中兴事件之后,中国在高端半导体领域的短板暴露无遗,那么全球半导体产业的发展脉络是个什么情况呢,本文对全球半导体产业做个回顾。
以中兴禁令为启,此次中美贸易战,实质是美国打着贸易的旗号试图对中国制造2025为代表的高科技领域进行打压与遏制。代表之一的半导体,其历史最早追溯到19世纪30年代,经过长达一个世纪的研究,直到1947年美国贝尔实验室发明了更具实用价值的晶体管,人类才开启电子时代并向信息时代前进。可以说现代的大多数文明,例如家电、PC(个人电脑)、智能手机等,都需依靠半导体行业。
从类型来看,半导体可以分为集成电路、光电子、分立器件和传感器这四大类。尽管占比有下滑趋势,集成电路依旧以超过80%得市场份额领跑,细分包括储存器(36.12%)、逻辑电路(29.78%)、模拟电路(15.46%)和微处理器(18.63%)等。
从整体来看,根据世界半导体贸易协会(WSTS)数据显示,2017年全球半导体市场销售额达4122亿美金,同比增长21.6%,背后主要推动力来自集成电路与传感器的强力增长:得益于DRAM(动态随机存取储存器)、NAND闪存等储存器爆发,集成电路2017年增速为24.03%;因物联网、智能控制、汽车应用、图像识别等强劲需求驱动,传感器市场去年增速为16.17%。
从产业链来看,主要涉及电路设计、芯片制造与封测检验这三个环节。生产流程主要是以电路设计为主导,IC设计商根据客户需求把系统逻辑和性能转换成物理图谱,然后委托芯片制造商从原材料,经过提纯、单晶硅柱、分片、蚀刻等过程制成晶圆(排列着集成电路的硅晶片),再送到封装厂完成电路封装、测试的最后步骤,然后进行销售。
从运作模式来看,目前主流两种运作模式,即整合模式与垂直加工模式。整合模式又称IDM(Integrated Device Manufacturer),早期的芯片企业多为IDM,以英特尔与三星为代表业务范围覆盖整个产业链。但根据摩尔定律,同等价格下,集成电路上容纳的晶体管元器件数目每18-24个月翻一倍,性能也随之提升一倍。这一定律揭示了半导体行业发展迅速的同时,也暗示整个行业需要不停的投入新型材料与仪器研发更高性能的芯片。为了减轻投资压力与降低失败风险,从上世纪九十年代开始,IDM逐渐拆分成单环节加工,形成以设计为主的Fabless模式、晶圆代工Foundry模式和纯封测检验模式。
材料方面,据半导体工业协会数据显示(SIA),2017年上游材料端市值约470亿美金,排名第一的为中国台湾,以21.9%的市场份额连续八年夺冠;中国大陆发展迅速,对比2011年增长56.8%。最为重要的硅晶圆供应市场被日本包揽一半,排名前五的供应商占据全球94%的市场份额,较去年增长了一个百分点,垄断日益加剧。
设备方面,2017年全球设备共投资566亿美金,韩国以179.5亿美金首次超越台湾成为全球设备花费最高的国家,主要原因在于今年存储器的暴涨带动DRAM相关产业链增长,韩国作为DRAM产出第一国家的收益最高。中国大陆以27.4%增速展现对制造环节的投资热情,排在全球第三。与材料供应市场类似,设备供应市场90%以上被欧美日韩垄断,且前十厂商均有较高的营收增长,其中韩国SEMES以142%增速成为全球涨幅最高的供应商。
因为拥有英特尔、三星、海力士等全球前十公司,IDM市场规模远大于Fabless,但两者差距逐渐缩小。Fabless与IDM规模比从1999年的7.67%提升到2017年的38.66%,说明行业产业链全球纵向延伸加剧。终端应用方面,智能手机依旧是第一大场景,占整体32.28%。虽然智能手机市场逐渐饱和,出货量连续下滑,智能手机市场对半导体需求依然保持较高水平。另外,5G、人工智能、物联网、汽车电子等快速发展也大力推动了整个半导体芯片市场发展。
作为资金与技术高度密集行业,半导体目前形成深化的专业分工、细分领域高度集中的特点,因此半导体受全球经济影响波动较大,且相关性越来越强。分析1980-2022年全球经济与半导体行业之间的相关系数可以发现,除去90年代全球半导体行业处于整合模式向垂直加工模式转移,其它年份显示出全球经济对半导体行业强力拉动关系,而这一趋势未来表现更甚,相关系数逐渐向1靠拢。主要原因为两点:
首先,垂直模式日趋成熟,产业链更细化。细化分工的产业链除了降低投资风险、提高环节操作效率与最终产品良品率,更重要的是给新玩家一个进入行业的切入点,例如技术水平较低的封装检测、设计突出的Fabless等。对比早期IDM形式,各自环节深化有效降低资本支出在销售的比例,企业盈利得到一定保障。
其次,大规模兼并收购带来细分领域的龙头效应,议价能力增强。为了保障企业技术水平、研发进度领先,并拥有一定的市场份额,半导体自2000年开始进行一定规模的兼并收购,整体交易金额在2015年达至顶峰为1073亿美金。大量高频的行业并购降造商与供应商数量的同时,使强者越强。2017年的并购行为放缓从侧面说明,行业的成熟令各自领域的龙头效应明显,更多的并购已无法带来更好的边际效益。
从历史进程看,全球范围完成两次明显的产业转移:第一次发生在上世纪70年代,从美国转向日本。上世纪50年代,晶体管诞生于美国,后续发明影响行业的革命性芯片与商业应用,例如英特尔4004、英特尔8088、IBM个人计算机等。出于经济与政治因素考虑,70年代向日本提供技术与设备支持,产业转向日本,日本半导体一度跃至世界第一。第二次产业转移是从80年代开始,为了日本发展夺回半导体行业话语权,美国开始向转向了韩国与台湾。为了降低设备、人力等成本,目前,产业逐渐转向中国大陆。
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