硅片因其技術(shù)成熟、成本穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，是目前用于制造半導(dǎo)體器件的主流材料。據(jù) SEMI 統(tǒng)計(jì)，2020 年全球晶圓制造材料市場(chǎng)總額達(dá) 349 億美元，其中硅片的銷售額占比最高，達(dá)到 36.64%，是半導(dǎo)體制造最核心的原材料，硅片的供需情況與價(jià)格趨勢(shì)也很大程度反映半導(dǎo)體行業(yè)的景氣度。
2020 年下半年起，全球半導(dǎo)體行業(yè)景氣度持續(xù)高漲，上游硅片市場(chǎng)亦不例外，全球半導(dǎo)體硅片大廠自 2020 年底紛紛表示漲價(jià)意愿。2020 年 12 月，環(huán)球晶圓率先提出提高現(xiàn)貨市場(chǎng)硅晶圓價(jià)格的意向；2021 年 3 月，全球第一大半導(dǎo)體硅片廠商信越化學(xué)宣布從 4 月起對(duì)其所有硅產(chǎn)品價(jià)格提高 10%-20%，這也是信越化學(xué)自 2018 年 1 月以來的首度漲價(jià)。
來源 信達(dá)證券
原標(biāo)題：
《全球硅片景氣上行，國(guó)產(chǎn)廠商加速破局》
作者： 方競(jìng) 李少青
01.硅片，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)核心材料
半導(dǎo)體硅片是半導(dǎo)體器件的主要載體。硅片是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的上游原料，下游產(chǎn)業(yè)通過對(duì)硅片進(jìn)行光刻、刻蝕、離子注入等加工，可將硅片制成各類半導(dǎo)體器件用于后續(xù)加工，如集成電路、二極管、功率器件等。硅片作為半導(dǎo)體材料絕緣性好，制成的半導(dǎo)體器件穩(wěn)定性高，因而已被半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)所廣泛使用。
▲ 半導(dǎo)體硅片所處的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)
據(jù) SEMI 統(tǒng)計(jì)，2020 年全球晶圓制造材料市場(chǎng)總額達(dá) 349 億美元。其中，硅片和硅基材料的銷售額占比達(dá)到 36.64%，銷售額約為 128 億元。半導(dǎo)體硅片在晶圓制造材料市場(chǎng)中占比最高，是半導(dǎo)體制造的核心材料。
▲ 2020 年全球半導(dǎo)體制造材料銷售額（億美元）
▲ 半導(dǎo)體制造材料銷售結(jié)構(gòu)
光伏行業(yè)對(duì)硅片純度要求低，僅需達(dá)到 99.9999%，而用于半導(dǎo)體器件加工的硅片對(duì)純度有著極高要求，需達(dá)到 99.999999999%。此外，半導(dǎo)體硅片還對(duì)硅片的平整度、光滑度有較高要求。正因如此，半導(dǎo)體硅片的提純和加工技術(shù)門檻極高，全球的半導(dǎo)體硅片市場(chǎng)形成高度壟斷。據(jù) Siltronic 統(tǒng)計(jì)，2020 年全球前五大硅片制造商為日本信越、SUMCO、環(huán)球晶圓、SK Siltron 和世創(chuàng)，他們共同占據(jù)著半導(dǎo)體硅片市場(chǎng) 87% 的份額。
▲ 全球硅片前五大公司的市場(chǎng)份額
我國(guó)硅片產(chǎn)業(yè)起步較晚，技術(shù)積累不及海外。目前國(guó)內(nèi)的半導(dǎo)體硅片企業(yè)主要生產(chǎn) 6 英寸及以下的半導(dǎo)體硅片，少數(shù)企業(yè)具有 8 英寸和 12 英寸半導(dǎo)體硅片的生產(chǎn)能力，在 2017 年以前，12 英寸半導(dǎo)體硅片幾乎全部依賴進(jìn)口。2018 年，滬硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)子公司上海新昇作為中國(guó)大陸首家實(shí)現(xiàn) 12 英寸硅片規(guī)?；N售的企業(yè)，打破了 12 英寸半導(dǎo)體硅片國(guó)產(chǎn)化率幾乎長(zhǎng)期為 0% 的局面。
近年來，國(guó)內(nèi)廠商加快了半導(dǎo)體硅片的研發(fā)投入和建設(shè)，已經(jīng)多家廠商實(shí)現(xiàn)了從 8 英寸到 12 英寸半導(dǎo)體硅片的突破，目前半導(dǎo)體硅片的國(guó)產(chǎn)替代空間巨大，未來國(guó)內(nèi)廠商有望充分受益半導(dǎo)體硅片的國(guó)產(chǎn)化。
隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，半導(dǎo)體器件的終端需求量不斷提升。作為半導(dǎo)體行業(yè)的核心原材料，硅片的尺寸和技術(shù)生產(chǎn)水平也在持續(xù)進(jìn)步，產(chǎn)品種類也豐富起來。對(duì)于半導(dǎo)體硅片，目前可以依照尺寸、應(yīng)用場(chǎng)景等做進(jìn)一步分類。
硅片尺寸遵循摩爾定律不斷增大。1965 年，2 英寸（50mm）直徑的硅片首次量產(chǎn)，隨后 30 年里，4 英寸（100mm），6 英寸（150mm），8 英寸（200mm）硅片相繼問世，再到 2000 年 12 英寸（300mm）硅片實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
硅片直徑的提升使得硅片面積平方級(jí)增長(zhǎng)，進(jìn)而使得單塊晶圓能產(chǎn)出的芯片數(shù)量也翻倍增長(zhǎng)。硅片直徑越大，芯片的平均生產(chǎn)成本越低，進(jìn)而提供更經(jīng)濟(jì)的規(guī)模效益。但與此同時(shí)，生產(chǎn)更大直徑的硅片，其所需要的生產(chǎn)工藝改進(jìn)成本、設(shè)備性能提升，也將在投產(chǎn)初期給廠商帶來更高的固定成本投入。
▲ 半導(dǎo)體硅片尺寸發(fā)展歷程
硅片的尺寸越大，芯片單位成本越低，因而目前 8 英寸、12 英寸的大尺寸硅片是行業(yè)主流，其中 12 英寸硅片格外受歡迎，出貨面積連年保持增長(zhǎng)。據(jù) SEMI 統(tǒng)計(jì)，2019 年 12 英寸硅片的出貨面積達(dá) 79.3 億平方英寸，占全部半導(dǎo)體硅片出貨面積的 67.2%。根據(jù) IC Insights 預(yù)測(cè)，2021 年 12 英寸硅片產(chǎn)能占比有望提升至 71.2%。
▲ 全球不同尺寸半導(dǎo)體硅片出貨面積（億平方英寸）
▲ 全球不同尺寸半導(dǎo)體硅片出貨面積占比
18 寸（450mm）硅片是 12 寸（300mm）硅片發(fā)展的下一階段，技術(shù)上目前已成功突破。但由于目前 8 寸和 12 寸的硅片已可以較好地滿足目前的市場(chǎng)需求，且 18 寸硅片涉及的生產(chǎn)設(shè)備量產(chǎn)難度大，所需的固定成本投入高，產(chǎn)業(yè)鏈上下游對(duì)升級(jí) 18 寸硅片產(chǎn)線的動(dòng)力非常有限。在可預(yù)期的將來，市場(chǎng)的主流硅片尺寸仍將保持在 8 英寸和 12 英寸。
從硅片在晶圓廠的應(yīng)用場(chǎng)景來看，硅片可以分為擋片（Dummy Wafer）、控片（Monitor Wafer）以及正片（Prime Wafer）。其中擋片和控片一般是由晶棒兩側(cè)品質(zhì)較差處所切割出來，用于調(diào)試機(jī)臺(tái)、監(jiān)控良率。隨著晶圓廠制程的推進(jìn)，基于精度要求及良率的考量，需要在生產(chǎn)過程中增加監(jiān)控頻率。65nm 制程每投 10 片正片，需要加 6 片擋控片，而 28nm 及以下制程，每 10 片正片需要加 15-20 片擋控片。
擋控片的用量巨大，為了避免浪費(fèi)，晶圓廠往往會(huì)回收用過的擋片，經(jīng)研磨拋光，重復(fù)使用，但擋片的循環(huán)次數(shù)有限，一旦超過門限值，則只能報(bào)廢處理或當(dāng)作光伏硅片使用。而控片則需具體情況具體對(duì)待，用在某些特殊制程的控片無法回收使用，那些可以回收重復(fù)利用的擋控片又被稱為可再生硅片（reclaimed wafer）。
▲ 按應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)硅片的分類
半導(dǎo)體材料發(fā)展至今共有三代。第一代半導(dǎo)體以硅基、鍺基半導(dǎo)體為首，技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。第一代半導(dǎo)體材料的出現(xiàn)取代了電子管，引領(lǐng)了以集成電路為核心的微電子工業(yè)的發(fā)展和 IT 行業(yè)的飛躍。
第二代半導(dǎo)體以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）為代表。一方面，第二代半導(dǎo)體的電子遷移率較硅基半導(dǎo)體更快，因此適用于高頻傳輸，在無線通訊如手機(jī)、無線局域網(wǎng)、衛(wèi)星定位等方面有應(yīng)用。另一方面，第二代半導(dǎo)體具有直接帶隙，因此可適用發(fā)光領(lǐng)域，如發(fā)光二極管（LED）、激光二極管（LD）、光接收器（PIN）及太陽能電池等產(chǎn)品。
第三代半導(dǎo)體材料，主要包括 SiC、GaN、金剛石等，因其禁帶寬度（Eg）大于或等于 2.3 電子伏特（eV），又被稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料。第三代半導(dǎo)體材料目前研究重點(diǎn)多集中于碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）技術(shù)，其中 SiC 技術(shù)進(jìn)展最快，意法半導(dǎo)體目前已實(shí)現(xiàn) 8 英寸 SiC 的量產(chǎn)，預(yù)計(jì)在 2022 年，8 英寸的 SiC 將會(huì)大批量出貨。
▲ 第一、二、三代半導(dǎo)體材料的總結(jié)與對(duì)比
硅基半導(dǎo)體始終是市場(chǎng)首選。三代半導(dǎo)體材料之間并非替代關(guān)系，而是根據(jù)不同的特性，彼此相互補(bǔ)充，各自具有不同的應(yīng)用場(chǎng)景。硅片主要用于制造各類集成電路，技術(shù)成熟，成本穩(wěn)定，應(yīng)用廣泛，是目前市場(chǎng)的主流選擇。以 SiC、GaN 為首的第三代半導(dǎo)體材料在高溫、高功率、高頻和抗輻射等環(huán)境里表現(xiàn)更好，目前在射頻器件、功率器件等方面得到廣泛應(yīng)用。
據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，2020 年以 SiC、GaN 的第三代半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模為 14.93 億美元，但據(jù) MordorIntelligence 數(shù)據(jù)，2020 年半導(dǎo)體硅片的市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到 107.9 億美元。從市場(chǎng)規(guī)模來看，硅片仍是半導(dǎo)體材料的絕對(duì)主流。
▲ 半導(dǎo)體硅片和 SiC、GaN 市場(chǎng)規(guī)模對(duì)比（億美元）
02. 終端需求旺盛，賦能硅片成長(zhǎng)動(dòng)力
全球硅片需求主要由半導(dǎo)體行業(yè)需求帶動(dòng)。硅片是半導(dǎo)體行業(yè)最重要的原材料，在硅基板上的生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件應(yīng)用于各種消費(fèi)電子產(chǎn)品、汽車電子及工業(yè)控制領(lǐng)域，根據(jù) Gartner 統(tǒng)計(jì)，半導(dǎo)體行業(yè)下游市場(chǎng)主要可分為計(jì)算、無線通信、消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)電子、存儲(chǔ)、有線通信七大類，2020 年占比分別為 30.8%、27.5%、10.5%、10.5%、8.3%、7.4%、4.8%，預(yù)計(jì) 2021 年全年銷售額增速為 9.5%。
▲ 2020 年半導(dǎo)體細(xì)分下游市場(chǎng)占比
分器件來看，用 8 英寸晶圓與 12 英寸晶圓生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件有所不同。由于先進(jìn)制程工藝主要在 12 英寸 Fab 廠進(jìn)行生產(chǎn)，12 英寸晶圓主要用于生產(chǎn)高算力的邏輯器件、DRAM 存儲(chǔ)器、3D NAND 存儲(chǔ)器、CMOS 圖像傳感器等；8 英寸晶圓主要用于生產(chǎn) CMOS 圖像傳感器、功率分立器件、MCU、模擬器件、電源管理芯片、顯示驅(qū)動(dòng)芯片等成熟制程芯片。
▲ 2020 年 12 英寸晶圓下游分器件占比
▲ 2020 年 8 英寸晶圓下游分器件占比
由于用 8 英寸晶圓和 12 英寸晶圓所生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件不同，其終端應(yīng)用領(lǐng)域也有較大差別。從終端應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模來看，8 英寸晶圓下游主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槠嚒⒐I(yè)、智能手機(jī)、白色家電、IoT 等，其中汽車占比為 33%，工業(yè)占比為 27%，智能手機(jī)占比為 19%；12 英寸晶圓下游主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橹悄苁謾C(jī)、PC、平板電腦、服務(wù)器、游戲、汽車、工業(yè)等，其中智能手機(jī)占比最大，達(dá)到 32%，PC、服務(wù)器分別占比為 20%、18%。
▲ 2020 年 12 英寸晶圓終端應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模占比
▲ 2020 年 8 英寸晶圓終端應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模占比
從晶圓面積需求來看，終端需求的旺盛將帶動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)晶圓面積需求的長(zhǎng)期增長(zhǎng)。根據(jù) Siltronic 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2020 年 12 英寸晶圓面積需求最大的終端市場(chǎng)為智能手機(jī)市場(chǎng)，占比 25%，其次為 PC、工業(yè)、服務(wù)器、汽車市場(chǎng)。對(duì)晶圓面積需求最大的半導(dǎo)體器件為邏輯器件，占比 34%，其次為 3D NAND 存儲(chǔ)器、DRAM 存儲(chǔ)器、功率等其他器件。
自 2020 年下半年以來，全球缺芯潮帶動(dòng)了半導(dǎo)體行業(yè)景氣度高漲，直接帶動(dòng)了行業(yè)對(duì)上游硅片需求增長(zhǎng)。SEMI 發(fā)布報(bào)告稱，2021 年第二季度全球硅晶圓出貨面積再創(chuàng)新高，達(dá)到 3534 百萬平方英寸，同比增長(zhǎng) 12%。在多種終端應(yīng)用的推動(dòng)下，全球硅片的供需仍將保持緊張趨勢(shì)，我們認(rèn)為，5G 手機(jī)、汽車電動(dòng)化、ADAS、數(shù)據(jù)中心、IoT 等行業(yè)趨勢(shì)將帶動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)需求結(jié)構(gòu)性改善，從而帶動(dòng)硅片需求的長(zhǎng)期增長(zhǎng)。據(jù) SUMCO 統(tǒng)計(jì)，2Q21 全球 12 英寸硅片需求超過 710 萬片/月。
▲ 2014-2021 年全球 12 英寸晶圓需求趨勢(shì)（萬片/月）
根據(jù) SUMCO 發(fā)布的全球 12 英寸晶圓需求預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，2021 年全球 12 英寸晶圓需求將達(dá)到 720 萬片/月，到 2025 年將達(dá)到 910 萬片/月，其中需求占比最大的終端應(yīng)用為智能手機(jī)，其次為數(shù)據(jù)中心、PC/平板電腦、汽車，數(shù)據(jù)中心和汽車對(duì) 12 英寸晶圓的需求增長(zhǎng)最為快速。
▲ 2021-2025 年全球 12 英寸晶圓分終端需求預(yù)測(cè)（萬片/月）
根據(jù) SUMCO 數(shù)據(jù)顯示，2Q21 全球 8 英寸晶圓需求達(dá)到 590 萬片/月，受上述產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)的帶動(dòng)，模擬器件、功率分立器件、CMOS 圖像傳感器等細(xì)分市場(chǎng)規(guī)模將穩(wěn)步增長(zhǎng)，為 8 英寸硅片需求增長(zhǎng)提供長(zhǎng)期穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)力。
從下游晶圓廠產(chǎn)能擴(kuò)張來看，由于 8 英寸晶圓設(shè)備供應(yīng)不足、二手設(shè)備難尋、晶圓廠擴(kuò)張 8 英寸產(chǎn)能意愿不強(qiáng)等因素，全球 8 英寸晶圓產(chǎn)能擴(kuò)產(chǎn)力度較小。我們根據(jù) SEMI 2019 年 2 月份對(duì)全球 8 英寸晶圓產(chǎn)能展望，預(yù)計(jì) 2021 年全球 8 英寸晶圓產(chǎn)能將達(dá)到 620 萬片/月，2022 年達(dá)到 640 萬片/月。
▲ 全球 8 英寸晶圓需求趨勢(shì)（萬片/月）
▲ 全球 8 英寸晶圓產(chǎn)能及預(yù)測(cè)（百萬片/月）
1、智能手機(jī)
智能手機(jī)市場(chǎng)對(duì)硅片需求增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力來自 5G 手機(jī)替換潮。隨著 5G 通信的商業(yè)化應(yīng)用鋪開，5G 手機(jī)的市場(chǎng)滲透率也不斷提高。相比 4G 手機(jī)而言，5G 手機(jī)擁有更快的數(shù)據(jù)傳輸速度、更高的計(jì)算性能、更大的存儲(chǔ)容量、更優(yōu)秀的高清視頻處理能力等優(yōu)勢(shì)，在處理器 SoC、DRAM 存儲(chǔ)器、NAND Flash 存儲(chǔ)器、CMOS 圖像傳感器、基帶處理器、射頻前端、電源管理芯片等芯片的性能需求上有較大的提升。據(jù) SUMCO 數(shù)據(jù)顯示，5G 手機(jī)比 4G 手機(jī)單機(jī)硅片面積需求量提升了 70%，帶動(dòng)了智能手機(jī)市場(chǎng)對(duì)硅片的需求大幅增長(zhǎng)。
▲ 5G 手機(jī)對(duì) 12 英寸硅片面積需求變化
5G 手機(jī)市場(chǎng)滲透率不斷提升將帶動(dòng)硅片需求長(zhǎng)期增長(zhǎng)。2020 年是 5G 手機(jī)大規(guī)模普及的元年，但由于疫情影響，全球智能手機(jī)銷量有所下降，5G 手機(jī)的普及速度也不及預(yù)期，全年滲透率不及 20%。但隨著全球手機(jī)市場(chǎng)回暖、5G 手機(jī)滲透率的不斷提升，預(yù)計(jì)今年全球 5G 智能手機(jī)滲透率將提升至 40%，智能手機(jī)市場(chǎng)將長(zhǎng)期驅(qū)動(dòng)硅片需求增長(zhǎng)。據(jù) SUMCO 預(yù)測(cè)，2022 年全球智能手機(jī)市場(chǎng)對(duì) 12 英寸硅片的需求將超過 150 萬片/月。
▲ 2019-2024 年全球智能手機(jī)銷量預(yù)測(cè)（百萬臺(tái)）
▲ 2019-2024 年智能手機(jī)對(duì) 12 英寸晶圓需求（百萬片/月）
2、PC/數(shù)據(jù)中心
疫情引起“宅經(jīng)濟(jì)”，催動(dòng) PC、平板電腦需求增長(zhǎng)。2020 年的疫情使得人們的學(xué)生、生活方式發(fā)生了一定改變，人們對(duì)遠(yuǎn)程居家辦公、在線教育、線上娛樂的需求帶動(dòng)了 PC、平板電腦需求增長(zhǎng)，自 2Q20 起，全球 PC、平板電腦的銷量逐步提升，4Q20 全球 PC 銷量達(dá) 9159 萬臺(tái)，平板電腦銷量達(dá) 5220 萬臺(tái)，均創(chuàng)近年來歷史記錄。雖然由于 PC 市場(chǎng)季節(jié)性影響，1Q21 出貨量環(huán)比下降 8.3%，但此次為 2012 年以來第一季度跌幅最小的一次。
▲ 2020 年 2 季度起 PC 銷量大幅提升（百萬臺(tái)）
▲ 20 年 2 季度起平板電腦銷量大幅提升（百萬臺(tái)）
根據(jù) SUMCO 預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，2021 年全球 PC + 平板電腦出貨量將達(dá)未來五年峰值水平，PC 出貨量將超過 3 億臺(tái)，帶動(dòng) PC + 平板電腦對(duì)全球 12 英寸硅片需求將在 2021 年有大幅增長(zhǎng)，達(dá)到超過 900 萬片/月，其中 NAND 存儲(chǔ)器在 PC 中的需求增長(zhǎng)最大。但隨著 3D NAND 存儲(chǔ)器的堆疊層數(shù)不斷提高，單位晶圓面積的存儲(chǔ)容量也將不斷提升，因此后續(xù) PC 市場(chǎng) NAND 存儲(chǔ)器對(duì) 12 英寸硅片需求貢獻(xiàn)度將有小幅下滑。
▲ 全球 PC/平板電腦 12 英寸硅片需求預(yù)測(cè)（萬片/月）
數(shù)據(jù)中心需求增長(zhǎng)是 12 英寸硅片需求長(zhǎng)期增長(zhǎng)的另一大動(dòng)力。短期來看，2020 年疫情影響，在線會(huì)議、在線網(wǎng)課等需求帶動(dòng)全球服務(wù)器出貨量在 2020 年 Q2 快速攀升，同比增長(zhǎng)達(dá) 18%。
下半年隨著疫情好轉(zhuǎn)，服務(wù)器市場(chǎng)進(jìn)入去庫存階段，出貨量同比持平且略有下滑。長(zhǎng)期來看，隨著云服務(wù)、5G 通信、AI、IoT 等產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)的快速發(fā)展，全球數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，據(jù) SUMCO 與 CISCO 預(yù)測(cè)，2022 年全球 IP 流量將達(dá)到 2019 年的 2 倍。
數(shù)據(jù)中心需求增長(zhǎng)是 12 英寸硅片需求長(zhǎng)期增長(zhǎng)的另一大動(dòng)力。短期來看，2020 年疫情影響，在線會(huì)議、在線網(wǎng)課等需求帶動(dòng)全球服務(wù)器出貨量在 2020 年 Q2 快速攀升，同比增長(zhǎng)達(dá) 18%。下半年隨著疫情好轉(zhuǎn)，服務(wù)器市場(chǎng)進(jìn)入去庫存階段，出貨量同比持平且略有下滑。
長(zhǎng)期來看，隨著云服務(wù)、5G 通信、AI、IoT 等產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)的快速發(fā)展，全球數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，據(jù) SUMCO 與 CISCO 預(yù)測(cè)，2022 年全球 IP 流量將達(dá)到 2019 年的 2 倍。
硅片增長(zhǎng)的另一大來源是汽車電動(dòng)化趨勢(shì)。相較于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，新能源汽車對(duì) MCU、傳感器、功率半導(dǎo)體等器件的需求大增，尤其是功率半導(dǎo)體器件增量最大。汽車內(nèi)部的電力輸出需要通過 MOSFET 等功率器件轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)，另外，IGBT 模塊在電動(dòng)汽車中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是電動(dòng)汽車及充電樁等設(shè)備的核心技術(shù)部件。
根據(jù) Strategy Analytics 和英飛凌統(tǒng)計(jì)，48V 輕混動(dòng)汽車單車功率器件價(jià)值量約為 90 美金，而全插電混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車（BEV）中功率器件的單車價(jià)值量約為 330 美金，是前者的接近 4 倍。
3、汽車電子
汽車智能化程度的提升對(duì)汽車芯片性能提出了更高要求。隨著汽車智能化及車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，ADAS、座艙娛樂、V2X 都對(duì)汽車芯片的運(yùn)算能力和連接能力有更高的要求，因?yàn)樽詣?dòng)駕駛技術(shù)需要處理大量圖像信號(hào)、雷達(dá)信號(hào)等并在極短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算、融合、決策，座艙娛樂需要智能手機(jī)、平板電腦級(jí)的處理器芯片，V2X 需要汽車在極短的延遲時(shí)間內(nèi)與其他車輛或路端、云端進(jìn)行實(shí)時(shí)連接。自動(dòng)駕駛級(jí)別的增長(zhǎng)要求算力指數(shù)級(jí)別的增長(zhǎng)和傳感器等感知芯片的數(shù)量增長(zhǎng)，從而帶動(dòng)汽車所需芯片面積的增長(zhǎng)。
▲ 全球自動(dòng)駕駛汽車出貨量預(yù)測(cè)（萬輛）
03. 海外廠商主導(dǎo)，國(guó)產(chǎn)替代空間廣闊
全球硅片出貨量 2008 年至今整體呈波動(dòng)上漲趨勢(shì)。2008 年經(jīng)濟(jì)危機(jī)使得硅片產(chǎn)業(yè)受挫，2009 年全球硅片出貨量同比下滑 17.57%。2010-2013 年全球經(jīng)濟(jì)逐漸復(fù)蘇，支撐硅片產(chǎn)業(yè)反彈，但由于全球經(jīng)濟(jì)仍然低迷，四年來出貨量維持相對(duì)穩(wěn)定水平。
2014 年至今，受到下游新興應(yīng)用領(lǐng)域崛起及 12 英寸半導(dǎo)體硅片技術(shù)的普及，出貨量整體逐步攀升，2018 年達(dá)到 127.33 億平方英寸。2019 年全球硅片出貨量同比下降 7.25% 至 118.1 億平方英寸，主要由于存儲(chǔ)器市場(chǎng)疲軟和庫存正?；拢?020 年市場(chǎng)出貨量同比上升 5.06%。
▲ 全球硅片出貨面積（億平方英寸）
2017 年開始硅片價(jià)格重回上升通道。2009-2011 年在后金融危機(jī)影響下，全球主要硅片制造商取消擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃導(dǎo)致供給端收縮，因此硅片價(jià)格呈小幅上升趨勢(shì)。但 2012 年開始，硅片價(jià)格開始不斷下滑，硅片價(jià)格由 2012 年的 0.96 美元/平方英寸下降至 2016 年的 0.67 美元/平方英寸，主要由于制造商擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃順利實(shí)施使得硅片市場(chǎng)產(chǎn)能過剩。在經(jīng)歷了六年的持續(xù)下滑后，硅片價(jià)格在 2017 年重回上升通道，2017-2019 年硅片價(jià)格由 0.74 美元/平方英寸上漲至 0.95 美元/平方英寸，主要由于新能源汽車等新興市場(chǎng)快速發(fā)展、5G 手機(jī)的快速滲透帶來半導(dǎo)體終端市場(chǎng)需求強(qiáng)勁，市場(chǎng)供需結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
▲ 全球半導(dǎo)體硅片價(jià)格（美元/平方英寸）
2020 年下半年以來，全球半導(dǎo)體行業(yè)景氣度持續(xù)高漲，上游硅片市場(chǎng)亦不例外。受益于下游需求持續(xù)旺盛，全球半導(dǎo)體硅片大廠自 2020 年底紛紛表示漲價(jià)意愿。2020 年 12 月，環(huán)球晶圓率先提出提高現(xiàn)貨市場(chǎng)硅晶圓價(jià)格的意向，并表示公司 12 英寸、8 英寸、6 英寸晶圓生產(chǎn)線均處在滿負(fù)荷運(yùn)行。
2021 年 3 月，全球第一大半導(dǎo)體硅片廠商信越化學(xué)宣布從 4 月起對(duì)其所有硅產(chǎn)品價(jià)格提高 10%-20%，主要由于硅酮主要原材料金屬硅成本上升及中國(guó)市場(chǎng)需求的強(qiáng)勁增長(zhǎng)導(dǎo)致供應(yīng)短缺，這也是信越化學(xué)自 2018 年 1 月以來的首度漲價(jià)。
在當(dāng)前硅片制造市場(chǎng)中，以信越、SUMCO 等國(guó)外及中國(guó)臺(tái)灣環(huán)球晶圓為代表的硅片廠商仍占據(jù)主要市場(chǎng)份額。根據(jù)芯思想和滬硅產(chǎn)業(yè)招股說明書統(tǒng)計(jì)，2018-2020 年全球前五大硅片制造商近三年合計(jì)占比分為別 92.57%、88% 和 87%。但從趨勢(shì)來看，全球前五大硅片制造商合計(jì)占比逐步下降，中國(guó)大陸硅片制造商加速擴(kuò)產(chǎn)擠壓頭部廠商份額。
▲ 全球前五大硅片制造商市場(chǎng)份額
目前國(guó)內(nèi)晶圓需求端占據(jù)全球市場(chǎng) 6% 左右，若包括國(guó)外在大陸建廠的晶圓廠商，總體需求占比約為全球晶圓需求的 15%。根據(jù) SUMCO 預(yù)測(cè)，未來需求仍會(huì)持續(xù)穩(wěn)定提升。根據(jù)芯思想統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)對(duì) 12 英寸硅片需求量為每月 100 萬片，預(yù)計(jì)到 2021 年 12 月能達(dá)到 130-140 萬片。根據(jù) SEMI 的預(yù)測(cè)，全球的半導(dǎo)體制造商預(yù)計(jì)將在 2022 年前開建 29 座高產(chǎn)能晶圓廠，其中 16 家分布在中國(guó)大陸和中國(guó)臺(tái)灣，而其中絕大部分將為 12 英寸晶圓廠，因此晶圓廠對(duì) 12 英寸硅片的需求不斷增長(zhǎng)。
由于硅片面積越大，使用率越高，能有效降低單位成本的特點(diǎn)，大尺寸硅片逐漸成為主流，目前全球硅片供給市場(chǎng)以 8 英寸和 12 英寸硅片為主。但國(guó)內(nèi)硅片制造由于受到技術(shù)工藝和成本影響，大多企業(yè)供應(yīng) 6 英寸以下硅片。
目前國(guó)內(nèi)硅片廠商中僅有部分企業(yè)擁有 8 英寸和 12 英寸硅片產(chǎn)能，但長(zhǎng)遠(yuǎn)看整體發(fā)展趨勢(shì)良好。根據(jù)芯思想統(tǒng)計(jì)，2020 年中國(guó)內(nèi)地 8 英寸拋光片和外延片裝機(jī)產(chǎn)能分別為 206 萬片/月和 197.5 萬片/月，預(yù)計(jì) 2021 年將分別達(dá)到 261 萬片/月和 215 萬片/月，預(yù)計(jì)分別同比增長(zhǎng) 26.7% 和 8.86%。
國(guó)內(nèi) 12 英寸硅片產(chǎn)線大部分還未大規(guī)模投產(chǎn)使用，但隨著 12 英寸硅片生產(chǎn)技術(shù)的逐步成熟及 CPU/GPU 等邏輯芯片和存儲(chǔ)芯片的需求增加，未來將逐步向 12 英寸硅晶圓過渡。
國(guó)內(nèi)具備 12 英寸硅片供應(yīng)的廠商有滬硅產(chǎn)業(yè)（上海新昇）、重慶超硅、西安奕斯偉、中欣晶圓、中環(huán)領(lǐng)先、立昂微（金瑞泓）等 6 家公司，擁有 12 寸生產(chǎn)線的廠商超過 15 家。根據(jù)芯思想統(tǒng)計(jì)，2020 年中國(guó)內(nèi)地 12 英寸拋光片和外延片裝機(jī)產(chǎn)能分別為 41.5 萬片/月和 7.5 萬片/月，預(yù)計(jì) 2021 年分別達(dá)到 153.5 萬片/月和 23.5 萬片/月，增長(zhǎng)迅速。
據(jù) IC Insights 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2018 年中國(guó)硅晶圓產(chǎn)能 243 萬片/月，中國(guó)大陸硅晶圓產(chǎn)能占全球硅晶圓產(chǎn)能 12.5%。中國(guó)政府鼓勵(lì)半導(dǎo)體材料國(guó)產(chǎn)化，支持我國(guó)廠商進(jìn)行研發(fā)，使得國(guó)內(nèi)硅片技術(shù)不斷進(jìn)步。隨著半導(dǎo)體制造硅晶圓產(chǎn)能持續(xù)向中國(guó)轉(zhuǎn)移，IC Insights 預(yù)計(jì) 2022 年中國(guó)大陸晶圓廠產(chǎn)能將達(dá) 410 萬片/月，占全球產(chǎn)能 17.15%。
▲ 中國(guó)硅晶圓產(chǎn)能情況（百萬片/月）
目前全球半導(dǎo)體硅片市場(chǎng)被日本、德國(guó)、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣等國(guó)家和地區(qū)的五家廠商壟斷近九成市場(chǎng)份額。國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體硅片行業(yè)起步較晚，2017 年以前 12 英寸半導(dǎo)體硅片幾乎全部依賴進(jìn)口。2018 年滬硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)子公司上海新昇作為中國(guó)大陸率先實(shí)現(xiàn) 12 英寸硅片規(guī)?；N售的企業(yè)，打破了 12 英寸半導(dǎo)體硅片國(guó)產(chǎn)化率幾乎為 0% 的局面。
中國(guó)大陸硅片整體產(chǎn)能加大投入，目前從事硅片生產(chǎn)的廠商主要有滬硅產(chǎn)業(yè)、中環(huán)股份、立昂微、中欣晶圓、超硅、神工股份等十余家。各硅片廠商紛紛投產(chǎn) 8 英寸及 12 英寸大硅片項(xiàng)目，其中滬硅產(chǎn)業(yè) 8 英寸硅片產(chǎn)能達(dá)到 45 萬片/月，其中包括外延片及拋光片合計(jì)產(chǎn)能 40 萬片/月，及 SOI 硅片 5 萬片/月，12 英寸硅片達(dá)到 25 萬片/月；中欣晶圓 8 英寸和 12 英寸硅片產(chǎn)能分別達(dá)到 45 萬片/月和 10 萬片/月；中環(huán)天津和宜興工廠 8 英寸硅片產(chǎn)能合計(jì) 60 萬片/月，12 英寸硅片產(chǎn)能分別為 2 萬片/月和 5-10 萬片/月，且江蘇基地將啟動(dòng)二期項(xiàng)目，持續(xù)為未來大尺寸硅片擴(kuò)產(chǎn)助力。
▲ 中國(guó)大陸硅片制造廠商
智東西認(rèn)為，在整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中，硅片處于最上游，貫通整個(gè)芯片制造的前道和后道工藝，沒有硅片半導(dǎo)體行業(yè)將為無水之源。2020 年以來，大數(shù)據(jù)、新能源、人工智能等趨勢(shì)開啟了新一代電子產(chǎn)品更新，支撐硅片需求爆發(fā)式增長(zhǎng)。近來市場(chǎng)出現(xiàn)的缺芯潮，進(jìn)一步全球硅片市場(chǎng)進(jìn)入新一輪的增長(zhǎng)。在多種因素作用下，現(xiàn)在或是中國(guó)硅片產(chǎn)業(yè)最好的發(fā)展機(jī)遇。
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