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龙头泰山:芯片告急,国产机会酝酿中

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全球芯片告急,美国也不例外。根据央视财经援引路透社报道,美国总统拜登24日在白宫椭圆形办公室会见了一个由两党议员组成的小组,共同讨论美国供应链问题,特别是因减产导致的全球芯片短缺问题。并在会后签署一项行政命令,对包括半导体行业在内的关键行业的供应链进行一次范围广泛的审查。

  受美国的封禁,中国的芯片产业遭遇“卡脖子”。 而在股票市场,相关的芯片股涨上天,中国能否做到半导体产业“独立自主”,目前产业处于什么水平,半导体产业还有哪些投资机会。

   在半导体设计、制造、封装、测试等全产业链布局了大量头部公司,著名投资项目包括图像传感器芯片设计企业豪威科技

  问题1:为何目前芯片突然供不应求,如何看待现在芯片行业的景气度?半导体产业未来的发展空间在哪里?如何看待第三代半导体产业的发展?

  具体来说,首先是产业升级大幅提高了芯片使用量。以手机产业为例,手机是目前半导体产业最大的应用领域,过去15年,得益于手机产业的大发展,半导体产业规模由2300多亿美金提高到了约4500亿美金,近乎翻倍。一方面,全球手机出货量已达到10亿级;另一方面,手机性能与功能的提升大幅推高了对芯片数量、性能和面积的需求,并要求芯片实现功能、功耗、性能、成本的全方位优化。更快的运行速度、更好的拍摄效果,都依赖于更多、更好的芯片,同时,芯片还需做好电源控制与功率控制,以平衡手机性能与电池容量的矛盾。

  其次,人工智能、5G、IoT、新能源汽车等新兴产业应用的涌现,开辟了新的芯片市场。新能源汽车是最受看好的应用。新能源车新四化(电动化、智能化、网联化、共享化)是汽车发展大趋势,其智慧驾驶、动力传动、车身控制、安全系统和娱乐设备等功能,都需要大量高级芯片,充电桩也需要芯片。车的功能越丰富,智慧驾驶技术越进步,对芯片的要求就越高。相比手机,新能源车的体量可能低一个数量级,但单价高出不只一个数量级,因此如果对其增长预测能够如期兑现,它将为半导体产业撑起万亿规模。

  综上,当前中国的芯片产能非常紧缺,供应商资源成为国内外厂商的核心诉求。半导体产业短期内看不到掉头的可能性,至少两年之内看不到周期。产业链中的龙头企业或相对领先的企业都实现了快速增长, 韦尔股份(豪威科技),其利润2019年才4个亿,2020年已升至30多亿。

  第三代半导体材料主要有三个优势:

  一是速度更快,有助于提高芯片性能。第三代半导体采用宽禁带材料,关断时候的漏电电流更小,导通时候的导通阻抗更小,且寄生电容远远小于硅工艺材料,所以芯片运行速度更快,功耗消耗更低,待机时间更长。第三代半导体可以用较大的工艺节点达到硅材料先进节点的部分性能。

  二是能量转换效率高,功率损耗小。以新能源汽车为例,福特汽车展示的数据显示,相比用传统硅芯片(如IGBT)驱动的电动汽车,用第三代半导体材料芯片(如特斯拉Model 3使用的SiC芯片)驱动的新能源汽车的能量耗损低5倍左右,由此大幅增加续航里程。从节能的角度考虑,一个大型数据中心机房一年的耗电相当于一个中等城市的用电量,如果采用第三代半导体芯片来控制电源,相比传统的硅芯片,将能省下大量电力。

  三是可以承受更大的功率和更高的电压。第三代半导体可大幅提高产品的功率密度,适应更高功率、更高电压、更大电流的未来电动车的需要。

  基于上述优点,新能源汽车、5G、人工智能及超大数据中心等新应用场景的打开,将给第三代半导体带来巨大的发展空间,催生上万亿元的潜在市场。更为重要的是,第三代半导体未来将在帮助人类普及新兴能源、发展清洁能源、实现碳中和这一伟大目标中发挥重大作用!

   光刻机的技术到底难在哪里?难在它是横跨多个学科、产业的最顶级理论、技术与工艺的产物。光刻机被誉为“半导体皇冠上的明珠”,一台光刻机由十万多个部件组成,是集合了数学、化学、精密光学、流体力学、精密机械、自动化控制、软件工程、图像识别、电子电路等领域顶尖技术的产物。因此,光刻机制造依赖于各个学科的进步,只要其中一门学科出现瓶颈,就造不出来。

  以制造工艺为例,光刻机最难的是它的精度控制,在纳米级的、极端精准度的要求下,平时很多忽略不计的细节都会成为难题,比如震动、光源频率、反光镜等,甚至连无尘室内的空气都要求比外面干净一万倍。曾有一位美国工程师表示,光刻机仅仅是一个零件调整的时间就长达数十年之久,尺寸调整次数更可能高达百万次以上。当然,这位工程师的说法肯定有夸张成分在里面,但光刻机的精度控制可见一斑。

  即使是一家独大的ASML,也无法独立制造光刻机,而是集成全球工艺,十多万个零件中90%都是众多先进的高科技术产业工厂所提供,比如光源系统采用美国的Cymer(已被ASML收购),镜头(光学系统)来自德国的蔡司等等。

  中国正在解决上一代的90nm、28nm工艺制程,要发展到7nm、5nm,可能还需要5至10年或更长时间。未来一旦我们的高端光刻机做出来了,就意味着我们国家光刻机相关的所有基础科学都已出现重大突破,那我们整个配套的半导体及其相关产业也跻身全球顶级了。

    在半导体设备上,中微半导体、北方华创也实现了一定比例的国产替代;

  在半导体材料上,8英寸、12英寸的晶圆硅片,也有了一定国产化比例;

  而在少数芯片领域,国产厂商也开始进入全球中高端应用市场,如华为海思的麒麟手机芯片、豪威科技的图像传感器芯片等。

  这两年,贸易摩擦也助推了芯片国产化率提高。美国针对华为发布禁令后,大众对国产芯片的认知得到提升,国内企业也开始愿意用国产芯片了,芯片的国产化率推进的速度很快。原因有二,一是看到华为的先例,有些企业也会产生制裁之忧;二是作为行业标杆,华为的采购起到了示范作用,哪怕华为是被迫用的,也说明这个产品的质量是过关的,华为相当于做了一个品牌背书。

  中国一年大概进口3000亿美金的芯片,这么多芯片短时间内不可能全部国产化,但政府也有预期,从产业链的角度,从易到难,一步步解决。原来只有5%的国产化率,2020年有17%的国产化率,再过两年可能进步到30%,再过五年可能做到60%,或许到2035年,国产化率能做到80%,那就很成功了。

  中国半导体产业要发展,离不开设计软件EDA工具(电子设计自动化)和芯片设计IP,没有EDA软件,所有芯片设计公司都要停摆,半导体产业的金字塔也会坍塌,如何看待中国半导体工业设计软件EDA工具和芯片设计IP缺失问题?

   芯片设计软件EDA工具和芯片设计IP是中国半导体产业发展的必选项,是无法规避的现实问题。基于战略安全考虑,EDA必须要自己做,不然如果美国不给license,我们的芯片设计就停摆了。因为需要长时间广泛深刻的行业积累,目前国内这方面的人才非常稀缺。现阶段我们也是先解决有无问题,然后再一步一步往前走。

  EDA行业虽然市场规模不大,仅在100亿美金左右,但门槛特别高,特别专业,需要长期聚焦、长期投入。相对于光刻机等硬件设备,EDA作为软件还是相对容易的,只要架构和算法实现突破,不断迭代,就差不多了。

  目前EDA行业超过60%的市场份额被Synopsys、Cadence和Mentor Graphics 3家企业占据。国内则有华大九天、概伦电子等企业在追赶。虽然与全球前三大EDA软件企业相比,国内EDA企业才刚刚起步,功能简单,但我们有希望在5年时间内取得较大进步。

  芯片设计IP也是目前国内外差距较大的领域,尤其是使用最广泛的CPU、GPU等芯片IP,国内还存在较大差距,这种差距可能比EDA设计软件还大。目前芯片设计IP的全球市场主要被ARM、ImaginationTechnologies、CEVA及几大EDA公司占据。不管是EDA设计软件还是主流芯片IP,目前国内这方面的人才非常稀缺,因为需要长时间广泛深刻的行业积累。

   如何看待半导体产业的投资机会?

   我们要理性认识半导体产业的投资机会。

   基本上涵盖了材料、设备、设计、封测等所有细分领域。

  具体来说,我们首先关注的是细分领域的想象力。比如摄像头芯片,它的行业增速非常快,三四年间市场规模从80亿美金增长到160亿美金,2021年大概会到200亿美金;又如滤波器,国产化率比较低,天花板很高,行业成长很快,这些都符合好赛道的判断标准。另外,安防、手机、人工智能方面的需求也越来越大。

  在每一个好的细分领域中,我们会选择那些有深厚历史积累的团队,要在一个领域有长期的钻研,比如豪威科技就是摄像头芯片产业的先驱。长电科技,是做封测的,有非常好的积累,现在遇上产能紧缺,发展得更快,

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龙头小跟班 46天前回复

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飘逸的心语 46天前回复

前景很好

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nz_1vlhvq90 46天前回复

打卡

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上善若水kx 46天前回复

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grs6858 46天前回复

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