引言
受新冠疫情和技术封锁影响，半导体供需打破平衡，供应链剧烈波动，在此背景下我国加速半导体产业链和供应链国产化进程，从政策、技术、资源和资金等多维度持续注入发展动力，寻找解决方案克服行业关键制约，四大产业趋势越来越显著。
一、行业变化
半导体行业整体处于上涨趋势，但由于近期新冠疫情和贸易摩擦影响半导体供应链稳定性，半导体工厂开工率下降，半导体产出量下降。
一是从趋势来看，半导体产销规模虽有波动，但总体处于上涨态势。2015-2020年，半导体销售规模由3352亿美元上涨至4331亿美元。
二是近两年，中美贸易摩擦和新冠疫情导致供应链剧烈波动，需求和供给受影响，华为和海康威视等受贸易摩擦影响芯片难以得到芯片，疫情影响半导体产业链上下游企业正常生产运营，导致芯片出现短缺，芯片产销量和价格出现大幅波动。
图 1 全球半导体销售规模及增长率（亿美元）。数据来源：IC Insights
半导体行业的技术壁垒和深度分工逐年扩大我国半导体产销缺口，国内供给无法满足市场需求，技术封锁导致半导体国产化进程势在必行。
从市场规模来看，我国集成电路市场规模快速增长，国内集成电路制造产值与集成电路市场规模存在巨大的差距，国产化空间巨大。2016-2020年，我国集成电路市场规模由940亿美元增长至1430亿美元，而集成电路制造产值由130亿美元增长至230亿美元，制造产值与总市场规模存在巨大的缺口。
从进出口贸易来看，我国集成电路存在巨大的贸易逆差，高端芯片依靠进口，且贸易逆差不断扩大。2016-2020年，我国集成电路贸易逆差由1660亿美元上涨至2334亿美元。
图2 中国集成电路市场规模和制造规模。数据来源：国家统计局
图3 中国集成电路贸易额。数据来源：国家统计局
我国半导体产业结构逐步由附加值较低的封装测试领域向更高的设计制造领域转型。2012-2020年，我国半导体封装测试占比由48%下降至28%，芯片设计占比由29%提升至43%，芯片制造占比由23%提升至29%。
图 4 我国半导体产业结构。数据来源：中国半导体行业协会
二、驱动因素
政府出台一系列政策加码支持半导体产业发展
2014年以来，尤其在“十三五”期间，为降低中美贸易摩擦和技术封锁对我国半导体产业的影响，我国根据半导体行业情况出台了系列政策，从税收减免、资本投入、技术研发和发展战略等全方位推动我国半导体产业发展，提高半导体国产化率。
图 5 我国半导体相关政策。资料来源：公开资料整理
下游应用市场驱动上游半导体产业发展，5G和智能汽车产业扩张未来将进一步带动半导体产业
图 6 半导体应用市场规模占比。数据来源：SIA
一是智能手机和计算机占据半导体应用市场过半需求，但已步入存量市场，对半导体需求增量拉动有限，然智能可穿戴设备作为消费电子新市场，可有效拉动半导体产业发展。
图7 全球智能手机和计算机出货量（百万台）。数据来源：公开资料整理
图 8全球可穿戴设备支出（亿美元）。数据来源：公开资料整理
二是物联网应用于共用事业、产业和消费领域，应用市场广泛，且物联网感知、传输、平台和应用层都需要芯片支持，物联网推广普及将驱动半导体产业发展。
图 9 全球物联网设备数量（亿个）。数据来源：GSMA
三是新能源汽车是汽车产业发展的重要方向，新能源汽车自动驾驶、车联网和智慧座舱需要传感器、芯片的支持，芯片需求量远高于燃油车，新能源汽车的芯片需求量巨大。
图 10 我国新能源汽车产量（万辆）。数据来源：国家统计局、中国汽车工业协会
图11汽车芯片数量（颗/辆）。数据来源：国家统计局、中国汽车工业协会
四是5G和大数据中心提升了对数据传输和处理需求，新基建推广将大力拉动芯片消费需求。在数据处理端，大数据行业激发了数据中心对原始数据运算处理需求，芯片是数据中心运算和储存能力的基础，需求量可观。在数据传输端，5G应用拉动芯片需求增长，5G基站数量是4G基站的2倍，5G基站对芯片需求巨大。
图 12 中国数据中心机架规模（万架）。数据来源：工信部 图 13 中国5G基站新增量（万座）。数据来源：工信部
国家通过成立产业基金和设立科创板等资本市场手段支持半导体产业发展
一是国家牵头成立半导体产业基金，加码半导体产业投资，推动半导体全产业链发展。国家的集成电路大基金一期筹资1387亿元投资半导体产业，主要集中投资于芯片制造和芯片设计领域，其中芯片制造515.4亿元、芯片设计215.7亿元。
图 14 国家集成电路大基金一期投资领域。数据来源：公开资料整理
二是配合中央的半导体产业大基金，地方政府和机构成立子资金，地方及社会资本踊跃进场支持半导体发展。在大基金的带动下，地方政府成立半导体产业子基金融资约5000亿元人民币，其中江苏、福建、上海的专项基金规模最高，对半导体产业发展的支持力度最大。
图 15 各地市集成电路产业专项基金规模（亿元）。数据来源：公开资料整理
三是科创板对半导体企业提供融资渠道，全产业链能高效得到资本市场支持，其中设计和制造是资本市场重点支持的领域。35家芯片企业登录科创板，且覆盖设计、材料、设备、制造、封测、外延全产业链，芯片设计和制造领域上市公司数量最多、融资规模最大。
图 16 科创板芯片细分领域企业数量。数据来源：科创板数据 图17 科创板芯片企业首次融资额占比。数据来源：科创板数据
三、制约因素
半导体的技术、性能和成本受摩尔定律引领，随着技术进步已达到摩尔定律极限
一是从芯片性能和成本来看，芯片性能进步速度放缓，而芯片成本加速提升，摩尔定律即将失效。一方面，芯片所含晶体管数量保持快速增长，总硬件成本也快速上升；另一方面，芯片所含晶体管边际增加量递减，更新时间延长，且芯片成本边际增长率上升，工艺节点越多，芯片成本越高，与芯片成本下降相悖。
图 18 芯片所含晶体管数量和芯片成本。数据来源：公开信息整理
二是随着芯片工艺制程技术进步，芯片成本陡增，成熟工艺制程芯片由于成本低、性能稳定等特性依然占据主要市场份额。一方面，随着芯片工艺制程提升，芯片成本陡增，先进工艺制程芯片的成本远高于成熟工艺制程；另一方面，由于成熟工艺制程芯片基于成本低、性能稳定等特性中长期依然占据主要的市场份额，7-10nm和3-5nm等先进工艺制程芯片的市场占有率较低。
图 19 不同工艺节点各时期芯片设计成本（百万美元）。数据来源：公开信息整理
图 20 不同工艺节点芯片市场份额。数据来源：公开信息整理
半导体产业链复杂、分工程度高，半导体产业国产化难度高
一是半导体产业链复杂、技术难度高，涵盖材料、光学、化学、物理、工程等多种类技术，单个企业难以掌握所有技术，因此产业链分工程度高，不同企业占据产业链不同环节。
图 21 半导体产业链。数据来源：公开信息整理
二是由于半导体产业链高度分工，半导体产业链不同环节由不同企业构成，且核心技术环节由国外企业占领，半导体国产化难度高。
图 22 半导体产业图谱。数据来源：公开信息整理
国外企业掌握半导体核心技术，国内企业主要占据中低端技术和市场，高端技术和产品面临国外技术封锁
半导体产业链涵盖原材料、生产设备、设计、制造和封装测试，光刻胶材料、光刻机设备、工业软件、芯片设计、芯片制造等产业链核心技术掌握在国外企业手中，国内企业掌握中低端技术，产业进步面临国外技术封锁的制约。
图 23 半导体重要环节技术差距。数据来源：公开信息整理
半导体原材料和设备细分领域市场空间偏小，行业集中度高，国外企业垄断市场，产业链国产化难度高
一是半导体产业总体规模巨大，但前端光刻胶、化学品等原材料与CVD、PVD等设备领域的市场空间较小。2020年，半导体总体市场规模约4260亿美元，然而光刻胶、湿电子化学品、CVD、PVD等的市场规模仅为19亿美元、100亿美元、85亿美元和25亿美元。
图 24 全球半导体产业市场规模（亿美元）。数据来源：公开信息整理
二是光刻胶、PVD等具有很高的技术壁垒，生产工艺复杂，需要长期的技术壁垒，行业集中度高，国外企业垄断市场，国内企业进入壁垒高。例如，全球光刻胶市场由日本处于垄断，日本的JSR、东京应化、信越化学及富士电子四家企业占据全球70%以上市场份额，处于行业垄断地位;全球PVD设备市场，应用材料几乎垄断市场，占全球PVD市场份额85%，CR3达到96%。
图 25 全球光刻胶市场竞争格局。数据来源：SEMI 图 26 全球PVD设备市场竞争格局。数据来源：SEMI
三是由于半导体行业技术壁垒高、生产工艺复杂，较小的市场规模难以支撑新进企业持续进行技术研发和设备投资，半导体企业营业收入和净利润较为有限。例如，我国光刻胶上市公司营业收入不到20亿元，净利润不到8亿元。
图 27 光刻胶上市公司营业收入和净利润。数据来源：上市公司年报
四、我国半导体产业发展趋势
半导体行业进入后摩尔时代，技术进步成本陡升，专业化分工优势凸显，设计+代工模式逐渐成为行业主流
一是在芯片技术演进上，芯片制程由28nm成熟工艺向1nm先进工艺演进，芯片技术进步速度放缓，芯片成本大幅提升，芯片技术难度提升导致参与芯片先进制程工艺设计和代工的企业数量越来越少，先进制程领域由台积电和三星半导体垄断。
图 28 芯片技术和企业数量变化示意。数据来源：公开信息整理
二是半导体专业化分工优势凸显，芯片设计+晶圆代工模式逐渐成为行业主流。芯片设计+晶圆代工专业化分工协作模式，克服了一体化模式下的全产业链技术研发、工艺迭代和设备更新等重资本投入缺点，带来了更高的技术迭代效率和生产制造效率。
图 29 半导体商业模式变化图。数据来源：公开信息整理
技术封锁和贸易摩擦加速半导体产业链国产化进程
在中美贸易摩擦加剧的背景下，美国持续颁发和更新贸易实体清单封锁先进技术和产品出口，国内半导体企业面临生产设备和芯片断供。为了突破封锁壁垒，我国政府、机构和企业颁布产业政策、投入资本、研发技术和布置生产线，持续推进半导体产业链国产化进程。
美国以行政手段制裁华为公司，禁止台积电和三星等为其代工生产自主研发芯片以及其他芯片企业向其出售芯片；在半导体生产设备领域，美国禁止荷兰ASML向中芯国际出口EDU光刻机，导致中芯国际芯片制程技术更新迭代进程放缓，芯片性能和成品率低于三星和台积电。
因此，我国半导体产业加速了国产化进程，尤其是在半导体生产设备、设计和制造领域，上海微电子自主研制28nm沉浸式DUV光刻机，海思、华大、展讯等芯片企业涌出，芯片设计技术接近国外企业，中芯国际为解决EUV光刻机封锁，采用FinFET“N+1”和“N+2”工艺研制7nm制程芯片。
图 30 半导体产业国产化示意图。数据来源：公开信息整理
半导体产业重点聚焦突破“卡脖子”环节
在技术封锁下，国家引导技术、资金、人才等资源聚焦突破“卡脖子”环节和关键技术。中美硬核技术竞争日益激烈，美国限制半导体关键技术、设备和产品出口，EUV光刻机和晶圆代工等“卡脖子”技术制约我国半导体产业链和供应链稳定发展。因此，政府出台了一系列政策引导人才和技术投入半导体关键环节，同时政府和社会资本成立了大量半导体产业基金，主要投资芯片设计、材料和设备等领域，重点攻克光刻胶、光刻机、芯片制造等“卡脖子”技术和工艺。
图 31 半导体细分行业投资数量占比。数据来源：公开信息整理
半导体产业集群式发展不断提速
一是半导体产业在区域上呈现集聚式发展，区域集群有利于降低交易成本和提升溢出效应。我国半导体产业集聚在江苏、广东、上海、甘肃等区域，产值规模达到82%，江苏半导体产业起步早，产量和产值规模位居全国首位，市场份额35%。
图 32 半导体产业区域分布。数据来源：国家统计局
二是产业链式集群越加明显，在区域内形成涵盖设备、材料、EDA、设计、制造、封测等完整的产业链，汇聚一批知名的芯片企业，产业聚集效应显现。
图 33 江苏半导体产业链集聚。数据来源：公开信息整理