绝缘栅

芯片设计IC行业深度报告精选赛道获双重红

发布时间:2022/9/24 20:57:08   

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1、中美贸易摩擦背景下,本土芯片产品公司自强不息

1.1美方实施科技霸权政策,“逆全球化”愈演愈烈(略)

1.2国内市场需求大,但自给率较低

中国半导体市场需求量大,约占全球半导体市场的1/3。伴随着中国经济的快速发展,在以手机、PC、可穿戴设备为代表的消费电子,以及以物联网、可穿戴设备、云计算、大数据、新能源、医疗、安防等新兴应用领域的快速推动下,国内的半导体市场需求旺盛。美国半导体产业协会数据显示,中国半导体销售额占全球比例约1/3,已成为球半导体需求市场的重要组成部分。

面对中国市场的广大需求,国内企业规模却普遍偏小。根据ICInsight,年1季度十大半导体公司中,绝大多数为美国企业,亦有部分来自于韩国或台湾。中国大陆的企业中,仅华为海思的营收规模挤进了前十的行列,且海思在去年同期这一排名仅为15名。除海思之外,国内其他半导体企业的规模则处于较小的状态,与中国广大的市场需求不匹配。

除企业规模之外,集成电路的进出口数据更能体现国内自给率偏低。根据海关总署数据显示,年中国集成电路出口额为亿美元,而进口额为亿美元,出口额仅为进口额的1/3,贸易逆差超过亿美元。虽从历年数据趋势来看,此比例呈现出上升的趋势,但这数额巨大的贸易逆差显示,国内集成电路行业的国产替代仍有广阔的市场空间。

1.3本土IC设计亟待成长,精选赛道享双重红利

半导体行业的分工环节主要包括设计、制造和封测。部分企业采用IDM模式,即公司可自行完成从设计到封测的所有环节;部分企业专注于单独一个环节,即Fabless(无工厂芯片供应商)+Foundry(代工厂)+OSAT(委外封测代工)模式。

半导体设计企业是半导体行业中极其重要的一环。如前述表1所述,全球前十的半导体企业中,除部分IDM模式的企业之外,其余多数均为Fabless模式,此现象也说明了设计类企业在半导体行业中的重要地位。近来,华为被美国进一步制裁的事件将半导体国产替代这一话题提上风口。芯片设计作为半导体行业中极其重要的一环,是国产替代的重要组成部分。

中国IC设计企业规模普遍偏小,成长空间巨大。如下表所示(此排名仅统计公开财报十大厂商,因此海思不在此统计范围内,按营收规模计算,海思排名应处于4-5位),中国大陆尚未有公司挤进全球前10大芯片设计厂商的排名之中。说明了除海思外,中国大陆的设计类公司规模都偏小,仍有很大的进步空间。随着华为被制裁,将刺激更多的国内下游企业选择本土供应商,在提高自给率的过程中,必然有一批企业逐步成长,从小规模逐渐成长为中、大规模的企业,从而为投资者带来投资机会。

根据不同的下游应用,不同半导体设计公司产品的形态与功能各不相同,因此半导体设计公司可大致按照半导体产品的类型进行分类:分为分立器件、集成电路、光电器件和传感器等,其中集成电路又分为模拟电路和数字电路,其中数字电路包括微器件、存储器和逻辑电路等。

不同的半导体设计企业,在面对不用的下游应用时将有完全截然不同的发展前景,因此精选赛道至关重要。以美国公司为例,过去十年是智能移动通信的黄金十年,不同行业的龙头公司发展速度各不相同:

定位手机处理器芯片和射频芯片的高通、Skyworks分布取得了1倍和3.5倍的增长;定位通讯芯片的博通取得11倍增长;定位存储芯片的美光取得4倍增长;相对而言,定位FPGA,模拟芯片的赛灵思和TI则相对速度慢了很多。因此,同样作为后进者,在赶超先进企业的过程中,若能卡位具有良好发展前景的行业,如功率半导体、模拟器件以及Wi-Fi、指纹识别、音频等消费类芯片领域,国内的龙头公司更有希望在下游快速发展的过程中实现弯道超车,享受国产替代和市场发展的双重红利。

2.功率器件,国内企业大有可为

在各赛道中,我们首先看好国产功率半导体厂商的国产替代效应。在下游应用领域对功率半导体需求不断增加的推动下,功率半导体市场空间将呈现稳定快速的增长,这为国内功率半导体企业的发展提供了很好的机会。虽然国产厂商整体处于相对落后的位置,但我们也应看到,在各个细分领域,均存在具备相对优势的国内功率半导体企业。如刚收购了安世半导体的闻泰科技在MOSFET领域已经具备了和国际巨头企业竞争的实力;斯达半导作为国内IGBT领军企业,也已经进入到了该领域全球前十的行列;以及新洁能,在MOSFET和IGBT领域同样具有不可小觑的实力。在当前国产替代的大背景之下,国内功率半导体相关企业将大有可为。

2.1功率半导体:电力电子设备的核心器件

半导体功率器件:即电力电子器件,简单来说就是用于改变电气设备中的电压、电流和频率,实现交直流之间的转换的电子器件,可以使得电气设备得到最佳的电能供给并高效、安全、经济地运行,是电子电力变换装置的核心器件之一。

按照器件能够被控制信号控制的程度,半导体功率器件可以分为全控型器件(如晶闸管)、半控型器件(如IGBT)和不可控器件(如电力二极管);

按照是否有进行集成或封装,半导体功率器件可分为功率模组、功率IC和分立器件三大类。其中,功率模组是将多个分立半导体功率器件进行模块化封装;功率IC是将分立半导体功率器件与外围电路进行集成;而分立半导体功率器件正是前两者的核心。

常用的半导体功率器件有:功率二极管、晶闸管、IGBT、MOSFET等,下面分别对这些器件做简要介绍。

功率二极管是电力电子线路中最基本的组成单元,结构简单,在电路中起到稳压、整流、开关和逆变的作用,用到最多的有肖特基二极管SBD和快恢复二极管FRD。

绝缘栅双极型晶体管IGBT是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和BJT的低导通压降两方面优点。IGBT是一种新型的电力电子器件,是工业控制和自动化领域的核心元器件。

晶闸管SCR又称可控硅,是一种大功率电器元件,它具有体积小、效率高、寿命长的优点,在自动控制系统中可以作为大功率设备的驱动器件。

MOSFET即金属氧化物半导体场效应晶体管,MOSFET功率器件是电能转换和控制的核心半导体器件,具有速度快、功耗低等优点。

2.2市场规模稳步上升,发展潜力巨大

半导体功率器件市场规模高达数百亿美元。根据IHS的数据,年全球功率半导体市场规模达到亿美元,同比年增长3.3%,预计年市场规模将达到亿美元。年中国的功率半导体市场占全球功率半导体市场35.9%的份额,达到.8亿美元,同比年增长4.3%,年市场规模有望达到亿美元。

半导体功率器件应用广泛,几乎应用于一切电子领域,包括工业、4C(计算机、通信、汽车电子、消费电子)、航天军工等传统产业领域,以及轨道交通、新能源、智能电网、新能源汽车/充电桩等新兴产业领域。随着功率半导体器件性能的提高以及各产品追求低功耗和高能效比,光伏、智能电网、新能源汽车、5G通讯等热点应用领域将推动功率半导体行业的稳定发展,使得下游市场结构进一步优化。

在全球功率半导体市场中,用于工业控制的比重高达34%,其次是汽车和通信领域各占23%,消费电子占20%的市场份额。近年来,功率半导体的应用领域已经扩展到了新能源、轨道交通、智能电网、变频家电等市场,且由于这些市场需求的持续扩张,功率半导体市场规模将呈现稳步增长的趋势。

工业控制和轨道交通领域带来功率半导体市场的稳步增长

工控领域是功率半导体最大的市场,数控机床、牵引机等电机对半导体功率器件需求较大,这一领域中主要使用的是IGBT。随着中国制造业的不断升级和自动化进程的推进,工业的生产制造、物流等流程改造对电机的需求将不断增大,工业IGBT市场需求必然呈现稳步增长的态势。

轨道交通领域,在短时间内将机车从时速为零提升至几百公里的过程中,必须确保所有电力设备需要的电压、电流精准可靠,必须使用IGBT等功率器件。随着我国基础设施建设和城市建设的稳步推进,功率半导体的市场需求必然有所增长。中商产业研究院数据显示,年全球工业功率半导体市场规模有望达到亿美元,以年全球工业功率半导体市场90亿美元的规模为基准,年复合增长率为8.56%,前景广阔。

新能源汽车促进功率半导体市场的大幅增长

目前新能源汽车正处于推广与普及阶段,在功率半导体需求方面,新能源汽车是传统汽车的五倍多,另外,和新能源汽车相配套的充电桩对功率半导体特别是IGBT芯片和MOSFET芯片的需求量也十分庞大。

我国新能源汽车销售占全球份额的一半以上,年和年我国新能源汽车销量均超过万台,中国产业信息网预计今年我国新能源汽车销量有望突破万台,同时我国充电桩数目将达到万个。新能源汽车市场需求的大幅增长将为功率半导体市场提供强大的驱动力量。

新能源和智能电网推动功率半导体发展

随着人类对环境的重视,发展新能源逐渐成为各国共识。太阳能、风能等新能源发电过程中产生的不稳定的直流电,需要先经过晶闸管、MOSFET、IGBT等功率半导体器件的变换,之后才能入网传输。在进入家庭之前,需要将高压电降至家用电压,这个过程中功率半导体是不可或缺的关键器件。

智能电网具备可靠、自愈、经济、兼容、集成和安全等特点,目前尚处于起步阶段,未来发展空间巨大。大功率半导体器件作为智能电网的核心部件,可以增强电网的灵活性与可靠性,使得智能电网实现电力高效节能的传输。我们认为,新能源市场的快速发展和智能电网建设的推进将催生出对功率半导体需求的稳步增长。

5G通信成为功率半导体市场的增长动力

通讯行业也是功率半导体行业的一大终端市场,常规应用包括通信基站、交换机、光端机、路由器等。5G基站等设备建设和5G手机的普及必然刺激更多功率半导体的需求,其中既包括电源管理IC需求的增加,也包括对功率MOSFET构成的射频器件需求的大量提升。根据中国产业信息研究院的数据,年通讯功率半导体市场规模59.39亿美元,预计到年市场规模将增长近20%上升到70.81亿美元。当前5G正处于建设和商用普及的阶段,这将成为通讯功率半导体市场最重要的推动力量。

消费电子和变频家电提升功率半导体需求

消费类电子也是功率半导体器件应用的重要领域。除手机外,电视机、冰箱、空调、微波炉等产品都需要使用功率半导体,一般是小电压的功率半导体,如MOSFET等。而在变频家电领域,功率半导体更是实现变频技术的核心器件,变频技术通过使用晶闸管、IGBT和MOSFET等功率半导体器件实现对电能的变换和控制。相比于传统白色家电,变频家电不仅高效节能,还能实现精准控制等多样化功能。近年来,变频家电的普及率显著提升,根据IHS数据统计,年家用功率半导体市场规模有望从年的14.4亿美元增长至26.68亿美元,复合增长率将达到16.5%。故而家用电器的变频化必然也将推动家用领域功率半导体的发展。

2.3功率半导体行业集中度高,我国企业整体实力尚显不足

功率半导体器件是一个高度集中的行业,技术壁垒、资金壁垒、客户壁垒、人才壁垒都很高,欧美日龙头厂商在整个功率半导体领域占据领导地位。这些功率半导体厂商大多采用IDM模式,有完整的晶圆厂、芯片制造厂和封装厂,形成了十分明显的垂直整合优势,实力强劲。

在全球功率半导体器件产地分布中,不同国家、地区的技术水平与市场地位也有着显著的差距:

欧美日国家和地区的企业长期占据全球70%的市场份额。这些国家和地区的企业是全球功率半导体器件的主要供应方,主导着全球功率半导体技术和市场的走向。

其次是我国台湾地区,台湾地区的功率半导体从代工厂做起,目前来看技术水平相较于欧、美、日仍有一定差距,大约占据全球10%的市场份额。

最后是中国大陆,我国处于功率半导体器件供应链的相对末端,产品以二极管、晶闸管、低压MOSFET等低功率半导体器件为主,90%的器件和设备都需要从国外进口。我国大陆企业目前尚处于追赶阶段,整体实力相对较弱,大约占据全球市场份额的10%。

虽然我国功率半导体企业与国际头部公司之间还存在较大差距,但同时应该注意到,在某些细分领域,我国企业也具有相当的竞争力:

MOSFET市场集中度高,我国企业亦参与角逐

据Yole统计,年全球功率MOSFET市场规模为62.59亿美元。未来几年内,由于下游计算机、消费电子等行业的带动,功率MOSFET市场规模将保持稳步增长的态势。在全球竞争格局中,功率MOSFET的市场份额几乎集中在国际大厂手中,仅英飞凌、安森美和瑞萨三家企业的市场份额就接近50%。被A股上市公司闻泰科技收购的安世半导体,占据全球MOSFET市场4%的份额,是这一领域重要的参与者之一。

年我国MOSFET市场规模为27.92亿美元,占据全球市场规模的36.8%。IHS数据显示,我国功率MOSFET供应商中排名靠前的依次是英飞凌、安森美、瑞萨等国际巨头厂商,但明显可以看到国内厂商华润微电子也是MOSFET领域的重要玩家。

IGBT市场集中度高,垄断逐渐被打破

年全球IGBT市场规模约为58.36亿美元,市场份额大部分集中在几大厂商手中。在全球竞争市场之中,仅英飞凌、三菱、富士电机这三家企业就占据全部市场份额的50%以上。

国内市场上,年IGBT市场规模将近亿元,同比年增长21.7%。市场占有率方面,国际巨头占据着我国IGBT市场很高的份额。

随着近几年国内企业持续的研发投入,我国IGBT技术发展取得不错的进步,国外厂商垄断状况有所打破。IHS数据显示,年全球IGBT模块市场供应商排名中,我国斯达半导进入到了全球前十的行列。此外,我国比亚迪、华润上华等企业也在IGBT领域取得不错进展。

功率二极管市场集中度低,有望率先实现国产替代

功率二极管占全球功率半导体市场规模的20%左右,市场格局相对较为分散:瑞萨是全球最大的功率二极管供应商,占据约10%的市场份额,排名前五的厂商总共占据了全球28%的市场份额,可见功率二极管的市场集中度较IGBT和MOSFET要低得多。此外,由于功率二极管门槛和利润率都比较低,国际大厂逐渐放弃这一市场,导致产能向中国转移。目前,我国功率二极管的出口数量已经超过进口数量,这一细分领域有望率先实现国产替代。

综合来看,我国功率半导体企业与国际头部公司之间确实还存在着较大差距,整体实力尚显不足。但随着近年来持续的研发投入,我国功率半导体企业也取得了一定程度上的技术进步。在各细分领域,都存在具有相对竞争优势的企业。在国产替代的大背景下,叠加政策扶持、资金支持以及我国功率半导体市场空间广阔等多重利好因素,未来我国功率半导体企业将享有很大的成长空间。

3.受益5G驱动,射频前端市场快速增长

如果说年是5G的元年,那么年将是5G快速发展与提高渗透率的一年。5G的快速发展将给诸多领域带来投资机会,射频前端作为4G向5G转变的过程中价值量显著提高的元器件,将优先受益于5G时代的来临。射频前端中,市场主要由欧美以及日本的厂商占据领先地位,国产厂商在部分领域如低噪声放大器和射频开关已经处于不输于人的状态,但功率放大器和滤波器还有一定程度的追赶空间。在5G推进的过程中,以及国产替代的推动下,处于此赛道的国产厂商将同时享受市场空间和市场份额扩大的双重红利。

3.1受益于5G发展,射频前端价值量显著提升

射频前端是移动通信系统的核心组件,主要起到收发射频信号的作用,包括功率放大器(PA)、双工器(Duplexer和Diplexer)、射频开关(Switch)、滤波器(Filter)和低噪放大器(LNA)五个部分。射频器件是无线连接的核心,凡是需要无线连接的地方必备射频器件。

据Yole数据估计,射频前端器件中,价值量占比最高的是滤波器,其次是功率放大器,占比分别约为总价值量的1/2和1/3。其余器件包括开关、低噪声放大器等,合计占比约15%。

5G手机的射频前端价值量将显著提升。在通讯技术升级换代的过程中,每一代升级都要保证技术和应用性能能够向后兼容,也就是说新一代的手机需要适配更多的频段。智能手机每增加一个频段,都需要增加额外的射频器件与之匹配。5G相对于4G,无论是滤波器、功率放大器、还是射频开关、低噪声放大器,数量都会大量增加。此外,5G信号使用的频率更高,支持更高频率的射频器件的技术难度更高,其价值量也会更高。所以在5G时代,量价齐升将成为射频前端市场规模变大的主要原因。

根据Yole数据估计,年射频前端总体规模预计约亿美元,-年的复合增长率为14%。其中功率放大器PA到年的规模为70亿美元,-年的复合增长率为7%;滤波器的市场规模在年将达到亿美元,复合增长率高达19%。

3.2国外占据大部分市场,国内厂商替代空间巨大

3.2.1滤波器

滤波器是射频前端芯片占营收比例最高的部件,包括声表面滤波器(SAW,SurfaceAcousticWave)、体声波滤波器(BAW,BulkAcousticWave),SAW和BAW滤波器是目前手机应用的主流滤波器,简要介绍如下:

SAW主要应用于低频段,在4G时代及以前是应用最广泛的滤波器。市场的领先者主要是村田Murata、TDK、太阳诱电TAIYOYUDEN、Skyworks、Qorvo,五家合计占据全球约95%份额;

BAW主要应用于2.5GHz-6GHz的高频段。由于5G主要采用2.5GHz以上的频段,因此BAW将在5G时代逐渐成为主流的滤波器。BAW市场由Broad

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