半導體指常溫下導電性能介於導體與絕緣體之間的材料， 是電子產品的核心。根據 IC Insights，半導體按產品劃分，分為集成電路（IC）、分立器件（二極管、晶閘管、功率晶體管等）、光電器件（光傳感器、圖像傳感器、激光發射器等）和傳感器（壓力傳感器、溫度傳感器、磁場傳感器等）/集成電路通常可分為模擬集成電路和數字集成電路兩大類：

模擬集成電路主要是指由電阻、電容、晶體管等組成的模擬電路集成在一起用來處理連續函數形式模擬信號（如聲音、光線、溫度等）的集成電路， 包含通用模擬電路（接口、能源管理、信號轉換等）和特殊應用模擬電路；

數字集成電路是對離散的數字信號（如用 0 和 1 兩個邏輯電平來表示的二進制碼）進行算術和邏輯運算的集成電路，其基本組成單位為邏輯門電路， 包含存儲器（DRAM、Flash 等）、邏輯電路（PLDs、門陣列、顯示驅動器等）、微型元件（MPU、MCU、 DSP）。

半導體按產品分類

常見的模擬集成電路通常包括各種放大器、模擬開關、接口電路、無線及射頻 IC、數據轉換芯片、各類電源管理及驅動芯片等，其設計主要是通過有經驗的設計師進行晶體管級的電路設計和相應的版圖設計與仿真；

與此相對應的數字集成電路通常包括 CPU、微處理器、微控制器、數字信號處理單元、存儲器等，其設計大部分是通過使用硬件描述語言以基本邏輯門電路為單位在 EDA 軟件的協助下自動綜合產生，布圖佈線也是藉助 EDA 軟件自動生成。

半導體設計商業模式

集成電路行業經過多年發展，在產業分工不斷細化的背景下，行業的商業模式逐漸從原有單一的 IDM 模式轉變為 IDM 模式、 Fabless 模式並存的局面。IDM 模式即垂直整合製造模式，是指企業除了進行集成電路研發之外，還擁有專屬的晶圓、封裝和測試工廠，其業務範圍垂直涵蓋了集成電路的各個環節。Fabless 模式即無晶圓生產線集成電路設計模式，是指企業只從事集成電路設計和銷售，其餘環節分別委託給專業的晶圓代工廠、封裝測試廠完成。

集成電路行業商業模式示意圖

1987 年臺積電成立，僅提供晶圓代工服務，促進了 Fabless 模式的形成。晶圓代工廠的發展促進許多芯片公司走向輕資產化，相應生產環節交給臺積電和中芯國際等代工廠完成，這些芯片公司將業務集中在產品設計和產品銷售上。Fabless 模式已經成為集成電路產業裡一種普遍及重要的模式。IDM模式為集成電路產業發展較早期最為常見的模式，但由於對技術和資金實力均有很高的要求，因此目前只為少數大型企業所採納，如英特爾、三星、德州儀器、意法半導體等。

半導體產業不同商業模式特點比較

半導體設計基本流程

集成電路設計指在一塊較小的單晶硅片上集成許多晶體管及電阻、電容等元器件，並按照多層佈線或遂道佈線的方法，將元器件組合成完整的電子電路的整個設計過程。集成電路設計是一門非常複雜的專業， 而電腦輔助軟件的成熟，讓 IC 設計得以加速。在 IC 生產流程中， IC 多由專業 IC 設計公司進行規劃、設計，像是聯發科、高通、 Intel 等知名大廠，都自行設計各自的 IC芯片，提供不同規格、效能的芯片給下游廠商選擇。

芯片設計流程示意圖

芯片設計詳細過程包含制定規格、設計芯片細節、畫芯片藍圖等步驟，具體如下：

第一步：制定規格。規格制定首先確定 IC 目的、效能為何，對大方向做設定，進而察看有哪些協定要符合， 最後則是確立這顆 IC 的實作方法，將不同功能分配成不同的單元，並確立不同單元間連結的方法。

第二步：設計芯片細節。制定完規格後進行設計芯片細節， 使用硬體描述語言（HDL） 將電路描寫出來。常使用的 HDL 有 Verilog、 VHDL 等，藉由程式碼便可輕易地將一顆 IC 的功能表達出來。進一步檢查程式功能的正確性並持續修改，直到它滿足期望的功能為止。

第三步，畫出屏幕設計藍圖。在 IC 設計中，邏輯合成這個步驟便是將確定無誤的 HDL code，放入電子設計自動化工具（EDA tool），讓電腦將 HDL code轉換成邏輯電路，產生電路圖。之後， 反覆確定此邏輯閘設計圖是否符合規格並修改，直到功能正確為止。

第四步，電路佈局與繞線。將合成完的程式碼再放入另一套 EDA tool，進行電路佈局與佈線（Place And Route）。在經過不斷的檢測後，便會形成相關的電路圖（下圖）。圖中可以看到藍、紅、綠、黃等不同顏色，每種不同的顏色就代表著一張光罩。

常用的演算芯片-FFT 芯片，完成電路佈局與繞線結果

第五步，層層光罩，疊起一顆芯片。一顆 IC 會產生多張的光罩，這些光罩有上下層的分別，每層有各自的任務。以 CMOS 光罩示意圖為例， 左邊為經過電路佈局與繞線後形成的電路圖，每種顏色代表一張光罩。右邊則是將每張光罩攤開的樣子。製作時，便由底層開始，逐層製作， 完成目標芯片。

國外企業主導IC設計產業

根據 DIGITIMES Research 發佈的 2018 年全球前 10 大無晶圓廠 IC 設計公司(Fabless)排名來看， 2018 年全球 IC 設計產值年增 8%，優於 IC 封測與半導體設備產值的 3%增幅。2018 年全球前十大 IC 設計公司中，博通、高通位居前二，營收分別為 217.54 億美元、 164.50 億美元，我國的華為海思以75.73 億美元收入位列第五名， 2018 年同比增長 34.2%，增速居前十大 IC公司首位。

2018 年全球前十大 IC 設計公司

根據 IC Insights 最新數據， 2018 年全球前十大模擬 IC 公司中，德州儀器、亞德諾、英飛凌分別以 108.01、 55.05、 38.10 億美元位列前三， 德州儀器全球市佔率達 18%，全球前十大模擬 IC 公司 2018 年總收入 360.59 億美元，市場佔有率達 58%。

2018 年全球前十大模擬 IC 公司

根據 Gartner 數據顯示， 2018 年全球前十大半導體公司中，三星、英特爾、SK 海力士分別以 758.54 億美元、 658.62 億美元、 364.33 億美元位居全球前三。美光（306.41 億美元）、博通（165.44 億美元）、高通（153.80 億美元）、德州儀器（147.67 億美元）、西部數據（93.21 億美元）、意法半導體（92.76億美元）、恩智浦（90.10 億美元） 排名後七位。

2018 年全球前十大半導體公司營收對比

2018 年全球半導體市場規模達 4767 億美元，而前十大半導體公司營收佔全球半導體市場的 59.2%，半導體市場集中度較高。前十大半導體公司中有博通、高通兩家是 Fabless 設計公司，其餘八家公司均為 IDM 類型公司。存儲市場仍然是半導體行業中佔比較大的細分板塊，約佔全球半導體市場 1/3 左右。

據 IC Insights 數據顯示， 2018 年 Fabless 的營收達 1139 億美元， IDM 公司產品銷售 3184 億美元。從 2008 年至 2018 年十年間， Fabless IC 公司營收從 438 億美元增長至 1139 億美元，年複合增長率達 10%；IDM 公司 IC 銷售從 1784 億美元增長至 3184 億美元，年複合增長率達 6%。

2008-2018 年 fabless 與 IDM 公司產品銷售情況對比

可以看出，隨著以臺積電為代表的代工廠模式的發展， Fabless IC 設計公司的增長速率要明顯高於 IDM 的增速水平，未來隨著物聯網、人工智能、汽車電子等多種新型應用的普及將催生多種新的設計需求， 相比於傳統 IDM， Fabless 的生產週期更為靈活、技術迭代週期較短，能夠更快的推出匹配市場需求、甚至是推動市場進步的新產品， Fabless 模式有望繼續保持快速增長勢頭。

全球存儲器市場呈現寡頭壟斷的競爭格局。存儲器中以 DRAM 和 NAND 為代表，全球存儲器市場在 2017 和 2018 年隨著消費電子及數字貨幣的興起迎來了一輪發展高峰期， 根據全球半導體貿易協會(WSTS)數據顯示， 2018 年全球存儲器市場規模達 1580 億美元，同比增長 27.4%，存儲器佔全球半導體市場（4688 億美元）比例達 33.70%。

全球存儲器市場

2019 年隨著下游需求放緩，以及供應的過剩，存儲市場下滑明顯，由於存儲市場約佔整個半導體市場的 1/3，因此也將影響 2019 年全球半導體產業的市場表現， WSTS 預計 2019 年全球存儲器市場銷售額將達到 1356 億美元，同比下降 14%。

2017 年全球存儲器按產品分佈

根據 DRAM exchange 數據顯示， 2018 年全球 DRAM 市場中三星、 SK 海力士、美光全球市佔率分別達到 44%、 29%、 22%，三家公司合計佔全球市場的 95%，全球 DRAM 市場基本為三家壟斷；

2018 全球 DRAM 市場份額分佈

而全球 NAND 存儲市場整體上集中度稍低於 DRAM 市場，但是仍然為幾大 IDM 龍頭所掌控，三星、東芝、美光、西部數據、 SK 海力士、英特爾的市場佔有率分別為 35%、 19%、 13%、15%、 10%、 7%，前六家公司合計全球市佔率高達 99%，其他參與者很難進入該市場。

2018 年全球 NAND 市場份額分佈

國產 IC 設計快速崛起

我國集成電路市場保持快速發展，集成電路設計佔比不斷提升。我國集成電路市場從 2008 年的 1006 億元，快速上漲至 2018 年的 6532 億元， CAGR高達 20.55%；我國集成電路設計產值從 2008 年的 235 億元，增長至 2018年的 2519 億元， CAGR 高達 26.77%，高於集成電路產業增速，且集成電路設計佔行業比重由 2008 年的 18.86%增加至 2018 年的 38.57%。

我國集成電路市場銷售額及設計佔比情況

從我國 IC 設計公司的數量上來看，近些年公司數量增長迅猛。從 2010 年的582 家公司，迅速增長至 2018 年 1698 家。

中國 IC 設計公司數量統計

另外中國銷售過億 IC 公司增長明顯， 2012 年共計 97 家公司銷售過億，到 2018 年已經有超過 200 家公司銷售過億。我國 IC 設計公司無論是從數量還是質量都有著顯著的提升，這也是我國 IC 設計增速較快重要因素。

中國銷售過億 IC 設計公司統計

根據 Trend Force 的數據顯示， 2018 年我國前十大 IC 設計公司中華為海思以 503 億元的收入高居榜首，同比增長 30%。紫光展銳、北京豪威（韋爾股份收購） 以 110 億元、 100 億元的收入分居第二、三位。前十大 IC 設計名單中，還包含了以光學指紋識別為核心業務的匯頂科技，以 Nor Flash 及 MCU為核心的兆易創新等優質上市公司。

2018 年中國前十大 IC 設計公司

2018 年我國集成電路進口產品分類中，存儲器仍然是第一大進口產品，佔比高達 36%，模擬/功率產品達 15%，手機主芯片、電腦 CPU 佔比分別為 12%、8%。當前我國集成電路市場仍然以國外進口為主，國產化率較低，在 DRAM、NAND 存儲器及電腦、服務器 CPU 等方面國產化率為零，我們認為隨著我國集成電路產業的發展，我國在集成電路高端領域將會有顯著提升，未來集成電路產業進口替代市場空間巨大。

2018 年我國集成電路進口按產品分類

國產芯片的歷史機會

進入最近幾年，因為內外因素的雙重影響下，國產芯片迎來了多個機遇：

（一）集成電路產業政策支持力度大，融資途徑多樣助力企業成長

集成電路行業屬於國家鼓勵發展的高技術產業和戰略性新興產業，受到國家政策的大力扶持，中央政府與各地方省市都出臺了各種支持集成電路產業政策。中國政府先後頒佈了《國家集成電路產業發展推進綱要》、《集成電路產業“十三五”發展規劃》、《關於集成電路設計和軟件產業企業所得稅政策的公告》等政策。各地方政府為培育增長新動能，積極搶抓集成電路新一輪發展機遇，促進地區集成電路產業實現跨越式發展，也不斷出臺相關政策支持集成電路產業的發展。

國家級集成電路政策彙總

國家集成電路產業基金聚焦集成電路產業鏈投資機會，為企業發展提供長期穩定資金支持。截至 2018 年，國家集成電路產業投資基金一期已經基本投資完畢，據集微網大基金一期投資項目統計，投資分佈主要集中在集成電路設計、製造、封測等領域。國家大基金總裁丁文武今 7 月 26 日表示， 國家大基金二期募資尚未完成，還在進行中。多方消息表示，國家大基金二期募集資金約為 2000 億元，主要聚焦集成電路產業鏈佈局投資。

地方省市集成電路政策彙總

科創板為集成電路等高科技企業提供新的融資途徑。2019 年 7 月 22 日，我國科創板正式開市，科創板的設立主要是為新一代信息技術領域、高端裝備領域、新材料領域、新能源領域、節能環保領域、生物醫藥領域的企業提供新的上市途徑，集成電路產業作為新一代信息技術中的代表產業， 是科創板申請企業中的主要行業之一。截止 8 月 15 日， 從已申請的 151 家公司來看，其中有 65 家公司屬於新一代信息技術產業，佔比高達 43%。7 月 22 日首發上市的 25 家公司中有 6 家半導體相關公司，覆蓋半導體產業鏈上下游，包括芯片設計、前道製造裝備、封測設備、半導體材料等領域， 募資總額達 83億元。

科創板已受理企業行業分佈

市場多渠道資金支持半導體設計初創公司快速成長。

隨著 IoT、 AI、智能駕駛等應用的興起，全球半導體投資熱情再次被點燃，進口替代的迫切需求使得中國半導體市場成為投資的主戰場，而 fabless 模式是半導體設計初創公司的優選商業模式。

全球 Fabless 初創公司融資統計（2009-2018）

中國 7 家初創 fabless 公司在 2018 年合計獲得 5.6 億美元融資，按地域分佈中國地區融資額佔當年總融資規模的 39%，居全球首位。

2018 全球 Fabless 初創企業（按地域）

2018 年全球 25 家獲得融資的初創企業若按其芯片目標應用劃分，針對智能終端、邊緣設備和 IoT 應用的有 9 家，融資總額為 6.53 億美元，居首位；面向雲端 AI 訓練/數據中心應用的有 5 家，融資總額為 4.5 億美元，居次席；瞄準自動駕駛/ADAS 汽車應用市場的有 6 家，融資總額為 1.89 億美元；歸入其它類別的包括 RISC-V 相關芯片開發和設計服務、新的存儲器技術和量子計算等，融資總額為 1.341 億美元。

2018 年全球 Fabless 初創企業（按應用）

（二）物聯網、汽車電子、 AI 等新興應用引領集成電路新發展

集成電路行業下游應用領域廣泛，包括汽車電子、工業控制、消費電子、網絡設備、移動通信等，廣闊的應用領域支撐了集成電路產業的持續向前發展。PC、智能手機的出現分別引領了半導體歷史的前兩次大發展，未來隨著人們進入 5G 時代，萬物互聯，數據爆發式增長， 物聯網、人工智能、雲計算、智能汽車、智能家居、可穿戴設備等為代表的新興產業快速發展，催生大量芯片產品需求， 有望成為推動集成電路產業發展的新動力，為集成電路設計企業帶來新的發展機遇。

IMT-2020 應用場景

在 IC Insights 對未來半導體下游應用增速預測中， 汽車電子、 物聯網同比增速較高， 新應用的不斷出現為芯片設計廠商提供了難得的發展機遇。

我國集成電路產業銷售額

國內集成電路行業中，芯片設計行業的發展速度高於晶圓製造、芯片封測，從 2009年到 2018 年的 CAGR 達到了 28.17%。2018 年中國集成電路設計業銷售額達 2,519 億元，同比增長 38.57%；我國集成電路設計行業佔比從 2009 年的24.34%穩定上升到 2018 年的 38.57%。

我國集成電路設計、製造、封測佔比

（1）物聯網作為信息通信技術的典型代表，在全球範圍內呈現加速發展的態勢。

根據中國經濟信息社發佈的《2017-2018 年中國物聯網發展年度報告》，2017 年，全球物聯網市場規模為 0.9 萬億美元；智能家居等終端交互應用的快速興起促進了全球消費性物聯網產業的發展，但企業數字化轉型及變革轉型的驅動有望推動產業物聯網實現更為快速的發展，預計 2023 年，全球物聯網整體市場規模可達 2.8 萬億美元，年複合增長率可達 20%。

全球物聯網市場規模變化趨勢及預測

2017 年全球物聯網設備基數 200 億臺左右，預計到 2025 年將達到 754 億臺，年複合增長率達 17%。從連接形式上，將由目前主導的手機與其他消費終端連接方式，轉變為工業及機器設備間的連接(M2M)。2018 年，製造業將成為最積極投資物聯網解決方案的產業，預計支出金額將達到 1890 億美元， 總體比重為 24.47%；運輸業和車聯網、智能建築等跨產業物聯網的支出金額將分別達到 850 億美元和 920 億美元。

2017 年全球物聯網行業應用滲透率

2017 年我國物聯網產業規模達到 1.15 萬億元人民幣，同比增長 23.66%。預計到 2020 年，整體規模將超過 1.83 萬億元。隨著物聯網的高速發展將產生海量的數據，預計我國數據將由 2017 年的 7.85 ZB 快速上漲至 2020 年的38.99ZB。當前物聯網的應用熱點領域包括工業 IoT、車聯網、智慧城市、智能家居等，未來仍將不斷的擴大應用範圍。

我國物聯網市場規模

（2）汽車電動化、智能化與網聯化的發展趨勢愈加明顯。

以荷蘭、德國、法國等為代表的世界各國紛紛發佈或提出禁售傳統燃油車時間表， 2019 年 8 月 20日，工信部發布了對《關於研究制定禁售燃油車時間表加快建設汽車強國的建議》的答覆。其中明確指出，會支持有條件的地方設立燃油汽車禁行區試點，在取得成功的基礎上，統籌研究制定燃油汽車退出時間表。在政策和技術進步的驅動下，新能源汽車已成為未來汽車發展方向。

汽車智能化與互聯網應用趨勢

汽車電子由半導體器件組成，用以感知、計算、執行汽車的各個狀態和功能。隨著汽車電子技術發展，汽車智能化正逐步得到應用，提高單個車輛運行效率；而伴隨著網聯技術的不斷深入，越來越多的汽車開始搭載無線通信模塊，汽車與外部實現互聯互通。網聯化技術與智能化相輔相成，正在加速融合。

全球與中國汽車電子市場規模

根據蓋世汽車統計， 2018 年純電動汽車中汽車電子成本已佔到總成本的65%，遠高於傳統緊湊車型的 15%和中高端車型的 28%。全球汽車電子市場快速增長，中國增速高於全球。根據蓋世汽車的研究，受智能駕駛升級和新能源車普及推動，至 2022 年，全球汽車電子市場規模有望達到 21,399 億元，較 2017 年增長近 50%，而中國汽車電子市場規模將達到 9,783 億元，較 2017 年增長 80%以上。相較於全球，中國將在汽車電子領域實現更高的複合增長水平。

各車型中汽車電子成本佔比

三、“進口替代”、“自主可控”將為國內半導體設計企業提供新機遇

根據全球半導體貿易統計組織（WSTS）統計顯示，我國半導體市場呈現快速增長趨勢，且中國半導體市場增速要高於全球半導體市場同比增速。2018年中國半導體銷售額 1578 億美元，佔全球半導體銷售額的 33.86%，中國半導體銷售額同比增長 20.08%，顯著高於全球的增速 13.09%。

中國半導體銷售額佔全球比重持續增長

雖然我國半導體市場呈現快速增長趨勢，但是中國自給率較低。根據 ICInsights 最新數據， 2018 年我國半導體自給率約 15.4%，較 2012 年的 11.9%雖有較大提升，但是仍然存在供給能力不足的問題，預計 2023 年我國自給率將達到 23%，因此我國半導體市場進口替代存在較大市場空間。

我國半導體自給率仍較低

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