专栏 | 数字化商业

“半导体”定义:常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。

“半导体”的应用:集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域都有应用,可以说基本覆盖了制造业能想到的所有领域,高端到航天科技,低端到儿童电话手表,只要有电子元器件的设备就有半导体存在。这就是笔者把半导体比作“第二产业王冠上的明珠”的主要原因。

一、半导体产业的进化史

虽然半导体现象最早在1833年就被英国科学家、电子学之父--法拉第发现,但受限于科学认知水平,直到二战结束前,制造业的发展主要还是以 “机械化”为高技术代表,制造业发展主要依存于工人对机器操作的熟练度和工厂的规模。随着战后工业技术的发展,尤其是半导体特性被确定和用于实践,人类的工业化进度和技术水平又得到了质的飞跃。

资料来源:CNKI,中银证券

上图我们可以看到半导体产业的发展源自于军工产业,随着技术升级,半导体技术也逐渐向民用领域转移,应用也从最早制造MCU、存储设备发展到数字芯片、模拟芯片、微处理器和存储器等微电子制造产业。人类进入半导体时代的早期,应用最广的是以二极管、三极管为代表的电子元器件,最被国人熟知的应该是体积比较庞大的半导体收音机,旋钮一开,机器里的发光二极管会把频道的指示条照亮,不一会儿就会发出阵阵的暖流,冬天还有取暖的效果。随着半导体工艺的进步,半导体产业中几个核心领域技术发展迅速。

1、集成电路行业在经历数十年的发展后,目前已进入后摩尔时代。目前,以8英寸或12英寸的晶圆为原材料,通过光刻、刻蚀、离子注入等工艺步骤反复几十次甚至上百次将光掩模上电路集成于晶圆之上,在极小空间中集成数公里长的导线和数以亿计的晶体管器件,并且随着更为先进的光刻技术、3D封装技术的不断涌现,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COMS工艺提升至纳米级的FinFET工艺。

2、逻辑芯片产业,全球最先进的量产工艺已达到7nm至5nm,而3nm技术也有望在明年进入市场。

3、存储芯片产业,摩尔定律趋近极限瓶颈可以说比于逻辑芯片产业更早,制程进入20nm以内继续提升工艺的难度越来越高。DRAM工艺节点发展至1x(16-19nm)、1y(14-16nm),美光在2019年率先宣布量产1z(12-14nm)制程。NAND目前制程基本已达到极限,采用1y、1z制程的2D NAND成本效益并不明显。厂家转为发展3D NAND,3D NAND大厂主流技术可以做到128层,例如我国的长江存储在技术上与国外先进大厂已基本实现追平。

资料源自:中芯国际招股说明书,中银证券

二、发展半导体产业的意义

我们先上幅图,全面了解一下半导体产业链条。

资料源自:CNKI,中银证券

从上图我们可以清晰的看到半导体产业发展直接影响我国未来高端制造、智能制造的产业前景。具体到原因,笔者不想在文章中赘述,关键点就在于西方发达国家对我们的技术封锁。因此,笔者总结了三条发展我国半导体产业的意义,或者说也是产业投资者投资该产业的三条投资逻辑。

1、经过几十年的发展,我国半导体产业已经从技术到规模都足以影响产业在全球的发展,这就为产业持续输入以及产业国产化带来良机。举例来说,以中芯国际、华虹等为代表的代工型企业在成熟制程领域的市场占有率持续提高,先进制程发展进度较快;以长江存储、合肥长鑫等主攻存储领域的企业,在部分技术领域已经实现技术追平。这些国内厂商的崛起势必驱动解决材料的“卡脖子“问题,所以国产化进度将加快。

2、5G、新能源、互联网、人工智能相关产业的发展,带动了国内半导体产业新一轮的投资。当前,主流的晶圆代工厂产能利用率已接近饱和,头部企业都计划进入新一轮的扩产周期。例如台积电投资开支由2020年的170亿提升至今年的300亿。与此同时,近两年干扰我国半导体产业发展的断供事件,进一步刺激和加剧了我国企业对半导体及供应链国产替代的重视,国内大厂,例如中芯国际、华虹等企业的投资开支均保持高位,新一轮大规模扩产极有可能拉动半导体设备、材料的需求。

3、通过上述两点分析,我国半导体产业预计将进入新一轮的景气周期,市场规模将快速增长。因此,这就为产业投资者抓住新一轮半导体产业投资机会提供了良好的时机。