（报告出品方/作者：德邦证券，李浩、张威震）
1. 核心摘要
半导体是数字经济的基石，对全球信息科技产业的发展至关重要。此篇报告 作为我们中观科技产业系列专题报告的开篇，我们将从宏观到中观，通过复盘全 球半导体产业的发展历程，对我们基于供给和需求视角的全球半导体产业分析框 架进行详细阐释，对全球半导体产业的成长性、周期性进行观察总结和实证分析， 对全球半导体产业价值链分布、全球市场现状与特征，以及中国大陆半导体产业 现状与问题进行详细归纳。通过与美国等海外地区对比，发现中国大陆半导体产 业链的不足；通过对全球产业趋势的分析，来理解当下中国半导体产业的发展机 遇。
分析框架：全球半导体产业供给端由企业主导，需求端由下游应用领域主导， 供给、需求和贸易共同创造了销售市场，需求波动向上传导的时间差造成了企业 和渠道商的库存。企业的边际盈利能力变化传导到二级市场，与其他因素交织共 同影响了股价波动。在整个框架中，技术是根因，技术迭代降低制造成本并创造 下游电子设备需求，促进信息科技产业持续繁荣发展。 复盘历史：全球半导体产业从上世纪四五十年代在美国起源后开始蓬勃发展， 在成长过程中历经了从美国到日本，从日本到韩国和中国台湾，以及再到中国大 陆的三次产业区域转移。在此过程中，全球半导体产业分工不断细化，从 IDM 到 Fabless，纯晶圆代工模式出现。同时，全球半导体市场下游历经多轮增长周期， 从 1976 年的约 29 亿美元成长 202 倍到 2022 年的 5832 亿美元，下游已经渗入 到消费电子、计算机、通信、汽车、工业等多个应用领域，成为信息科技产业和数 字经济的基石。
成长与周期：全球半导体产业经过几十年的发展，已经从快速增长的成长行 业转变为渐进式增长的成熟行业，成长性逐渐变弱，周期性不断增强。全球半导 体产业格局集中度不断提升，头部企业成长速度放缓但盈利能力变强。周期性方 面，我们从长期、中期和短期三个维度进行拆解：（1）在长期维度上，全球半导 体产业主要受技术迭代因素影响，呈现出约 10 年左右的产品周期，宏观经济波动 对这一特征进行加强；（2）在中期维度上，全球半导体产业主要受企业资本开支 驱动，表现出约 3 至 4 年的产能周期；（3）在短期维度上，半导体销售市场短期 供需错配导致企业库存波动，呈现出约 3 至 6 个季度的库存周期。 产业链：全球半导体产业链包括设计、制造、封测三大核心环节，和基础技 术研发、半导体设备、半导体材料三大支撑环节，以及多种下游应用领域。在价 值量分布上，呈现出“设计＞晶圆制造＞设备＞封测＞材料”的特征。在区域分 布上，主要与各区域生产要素优势类型有关：（1）设计、设备等研发密集型环节， 主要由美国、欧洲等区域主导；（2）材料和晶圆制造等资本开支密集型环节，主 要由欧美以外地区主导；（3）封装测试等资本开支和劳动力密集型环节，主要由 中国大陆主导。
市场结构：分地区来看，亚太地区在全球半导体销售额中超过 60%，而中国 大陆在亚太市场份额最高，2021 年以 1877 亿美元销售额成为全球半导体产品最大消费地区。从供给端来看，美国在全球半导体市场供应端占据接近一半份额。 分产品来看，集成电路占半导体产品销售额的比重维持在 80%以上，其中逻辑 IC 和存储 IC 比重最高，MCU 份额呈下降趋势。分下游应用来看，计算机和通信是 主要应用领域，不同类型的半导体产品在下游应用领域的占比有所区别。 中国大陆现状：中国大陆半导体产业起步较晚，目前在全球市场份额第一且 仍保持上升趋势。中国大陆在供给端较为薄弱，IC 产值虽然快速增长，但自给率 水平仍然不高。去除大陆之外厂商在内地的晶圆厂贡献的产值，中国本土厂商对 市场的供给比例 2021 年仅为 6.6%左右。此外，从进出口的角度看，中国大陆半 导体产品贸易逆差仍在扩大，进口高端芯片、出口低端芯片现象仍然显著，半导 体产品在整体进口金额占比也屡创新高。
海内外对比：从产业投资力度来看，半导体产业较为依赖研发投入，在全行 业中研发支出占收入比重最高。分地区对比，美国在全球主要国家和地区中研发 投入最高，中国大陆最低。对比中外半导体企业，中国大陆半导体产业链各环节 龙头公司与海外龙头公司相比在收入规模与盈利水平等方面仍然存在一定的差距。 产业趋势：（1）长期来看，量子隧穿效应导致的物理极限和先进制程工艺成 本陡增等因素致使集成电路沿摩尔定律发展的经验规律迎来瓶颈，台积电先进制 程的新工艺收入占比提升速度不及前代、渗透速度或将减缓。集成电路进入后摩 尔时代后，技术迭代速度放缓，中国有望通过先进封装和 Chiplet 等技术实现加速 追赶。（2）中期来看，2020 年新冠疫情大流行对全球半导体市场造成了先紧后松 的局面，加剧了市场需求波动，企业端产能投放节奏受到一定影响，2023 年产能 周期大概率进入下行阶段。（3）短期来看，全球晶圆厂产能利用率已经回归到正 常水平，WSTS 预测 2023 年全球半导体市场或将萎缩 4.1%至 5566 亿美元。（4） 区域分工上，半导体产业的安全性和韧性日益成为全球各地区竞争焦点，美国通 过“对内鼓励、对外合作、对华竞争”的半导体产业政策促进先进制程回归本土， 同时限制中国半导体产业的发展。中国需要推出更适合当下环境的半导体产业顶 层战略规划，以在日益动荡的地缘政治格局中实现半导体乃至整个信息科技产业 的国产替代和自主可控。
2. 产业概况与分析框架
2.1. 研究范畴：半导体、集成电路与芯片
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。 集成电路（Integrated Circuit，IC，中国台湾称为“积体电路”），是指通过一 系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻器、电容器等被动元 件及布线“集成、封装”在半导体（如硅或砷化镓等化合物）晶片上，执行特定功 能的电路或系统。 芯片（Chip），通常就是指集成电路芯片，因此绝大多数时候，芯片、集成电 路、IC 等术语可以混用。
2.2. 产品类型：芯片功能向集成化趋势发展
半导体产品类型繁多，通常按照 WSTS 统计数据，分为集成电路、分立器件、 光电子器件、传感器共 4 大类。 1）集成电路，即通常所称的芯片，英文简称 IC 或 Chip，占据半导体销售额 的绝大部分，主要包括模拟芯片和数字芯片。 模拟芯片，主要是指由电阻、电容、晶体管等组成的模拟电路集成在一起用 来处理连续函数形式模拟信号的集成电路，主要包括以放大器、比较器、接口 IC 等为代表的信号链类芯片，和以驱动 IC、交直流转换（AC/DC、DC/DC、DC/AC 等）、充电/电池管理 IC 等为代表的电源管理类芯片。
数字芯片，是对离散的数字信号进行算术和逻辑运算的集成电路，其基本组 成单位为逻辑门电路，包括逻辑芯片、微处理器和存储芯片三大类。（1）逻辑芯 片，广义上可以是所有采用逻辑门的大规模集成电路，这里主要是指仅包含逻辑 运算能力的集成电路，包括以 CPU、GPU 为代表的通用计算芯片、专用芯片（ASIC 等）和 FPGA 等。（2）存储芯片，主要承担数据存储功能，包括易失性存储和非 易失性存储，易失性存储主要以随机存取器 RAM 为主，使用量最大的为动态随机 存储 DRAM；非易失性存储较为常见的是 NOR Flash 与 NAND Flash。NOR Flash 的读取速度较快，被广泛用于代码存储的主要器件，NAND Flash 则在高容量时 具有成本优势，是目前 SSD 固态硬盘的主要存储介质。（3）微处理器（MPU）， 主要是指将计算、存储等多种功能封装成一个芯片之上的微控制单元（MCU）。
2）分立器件，是相对于集成电路而言的半导体另一大产品分支。分立器件早 于集成电路出现，至今仍然被广泛地应用在消费电子、计算机、通信、汽车电子等 广泛领域。分立器件可分为普通二极管、三极管、以电容/电阻/电感为代表的三大 被动元件，和占据分立器件主要地位的功率器件。功率半导体分为功率 IC 和功率 器件，功率 IC 主要以电源管理类模拟 IC 为主，功率器件主要包括功率二极管、 晶 管、功率晶体管等类型。其中，功率晶体管还可细分为双极结型晶体管（B T）、 结型场效应晶体管（ FET）、金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和绝 缘栅双极型晶体管（IGBT）等多种类型，主要用于放大器、大功率半导体开关和 逆变器等场景。
3）光电子器件，主要是指利用光子-电子转换效应（光电效应）设计的功能器 件，可大致分为光电导器件、光 器件、发光器件和受光器件。光电导器件包括 光 电阻、光电二极管、光电三极管等，其中光电二极管是构成 CCD 和 CMOS 图 传感器的基本单元。 光 器件 是利用光 效应进行工作的半导体器件， 主要包括光 电池、光电 测与光电控制器件等。 发光器件，主要包括发光二极 管（ ED）和半导体 光器。 ED 按化学性质又分有机发光二极管 O ED 和无机 发光二极管 ED，最初用于仪器仪表的指示性照明，后来用作文字或数字显示， 近些年又发展出 mini- ED 和 micro- ED 等新技术。半导体 光器 ，也称 光 二 极管（ D），可分为同质结、单异质结、双异质结等几种类型，主要用作 光通信、 光存储、光陀螺、 光 印、测距以及雷达等 领域。半导体 光器可以按照材料、波长、功率、发 方式等多种维度分类，其中 VSCE 光器得益于 3D 结构光 （苹果 Face ID 采用的方案）和 iDAR 等下游应用场景的拓展而在近几年市场规 模快速发展。受光器件，即接受光信号转换为电信号的光电器件，主要包括图 传感器、红外接收器、光电倍增管等产品，在下游应用产品中通常与发光器件集 成在一起使用。
4）半导体传感器，是指利用半导体材料物理、化学、生物特性制成的传感器， 按照信号感知方式，可以分为温度传感器、 度传感器、 力传感器等多种类型。 传感器作为数字世界的眼耳口鼻，在几乎所有行业都有着广泛的应用场景。 除以上分类外，半导体产品还有多种分类维度，例如按照下游需求场景可分 为民用级（消费级）、汽车级（车规级）、工业级、军工级和航天级等。 半导体产品向功能集成化趋势发展。随着智能手机、智能手表、TWS 耳机等 下游消费电子应用对芯片性能、功能和集成度的要求越来越高，半导体产品功能 集成化发展成为重要趋势，出现了诸如片上系统芯片（SoC）、 芯片（ RF）、 电源管理芯片（PMIC）等将传统单一半导体芯片的多种功能模 化集成化的芯片 类型。例如高通骁龙 8Gen1 SoC 集成了 CPU、GPU、ISP、5G RF 等多种数字 和模拟芯片模 ，恩智浦 PMIC 芯片集成了多种模拟电路功能。
2.3. 研究框架：基于供给与需求视角的产业分析框架
供给端：供给端由企业主导，企业的供给能力主要由不同阶段的固有产能和 产线整体的产能利用率决定，其他决定供给能力的因素还包括库存水平、上游原 材料供应情况等。产能主要由企业资本开支决策、国家或地区的产业引导政策等 因素决定。常见的产业政策类型包括国民经济计划（包括指令性计划和指导性计 划）、产业结构调整计划、产业扶持计划、财政投融资等。当产能利用率持续高企， 甚至长时间以最高水平运行时，或者企业判断未来较长时间内需求端较为旺盛时， 会增加资本支出预算，升级改造旧产线或新建产线，以提升未来产能。 需求端：半导体产品的下游需求包括消费电子、计算机/服务器、汽车、工业 等多个领域，但各领域最下游的应用端多由个人消费者主导。需求端的影响因素 包括宏观经济、政治、区域文化、产业政策、产品迭代等因素，其中产业政策多为 消费类政策，产品迭代主要由消费者和系统集成商共同推动，而技术进步是产品 迭代的根本因素。
销售市场：供给、需求和贸易共同创造了销售市场，同时市场供需的变化也 会及时向上反馈给供给和需求，起到一定的调节作用。例如：产品销量较好，企业 库存水位下降，将会提升产线稼动率，以增加库存补给；产品价格下降，将会对价 格 感型人群的消费决策产生较大的影响，进而影响总需求。 社会库存：供给端的企业通常有直销和经销两种销售模式，直销模式下企业 直接将产品销售给客户，经销模式下企业通过层层经销商将产品销售给客户。经 销商（或者称渠道商、贸易商、流通企业等）可以促进产品流通效率、分担企业库 存风险，同时获取部分利润。因此整个供给端库存，可以分为生产厂商库存和流 通企业库存（也称渠道库存），二者共同构成了总的社会库存。 二级市场：销售市场上整体行业的销售额和利润，由规模大小不等的企业共同贡献，企业的边际盈利变化与资本市场对企业 值水平的判断，共同影响了企 业股价走势，同时各企业股价变化叠加其权重因子共同决定了行业指数的波动周 期。另外，企业盈利能力和 值的 变化，同时也在一定程度上影响企业投资决策， 进而影响到产能端的资本开支节奏。
技术因素：随着科技的发展和知识产权制度的建立，技术也作为相对独立的 要素投入生产，成为第四大生产要素。对于半导体产业而言，制造端的技术进步 最为重要。随着制程节点按照摩尔定律演进，性能更高、功耗更小、更加轻巧的芯 片使下游各类应用成为现实，新产品不断涌现，产品迭代促进了消费需求，维持 整个产业不断成长。
2.4. 发展特征：产业区域转移与分工模式细化
1）从电子管到晶体管，半导体产业的起源。19 世纪 60 年代后期开始的第二 次工业革命，使人类进入了电 时代。 电 时代以电子设备为载体，电路则是电 子设备的核心。1904 年美国弗莱明发明了具有整流和 波两种作用真空 电子二极 管，1907 年美国福雷斯特制造出的第一只真空电子三极管，成为后来无线电发 机和接收机的核心部件。自此，人们可以使用真空电子管构建电子设备的电路系 统，并在 1946 年成功研发出人类历史上第一台基于电子真空管的数字积分计算 机（ENIAC），每秒可执行 5000 次加法运算。仅 1 年后的 1947 年 12 月，美国贝 尔实验室由肖克利、巴丁和布拉顿组成的固体物理小组成功研发出点接触型锗三 极管，是世界上第一个晶体管，人类自此进入晶体管电路时代。
2）从晶体管到集成电路，半导体产业的大发展。晶体管的发明开创了微电子 学的先河，很快受到市场青睐。1954 年，贝尔实验室发明第一台晶体管计算机。 1957 年，IBM 开始销售使用了 3000 个锗晶体管的 608 计算机，这是世界上第一 种投入商用的计算机，同年，被誉为半导体产业“西点军校”的仙童半导体在硅谷 创立，奠定了美国硅谷的发展基础。1958 年 9 月，德州仪器的基尔比发明了第一 款基于锗晶体管的集成电路，标志着集成电路的诞生。1959 年 7 月，仙童公司的 诺伊斯申请了基于硅平面工艺的集成电路专利，奠定了集成电路大批量产的技术基础，半导体产业自此开始快速发展：1965 年，摩尔在当年第 35 期《电子》杂 志上发表了著名的“摩尔定律”；1968、1969 年，摩尔、诺伊斯和桑德斯相继离 开仙童半导体，分别创立了英特尔和 AMD，并开 了两家公司数十年竞争史；1971 年英特尔推出第一款商用处理器 Intel 4004，1978 年推出 X86 芯片鼻祖 Intel 8086， 并在 1981 年被 IBM 用于第一款个人电 IBM 5150 上，取得了巨大的商业成功。 而后随着小型计算机步入千家万户、晶圆代工模式创新发展和微纳制程节点不断 突破，半导体产业不断发展壮大。
3）半导体产业的三次区域迁移：美国→日本→韩国&中国台湾→中国大陆。 半导体产业在美国起源后，伴随地缘政治、地区产业政策、制造模式变革等多种 因素，经历了三次产业重心的转移。（1）1950 年代到 1960 年代，半导体产业在 美国本土起源并蓬勃发展。最初晶体管产品在美国仅被用于军事用途，后来德州 仪器发明 IC，计算机成本不断下降、性能不断提升，集成电路规模不断提升，1967 年 DRAM 和 NVSM 开始作为计算机的核心存储器问世，美国硅谷引领半导体产 业的发展。（2）第一次转移，从创新国美国到日本。1976 年 3 月，日本政府以富 士通、日立、三菱、NEC 和东芝五家公司为核心， 合日本工业技术研究员、电 子综合研究所和计算机综合研究所共同实 “超大规模集成电路研究计划”（V SI）， 该计划取得了巨大成功，日本超越美国、一跃成为世界第一的 DRAM 大国，半导 体主要市场从美国转移至日本。但 70 年代末，美国在半导体设计、设备、材料等 上游环节仍然保持着较大的技术领先实力。（3）第二次转移，从日本到韩国和中 国台湾。1969 年，韩国电子工业振兴法及电子工业振兴 8 年计划的出台为扩大电 子产品的生产确立了强有力的政府支援体制。此后，三 电子、 G、现代电子开 始致力于半导体产品的生产。70 年代美国、日本的半导体公司在韩国建立了存储 芯片组装厂，由此奠定了韩国半导体产业的发展基础。1974 年，三 收 了韩国 半导体公司 50%的股份，初步进入半导体行业；1977 年收 剩余 50%股份，同 时收 当时在韩国市场处于领先地位的仙童半导体子公司，获得其芯片加工技术，在半导体行业逐渐赢得一席之地。1983 年，韩国政府对外发布“进军 SI 领域 （DRAM）的计划”，通过四年时间掌握了 256K DRAM 技术，并通过向日本大量 进口高性能制造设备，快速壮大半导体产业，最终三 在 16M DRAM 市场超过日 本。而与此同时，半导体产业市场规模的壮大，为产业链环节分工细化 下基础， 1987 年张忠谋从德州仪器离开后在中国台湾创立了台积电，推动半导体产业由 IDM 模式向晶圆代工模式的转变。全球半导体产业重心从日本逐渐转移到韩国和 中国台湾。（4）第三次转移，从韩国、中国台湾向中国大陆转移。2001 年后，随 着加入世贸组织，中国大陆逐渐深度参与到全球产业中。半导体下游应用从台式 机逐渐拓展到笔记本电 、手机等各类电子设备，终端产品更加复杂多样。美国、 日本、韩国等地区逐渐把劳动力密集型的封装、测试等环节转移到中国大陆。中 国大陆半导体产业经历了低端组装和制造承接、长期的技术引进和消化吸收、高 端人才培育等较长时间周期，逐步完成了原始积累，并以国家战略及产业政策为 驱动力，推动半导体全产业链高速发展。
4）从 到晶圆代工，半导体产业链走向细化分工。最初，半导体厂商均 为垂直整合制造商（IDM），即自己完成设计、制造、封装测试等所有环节。随着 1987 年台积电设立 6 英寸晶圆代工厂，中国台湾地区率先进入半导体产业专业分 工阶段，并开始承接以美国半导体公司为主的全球半导体产品厂商的委托制造业 务，半导体产业形成了以美国为主的负责设计的 Fabless 厂商，和以中国台湾为 主的负责制造 Foundry 厂商进行分工 作的局面。 中国台湾凭借专业代工，成为 世界半导体的晶圆生产基地。
2.5. 从宏观总量到中观产业：半导体是数字经济的基石
2.5.1. 数字经济：传统 P 的数字化部分，比重高、增长快
数字经济是以数字化的知识和信息为关键生产要素，以数字技术创新为核心 驱动力，以现代信息网络为重要载体，通过数字技术与实体经济深度融合，不断 提高传统产业数字化、智能化水平，加速重构经济发展与政府治理模式的新型经 济形态。
根据信通院白皮书，2021 年全球 47 个主要经济体数字经济规模为 38.1 万亿 美元，较 2020 年增长 5.1 万亿美元，数字经济占 GDP 比重为 45.0%，较 2020 年提升 1 个百分点。2021 年全球数字经济在第一产业渗透率为 8.6%，在第二产 业渗透率为 24.3%，在第三产业渗透率为 46.3%。在增速上，数字经济成为全球 经济增长的主要动力之一，2021年全球47个经济体数字经济同比名义增长15.6%， 高于同期 GDP 名义增速 2.5 个百分点，有效支撑全球经济持续复苏。
数字经济包括数字产业化、产业数字化和数字化治理三大部分。数字产业化， 即信息通信产业，具体包括传统 GDP 结构中第二产业下面的电子信息制造业，和 第三产业下面的电信业、软件和信息技术服务业、互 网行业等； 产业数字化， 即传统产业由于应用数字技术所带来的生产数量和生产效率提升，其新增产出构 成数字经济的重要组成部分；数字化治理，包括治理模式创新，利用数字技术完 善治理体系，提升综合治理能力等。 产业数字化依然是全球数字经济发展的主导力量，数字技术加速向传统产业 渗透。根据信通院数据，2021 年全球 47 个主要经济体数字产业化规模为 5.7 万 亿美元，占数字经济比重为 15%，占 GDP 比重为 6.8%，产业数字化规模为 32.4 万亿美元，占数字经济比重为 85%，占 GDP 比重约为 38.2%。尽管产业数字化 占比较高，但传统产业的数字化转型的核心支撑仍然是信息科技产业。
2.5.2. 信息科技产业：数字经济的重要支撑和组成部分
美国信息科技产业增加值在 P 中百分比接近中国 2 倍。美国经济分析局 将“信息通信技术生产行业”在传统的产业划分框架外单列，2021 年美国“信息 通信技术生产行业”增加值占其 GDP 比重约为 7.6%。中国国家统计局将“信息传 、软件和信息技术服务业 ”列示在第三产业下面，2021 年中国“信息传 、 软件和信息技术服务业”占 GDP 比重约为 3.9%。我们忽略可能存在的细微统计 口径差异，将以上数据理解为两国“信息科技产业”占 GDP 比重，可以发现美国 科技行业在 GDP 的百分比约为中国的 1.95 倍。
美国制造业中信息设备比重超过中国 2 倍。信息科技产业包括硬件、软件和 互 网应用等，硬件属于制造业。根据美国经济分析局数据， 2021 年“计算机和 电子产品”行业增加值约占美国制造业的 13.4%，在美国制造业中排名第 2。中 国国家统计局 2020 年发布了最新版投入产出表，“通信设备、计算机和其他电子 设备”行业增加值约占制造业的 6.6%，在中国制造业中排名第 6。忽略统计口径 可能带来的微小差异，美国信息设备在制造业比重约为中国的 2.03 倍。
2.5.3. 半导体：信息科技产业的核心硬件
半导体产品应用广泛，下游包括消费电子、计算机与服务器、通信和物 网、 汽车、工业、 、军事与航空航天等 多个应用领域，是信息科技产业的核心硬 件，也是数字经济的基石。
根据 Wind 二级行业分类标准，分别测算中国和美国 2021 年半导体和其他二 级行业的收入与净利润在总量中的比重。2021 年，美国半导体行业收入占比约为 1.9%，净利润占比约为 3.9%；中国半导体行业收入占比约为 1.2%，净利润整体 亏损约 7 亿元。 我们将“半导体与半导体生产设备”，以及“电信服务”、“技术硬件与设备”、 “ 体 ”和“软件与服务”等泛 TMT 行业作为信息科技产业，美国上市公司中， 2021 年信息科技产业收入占比 19.1%，净利润占比约为 26.9%，净利率约为 16.1%；中国上市公司中，2021 年信息科技产业收入占比约为 11.0%，净利润占 比约为 3.3%，净利率约为 1.1%。
3. 全球半导体产业的成长性与周期性
自上世纪 60 年代以来，在宏观、技术、产业政策、供需关系等多种因素的影 响下，全球半导体产业在波动中增长，呈现出螺旋式上升趋势，表现出一定的周 期性和成长性。 成长性主要包括需求成长、供给成长、产品结构成长三个层次：需求成长即 销售端市场规模不断增大；供给成长与需求相互耦合，企业产能跟随市场需求不 断提升；产品结构成长，即由于技术升级推动产品迭代，随着时间推移，原有的 高端产品将逐渐下沉成为中低端产品，而原有的低端产品则被淘汰，整体上产品 结构持续优化成长。 周期性方面，我们将从长期、中期、短期三个维度拆解为：由技术迭代驱动 的产品周期，由供给端企业资本支出驱动的产能周期，和由销售端短期供需错配 驱动的库存周期。
3.1. 成长性：复盘，溯因，归纳
3.1.1. 下游终端更迭推动上游半导体持续增长
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。我 们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，推翻了大型计算机的“统治地位”，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%。
3.1.2. 从“强成长、弱周期”到“强周期、弱成长”
整体上看，全球半导体产业从“强成长、弱周期”走向“强周期、弱成长”， 产业成熟度不断提升。从萌芽到成熟，全球半导体产业经历了 1980 年前的爆发期 和 1980 至 2000 年间的高速成长期后，增速下降至 2000 至 2020 年间的 8%左 右，从高速成长的新兴产业，演变为渐进式增长的成熟产业，其成长性逐渐削弱， 周期性不断加强。随着半导体产业逐渐成熟，其在电子设备中的价值量不断提升， 而各类电子设备是数字经济的硬件支撑，这使得半导体产业与宏观经济的相关性 不断增强。
1、半导体在电子设备中价值量占比不断提升。
根据《集成电路产业全书》中的测算，半导体产品在电子设备价值量占比已 经从 1997 年的 19.10%提升 9.8 pct 至 2021 年的 28.90%。未来随着数字经济的 发展，各类电子设备的算力与智能化程度需求将不断提升，半导体产品在整机中 的价值量也将进一步提升。
2、集成电路销售增速与 P 增速相关性将进一步加强。
根据 IC Insights 数据，1980 年至今全球 GDP 增速和 IC 市场增速的相关性 在不同阶段出现了一定的变化。1980 至 2010 年间，全球 GDP 和 IC 市场增速相 关系数最低时为-0.1（基本不相关），最高为 0.63（弱相关），但在 2010 至 2019 年间，相关系数提升到了 0.85，如果排除 2017-2018 年间存储器市场的表现，该 阶段相关系数提升至 0.96，表现出明显的强相关。IC Insights 为并 事件的增 加导致 IC 制造商减少，供应端基本面发生变化，行业竞争格局更加成熟，这些因 素加强了全球 GDP 和 IC 市场的相关性。随着 IC 下游应用从商业应用驱动转向 消费产品驱动，IC Insights 为 GDP 和 IC 市场的相关性将在下一阶段更加明显， 预计 2019 至 2024 年二者相关系数将达到 0.90。
3.1.3. 成熟的表征：增速放缓、盈利增强
费城半导体指数由费城交易所创立于 1993 年，是全球半导体产业景 主要 指标之一，其成分均为全球半导体产业中比较具有市场代表性的头部企业。自创 立以来，该指数成分股随着时间变化有所调整。截至 2022 年 12 月，费城半导体 指数共涵盖包括台积电、英伟达、阿斯麦、博通、德州仪器在内的等半导体设计、 设备和代工制造等环节共 30 家公司。
按前述对半导体产业历程的分析，将 1991 至 2021 年间划分为 4 个时间区 间： 1）半导体龙头企业的收入与利润在 1991 至 2021 年间的四个阶段，均呈现 下降趋势，且在每段时间区间内表现出“全球半导体销售额增速＜龙头企业收入 增速＜龙头企业毛利润增速＜龙头企业净利润增速”的特征。 2）排除 2000 年科网 前的异常增长与后面异常衰退后，半导体龙头企业 的毛利率、净利率、ROE 和自由现金流水平在 2001 年至 2021 年的三个阶段， 均呈现上升趋势。
3.2. 长周期：宏观与技术驱动的 10 年左右的产品周期
长期维度上，全球半导体市场呈现 10 年左右的周期性波动特征。在长跨度时 间周期上，全球半导体年度销售额历史增速呈现出大约每 10 年一个“M”形的波 动特征，主要与基础技术更迭驱动的产品更新换代有关，宏观经济波动等因素起 到一定的加强作用，我们称之为产品周期。
3.2.1. 技术迭代推动下游市场更迭是产品周期的主要原因
半导体制造技术更新换代推动晶体管密度和芯片算力沿摩尔定律的预测路径 演进，给下游应用终端市场带来周期性变革。
1、全球半导体制造技术大约每 10 年跨上一个新台阶
半导体产品制造关键技术指标主要包括晶圆代工环节光 设备光源波长与制 程节点、晶圆片尺寸大小、主流设工具与封装形式等。据王阳元等人编著的《集成 电路产业全书》，半导体产品制造技术约每 10 年进步一代，目前已经发展到以 EUV 光 机为代表的第六代技术，制程节点突破至以台积电 N3系列工艺为代表的3nm特征尺寸。同时，半导体产业新技术从最初研发储备到终端产品应用并量产的周 期大约也在 10 年左右，驱动信息市场的引擎也大概 10 年左右产生一次新变化。
2、摩尔定律推动集成电路晶体管单价约 10 年下降两个量级，晶体管数量每 隔 18 至 24 个月翻倍
1965 年，仙童半导体公司研究开发实验室主任摩尔发现集成电路上可容纳的 晶体管数目，大约每隔 18 至 24 个月便会增加一倍，这意味着处理器性能提升一 倍，而价格下降一半。该定律成为集成电路处理器性能预测的基础，此后英特尔 和 AMD 等厂商推出的处理器参数，基本上也沿着摩尔定律预测的路径发展，从 1971 年的 Intel 4004，到 1978 年的 Intel 8086、到 1982 年的 80286、1985 年的 80386，1989 年的 80486、1993 年的 Pentium，处理器性能越来越强，价格越来 越低，每一次更新换代都是摩尔定律的直接结果。
3、制造技术升级降低集成电路生产成本，全球超算算力快速提升
根据 Intel 数据，1968 年至 2002 年间，集成电路中单个晶体管价格大约每 1.6 年减少一半，每 10 年下降两个数量级。得益于处理器晶体管尺寸不断缩小、 密度不断提升，全球超级计算机的运算能力也呈指数级上升，2021 年全球最快的 超级计算机每秒浮点数运算次数超过 44.2 亿亿次。
3.2.2. 宏观经济在长期维度上强化了半导体产品周期波动
半导体产品下游应用广泛，包括消费电子、汽车、通信和服务器、工业、 、军工、航空航天等众多行业。宏观经济波动会影响居民部门的消费意愿，以及 政府和企业部门的投资节奏，进而影响到上游半导体产品的需求。我们在前述分 析中，对全球集成电路销售额增速与 GDP 增速在不同阶段的相关系数也进行了 讨论。将 1976 年以来的全球半导体销售额同比增速与 GDP 增速进行比较，可以 发现全球半导体年度销售额历史增速呈现出大约每10年一个“M”形的波动特征： 经济过热时，半导体销售额增速往往持续提升；经济预冷、GDP 增速水平下降时， 半导体销售额增速往往呈现持续下降趋势。
3.3. 中周期：资本支出驱动的 3~4 年的产能周期
中期维度上，半导体产业表现出由资本支出驱动的约 3~4 年的产能周期。经 典的产能周期由法国经济学家朱格拉于 1862 年提出，即市场经济存在一个由企 业设备投资和产能扩张驱动的周期波动，也称朱格拉周期、设备投资周期。 在半导体产业，我们 为 产能周期大致分为以下几个阶段：（1）新周期 动， 行业资本开支处于低点，但下游需求旺盛，半导体行业产能供应紧张，产品价格 提升、利润率提升，企业为获取更多利润，增加资本支出用于旧产线更新改造、新 产线建设，以提升产能、实现扩张；（2）随着新增产能投入使用，产能供需逐渐 得到缓解，产品价格增长放缓，利润率水平趋于稳定，但企业仍在增加资本支出； （3）企业资本开支达到高点，行业开始预期产能将出现过剩，开始缩减资本支出 预算。（4）随着先前新增产能继续投产，行业产能达到供需平衡，并出现产能过 剩，产品价格下降、利润率下行，继续驱动资本收缩并降至低点。
3.3.1. 投资端的观测
根据 IC Insights 数据，全球半导体产业资本支出从 1983 年的 43 亿美元增长 到 2021 年的 1531 亿美元，年均复合增速约为 10%。我们将资本支出同比增速曲 线按照极大值点进行划分，可以观察到每个极大值时点的间隔长短不一，平均而 言大约在 3~4 年左右，因此我们 为 全球半导体资本开支周期约为 3~4 年。另一 方面，全球半导体行业资本支出也体现出较强的成长性，这与我们在成长性章节 所述的产能端成长特性一致。
3.3.2. 产能端的实证
综合 IC Insights 报告数据，可以看到 1994 年到 2022 年，全球 IC 晶圆新增 产能在历史年份中呈现波动特征，波动周期大约为 3~4 年，与我们在投资端数据 观察到的规律基本一致。
3.3.3. 销售端的观察
产能周期在半导体产品销售端上也有所体现，以全球半导体月度销售额为例， 1976 年 3 月至今，半导体月销售额同比增速（3 个月移动平均值）呈现出周期波 动特征，将同比增速的极大值点（月销售额二阶导为 的点，即数学意义上的拐 点）标识出来，每个周期间隔大约在 3-4 年，平均数值为 2.95 年。因此，我们 为销售端的实证分析与我们对半导体中周期的结论基本一致。
3.4. 短周期：短期供需驱动的 3~6 个季度的库存周期
短期维度上，半导体产业表现出由短期供需关系驱动的约 3~6 个季度的库存 周期。库存周期也称为基钦周期，由美国经济学家约瑟夫·基钦在 1923 年的《经 济因素中的周期与倾向》一文中最先提出，是指平均长度为 40 个月左右的周期性 经济波动。结合经典的基钦周期，我们 为半导体产业的库存周期主要由短期供 需关系驱动，由于下游需求端向上传导存在时滞，导致了库存周期的产生。半导 体产业库存周期可以分为 4 个阶段，各阶段特征如下：（1）主动补库存：在新一轮库存周期的起点，由于短期需求端指标上升，企 业提升产线稼动率，主动补充库存水平，产成品存货环比上升，行业处于短期繁 荣阶段。 （2）被动补库存：这一阶段需求端指标已经见顶，但企业稼动率无法立即下 降，存货水平仍然保持上升，导致利润率水平到达顶部后开始下降，行业开始进 入短期衰退阶段。 （3）主动去库存：需求端指标持续下降，企业稼动率开始下降，但已经出现 库存过剩，企业主动降价去库存，减少存货 力，行业处于萧 阶段。 （4）被动去库存：需求端指标企跌回升，企业稼动率降至低点，库存水平持 续降低至低点，库存 力得到缓解，随着需求回温，行业开始进入下一轮库存周 期起点。
存储器市场价格周期主要与产能周期有关，库存周期表现不明显。以 2013 年 11 月至今主要 NAND 和 DRAM 品类的现货平均价的十日移动平均值为例，可以 看出存储器价格也存在较为明显的周期，但这个周期大约在 3-4 年，说明存储器 价格主要受产能周期影响，与库存周期关 性较弱。
4. 全球半导体产业链：价值量分布与生产要素特征
4.1. 产业链概况：3 大环节 3 个支撑 种下游应用
半导体产业链包括 3 个核心环节、3 个重要支撑和 种下游应用。半导体产 业链是数字经济的支柱，其主体包括设计、制造、封装与测试三大环节，产业支撑 包括基础科学技术研发、半导体设备和半导体材料。半导体产品下游是电子整机 与系统厂商，包括消费电子、计算机与服务器、通信和物 网、汽车、工业、 、军事与航空航天等应用领域。 不同分工模式下，各环节承担厂商不同。IDM 模式下，芯片设计、制造、封 装测试等环节均由 IDM 厂商承担；晶圆代工模式下，设计、制造、封测等环节分 别由 Fabless 厂、Foundry 厂和 OSAT 厂承担。随着集成电路技术与产品更迭速 度加快，IDM 厂为了降低制造成本，实现更高的经济收益，开始发展 Fab-lite 模 式，即轻晶圆厂模式，将部分成熟制程的制造环节外包给 助厂商代工，部分制 造环节留下，因此这种方式也称混合模式。
4.2. 区域特征：全球半导体产业链价值量与生产要素特征
全球主要国家与地区通过细化分工、紧密配合，在半导体产业链中扮演了迥 异的角色，同时也获取不同程度的价值量。
1）各环节价值量：设计＞晶圆制造＞设备＞封测＞材料
根据 SIA 和 BCG 报告，半导体产业链的设计环节在整个产业链中大约占 59% 价值量，其中： EDA 工具和 IP 授权业务占 3%；逻辑芯片设计占 30%，且以 Fabless 模式的厂商为主；存储芯片设计占 9%，且以 IDM 模式的厂商为主；DAO 产品设计占 17%，且以 Fab-lite 模式的厂商为主。作为产业链支撑的半导体制造 设备和材料，分别占 12%和 5%，晶圆制造环节占 19%，封装与测试环节仅占 6%。
2）区域分布特征：基于地区在不同生产要素优势的分工与合作
半导体产业链的区域分布与各环节的生产要素特征有关。整体上看：1）美国、 韩国、日本和中国台湾等发达国家或地区在全球半导体产业价值链占比高于消费 占比。美国在半导体产业的整体价值链中占比约 35%，高于 25%的消费占比。韩 国的价值链占比约 16%，消费仅 2%。日本在全球半导体产业中贡献 13%价值， 消费占比约 6%。中国台湾在产业价值链占比约 10%，但仅消费约 1%。2）欧洲、 中国大陆则是价值链占比低于消费。2021 年欧洲在半导体价值链占比约 10%，消 费占比约 20%，中国大陆在价值链占比约 11%，消费占比却高达 24%。
在市场经济的主导下，各国家与地区负责不同环节，共同构 全球半导体产 业链。以某款智能手机 AP 为例，欧洲和美国主要负责提供 EDA 工具、IP 授权和 芯片设计环节。智能手机 OEM 厂商通过 型比较，最终确定芯片供应商和芯片 型号，然后得到订单的芯片供应商，将芯片图 交付给位于中国台湾的晶圆代工 厂进行大批量制造。另一方面，晶圆厂产线所需的各类设备主要由美国、日本和 欧洲的供应商提供。晶圆片则先由一家美国公司提 出 金硅，然后交由日本多 晶硅制造商加工厂电子级多晶硅，再由韩国厂商将单晶硅锭切割成硅片，最终送 到中国台湾晶圆厂的产线上。中国台湾晶圆厂加工好的芯片送往马来西亚完成封 装，最后在中国大陆的工厂被组装到智能手机中，然后智能手机 OEM 厂商将产 品销往全球。
5. 全球市场历史、现状与市场结构特征
5.1. 整体量价：市场增长主要由销量贡献，价格基本不变
根据 Wind 统计数据，2007 至 2021 年间：全球半导体销量从 5802 亿颗增 长至 11469 亿颗，年均增速约为 5%；与此同时，全球半导体产品销售均价从 0.441 美元/颗增长到 0.485 美元/颗，年均增速仅为 0.68%。因此全球半导体市场销售额 的成长主要由销量增长贡献，半导体销售均价变化不大。
5.2. 分区域：中国大陆在销售端份额最高，美国企业在供给端份额最高
5.2.1. 销售端：亚太市场份额超过 60 ，中国大陆是最大消费地区
分地区来看，亚太地区在全球半导体销售额中超过 60 。根据 WSTS 统计数 据，1999 年全球半导体产品分地区销售额占比中，美洲、欧洲、日本、亚太地区 （不包括日本）分别为 32%、21%、22%和 25%，以美国为代表的美洲地区为主 要市场。此后，亚太地区市场半导体销售额快速提升，1999 至 2021 年 CAGR 达 10.6%，超过美洲市场的 4.4%约 6.2 pct，其市场份额不断提升，逐渐超过其他地 区总和，至 2021 年亚太地区市场份额达到 62%。
中国大陆在亚太市场份额最高，同时也是全球第一大半导体产品消费地区。 根据 SIA 统计数据，2021 年美洲、欧洲、日本、亚太其他地区、中国大陆的市场 份额分别为 21%、9%、8%、27%、35%。中国大陆市场以 1877 亿美元销售额成 为全球半导体产品最大消费地区。
5.2.2. 供给端：美国企业在全球半导体市场供应端占据主导地位
美国在全球半导体市场供应端占据接近一半份额。1）1983 年美国厂商在全 球半导体销售市场占据超过 50%的供给份额。但是在此后几年间，日本半导体企 业的在 烈竞争中逐渐崛起，向美国倾销大量半导体产品，叠加 1985 年至 1986 年的行业衰退，美国半导体企业全球供给份额在约 1988 年左右下降至低点，总共 下降约 19 个百分点，日本实现反超，占据了全球半导体行业领导地位。2）1988 年后，美国半导体产业开始反弹，且日本半导体行业受到《日美半导体 定 》影 响，市场份额逐渐下滑。至 1997 年，美国半导体产业以超过 50%的供应份额重 新回归全球领导地位，且一直保持至今。
5.3. 分产品：逻辑 C 和存储 C 是销售额占比较高的类型
分产品来看，集成电路占半导体产品销售额的比重维持在 80 以上。根据 WSTS 统计数据，1999 年集成电路产品（包括模拟电路、微处理器、逻辑电路、 存储电路）销售额 1 302 亿美元，占比 87.1%。此后集成电路产品销售额增速保 持稳定增长，1999 至 2021 年 CAGR 为 5.9%，只比全球半导体销售额 CAGR 略 低 0.3 pct。至 2021 年，集成电路产品销售额约 4630 亿美元，占半导体 83%市 场份额；分立器件销售额约 303 亿美元，占 6%；光电子器件销售额约 434 亿美 元，占 8%；传感器产品销售额约 191 亿美元，占 3%。集成电路产品份额始终维 持在 80%以上，是半导体产品的最主要类型。
5.4. 分下游应用：计算机和通信是主要应用领域
分下游应用市场来看，半导体产品下游主要包括计算机、通信、汽车、消费 电子、工业等应用领域。根据 SIA 数据，2021 年全球半导体产品在计算机领域应 用份额最高，约为 31.5%，通信领域约为 30.7%，汽车、消费电子、工业分别约 占 12.4%、12.3%、12.0%。
不同类型的半导体产品在下游应用领域的占比有所区别。根据 SIA 2019 年 报告数据，可以将半导体产品分为存储芯片、逻辑芯片和 DAO 三类，DAO 表示 分立器件（Discrete）、模拟器件（Analog）、光电器件（Optoelectronics）和传感 器（Sensors）。1）在下游应用市场中，移动手机占 26%，其他消费电子产品占 10%，PC 占 19%，包含数据中心和通信在内的 ICT 基础设 领域占 24%，工业 领域占 12%，汽车市场占 10%。2）对于不同应用领域：存储芯片在手机中占比 最高，达到 39%；逻辑芯片在个人电 占比最高，达到 64%；DAO 类产品在工 业和汽车占比较高，分别为 63%和 59%。
6. 中国半导体产业现状、特征和存在的问题
6.1. 销售端：市场规模持续扩大，占 P 比重不断提升
整体市场：中国大陆在全球半导体市场份额第一，且市场规模仍然保持上升 趋势。根据 SIA 统计数据，2021 年中国大陆市场半导体产品销售额约为 1877 亿 美元，同比增长 24.5%，与全球市场增速保持一致；2022 年中国大陆半导体市场 略微下降 1.1%，约为 1857 亿美元。市场份额上，2016 年中国大陆市场占全球约 31.5%，然后逐年提升至 2019 年的 34.8%，近两年略有下降，但整体较为稳定。
集成电路（ C）产品在半导体市场占据主要份额。根据中国半导体行业 会 统计数据，2004 年中国 IC 产业整体规模约为 545 亿元人民币，2010 年成长为 1440 亿元规模，2021 年则同比增长 21.3%至 10458 亿元（约合 1641 亿美元， 占中国半导体市场约 87%）， 次突破万亿规模。 近 10 年中国 IC 产业年均复合 增速约为 18.4%，高于全球 IC 市场 6.5%的增速水平。
中国集成电路产业在 P 比重不断提升。根据中国半导体 会和国家统计 局数据，2002 年中国集成电路销售额在 GDP 占比约为 0.22%，2021 年时已经提 升至 0.91%，按照 2021 年集成电路销售额占半导体市场 87%计算，2021 年中国 半导体产品销售额占 GDP 的比重超过 1%，约为 1.05%。
6.2. 供给端： C 产值快速增长，自给率水平仍需提升
过去十年中国大陆 C 产业快速增长，供应端增速高于销售端推动中国大陆 C 产值占销售比重不断提升。根据 IC Insights 数据，2010 年中国大陆 IC 市场销 售规模约为 570 亿美元，IC 产值约 58 亿美元，占销售市场的比重约为 10.2%。 随着中国大陆近几年扩产加速，这一比重在过去十年不断提升。至 2021 年，中国 大陆生产的 IC 产品约为 312 亿美元，占消费端的比重提升至 16.7%，预计 2021 至 2026 年中国大陆 IC 生产端将保持 13.3%的年均复合增速，2026 年中国大陆 IC 产值占销售的比重预计将提升至 21.2%。
中国大陆 C产量占比仍然处于较低水平，与全球第一大 C消费国地位相悖。 另一方面，中国大陆的 IC 产值在消费端占比仍处于较低水平。根据 IC Insights 数 据，2021 年中国大陆 IC 市场约为 1865 亿美元，占全球 5105 亿美元的 36.5%， 是全球第一大 IC 消费国。但中国大陆生产的 IC 产品仅占中国市场需求的 16.7%， 在全球市场的份额仅为 6.1%，仍然具有较大提升空间。IC Insights 预测，2026 年 中国大陆 IC 产值将达 582 亿美元，预计占全球 IC 市场 7177 亿美元的 8.1%，即 使考虑到本土 IC 设计公司采 晶圆厂成品后再大幅加价销售给终端系统厂商带 来的产值提升，2026 年中国大陆 IC 产值在全球 IC 市场比重仍然只有 10%左右。
6.3. 进出口：贸易逆差大，高端芯片依赖进口
中国集成电路 半导体进出口单向金额快速增长，但贸易逆差持续扩大。根据 海关总署统计的进出口数据，我们将集成电路、二极管及类似半导体器件的进出 口数据之和作为半导体进出口数据。2007 年至 2022 年，我国集成电路和半导体 产品均保持快速增长，集成电路进口/出口、半导体进口/出口年均增速分别为 8.15% / 13.35%、8.02% / 13.60%，虽然出口增速更快，然而贸易逆差的绝对值也在快 速增长。2007 至 2022 年，中国集成电路/半导体产品贸易逆差从 1049 亿美元 / 1078 亿美元扩大至 2616 亿美元 / 2262 亿美元，年均增速为 6.28% / 5.07%。
高端芯片进口、低端芯片出口现象仍然显著。从集成电路进出口均价数据来 看：1）2007 年至 2022 年我国进出口芯片的单价整体均呈现缓慢下降趋势，但近 几年出现小幅回升。一方面，虽然集成电路制造工艺的改善使得单个晶体管的平 均单价快速下降，但与此同时单个芯片集成的晶体管数量也在快速提升，这两种 特点的叠加使得芯片产品在过去十几年间虽然也在下降，但下降速度并未表现得 很高。2）2007 年至 2022 年，我国进口芯片单价一直高于出口均价，说明进口的 芯片中高端产品较多，而出口的芯片中以低端为主。但近几年我国出口芯片均价 提升好于进口均价提升幅度，或说明我国出口的芯片中高端产品占比在逐步提升。
7. 中外对比：大陆半导体产业仍然任重道远
7.1. 投资力度：中国半导体产业投入与美国相比有待提升
7.1.1. 全球半导体产业研发投入对比
1、分区域：在全球主要国家和地区中，美国在半导体产业研发投入最高，中 国大陆最低。
根据 SIA 统计的 2021 年全球主要国家和地区对半导体行业的研发投入占销 售额比重数据，美国约为 18%，欧洲约为 15%，中国台湾约为 11%，韩国约为 9.1%，日本为 8.3%，中国大陆约为 7.6%。
2、分行业：在全部大类行业中，中美两国半导体产业研发投入均位于行业前 列水平。
美国：根据 SIA 数据，2021 年在美国主要大类行业中，半导体行业研发支出 占收入比重约为 18%，位列第二，仅次于制 和生物技术，高于软件和计算机、移动通信、传 、技术硬件与设备等其他信息科技行业。 中国：由于数据可得性，我们以 5000 余家上市公司为样本，按照 Wind 二级 行业标准分类，2021 年中国上市公司中半导体与半导体生产设备行业研发支出占 收入比重约为 7.7%，与前面 SIA 测算的 7.6%基本一致。2021 年中国 A 股上市 公司半导体行业研发投入水平位列第三，次于软件与服务、制 与生物科技。
7.1.2. 中美两国半导体产业投资力度对比
1、研发支出占收比
对于企业而言，研发支出是维持创新的必要 件。 美国：根据 SIA 测算，美 国半导体行业研发支出占收入比重从 2001 年到 2021 年基本保持在 16%~20%， 在美国全行业中保持最高。中国：根据 Wind 数据，使用中信二级半导体行业口 径，中国 A 股上市公司中半导体企业整体研发支出占收入比重近年来保持快速上 升趋势，2021 年约为 10.5%，与美国的 17%相比仍有一定差距。
2、资本支出占收比
对于半导体产业而言，资本支出能力是维持产业竞争力的关键因素之一。美 国：根据 SIA 数据，2021 年美国半导体行业总资本支出约为 405 亿美元，占半导 体行业销售额比重的 14%。美国半导体行业资本支出占收比呈现周期性波动特征， 整体上在 8%~20%之间波动。中国：根据 Wind 数据，中国 A 股的半导体上市公 司 2021 年整体资本支出占收比约为 20.7%，高于美国，且 2020 年以来维持在较 高水平。
3、整体投资力度
我们将研发支出和资本支出占收比之和作为半导体行业整体投资力度。对比 中美两国可以发现，2001 年以来，美国半导体行业整体投资力度基本稳定在 30% 左右。中国半导体行业整体投资力度保持上升趋势，2020 年约为 33%，是近几年 高点，2021 年为 31.2%，略有下降，整体水平与美国相当，但结构有待优化。
7.2. 头部企业：中国大陆头部企业与海外巨头仍有差距
中国大陆半导体产业链各环节头部企业与海外半导体龙头公司相比，收入规 模与盈利水平等方面仍然存在一定差距。我们分别统计了中国大陆和海外半导体 产业链的龙头上市公司毛利率和收入规模： 1）纵向来看，中国大陆和海外半导体产业链各环节盈利能力分布基本一致， 大致呈现“设计＞设备＞IDM＞制造＞材料＞封测”的分布特点。 2）横向来看，在半导体产业链的各环节，中国大陆龙头公司在收入规模和盈 利水平上，都显著弱于海外半导体龙头公司。 设计环节：中国大陆韦尔股份、兆易创新 2021 年毛利率份分别约为 34%、 47%，收入分别为 241 亿元、85 亿元，而海外龙头高通、英伟达 2021 财年毛利 率分别为 58%、65%，收入分别为 2168 亿元、1715 亿元。 设备环节：中国大陆北方华创、中微公司 2021 年毛利率分别为 39%、43%， 收入分别约为 97 亿元、31 亿元，而海外龙头应用材料（AMAT）、阿斯麦（ASM ） 2021 财年毛利率分别为 47%、53%，收入规模分别为 1474 亿元、1344 亿元。
8. 全球半导体产业趋势
8.1. 长期：技术迭代速度放缓，市场需求稳定增长
8.1.1. 物理极限和成本增长致使摩尔定律迎来瓶颈
1、物理极限：摩尔定律推动晶体管物理尺寸即将到达极限，量子隧穿效应将 明显影响芯片性能。自 1965 年摩尔定律提出至今，半导体晶体管已经沿着摩尔定 律预测路径发展了 60 年左右。目前芯片制程工艺已经到达 3nm 左右的节点，台 积电规划 2025 年实现 2nm 工艺量产。但随着晶体管尺寸继续缩小，当晶体管大 小接近 1nm 左右时，与 0.1nm 的原子直径尺寸量级接近，量子隧穿引起的晶体管 漏电效应将愈发明显，以至于影响芯片正常工作。同时，当芯片晶体管尺寸越来 越小时，芯片发热现象就会越来越严重，进而影响到芯片的性能和寿命。所以，近 几年晶体管尺寸缩减速度已经逐渐放缓，逐渐偏离摩尔定律方向。
2、设计成本：晶体管密度提升带来的边际效应增长放缓，芯片设计成本陡增。 随着制程节点的缩减，除了制造环节需要在设备、研发投入较大成本外，设计环 节的成本将随着晶体管数量增加和密度提升而急剧增加。
8.1.2. 台积电先进制程新工艺渗透速度或将减缓
对于晶圆厂来说，先进制程工艺能够不断迭代的重要动力之一，是对于新工 艺的研发与投资能够维持公司竞争力和利润率，并抢夺更大的市场份额。2022 年 底台积电最新 3nm 工艺实现量产，预计将在 2023 年体现在收入结构上。我们对 2018 年以来台积电分制程节点收入占比数据进行分析，发现台积电上一代 5nm 工艺较更早的 7nm 工艺，其收入份额提升速度有所减缓。
8.1.3. 后摩尔时代先进封装和 C i e 技术有望突围
集成电路沿着摩尔定律经过 60 年左右的发展，随着工艺节点的不断演进，技 术开发成本、设计成本和制造端投资成本大幅攀升，产品良率和生产效率开始出 现下降的势头。尽管英伟达、英特尔等不同产业巨头对于摩尔定律目前是否有效 存在不同的看法，但是集成电路沿摩尔定律发展终将面临器件尺寸无法持续缩小 的问题，半导体产业已经进入到“后摩尔时代”。 后摩尔定律时代，芯片制造工艺正面临三大挑战，即图形转移技术、新材料 工艺、制造良率的提升，特别是在引入 FinFET 之后，更为复杂的器件结构使得集 成电路的制造难度大幅提高、良率明显下降。业界早在 2015 年左右就已经开始在 工艺、材料和制造技术上寻找新的技术创新。后摩尔时代的技术主要有三个方向： 1）延续摩尔定律（More Moore），即在现有的框架下，通过提高设计、制造、封装上的技术，把微电子的性能挖掘用尽；2）超越摩尔定律（More than Moore）， 即发展在之前摩尔定律演进过程中所未开发的部分；和 3）新器件（Beyond CMOS），即发展硅基 CMOS 器件之外的新型半导体器件。 超越摩尔定律包含两层含义，一是不再仅是通过单纯地缩减晶体管尺寸，还 要通过优化电路设计和系统算法来提升芯片性能；二是芯片集成度的提升可以通 过其他方式来实现，例如先进封装和芯粒（Chiplet）拼接技术。
8.1.4. 长期来看下游应用市场仍将保持稳定增长
市场方面，长期来看半导体下游广泛应用领域整体上仍将保持稳定增长。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。根据 Omdia 2021 年报告数据，各类电子设备 2021 年市场规模预计为 2.45 万亿美元，2024 年预计将达到 2.80 万亿美元，三年平均 增速约为 4.6%。
8.2. 中期：资本开支冲高回落，产能周期进入下行阶段
中期来看，全球半导体产业或将进入产能周期下行阶段。 2020 年，新冠病毒全球大流行加速了在线办公渗透率提升，电 、平板、手 机等各类电子设备销量大幅提升，旺盛需求推动多数晶圆厂产能利用率超过 85% （正常水平约为 80%左右），部分代工厂接近或超过 100%。2021 年，企业纷纷 扩大资本开支、提升产能，全球资本开支增速达到近几年极大值。 2022 年后，地缘政治、通货膨 等因素致使全球经济放缓， H1 资本开支仍 在增加，但产能紧张局面已得到缓解，且晶圆厂的产能利用率 21Q4 已出现下滑， 制造商开始削减未来资本支出预算。另一方面，存储器市场的疲软和美国对中国 半导体生产商的限制（限制 买美国公司设备）也将对 23 年全球资本开支造成一 定负面影响。IC Insights 于 11 月 22 日下 预测，预计 22 年全球资本支出约为 1817 亿美元，同比增速约 18.7%，而 23 年预计全球半导体资本支出将下滑约 19.3%至 1466 亿美元。
8.3. 短期：产能利用率下行，全球市场 2023 年或将萎缩
2020 年新冠疫情大流行除了对中期维度全球半导体资本开始造成冲击，更为 明显的是加剧了晶圆厂产能利用率和全球半导体销售市场等短期指标的波动幅度。 全球晶圆厂产能利用率平均水平将在 2022 四季度下降至 85 左右。从 2020 年至今全球晶圆出货量和晶圆厂产能季度数据来看，出货量环比增速在 2021 年 一季度已经达到高点，此后环比增速开始下降，但晶圆厂产能环比增速仍在提升。 2022 年四季度，SIA 预测全球等效 8 英寸晶圆出货量将环比下跌约 6%至约 2.24 亿片，而全球晶圆厂产能仍将提升至约 2.65 亿片，晶圆厂产能利用率将进一步下 跌至 85%左右。
8.4. 竞合：全球半导体产业从全面合作走向局部博弈
半导体产业的安全性和韧性成为全球各地区竞争焦点。近几年，随着全球经 济迅速走向数字化，各行各业对半导体芯片的需求猛增。同时，2020 年以来的新 冠疫情大流行使得全球半导体产业供应链和物流链遭到破坏，短期内加剧了芯片 供需矛盾。不仅如此，作为数字时代的底层支撑，半导体芯片在国际竞争的背景 下愈发具有战略意义，半导体产业的安全性和韧性成为各方竞争的焦点。
8.4.1. 美国：“对内鼓励、对外合作、对大陆竞争”的半导体产业政策
为保持美国在半导体科技领域的领先地位，自 2021 年以来美国政府先后采 取了一系列政策举措，主要可以分为三种类型：对内促进美国芯片产业链各环节 发展，对外 合欧日韩等国家和 中国台湾地区加强合作互补，对中国大陆则采取 技术、设备等多种出口限制政策措 。 在国内政策上，美国 为提升半导体产业的制造能力对于保证国家安全和经 济竞争力至关重要，因此美国政府从 2021 年以来先后通过《国防授权法案》《无 尽前沿法案》《芯片和科学法案》等多种立法措 ，在投资和税收等方面给予半导 体产业优惠政策， 励国内半导体制造环节的发展，增强美国芯片国际竞争力。
8.4.2. 中国大陆：半导体产业政策仍有待加强
2015 年以来中国国家和地区政府对支持半导体发展的相关政策不断，但仍缺 少较为全面具体的顶层战略性政策。半导体作为信息产业的核心，在我国也一直 受到高度重视，近年来国家层面和各省市地区接连出台一系列政策法规，支持和 引导国内半导体行业的发展，进一步完善国内芯片产业链各环节的布局，增强核 心技术能力。2014 年国务院发布《国家集成电路产业发展推进纲要》，作为我国集成电路产业顶层战略规划，从发展目标、发展重点、保障措 等多方面提出了 具体要求和举措，力争推动我国集成电路产业努力实现跨越式发展。到 2023 年， 该纲要发布即将满 10 年，全球半导体产业环境在近几年发生了较大变化，中国需 要出台更加符合当下竞争局势的顶层规划战略。
8.4.3. 其他地区：发布产业支持政策，维持半导体竞争力
除美国外，欧盟、日本、韩国和中国台湾地区也制定了相关产业政策以强化 在特定环节的固有优势。 日本： 2021 年 6 月，日本经济产业省发布《半导体数字产业战略》，将半导 体数字产业上升为国家战略予以高度重视。该战略提出要增加数字化投资，加强 尖端逻辑半导体设计和开发，同步推进数字化和绿色技术，加大 脖子技术 合研发攻关力度，从国家层面确保半导体生产和供给能力。2021 年 11 月，日本经 济产业省公布了振兴日本半导体产业的“半导体产业紧急强化方案”，期望藉由资 金援助吸引厂商赴日兴建先进半导体工厂，同时计划对日本现有老旧半导体厂 的设备更新提供援助，并将携手美国研发新一代半导体，借此提振日本半导体产 品市场份额。
8.4.4. 中美博弈与全球产业链的割裂
中美科技竞争日益 烈， 昔底德陷阱或难以避免 。在市场经济的主导下， 各国家与地区负责不同半导体不同环节，共同构 全球半导体产业链。随着中国 在智能手机、5G 通信、新能源汽车、人工智能等领域科技实力不断增强和综合国 力逐渐崛起，美国和中国在科技领域的竞争日益 烈，对中国半导体产业的限制 手段层出不穷。尽管中国一直在努力避免陷入“ 昔底德陷阱”，但美国仍在割裂 全球半导体产业链的道路上渐行渐远。 美国对中国半导体产业的遏制将逐渐走向单向半脱钩。中国大陆是第一大全 球半导体市场，根据 SIA 数据，2021 年中国大陆以 1877 亿美元销售额的占据全 球 35%市场份额，是全球半导体产品最大消费地区。美国对中国半导体的遏制， 主要目的是在高端芯片方面限制中国技术的发展，但中国巨大的市场对美国仍具 有很大的吸引力。因此，美国可能一方面继续在高端芯片技术上遏制中国发展， 另一方面努力避免与中国完全脱钩，进而逐渐走向单向半脱钩的状态。
8.5. 全球产业链重塑下，中国半导体产业的机遇
发展以半导体为代表的高端制造，是中国跨越中等收入陷阱的必由之路。 2001 年中国加入世贸组织后，不断深化改革，持续推进高水平对外开放，从入世 之初的跟随者转变为世界经济的领跑者。对于中等收入国家来说，要摆脱中等收 入的陷阱，一个关键的挑战就是以可持续的方式保持经济的高速增长，最现实、 最直接的动力是经济结构调整，特别是产业结构升级，需要在自主创新和人力资 本方面持续增加投入，培育新的竞争优势。发展半导体产业，正是我国实现产业 结构升级、跨越中等收入陷阱的必由之路。
中国大陆半导体自给率提升空间大，全产业链均有望快速成长，逐步实现国 产替代。根据 IC Insights 数据，2021 年中国大陆 IC 市场约为 1865 亿美元，但 中国大陆生产的 IC 产品仅占中国市场需求的 16.7%，仍然具有较大提升空间。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。巨大市场空间有望推动全产业链企业高质量发展，建议关注本土半导体产业链设备、材料、功率 C 设计、 、 P 核、先进制程、先进封装等环节的头部优秀企业。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
精选报告来源：【未来智库】。
