一、中国晶圆代工行业发展背景
国内半导体行业市场规模快速增长，但需求供给严重不平衡，高度依赖进口，国产核心芯片自给率不足10%。在集成电路领域，进口替代空间广阔。2020年我国集成电路出口金额为1116亿美元，进口金额为3055亿美元。2015年起集成电路的进口金额连续4年超过原油，成为我国第一大进口商品，从供应链安全和信息安全考虑，芯片国产化迫在眉睫。
2011-2021年Q1我国集成电路进出口金额统计
资料来源：中国海关，华经产业研究院整理
国发8号文提出，国家鼓励的集成电路线宽小于28纳米（含），且经营期在15年以上的集成电路生产企业或项目，第一年至第十年免征企业所得税。而在国发4号文中，是对线宽小于0.25微米或投资额超过80亿元且经营15年以上的集成电路生产企业，采取从盈利之日起“五免五减半”的政策，对于国内高端制程企业来说，优惠的力度明显加大。国发8号文还指出，对65nm以下（含）经营15年以上的生产企业采取企业所得税“五免五减半”的政策，对130nm以下（含）经营10年以上的企业采取“两免三减半”的政策。对比2018年减税政策，明显鼓励先进制程并向先进制程倾斜。一方面先进制程及芯片国产化在国家战略地位意义非凡；另一方面，集成电路也是国家高新技术的集中体现。
2020年与2018年政策减税对比
资料来源：公开资料整理
二、全球半导体市场销售额情况
2020年受疫情影响全球经济出现了衰退。但是全球半导体市场在居家办公学习、远程会议等需求驱动下，逆势增长。据统计，2020年全球半导体市场销售额4390亿美元，同比增长了6.5%。截至2021年第一季度全球半导体产品销售额1231亿美元，同比增长17.8%，环比增长3.6%。
2013-2021年Q1全球半导体市场销售额及增速
资料来源：中国半导体行业协会，华经产业研究院整理
相关报告：华经产业研究院发布的《2021-2026年中国晶圆代工行业市场全景调研及投资规划建议报告》
三、中国晶圆代工行业市场现状分析
由于中国疫情控制较好，2020年中国GDP实现了2.3%的增长，首次突破100万亿元，达到了101.6万亿元。在中国经济增长的带动下，中国集成电路产业继续保持快速增长态势。据统计，2020年中国集成电路产业销售额为8848亿元，同比增长17%，截至2021年一季度我国集成电路产业销售额继续保持高增长，销售额达到1739.3亿元，同比增长18.1%。
2013-2021年Q1中国集成电路产业销售额及增速
资料来源：中国半导体行业协会，华经产业研究院整理
2020年我国晶圆代工销售额为2560亿元，同比增长19.1%，截至2021年第一季度我国晶圆代工销售额为542亿元，同比增长20.1%。
2013-2021年Q1我国晶圆代工销售额及增速
资料来源：中国半导体行业协会，华经产业研究院整理
以5nm节点为例，其投资成本高达数150亿美金，是14nm的3倍，是28nm的5倍。为了建设5nm产线，2020年台积电计划全年资本性支出高达184亿美元。先进制程不仅需要巨额的建设成本，而且也提高了设计企业的门槛，预计3nm设计成本将会高达5-15亿美元。
不同制程下晶圆厂的设备投资额情况
资料来源：公开资料整理
四、晶圆代工行业竞争格局分析
在芯片品类和需求量持续增加的浪潮下，全球晶圆厂数量持续扩张。据统计，2017-2020年间全球投产的半导体晶圆厂为62座，其中有26座设于中国大陆，占全球总数的42%。并预计从2020年到2024年至少新增38个12英寸晶圆厂。
全球晶圆厂持续扩厂
资料来源：公开资料整理
此前代工厂商格罗方德和联华电子均已宣布暂缓10nm以下制程的研发。目前芯片制造的先进制程竞争主要剩下台积电和三星两家。目前台积电2020年实现5nm量产，预计在2022年3nm进行规模化量产。
不同晶圆厂的制程演进时间表
资料来源：公开资料整理
从企业来看，2020年台积电以56%的市场占有率处于绝对领先的地位，三星和联电分列第二、第三，大陆厂商中芯国际暂列第五。从制程工艺来看，领先工艺（5nm+7nm）目前占据25%左右的市场份额，主要用于CPU、GPU等超大规模逻辑集成电路的制造。
2020年全球晶圆代工市场份额（单位：%）
资料来源：公开资料整理
随着先进制程的不断推进，研发投入和投资成本呈现指数级增长，技术风险及投资风险均显著加大。中芯国际在持续追赶，而像联电、格罗方德等晶圆代工厂商已经放弃了10nm及以下制程工艺的研发，全面转向特色工艺的研究与开发。
晶圆制造行业具有资本密集和技术密集型的特征。近三年来，台积电、联电、华虹半导及高塔半导体等厂商的研发费用占收入比维持在高个位数，充分说明研发在代工行业中的重要地位。中国大陆的中芯国际为追赶台积电等行业龙头近年来一直在大力投入研发先进制程工艺，研发费用占营业收入比高达10%以上。
2017-2020年各晶圆厂研发投入对比（亿元）
资料来源：公开资料整理
五、晶圆代工行业技术趋势
1、摩尔定律是重要的经验规律
摩尔定律是一种经验规律，但并非自然科学定律，它一定程度揭示了信息技术进步的速度。推动摩尔定律的核心内容是发展更先进的制程，而晶圆代工是其中最重要的环节。
2、先进制程的厂商越来越少
制程的进步使得集成电路上的单个晶体管体积更小，能耗更低。单位面积的硅晶圆上能够容纳更多晶体管，提升了芯片性能。目前半导体制程工艺的进步已经越来越困难。
3、FinFET工艺是当前市场的主流选择
随着特征尺寸的不断缩小，栅极对于沟道的控制能力减弱，尤其是亚阈值区的漏电流随着栅长（gatelength）减小而快速减小，漏电流成了一个很大的问题。FinFET称为鳍式场效应晶体管（Fin Field-Effect Transistor），是由美籍华人科学家胡正明教授在1999年提出来的。其中的Fin在构造上与鱼鳍非常相似，所以称为“鳍式”。在FinFET中沟道不再是二维的而是三维的“鳍”（Fin）形状，而栅极则是三维围绕着Fin，这样就大大增加了栅极对于沟道的控制能力，从而解决了漏电流的问题。而TSMC正式在16nm工艺中使用FinFET。从16／14nm开始，FinFET成为了半导体器件的主流选择。
4、GAA工艺有望进入市场
随着特征尺寸的不断缩小，栅极对于沟道的控制能力减弱，因此必须引入新的器件结构以满足晶体管的要求。从时间上可以看到这种明显的趋势：平面工艺晶体管的特征尺寸缩小过程持续了数十年，之后到了2013年下半年16/14nm节点正式引入FinFET，然而FinFET仅仅维持了10年不到，2020年左右的3-5nm节点就必须转入GAA。
华经产业研究院对中国晶圆代工行业的发展现状、产业链发展格局及市场供需形势进行了具体分析，并从行业的政策环境、经济环境、社会环境及技术环境等方面分析行业面临的机遇及挑战。还重点分析了重点企业的经营现状及发展格局，并对未来几年行业的发展趋向进行了专业的预判。为企业、科研、投资机构等单位了解行业最新发展动态及竞争格局，把握行业未来发展方向提供了专业的指导和建议。更多详细内容，请关注华经产业研究院研究出版的《2021-2026年中国晶圆代工行业发展监测及投资战略规划研究报告》。
