 音乐播放器开始流行,东芝的 8GB NAND 需求增长,带来又一波股价上涨;2010 年,智能手机开始兴起,24nm 工艺的 64GB NAND 需求进一步扩张,虽然业绩有所增长,但股价走弱;2013 年第二代 19nm 工艺的 64GB NAND 量产,但股价走弱。

智东西认为,从日韩的经验来看,以半导体为基础形成了互联网、移动互联网、物联网等一系列技术生态,由于美国掌握了原始的技术积累,包括处理器、指令集、操作系统、浏览器等底层技术,所以美国在半导体产业链中的主导地位在未来较长时间内还是难以撼动。日本曾经一度想在 CPU 领域挑战美国的霸主地位,不可避免的宣告失败,而美日半导体贸易摩擦也导致了后来日本存储半导体的衰落。相比较而言,韩国的模式较为清晰,避开美国主导的壁垒最高的技术,而专攻次级的半导体技术(存储),从而迎来了发展壮大,在当今的半导体产业链环节中,成为一方霸主。未来 10 年,随着 5G 商用的不断推广,物联网技术革命可以类比 90 年代互联网的浪潮,与此同时,物联网时代终端不仅仅局限于 PC、服务器、智能手机,或更多扩展到智能家居、智能驾驶、智慧医疗、智慧城市等各大终端,因而潜在的终端需求潜力或大大超过 90 年代初的互联网。因此,在新一轮技术周期的大趋势下,国内半导体核心资产的估值有望持续提升。

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