石化转型之时代机遇（一）：中国半导体行业全景分析

一、产业定义

半导体（Semiconductor）狭义上是指半导体材料，即常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。包括以硅（Si）、锗（Ge）等元素半导体（也是第一代半导体材料），和以砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化镓（Ga2O3）等化合物半导体材料（第二代至第四代半导体材料）。半导体材料是制作半导体器件和集成电路的电子材料，是半导体工业的基础。利用半导体材料制作的各种各样的半导体器件和集成电路，促进了现代信息社会的飞速发展。

半导体产品分为四种类型：集成电路、分立器件、传感器和光电器件四类。

集成电路（IC）：将数以亿计的晶体管、三极管、二极管等半导体器件与电阻、电容、电感等基础电子元件连接集成在基板上并封装后，使其具备复杂电路功能的一种微型电子器件或部件。

光电子器件：利用电-光子转换效应制成的各种功能器件。从可见光探测向微光、红外、紫外、X射线探测的器件，其探测范围从γ射线至远红外甚至到亚毫米波段的广阔的光谱区域，其探测元从点探测到多点探测至两维成像器件，像元数越来越多，分辨本领越来越大。光电子器件应用范围十分广阔，如家用摄像机、手机相机、夜视眼镜、微光摄像机、光电瞄具、红外探测、红外制导、红外遥感、指纹探测、导弹探测、医学检测和透视等等

传感器：是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。

分离器件：半导体分立器件，泛指半导体晶体二极管、半导体三极管简称三极管、三极管及半导体特殊器件。分离器件是我们学习电路中最常接触到的器件，在集成电路出现前所有的产品都是通过分立器件组合搭建而来。

日常生活中提到的半导体基本是指半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明应用、大功率电源转换等领域的应用。这些领域中最为人熟知的就是集成电路（例如Intel处理器，手机内存，闪存等等），本文将以集成电路产业指代半导体产业，相关材料以集成电路材料研究为主。

二、全球半导体产业发展历程

20世纪50年代诞生半导体产业发展到今天，每一次技术的进步和需求的变化，都推动了半导体产业的蓬勃发展：

1950到1970年代

1947年，贝尔实验室发明了第一只三极管，60年代，仙童公司开发了世界上第一款商用集成电路（IC），其后集成电路（IC）实现了规模化生产。英特尔（Intel）创始人之一的戈登·摩尔提出了著名的“摩尔定律”，意为当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。摩尔定律的提出，为后面几十年半导体行业的发展指明了方向，半导体行业也开启了高速发展的历程。

1970到1985年代

随着家电时代的繁荣，半导体产业模式也逐步转变为IDM模式，主流晶圆尺寸3-4英寸，制程1.2um – 0.5um，助推了日本半导体行业的发展。

1985到2010年代

在PC及移动互联网领域需求的驱动下，垂直化分工模式成为行业的主要趋势，IC设计公司（Fabless）与晶圆厂（Foundry）相结合的方式开始成为集成电路产业发展的新模式，主流晶圆尺寸发展为6-8英寸，制程发展到40nm，也造就了东亚地区半导体行业的繁荣。

2010至今

属于5G，AI，大数据/云，IoT的时代，在消费端需求及技术进步的双重驱动下，产业分工进一步细化，中国半导体行业开始崛起，更多的应用趋势正在推动半导体行业的进一步发展，主流晶圆尺寸8-12英寸，制程发展到了惊人的5nm甚至3nm，依然在不断进化。

三、全球半导体产业现状及趋势

全球半导体历经半个多世纪的发展，已成长为年销售额约 5500 亿美元的重要支柱产业。根据美国半导体 会统计数据，自 1976 年以来，全球半导体市场销售金额从最初的约 29 亿美元成长为 2022 年的 5832 亿美元，增长了约 202 倍，年均复合增速达到 12.2%，远高于全球 GDP 同时期约 3.1%的年均增速水平。根据下游电子产品应用市场在不同时期的兴衰更迭，大致上划分为 6 个成长周期：

1）1980 年前，半导体产业萌芽期。半导体产品下游应用以收 机、电视机 、早期商用电 等民用产品 和其他军用产品为主。此阶段半导体产业蓬勃发展，1976 年至 1980 年间全球半导体销售额年均复合增速达 35.9%。

2）1981 至 1990 年，家用电器时代。1980 年代，以电视机、洗衣机为代表的家用电器产品开始走进千家万户，催生上游半导体产品销售额以年均 20.5%复合增速快速增长。

3）1991 年至 2000 年，台式机时代。90 年代改进后的微软 Windows 视窗操作系统大获成功，引发计算机革命，使个人电成为计算机世界的新中心 。全球半导体销售额在此期间 CAGR 达到 15.6%，继续保持高速增长。

4）2001 年至 2008 年，功能手机和笔记本电 时代。 2000 年科技互 网后，半导体销售额从 2000 年的 2011 亿美元收缩至 2002 年的 1383 亿美元，下跌幅度达 31.2%。此后功能手机、笔记本电 、 MP3 等消费电子产品的兴起带动半导体产业逐渐复苏回暖，该阶段半导体产业增速约为 8.2%。

5）2009 年至 2014 年，智能手机时代。这一阶段，苹果发明智能手机，叠加全球 3G/4G 网络接替升级，移动互 网步入高速时代、接入流量快速增长，半导体产品充分受益下游消费电子和通信设备需求，年均成长 8.7%。

6）2015 年至今，5G 网络更新换代，物 网与人工智能技术推动智能手机以外的下游应用场景不断涌现，汽车智能化、电动化推动半导体用量不断提升。2015年至 2022 年，全球半导体销售额 CAGR 约为 8.1%。

四、中国半导体产业发展历程

中国半导体行业起步于20世纪50年代，期间经历过萌芽与探索阶段（1965-1980年）、引进提高阶段（1981-1989年）、重点建设阶段（1990-1999）、政策支持及引导阶段（2000至今）四个发展阶段。中国半导体产业的发展历程可得出以下几个关键时间节点：

1956年，国家提出“向科学进军”的口号。在1956-1967年十二年科学技术发展远景规划中，把半导体、计算机、自动化和电子学这四个在国际上发展迅速而国内急需发展的高新技术列为四大紧急措施。在“重点发展、迎头赶上”和“以任务带学科”的方针指引下，我国半导体事业从无到有，有了长足的进展。

1965-1980年，是中国半导体产业萌芽与探索发展阶段。1968年，上海无线电十四厂首次制成PMOS电路。1970年代永川半导体研究所、上无十四厂和国营东光电工厂相继成功研制NMOS电路，之后又研制成CMOS电路。1972年，我国自主研制的PMOS大规模集成电路在永川半导体研究所诞生，实现从中小集成电路发展到大规模集成电路的跨越。1975年，王阳元在北京大学设计出第一批1K DRAM，比英特尔晚5年。1978年，王守武带领徐秋霞等人在中科院半导体所成功研制4K DRAM，次年量产成功，比美国人晚了6年。1980年，王守武兼任109厂厂长，并在这里组装了我国第一条中、大规模集成电路生产线。

1981-1989年，通过大量引进国际技术，产业进入全面复苏提高阶段。在这个阶段，中国开始引进外资技术，和中国的工厂合作建设。上海贝岭，上海先进半导体以及华晶电子集团都是在这个阶段通过中外合资的方式建立起来的。由于外资的技术经验和设备的引入，在这个阶段，虽然技术实力还是非常薄弱，但中国的集成电路产业得到全面的复苏和提高。

1990-1999年 “908工程”“909工程”重点建设阶段。“908工程“是指国家发展微电子产业90年代的第八个五年计划，“909工程”是指第九个五年计划。两大工程的主体企业分别是无锡华晶和上海华虹。在这个阶段，中国的集成电路产业加速了和外资企业的合作，国家强势扶持，主要的发展成绩是晶圆厂的建设和发展，今天中国的几大晶圆厂：无锡华润上华、上海华虹、中芯国际都是在这个阶段先后建设起来的。

2000年以后，国家引导及政策支持力度加大，产业进入大发展时期。2000年6月，国家发布“18号文件”《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》，彰显国家的重视和支持。受此支持，国际厂商纷纷进驻中国，同时大量海外有技术经验的华人回国创办IC设计公司，国内半导体产业发展进入快车道。2014年政府决定要把集成电路设立为国家战略，成立领导小组和国家级的集成电路产业基金（大基金），集成电路发展从此进入新阶段。半导体发展成为热点，国家支持下各领域均有突破。

五、中国半导体产业现状

近年来，由于美国对中国半导体制裁加剧，中国在半导体领域面临更加严峻的局面。为了应对这种情况，中国在半导体领域实施了多项扶持政策，例如财政补贴、税收优惠、技术创新支持等，以促进半导体产业的发展。其中，最重要的一环是加大对半导体产业的投资，提高半导体自主可控水平。

根据世界半导体贸易统计组织的数据，中国半导体市场销售规模从2014年的913.75以美元增长至2022年的1803亿美元，年均复合增长率为8.86%。随着消费升级、信息技术的进步，中国对半导体产品需求不断扩大，逐步成长为全球最大的半导体市场，2022年中国半导体销售额占全球比例高达31.5%。

技术水平：中国在半导体技术方面取得了显著进展。尤其是在5G通信芯片、人工智能芯片、汽车芯片等领域，中国企业已经取得一系列突破。例如，华为的麒麟芯片、海思的Kirin芯片、紫光展锐的手机芯片、寒武纪的AI芯片等都受到国内外市场的认可。然而，需要指出的是，与全球一些领先半导体企业相比，中国在高端制程和核心技术方面仍有一定差距，对于一些先进工艺仍然依赖进口。因此，技术水平提升仍然是中国半导体行业的重要任务。

中国集成电路仍以进口为主，国产替代空间巨大。根据中国海关总署数据，2022年中国进口的芯片总量为5384亿个，同比下降15.3%；进口金额4156亿美元，同比下降4%。2019-2022年，我国集成电路进口数量约为出口数量2倍，进口金额约为出口金额3倍，总体仍高度依赖进口。

国际制裁将进一步刺激国产替代需求。美国 BIS于2022年10月7日出台管制新规，管制措施适用于将美国设备或零部件出口到中国国内的特定先进逻辑或存储芯片晶圆厂。日本政府、荷兰政府相继于 2023 年 5 月 23 日、6 月 30 日发布半导体相关出口管制措施，政策将分别于 7 月 23 日、9 月 1 日正式实施。三国出口管制主要压制中国大陆半导体制造环节未来技术节点升级。对于国内而言，科技突围有赖于国内全产业链的配合协同，时下短板和竞争焦点越来越聚焦上游的设备、零部件、材料等环节，此领域具有极大的内生替代动力。

六、产业前景

未来几年 5G、人工智能、VR/AR、智能网 汽车、物 网等各类新兴领域仍将给电子产品市场带来广阔的长期增量空间，而作为电子设备“大 ”和“心脏”的半导体产品预计保持一定的增速。因此预计半导体设备市场有望在经历2023年的调整之后，在2024年出现复苏反弹。目前全球半导体产业已经进入成熟期，海外半导体巨头渐进式成长，但中国半导体产业由于国产替代的需求，仍将保持快速成长。

七、半导体产业链全景图

半导体产业链具体包括上游半导体原材料与设备供应、中游半导体产品制造和下游应用。其中，半导体材料处于上游供应环节，材料品类繁多，按制造流程可细分为前端制造材料和后端封装材料。半导体设备，即在芯片制造和封测流程中应用到的设备，广义上也包括生产半导体原材料所需的机器设备。在整个芯片制造和封测过程中，会经过上千道加工工序，涉及到的设备种类大体有九大类，细分又可以划出百种不同的机台，占比较大市场份额的主要有：光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备、离子注入机、测试机、分选机、探针台等。半导体产业下游应用领域包括网络通信、计算机、消费电子、工业控制、汽车电子等。

半导体上游原材料中硅片代表企业有中环股份、SK海力士、环球晶圆等，光刻胶企业有晶瑞股份、陶氏化学、科华微电子、旭成化等;封装材料有陶氏杜邦、宏昌电子等。工艺制造设备企业有应用材料、日立高新、上海微电子等;检测设备企业有长川科技、泰瑞达、上海中艺、东电电子、东京精密等。中游半导体制造中半导体设计代表企业有中兴微电子、紫光国微、华为海思等;半导体制造代表企业有台积电、中芯国际、华润微电子、联华电子等。下游半导体可应用在网络通信、消费电子、汽车电子和工业控制等领域。

以下将分多个系列文章，解读半导体产业中的各个环节。