2020最热投资主线：半导体全产业链一览（扫盲篇）

「在摩擦和科技对垒的大环境下，受国家大基金的全产业链战略投资扶持，和国产替代需求的推动，中国半导体产业迎来了投资与发展的黄金时期。
2020年初至今，半导体整体板块已上涨35%，而半导体ETF（现更名为芯片ETF）今日收盘再度涨停，年初至今收益率高达66.3%。
半导体已成为贯穿2019-2020最受资金热捧的科技投资主线。
」

I. 何为半导体:

半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，最常见的有硅、锗、砷化镓、氮化镓、碳化硅等。
其导电性可受控制的特性，可提升电子设备的计算能力，被广泛应用于集中电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明应用、大功率电源转换等多个领域。

半导体、集成电路、芯片的关系：

半导体是一种材料类别的统称。
用半导体材料（如硅）制成半导体元件，再经过设计和加工制成一系列精密电路的集合体，即集成电路IC (Integrated Circuit)。
而芯片则是内含单一或多种集成电路、由晶圆分割而成的硅片，是集成电路的载体。

半导体芯片是现代科技电子设备的核心，从产品类型上看，主要包括四个部分：集成电路、光电器件、分立器件、传感器，其中集成电路占比高达80%以上，是芯片最主要的组成。

因此，集成电路与芯片密不可分，几乎等同。
而当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路，故而三者在行业投资中常被互相指代。

II. 半导体行业模式与产业链环节：

→ 从IDM到Fabless-Foundry-OSAT模式

早期的半导体行业为 “垂直整合制造模式”，又称IDM（Integrated Device Manufacturer），既负责芯片设计研发，也承担芯片制造与下游应用和销售，如传统的半导体巨头英特尔、三星等。
随着行业发展和芯片的需求越来越广，由于半导体器件的制造需要耗资巨大的设备投入，且受上下游产业链供需关系影响，重资产叠加高风险，单一公司很难承包设计、制造到销售的全部环节，于是该行业衍生出了将设计与制造分离、各自集中化从事专业领域的 “垂直分工模式” --「Fabless-Foundry-OSAT模式」。

无厂半导体公司（Fabless）专注于芯片的电路设计，设计完成后交由晶圆代工厂（Foundry）制造，再外包给第三方封测公司（OSAT, 全称Outsourced Assembly And Test, 外包组装与测试）进行封装测试。
同时也存在IP核公司如ARM，完全专注于芯片设计，并将设计成果卖给其他公司，不参与芯片制造与成品销售。

如此，Fabless公司可以将精力和资金集中在集成电路的研发与设计上；Foundry晶圆代工企业可以同时为多个Fabless公司代工，以提高设备的利用率和规模化生产的效率，降低半导体生产成本，并研究提高制造的工艺、布局设备投入与更新；OSAT封测产业则为上游产业链提供封装和测试。
三个环节各司其职，各究其艺，共同推动半导体芯片的进步与发展。
而半导体材料和设备则贯穿整个生产流程，支撑芯片的研发与制造，从上游发掘更多可能。

由此，半导体产业链分为两个上游支撑产业：材料与设备，和三个 以芯片/集成电路为核心 的生产链：设计、制造、封测。
各环节联系十分紧密，相互依赖、制约，协同发展。

（半导体产业链全景图；图片来源：新材料在线）

生产链三大环节中：

设计环节 — 资产投入最轻、毛利率最高，属人才技术密集型，国际水平差距最大；

制造环节 — 最重资产化、自动化程度高、技术含量高、设备迭代压力大、投资周期长；

封测环节 — 相对门槛较低、利润率最低、国产化程度最高，属劳动密集型。

（图片来源：国泰君安证券）

一. 芯片设计 - 从终端产品看半导体设计细分领域

「根据中国半导体行业协会设计分会统计，2019年集成电路设计行业发展良好。
销售总值保持增长，预计达到3084.9亿元，较2018年增长19.7%，首次跨过3000亿元关口。
企业数量方面，截至11月份底，全国共有1780家设计企业，较去年同期增长4.8%。
」-- CSIA中国半导体行业协会

芯片设计的流程大致为：确定项目需求 → 制定规格 → 系统设计 → 逻辑设计 → 电路设计 → 仿真模拟 → 制作光罩（光掩膜版）。
设计版图和光罩制作完成后，交由制造厂商将版图设计转移到晶圆上。

半导体芯片四大类别（集成电路、光电器件、分立器件、传感器）中，集成电路市场规模约4100亿美元，占比84%。
集成电路中，按市场占比大小，又依次为存储芯片、逻辑电路、处理器和模拟电路。
其中，CPU、GPU、DSP、FPGA、存储器、模拟芯片等高端通用芯片仍被国外垄断，国产占有率极低。

（一）集成电路：

1. EDA软件：电子设计自动化

随着芯片的设计与构造越加复杂精细，大型集成电路的设计需要大量、快速且精确的计算和优化，并准确地传递到制造环节。
人工设计耗时耗力且错误率高，EDA（Electronic Design Automation）电子设计自动化软件便诞生了。
虽然规模只占半导体市场的2%，EDA软件却是连结IC设计与制造的纽带，被冠以“芯片之母”的称号。

在设计环节中，EDA软件可以辅助设计者使用编程语言进行芯片的功能设计和物理设计，如布局、布线、仿真模拟、功能验证等，大量节约基础设计的人力与时间成本，提高设计效率和准确度。
而人工智能和机器学习/算法的融入则使EDA从自动化向智能化进步，辅助芯片设计师更加快速准确地计算、决策出最优方案。
EDA软件巨头Synopsys和Cadence相继发布了采用人工智能的设计工具，号称可以缩短芯片的设计时间高达10倍，芯片PPA（即性能Performance、功耗Power、面积/成本Area的综合标准）提升20%。

在制造环节中，EDA软件辅助设计和验证的芯片版图，能实现设计与制造之间的有效沟通，并提高签核效率。
由于晶圆制造厂总在不断更新设备、开发新工艺，EDA的设计流程便需要在早期工艺研发中介入，根据新工艺和设计规则进行仿真模拟与验证。

我国EDA产业起步于上个世纪，但在国际竞争和 “造不如买” 的风气下，战略性地错过了发展机遇。
目前只有华大九天等十余家EDA公司，2018年销售额3.5亿元，仅占全球市场份额0.8%。
而全球三大巨头Synopsys、Cadence和Mentor，共垄断了国内95%、全球65%的市场份额。
国产替代升级十分必要且空间巨大。

2. 存储芯片

据Gartner数据统计，2018年世界半导体市场销售规模约4767亿美金，同比增长13.4%。
其中，存储器占比34.8%，近1700亿美金，增长27.2%，是全球半导体市场中占比最大的板块。

存储芯片主要分为闪存芯片和内存芯片：闪存芯片以NAND Flash和NOR Flash为代表，数据不易失，主要用于储存资料。
应用分散，如移动终端、硬盘、车载系统等；内存芯片以DRAM为代表，数据断电即丢失，作为处理器CPU数据进程的临时中转存储，频率高、速度快、便于读取，能极大提高CPU处理效率。
主要应用于智能手机、电脑、云计算、服务器等领域。
NAND FLASH和DRAM二者共占存储芯片市场的95%+。

（图：存储芯片分类；来源： “谈芯” ）

存储芯片存在产品同质化、市场高度集中的特点，据ICInsights数据，全球存储芯片市场的95%被韩国三星、海力士和美国美光科技三大巨头垄断。
其中，三星占据市场份额最大，达44.5%，也正受益于存储芯片向上周期的带动，三星在2017和2018年超越英特尔，成为全球第一大半导体厂商。

存储芯片价格呈周期性波动，并对半导体整体市场具有同步影响，目前正处于探底回升的阶段。
根据Gartner数据统计，2019年，存储芯片价格低迷，全球销售额下降31.5%，占半导体市场总额的比例跌至26.7%，世界半导体销售总额也同比下降11.9%。
19年7月开始逐步稳定，并预计将在2020年价格回升，进入上升周期。

世界半导体贸易统计组织WSTS预测，2020年全球半导体市场将同比增长3.3%，达4260亿美元，其中集成电路下的存储芯片预计增长15%，逻辑芯片增长2.9%。
美洲和亚太地区将为主要增长区域。
2021年，预计在存储芯片的双位数增长率带动下，半导体整体市场也将增长6.2%。

相关上市公司标的：兆易创新（NOR FLASH闪存芯片）、北京君正、通富微电、国科微、紫光国微、深科技、澜起科技、太极实业

3. CPU - 中央处理器

CPU（Central Processing Unit，中央处理器）是电子设备控制与运算的核心，负责释放指令、处理数据，与逻辑芯片、存储芯片、FPGA等紧密相连。
受益于半导体大规模集成电路的发展，CPU可以在更小更精密的芯片上实现更强大的功能，体积微小化，性能更稳定，是半导体微处理器的一种。

CPU设计的竞争在于性能、功耗、成本的比拼，和应用软件生态的融合。
越高端/技术与生态垄断的CPU，利润空间越大，竞争力越强。
目前CPU的顶级工艺制程在14nm，正在向10nm、7nm甚至5nm推进。
多年来，全球CPU市场以英特尔为霸主，占据CPU市场8-9成的份额，AMD次而追之。
前几日网传英特尔要对浪潮信息断供CPU，致浪潮信息股价跳水一度跌停，可见芯片领域的进口依赖和垄断竞争力。

相关上市标的：中科曙光、澜起科技、中国长城

4. GPU - 图形处理器

GPU（Graphics Proccesing Unit）是执行图像运算的微处理器，配合CPU分担运算工作，具有数百上千个内核处理器，可并行进行大量运算，计算速度很快，对运行分析、机器算法、深度学习、图像渲染等极有帮助。

GPU市场也高度垄断，Intel并不意外地占有63%整体市场份额（因为CPU大多自带集成GPU），其次是英伟达NVIDIA和AMD，各占比18%和19%。
而在独立显卡市场，英伟达独占七成，其18年净利率高达35.34%。

相关上市标的：景嘉微

5. MCU - 微控制器

MCU (MicroController Unit，微控制单元）将简化版的CPU功能、内存、接口等都集成到一个芯片上，实现对电子设备的局部系统或智能仪表、民用家电等产品的控制，又称单片微型计算机。
MCU与CPU、GPU在集成电路板块中共占比14%。

相关上市标的：兆易创新、紫光国微

6. DSP - 数字信号处理器

DSP（Digital Signal Processor）是能将模拟信号转为数字信号、专门针对数字信号相关处理的微处理器芯片。
特点是小而精，具有专门的硬件乘法器，在处理数字信号相关的运算时非常快速、即时，低功耗、可编程。
主要应用在通信、计算机、消费电子、军事等领域。

世界三大DSP芯片制造商德州仪器TI、模拟器件公司ADI和摩托罗拉Motorola公司占据市场绝大部分份额。
国内相关标的极少。

7. FPGA - 半定制专用集成电路

FPGA (Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列）是专用集成电路（ASIC，为特定客户、特定系统、特定需求而设计制造的集成电路）领域的一种半定制电路。
特点是可无限次重复编程，根据特定需求修改设计，既能配合其他芯片在各场景中增加灵活度与针对性，又可重复利用、节约硬件开销，弥补了定制电路的不足。
主要应用在安防、工业、5G、人工智能等领域。

FPGA设计门槛高、研发投入大、技术壁垒高且被国外巨头垄断。
除了世界最大的FPGA厂商 赛灵思Xilinx （市场占有率54%）能稳定维持20%左右的净利率外，其他厂商皆利润微薄甚至亏损。

国内相关上市标的：紫光国微

（图片来源：中航证券金融研究所）

8. 触控与指纹识别芯片

受益于智能手机、平板设备、笔记本电脑、安防家居等电子产品的市场增长，指纹识别芯片的需求和功能性要求也逐渐提高。
2019年全球指纹芯片出货量预计达9.9亿颗，同比增长12.5%。
其中，随着OLED屏的渗透率提升，新型指纹识别技术 “光学式屏下指纹识别” 预计同比增长372%至2.8亿颗。

汇顶科技是全球指纹识别芯片的龙头企业，出货量全球第一位，2019年总营收64.68亿，其中83.68%为指纹识别芯片（54.12亿），15.98%为触控芯片，具备图像传感器设计、光学设计和相关算法领域的核心技术。

9. 射频前端芯片

射频前端芯片是手机通信中负责信息收发的核心组件，包括射频滤波器（占比约50%）、功率放大器（占比约30%）、低频噪声放大器、开关、调谐器等。
全球市场被日美企业主导，2018年市场规模约150亿美金，预计2025年有望达到258亿美金，年复合增长率8%。
目前世界前四大射频芯片厂商占据了约85%的市场。
国产射频芯片市场份额很低，但受5G建设的大战略推动，成长空间巨大。

相关上市标的：卓胜微、韦尔股份、信维通信、麦捷科技

10. 模拟芯片

模拟芯片和数字芯片是分别处理模拟信号与数字信号的集成电路。
模拟信号可以是自然界中的一切物理量，是连续变化的信息参数，如温度、湿度、压力、长度、电流、电压等。
而数字信号是离散、不连续的信号。
模拟信号通过提取一定的物理参数抽象化，可以转化为数字信号，以进行存储和处理，并将处理结果再次转化为模拟信号输出。

射频芯片、电源管理芯片和数模信号转换器，都属于模拟芯片。
而CPU、DSP、FPGA等直接进行数据运算的属于数字芯片。

2018年全球模拟芯片市场规模约588亿美金，占全球半导体总额的12.54%。
根据ICInsights数据预测，在未来五年内，模拟芯片的销售量预计将实现 6.6％的年复合增长率，在 2022 年达到 748 亿美元，是主要集成电路细分市场中增长最为强劲的类别。
其中，电源管理芯片的比例最高，占比约50%。
全球市场中，德州仪器TI是模拟芯片的龙头，领先占据市场19%的份额。

相关上市标的：圣邦股份、韦尔股份、卓胜微、华润微、闻泰科技、汇顶科技等。

（二）光电子器件：

光电子器件在半导体细分产品领域中占比约8.11%，是除集成电路外占比最高的分类。
其利用半导体材料光电转换的效应特性，可制成LED（发光二极管）、光电探测器（光纤通信系统）、太阳能电池等。
受益于苹果产业链、miniLED的需求带动、化合物半导体的产业布局，光电器件板块也是A股一个独立的投资热点。

相关上市标的有：三安光电、紫光国微、南大光电、帝科股份、光迅科技、至纯科技等。

（三）分立器件：

半导体分立器件是和 “集成” 电路相对的概念，泛指晶体二极管、三极管、特殊器件。
产品包括功率半导体、晶振、电容电阻、超级电容等。
分立器件占全球半导体市场约5.11%。

功率半导体分立器件目前以硅为主，成本较低、门槛不高。
国产水平与国际差距较大，正在大力开发以第三代新型半导体材料氮化镓、碳化硅为主导的产业链布局。

相关上市标的：韦尔股份、捷捷微电、扬杰科技、苏州固锝、华微电子、士兰微等。

（四）传感器：

半导体传感器是一种新型传感器器件，利用半导体材料易受外界条件影响并产生不同转化的特性。
可分为物理传感器（光、电、压力、温度、声音等）、化学传感器和生物传感器，广泛应用于工业自动化、机器人、智能家居、监测系统等。
在半导体芯片市场中份额不大，约3%。

二. 代工制造

IC设计完成后，会制作一系列光罩（又称光掩膜版），每一层光罩都包含相应的电路设计。
根据设计版图和光罩，制造厂商在硅片基板上制作出所设计的集成电路。

IC制造大致分为硅片制造和晶圆加工两部分。

（1）硅片制造：二氧化硅（沙子) → 纯化（氧化还原反应） → 高纯度多晶硅 → 拉晶 → 硅晶圆柱体（硅锭） → 切割 → 硅晶圆薄片 → 研磨 → 芯片基板

（2）晶圆制造：基板清洗 → 氧化（使硅片形成薄膜） → 涂胶（光阻液/光刻胶） → 光刻 → 曝光显影 → 刻蚀 → 清洗去胶（去除多余光刻胶） → 抛光 → 掺杂/离子植入 → 薄膜沉积。

硅晶圆柱体的直径越大（12英寸），技术难度越高，每个硅晶圆薄片能做出的集成电路芯片就越多，生产效率就越高，成本越低。
光刻是晶圆制造中最核心的环节，耗费成本约为整个制造工艺的1/3，时间占据近半。

2018 年全球晶圆代工市场规模约为 642 亿美元，占全球半导体市场约15%。
而台积电凭借先进的制程，一枝独秀占领 53.3%的市场份额，7nm工艺已实现量产，5nm和3nm也已提上日程。
世界前五大晶圆代工厂占据市场约84%的份额。
大陆的芯片代工厂商中，中芯国际、华虹半导体虽已跻身世界前十，但在制程工艺上仍有很大差距。
中芯国际仅刚实现14nm级量产，将于明日7月7日在科创板开放申购，定价27.46元。
受此消息带动和近期港股中芯国际的连续上涨，半导体板块也迎来了第二波投资热情。

相关上市标的：中芯国际（港股、科创板）、华虹半导体（港股）

（2018年晶圆代工市场份额；来源：平安证券研究所）

三. 封装测试

晶圆制造完成后，需要经过减薄切割、贴装焊线、封装、测试等步骤，组装成最终的芯片成品。
封测行业作为产业链加工的末端，行业毛利率不高，平均在20%左右，极度依赖上游设计与制造的出品需求。

我国封测行业起步较早，且不断通过收购整合技术和资源，在高端封装技术上已达到国际先进水平，在全球销售市场中占比年年攀升。
据拓墣产业研究所数据，2020第一季度，世界前十大OSAT封测企业中，中国大陆三大封测龙头江苏长电（即长电科技）、通富微电、天水华天（即华天科技）分别排名第三、六、七名，共占前十大封测厂总营收的23.2%，营收增长率迅猛。
而全球最大的封测公司是位于中国台湾的日月光半导体，独占市场份额23%。

目前这个阶段A股应该买什么股票，如何寻找错杀的科技金股？

大家可以从3个方向出发：

1、行业：属于优质科技领域，当前处于高增长阶段；

2、公司：属于优质龙头公司，业绩增长确定性高，不存在利空压制；

3、技术面：股价处于相对低位，近期走势强于市场，暂时回调并未破坏趋势。

以上述领域为基础，从3个方面出发：

1、行业高增长，增速超过20%；

2、公司新产品放量，成长确定性高；

3、近期走势强于市场，回调并未破坏趋势，老邱整理出了一份科技名单，供大家参考！

但是由于机制审核的关系，可移步：

【解套风向标】每晚复盘！

相关上市标的：长电科技、通富微电、华天科技、晶方科技、深科技

（图片来源：中国半导体行业协会CSIA）

（图片来源：头豹研究院）

四. 材料：

2019年全球半导体材料市场营收约520亿美金，大陆地区营收约86.9亿美元，占全球总营收的16.7%，同比增长1.9%，是全球唯一出现材料市场增长的地区。
中国台湾受代工和封测业务的带动，营收规模达113亿美元，第10年蝉联全球最大半导体材料消费地区。

半导体材料主要包括 晶圆制造材料 和 封装测试材料。

（1）晶圆制造材料：包括硅片、光刻胶、光掩膜版、电子特种气体、湿化学品、溅射靶材、CMP抛光材料等。
2019年全球营收328亿美元，是半导体材料的核心。
其中硅片占比最大，约38%。
技术壁垒高，国产率极低，极度依赖进口，日美占据了绝大部分市场份额。

（2）封装材料：包括引线框架、基板、陶瓷封装材料、键合丝、封装树脂、芯片贴装材料等。
2019年全球营收192亿美元。
国产以中低端材料为主，高端键合丝、封装基板、引线框架等高度依赖进口。

（图片来源：公众号 “谈芯”；资料来源：Wind、太平洋证券）

光刻胶是引领A股半导体材料板块上涨的热点主力。
由于一块芯片的制造需要经过数十次的光刻，每一次光刻都要根据光掩膜版的电路设计涂上光刻胶，经紫外线曝光后使其化学性质发生变化，再通过显影和刻蚀，将光掩膜版上的电路图形转移到硅片上，如此一再反复才能最终完成集成电路的晶圆制造。
因此，光刻胶的纯度和性能要求非常严格，且技术壁垒极高，主要被日韩美供应商垄断。
世界前五大光刻胶厂商占据全球约87%的市场，而全球大陆市占率却不足10%。
随着国产替代的需求和晶圆制造厂的扩张，国产光刻胶的市场预期在年增速10%左右。

（图片来源： “谈芯”；资料来源：SEMI，国元证券）

相关上市标的：

光刻胶：上海新阳、南大光电、飞凯材料、容大感光、晶瑞股份、雅克科技、强力新材

硅片：沪硅产业、中环股份；靶材：江丰电子、阿石创、隆华科技、有研新材；高纯试剂：上海新阳、江化微、晶瑞股份、巨化股份；电子特种气体：雅克科技、华特气体、南大光电；CMP抛光液：安集科技、鼎龙股份；其他：神工光伏、菲利华、石英股份

除了应用在集成电路产业链中的材料，狭义上的 “半导体” 材料包括：

（1）第一代半导体：以元素半导体 硅Si、锗Ge 为代表，应用于集成电路硅基芯片、晶体管等；

（2）第二代半导体：以化合物半导体 砷化镓GaAs 为代表，应用于移动通信；

（3）第三代半导体：以宽禁带半导体 氮化镓GaN、碳化硅SiC 为代表，应用于光电子领域。
禁带概念较为复杂，简单理解就是禁带更宽可以获得更高的热导率、高抗辐射能力和高击穿电场，适应高温/高压/高电流/高频的通信与航空领域，也应用在5G、新基建中。

（图片来源：半导体芯科技）

五. 设备

半导体设备贯穿在IC制造与封测的各个产业链环节，是半导体芯片先进制程的核心与瓶颈。
根据SEMI国际半导体产业协会数据统计，2019年全球半导体设备制造业的销售规模达598亿美元，较2018年下滑7%。
其中，在中国台湾地区的销售额激增68%，达171.2亿美元，成为全球最大市场；而大陆地区则以134.5亿美元的销售额继续保持第二。
前15大厂商营收占总产值超过8成，且日美厂商占据了核心地位。
尽管我国是半导体设备的消费大区，高端半导体设备却被进口厂商垄断。

（图片来源：长城证券）

在半导体设备投资的价格占比中，晶圆制造设备投资金额巨大，占比70%，封测设备占比约25%。
光刻机是其中价格占比最大、最为核心的设备。
一个芯片的制造需要进行数十次的光刻，光刻机的精度和稳定性决定了集成电路的制程、功耗与性能。
荷兰阿斯麦ASML是全球最顶尖的半导体光刻机设备厂商，具有独一无二的霸主地位，占据高端光刻机市场75%以上份额，平均一台光刻机售价1.2亿欧元（约合人民币9.6亿），全世界的顶级半导体制造厂都仰赖于ASML的光刻机设备。

相关上市标的：北方华创、中微公司

（来源：laoqiu老邱）