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      從晶圓代工看設備和材料的機遇與挑戰

      發布時間:2023-12-19
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      自主設備與材料市場增長迅速,前途光明


      2022年全球純晶圓代工產業營收為1181億美元,同比增長31%,預計2026年營收將達1696億美元,年復合增長率為9.4%。晶圓制造持續擴張使得設備和材料首先受益,下文用具體數據盤點自主設備與材料的現狀與難點。
      圖片
      晶圓代工行業的格局和趨勢


      (一)晶圓代工行業格局

      1.全球晶圓代工行業格局


      一是全球晶圓代工整體呈現“一超多強”的競爭格局。“一超”是臺積電,“多強”主要包括三星電子、聯電等公司。據統計,2022年全球晶圓代工行業集中度高,僅臺積電一家公司營收占比高達53%,排名第二的三星電子營收占比為16%,前10中7家公司的市場占比為個位數。


      二是5nm及以下先進制程僅少數頭部企業掌握,內資頂級代工企業處于14nm工藝到7nm工藝演進中。集成電路制造行業一個典型的特點就是先進技術節點工藝制程掌握在少數幾個公司手中,130nm技術全球有近30個公司可以量產,但是到了14nm技術僅掌握在6個公司手上,預計未來2年內5nm技術水平只有三星、臺積電、英特爾三家有能力實現量產。


      圖1:全球掌握32nm及以下制程工藝廠商


      image.png

      三是從產能節點來看占比較大的制程節點集中在180nm-28nm,5nm以下先進制程產能逐年上漲。據統計,2022年5nm以下先進制程產出332.6萬片/年,較2021年上漲58.7%。其余各節點占比相對保持穩定,占比較大的制程節點集中在180nm~28nm區間,28nm節點產能2022年占比10%。


      2.晶圓代工行業的市場趨勢

      全球晶圓代工市場將保持持續增長。據統計,全球純晶圓代工營收從2019年的570億美元增長到2022年的1181億美元,年復合增長率為27.5%。隨著半導體芯片持續滲透到社會中的各個領域,晶圓代工行業也將隨之受益。據統計,到2026年全球純晶圓代工營收將達到1696億美元,相對2019年的570億美元年復合增長率達16.9%,但近年受終端市場需求疲軟的影響,增長率有所下降,2023年預計增長率減緩到5%左右。

      圖2:全球純晶圓代工行業市場趨勢(單位:十億美元)

      image.png

      3.晶圓代工行業的技術趨勢


      一是以邏輯工藝演進為代表的先進工藝方向。目前已經演進到了3nm節點。據報道,2023年9月,蘋果公司發布了全球首款3nm工藝生產的芯片A17 Pro,未來幾年,先進工藝仍將持續演進。
      圖3:晶圓制造工藝技術演進趨勢


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      二是以功率、模擬、射頻、嵌入式存儲等為代表的特色工藝方向。在特色工藝領域,主要包括模擬BCD、射頻(RF)、高壓(HV)、傳感器/執行器(Sensor/Actuator)、分立器件、硅光等多種工藝技術。雖然特色工藝向下演進速度較慢,但多種工藝技術已有明顯進展。目前大量的功率IC都在90nm工藝以上節點生產,即在8英寸或更小尺寸晶圓產線量產,但最先進的BCD工藝已經演進到40nm節點,即在12英寸晶圓產線量產。

      (二)中國大陸晶圓代工行業現狀

      1.內資晶圓代工行業現狀


      一是中國內資晶圓代工企業營收占全球比重不到10%,但近年持續保持高位增長。據CSIA數據,2022年中國大陸內資晶圓代工企業產業規模1035.8億元,較2021年上漲47.5%,2017-2022年復合增長率為21.4%。中芯國際、華虹集團、晶合集成三家占據了中國內資企業70%以上的代工市場份額,其中中芯國際營收占比接近50%。但在全球競爭格局中仍然偏弱,據統計,全球前十大晶圓代工企業中,中國大陸內資晶圓代工企業營收占比僅為8.3%,不足臺積電的1/6。
      二是當前內資晶圓代工企業產能與中國半導體產業規模不匹配,有望通過提升技術和擴大產能進一步增加市場份額。據中國海關數據,2022年中國集成電路進口總金額為27,662億元,出口總金額為10,254億元,凈進口總金額高達17,408億元,約合2,504億美元。參考世界半導體芯片貿易組織(WSTS)的統計數據,2022年全球半導體芯片營收為5,740億美元,2022年中國集成電路凈進口總金額占全球半導體芯片營收的43.6%,而中國大陸內資晶圓代工企業營收不足全球份額的10%,處于失衡狀態。內資晶圓代工企業有望通過提升技術和擴大產能進一步增加市場份額。


      2.中國大陸晶圓代工行業地域分布特點


      中國大陸晶圓代工企業呈現東部地區強,中西部初步發展的態勢。中國大陸晶圓代工企業主要分布在長三角、京津地區,北京、上海、江蘇三省市晶圓(6/8/12英寸均折算為8英寸)實際產能占大陸總產能的61%,下圖展示了各?。ê陛犑校┚A代工廠當前產能和規劃產能情況。
      圖4:大陸主要省份晶圓代工產能情況(折算為8英寸晶圓)


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      (三)晶圓代工在集成電路產業鏈中的價值

      1.晶圓代工在集成電路產業鏈中的地位

      晶圓制造產業在集成電路產業中起著承前啟后的作用,是整個集成電路產業的平臺和核心,而晶圓代工又是晶圓制造的主要存在形式。晶圓代工企業為芯片設計公司提供制造服務,同時生產出來的晶圓通過封裝測試,成為最終可以銷售的半導體芯片。另外晶圓制造又是上游設備、材料、EDA/IP的需求方和試驗方。晶圓制造產業是集成電路產業生態的支撐核心,也是支持一個地區集成電路產業發展壯大的基石。

      2.國內晶圓代工行業的產業機會

      首先,晶圓代工是芯片產業基石,技術壁壘和附加值高,且發展依賴巨額資本開支。晶圓代工是芯片產業鏈中技術密集度和資本密集度最高的領域,是典型的重資產領域,發展依賴資本開支推動。2022年全球晶圓代工龍頭臺積電全球份額53%,凈利率高達45%。預計2023年資本開支將達400億美元,是大陸晶圓代工龍頭中芯國際的8倍。
      其次,晶圓代工在國內半導體行業中相對偏弱,近年在政策和市場的雙重推動下,國內晶圓代工行業投資強勁增長。根據集成電路強國產業發展經驗來看,IC設計、IC制造和IC封測三個環節的產值比一般為3:4:3,2022年國內三個環節的產值比約為3:3:4,IC制造環節產值較低,因此晶圓代工行業也在國家政策和市場需求的雙重推動下,持續高投入。
      最后,從產業機會看,晶圓代工投資超萬億,設備商與材料商將顯著受益。據估算,國內晶圓產線投資中土地和廠房占10%,半導體制程設備占70%,人才和專利占20%。半導體制造中所涉及的核心如擴散設備、薄膜沉積設備、光刻設備、刻蝕設備、離子注入設備、外觀檢測設備、拋光設備、清洗設備投資額占生產設備比例為1%、25%、23%、30%、2%、13%、4%、2%,多數需要依賴進口。在半導體產業自主可控的發展趨勢下,國產半導體設備進口替代空間非常大,到2024年國產半導體設備市占率預計達30%。

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