【理事原创】董道航——半导体发展迎来“芯”机遇

青年投资家俱乐部2020-01-15 14:22:45



作者:董道航 

董道航,广东外语外贸大学金融硕士,应用物理学学士,和君商学院A6毕业生,现任博正资本(渤海证券直投公司)高级投资经理,跟踪研究与尽调TMT企业百余家,在TMT集成电路与信息电子领域积累较多产业资源,主导及参与推动多个项目尽调投决与并购。加入博正资本前,曾先后工作于申万宏源证券投行部、国家中小企业发展基金(深创投),期间参与完成广州期货等三板项目挂牌及东微半导体等多个IC信息项目投资。



半导体引领第三次工业革命

半导体应用自1947年发明以来,在该领域创造了6次诺贝尔奖,并迅速应用在各行各业。半导体技术的蓬勃发展奠定了以工业自动控制、计算机、网络信息化为代表的第三次工业革命。整个发展历程,经历了从电子管到晶体管再到超大规模集成电路的跨越式发展,追溯历史第一台电子计算机ENIAC计算能力仅为5000次/秒,如今高通骁龙CPU计算能力达到100亿次/秒,运算速度增加200万倍。


半导体产业价值链

半导体主要由四成部分组成:集成电路(约81%), 光电器件(约10%),分立器件(约6%),传感器(约3%),因此通常将半导体和集成电路等价。集成电路按照产品种类又主要分为四类:逻辑器件(约27%),存储器(约23%),微处理器(约17%),模拟器件(约14%)。

在整个半导体产业链中,IDM模式与Fabless两种模式共存,产业链包括设计、制造、封测等环节。IC设计类企业以贴近市场用户需求为起点,辅助以上游设备、材料等基础性环节支撑,经历制造与封装,为市场提供多样化产品。


在整个半导体产业链分布中,封测附加值相对较低,而IC设计制造、材料设备呈现较高附加值,整个产业链利润分配格局呈现两端高、中间低的微笑曲线分布。

IC设计:将客户要求转化为有逻辑的电路规划图,主要可分为前段设计(逻辑设计)和后段设计(物理设计):前段设计是将客户的实际需求进行编码翻译成实际电路的元器件,并用门级网表示的过程;后段设计主要是完成布局布线,以及进行各类检测测试,使得最终生成可以送交晶圆厂流片的GDS2文件的过程。

IC制造:核心环节,所用设备种类最多。对单晶裸片进行初步加工得到晶圆,接下来将光罩上的电路图刻蚀到晶圆上,这些工序都是由晶圆代工厂完成的。主要包括扩散、薄膜生长、光刻、刻蚀、离子注入、抛光等工序,对应设备主要有扩散炉、CVD/PVD设备、清洗设备、氧化炉、光刻机、刻蚀系统、离子注入机、抛光机等。

IC封测:技术难度较低,国产设备率先实现突破。IC封测属于半导体制造的后道工艺,主要可分为背面减薄、贴膜、划片、装片、键合、塑封、电镀、退货、切筋成型和测试打印10个工序。IC封测阶段工艺相对于前道(IC设计)及中道(IC制造)而言技术难度较低,设备的技术壁垒相对而言也较低,我国有望在该领域率先实现突破。


半导体发展与趋势

从半导体产业链下游需求端的历史发展进程来看,先后经历了PC及大型机周期、笔记本家电周期、智能手机周期。进入2016年开始,随着汽车电子、IOT需求端的崛起,半导体产业已迎第四波繁荣周期。在此背景下,对于国内的半导体产业而言,面临如下发展趋势与机遇:包括行业景气开启景气周期、摩尔定律接近失效、产业链转移趋势形成、进口依赖倒逼国产化等特点。


1、半导体开启新景气周期

核心驱动因素:硅片供需失衡。2016-2018年供需失衡形成的剪刀差持续扩张,半导体硅片涨价对半导体芯片的价格传导、引发行业晶圆产能降阶抢夺,对整个半导体产业链传导作用意义深远。该失衡周期从2008年开始酝酿时间长达8年,并且从硅片涨价到传导半导体晶圆厂,从12寸蔓延到6寸,时间周期仅有3个月,剪刀差的开口扩张速率上行迅猛。

国内设备生产线投资加快:2017-2019年中国大陆地区建设的12寸产线将极大的推动半导体的投资,经统计中国国内计划在建的产线,总计将有接近600亿美金的投入。

 

2、摩尔定律接近失效

摩尔定律指出当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升1倍。换言之,每1美元所能买到的电脑性能,将每隔18-24个月翻1倍以上,这一定律揭示了信息技术进步的速度。

摩尔定律致使先进进程竞赛放缓,国内半导体产业有望缩小差距。半导体制造工艺开始进入28nm之后,企业的制造成本下降趋势已不在明显。随着制造工艺逼近5-3nm进程,半导体将进入脱离传统的电子运动理论,转而进入量子状态,摩尔定律的物理极限受到挑战。由此导致的先进进程竞赛速度放缓,中国有望抓住机遇缩小与领先者的距离。

 

3、产业链转移趋势已成

半导体产业起源于美国,现向中国大陆转移是大势所趋。全球半导体格局在发展中变化,全球半导体供给格局随着行业发展而不断演变,半导体行业20 世纪50 年代起源于美国,随后拓展到欧洲,80 年代日本实现赶超,90 年代韩国和台湾实现崛起,21 世纪后大陆行业开始发展,形成欧美日韩台湾大陆的格局。

 

4、行业进口依赖倒逼国产化

中国作为全球半导体核心市场对半导体存在巨大需求,但进口依赖过重。根据IC insights的数据,2015 年国内的半导体自给率仅为13.5%左右,半导体器件成为大陆进口额最大的产品。近年来,大陆地区的集成电路产品进口额不断攀升,全球半导体市场规模不足4000亿美元,其中中国大陆近4年进口额均超 2,000 亿美元,2016年集成电路进口额达到2270亿美金,但同比下降1.2%。



国家战略与意志

自2000年以来,政府对于集成电路产业的政府扶持力度不断加码,其中尤以2014年6月公信部公布的《国家集成电路产业发展推进纲要》足具历史代表性。《纲要》规划了发展目标、任务重点及各类保障措施,其中规划目标是到2020年集成电路产业总体销售额要达到8700亿,年均增速超20%,材料、设备、设计、封测等一批领域进入国际采购体系。随着政府的不断加码,中国资本开始在全球半导体产业领域,疯狂扫货。

 

我有钱

l 2014年10月,由国开金融、中国烟草、中国移动等15家企业投资的国家集成电路产业基金成立,首期募资1387亿元。随着首期基金投资在2017年基本投资完成,2018年4月公信部表示,国家大基金第二期已在募集中,预计规模将达到2000亿。

l 据中国半导体行业协会统计,2014年前,北京已设立资金规模人民币300亿元的半导体产业投资基金,同时包括上海、大连、天津、 南京、厦门、甘肃省、山东省亦计划设立扶植半导体产业相关基金。

l 2015年我国已建或在建的地方性集成电路投资基金总额已接近1400亿元,2016年各地集成电路产业基金合计超过2000亿。在国家政策的推动下,至2017年6月底配合国家大基金而成立的地方半导体产业投资基金已达到5145亿。

l 2016年以来,中国集成电路设计业迎来了最好的资本时代!据不完全统计,地方政府和各路资本方投入IC设计领域超过500亿元。从中央到地方,从企业到VC,涌现出汹涌澎湃的发展态势。

各地集成电路产业基金统计


买买买

l 截至2017年底,国家大基金(首期)成立已有效决策投资67个项目,承诺投资额为1188亿元,实际出资额为818亿元,分别占一期募资总额的86%和61%。投资项目覆盖了集成电路设计、制造、封装测试、装备、材料、生态建设等各环节,实现了产业链上的完整布局。

l 在政策推动下,中国半导体企业加速寻找并购对象。根据各类公开资料及私募股权并购交易记录统计,在2015-2016年全球并购浪潮中中国占据4.1%的份额,发生多起金额百亿以上的并购案例。

截至2017年10已完成的并购交易统计


截至2017年10月正在进行中的交易并购统计


 

买不到

2016年在半导体产业整并风潮中,几乎每桩M&A交易背后都有中国投资者的身影,或是化身总部在美国的私募股权业者幕后都有可追溯至中国的资金。但根据公开资料统计,在诸如涉及Marvell、Micron、Atme等公司交易中,尽管来自中国的出价者在过去两年的谈判中几乎都潜伏其中,但终因国外政府审核被迫终止的收购案例超过 10 起,其中就包括紫光集团 230 亿美元收购美光和 38 亿美元入股西部数据的M&A流产,世道凶险,钱路艰难!

欧美等国在除阻挠中国的半导体领域收购交易外,已升级对部分核心领域产品进行禁售。

l 2015年4月,美国商务部发布公告,认为中国天河二号系统和早先的天河1号A系统将被用于核爆炸模拟,且其使用了两款英特尔微处理器芯片,决定禁止向中国4家国家超级计算机中心出售“至强”(XEON)芯片。

l 2016年3月,美国商务部对中兴通讯施行“出口限制”的制裁,禁止美国供应商向中兴通讯出口任何货物。而限制令的理由是中兴涉嫌违反美国对伊朗的出口管制政策。同时,中兴通讯的光通信设备及手机端中绝大多数的核心芯片,如DSP、激光器、调制器、MCU、存储器等,大部分来自于美国供应商。

l 2018年4月16日,美国商务部宣布将禁止美国公司向中兴通讯销售零部件、商品、软件和技术 7 年,直到 2025年3月13日。美国对中兴的“二次制裁”事件充分暴露出半导体产业国产化的软肋。

 

自力更生

针对国外的产业技术封锁与围堵,中央政治局委员、国务院副总理、国家集成电路产业发展领导小组组长马凯表示:集成电路产业问题不解决,党无宁日!国无宁日!民无宁日!用毛泽东在《别了,司徒雷登》经典语录中所述:多少一点困难怕什么!封锁吧,封锁十年八年,中国的一切问题都解决了!国内产业在政策推动下,也取得了相应成绩。

l 半导体发展政策密集出台,半导体领域投资持续加速。据工业和信息化部统计 ,2016年我国集成电路固定资产投资额为880亿元,同比增长33.1%,占全球资本支出的18.7%,相较2011年增长超过2.9倍。

l 设计领域,中国大陆IC 设计公司已从2006 年的488 家暴增至 2016年的1362 家,年销售达1644.3亿元,同比增长24.1% ,全国超161家IC设计企业销售超1亿元,503家企业盈利,IC设计产值2016年超台湾。同时在人才、资本、市场的持续积累冲击下,海思、展讯入围国际IC设计商10强,在突破14nm技术壁垒后正积极向10nmm发起冲击。国内一批IC设计厂商如景嘉微、汇顶科技、兆易创新先后登陆资本市场。

l 制造领域,晶圆制造资本支出高,国内晶圆制造企业由于过往投入资金不足导致市场市场占有率下滑,国家大基金成立后投入巨资支持国内一批晶圆制造企业做强。2016年中国晶圆制造业增速达到 25.1%,中芯国际、华虹半导体入围国际半导体制造10强。

l 封测领域,2015 年底国内有一定规模的封测企业达 87 家,其中本土或内资控股企业为 29 家,国内企业总体业务中先进封装的占比已达到 40-50%。2016年装测试业销售额1564.3亿元,同比增长13%,随着长电科技(星科金朋)、富通微电( AMD封装)等产业链整合,及长电科技、通富微电、天水华天与晶圆代工线的战略联盟,中国集成电路封测产业已初具国际竞争力。


全球格局与中企跟踪

集成电路产业作为一个技术密集型、人才密集型和资金密集型产业。在国内大举推动集成电路产业发展的情况下,近年来国际资本也开始风起云涌,仔细追溯可以察觉如下特点:

l 半导体研发成本逐升,全球半导体迎并购高潮。据IC insights统计,2015-2016年全球半导体并购金额连续超1000亿美元,其中2015年高达1033亿美元,是历史最高纪录,较2014年增长511%,是2010-2014年间平均金额125亿美元的8倍之多。

l 美国厂商并购积极而中国并购受阻,IC设计领域成并购焦点。2015-2016 年并购案中,美国收购方最积极,占总数的51.8%,而中国仅占比4.1%。同时IC设计行业由于轻资产、且涉及较多知识产权和IP,成为并购的焦点,以45% 排名首位,其次为IDM 企业的并购,占比38.9%,知识产权IP 相关的并购案占比15.9% 排名第3。在2011-2016年间,Intel、高通、三星、Avago并购次数分别达44、30、30、9次。

 

2015-2017年半导体全球典型并购案

在上述背景下,考虑了并购整合的影响之后,深度追踪半导体产业各领域发展变化就显得极具价值。从2016年全球半导体厂商财务情况看,基于IDM模式的半导体厂商在全球展现出惊人的竞争优势,全球TOP10的半导体公司中IDM厂商占据7成,其中三星更是在2017年凭借在存储芯片领域的爆发超越intel,成为全球第一大半导体公司。而对比国际与国内其他产业环节的厂商,仅在封测领域国产厂商具备一定优势,在设计、设备、制造等领域差距较大。


2016年半导体产业各领域TOP10厂商国际VS国内


比较完国际国内半导体厂商后,再聚焦到已登陆资本市场的半导体企业,通过其最新公开财务数据,验证当前产业发展景气度。截至2017年底,本文综合统计了国内资本市场半导体领域包含了设备、材料、设计、封测、分立器件、分销等共计59家企业。国内A股半导体企业最大市值企业市值不超500亿,大部分企业市值在100亿以下。

A股公司梳理(59家)

根据A股半导体产业各上市公司2017年中报显示(受17年报迟滞影响),半导体各环节领域上市企业的营收及净利润增速明显。2017年中报行业整体板块营收增速超过40%,同时净利润增速超过50%,并且收入增速斜率明显陡于净利润增速斜率,凸显出了强劲的市场需求。与此同时,各产业领域平均毛利率超过40%,净利率超过15%,利润水平维持稳定。(数据来源:wind,样本数量59)

根据统计,从企业整体营收情况看,设备、封测及分立器件整体营收规模较材料、设计要大,也凸显出A股市场半导体公司在材料、设计等领域偏弱。同事从A股半导体领域的上市企业来看,从企业成立到登陆资本市场,平均时间周期超过10年,体现出了半导体企业需要足够长的时间积累和发展,这对于资金投入方提出了更为苛刻的要求。

投资领域:PE/VC重点关注投资领域

IC 设计:配套研发优势明显,大陆 IC 设计产业迎机遇

l 产业链分工的深化促成了现代半导体工业,20 世纪 50 年代的半导体公司都是一体化的模式,然后工具类业务包括EDA等逐渐独立,到 80 年代 IC 设计和晶圆制造分开的Foundry 模式应运而生,90 年代第三方独立IP商独立出来,21 世纪初第三方的封测厂规模不断壮大,经过半个多世纪发展,全球半导体产业形成目前EDA工具、IP 供应商、IC 设计、Foundry 厂、封测厂的高效、稳定的深度分工模式。

l 半导体产业链分工模式中,Foundry 模式的诞生尤为重要,由于晶圆厂超高的资金投入和折旧费用,Foundry模式能够最大可能提高产能利用率,不仅带来技术进步速度的加快,还可以使降低单位成本,发展非常迅速。

l 由于晶圆、封测、IP等产业链逐步配套完成,我国IC 设计行业发展非常迅速,是过去十年中占比提升最高的领域。2016IC设计年销售达1644.3亿元,同比增长24.1% ,是2006 年市场规模的10倍以上。

l 在半导体产业飞速发展的背后,IC 设计和制造一直在进行调整,IC 设计公司快速兴起。在IC 设计过程中,首先要进行规格制定,也就是根据下游产商的需求进行定制化的过程。定制化意味着优质的IC 设计公司将具备很高的业绩弹性,一旦某个细分领域需求增加,相关公司将会在短期获得大规模增长。

l 未来的应用终端具备长尾特性,应用领域更加广泛和发散,需求上具有少量多样的特点。这对于定制化服务的IC 设计厂商来说,具有更多崭露头角的机会,IC 设计公司只要能找到合适的客户和商机,即使是一个非常小的领域就足以让各家公司在营收和获利表现上迈上新的台阶。

 

投资关注领域

l 我国芯片设计公司目前在通信芯片、消费类芯片占比分别达到45%、21%,而在其他产业领域规模较小。计算机、功率芯片、模拟芯片、导航芯片领域外资厂商垄断明显,短期内要取得重大突破难度较大;但国产芯片公司在智能卡、多媒体相关领域有较大突破,格局已初步形成。(2016年数据)

l 结合产业变迁与技术发展路径,未来应用在军工与智能制造的模拟与功率芯片、以及通过依托国内产业链优势的消费类芯片等领域存在较大投资机会。

 

封测:自主研发+海外并购,大陆封测已全球领先

l 在《国家集成电路产业发展纲要》发布之后,我国家加快了集成电路产业的布局,封装测试作为集成电路产业链后端关键环节也获得了快速发展,2016年装测试业销售额1564.3亿元,同比增长13% ,是 2010 年的两倍以上。

l 封测行业在我国半导体行业占比最高,通过自主研发和并购,中国大陆封测市场迅速壮大,份额跃居全球第二,长电科技、通富微电、华天科技是国内封测前三的企业,其中长电“蛇吞象”收购星科金朋后一举成为全球第三大封测厂(日月光将和矽品合并),仅次于日月光和安靠,通富微电收购 AMD封测子公司之后也将成为全球封测厂商前十。

 

投资关注领域

l 存储封测

    存储器件是各行业必不可缺的核心元器件,存储器件占中国集成电路进口份额中的约30%,目前国内存储芯片产业基本空白,几乎100%依赖进口,基本被三星、海力士、东芝、美光所垄断。过去数年,国内部分企业曾尝试通过国际并购的方式进入存储器产业,但均以失败告终。

    2016年3月,总投资240亿美元的长江存储在武汉落地;2017年1月,紫光集团宣布将在南京投建设存储项目,总投资额达到300亿美元。国内各方在存储器产业上的频频操作,表现出国家对于加快发展存储器产业的决心以及企业对于发展存储器产业的信心。正值存储器技术更新之际,高端新技术的使用为国内厂商带来弯道超车的机会。

    存储器产业上游的大量资金投入,将带动全产业链的蓬勃发展,长电科技、富通微电等通过并购掌握中端封测技术的企业有望迎来新一轮增长。

l MEMS

    2015年全球MEMS器件市场规模达到165 亿美元,中国 MEMS 器件市场规模为308亿元人民币,占据全球市场的1/3。MEMS产品集中于加速度传感器、陀螺仪、磁力传感器和麦克风等,受益于汽车、智能手机、物联网、可穿戴设备等应用领域的快速扩张,中国MEMS器件市场平均增速约15-20%,市场增速高于IC市场。

    由于MEMS封装不仅具备普通IC封装的基本功能,还需给器件提供必要的工作环境和一定的活动空间,对封装的功能性要求更多。MEMS封装与IC封装最大的区别在于MEMS芯片需要感知外界,一般需要和外界进行信息交互,而IC恰好相反,其封装的主要作用是保护芯片不受外界影响。这两者往往相互冲突,也是MEMS封装成功与否的关键。

    正是MEMS器件对封装的特殊功能要求,大大增加了MEMS封装的难度和成本,同时,在MEMS产品的制造过程中,封装往往只能单个进行而不能大批量同时生产,因此MEMS封装成本占比远比普通IC封装成本高,可达整个MEMS成本的50-90%,少数甚至达到95%。

l 第三方测试

    传统集成电路产业链通常包括设计、 生产、封装测试三个重要环节。测试既是集成电路产业链中的一环,也是验证出厂的关键。早期的测试只是作为IC生产中的一个工序存在,被合并在制造或封装环节。由于芯片复杂度集成度较低,测试技术含量较低,封装测试多为劳动密集型,提供的附加价值较低。随着芯片集成度、复杂度日益增加,客户对集成电路品质的重视,集成电路测试正成为产业链中不可或缺的、专业化程度高、技术知识密集度高的独立环节。台湾地区业态发展充分显示了这一趋势。目前国内已涌现一批第三方专业测试公司,如江苏艾科、确安科技、华岭微电子、利扬芯片等。

 

分立器件:国产分立器件初显全球竞争力,进口替代正当时

  • 分立器件集中度分散,竞争格局稳定。分立器件包括半导体二极管、三极管、晶闸管、MOSFET、IGBT、整流桥、电容电阻及其他分立器件。从全球来看,英飞凌、TI、意法、美信等分立器件大企业占据市场主要位置,全球CR10=43%,相比于集成电路存储芯片等CR3>90%的占有率来看,分立器件领域垄断性较低,产业格局较稳定。

l 分立器件-进口替代正当时:中国在分立器件领域已经具备全球竞争能力,至 2008 年开始(抛去金融危机影响)中国分立器件的出口金额经连续 8 年超过进口;与之相对应的集成电路领域,虽然从 2012 年开始出口/进口金额有所提升,但仍维持在30%比例附近。我们的集成电路多数产品还很难在全球竞争中立足;最经典的一句推荐集成电路的话“我们每年进口的半导体金额比石油还多”。恰恰是在这种背景下,我们欣喜的发现,中国分立器件行业已经率先走到全球竞争的舞台。

新能源汽车-潜在增量空间

l 传统内燃机到新能源汽车升级,单台分立器件价值量提升5倍以上。据英飞凌统计,传统内燃机汽车单台分立器件用量仅 71 美金,而新能源汽车单台用量达到 387 美金。(此估算,还未包括充电桩的用量提升)

l 2016 年 10 月底,高通宣布以总价值约 470 亿美元,约合 3190 亿人民币,溢价 11.5%的价格收购NXP全部股权,全部以现金支付。由于博通收购高通未成功,如果中国政府对于这笔交易放行,这将是半导体历史上最大一次收购。 NXP是目前全球汽车半导体龙头公司,市场份额达到 14.3%,而高通在收购之前在汽车半导体的收入比例微乎其微,高通此次大幅度溢价并以超高现金的收购,明确了其未来将汽车电子放在最高产品级别的战略。

l 汽车是分立器件最大的应用领域(占比达到40%),主要厂商均有瞄准这个高端领域。在传统内燃机到新能源汽车升级,以及向智能汽车-无人驾驶汽车升级,分立器件行业具备强大爆发力。

l 我国现有的分立器件厂商产品较全球仍然较低端,主要集中在消费电子领域,汽车电子占比仅为15%,随着国内企业产品研发和创新能力的提升、品牌与信任度的提高、以及新能源汽车产业转移带来的产业链地域优势,未来国内汽车电子占比将会向全球市场靠拢。

 


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