半導體價值鏈投資機會分析-從EDA半導體設備和日本經驗看全球半導體價值鏈現狀全球化-高研發-高利潤的正向循環是美國半導體企業成功的原因根據

SIA數據，2019

年美國在全球半導體行業的市場份額高達

47%，并在

EDA軟件、IP、

半導體設備、芯片等產業鏈環節均處于領先地位。我們認為，“全球化”是支撐美國半導體

保持全球的基礎，多年來美國半導體行業的領導力離不開“高利潤+高研發投入”

的商業模式，根據我們測算，2019

年美國半導體行業毛利潤超過

1,200

億美元，毛利率高

達

54%，超高的收入規模及利潤率水平支撐美國半導體公司進行高昂的研發投入，2019

年

美國半導體公司的研發投入高達

400

億美元，研發費用率達到

18%，而正是得益于高強度

的研發投入，Intel、、AMD等美國半導體公司能夠長期保持在全球的技術領導力，

從而獲取高毛利，形成良性循環。根據

SIA和

WSTS數據，2019

年中國占全球半導體銷售額的

35%，而美國半導體公司在中

國的市場占有率達到

48%，2019

年高通、Microchip、鎂光、Qorvo等美國半導體大廠在華

收入占比均超過

50%，中國市場的半導體需求是美國半導體公司收入的重要來源。全球變局下，全球半導體價值鏈可能面臨巨大變化根據

BCG預測，在中美貿易摩擦維持現狀的情景下，未來

2-3

年內，美國半導體的全球市

占率將從

18

年的

48%下降至

40%，其市場份額將主要流向中國（+4ppts）、韓國（+2ppts）、

日本（+1ppts），中國半導體的自給率也將從

18

年的

14%上升至

25%。而在“中美貿易摩

擦繼續升級”的假設下，未來

2-3

年內，美國半導體的全球份額將下降

18ppts至

30%，中

國市占率將上升

3ppts至

10%，韓國將上升

7ppts至

31%，日本將上升

3ppts至

13%。得益

于在存儲器、邏輯等領域的優勢以及強大的制造能力，BCG認為，韓國可能將超過美國成

為全球第一大半導體供應商，全球市占率達到

31%。中國半導體國產化的投資機會從產業鏈環節來看，美國在

EDA軟件、半導體設備等領域競爭力突出。從芯片產品來看，

根據

Gartner數據，美國在微處理器領域處于絕對領導地位，2019

年市占率高達

98%，并

在無線通訊芯片、模擬、邏輯、MCU、存儲器等多個領域具備較強競爭力。我們認為，從

市場格局來看，短期內微處理器領域實現進口替代的難度仍然較高，但在存儲、邏輯

IC、

模擬

IC、無線通訊芯片（包括射頻）、MCU等細分領域，韓國、日本、歐洲等地的半導體

企業同樣具備一定份額。我們認為，中美貿易摩擦升級，可能導致國內終端企業將會從日

韓、歐洲等地尋求替代方案。中國半導體設計公司已能夠覆蓋全球半導體市場空間的

28%隨著進口替代需求升溫，在過去一年，我們看到在幾乎所有的半導體品類，都涌現出一批

中國企業，雖然大部分企業在技術和市場份額上和美國半導體公司差距都還較大，但這為

中國縮短差距提供了可能性，從芯片品類來看，目前國產芯片在分立器件、傳感器、無線

通訊芯片、應用處理器等細分領域已有所突破，全球市場份額超過

5%，合計覆蓋了全球半

導體市場空間的

28%，但在

CPU、GPU、FPGA、存儲器等領域仍十分空缺，目前國產化率

接近于

0。?

計算芯片（CPU、GPU）：根據

Gartner數據，2019

年全球

CPU市場規模

532

億美元，

GPU市場規模

74

億美元，主要用于個人電腦、云計算數據中心等，目前市場基本被

Intel/AMD/三家美國企業壟斷，掌握大量架構與技術專利，大陸企業市場份額

基本為零。CPU方面，目前國產

x86

架構

CPU主要通過建立合資公司來使用

x86

授權

生產芯片，經過多年努力已與國際先進水平差距縮短至

3

年左右，并積極搭建服務器

用

ARM架構

CPU生態；GPU方面，目前國產消費級

GPU產品仍處于空缺狀態。?

存儲器（NAND/DRAM）：根據

Gartner數據，2019

年全球存儲器市場規模達到

1,095

億美元，是市值最大的半導體品類，目前市場主要為韓國廠商領導，美國

Micron、Intel等公司市占率達到

29%，2019

年來看國產存儲器的份額仍不足

1%，但我們看到長江

存儲的

64

層

NAND、合肥長鑫的

DDR4

DRAM均已于

3Q19

開始量產，長江存儲

128

層

NAND也有所突破，未來隨著國產廠商的產能進一步釋放，我們預計存儲器的國產

化率有望快速提升。?

應用處理器（ApplicationProcessor）：根據

Gartner數據，2019

全球

AP市場規模達到

401

億美元，主要應用場景為智能手機、平板電腦等消費電子

SoC，得益于海思麒麟

SoC近年來的迅速突破，目前中國廠商份額已提升至

12%，在性能表現上比肩、

三星、蘋果等國際一線廠商，但我們認為新管制（5/15

美國商務部加強代工廠為華為

及海思進行芯片代工的管制）后未來海思

AP的競爭力延續性仍有待觀察。?

FPGA：根據

Gartner數據，2019

年全球

FPGA市場規模近

60

億美元，主要用于通信基

站、人工智能、數據中心等領域，目前市場主要為

Xlinx及

Intel（Altera）兩家廠商壟

斷，合計市占率超過

90%，國產廠商份額仍然有限。國內子公司紫光同創在

國產

FPGA的研發上處于領先地位，目前基于

28nm制程的

FPGA產品已研發成功，正

在主流通信設備廠商進行驗證，我們建議持續關注國產

FPGA的突破進展。?

微控制器（MCU）：根據

Gartner數據，2019

年全球

MCU市場規模近

180

億美元，主要應用于消費電子、汽車、工控、醫療等領域，并在物聯網有廣泛應用，Microchip、

TI等美國廠商在

MCU有較強競爭力，市場份額達到

30%，但總體來講市場較為分散，

近年來國內也涌現出、等優秀

MCU廠商，2019

年全球市場份額達

到

3%，并在物聯網、工控等領域獲得較快發展，我們預計國產

MCU的市占率有望進

一步提升。?

模擬芯片：根據

WSTS數據，2019

年全球模擬芯片市場規模達到

542

億美元，TI、ADI等美國廠商份額高達

60%，國產廠商份額僅為

3%，但也涌現出矽力杰、圣邦、

等一批優秀的模擬芯片廠商，近年來增速遠高于行業平均增速。目前國產模擬芯片在

某些消費級電源管理芯片上已能夠媲美

TI等國際廠商，但在高速、高精度數模轉換器，

車規級模擬

IC等產品上仍與美國廠商有所差距，同時在產品線廣度上也落后于

TI等廠

商。?

無線通訊芯片：主要包含射頻前端器件、基帶芯片、Wi-Fi芯片等，美國企業同樣處于

領先地位，2019

年合計市場份額達到

65%，1）基帶主要分為垂直整合和第三方供應

兩種模式。主要三方供應商是美國和中國臺灣聯發科，二者市占率分別達到

36%/15%。大陸企業海思、展銳市場已經具有一定競爭實力，海思市占率與聯發科基

本齊平。2）射頻市場主要被美國（Skyworks/Qorvo/Broadcom）及日本（Murata）企

業壟斷，但國產廠商已在射頻開關、LNA、PA等領域有所突破。?

分立器件：包含二極管、晶體管等，主要為功率半導體，廣泛應用于汽車、工控、新

能源等領域，全球市場規模達到

216

億美元，美國廠商在功率分立器件上同樣具有較

強競爭力，2019

年市場份額為

29%，根據我們測算，2019

年中國廠商的市占率已達到

13%，其中聞泰通過并購安世半導體切入標準品領域，大幅提升了國產廠商份額，此

外、斯達等國產廠商近年來也在自研芯片上有所突破。?

傳感器：主要包括圖像傳感器（CMOS/CCD）、MEMS傳感器、指紋識別傳感器、溫度

傳感器等，2019

年中國廠商份額達到

13%，超越同期美國廠商的

10%，其中

在

CMOS圖像傳感器中排名全球第三，匯頂在指紋識別傳感器處于領導地位，而歌爾

等公司在

MEMS傳感器領域也具備一定競爭力。展望未來，我們認為

1）半導體國產化將沿著從市場規模相對較小、份額較為分散的芯片

（傳感器、分立器件等）向市場規模更大、份額更為集中、技術壁壘更高的芯片（CPU、

GPU、存儲器）發展，不斷縮短與國際領先水平的差距；2）科創板的推出為眾多半導體創

業公司提供了良好的上市土壤，幫助芯片企業提升研發投入，大基金等政府基金也將促進

存儲器、CPU等資本、技術投入難度較高的板塊加速發展。EDA軟件缺失主要影響設計效率，代工和軟件加強合作可以部分彌補EDA（ElectronicsDesignAutomation）軟件是一種在計算機的輔助下，完成集成電路的功能

設計、綜合、驗證、物理設計等流程的軟件工具集群。在半導體產業鏈中，EDA軟件處于

上游位置，是芯片設計的“基石”，是推動芯片設計創新的重要輔助工具之一。芯片設計流程主要可分為前端設計（Frontend）與后端設計（Backend），其中前端設計（也

稱為邏輯設計）主要涉及芯片的功能設計，后端設計（也稱為物理設計）主要涉及工藝有

關的設計，使其成為具備制造意義的芯片。細分來看，芯片設計包含流程包含

RTL編寫、

功能驗證、邏輯綜合、形式驗證、DFT（DesignforTestability）、布局布線、SignOff、版圖

驗證等多個流程，綜合來看，

EDA軟件主要包含以下功能：?

功能驗證：保證設計的功能正確，并確保芯片能夠實現預定和期望的行為和動作。?

邏輯綜合：將用行為級語言描述的各功能模塊向低級語言翻譯，用底層邏輯門組合實

現電路模塊的功能。?

布局布線：用有實際的物理參數的邏輯門替代邏輯綜合后的邏輯門，并且將其按照既

定的功能互聯在一起，使其形成具有制造意義的版圖?

Sign-Off：保證芯片設計的所有圖線、時序以及功耗都符合制造、產品和系統的要求。從競爭格局來看，根據

ESDAlliance數據，2019

年全球

EDA市場規模達到

105

億美元，通

過多年的兼并整合，目前

EDA軟件市場目前處于寡頭壟斷的格局，由

Synopsys（美）、Cadence

（美）、Mentor（2016

年被收購）三家廠商主導，合計市占率超過

60%，得益于多

年來的研發投入與產業鏈上下游生態的搭建，三家主流廠商在

EDA市場已建立起一定的行

業壁壘和用戶粘性，近年來市場份額維持穩定。分析

Synopsys、Cadence、Mentor等廠商的產品布局及發展歷程，我們認為一個好的

EDA軟件廠商應該具備：?

完整的工具鏈：目前全球只有美國的

Synopsys、Cadence兩家企業都能提供前端到后

端的全流程解決方案。其中

Synopsys在數字芯片設計工具上處于領先地位，其邏輯綜

合工具

DC和時序分析工具

PT在細分領域市場份額幾乎達到

100%，

Cadence則在模

擬芯片以及數模混合芯片的設計軟件上具有優勢。Mentor的

EDA工具雖然沒有

Synopsys、Cadence全面，但在某些領域（如

PCB涉及）和物理驗證及

Sign-Off等步驟

的點工具上擁有很強競爭力。?

晶圓代工和

IP廠商的配合：EDA廠商需要晶圓制造廠提供的各類物理庫，以及

ARM等主要

IP公司的專利授權配合才能工作。Synopsys、Cadence等

EDA廠商往往與晶圓

廠深度合作，在工藝開發的早期協助晶圓廠進行研發、提供基礎

IP，形成雙贏局面。

此外

Synopsys和

Cadence分別位列全球半導體

IP公司的第

2、3

名，除了與

ARM等

IP公司配合外也提供大量基礎

IP，進一步增強用戶粘性。短期

EDA軟件進口替代仍然有很大難度。目前，，，芯禾科技等

國產

EDA軟件已在一些特定領域（模擬

IC、FPD）及部分點工具（后仿真、時序分析等）

上實現了技術突破，但在全流程的

EDA平臺、產業鏈生態等方面和海外廠商有較大差距，

進口替代仍有較長距離。長期來看，國產

EDA軟件公司需要從“點”突破，向“面”發展，強化與國內晶圓廠的工藝合作，以及與

IP公司的配合，構建全流程的

EDA軟件平臺，這樣

才能對海外

EDA廠商進行有效替代。半導體設備的投資機會全球半導體設備市場：美國主導，日、歐具備較強競爭力。根據

Gartner數據，2019

年全

球半導體制造設備的市場規模達到

598

億美元，根據晶圓制造工序的不同，半導體設備又

可細分為光刻、刻蝕、沉積、清洗、CMP、熱處理、過程控制等設備，細分設備領域的競

爭格局各不相同，但總體來看，美國設備廠商占據領導地位，根據

Gartner數據，2019

年

美國設備在全球市場份額達到

40.7%，AMAT、LamResearch、KLA三家美國廠商分列設備行

業第一、三、五名，在刻蝕、沉積、過程控制等工序占據領導地位；日本設備商同樣具備

很強競爭力，2019

年全球市場份額達到

28.8%，代表廠商為

TEL（東京電子）、SCREEN、日

立高科、Nikon、Canon等，在熱處理、涂膠顯影、刻蝕、清洗、中低階光刻機等領域表現

突出；此外，得益于

ASML在光刻機領域及

ASMInternational在沉積領域的優勢，歐洲廠商

市場份額達到

22.3%。目前國內半導體設備在半導體制造的主要環節均有突破，在刻蝕、清洗、去膠、熱處理/

氧化擴散等環節已具備部分的進口替代實力，但在產品線深度以及先進制程的覆蓋面上仍

與國際廠商有較大差距，同時，美國企業在刻蝕、沉積、離子注入、過程控制、CMP等關

鍵工序處于市場主導地位，在先進制程的一些細分設備上市占率接近

100%，我們認為，短

期實現半導體設備的完全進口替代仍有較大難度。?

熱處理/氧化擴散設備：主要為

AMAT、TEL、Kokusai等美、日廠商主導，國產設備也

具備一定競爭力。在立式氧化/擴散爐等產品上具有較強競爭力，根據招標網

數據，北方華創的氧化擴散爐在長江存儲前

20K月產能的招標份額超過

20%；此外，

國產廠商在快速熱處理（RTP）設備以及

LPCVD立式氧化爐設備上也已有所突破，競

爭力不斷提升。?

涂膠顯影/去膠設備：根據

Gartner數據，2019

年

TEL在涂膠顯影設備處于壟斷地位，

市占率高達

91%，國內廠商的涂膠顯影設備已在后道封裝、LED等廠商實現出

貨，但與

TEL仍有較大差距；在去膠設備上，國產廠商目前已基本具備了進口替代能

力，國產去膠設備在國內主流晶圓廠已獲得較高份額。?

光刻機：根據

Gartner數據，目前全球光刻機市場為

ASML壟斷，2019

年市占率高達

83%，在高端的

EUV光刻機市占率達到

100%，目前國產光刻機在成熟制程光刻機上已

有所突破，我們建議持續關注國產光刻機的研發及驗證進展。?

刻蝕設備：目前市場主要為

LamResearch主導，2019

年市占率高達

45%，TEL與

AMAT市場份額分別為

28%/18%。國內中微在

CCP介質刻蝕已有較強積累，已實現了對部分

先進制程、存儲器廠商的覆蓋，在

ICP硅刻蝕設備上處于國內領先地位。國

產刻蝕設備近年來發展較快，但在產品線的廣度、深度上與

LamResearch仍存在較大

差距。?

薄膜沉積設備：1）CVD：目前市場由美國廠商主導，市場份額超過

50%，國產化率較為有限，僅在

PECVD等細分設備上有所突破；2）PVD：全球市場份額高度集中于

AMAT，

2019

年達到

85%，國內在

AlPadPVD、HardMaskPVD等細分產品上已取得一

定成果，已成功導入長江存儲等主流廠商。?

清洗設備：目前市場主要為日系廠商

SCREEN主導，2019

年市占率為

51%，近年來至

純、（Akrion）等國產設備公司近年來不斷在單片、槽式等清洗設備上有所

突破，國產化率不斷提升。?

離子注入機：目前市場為美國廠商主導，AMAT與

Axcelis合計市占率超過

78%，目前

國產設備仍相對空缺。凱世通（子公司）目前已成功研發了低能大束流離子

注入機，公司表示有望在

2020

年底實現量產，我們建議關注離子注入機的國產化進展。?

CMP設備：目前市場被

AMAT主導，市占率超過

66%，Ebara、東京精密等日系廠商也

具備一定競爭力。CMP設備目前國產化率相對有限，?

過程控制設備：目前市場主要為美國廠商

KLA主導，市占率超過

54%，目前過程控制

設備國產化率仍然很低，目前國產廠商僅在晶圓表面缺陷檢測等細分產品上實現突破，

在產品線實力上較

KLA等廠商仍然差距較大。?

短期來看，我們認為美國半導體設備的完全進口替代仍有較大難度，即使代工廠能夠

從日本、歐洲以及韓國等地尋求替代方案，但因為缺乏美國先進的半導體設備及方案

的支持，產線也會在良率、效率、成本及性能上有所缺失，在全球市場競爭中處于劣

勢。?

長期來看，我們認為需要加強和日本（東京電子、高科、SCREEN）等非美系半導

體廠商的合作，并關注國產半導體設備廠商在光刻、刻蝕、沉積、離子注入、過程控

制等關鍵環節的突破進展，建議關注、中微半導體等國產設備龍頭企業。日本半導體行業興衰的經驗和教訓日本半導體行業的崛起（1980-2000）在半導體上，日本從

1980

年代到

2000

年左右，一直保持世界領先，主要是在

DRAM等產

品上保持世界領先的質量和成本優勢。但由于

1）商業模式上固守

IDM商業模式，導致臺

積電等代工企業崛起，2）對

CPU投資不足，錯過

PC及手機芯片兩次大周期，3）在

DRAM等傳統強項上，資本開支決策輸給三星。根據《日本電子產業興衰錄》一書中的敘述，1957

年日本政府制定了“電子工業振興臨時

措施法”和“電子工業振興

5

年計劃”作為日本政府的重點政策，扶植本國技術發展，為

本國半導體企業的成長提供了良好的環境。20

世紀

60

年代，日本積極引進先進技術，通

過學習和復制美國的技術來發展晶體管業務，并通過不斷改良生產工藝提高出貨量。1976

年“超

LSI

協會”誕生，同年，日本政府啟動了“DRAM制法革新”國家項

目。協會還成立了共同研究所，里面的研究人員來自具有直接競爭關系的各大企業，包括

富士通，，NEC，和。項目總預算

700

億日元，政府出資

300

億日元，五

大公司籌資

400

億日元。各企業的分工合作和良性競爭取得了豐厚的研究成果，保證了

DRAM的量產成功率。日本的共同研究所形成了一個開放式創新的場所，是企業和國家攜

手創新的典范。“+美國設計”取代日本

IDM?1987

年的成立標志著純晶圓代工模式的誕生，在獲得

Intel技術認證之后，臺積電不

斷獲得、、聯發科、博通等重要客戶訂單，“臺積電+美國設計”的模式開始彰

顯優勢。輕資產的

fabless模式和產生規模效益的代工廠模式取得迅速的發展，臺積電的成

功引領更多企業進入晶圓代工領域，行業規模不斷提升。與此同時，擅長精益制造的日本

企業因不肯放棄工廠而拒絕采用設計和制造相分離的模式，繼續使用

IDM（垂直整合）模

式。據

ICInsights統計，比較

2000

和

2018

年全球前

10

位半導體企業，IDM企業從

10

家減

少到

6

家。日本是如何輸掉和三星的存儲器大戰？日美半導體協定給韓國半導體帶來機會。1980

年代初，韓國開始大力發展半導體工業，當

時的韓國技術、資金、市場遠遠不如美