半导体晶圆代工产业深度解析
来源：高瞻智库 浏览数： 发表日期：
自2020年下半年以来，晶圆代工产能持续紧张，在驱动IC和功率器件等需求刺激下，主要晶圆代工产能利用率均超过95%，维持较高位置。
一方面是因为行业一直处于供不应求的状态，而且已经持续了约一年时间。另一方面，华为禁令效应也在客观上起到了促进作用。
近期，全球几大晶圆代工厂将今年二季度代工价较上一季度再次上调10-20%，整体涨幅与第一季度相似。但从个别合同来看，部分代工价涨幅高达50%。
即便是所有晶圆代工厂的产线都处于满载状态，也加大了付运晶圆的数量，当下的产能紧缺情况依旧难以缓解，而其中8英寸晶圆代工厂产能最为紧张。
晶圆制造是半导体产业最关键、市场份额最大的核心环节。
主要以晶圆为原材料，将光掩模上的电路图形信息大批量复制到晶圆上，并在晶圆上大批量形成特定集成电路结构的过程，其技术含量高、工艺复杂，在芯片生产过程中处于至关重要的地位。
20世纪60年代中后期，随着产业规模的扩大和工业技术的提升，专业化分工的优势逐步显现，于是集成电路制造设备业、材料业逐渐从IDM分离，作为辅助支撑行业发展起来。
20世纪80年代，随着制造工艺水平的提高，集成电路的产线建设、工艺研发及人才和资本需求不断增加，多数IDM不愿或无力承担巨额投入所带来的风险，于是只专注于集成电路芯片制造的企业兴起。
随着先进光刻技术、3D封装技术等不断涌现，各种先进工艺不断改进和完善，集成电路已由本世纪初的0.35微米的CMOS工艺发展至纳米级FinFET工艺，同时，作为集成电路的衬底，晶圆的直径已经由最初的6英寸、8英寸增长到现在的12英寸。
8英寸晶圆主要用于成熟制程及特种制程，主要用于需要特征技术或差异化技术的产品，包括功率芯片、图像传感器芯片、指纹识别芯片、MCU、无线通信芯片等，涵盖消费电子、通信、计算、工业、汽车等领域。
12英寸晶圆则主要用于制造CPU、逻辑IC和存储器等高性能芯片，在PC、平板电脑和移动电话等领域应用较多。
晶圆代工市场高速增长
集成电路产业链的专业化分工趋势使得纯晶圆代工市场规模逐年扩大，全球晶圆制造市场快速增长。
据公开数据显示，2021一季度全球前十大晶圆代工厂营收约228.9亿美元，同比增速20.7%。
根据Trendforce的预测，在芯片市场景气周期的背景下，2021年全球芯片代工产业市场规模有望达到945亿美金，同比增长11%。
晶圆代工市场格局：一超三强
晶圆代工是典型的寡头垄断型行业，技术、人才、资本缺一不可。且代工技术迭代快，马太效应明显。
从市场格局来看，2020年全球市场前五的晶圆代工市占率达90%，台积电以56%的市场占有率处于绝对领先的地位，三星和联电分列第二、第三，大陆厂商中芯国际暂列第五。
在目前台积电的逻辑技术中，最先进制程已从7nm交棒给5nm，很快将由3nm继承。相较于5nm制程，3nm制程速度增快15%，功耗降低30%，逻辑密度增加70%。3nm将持续采用FinFET结构，计划于2022年下半年在晶圆18厂量产，“将成为世界上最先进的技术”。
2020年台积电资本开支为186亿美金，2021年可达到300亿美金，预计3年内总投资将达1000亿美元。
SEMI的数据显示，2017-2020年间全球投产的半导体晶圆厂为62座，其中有26座设于中国大陆，占全球总数的42%。并预计从2020年到2024年至少新增38个12英寸晶圆厂。
全球晶圆厂持续扩产：
资料来源：平安证券
国内12英寸晶圆制造厂产品主要包括两大方向，一方面为主攻先进制程代工和特色工艺的晶圆厂，包括中芯国际、华虹、粤芯等；另一方向主要是以存储晶圆制造为主攻方向的晶圆厂，包括长江存储、合肥长鑫、福建晋华、武汉新芯等。
中芯国际拥有3座8英寸晶圆厂和5座12英寸晶圆厂（含合资控股），遍布北京、天津、上海等地。
华虹集团拥有3座8英寸晶圆厂和3座12英寸晶圆厂，8英寸晶圆厂月产能约18万片，12英寸晶圆月产能约4万片，位于上海和无锡。
同时华润微电子、上海先进（积塔半导体）、士兰微等公司拥有8英寸晶圆厂，武汉新芯和粤芯半导体等公司只有12英寸晶圆厂。
领先厂商通过提前量产获取订单，分摊工厂折旧，进而继续研发下一代工艺，使得后进厂商在先进制程工艺上的投资低于预期回报而放弃竞争，以此扩大市场份额、形成壁垒。
全球晶圆厂巨头积极布局先进制程
目前领先工艺（5nm+7nm）占据25%左右的市场份额，主要用于CPU、GPU等超大规模逻辑集成电路的制造。3nm技术有望在2022年前后进入市场。
全球前十大晶圆代工厂商均在积极布局先进制程。
当前5nm及更先进制程仅有台积电和三星两个头部玩家，格罗方德和联华电子因市场竞争激烈、资本开支过大已退出14/12nm以下制程开发，专注于现有成熟制程，英特尔位于10nm+制程（与台积电7nm性能接近），更低制程由于投入过大进度也趋缓。
中芯国际因此在先进制程方面竞争对手减少，资本开支方面从2017年开始也超越了联电，中芯国际正加速追赶头部玩家。
为建设5nm产线，2020年台积电计划全年资本性支出高达184亿美元。先进制程不仅需要巨额的建设成本，而且也提高了设计企业的门槛，根据IBS的预测，3nm设计成本将会高达5-15亿美元。
各公司未来技术节点的预测:
资料来源：半导体观察
国外瓦纳森协议以及对于华为的制裁体现了在国内形成自主可控的半导体产业链的重要性，半导体制造是产业链中最关键的一环，未来芯片代工领域马太效应会愈加明显。随着台积电等晶圆厂龙头开启新一轮扩产周期、技术升级、晶圆产能向大陆转移以及国内政策的大力支持，产业链有望迎来新一轮景气周期。
一方面是因为行业一直处于供不应求的状态，而且已经持续了约一年时间。另一方面，华为禁令效应也在客观上起到了促进作用。
近期，全球几大晶圆代工厂将今年二季度代工价较上一季度再次上调10-20%，整体涨幅与第一季度相似。但从个别合同来看，部分代工价涨幅高达50%。
即便是所有晶圆代工厂的产线都处于满载状态，也加大了付运晶圆的数量，当下的产能紧缺情况依旧难以缓解，而其中8英寸晶圆代工厂产能最为紧张。
主要以晶圆为原材料，将光掩模上的电路图形信息大批量复制到晶圆上，并在晶圆上大批量形成特定集成电路结构的过程，其技术含量高、工艺复杂，在芯片生产过程中处于至关重要的地位。
20世纪60年代中后期，随着产业规模的扩大和工业技术的提升，专业化分工的优势逐步显现，于是集成电路制造设备业、材料业逐渐从IDM分离，作为辅助支撑行业发展起来。
20世纪80年代，随着制造工艺水平的提高，集成电路的产线建设、工艺研发及人才和资本需求不断增加，多数IDM不愿或无力承担巨额投入所带来的风险，于是只专注于集成电路芯片制造的企业兴起。
随着先进光刻技术、3D封装技术等不断涌现，各种先进工艺不断改进和完善，集成电路已由本世纪初的0.35微米的CMOS工艺发展至纳米级FinFET工艺，同时，作为集成电路的衬底，晶圆的直径已经由最初的6英寸、8英寸增长到现在的12英寸。
8英寸晶圆主要用于成熟制程及特种制程，主要用于需要特征技术或差异化技术的产品，包括功率芯片、图像传感器芯片、指纹识别芯片、MCU、无线通信芯片等，涵盖消费电子、通信、计算、工业、汽车等领域。
12英寸晶圆则主要用于制造CPU、逻辑IC和存储器等高性能芯片，在PC、平板电脑和移动电话等领域应用较多。
晶圆代工市场高速增长
集成电路产业链的专业化分工趋势使得纯晶圆代工市场规模逐年扩大，全球晶圆制造市场快速增长。
据公开数据显示，2021一季度全球前十大晶圆代工厂营收约228.9亿美元，同比增速20.7%。
根据Trendforce的预测，在芯片市场景气周期的背景下，2021年全球芯片代工产业市场规模有望达到945亿美金，同比增长11%。
晶圆代工市场格局：一超三强
晶圆代工是典型的寡头垄断型行业，技术、人才、资本缺一不可。且代工技术迭代快，马太效应明显。
从市场格局来看，2020年全球市场前五的晶圆代工市占率达90%，台积电以56%的市场占有率处于绝对领先的地位，三星和联电分列第二、第三，大陆厂商中芯国际暂列第五。
在目前台积电的逻辑技术中，最先进制程已从7nm交棒给5nm，很快将由3nm继承。相较于5nm制程，3nm制程速度增快15%，功耗降低30%，逻辑密度增加70%。3nm将持续采用FinFET结构，计划于2022年下半年在晶圆18厂量产，“将成为世界上最先进的技术”。
2020年台积电资本开支为186亿美金，2021年可达到300亿美金，预计3年内总投资将达1000亿美元。
SEMI的数据显示，2017-2020年间全球投产的半导体晶圆厂为62座，其中有26座设于中国大陆，占全球总数的42%。并预计从2020年到2024年至少新增38个12英寸晶圆厂。
全球晶圆厂持续扩产：
国内12英寸晶圆制造厂产品主要包括两大方向，一方面为主攻先进制程代工和特色工艺的晶圆厂，包括中芯国际、华虹、粤芯等；另一方向主要是以存储晶圆制造为主攻方向的晶圆厂，包括长江存储、合肥长鑫、福建晋华、武汉新芯等。
中芯国际拥有3座8英寸晶圆厂和5座12英寸晶圆厂（含合资控股），遍布北京、天津、上海等地。
华虹集团拥有3座8英寸晶圆厂和3座12英寸晶圆厂，8英寸晶圆厂月产能约18万片，12英寸晶圆月产能约4万片，位于上海和无锡。
同时华润微电子、上海先进（积塔半导体）、士兰微等公司拥有8英寸晶圆厂，武汉新芯和粤芯半导体等公司只有12英寸晶圆厂。
领先厂商通过提前量产获取订单，分摊工厂折旧，进而继续研发下一代工艺，使得后进厂商在先进制程工艺上的投资低于预期回报而放弃竞争，以此扩大市场份额、形成壁垒。
目前领先工艺（5nm+7nm）占据25%左右的市场份额，主要用于CPU、GPU等超大规模逻辑集成电路的制造。3nm技术有望在2022年前后进入市场。
全球前十大晶圆代工厂商均在积极布局先进制程。
当前5nm及更先进制程仅有台积电和三星两个头部玩家，格罗方德和联华电子因市场竞争激烈、资本开支过大已退出14/12nm以下制程开发，专注于现有成熟制程，英特尔位于10nm+制程（与台积电7nm性能接近），更低制程由于投入过大进度也趋缓。
中芯国际因此在先进制程方面竞争对手减少，资本开支方面从2017年开始也超越了联电，中芯国际正加速追赶头部玩家。
为建设5nm产线，2020年台积电计划全年资本性支出高达184亿美元。先进制程不仅需要巨额的建设成本，而且也提高了设计企业的门槛，根据IBS的预测，3nm设计成本将会高达5-15亿美元。
各公司未来技术节点的预测:
资料来源：半导体观察
