來源：學恆的海外觀察
作者：王學恆、何立中
摘要：
半導體制造（代工）是目前中國大陸半導體發展的最大瓶頸
半導體制造是目前中國大陸半導體發展的最大瓶頸。電腦CPU、手機SOC/基帶等高端芯片，國內已經有替代，雖然性能與國際巨頭產品有差距，但是至少可以「將就着用」。而半導體制造是處於「0~1」的突破過程中。假如海外半導體代工廠不給中國大陸設計公司代工，那麼中國的半導體產業將會受到很嚴重影響。
半導體制造（代工）廠三大指標
一是先進製程達到多少納米。工藝製程反應半導體制造技術先進性，目前能夠量產的最先進工藝是臺積電的5nm，國內半導體代工廠最新先進的是中芯國際的14nm。此處的14nm、5nm是指芯片內部的晶體管的柵長，通俗講就是芯片內部的最小線寬。一般情況下，工藝製程越先進，芯片的性能越高，特別是數字電路。
二是看晶圓尺寸。生產功率半導體主要使用6英寸和8英寸硅片，微控制器使用8英寸硅片，邏輯芯片和存儲芯片則需要12英寸硅片，因此隨着半導體技術的發展和市場需求的變化，目前硅片正向大尺寸趨勢發展。
三是看產能。一般情況下，半導體制造廠商不會輕易擴產，產能在1年左右的短期內是穩定的，當半導體景氣度來臨，產能決定公司的收入。截至2019年Q3，全球主要半導體代工廠產能排名：臺積電、聯電、中芯國際、世界先進、華虹半導體。
工藝製程不是越先進越好
一是上游IC設計費用越來越高。
二是工藝逼近極限，中游投資增加但邊際效果下降。
三是客户從代工廠穩定性可靠性考慮。
技術路線符合客户需求——客户希望代工廠的投入、發展方向符合客户技術發展方向；對現有工藝差異化技術需求。
擴大客户投資價值——客户希望從每一代技術中獲得更多價值，充分利用設計每個技術節點所需的大量投資。財務穩健確保供應——客户希望代工廠的財務穩健，以滿足未來十年芯片生產需求。
半導體代工增速超半導體行業增速
2013~2019年，全球半導體增長34%，而Fabless需求（對應代工廠收入）增加83%。
投資建議
我們認為，市場對芯片設計、半導體設備的認識已經很充分。而對半導體制造環節認識不夠。同時，再加上半導體制造研究的高壁壘，導致資本市場對半導體制造是被動型忽視的。
2020年是半導體制造的大年，我們繼續推薦中芯國際、華虹半導體。
正文：
製造(代工)是半導體產業的重點
半導體制造是目前中國大陸半導體發展的最大瓶頸，電腦CPU、手機SOC/基帶等高端芯片，國內已經有替代，雖然性能與國際巨頭產品有差距，但是至少可以「將就着用」。
而半導體制造是處於「0~1」的突破過程中，假如海外半導體代工廠不給中國大陸設計公司代工，那麼中國的半導體產業將會受到很嚴重影響。
本文主要講半導體制造，涉及到半導體產業鏈有硅、代工廠。
硅片產業鏈
硅是極為常見的一種元素，廣泛存在於巖石、砂礫、塵土之中。
按照工藝類型，半導體硅片可分為拋光片、外延片和以SOI硅片為代表的高端硅基材料。
一般而言，8寸以下的集成電路產線用拋光片，45nm及以下線寬的12寸晶圓用外延片，SOI是一種新型工藝。
拋光片是應用範圍最廣泛，用量最大、最基礎的產品，其他的硅片產品也都是在拋光片的基礎上二次加工產生的。拋光片去除了表面殘留的損傷層，實現了硅片表面的平坦化，可用於製作存儲芯片、功率器件及外延片的襯底材料。
外延片是在拋光片襯底上生長一層單晶硅，這層單晶硅稱為外延層；在外延層上注入基區、發射區等等。因為，在雙極型器件和集成電路中，為了減小集電極串聯電阻，以降低飽和壓降與功耗。可用於通用處理器芯片、圖形處理器芯片、二極管、IGBT功率器件的製造；
SOI硅片能夠減少寄生電容和漏電現象，消除閂鎖效應。在MOSFET及其集成電路中，主要是為了降低導通壓降與功耗，有時是為了隔離的需要。在CMOS-IC芯片中，比較多地傾向於採用SOI襯底片，主要是為了減弱或者避免閂鎖效應，同時也可以抑制短溝道效應，這對於ULSI具有重要的意義，被用於射頻前端芯片、功率器件、汽車電子等領域。
絕緣體上硅還用於航天電子、導彈等武器系統的控制和衞星電子系統的新型硅材料，實現了CMOS和雙極電路的全介質隔離，具有無閉鎖、高速、低功耗、高封裝密度、抗輻射、耐高温（300度）優點。
硅片製造工序為：拉晶—切片—磨片—倒角—刻蝕—拋光—清洗—檢測，其中拉晶、拋光和檢測為硅片製造核心環節。
半導體制造商在合格的硅片上刻電路（半導體制造），製造完備後再封裝測試。
上游硅片市場規模
2018年全球硅片出貨面積達127.3億平方英寸，同比2017年增長7.81%。
2018年全球硅片銷售金額為114億美（其中中國大陸半導體硅片9.96億美元），同比2017年增長30.65%，其中每平方英寸單價為0.89美元，較2017年增長21%。
2016~2018全球半導體硅片市場銷售規模CAGR達25.75%。
五大硅片廠壟斷市場
全球半導體硅片市場主要集中在幾家大企業，行業集中度高，技術壁壘較高。2018前5大硅片廠商合計95%市場份額，行業前五名企業的市場份額分別為：日本信越化學市場份額28%，日本SUMCO市場份額25%，德國Siltronic市場份額14%，中國臺灣環球晶圓市場份額為14%，韓國SKSiltron市場份額佔比為11%，法國Soitec為4%。
半導體代工廠的三大指標
一是先進製程達到多少納米
工藝製程反應半導體制造技術先進性，目前能夠量產的最先進工藝是臺積電的5nm，國內半導體代工廠最新先進的是中芯國際的14nm。此處的14nm、5nm是指芯片內部的晶體管的柵長，通俗講就是芯片內部的最小線寬。
一般情況下，工藝製程越先進，芯片的性能越高，特別是數字電路。
從工藝製程組成看，全球40%的半導體代工廠收入來自40nm及以下的先進工藝製程，這個比例將來會提升。
二是晶圓尺寸趨於大硅片
目前，全球主要晶圓尺寸是6寸、8寸、12寸。
生產功率半導體主要使用6英寸和8英寸硅片，微控制器使用8英寸硅片，邏輯芯片和存儲芯片則需要12英寸硅片，因此隨着半導體技術的發展和市場需求的變化，目前硅片正向大尺寸趨勢發展。
2018年全球12英寸硅片需求平均值要在600-650萬片/月，而8英寸硅片需求平均值在550-600萬片/月。就技術角度來看，12英寸硅片需求主要被NAND和DRAM所驅動，從市場角度來講，智能手機的存儲量逐漸增長以及對數據傳輸的依賴，促進了固態硬盤（SSD）對原有機械硬盤（HDD）的替代；傳感器在智能手機中的運用也起到了一定的作用。8英寸硅片被更多的運用在了汽車電子領域，如ADAS系統與車載娛樂的普及，加劇了市場對邏輯電路以及高精度元器件的需求，長期來看8英寸硅片也依然有巨大需求。
三是產能決定短期業績
一般情況下，半導體制造廠商不會輕易擴產，產能在1年左右的短期內是穩定的，當半導體景氣度來臨，產能決定公司的收入。
截至2019年Q3，全球主要半導體代工廠產能排名：臺積電、聯電、中芯國際、世界先進、華虹半導體。
工藝製程不是越先進越好
一是上游IC設計費用越來越高。先進製程滿足為設備提供了良好的功耗比，但是IC設計費用越來越高，代際設計費用增速也越來越高。例如7nm芯片設計成本超過3億美元，華為mate20 麒麟980芯片就是用臺積電的7nm工藝製程，麒麟980是由超過1000名半導體工程師組成的團隊歷時3年時間、經歷超過5000次的工程驗證才成功應用。
IBS的測算要是基於3nm開發出NVIDIA GPU設計成本達15億美元。從芯片設計經濟效益看，7nm是長期存在節點，5nm/3nm的功耗性能面積成本難達到平衡點，除非有超額的出貨量來均攤成本。
二是工藝逼近極限，中游投資增加但邊際效果下降。
14nm之前，每18個月進步一代的製程，性價有50%的提升，14nm之後，趨勢就已經逐漸衰微了。
例如，當處理器速度提升1倍，但用户體驗到的速度達不到1倍。用户體驗是一個完整系統，處理器性能發揮收到內存、系統軟件、網絡等限制。
工藝尺寸的升級需要光刻系統配合，7nm後光刻系統已經從DUV轉向EUV升級，投資成本急劇增加，例如三星7nm產線投資額56億美元升級Hwaseong的晶圓廠，需要8台EUV，每套EUV系統15億人民幣。
另外，工藝升級晶體管升級也要創新，14nm開創了FinFET，3nm需要GAA經晶體管結構，晶體管級的創新對代工廠的產線來説是徹底的改造。
三是客户從代工廠穩定性可靠性考慮。
技術路線符合客户需求——客户希望代工廠的投入、發展方向符合客户技術發展方向；對現有工藝差異化技術需求。
擴大客户投資價值——客户希望從每一代技術中獲得更多價值，充分利用設計每個技術節點所需的大量投資。
財務穩健確保供應——客户希望代工廠的財務穩健，以滿足未來十年芯片生產需求。
考慮以上因素，格羅方德、聯電都放棄14/12nm以下的開發
先進製程和特殊工藝雙向發展
未來半導體工藝發展有兩個方向，一是繼續追求先進製程小型化，典型代表臺積電、三星、英特爾、中芯國際；二是聚焦特色工藝的滿足多樣化需求，實現人與環境的互動，例如華虹半導體、聯電、格羅方德、世界先進。
代工增速超半導體行業整體增速
半導體廠商模式分為只有設計無製造的Fabless模式和有設計有製造的IDM。Fabless、IDM、系統廠商都是代工廠的客户。
2019年中國大陸半導體代工市場規模預計在110億美元同比增長14.6%。
2019年全球Fabless半導體代工需求為1260億美元，同比增長13.5%，其中中國市場需求為280億美元，同比增長21.7%。
DIM廠商產能不足的時候外找代工廠，一些system廠商自己做芯片，例如滙川（變頻器）、合肥陽光（電源）、英威騰（變頻器），這些終端系統商為了減低成本，保證供應鏈，自己設計芯片交給代工廠製造。
半導體代工增速超半導體行業增速，2013~2019年，全球半導體增長34%，而Fabless需求（對應代工廠收入）增加83%。
全球代工廠排名
2019年Q3全球十大晶圓廠排名為：臺積電、三星、格羅方德、聯電、中芯國際、高塔、華虹、世界先進、力晶、東部高科。
國內代工龍頭中芯國際排名第五，市場佔有率4.4%。
投資建議
我們認為，市場對芯片設計、半導體設備的認識已經很充分。而對半導體制造環節認識不夠。同時，再加上半導體產業研究的高壁壘，導致資本市場對半導體制造是被動型忽視的。2020年是半導體制造的大年，我們繼續推薦中芯國際、華虹半導體。
行業投資風險
第一，重資產行業折舊影響利潤。
第二，資本開支大，影響現金流。
第三，貿易戰緩和，導致國內代工廠面臨全球競爭。
編輯/Jeffy