经过疯狂的2016，中国半导体业产业迈入新阶段

2017-01-22 10:31:00 来源: 互联网

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半导体是许多工业整机设备的核心，普遍应用于计算机、消费类电子、网络通信、汽车电子等核心领域。半导体主要由四个组成部分组成：集成电路(约占 81%)，光电器件(约占 10%)，分立器件(约占 6%)，传感器(约占 3%)，因此通常将半导体和集成电路等价。集成电路按照产品种类又主要分为四大类：微处理器(约占18%)，存储器(约占 23%)，逻辑器件(约占 27%)，模拟器件(约占 13%)。

世界半导体的产品结构

半导体是需求推进的市场，在过去四十年中，推动半导体业增长的驱动力已由传统的 PC 及相关联产业转向移动产品市场，包括智能手机及平板电脑等，未来则可能向可穿戴设备、 VR/AR 设备转移。

需求推动半导体产业的发展

经济景气度越高，消费者就会越肯花钱在智能手机、个人电脑等电子系统上，连带为半导体市场带来成长动力，从 IC insights 数据可以看出，全球 GDP 成长率与半导体市场的成长率关联性十分密切。

1990~2014 年半导体市场增速和全球 GDP 增速

受宏观经济因素的影响，全球半导体元器件需求不振。根据 SIA 公布的数据，2015 年全球半导体市场销售额为 3352 亿美元，同比下降了 0.2%。全球半导体市场下滑的主要原因是 PC 销售下降和智能手机出货增速放缓。根据 IDC 统计， 2015 年全球 PC 和平板出货量同比下降约 10%，而智能手机的增速从 2014年 27%降至 10.13%。

与之前相对应的是中国半导体市场依旧保持较高景气度，半导体市场规模达到1649 亿美元，同比增长 6.1%，成为全球为数不多的仍能保持增长的区域市场。

全球与中国半导体市场规模和增长情况

但与飞速增长的中国半导体规模不匹配的是，中国半导体自给率太低。这就把中国的咽喉暴露在所有人面前。

2015 年中国半导体市场规模达到 1649 亿美元，不过自给率仅为 13.5%左右。为改善供需

失衡的问题，国务院发布《国家集成电路产业发展推进纲要》，募集超过 1300 亿元资金，改善大陆半导体业在扩充先进制程产能以及国际并购时资金不足的问题。目前已投资了包括紫光集团、中芯国际、长电科技、中微半导体、艾派克等半导体产业链公司.

后续更颁布了一系列的方针政策，扶持中国半导体的建设。

中国半导体自给率低

我们知道，中国目前与国际半导体产业强国在产业机构、创新环境等方面还有较大差距，不可能一步跨入“第一集团”行列，根据《中国制造 2025》的规划，未来中国将沿着“产业链整合、技术链升级、价值链提升”的道路发展，分阶段地在企业实力、技术水平和市场能力方面夯实基础，积累实力，实现中国半导体产业的持续健康发展。

中国半导体产业的发展路线

IC设计发展迅猛

大致上看，集成电路产业链可以大致分为电路设计、芯片制造、封装及测试三个主要环节。集成电路生产流程是以电路设计为主导，由集成电路设计公司设计出集成电路，然后委托芯片制造厂生产晶圆，再委托封装厂进行集成电路封装、测试，最后销售给电子整机产品生产企业，其中制造与封装过程中，需要利用许多高精设备和高纯度材料。中国半导体产业界现在已经从各个方位布局，推进半导体建设。

集成电路产业链

一、中国积极布局Fabless

集成电路是电子信息产业的基石，而 IC 设计作为集成电路产业链上游，是最具创新的重要环节，具有高投入、高风险、高产出的特点。一般而言， IC 设计大致分为以下五个主要步骤：

（一）规格制定：客户向芯片设计公司提出的设计要求，包括芯片需要达到的具体功能和性能方面的要求。

（二） HDL 编程：使用硬件描述语言（VHDL， Verilog HDL）将实际的硬件电路功能通过 HDL 语言描述出来模块功能以代码来描述实现。

（三）逻辑综合：逻辑综合的结果就是把设计实现的 HDL 代码翻译成门级网络。

（四）仿真模拟：仿真模拟检验编码设计的正确性，看设计是否精确地满足了规格中的所有要求。设计和仿真验证是反复迭代的过程，直到验证结果显示完全符合规格标准。

（五）布线：即普通信号布线了，包括各种标准单元（基本逻辑门电路）之间的走线。

IC设计流程

而中国正在积极布局 fabless。从销售额来看，中国芯片设计业持续高速增长，产值由2004 年 82 亿元逐年成长至 2015 年 1325 亿元， 2004~2015 年复合成长率达29%。

集成电路设计业销售额（亿元）

根据 TrendForce 研究统计显示，由于强大的市场购买力与自有品牌不断茁壮，自 2009 年以来，中国 IC 设计业产值在全球市场的占有率逐步攀升，从 2009 年的 7.1%迅速上升到 2015 年的 18.5%。

fabless 2009~2015 产值表现

IC Insights数据显示中国的 fabless产业成长显著，2014年全球前五十大 fabless供应商排行榜上有九家中国公司，分别为海思、展讯、大唐、南瑞智芯、中国华大、中兴、瑞芯、锐迪科、全志、，而 2009 年只有海思一家公司上榜。

大陆业者进入全球 50 大 fabless

与此同时，诸多中小型 IC 设计公司也是带动中国 IC 设计产业成长的重要原因。中国 IC 设计公司从 2000 的 98 家快速增加至 2014 年 664 家， DIGITIMESResearch 预估，十三五规划期间，中国 IC 设计公司将有机会超过 1000 家。（根据魏少军教授在2016年的ICCAD上的发言，中国的IC设计公司截至2016年底，已经超过了1300家）

中国IC设计公司的数量

我国目前 IC 设计过度依赖通信芯片。在通信、智能卡、计算机、多媒体、导航、模拟、功率和消费电子等 8 个领域中，通信芯片设计领域由于其良好的成长性和巨大的市场容量占据 50%市场容量，而其他领域产业规模较小。

IC设计产业结构

现阶段中国 IC 设计企业仍然相对弱小。 2015 年，中国最大的 IC 设计企业海思半导体的销售收入仅为全球第首位 IC 设计企业 Qualcomm 销售收入的 1/5，前十大 IC 设计企业销售收入仅为全球前十大 IC 设计企业 1/7。

二．IP严重依赖国外

IP （Intellectual Property）核是指集成电路设计中预先设计、验证好的功能模块，由于性能高、功耗低、技术密集度高、知识产权集中、商业价值昂贵，是集成电路设计产业的最关键产业要素和竞争力体现。随着 SOC(System on Chip，芯片级系统)的兴起，“ 购买 IP 核+自研 SoC”已成为 IC 设计的主流模式，全球各企业对 IP 核的数量、质量和服务的需求不断增加。

从 2013 年全球十大半导体 IP 供应商排行榜来看， 66%的营收集中在全球前三大 IP供应商处。其中 ARM无庸置疑是全球 IP核龙头企业，市占率为高达 43.2%，而排名第二的 Synopsys 与排名第三的 Imagination Technologies ，市占率分别为 13.9%与 9%。

2013 全球 IP 厂商排名

据 Gartner 统计， 2013 年全球 IP 核的销售额超过 24 亿美元。 Markets andMarkets 预计 2017 年全球 IP 市场营收将达 57 亿美元。在中国市场，中国硅知识产权交易中心统计 2013 年中国 IP 核市场规模约为 2 亿美元，约占全球市场份额的 10%，不过需求严重依赖外部供给， 85%以上为国外供应商提供。

目前，国内 IC 设计公司购买 IP 核的支出相当高。根据 CSIP 统计，近半数企业采购 IP 核的支出占项目总预算的比例在 20%以下， 38.7%的企业的 IP 核采购支出占预算的比例在 20%-40%，而未使用第三方 IP 核的比例占到近 10%。

三、中国两大 IC 设计龙头：海思，展讯

海思半导体：中国 IC 设计龙头。海思半导体成立于 2004 年 10 月，前身是华为集成电路设计中心。海思的业务包括消费电子、通信、光器件等领域的芯片及解决方案，已成功应用在全球 100 多个国家和地区。经过数年的快速发展，海思半导体成长为中国本土最大的集成电路设计企业，2016 年销售收入预计达 39.78亿美元，排名中国 TOP1，世界 TOP6。

海思半导体销售收入（百万美元）

目前，海思半导体的移动智能终端芯片全面应用于华为的整机产品，整体性能比肩国际的同类产品水平。与此同时，海思通过独立运作的商业模式，将逐步实现对外运营，供应非华为手机，发展成为一家专业、全球性的芯片供应商。

展讯通信，聚焦手机芯片：展讯通信成立于 2001 年 4 月，始终致力于智能手机、功能型手机及其他消费电子产品的手机芯片平台开发，产品支持 2G、 3G 及 4G无线通讯标准。 2014 年展讯被紫光集团私有化后与锐迪科合并，变成了紫光的芯片事业部。

展讯发展史

2015 年展讯通信在全球移动芯片的出货量达 5.3 亿片，占全球基带芯片市场的22%，排在高通（38%）和联发科（26％）之后位列全球第三。回顾 2011 年，展讯全球移动芯片的出货量仅 2.1 亿，仅占全球基带芯片市场的 10％。仅仅五年时间，展讯实现了芯片出货量 250％的增长，从全球市占率 10%迅速增长到22%。

Foundry亟待腾飞

前面提到，集成电路设计之后，就要经过制造，这就是Foundry的任务，中国台湾的台积电及时全球Fab中的佼佼者。

根据财报资料显示，台积电2016 年营收来到9479.4 亿元，距离兆元大关仅一步之遥，较2016 年增加12.4%，而税后纯益达到3,342.47 亿元，也较2015 年成长9% 的比例，每股EPS 12.89 元，再创历史新高纪录。

2010-2015 年全球半导体代工市场（亿美元）

受益于政策扶持和国内相对高的经济增速， 2015 年中国晶圆制造业增速达到了26.5%，比 2014 年的增速高出了 8 个百分点，销售额 900.8 亿元。

大陆 IC 制造产值(亿元)

大陆晶圆产能大幅提升，台积电在南京新建一座 12 寸厂，联电与力晶分别在厦门与合肥的 12 寸工厂已经动工，格罗方德也表示要在重庆建厂，算上中芯的话，全球前四大纯代工厂都计划在大陆扩大产能。

晶圆代工厂在大陆的情况

根据 SEMI 的统计，全球在 2016 年与 2017 年将开始兴建的晶圆厂至少有 19座，其中有半数以上都是在中国。

2016&2017 年新建生产线

国际晶圆代工巨头纷纷布局大陆市场，国内自主晶圆代工产业发展却不容乐观。相较于集成电路产业链中设计业不断利好政策出台，晶圆制造环节由于资本支出高，回报周期长受到忽视，导致市场占有率不断下滑，与国际先进水平差距不断拉大。

中国晶圆代工产业市占率不断下滑

目前，中芯国际作为国内最大集成电路晶圆制造企业，积极进行产业布局，提供0.35um 到 28nm 晶圆代工与技术服务。凭借先进工艺和产能实力，目前中芯国际已成为世界排名第五的集成电路代工企业。

国内前十大IC制造企业

半导体制造企业的竞争是核心技术的竞争，具体表现在创新与技术研发经费的投入上。相比之下，我国的半导体研发投入较少。 2015 年，三星投入 151 亿美元，台积电投入 108 亿美元，而中国最大半导体制造商中芯国际投入仅为 14 亿美元。要追赶国际领先的晶圆制造厂，缩小技术差距有待大基金和社会资本的投入以及产业链的有效整合。

资本支出（十亿美元）

一、12 寸晶圆成市场主流

晶圆直径越大，每片晶圆能够生产的芯片数量就越多，采用大尺寸晶圆，增加的成本并不高，但是可以大幅增加产量，从而降低单颗芯片的成本。由于目前在450mm（18 英寸）晶圆产线发展上遇到了资金和技术的双重压力，半导体公司纷纷转向 300mm 硅片也就是 12 英寸硅片。

自 2009 年起 12 英寸硅片成为全球硅圆片需求的主流(大于 50%)，预计 2017 年将占硅片市场需求 64%的份额。

全球不同尺寸硅片市场现状及发展预测

IC insights 数据显示全球营运中的 12 寸（300mm）晶圆厂数量持续成长，预期2016 年预期可达到 100 座。目前全球有 8 座 12 寸晶圆厂预计 2017 年开张，到2020 年底，预期全球将有再 22 座的 12 寸晶圆厂营运，让全球应用于 IC 生产的 12 寸晶圆厂总数达到 117 座。

12寸晶圆厂数量

被中国庞大的市场需求所吸引，全球半导体大厂包括英特尔、联电、力晶、三星、海力士、中芯国际等均扩大在中国布局，根据统计，在大陆兴建的十二寸晶圆厂的总月产能超过 480000 片。晶圆代工龙头台积电南京厂投产后，大陆十二寸晶圆总月产能将超过 500000 片，相当于台积电一半以上的产能。

大陆主要的12寸晶圆厂

二、28nm是现在最主要的工艺

根据 ITRS 路线图的演进， 45 纳米的下一代工艺节点是 32 纳米，然后是 22 纳米。不过，因为当工艺进步到 32 纳米时，使用基本相同的光刻设备便可以延伸至 28 纳米，密度更高、晶体管的速度提升了约 50%，但成本基本相同，与 20/22纳米相比， 28 纳米具有 1.5-2 倍的成本优势。因此，综合技术和成本等各方面因素， 28 纳米都将成为未来很长一段时间内的关键工艺节点。

2011 年第四季度，台积电首先实现了 28 纳米工艺的量产。随后，三星于 2012年、格罗方德于 2013 年第四季度、联电于 2014 年第二季度、中芯国际于 2015年第三季度分别实现 28 纳米工艺的量产。截止 2014 年底，台积电是目前全球28 纳米市场中的最大企业，占全球 28 纳米代工市场份额的 80%。

国际主流晶圆制造厂 28 纳米工艺量产进程

随着 28 纳米工艺技术的成熟， 28 纳米工艺产品市场需求量呈现爆发式增长态势：从 2012 年的 91.3 万片到 2014 年的 294.5 万片，年复合增长率高达 79.6%，并且这种高增长态势将持续到 2017 年。之后随着 14/16 纳米工艺技术的逐渐进步，28 纳米产品的市场需求量将会出现小幅下滑。

全球 28nm 工艺产品年需求量（千片）

2015 年至 2016 年， 28 纳米工艺主要应用领域为手机应用处理器和基带。 2017年之后， 28 纳米工艺虽然在手机领域的应用有所下降，但在其它多个领域的应用则迅速增加，如 OTT 盒子和智能电视等应用领域市场的增长速度较快。预计2019 年至 2020 年，混合信号产品和图像传感器芯片也将会规模采用 28 纳米工艺。

28nm工艺在各市场的份额预测

国家已将推动芯片国产化上升至国家安全的高度，并颁布多项与集成电路制造相关的政策。这些政策也将有力推动我国晶圆制造业向先进制程的演进步伐。

封装测试——中国半导体产业链最强音

封装测试是半导体生产流程的重要组成部分之一。封装是保护芯片免受物理、化学等环境因素造成的损伤，将芯片的 I/O 端口联接到印制电路板(PCB)、玻璃基板等，以实现电气连接，确保电路正常工作的工艺步骤。测试主要是对芯片、电路以及老化后的电路产品的功能、性能测试。

封装工艺的基本流程为：硅片减薄、硅片切割、芯片贴装、芯片互连、成型技术、去飞边毛刺、切筋成型、上焊锡、打码等工艺。

封装工艺流程

封装大致经过了如下发展进程：

结构方面： TO－>DIP－>PLCC－>QFP－>BGA －>CSP；

材料方面：金属、陶瓷－>陶瓷、塑料－>塑料；

引脚形状：长引线直插－>短引线或无引线贴装－>球状凸点；

装配方式：通孔插装－>表面组装－>直接安装

封测业在集成电路产业链中，相对技术和资金门槛较低，属于产业链中的”劳动密集型”。由于我国发展集成电路封测业具有成本和市场地缘优势，封测业相对发展较早。随着长电科技收购星科金朋，南通富士通收购 AMD 封装工厂等一系列整合，以及长电科技、通富微电、天水华天与晶圆代工线的战略联盟，使得国内封测业无论是产业规模还是最新的封装技术都上了一个台阶。

2015 年统计数据显示国内集成电路产业的销售收入规模为 1384 亿元，比 2014年的 1047 亿元增长 32%，在集成电路设计、芯片制造和封装测试三大产业中，封装测试业的规模仍然保持最大，占到 38.34%。

全球主要国家封测业市占率变化显示台湾封测厂商在技术与产能领先的状况下，表现优于全球市场表现;与此同时，中国大陆在政府政策及本土市场快速发展的驱动下，再加上购并效益，其封测市占率快速提升，从 2013 年 8%迅速上升至2015 年的 15%。

2013 年～2016 年全球主要国家封测业市占率变化

自 2014 年起，大陆多家封装企业开展了一系列的境外并购。随着国内封测企业海外市场的不断拓展，产业链合作加强，中国集成电路封测产业已初具国际竞争力。

国内封测产业海外并购案例

国内排名第一的半导体封测企业长电科技，通过收购新加坡星科金朋公司，跻身世界半导体封测行业前三位， 2015 年销售额实现 92.2 亿元。

国内前十大封测企业

一、先进封装市占率上升

如今器件小型化、高性能以及降低成本发展趋势对于产品封装提出了更为严格的市场需求，随着技术进步，业内提出了晶圆级封装（包括 Fan-Out WLP、 Fan-InWLP）、 Flip Chip 和 2.5D/3D 等先进封装解决方案。

封装技术演变

晶圆级封装（WLP）：是整片晶圆生产完成后，直接在晶圆上进行封装测试，完成之后才切割制成单颗 IC，封装后的芯片尺寸等同晶粒原来大小。传统的 WLP多采用扩散型晶圆级封装（Fan-in WLP），但是伴随 IC 信号输出的接脚数目增加，衍生出扩散型晶圆级封装（Fan-out WLP）。

Fan-Out WLP 与 Fan-In WLP 结构比较

倒装芯片 Flip Chip：传统封装采用将芯片的有源区面朝上，背对基板键合，而倒装芯片将有源面朝下，与基板布线层直接键合。

2.5D/3D：是把不同功能的芯片或结构，通过堆叠技术，使其在垂直方向上形成立体集成和信号连通。

受益于 Fan-Out WLP 和 2.5D/3D 的大量应用，以及 Fan-In WLP 和 Flip-Chip的稳步增长，Yole 预测，先进封装市场营收将从 2014 年 192 亿美元增长到 2020年的 317 亿美元，复合年增率为 8%。先进封装目前占据整个封装市场的 38%市场份额，预计 2020 年将增长至 46%。