芯片板块（半导体产业链）

半导体产业链概述

半导体是以半导体为基础而发展起来的一个产业，位于电子产业链的最上游，其主要产品是集成电路芯片和各类分立器件，应用于电脑、移动终端、消费电子、汽车、工业控制等各种领域的终端市场。半导体产业链包括上游、中游和下游。上游是制造半导体所需的原材料和设备，中游是制造半导体的过程，主要包括集成电路（IC）设计、集成电路制造和封装测试三个环节，下游是将集成电路应用于PC、汽车、手机、物联网等领域。

二半导体产业上游产业链

半导体材料

半导体材料是半导体行业的物质基础，材料质量的好坏决定了最终集成电路芯片质量的优劣，并影响到下游应用端的性能。因此，半导体材料在整个产业链中有着重要地位。

按制造工艺不同，半导体材料可以分为晶圆制造材料和封装材料。晶圆制造材料包含硅、掩膜版、光刻胶、电子气体、CMP抛光材料、湿化学品、溅射靶材等。晶圆制造材料由于技术要求高，生产难度大，是半导体材料的核心。

在集成电路芯片制造过程中，每一个步骤都需要用到相应的材料,如光刻过程需要用到光刻胶、掩膜版，硅片清洗过程需要用的各种湿化学品，化学机械平坦化过程需要用的抛光液和抛光垫等，这些都属于半导体材料。

半导体材料品种多技术壁垒高。下面我们就半导体材料中的晶圆制造材料部分展开分析。

1.硅

硅是半导体行业中最重要的材料，约占整个晶圆制造材料价值的三分之一。硅片是半导体器件的主要载体。硅片质量对半导体制造至关重要。在硅片上制造的芯片最终质量与采用硅片的质量有直接关系。

按晶胞排列是否规律，硅可分为单晶硅和多晶硅。单晶硅晶胞在三维方向上整齐重复排列，而多晶硅晶胞则呈不规律排列。单晶硅在力学性质、电学性质等方面，都优于多晶硅。集成电路制造过程中使用的硅片都是单晶硅，因为晶胞重复的单晶结构能够提供制作工艺和器件特性所要求的电学和机械性质。

硅片的制备从晶体生长开始，形成单晶锭后经过修整和磨削再切片，再经过边缘打磨、精研、抛光等步骤后，最后检查得到的硅片是否合格。

大尺寸硅片是硅片未来发展的趋势。大尺寸硅片带来的优点有两个：单片硅片制造的芯片数目越多；利用率更高。随着半导体技术的发展和市场需求的变化，大尺寸硅片占比将逐渐提升。

2.光刻胶

光刻是整个集成电路制造过程中耗时最长、难度最大的工艺，光刻胶是光刻过程最重要的耗材。根据化学反应机理和显影原理的不同，光刻胶可以分为负性胶和正性胶。

从需求端来看，光刻胶可分为半导体光刻胶、面板光刻胶和PCB光刻胶。其中，半导体光刻胶的技术壁垒最高。光刻胶是半导体材料中技术壁垒最高的品种之一。光刻胶一般由4种成分组成：树脂型聚合物、光活性物质、溶剂和添加剂。分辨率、对比度和敏感度是光刻胶的核心技术参数。

3.掩膜版

掩膜版（Photo mask），又称光罩、光掩膜、光刻掩膜版、掩模版等，是下游行业产品制造过程中的图形“底片”，是承载图形设计和工艺技术等知识产权信息的载体。在光刻过程中，掩膜版是设计图形的载体。通过光刻，将掩膜版上的设计图形转移到光刻胶上，再经过刻蚀，将图形刻到衬底上，从而实现图形到硅片的转移。掩膜版是光刻过程中的重要部件，其性能的好坏对光刻有着重要影响。

4.电子气体

电子气体是超大规模集成电路、平面显示器件、化合物半导体器件、太阳能电池、光纤等电子工业生产不可缺少的原材料，它们广泛应用于薄膜、刻蚀、掺杂、气相沉积、扩散等工艺。在半导体制造过程中，几乎每一步都离不开电子气体，其质量对半导体器件的性能有着重要影响。

半导体制造领域，一个硅片需要经过外延、成膜、掺杂、蚀刻、清洗、封装等多项工艺，这个过程需要的高纯电子化学气体及电子混合气高达30多种以上，且每一种气体应用在特定的工艺步骤中。

电子气体的技术壁垒极高，最核心的技术是气体提纯技术。此外超高纯气体的包装和储运也是一大难题。在半导体制造中，电子气体纯度每提升一个数量级，都会促进器件性能的有效提升。

5.湿化学品

湿化学品（Wet Chemicals），是微电子、光电子湿法工艺制程中使用的各种电子化工材料。湿化学品在半导体领域主要应用于集成电路制造过程中的清洗和腐蚀步骤，其纯度和洁净度影响着集成电路的性能及可靠性。

按应用领域划分，湿化学品主要应用于半导体、平板显示、太阳能以及LED等领域。其中，半导体制造领域对湿化学品的要求最高，技术难度最大。

6.溅射靶材

溅射靶材是物理气相沉积（PVD）工艺步骤中所必需的材料，是制备薄膜的关键材料。

溅射靶材的应用领域广泛，由于应用领域不同，溅射靶材对金属材料的选择和性能要求都有所不同。其中，半导体芯片对靶材的技术要求最高，对金属的纯度、内部微观结构等都有极高的标准。

7.CMP抛光材料

化学机械抛光（CMP，Chemical Mechanical Polishing）是集成电路制造过程中实现晶圆表面平坦化的关键工艺。CMP技术是使用效果最好，应用最广泛的平坦化技术，同时也是目前实现全局平坦化的唯一技术。CMP工艺是机械抛光和化学抛光相结合的技术。

半导体设备

半导体设备指生产半导体相关产品的专用设备，半导体设备是半导体行业的支撑行业，主要应用于IC制造（前端设备）、IC封测（后端设备）两大领域。其中，IC制造设备又包括晶圆制造设备和晶圆加工设备。其中晶圆制造设备主要由硅片厂进行采购，最终产品为硅片；晶圆加工设备主要由代工厂或IDM企业进行采购，最终产品为芯片；IC封测设备通常由专门的封测厂进行采购，包括拣选、测试、贴片、键合等多个环节。

制作硅晶圆需要的半导体设备大致有十个，它们分别是单晶炉、气相外延炉、氧化炉、磁控溅射台、化学机械抛光机、光刻机、离子注入机、引线键合机、晶圆划片机、晶圆减薄机。其中，光刻、刻蚀及清洗、薄膜、过程控制及检测是前端IC制造的四大核心领域，设备价值量在晶圆厂单条产线成本中占到90%以上。

从整个半导体工艺流程来看，主要包括单晶硅片制造，IC设计，IC制造和IC封测。单晶硅片制造需要单晶炉等设备，IC制造需要光刻机、刻蚀机、薄膜设备、扩散离子注入设备、湿法设备、过程检测等六大类设备。半导体设备中，晶圆代工厂设备采购额约占80%，检测设备约占8%，封装设备约占7%，硅片厂设备等其他约占5%。

之前光刻机、刻蚀、镀膜、量测、清洗、离子注入等核心设备的国产率普遍较低。经过多年培育，国产半导体设备已经取得较大进展，整体水平达到28nm，并在14nm和7nm实现了部分设备的突破。国产替代持续进行，未来有望持续受益于国内晶圆厂扩产所带来的需求增加以及设备国产化进程。

三半导体产业中游产业链

半导体产业主要由IC设计、IC制造以及IC封测三大板块组成。

1.IC设计

提及IC设计我们就不能够绕开EDA。EDA是什么呢？简单地说，EDA就是IC设计生产的工业软件。

EDA是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的简称，是从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)的概念发展而来的。利用EDA工具，工程师将芯片的电路设计、性能分析、设计出IC版图的整个过程交由计算机自动处理完成。EDA工具作为集成电路设计和制造流程的支撑，是集成电路产业发展的必要工业软件。

整个半导体产业，贯穿而下的大致产业链条是：原材料（晶圆厂）——用工具设计（EDA）——设计（Fabless）——加工制造（Foundry）。所以，专门为芯片设计工程师提供仿真和验证工具的EDA细分行业是整个半导体行业生态链中最上游，最高端的节点。

制造类EDA工具应用在工艺平台开发阶段和晶圆生产阶段。

设计类EDA工具应用在集成电路设计阶段。EDA工具贯穿于集成电路设计和制造的过程。EDA作为集成电路产业最上游的子行业，同时也渗透进入教学、科研等其他行业。

后摩尔时代EDA行业将与芯片同步发展。后摩尔时代芯片设计制造的难度大大增加，小型化和多样化的需求也对EDA工具提出更高的要求，推动EDA行业同步发展。一方面是工艺节点的迭代推进对EDA工具提出更高要求，一方面是同一节点下工艺潜能的挖掘对EDA工具提出新的要求。

创新型设计方法平抑芯片设计成本。EDA工具技术的进步和应用的推广使得芯片设计成本保持在合理范围的重要方式，根据华大九天招股书，2011年设计一款消费级应用处理器芯片的成本约为4000万美元，如果没有EDA工具的进步，其相关设计成本或将达到77亿美元，EDA的进步使得设计效率提升了接近200倍。可以说，EDA的应用对于节省芯片设计成本起着举足轻重的作用。

人工智能赋能EDA。目前芯片设计基础数据规模在不断提升，同时芯片复杂度的提升以及设计效率需求在提高，需求的提升使得人工智能技术在EDA领域的应用出现了新的发展契机。

从产品的角度来看，EDA企业可以分为三个梯队。新思科技（Synopsys）、铿腾电子（Cadence）和西门子 EDA（Siemens EDA）凭借具有行业领导地位的全流程解决方案以及具备核心竞争优势的点工具稳居第一梯队；第二梯队则是通过核心优势产品在行业内形成局部垄断，同时能够提供芯片设计关键流程解决方案；第三梯队则是通过深耕点工具方案或部分设计全流程方案的新型EDA企业，目前在部分关键流程或特定工艺的全流程解决方案上具备较强竞争力。

从渠道的角度来看，第一梯队公司通常都会在全球构建销售网络，同时会与头部IDM、晶圆厂以及芯片设计企业形成长期合作；第二梯队公司则是以公司所在国家为核心，逐步向全球扩张，客户则主要为本国客户以及部分头部厂商；第三梯队业务主要布局在本国，部分优势业务打入国际市场。

我国EDA发展历程：受巴黎统筹委员会对中国实施禁运的影响，自建国以后EDA核心技术一直无法进入中国。1986年，我国开始进行EDA技术的自主研发与攻关，并于20世纪90年代初成功研发出“熊猫ICCAD系统”。然而，1994年巴黎统筹委员会的解散使得国外大量EDA工具进入中国，“造不如买，买不如租”的趋势使得我国EDA发展一度陷入停滞。直到2008年4月国务院常务会议通过国家科技重大专项“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”实施方案时，本土EDA企业才重新获得了鼓励和扶持，开始涌现出诸如华大九天、概伦电子、广立微电子等优质EDA企业。2020年，国务院印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》，首次将EDA写入国家集成电路产业政策中，标志着我国EDA产业正式步入高速发展阶段。2008年以前，由于缺乏产业发展动能，布局EDA行业的企业数量不多。自2008年开始，随着政策的不断落地，我国EDA企业如雨后春笋般出现,截至2020年，我国EDA企业数量已达28家。随着国家和地方政府政策支持的逐步落地，我国EDA企业数量将迎来井喷式增长。

从国内市场来看，三巨头仍然是我国EDA市场的第一梯队玩家，2018-2020年在我国的市场份额始终保持在70%以上。不过近年来，我国EDA企业逐步在特定领域全流程以及部分点工具上形成了突破，逐步获取了一定的市场份额。其中，华大九天已实现模拟电路的全流程工具覆盖，同时，华大九天也拥有全球领先的全流程平板显示（FPD）开发平台。2020年，华大九天超过Ansys和Keysight Eesof成为我国第四大EDA软件供应商，市场份额6%左右。概伦电子在我国的市场份额约在1%。伴随我国EDA企业的技术突破，结合国内集成电路发展的高景气度，国产EDA市场空间将打开。

全球EDA高度集中，国产化加速势在必行。据外媒Protocaol报道，美国政府将对用于设计半导体的特定类型EDA软件实施新的出口限制。此前，美国已禁止向中国销售10纳米和更先进芯片的EDA工具，此次禁令范围进一步扩大到了14纳米。该类型EDA软件是使用“Gate-all-around”（环绕栅极，GAA）新技术制造芯片的必需工具，目前已应用于三星3nm芯片的制造。预计该禁令将进一步削弱国内企业在利用GAA技术构建芯片上的能力以及进程。此次禁令的生效范围不仅包括中芯国际，还包括所有中国大陆地区进行芯片生产的厂商，台积电也在名单之中。

2.IC制造

IC制造是集成电路产业极为重要一环，肩负着将IC设计的芯片变成“实物”的重任。电脑CPU、手机SOC/基带等高端芯片，国内已有替代，即便性能与国际巨头最好产品仍有差距，但至少可以“将就着用”。

但是，如果没有IC制造能力，就算中国大陆的芯片设计公司能够设计出跟国际媲美的芯片，那也只是“一堆数据”，而无法形成产品。从集成电路产业链各环节国产化的难度来看，制造＞封装＞设计也是不争的事实。所以IC制造迫切应该成为中国集成电路发展的核心关注点。

3. IC封测

提到IC封测，我们就不得不提到一种封测新型技术——Chiplet。

后摩尔时代经济效能提升出现瓶颈，Chiplet技术应运而生。随着半导体制程节点的持续演进，短沟道效应以及量子隧穿效应带来的发热、漏电等问题愈发严重，追求经济效能的摩尔定律日趋放缓。在此背景下，产业开始思考将不同工艺的模块化芯片，像拼接乐高积木一样的方式用先进封装技术整合在一起，成为一个异构集成芯片，在提升性能的同时实现低成本和高良率，至此应运而生了芯粒（Chiplet）技术。

Chiplet凭借灵活的封装形式，在同等面积下能够实现更强的芯片性能。

Chiplet 模式可以自由选择不同分区的工艺节点。传统的 SoC 芯片在制造上必须选择相同的工艺节点，然而不同的芯片的工艺需求不同。如逻辑芯片、模拟芯片、射频芯片、存储器等往往成熟制程节点是不同的，模拟芯片如果采用高级制程可能会导致漏电、噪声等问题，SoC 芯片统一采用相同的制程则会造成一定的麻烦。而 Chiplet 模式则可以自由选择不同裸芯片的工艺，然后通过先进封装来进行组装，相比 SoC 则更具灵活性，优势明显。

Chiplet 模式有利于提高良率，降低制造降低成本。传统 SoC 架构会增大单芯片面积，这会增大芯片制造过程中的难度，由缺陷密度带来的良率损失会增加，从而导致 SoC 芯片的制造成本提升。而 Chiplet 方案将大芯片分为多个裸芯片，单位面积较小，相对而言良率会有所提升，从而降低其制造成本。

Chiplet 模式可以实现产品重复使用，缩短产品上市周期。由于 SoC 方案采用统一的工艺制程，导致 SoC 芯片上的各部分要同步进行迭代，这使得 SoC 芯片的迭代进程放缓。Chiplet 模式可以对芯片的不同单元进行选择性迭代，迭代部分裸芯片后便可制作出下一代产品，大幅缩短产品上市周期。

Chiplet 模式目前还暂时存在对先进封装技术要求高、散热能力差等问题。实现各裸芯片之间的开孔、电镀需要精密的操作；要保证各裸芯片之间的数据实现高速、高质量传输；相对先进制程 Chiplet 模式散热能力较差，这些增加都给制造芯片提出了新的技术难题。

总体来说，Chiplet是后摩尔时代实现性能与成本突破的最优解，国外各大厂商持续布局，且均已形成一定规模和应用。据Omdia数据，2018年全球Chiplet市场规模约为6.45亿美元，预计未来随着行业的不断发展，Chiplet市场规模有望迎来加速增长。

Chiplet技术在国际的发展：AMD逐步开始全面采用小芯片技术，构建了自己的Chiplet生态体系，生产了Ryzen和Epycx86处理器，并且自使用7nm制程生产Zen2CPU内核后，CPU的性能比以前的制程提高了15%；

INTEL：2021年英特尔架构日上发布的下一代Sapphire Rapids-SPXeon CPU是英特尔的里程碑产品，采用Multi-Tile Chiplet设计，并且支持DDR5、高带宽内存、PCIeGen.5.0和计算快速链路(CXL)；

三星：推出的2.5D封装技术I-Cube，可将一个或多个逻辑晶片（如CPU、GPU等）和多个存储芯片（如高频宽存储器、HBM）整合连结放置在硅中介层（Interposer）的顶部，进一步使多个芯片为整合为单个元件工作；

TSMC：除了AMD和英特尔之外，台积电也在积极布局小芯片：台积电的SoIC技术是将多个die堆叠到3DChiplet中的一种十分有效的方法。

Chiplet国内发展：对于中国半导体而言，后摩尔时代Chiplet是中国与国外技术差距相对较小的封装技术领域，国内企业紧跟产业趋势，大力投入研发，积极参与融入UCIe大生态，有望在Chiplet行业技术上乘势而上，实现突破。Chiplet 有望成为中国半导体发展的破局方式之一。

四半导体产业下游产业链

手机及PC是半导体市场最主要的下游应用，合计占比高达65%，仍是半导体需求的中流砥柱，汽车半导体占比约8%，竿头日上。

据IC Insights预测，2022年全球半导体IC市场规模约5651亿美元，其中通信(含手机)是第一大下游应用，占比35%，PC占30%，位居第二，消费电子占11%。汽车及工业领域分别占比8%、7%，随着汽车电动化、智能化以及工业4.0的发展，汽车及工业领域半导体需求提升。

五半导体材料技术更迭历程

关于半导体材料的发展我们大致分为三个阶段：

1.第一代半导体材料主要是指硅（Si）、锗元素（Ge）半导体材料。作为第一代半导体材料的锗和硅，在国际信息产业技术中的各类分立器件和应用极为普遍的集成电路、电子信息网络工程、电脑、手机、电视、航空航天、各类军事工程和迅速发展的新能源、硅光伏产业中都得到了极为广泛的应用，硅芯片在人类社会的每一个角落无不闪烁着它的光辉。

2.第二代半导体材料主要是指化合物半导体材料，如砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）；三元化合物半导体，如GaAsAl、GaAsP；还有一些固溶体半导体，如Ge-Si、GaAs-GaP；玻璃半导体（又称非晶态半导体），如非晶硅、玻璃态氧化物半导体；有机半导体，如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等。

3.第三代半导体材料主要以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）为代表的宽禁带半导体材料。在应用方面，根据第三代半导体的发展情况，其主要应用为半导体照明、电力电子器件、激光器和探测器、以及其他4个领域，每个领域产业成熟度各不相同。在前沿研究领域，宽禁带半导体还处于实验室研发阶段。

SiC作为第三代宽禁带半导体材料，可以被广泛应用在各个领域，消费电子、照明、新能源汽车、导弹、卫星等，且具备众多的优良性能可突破第一、二代半导体材料的发展瓶颈，故被市场看好的同时，随着技术的发展将全面取代第一、二代半导体材料。下面我们就来重点介绍下第三代半导体材料SiC。

SiC作为第三代化合物半导体，相比Si具有大禁带宽度、高临界击穿场强、高热导率三个最显著特征。

SiC在高电压、高功率领域应用具有优势。目前SiC半导体仍处于发展初期。SiC衬底处于行业上游，1970年代SiC单晶生长方法取得突破，1990年代SiC衬底实现产业化。SiC衬底本身具有较高的成本。SiC外延材料和SiC基电力电子器件性能及其可靠性仍然受到衬底结晶缺陷、表面加工质量的制约。晶圆生长过程中易出现材料的基面位错，以致SiC器件可靠性下降。另一方面，晶圆生长难度导致SiC材料价格昂贵，想要大规模得到应用仍需一段时期的技术改进。

SiC MOSFET相比IGBT，还能在高频条件下驱动，从而实现无源器件的小型化。目前SiC基电力电子器件已经广泛应用于光伏、功率因子校正电源、汽车、风电及牵引机车行业。

SiC电力电子器件价格进一步下降，与同类型Si器件价差缩小。

新能源汽车系统架构中涉及到SiC应用的系统主要有电机驱动器、车载充电器（OBC）/非车载充电桩和电源转换系统（车载DC/DC）。SiC器件在新能源汽车应用中具有更大优势。

特斯拉引领行业潮流，率先在逆变器上使用SiC。目前汽车SiC模块供应链厂商主要从四个维度进军市场。

2022全球SiC企业密集发力：Wolfspeed的全球最大8寸SiC晶圆厂顺利投产；同Lucid车厂深度合作；意法半导体：2023年8寸SiC全面量产；罗姆：2023进入量产，2025扩大6倍产能。

国内SiC相关公司包括三安光电和天岳先进等。

六我国半导体行业市场预期

1.国内IC产值仅占中国市场17%，国产替代空间广阔

中国是全球第一大半导体销售额市场，21年占全球32%，终端消费电子品牌、新势力汽车品牌崛起，赋能成长。2021年中国半导体销售额为1870亿美元，是全球规模最大的区域市场，占比32%，随着我国终端消费电子品牌、新势力汽车品牌等的崛起，预计26年我国半导体销售规模将成长至2740亿美元。中国IC产值仅占市场规模的16.7%，国产替代砥砺前行。据ICInsights数据，2021年我国IC产值仅占IC市场规模的16.7%，国产替代空间超过1500亿美元，仍将坚定推进，预计2026年该比例将提升至21.2%。

2.以国产需求为基石，国内晶圆厂加速扩产

2021年中国大陆晶圆产能占全球的16%，中国大陆晶圆厂扩产速度显著高于其他国家和地区。据Knometa Research数据，截至2021年底，全球IC晶圆产能为每月2160万片(约当8英寸)，中国晶圆厂产能为350万片，占全球的16%。

预计22年~26年，中国大陆地区将新增25座12英寸晶圆厂，总规划月产能超过160万片。集微咨询预计中国大陆2022年~2026年将新增25座12英寸晶圆厂，这些晶圆厂总规划月产能将超过160万片。截至2026年底，中国大陆12英寸晶圆厂的总月产能将超过276.3万片。

部分在建及计划扩产中国大陆晶圆厂梳理：

在材料领域已经开始涌现出各类已经进入批量生产及供应的厂商。

3.国产化率提升至20%，国产半导体设备昂首阔步

2021年中国大陆再次成为最大的半导体设备市场，占全球的29%。据SEMI数据，2021年中国大陆半导体设备销售规模为296亿美元，占全球的29%，是全球第一大市场。

我国半导体设备国产化率从2020年的17%提升至2021年的20%，随着国内晶圆厂的扩产，国产半导体设备昂首阔步。中国电子专用设备工业协会数据显示，21年我国国产半导体设备销售额仅为386亿元，国产化率20.2%，相较于2021年的16.5%提升了3.7%。随着国内晶圆厂的扩产，国产半导体设备将继续成长。

4.国内晶圆厂产能释放，半导体材料国产化进程紧随其后

2021年我国半导体材料市场规模约99亿美元，占全球的15%。2021年我国半导体材料市场规模约99亿美元，全球半导体材料市场规模约643亿美元，占全球的15%。

晶圆厂扩产产能释放，推进半导体材料国产化进程，大硅片及CMP抛光材料领先半导体材料国产化进程。SIA数据显示，我国半导体材料厂商自给率不足15%，光刻胶、湿电子化学品等晶圆制造材料自给率更是不足5%。随着晶圆厂扩产产能释放，我国半导体材料国产化进程加速，大硅片及CMP抛光材料一马当先。大硅片已在本土产线开始小批量供货，20年自给率为9%，有望进一步提升。CMP抛光材料国产化率约20%，部分产品技术标准已达到全球一流水平，本土产线实现大批量供货。

七半导体行业重点公司及细分龙头

重点公司：

细分行业龙头公司梳理：

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