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石化轉(zhuǎn)型之時(shí)代機(jī)遇（一）：中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)全景分析

一、產(chǎn)業(yè)定義

半導(dǎo)體（Semiconductor）狹義上是指半導(dǎo)體材料，即常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。包括以硅（Si）、鍺（Ge）等元素半導(dǎo)體（也是第一代半導(dǎo)體材料），和以砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化鎵（Ga2O3）等化合物半導(dǎo)體材料（第二代至第四代半導(dǎo)體材料）。半導(dǎo)體材料是制作半導(dǎo)體器件和集成電路的電子材料，是半導(dǎo)體工業(yè)的基礎(chǔ)。利用半導(dǎo)體材料制作的各種各樣的半導(dǎo)體器件和集成電路，促進(jìn)了現(xiàn)代信息社會(huì)的飛速發(fā)展。

半導(dǎo)體產(chǎn)品分為四種類型：集成電路、分立器件、傳感器和光電器件四類。

集成電路（IC）：將數(shù)以億計(jì)的晶體管、三極管、二極管等半導(dǎo)體器件與電阻、電容、電感等基礎(chǔ)電子元件連接集成在基板上并封裝后，使其具備復(fù)雜電路功能的一種微型電子器件或部件。

光電子器件：利用電-光子轉(zhuǎn)換效應(yīng)制成的各種功能器件。從可見光探測(cè)向微光、紅外、紫外、X射線探測(cè)的器件，其探測(cè)范圍從γ射線至遠(yuǎn)紅外甚至到亞毫米波段的廣闊的光譜區(qū)域，其探測(cè)元從點(diǎn)探測(cè)到多點(diǎn)探測(cè)至兩維成像器件，像元數(shù)越來(lái)越多，分辨本領(lǐng)越來(lái)越大。光電子器件應(yīng)用范圍十分廣闊，如家用攝像機(jī)、手機(jī)相機(jī)、夜視眼鏡、微光攝像機(jī)、光電瞄具、紅外探測(cè)、紅外制導(dǎo)、紅外遙感、指紋探測(cè)、導(dǎo)彈探測(cè)、醫(yī)學(xué)檢測(cè)和透視等等

傳感器：是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。通常根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。

分離器件：半導(dǎo)體分立器件，泛指半導(dǎo)體晶體二極管、半導(dǎo)體三極管簡(jiǎn)稱三極管、三極管及半導(dǎo)體特殊器件。分離器件是我們學(xué)習(xí)電路中最常接觸到的器件，在集成電路出現(xiàn)前所有的產(chǎn)品都是通過(guò)分立器件組合搭建而來(lái)。

日常生活中提到的半導(dǎo)體基本是指半導(dǎo)體在集成電路、消費(fèi)電子、通信系統(tǒng)、光伏發(fā)電、照明應(yīng)用、大功率電源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域的應(yīng)用。這些領(lǐng)域中最為人熟知的就是集成電路（例如Intel處理器，手機(jī)內(nèi)存，閃存等等），本文將以集成電路產(chǎn)業(yè)指代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，相關(guān)材料以集成電路材料研究為主。

二、全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程

20世紀(jì)50年代誕生半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展到今天，每一次技術(shù)的進(jìn)步和需求的變化，都推動(dòng)了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展：

1950到1970年代

1947年，貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了第一只三極管，60年代，仙童公司開發(fā)了世界上第一款商用集成電路（IC），其后集成電路（IC）實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)。英特爾（Intel）創(chuàng)始人之一的戈登·摩爾提出了著名的“摩爾定律”，意為當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。摩爾定律的提出，為后面幾十年半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展指明了方向，半導(dǎo)體行業(yè)也開啟了高速發(fā)展的歷程。

1970到1985年代

隨著家電時(shí)代的繁榮，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)模式也逐步轉(zhuǎn)變?yōu)镮DM模式，主流晶圓尺寸3-4英寸，制程1.2um – 0.5um，助推了日本半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。

1985到2010年代

在PC及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域需求的驅(qū)動(dòng)下，垂直化分工模式成為行業(yè)的主要趨勢(shì)，IC設(shè)計(jì)公司（Fabless）與晶圓廠（Foundry）相結(jié)合的方式開始成為集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新模式，主流晶圓尺寸發(fā)展為6-8英寸，制程發(fā)展到40nm，也造就了東亞地區(qū)半導(dǎo)體行業(yè)的繁榮。

2010至今

屬于5G，AI，大數(shù)據(jù)/云，IoT的時(shí)代，在消費(fèi)端需求及技術(shù)進(jìn)步的雙重驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)業(yè)分工進(jìn)一步細(xì)化，中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)開始崛起，更多的應(yīng)用趨勢(shì)正在推動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，主流晶圓尺寸8-12英寸，制程發(fā)展到了驚人的5nm甚至3nm，依然在不斷進(jìn)化。

三、全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及趨勢(shì)

全球半導(dǎo)體歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，已成長(zhǎng)為年銷售額約 5500 億美元的重要支柱產(chǎn)業(yè)。根據(jù)美國(guó)半導(dǎo)體 會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，自 1976 年以來(lái)，全球半導(dǎo)體市場(chǎng)銷售金額從最初的約 29 億美元成長(zhǎng)為 2022 年的 5832 億美元，增長(zhǎng)了約 202 倍，年均復(fù)合增速達(dá)到 12.2%，遠(yuǎn)高于全球 GDP 同時(shí)期約 3.1%的年均增速水平。根據(jù)下游電子產(chǎn)品應(yīng)用市場(chǎng)在不同時(shí)期的興衰更迭，大致上劃分為 6 個(gè)成長(zhǎng)周期：

1）1980 年前，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)萌芽期。半導(dǎo)體產(chǎn)品下游應(yīng)用以收 機(jī)、電視機(jī) 、早期商用電 等民用產(chǎn)品 和其他軍用產(chǎn)品為主。此階段半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，1976 年至 1980 年間全球半導(dǎo)體銷售額年均復(fù)合增速達(dá) 35.9%。

2）1981 至 1990 年，家用電器時(shí)代。1980 年代，以電視機(jī)、洗衣機(jī)為代表的家用電器產(chǎn)品開始走進(jìn)千家萬(wàn)戶，催生上游半導(dǎo)體產(chǎn)品銷售額以年均 20.5%復(fù)合增速快速增長(zhǎng)。

3）1991 年至 2000 年，臺(tái)式機(jī)時(shí)代。90 年代改進(jìn)后的微軟 Windows 視窗操作系統(tǒng)大獲成功，引發(fā)計(jì)算機(jī)革命，使個(gè)人電成為計(jì)算機(jī)世界的新中心 。全球半導(dǎo)體銷售額在此期間 CAGR 達(dá)到 15.6%，繼續(xù)保持高速增長(zhǎng)。

4）2001 年至 2008 年，功能手機(jī)和筆記本電 時(shí)代。 2000 年科技互 網(wǎng)后，半導(dǎo)體銷售額從 2000 年的 2011 億美元收縮至 2002 年的 1383 億美元，下跌幅度達(dá) 31.2%。此后功能手機(jī)、筆記本電 、 MP3 等消費(fèi)電子產(chǎn)品的興起帶動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)逐漸復(fù)蘇回暖，該階段半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)增速約為 8.2%。

5）2009 年至 2014 年，智能手機(jī)時(shí)代。這一階段，蘋果發(fā)明智能手機(jī)，疊加全球 3G/4G 網(wǎng)絡(luò)接替升級(jí)，移動(dòng)互 網(wǎng)步入高速時(shí)代、接入流量快速增長(zhǎng)，半導(dǎo)體產(chǎn)品充分受益下游消費(fèi)電子和通信設(shè)備需求，年均成長(zhǎng) 8.7%。

6）2015 年至今，5G 網(wǎng)絡(luò)更新?lián)Q代，物 網(wǎng)與人工智能技術(shù)推動(dòng)智能手機(jī)以外的下游應(yīng)用場(chǎng)景不斷涌現(xiàn)，汽車智能化、電動(dòng)化推動(dòng)半導(dǎo)體用量不斷提升。2015年至 2022 年，全球半導(dǎo)體銷售額 CAGR 約為 8.1%。

四、中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程

中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)起步于20世紀(jì)50年代，期間經(jīng)歷過(guò)萌芽與探索階段（1965-1980年）、引進(jìn)提高階段（1981-1989年）、重點(diǎn)建設(shè)階段（1990-1999）、政策支持及引導(dǎo)階段（2000至今）四個(gè)發(fā)展階段。中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程可得出以下幾個(gè)關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)：

1956年，國(guó)家提出“向科學(xué)進(jìn)軍”的口號(hào)。在1956-1967年十二年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃中，把半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化和電子學(xué)這四個(gè)在國(guó)際上發(fā)展迅速而國(guó)內(nèi)急需發(fā)展的高新技術(shù)列為四大緊急措施。在“重點(diǎn)發(fā)展、迎頭趕上”和“以任務(wù)帶學(xué)科”的方針指引下，我國(guó)半導(dǎo)體事業(yè)從無(wú)到有，有了長(zhǎng)足的進(jìn)展。

1965-1980年，是中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)萌芽與探索發(fā)展階段。1968年，上海無(wú)線電十四廠首次制成PMOS電路。1970年代永川半導(dǎo)體研究所、上無(wú)十四廠和國(guó)營(yíng)東光電工廠相繼成功研制NMOS電路，之后又研制成CMOS電路。1972年，我國(guó)自主研制的PMOS大規(guī)模集成電路在永川半導(dǎo)體研究所誕生，實(shí)現(xiàn)從中小集成電路發(fā)展到大規(guī)模集成電路的跨越。1975年，王陽(yáng)元在北京大學(xué)設(shè)計(jì)出第一批1K DRAM，比英特爾晚5年。1978年，王守武帶領(lǐng)徐秋霞等人在中科院半導(dǎo)體所成功研制4K DRAM，次年量產(chǎn)成功，比美國(guó)人晚了6年。1980年，王守武兼任109廠廠長(zhǎng)，并在這里組裝了我國(guó)第一條中、大規(guī)模集成電路生產(chǎn)線。

1981-1989年，通過(guò)大量引進(jìn)國(guó)際技術(shù)，產(chǎn)業(yè)進(jìn)入全面復(fù)蘇提高階段。在這個(gè)階段，中國(guó)開始引進(jìn)外資技術(shù)，和中國(guó)的工廠合作建設(shè)。上海貝嶺，上海先進(jìn)半導(dǎo)體以及華晶電子集團(tuán)都是在這個(gè)階段通過(guò)中外合資的方式建立起來(lái)的。由于外資的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)備的引入，在這個(gè)階段，雖然技術(shù)實(shí)力還是非常薄弱，但中國(guó)的集成電路產(chǎn)業(yè)得到全面的復(fù)蘇和提高。

1990-1999年 “908工程”“909工程”重點(diǎn)建設(shè)階段。“908工程“是指國(guó)家發(fā)展微電子產(chǎn)業(yè)90年代的第八個(gè)五年計(jì)劃，“909工程”是指第九個(gè)五年計(jì)劃。兩大工程的主體企業(yè)分別是無(wú)錫華晶和上海華虹。在這個(gè)階段，中國(guó)的集成電路產(chǎn)業(yè)加速了和外資企業(yè)的合作，國(guó)家強(qiáng)勢(shì)扶持，主要的發(fā)展成績(jī)是晶圓廠的建設(shè)和發(fā)展，今天中國(guó)的幾大晶圓廠：無(wú)錫華潤(rùn)上華、上海華虹、中芯國(guó)際都是在這個(gè)階段先后建設(shè)起來(lái)的。

2000年以后，國(guó)家引導(dǎo)及政策支持力度加大，產(chǎn)業(yè)進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期。2000年6月，國(guó)家發(fā)布“18號(hào)文件”《鼓勵(lì)軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策》，彰顯國(guó)家的重視和支持。受此支持，國(guó)際廠商紛紛進(jìn)駐中國(guó)，同時(shí)大量海外有技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的華人回國(guó)創(chuàng)辦IC設(shè)計(jì)公司，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入快車道。2014年政府決定要把集成電路設(shè)立為國(guó)家戰(zhàn)略，成立領(lǐng)導(dǎo)小組和國(guó)家級(jí)的集成電路產(chǎn)業(yè)基金（大基金），集成電路發(fā)展從此進(jìn)入新階段。半導(dǎo)體發(fā)展成為熱點(diǎn)，國(guó)家支持下各領(lǐng)域均有突破。

五、中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

近年來(lái)，由于美國(guó)對(duì)中國(guó)半導(dǎo)體制裁加劇，中國(guó)在半導(dǎo)體領(lǐng)域面臨更加嚴(yán)峻的局面。為了應(yīng)對(duì)這種情況，中國(guó)在半導(dǎo)體領(lǐng)域?qū)嵤┝硕囗?xiàng)扶持政策，例如財(cái)政補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠、技術(shù)創(chuàng)新支持等，以促進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。其中，最重要的一環(huán)是加大對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的投資，提高半導(dǎo)體自主可控水平。

根據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)組織的數(shù)據(jù)，中國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)銷售規(guī)模從2014年的913.75以美元增長(zhǎng)至2022年的1803億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為8.86%。隨著消費(fèi)升級(jí)、信息技術(shù)的進(jìn)步，中國(guó)對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)品需求不斷擴(kuò)大，逐步成長(zhǎng)為全球最大的半導(dǎo)體市場(chǎng)，2022年中國(guó)半導(dǎo)體銷售額占全球比例高達(dá)31.5%。

技術(shù)水平：中國(guó)在半導(dǎo)體技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)展。尤其是在5G通信芯片、人工智能芯片、汽車芯片等領(lǐng)域，中國(guó)企業(yè)已經(jīng)取得一系列突破。例如，華為的麒麟芯片、海思的Kirin芯片、紫光展銳的手機(jī)芯片、寒武紀(jì)的AI芯片等都受到國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的認(rèn)可。然而，需要指出的是，與全球一些領(lǐng)先半導(dǎo)體企業(yè)相比，中國(guó)在高端制程和核心技術(shù)方面仍有一定差距，對(duì)于一些先進(jìn)工藝仍然依賴進(jìn)口。因此，技術(shù)水平提升仍然是中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的重要任務(wù)。

中國(guó)集成電路仍以進(jìn)口為主，國(guó)產(chǎn)替代空間巨大。根據(jù)中國(guó)海關(guān)總署數(shù)據(jù)，2022年中國(guó)進(jìn)口的芯片總量為5384億個(gè)，同比下降15.3%；進(jìn)口金額4156億美元，同比下降4%。2019-2022年，我國(guó)集成電路進(jìn)口數(shù)量約為出口數(shù)量2倍，進(jìn)口金額約為出口金額3倍，總體仍高度依賴進(jìn)口。

國(guó)際制裁將進(jìn)一步刺激國(guó)產(chǎn)替代需求。美國(guó) BIS于2022年10月7日出臺(tái)管制新規(guī)，管制措施適用于將美國(guó)設(shè)備或零部件出口到中國(guó)國(guó)內(nèi)的特定先進(jìn)邏輯或存儲(chǔ)芯片晶圓廠。日本政府、荷蘭政府相繼于 2023 年 5 月 23 日、6 月 30 日發(fā)布半導(dǎo)體相關(guān)出口管制措施，政策將分別于 7 月 23 日、9 月 1 日正式實(shí)施。三國(guó)出口管制主要壓制中國(guó)大陸半導(dǎo)體制造環(huán)節(jié)未來(lái)技術(shù)節(jié)點(diǎn)升級(jí)。對(duì)于國(guó)內(nèi)而言，科技突圍有賴于國(guó)內(nèi)全產(chǎn)業(yè)鏈的配合協(xié)同，時(shí)下短板和競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)越來(lái)越聚焦上游的設(shè)備、零部件、材料等環(huán)節(jié)，此領(lǐng)域具有極大的內(nèi)生替代動(dòng)力。

六、產(chǎn)業(yè)前景

未來(lái)幾年 5G、人工智能、VR/AR、智能網(wǎng) 汽車、物 網(wǎng)等各類新興領(lǐng)域仍將給電子產(chǎn)品市場(chǎng)帶來(lái)廣闊的長(zhǎng)期增量空間，而作為電子設(shè)備“大 ”和“心臟”的半導(dǎo)體產(chǎn)品預(yù)計(jì)保持一定的增速。因此預(yù)計(jì)半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)有望在經(jīng)歷2023年的調(diào)整之后，在2024年出現(xiàn)復(fù)蘇反彈。目前全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入成熟期，海外半導(dǎo)體巨頭漸進(jìn)式成長(zhǎng)，但中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)由于國(guó)產(chǎn)替代的需求，仍將保持快速成長(zhǎng)。

七、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈全景圖

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈具體包括上游半導(dǎo)體原材料與設(shè)備供應(yīng)、中游半導(dǎo)體產(chǎn)品制造和下游應(yīng)用。其中，半導(dǎo)體材料處于上游供應(yīng)環(huán)節(jié)，材料品類繁多，按制造流程可細(xì)分為前端制造材料和后端封裝材料。半導(dǎo)體設(shè)備，即在芯片制造和封測(cè)流程中應(yīng)用到的設(shè)備，廣義上也包括生產(chǎn)半導(dǎo)體原材料所需的機(jī)器設(shè)備。在整個(gè)芯片制造和封測(cè)過(guò)程中，會(huì)經(jīng)過(guò)上千道加工工序，涉及到的設(shè)備種類大體有九大類，細(xì)分又可以劃出百種不同的機(jī)臺(tái)，占比較大市場(chǎng)份額的主要有：光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、薄膜沉積設(shè)備、離子注入機(jī)、測(cè)試機(jī)、分選機(jī)、探針臺(tái)等。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)下游應(yīng)用領(lǐng)域包括網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、工業(yè)控制、汽車電子等。

半導(dǎo)體上游原材料中硅片代表企業(yè)有中環(huán)股份、SK海力士、環(huán)球晶圓等，光刻膠企業(yè)有晶瑞股份、陶氏化學(xué)、科華微電子、旭成化等;封裝材料有陶氏杜邦、宏昌電子等。工藝制造設(shè)備企業(yè)有應(yīng)用材料、日立高新、上海微電子等;檢測(cè)設(shè)備企業(yè)有長(zhǎng)川科技、泰瑞達(dá)、上海中藝、東電電子、東京精密等。中游半導(dǎo)體制造中半導(dǎo)體設(shè)計(jì)代表企業(yè)有中興微電子、紫光國(guó)微、華為海思等;半導(dǎo)體制造代表企業(yè)有臺(tái)積電、中芯國(guó)際、華潤(rùn)微電子、聯(lián)華電子等。下游半導(dǎo)體可應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)通信、消費(fèi)電子、汽車電子和工業(yè)控制等領(lǐng)域。

以下將分多個(gè)系列文章，解讀半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的各個(gè)環(huán)節(jié)。