1 订单爆满涨势不停，揭秘亚洲股王所在行业 受新冠疫情影响及行业需求激增，芯片制造商台积电的市值一路飙升，8月18日一举成为亚洲市值最高的公司。截至本周一收盘，台积电市值约6171亿美元，腾讯市值约4.41万亿港元（约5662.44亿美元），阿里巴巴市值约4411亿美元。并且，自年初以来台积电已涨价三次，8月中旬传出联电第四季规划再调涨代工价格，平均调涨幅度在10%，尽管台积电和联电不评论价格问题和市场传言，不过由此可见晶圆代工产能炙手可热的程度。 前期文章，我们以半导体产业链为脉络讲述了EDA、芯片、PCB的相关内容，《华为一口气投了4家EDA，究竟什么来头？》、《股市飘绿，芯片逆势大涨！一文读懂行业核心》、《物料吃紧，需求暴增！PCB行业涨声再度响起》本次我们将重点讲述晶圆代工厂的全貌，内容主要参考国元证券《晶圆代工行业密码》、华泰证券《台积电涨价如何影响设计公司盈利》。 2 热点解读 一、台积电为何这么牛？ 芯片产业的制造流程，包括芯片设计、芯片制造代工及芯片封装三大链条。“代工”这个词看似并不高端，但在芯片行业恰好相反，芯片的代工比设计对技术有着更高的要求。台积电在全球半导体产业链关键环节占据近乎垄断地位，很大程度上得益于技术研发与投入。 全球规模最大 1987年台积电成立，是世界上第一家专注于晶圆代工的集成电路制造企业。建立晶圆厂造价高昂，并且晶圆生产的附加值不高。如果将晶片的设计和制造分开，IC设计公司便能集中资金与人力在电路设计和销售上，而晶圆代工厂则可以同时为多家IC设计公司提供服务，尽可能提高其生产线的利用率。台积电自身并不从事IC设计，是一家纯粹的晶圆代工企业，能替各家IC设计商量身定做制造流程，并严格保守客户机密，开创了世界晶圆代工行业。 公司成长历程的几个重要时点： • 2007年，与ASML合作开发出第一台浸没式光刻机，突破光刻限制巩固市场地位； • 2014年，打败三星拿下苹果A8处理器的全部订单，赚取丰厚的回报； • 2015年，实现16nm工艺量产，追赶并逐渐超过英特尔，成为全球第一。 3 截止2019年底，台积电拥有五座12寸晶圆厂（Fab12，14，15，16，18）、七座8寸晶圆厂（Fab3，5，6，8，10及SSMC）、一座6寸晶圆厂（Fab2）。在建台南科学园区5nm制程新厂，以及规划中的3nm新厂，预计分别在2020、2022年实现量产。 技术最领先 资本支出对具有周期性的半导体行业是最大难题。虽然半导体的终端需求持续增长，但由于晶圆厂由建设到实际量，需要2年以上时间，前段设备也有半年以上的开发期，造成行业供需的周期性；许多IDM（集成器件制造模式）及代工业者，会为了确保产能利用率而对资本开支相对保守，避免过度投资。 台积电2018和2019年资本开支分别为105、149亿美元，2020年资本开支预计150-160亿美元。公司第一季度资本开支63.9亿美元，同比增长159.3%。根据台积电Q1会议纪要，尽管短期市场存在一定不确定性，但未来几年5G与高性能计算等相关应用有望持续对先进制程产生强烈需求，因此公司维持2020年150-160亿美元的资本支出不变，是台积电史上最高的资本支出。 2008~2017研发人员数量增加3倍，达到近6200人，2020年时，台积电的研发费用是中芯国际的5.4倍，接近联华的9倍。常年高强度的研发投入与庞大的研发团队奠定了台积电在晶圆代工领域的主导地位。 4 根据创新指数研究中心公布的2019年全球半导体技术发明专利排行榜，台积电以2168件专利申请数位居第二，体现了其一如既往的研发高投入。 先进制程竞赛保持领先 规模的优势，高昂的研发投入，无法量化的经验积累成就了公司先进制程的不断领先。先进制程可以大幅提升芯片性能，一旦先行研发成功将具备技术壁垒和议价权。 台积电7nm制程于2018年第三季度量产，6个季度爬坡期，对营收的贡献最高时达到36亿美元左右，逐渐成为对公司营收贡献最大的制程。先发优势使公司享有议价权和前期的涨价红利，营收增速会随着后入者增多而逐渐放缓。2020年1季度先进技术(16nm及以下)制程占晶圆总收入的55%。其中7nm制程贡献了35%的晶圆收入，10nm制程技术占0.5%，16nm制程技术占19%。 为何涨价？ 5 目前全球芯片荒依然严峻，晶圆代工产能紧缺及价格攀升，不仅汽车厂受到严重影响，苹果等科技巨头的生产成本也大幅提高。Korea Automotive Technology Institute执行顾问Lee Hang-koo说，七年前每辆车的半导体成本为300美元，今年上半年已飙升至600~700美元，豪华车的半导体成本更是超过了1000美元。 据Digitimes，台积电8月24日向客户告知全面涨价，12月开始新单生效。这次台积电的涨价分为两部分，16nm及以下成熟制程涨价10-20%，14nm及以上先进制程涨5-10%。两种不同的涨幅原因在于有能力跨入先进制程的公司较少，目前全球跨入7nm及以下先进制程的晶圆厂商极少，玩家仅剩台积电、三星和英特尔三家。鉴于英特尔在10nm以下的制程上略显乏力，7nm制程再往下走，主要的竞争集中在台积电和三星之间。考虑到和三星的竞争关系，为了求得稳定的合作伙伴关系，台积电选择在先进制程上价格涨幅较低。而成熟制程的产品，由于供需失衡，选择了更高的20%涨幅。台积电本次涨价虽看似严厉，但考虑到此前并未涨价，实际上平均每季度涨幅尚处于业内平均水平。 8月底是企业发布上半年财报的最后时刻，全球晶圆制造厂商纷纷发布2021Q2财报。台积电2021Q2实现营收132.9亿美元，环比增长2.7%，其中7nm及以下先进制程的占比为49%，考虑到消费电子旺季来临，客户及供应链将逐步提高库存水平，预计2021Q3营收区间为146-149亿美元，环比增长11%左右，毛利率区间为49.5%-51.5%。另外三星电子、中芯国际等业绩也都在增长。 6 根据SEMI预测，2020年到2024年期间，全球8寸晶圆产能将达到660万片/月，年化增速约4%。本轮产能紧张将至少持续至2022年底，拥有产能的代工厂商以及IDM厂商核心竞争力凸显。 二、行业未来发展的关键 说到半导体，就一定会说摩尔定律，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。摩尔定理是在1965年，英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔提出——当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，这也是全球电子产品整体性能不断进化的核心驱动力。换而言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18-24个月翻一倍以上。 为了更好地理解晶圆代工行业的核心技术，我们先了解两个关键概念： • 制程，指的是晶体管沟道的宽度（源极和漏极之间的距离），当一个半导体晶体管工作时，通过给栅极通电，原本处于绝缘状态的硅会变得可导通。 • 制程先进，是指电子从一极到另一极所流经的距离就越短，晶体管反应就越迅速；同时，晶体管的整体体积也越小，意味着在同样大小的面积内可以集成更多电路。 7 摩尔定律失效？ 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，具体原因有以下三点： • 良品率的限制：每个硅原子直径大约0.1nm，在10nm制程下，每个间隔之间只有不到100颗原子。一个原子的缺陷就会严重影响到产品的良率。 • 短沟道效应：晶体管阈值电压随着晶体管尺寸的缩小而降低，导致沟道无法完全关闭造成漏电，提高了芯片功耗。 • 光刻机技术限制：目前7nm工艺用到的极紫外光刻机需要设计出复杂的反射光路，经过多次镜面反射后，光源强度大大衰减，造成光刻胶曝光强度不足。 也正是由于以上原因，市场上一直有关于摩尔定律失效的顾虑，报告酱看来，从现在的时间点上来看，摩尔定律仍然在维持，但进一步提升推动摩尔定律难度会显著提升。台积电在2018年推出7nm先进工艺，2020年开始量产5nm，并持续推进3nm的研究，预计2022年量产3nm工艺；IMEC规划到了1nm的节点；此外，美国国防高级研究计划局进一步提出了先进封装、存算一体、软件定义硬件处理器三个未来发展研究与发展方向，以此来超越摩尔定律。 根据IBS的统计，先进制程资本性支出会显著提升。以5nm节点为例，其投资成本高达数百亿美金，是14nm的两倍，是28nm的四倍。为了建设5nm产线，2020年，台积电计划全年资本性支出将达到150-160亿美元。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，根据IBS的预测，3nm设计成本将会高达5-15亿美元。 8 除提到巨额资本投入，3nm及以下制程还需要采用全新的晶体管工艺，光刻机也需要升级，对沉积与刻蚀、检测、封装等环节也均有更高的要求。正是因为面临巨大的资本和技术挑战，目前全球仅有台积电、三星、intel在进一步追求摩尔定律，中芯国际在持续追赶他们，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。 三、大陆本土的机遇 1、中芯国际（688981）-大陆晶圆代工龙头 世界领先的集成电路晶圆代工企业之一，也是中国内地技术最先进、配套最完善、规模最大、跨国经营的集成电路制造企业集团，提供0.35微米到14纳米不同技术节点的晶圆代工与技术服务。中芯国际总部位于上海，拥有全球化的制造和服务基地。目前一共 9 有7座晶圆厂，12寸晶圆月产能10.5万片，8寸晶圆月产能10.3万片。先进制程方面，第一代FinFET进入成熟量产阶段，产品良率达到业界标准，稳步导入NTO，正在实现产品的多样化目标。第二代FinFET项目相比第一代单位面积晶管密度大幅提高，低电压工艺开发进入风险量产。 公司2021年半年度报告营收16,090,387,000元，同比提升22.3%，毛利率提升的主要动能来自价格调整和产品结构优化。目前行业缺货涨价趋势持续，公司二季度订单大部分都进行了价格调整，同时产能利用率提升，以及高价格、高毛利产品占比提升也对毛利率有较大贡献。中信建投给出三季度毛利率指引为32-34%，环比继续提升。 2、华虹半导体（1347.HK）-稳步推进先进制程 全球领先的特色工艺纯晶圆代工企业，工艺技术覆盖1um至90nm各节点，专注于嵌入式非易失性存储器、功率器件、模拟及电源管理、逻辑及射频等差异化工艺平台，基于高度的安全性、可靠性、成本效益及技术精细度享誉市场，并拥有多年成功量产汽车电子芯片的经验。华虹坚持走特色工艺，并稳步推进先进制程。特色工艺定制化高，且设备更新慢，折旧压力小，因此公司毛利率高，稳定在20%以上。国内市占率仅次于台积电和中芯国际，有望充分受益供应链国产化趋势。 10 华虹半导体有限公司由原上海华虹NEC电子有限公司和上海宏力半导体制造有限公司新设合并而成，是中国大陆第二大晶圆代工厂。2020年底华虹8寸产能17.8万片/月，约占全球的3%。2019年9月华虹无锡12英寸产线顺利建成投片，成为全球首条12英寸功率器件代工产线。根据公司2021Q1法说会（一种上市公司的会议形式，类似新闻发布会，用于为投资者解说自己公司的发展形式，鼓励大家购买该公司的股票），有望在2022年年中超过80k。 3、华润微（688396）-中国最大MOSFET厂商 中国领先的拥有芯片设计、晶圆制造、封装测试等全产业链一体化经营能力的半导体企业，并致力于成为各业务板块间协同发展的综合一体化半导体产品公司。公司是注册地位于开曼群岛，主要经营活动在境内的红筹企业，专注于功率半导体、智能传感器与智能控制领域，为消费、工业、汽车等广泛市场的优质下游客户提供丰富的半导体产品与系统解决方案。在功率器件领域，公司多项产品的性能及工艺居于国内领先地位，为国内少数能够提供-100V 至1500V 范围内低、中、高压全系列MOS