半导体行业2023年发展现状与趋势研究报告

半导体行业2023年发展现状与趋势研究报告第一章行业概况半导体，一种具备电子流动可控性的电子材料。其独特特性在于其禁带宽度内，仅有少数电子能被激发，从而呈现导电性。这使得半导体成为电子学及计算机科学领域至关重要的元素之一。半导体产业指的是那些从事半导体产品研发、制造和销售的企业和组织。这一产业兴起于20世纪中叶，伴随着计算机、通信和消费电子市场的崛起，已成为全球范围内的关键产业之一。半导体生态系统的上游主要包括半导体材料和设备，而中游则按制造技术可划分为分立器件和集成电路。半导体产业的主要成果涵盖集成电路、处理器、存储器、传感器及光电子设备等领域。这些产品在个人电脑、智能手机、平板电脑、汽车电子、医疗设备、工业控制等领域广泛应用。亚洲是半导体产业的主要市场，拥有大量半导体制造工厂和研发机构，并在生产成本、技术创新和市场需求方面具备竞争优势。半导体产业发展面临多重挑战和机遇。随着人工智能、物联网和5G等新兴技术的迅速普及，对更高性能、低功耗半导体产品的需求不断增加。同时，产业也积极应对环保和可持续发展问题，致力于研发更环保、高效的生产技术与产品。图全球半导体发展趋势制程越来越小，投资额越来越高。例如一条16nm先进制程的半导体代工厂投资额高达120-150亿美元，全球将只有Intel、台积电、三星这三家企业可以承担如此巨大的资本开支，其他企业已无力跟进，先进制造产能将快速集中。图全球半导体销售额在半导体产业中，半导体材料作为支撑产业发挥着重要作用。半导体材料是介于金属和绝缘体之间的导电性材料，其电阻率介于1mΩ•cm至1GΩ•cm之间，在通常情况下，其电导率随温度升高而增加。半导体材料被广泛应用于晶体管、集成电路以及光电子器件的制造。根据化学组成的不同，半导体材料可分为元素半导体与化合物半导体两大类。硅和锗等元素半导体被称为第一代半导体材料，而砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）等化合物半导体则被归为第二代半导体。第三代半导体材料以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石以及氮化铝（AlN）等宽禁带半导体材料为代表。禁带宽度决定发射光的波长，禁带宽度越大发射光波长越短；禁带宽度越小发射光波长越长。其它参数数值越高，半导体性能越好。电子迁移速率决定半导体低压条件下的高频工作性能，饱和速率决定半导体高条件下的高频工作性能。从表中可以看出，以GaN为代表的宽禁代半导体在大功率、高温、高频、高速和光电子应用方面远比Si和GaAs等第一、二代半导体表现出色。与制造技术非常成熟和成本相对较低的硅材料相比。目前第三代半导体面临的主要挑战是发展适合GaN薄膜声场的低成本衬底材料和大尺寸的氮化镓体单晶生长工艺。由于生产工艺成熟及生产成本低，硅仍然是半导体材料的主体。95%以上半导体的半导体器件和99%以上的集成电路是用硅材料制作的。以硅材料为主体，GaAs半导体材料及新一代宽禁带半导体材料共同发展将成为未来半导体材料业发展的主流。分立器件产业是半导体行业的一个分支，但也极其重要。半导体分立器件是指具有固定单一特性和功能，并且其本身在功能上不能再细分的半导体器件，如晶体管、二极管、电阻、电容、电感等。集成电路是利用半导体工艺或厚膜、薄膜工艺，将电阻、电容、二极管、双极型三极管等电子元器件按照设计要求连接起来，制作在同一硅片上，成为具有特定功能的电路。它实现了材料、元器件、电路的三位一体，与分立器件组成的电路相比，具有体积小，功耗低、性能好、可靠性高及成本低等优点。第二章商业模式和技术发展2.1半导体产业链半导体行业受行业本身供需以及新产品周期的影响。历次的金融危机和泡沫破裂都会使得半导体行业在短期内下降，但是从长期来看，新产品的推出才是半导体行业持续发展繁荣的内在动力。半导体行业受行业本身供需以及新产品周期的影响。历次的金融危机和泡沫破裂都会使得半导体行业在短期内下降，但是从长期来看，新产品的推出才是半导体行业持续发展繁荣的内在动力。图半导体产业链半导体产业转移将经历从初期、中期、后期到新一轮产业转移后期4个阶段。目前中国大陆半导体产业还处于转移的初期，一方面受益于工程师红利和技术的进步，成本优势显现，进口替代空间大。考虑到IC制造需要巨额资本投入，国内半导体产业将首先从轻资产的IC设计业开始。以国内IC金融卡芯片为例，目前基本由恩智浦等国际厂商垄断，全部靠进口。“棱镜门”事件后国家对于信息安全日益重视，加上国产芯片华虹、同方国芯等国内IC设计厂商在技术水平上的不断进步，预计未来将批量生产，对国外芯片形成进口替代。分立器产业半导体分立器件是指具有固定单一特性和功能，并且其本身在功能上不能再细分的半导体器件，如晶体管、二极管、电阻、电容、电感等。半导体分立器件行业上游为分立器件芯片及铜材等，下游覆盖传统4C产业（通信、计算机、消费电子、汽车电子）以及智能电网、光伏、LED照明等新兴应用领域。其中，分立器件芯片是制造半导体分立器件产品的主要原材料，约占产品成本的50%左右。半导体分立器件的直接下游企业包括汽车电子、电源电器、仪器仪表等生产厂家，并通过该等直接客户与汽车、计算机、家用电器等众多最终消费品配套。下游应用市场的需求变动对半导体分立器件行业的发展具有较大的牵引及驱动作用。近年来，受益于国家经济刺激政策的实施以及新能源、新技术的应用，下游最终产品的市场需求保持着良好的增长态势，从而为半导体分立器件行业的发展提供了广阔的市场空间。集成电路产业集成电路产业可以分为IC设计、IC制造和IC封装测试，其中IC设计指根据市场需求，确定IC产品的设计要求，并将抽象的产品设计要求转化成特定的元器件组合，最终在芯片上予以实现的过程；IC制造指根据设计要求制作芯片的过程；IC封装测试是将芯片装入特定的管壳或用材料将其包裹起来，保护芯片免受外界影响。集成电路模式主要有两大类，一类是垂直一体化模式(IDM模式)。采用该模式厂商涵盖从IC设计、制造到封装测试等各业务环节，代表厂商有英特尔、三星等。另一类是专业代工模式，每个环节均由特定的厂商负责完成，包括无晶圆厂商(Fabless)，采用该模式的厂商仅进行芯片的设计、研发、应用和销售，而将制造、封装和测试外包，代表厂商如联发科；向IC设计公司提供生产制造专门服务的晶圆代工厂商(Foundry)，如台积电；专业从事IC封装测试的厂商，如日月光。2.2技术发展半导体行业技术在不断创新和进步，以下是一些当前和未来可能的技术发展：三维芯片：三维芯片是一种新型的芯片封装技术，它可以把芯片的各个部分组合起来，使得芯片更小、更快、更节能。未来，三维芯片技术有望进一步发展，应用范围也将更加广泛。晶体管的不断缩小：随着晶体管尺寸的不断缩小，半导体的集成度也在不断提高，性能也在不断改善。未来，晶体管可能会进一步缩小到纳米级别，这将使得半导体产品更小、更快、更省电。新型存储技术：新型存储技术如固态硬盘（SSD）和三维堆叠存储（3DNAND）已经开始普及，它们具有更高的速度、更大的容量和更低的功耗。未来，这些技术有望得到进一步的改进和应用。光电子器件：光电子器件将光学和电子学相结合，可以实现更快的数据传输和处理速度。未来，光电子技术可能会在计算机、通信、医疗等领域得到更广泛的应用。绿色半导体：绿色半导体技术致力于减少半导体生产过程中对环境的影响，包括减少化学物质的使用、提高能源效率和废弃物的回收利用等。未来，绿色半导体技术将会成为行业的重要趋势和方向。半导体技术的不断创新和发展将推动半导体行业向更高性能、更节能、更环保的方向发展，为人类创造更多的便利和价值。图半导体产品链和技术按照富士电机和三菱电机的标准，目前IGBT芯片经历了7代：衬底从PT穿通，NPT非穿通到FS场截止，栅极从平面到Trench沟槽，最后到微沟槽。芯片面积、工艺线宽、通态饱和压陈、关断时间、功率损耗等各项指标经历了不断的优化，断态电压也从600V提高到6500V以上。每一代工艺的提升都是对于材料更高效的利用。从1988年至今，每一代产品的升级需要5年以上时间才能占领50%左右的市场。首代产品（PT）：该款产品采用了"辐照"技术，但由于晶体结构的内在特性，导致各个IGBT原胞的负温度系数通态压降不一致，不利于并联运行。首代IGBT的电流仅为25A，并且其容量较小，存在擎住现象，从而导致速度较低。改进后的二代产品（改进PT）：通过引入"电场终止技术"，在相同的击穿电压下增加了一个"缓冲层"，使晶片厚度更薄，从而降低了IGBT导通电阻并减少了工作过程中的能量损耗。这一技术在耐压较高的IGBT上效果显著。三代产品（Trench-PT）：通过将沟道从表面改变为垂直面，增强了基区的PIN效应，使栅极附近的载流子浓度增加，从而提高了电导调制效应，降低了导通电阻。同时，由于沟道不再位于表面，栅极密度的增加不受限制，增强了电流导通能力。在国内市场，这一代产品占据主要地位。第四代产品（NPT）：这是目前应用最广泛的一代产品。不再采用外延技术，而是引入了离子注入技术来生成P+集电极（透明集电极技术）。这种技术能够精确控制结深度，同时降低发射效率，加快载流子抽取速度以降低关断损耗。产品可以保持基区原有的载流子寿命，不影响稳态功耗，同时具有正温度系数的特点。第五代产品（NPT-FS）：该产品将第四代的"透明集电区技术"与"电场终止技术"相结合。通过先进的薄片技术并在薄片上形成电场终止层，有效降低了芯片的总厚度，从而显著减少了导通压降和动态损耗，进一步降低了IGBT工作过程中的能量损耗。第六代产品（NPT-FS-Trench）：在第五代的基础上，对沟槽栅结构进行了改进，进一步增强了芯片的电流导通能力，优化了芯片内载流子的浓度和分布，从而大幅度减小了综合损耗。第七代产品：英飞凌公司直接跃升至第七代产品，因为第五代和第六代实质上是过渡性产品，无法真正被归类为一个新的代数。第三章解析行业估值、定价机制与全球龙头企业3.1综合行业财务剖析对半导体领域的财务剖析旨在评估企业的财务健康状况、运营表现以及投资价值等因素，以为投资者的决策提供有力支持。下面探讨一些在半导体行业财务分析中常用的度量标准和方法：财务比率评估：包含了诸如营业收入、净利润、毛利率、净利率、总资产以及净资产等指标，这些数据反映了公司的盈利潜力、财务稳定性以及资产负债状况等。同业对比分析：透过对比同一领域内不同公司的财务指标，可以深入分析公司的竞争实力和市场地位。资本架构评估：包括了负债比率、资本回报率、股东权益比率等指标，这些数据揭示了公司的资本结构和运作效率。现金流量审视：透过对现金流量表中的运营、投资和融资活动进行分析，能够评估公司的现金流动状况和经营管理能力。盈利能力审慎：涵盖了ROE（净资产收益率）、ROA（总资产收益率）、EPS（每股盈余）等指标，这些数据展现了公司的盈利能力和效率。通过以上的剖析，我们可以全面了解半导体领域企业的财务健康状况和经营绩效，为投资者提供决策所需的坚实基础。然而，值得注意的是，投资决策必须全面考虑公司的财务状况、市场前景以及行业发展趋势等多重因素，谨慎地做出决策。图半导体行业财务分析图半导体行业估值变化和基准对比半导体行业总体而言，其发展速度远超过GDP增长率，呈现出高速增长的趋势。然而，需要注意的是，尽管该行业收入增长迅猛，但整体净利润率仅约为5.5%左右。这一局面主要由前期大量成本的摊销以及新研发投入的增加所导致，这些因素使得行业利润水平有所下降。3.2行业发展半导体行业作为现代电子工业的关键组成部分，广泛应用于计算机、通信、消费电子、汽车、医疗等领域。半导体行业经历了多个发展阶段：在20世纪40年代初，人们开始探索半导体材料的性质和应用。随着20世纪50年代的到来，集成电路的面世使得电子器件逐渐实现微型化。20世纪60年代，硅片制造工艺逐渐成熟，半导体材料得以广泛应用，推动电子工业迅速发展。从20世纪70年代至90年代，半导体行业进入高速增长期，芯片设计、制造和封装技术不断提升。进入21世纪，半导体行业进入晶圆制造的深度优化阶段，并在多领域、多场景应用方面实现拓展，如物联网、人工智能、5G通信等。当前，全球半导体行业呈现出迅速发展、技术竞争激烈、市场前景广阔等特征。中国的半导体行业也正在迅速崛起，成为全球半导体行业中的重要参与者之一。经过数十年的发展与变革，半导体行业不断更新技术和应用，展现出广阔的市场前景，同时也充满了机遇和挑战。3.3竞争格局在市场竞争格局方面，半导体存储器件的主要市场份额被海外巨头公司所主导，而国内公司则处于相对较落后的地位。然而，国内公司在各个细分领域的赶超努力已取得显著进展。在DRAM市场方面，三星、美光和海力士占据了95%的份额。目前，国内生产厂商合肥长鑫已开始量产，并在其官网上推出了相关产品，紫光集团也已设立了DRAM事业部并计划兴建工厂。NANDFlash市场由三星、西数、铠侠等6家企业垄断。当前，NANDFlash的发展方向是3D堆叠技术，国外先进企业已相继推出100层以上的堆叠NANDFlash。国内生产厂商长江存储已宣布成功研发128层产品，与国外先进企业的差距逐渐缩小，成为自主化存储领域的中坚力量。在NORFlash市场上，国内企业已经实现了不少进展。兆易创新的市场份额位居全球前三，仅次于华邦和旺宏。武汉新芯拥有自主的NORFlash产能。3.4国内企业排名图国内上市企业市值排名图国产芯片替代产业链3.5全球半导体重要竞争者（1）英特尔，作为美国一家主要从事CPU研制的企业，乃全球最巨大之个人计算机零部件和CPU制造商，始建于1968年，堂而皇之地享有52载产品革新与市场主导。方才是1971年，英特尔悠然问世全球率先之微处理器。而自此微处理器引发之计算机与互联网革新，已名正言顺地颠覆了整个寰宇格局。（2）三星电子，实为韩国之电子工业龙头，同时更是三星集团旗下最大之附属子公司。1938年3月，三星电子创立于韩国大邱，缔造者乃李秉喆。在那全球百大商标榜单之中，唯独