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中国半导体产业发展趋势及上游新材料投资机会

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宫学源

半导体（semiconductor）是一类在常温下导电能力介于绝缘体和导体的材料，其导电能力可通过电压、光照、压力和温度等进行控制。由于导电性可控，半导体被广泛应用于各类电子产品中，包括家用电器、消费电子、照明工具、显示驱动器、轨道交通、新能源汽车等，在生产生活中可谓无处不见。自20世纪50年代開始发展至今，半导体产业已成为推动全球科技产业发展和变革的核心驱动力。作为电力驱动、信号传输、光电转换和数据处理等的底层支撑技术，半导体先后推动集成电路、无线通信、太阳能电池、LED照明和新能源汽车等产业快速发展，深刻改变了人类的生产生活方式。半导体设计与制造能力，现已成为衡量一国科技水平的重要标志。

据FrostSullivan数据统计，全球半导体市场规模自2012年以来一直保持稳健的增长态势，2017-2018年呈现高速增长趋势，市场规模接近4700亿美元，2019年有所回调，市场规模约4100亿美元。其中，集成电路（包括数字集成电路和模拟集成电路）市场占比高达81%左右，是半导体工业的核心;分立器件、光电子器件和传感器的市场份额分别约为6%、10%和3%，是半导体工业不可或缺的组成部分。未来，随着5G、人工智能、工业互联网、物联网和新能源汽车等新兴应用的快速发展，全球半导体市场将保持长期增长，尤其是以碳化硅（sic）和氮化镓（GaN）为代表的宽禁半导体产业将保持快速增长态势。半导体产业上下游结构及产品分类详见图1所示。

1下游需求预期叠加国产替代趋势，中国半导体产业迎来空前机遇

1.1后摩尔定律时代半导体供需或严重不平衡，中国产能将成为关键

21世纪以来，推动第4次工业范式转变的主要动力为3大趋势：数字化、互联化和智能化。从具体实现路径上看，基于传感器、射频和边缘计算等技术的物联网将为数字化奠定基础，毫米波太赫兹通信、量子信息等技术将为万物互联提供保障，而机器学习、类脑计算等技术将加速智能化的推进。随着无人驾驶、车联网、工业4.0和智慧城市等应用场景需求的不断增长，物联网、5G、人工智能等底层技术正在加速发展，对高性能半导体器件的需求正不断增长。受此驱动，全球半导体市场未来将延续现有增长态势，预计2024年全球市场规模将达到5215.1亿美元，2020-2024年实现4.8%的年均复合增长率（图2）。

过去数十年，半导体工艺基本遵循着摩尔定律这一指数发展规律，即每18个月左右芯片单位面积晶体管数量翻倍。摩尔定律的存在，不仅体现了半导体工艺制程的持续优化，更加表明了计算需求、数据处理需求同样呈现指数增长趋势（图3）。芯片晶体管数量的指数级增长，恰恰是为了满足计算和数据处理需求的指数级增长。在可预见的未来，随着5G、物联网、AI和工业互联网的发展，全球数据量（计算需求）仍将长期保持指数级增长。然而，摩尔定律在未来数年将遇到瓶颈、芯片计算能力增长速度趋于平缓，后摩尔定律时代即将到来。这将意味着：计算能力的增长难以通过工艺升级来实现，极有可能需要通过扩大电子元器件产量来应对指数级增长的计算需求。从全球范围看，未来仅有中国有能力（物质资源、人力资源和资本）大幅度扩大产能，以应对这一全球计算能力危机。据国际半导体产业协会（sEMI）统计，中国2017-2020年间计划新建的晶圆厂数量居全球之冠。在这一整体趋势下，全球电子元器件未来将供不应求，上游材料+装备的需求将会快速增长，中国半导体产业将迎来新的重大历史机遇。与此同时，不断增长的计算需求（当前用于计算的能源消耗占总能源的10%）对全球能源供应提出巨大挑战，因此研发高性能、低功耗的新型器件成为当务之急。

1.2全球科技贸易战将持续升温，半导体产业国产替代有望加速

高科技既是一个国家整体实力的体现，但同时也会被某些国家用作对外输出影响力、实现政治目的的武器。近年来，随着世界多国右翼势力抬头，逆全球化思潮兴起，科技贸易战正在全球范围内持续升温。由于半导体（芯片）在高科技产业中起到关键性、支撑性作用，因此全球科技贸易战长期聚焦在这一领域。2018年3月，美国总统特朗普签署备忘录，宣布根据（（1974年贸易法》第301条指示美国贸易代表办公室（uSTR）对从中国进口的商品征收关税，以“惩罚中国偷窃美国知识产权和商业秘密”，中美贸易战正式展开。随后，美国相继对中国中兴、晋华和华为等半导体领军企业发起制裁，其根本目的就是要遏制中国半导体产业、通信产业等高科技产业发展，试图扼杀中国很不容易积累起来的科技创新能力。

2019年7月，日本经济产业省发布《关于对大韩民国出口管制运作的审查》，宣布从即日起将韩国从出口贸易管制法令白名单中剔除，并从当年7月4日起对氟聚酰亚胺、光刻胶和氟化氢3种原材料实行出口限制，日韩半导体贸易战也就此开