《道德經(jīng)》講，天地之道：共生共榮，長(zhǎng)生久視。從本質(zhì)上講，半導(dǎo)體行業(yè)是全球大規(guī)模合作的產(chǎn)業(yè)。日本、德國(guó)專注于材料，荷蘭、美國(guó)專注于先進(jìn)設(shè)備和設(shè)計(jì)，中國(guó)臺(tái)灣專注于制造，大陸在制造方面也非常有潛力。這種合作就像1955年晶體管之父肖克利，因?yàn)榘迅嚯娐芳傻揭黄穑钥梢栽趩挝幻娣e、單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行更多的任務(wù)指令，以提升解決問題的能力。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，就像半導(dǎo)體本身的發(fā)展一樣，聚合得更緊密，更精密，產(chǎn)生的能效就更大。

但近幾年地緣政治不斷，原來合作的伙伴，現(xiàn)在“切割”與“備份”，對(duì)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了負(fù)面影響，從合作到“小院高墻”，必然拖累行業(yè)的發(fā)展。美國(guó)搞實(shí)體回流，臺(tái)積電在美國(guó)亞利桑那的芯片工廠總投資高達(dá)650億美元，臺(tái)積電到德國(guó)建廠，總投資高達(dá)100億歐元，德國(guó)薩克森鎮(zhèn)為主的半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)鏈投資高達(dá)500億歐元。原來叫合作，現(xiàn)在都在搞備份，叫單干。從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度來看這肯定不是最優(yōu)的，因?yàn)槌杀緯?huì)大幅上升。最優(yōu)的狀態(tài)是每個(gè)地方有最擅長(zhǎng)的環(huán)節(jié)，彼此依賴，共同發(fā)展。

中國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)現(xiàn)在不缺貨，而是缺好貨，缺高端芯片來滿足新型產(chǎn)品市場(chǎng)快速迭代的需求。

目前絕大部分細(xì)分領(lǐng)域的頭部企業(yè)都是歐美廠商。中國(guó)在相對(duì)低端的芯片領(lǐng)域的規(guī)模化很快，成本優(yōu)化明顯，有些細(xì)分性能做得更好。客觀地講，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的材料與設(shè)備、制造工藝、EDA軟件和設(shè)計(jì)這4個(gè)環(huán)節(jié)來看，總體差距仍似天塹，難以逾越。但，天行健，君子以自強(qiáng)不息，別人要搞“脫鉤斷鏈”，我們也只好艱苦奮斗！中國(guó)企業(yè)正在奮起直追，老羅帶大家來盤點(diǎn)，半導(dǎo)體行業(yè)各領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)替代情況。

半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)已形成較為穩(wěn)定的寡頭壟斷市場(chǎng)格局，頭部效應(yīng)明顯。半導(dǎo)體設(shè)備技術(shù)壁壘、驗(yàn)證壁壘以及市場(chǎng)壁壘都較高，多重因素導(dǎo)致主要市場(chǎng)份額集中在少數(shù)頭部企業(yè)中，并且壟斷格局不斷擴(kuò)大。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球前 5 大半導(dǎo)體設(shè)備廠商分別為 AMAT、ASML、Lam、TEL 及 KLAC，2021 年行業(yè) CR5 約為 84%。

半導(dǎo)體設(shè)備和材料是晶圓制造的重要支撐領(lǐng)域，也是美國(guó)主要打壓環(huán)節(jié)，與國(guó)際巨頭相比，仍有較大差距，任重道遠(yuǎn)。在設(shè)備領(lǐng)域，薄膜沉積設(shè)備、光刻設(shè)備、前道檢測(cè)設(shè)備、涂膠顯影設(shè)備、離子注入設(shè)備、后道測(cè)試設(shè)備等國(guó)產(chǎn)化率均不足 10%，甚至光刻和涂膠顯影等領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)化率僅有1%左右。在材料領(lǐng)域，硅片、CMP 材料等領(lǐng)域國(guó)內(nèi)公司開始冒頭，但在光刻膠、光掩模板、靶材等環(huán)節(jié)仍然差距較大，尤其是光刻膠領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)公司無人實(shí)現(xiàn) A 膠量產(chǎn)。

就在日前，武漢傳來消息，武漢太紫微光電科技有限公司推出的T150 A-光刻膠產(chǎn)品，已通過半導(dǎo)體工藝量產(chǎn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)配方全自主設(shè)計(jì)。但有光刻膠專業(yè)領(lǐng)域從業(yè)者表示，配方和技術(shù)突破并不難，難的是目前光刻膠領(lǐng)域的原材料幾乎全部依賴日本進(jìn)口。

在KrF系列光刻膠產(chǎn)品中，T150 A對(duì)標(biāo)的UV1610產(chǎn)品算是“很常用的膠”，門檻不算高，即使如此，國(guó)產(chǎn)替代的步伐也在繼續(xù)向前，處于國(guó)產(chǎn)化加速期。彤程新材、華懋科技、晶瑞電材、上海新陽等國(guó)內(nèi)公司均有G/I線、KrF、ArF膠布局，開發(fā)重點(diǎn)為普適性光刻膠和技術(shù)難度較低的成熟制程光刻膠，使產(chǎn)品導(dǎo)入后能大范圍應(yīng)用，在產(chǎn)品開發(fā)和驗(yàn)證上持續(xù)與下游晶圓廠進(jìn)行積極協(xié)作。

前道設(shè)備領(lǐng)域：

薄膜沉積設(shè)備、離子注入設(shè)備等領(lǐng)域市占率較低，難度較大。拓荊科技的 28nm 以上PECVD 在國(guó)內(nèi)產(chǎn)線獲得了較大的訂單，實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，SACVD和 ALD設(shè)備也初步取得了客戶訂單，實(shí)現(xiàn)了突破。凱世通的多款離子注入機(jī)設(shè)備產(chǎn)品獲得了客戶的重復(fù)采購(gòu)和批量訂單。

華峰測(cè)控、長(zhǎng)川科技、華興源創(chuàng)實(shí)現(xiàn)了較大的突破。其中華峰測(cè)控在 SoC 測(cè)試領(lǐng)域，目前主要 100M 的 8300 ，第二代 400M 以上的 8300 實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。長(zhǎng)川科技的數(shù)字測(cè)試機(jī)D9000，集合 1024 個(gè)數(shù)字通道、200MHz 數(shù)字測(cè)試速率實(shí)現(xiàn)快速放量

刻蝕：

中微、北方領(lǐng)先，進(jìn)入 5nm 先進(jìn)制程全球刻蝕設(shè)備領(lǐng)域中，Lam、TEL 和 AMAT 分別占 47%、27%和 17%， 三者幾乎壟斷市場(chǎng)。根據(jù) Gartner 數(shù)據(jù)顯示，2020 年全球刻蝕設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模約為 137 億美元，其中，介質(zhì)刻蝕設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模約 60 億美元，導(dǎo)體刻蝕設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模約 76 億美元。刻蝕設(shè)備市場(chǎng)集中度高，Lam 、TEL、AMAT 合計(jì)占 91%的市場(chǎng)份額，國(guó)內(nèi)廠商中微公司和北方華創(chuàng)實(shí)現(xiàn)較大突破，總計(jì)占 2%的市場(chǎng)份額。

國(guó)內(nèi)廠商技術(shù)持續(xù)突破，多款產(chǎn)品進(jìn)入驗(yàn)證階段。國(guó)內(nèi)主要刻蝕機(jī)廠商有中微公司、北方華創(chuàng)以及屹唐股份。中微公司刻蝕設(shè)備包含 CCP 與ICP，公司正在開發(fā)新型 CCP 刻蝕設(shè)備，涵蓋 5nm 以下邏輯芯片及 200層以上 3D NAND 存儲(chǔ)芯片刻蝕需求的更多不同刻蝕應(yīng)用。正在開發(fā)的ICP 設(shè)備，涵蓋 7nm 及以下的邏輯芯片、17nm 及以下的 DRAM 芯片和3D NAND 存儲(chǔ)芯片的刻蝕應(yīng)用，同時(shí)優(yōu)化開發(fā)雙臺(tái) ICP 刻蝕設(shè)備。其中，介質(zhì)刻蝕已經(jīng)進(jìn)入臺(tái)積電 5nm 產(chǎn)線。北方華創(chuàng)刻蝕機(jī)主要為 ICP， 覆蓋 8 英寸、12 英寸 55-28nm 制程，已進(jìn)入中芯國(guó)際 14nm 產(chǎn)線驗(yàn)證階段；屹唐股份干法刻蝕設(shè)備可用于 65nm~5nm 邏輯芯片。

薄膜沉積：產(chǎn)線驗(yàn)證順利，進(jìn)入規(guī)模放量

離子注入市場(chǎng)呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，AMAT（應(yīng)用材料）壟斷全球離子注入市場(chǎng)。

根據(jù) SEMI 數(shù)據(jù)，2021 年全球半導(dǎo)體設(shè)備銷售額為 1026 億美元，中國(guó)大陸半導(dǎo)體設(shè)備銷售額為 296 億美元，以離子注入機(jī)在半導(dǎo)體設(shè)備中占比 2.1%計(jì)算，2021 年全球離子注入機(jī)市場(chǎng)規(guī)模約為 22 億美元。目前市場(chǎng)上離子注入機(jī)主要由美國(guó)和日本的廠商壟斷，主要廠商有國(guó)外的AMAT、Axcelis、Nissin。其中 AMAT 占據(jù) 70%的市場(chǎng)份額，Axcelis 占據(jù)約 20%的市場(chǎng)份額。

離子注入機(jī)領(lǐng)域，凱世通、中科信引領(lǐng)國(guó)產(chǎn)替代。2021 年，凱世通自主研發(fā)的首臺(tái)低能大束流離子注入機(jī)率先在國(guó)內(nèi) 12 英寸主流集成電路芯片制造廠完成設(shè)備驗(yàn)證工作。高能離子注入機(jī)順利在某 12 英寸集成電路芯片制造廠完成交付，低能大束流重金屬離子注入機(jī)、低能大束流超低溫離子注入機(jī)都順利通過廠商驗(yàn)證；中科信產(chǎn)品包括中束流、大束流、高能、特種應(yīng)用及第三代半導(dǎo)體等離子注入機(jī)，12 英寸 45-22nm 低能大束流離子注入機(jī)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目的實(shí)施則進(jìn)入一個(gè)全新的自主創(chuàng)新階段。

清洗：國(guó)產(chǎn)化率約 31%，發(fā)展速度最快

清洗設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)步增長(zhǎng)，龍頭廠商壟斷格局明顯。半導(dǎo)體清洗設(shè)備約為半導(dǎo)體設(shè)備總規(guī)模的5%，2021 年起半導(dǎo)體清洗設(shè)備市場(chǎng)增長(zhǎng)迅速，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 42 億美元，預(yù)計(jì) 2022 年將達(dá)到 47 億美元。全球半導(dǎo)體清洗設(shè)備市場(chǎng)高度集中，Screen、TEL、LAM 與 SEMES 四家公司合計(jì)市場(chǎng)占有率達(dá)到 90%以上。其中，Screen 占據(jù)了全球半導(dǎo)體清洗設(shè)備45.1%的市場(chǎng)份額。值得一提的是，盛美上海在全球清洗設(shè)備中占 2.3%的市場(chǎng)份額，在全球單片清洗設(shè)備中市場(chǎng)份額達(dá)到 4%。

國(guó)產(chǎn)替代率較高，部分技術(shù)接近國(guó)際先進(jìn)水平。我國(guó)半導(dǎo)體清洗領(lǐng)域的重要廠商包括盛美上海、北方華創(chuàng)、芯源微等，清洗設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率約為31%，突破速度最快，國(guó)產(chǎn)化率超過了其他大部分設(shè)備。盛美上海單片洗設(shè)備最高可單臺(tái)配置 18 腔體，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，目前正在擬研 發(fā)的產(chǎn)品包括干法設(shè)備拓展領(lǐng)域產(chǎn)品和超臨界 CO清洗干燥設(shè)備；芯源微的前道 Spin Scrubber 清洗機(jī)設(shè)備目前已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，成功實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代。

GPU（Graphic Processing Unit）即圖形處理器，是一種專門進(jìn)行圖形和圖像相關(guān)運(yùn)算工作的微處理器，現(xiàn)已成為高性能計(jì)算及人工智能領(lǐng)域的核心部件。

進(jìn)入大算力時(shí)代，全球及中國(guó) GPU 市場(chǎng)規(guī)模快速增長(zhǎng)。GPU 擁有比較強(qiáng)的浮點(diǎn)計(jì)算能力，在大量的圖像計(jì)算、科學(xué)計(jì)算、人工智能計(jì)算中有廣泛應(yīng)用。因此，隨著大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的興起，GPU 市場(chǎng)規(guī)模快速增長(zhǎng)。據(jù)VMR 數(shù)據(jù)，2021 年全球 GPU 市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 334.7 億美元，預(yù)計(jì)到 2027年將達(dá)到 1853.1 億美元，2021-2027 年 CAGR 為 33.0%。就中國(guó)市場(chǎng)而言，2020 年中國(guó)大陸 GPU 市場(chǎng)規(guī)模為 47.39 億美元，約占全球市場(chǎng)的 18.7%，預(yù)計(jì)未來將保持 32.8%的年均復(fù)合增速，至 2027 年達(dá)到 345.6億美元的市場(chǎng)規(guī)模。

其中集成 GPU 內(nèi)置于計(jì)算機(jī)主板或 CPU 本身，常見于筆記本電腦。Intel 憑借在 CPU市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，其核心顯卡在 PC GPU市場(chǎng)上占據(jù)了 60% 以上的市場(chǎng)份額，AMD 和英偉達(dá)基本平分了剩余的 40%市場(chǎng)。

在獨(dú)立 GPU 市場(chǎng)，英偉達(dá)和 AMD 雙寡頭壟斷，且英偉達(dá)處于絕對(duì)龍頭地位。據(jù) JPR 數(shù)據(jù)，截止 22 年 Q2，英偉達(dá)占據(jù)全球獨(dú)立 GPU 市場(chǎng)的 79%，AMD 占有 20%的份額。2022 年，英特爾推出 Xe 架構(gòu)獨(dú)立顯卡，市場(chǎng)份額預(yù)計(jì)在1%左右。獨(dú)立GPU的性能要求一般高于集成GPU，也擁有 AI 計(jì)算等更多應(yīng)用場(chǎng)景。

國(guó)產(chǎn) GPU 企業(yè)、產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。在上市公司中，景嘉微是是國(guó)內(nèi)率先成功研制國(guó)產(chǎn) GPU 芯片并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工程應(yīng)用的企業(yè)之一，先后成功研制 JM5 系列、JM7 系列、JM9 系列等高性能 GPU 芯片，并向民用市場(chǎng)拓展。海光信息的 DCU 系列產(chǎn)品以 GPGPU 架構(gòu)為基礎(chǔ)，兼容 ROCm 和 CUDA 計(jì)算生態(tài)，可廣泛應(yīng)用于大數(shù)據(jù)處理、人工智能等領(lǐng)域。其他國(guó)產(chǎn)廠商還包括芯動(dòng)科技、壁仞科技、芯瞳半導(dǎo)體、摩爾線程、沐曦集成電路、天數(shù)智芯等，成為國(guó)產(chǎn) GPU 的新生力量。

在圖形顯示 GPU 領(lǐng)域，部分廠商產(chǎn)品比肩英偉達(dá) GTX 1050（2016 年推出）水平。芯動(dòng)科技最新發(fā)布的桌面級(jí) GPU“風(fēng)華 2 號(hào)”，集超低功耗、強(qiáng)渲染、4K 高清三屏顯示、4K 視頻解碼及智能 AI 計(jì)算于一體，像素填充率 48G Pixel/s，F(xiàn)P32 浮點(diǎn)算力為 1.5TFLOPS，且工作功耗最低僅 4W，能效比優(yōu)于競(jìng)品。而摩爾線程推出的 MTT S60，像素填充率高達(dá) 192G Pixel/s，F(xiàn)P32 最高達(dá) 6TFLOPS，并且是全球率先支持 AV1 格式編碼加速的顯卡。

在通用計(jì)算與人工智能 GPU 領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)廠商快速前行。天數(shù)智芯作為國(guó)內(nèi)首家云端 GPGPU 公司，于 2021 年推出了國(guó)內(nèi)首款 7nm 全自研云端訓(xùn)練 GPGPU“天垓 100”，并于 2022 年發(fā)布了 7nm 云端推理 GPGPU “智鎧 100”，能夠?yàn)樵贫?AI 訓(xùn)練和 HPC 通用計(jì)算提供業(yè)界領(lǐng)先的高算力和高能效比。其他針對(duì)數(shù)據(jù)中心和 AI 產(chǎn)業(yè)的國(guó)產(chǎn) GPU 還包括 BR100 （壁仞科技）、MTT S2000（摩爾線程）、MXC 系列（沐曦集成電路）等，國(guó)產(chǎn) GPU 芯片算力近年來得到了快速提升。

CPU

目前，國(guó)產(chǎn) CPU 的企業(yè)主要為龍芯中科、海思、飛騰信息、海光信息、上海兆芯等。

國(guó)產(chǎn) CPU 已獲得越來越多的認(rèn)可。以龍芯中科為例，公司歷經(jīng) 20 多年的努力打造出多款 CPU，推出自主指令系統(tǒng) LoongArch 以及基于該自主指令集的產(chǎn)品與解決方案。此外，飛騰信息在高端嵌入式 CPU、高性能服務(wù)器 CPU 與高效能桌面 CPU 這三大產(chǎn)品系列，持續(xù)填補(bǔ)我國(guó)多項(xiàng)空白。2020 年，飛騰 CPU 交付量已經(jīng)大幅提升至 150 萬片，2021 年有望突破 200 萬片。出貨量的增加一方面反映出國(guó)產(chǎn)化趨勢(shì)的加速，另一方面，也說明國(guó)產(chǎn)化 CPU 正越來越被更多的終端需求所接受。

國(guó)產(chǎn) CPU 距離國(guó)際大廠仍有一定差距，一方面，從 CPU 的參數(shù)上對(duì)比，國(guó)產(chǎn) CPU 部分性能已經(jīng)可以齊平海外大廠，但仍有提升空間。根據(jù)各家公司公開披露的產(chǎn)品參數(shù)，可以看到，總體上看在核心數(shù)、主頻、內(nèi)存、內(nèi)存通道等關(guān)鍵參數(shù)上，國(guó)產(chǎn) CPU 已經(jīng)可以部分齊平國(guó)際廠商。但綜合性能指標(biāo)亦有提升空間，例如海光7285，雖然核心數(shù)、超線程數(shù)、內(nèi)存及通道數(shù)均與 AMD、Intel 產(chǎn)品性能接近，但在主頻、內(nèi)存頻率上稍顯遜色，在一定程度上可能會(huì)影響 CPU 運(yùn)算的綜合效率和穩(wěn)定性。與 Intel 和 AMD 相比，國(guó)產(chǎn) CPU 起步較晚，同時(shí)國(guó)內(nèi)先進(jìn)制程的晶圓加工工藝與國(guó)外還存在差距，最終也會(huì)導(dǎo)致整體性能表現(xiàn)上還有提升空間。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球 CPU 第一大技術(shù)來源地區(qū)為中國(guó)，專利申請(qǐng)數(shù)量占全球總申請(qǐng)量的 58.32%， 隨著研發(fā)投入的不斷提升，國(guó)產(chǎn) CPU 技術(shù)突破指日可待。

國(guó)產(chǎn) CPU 目前生態(tài)積累上有所成果。如龍芯中科在 MIPS 基礎(chǔ)上推出LoongArch 指令集架構(gòu)、申威在 Alpha 架構(gòu)上推出 SW_64 等，有望在國(guó)內(nèi)關(guān)鍵信息領(lǐng)域逐漸積累經(jīng)驗(yàn)，最終在商業(yè)化上實(shí)現(xiàn)突圍。

當(dāng)前正值美國(guó)大選期間，考慮到中美貿(mào)易沖突，以及美國(guó)對(duì)盟友圈的長(zhǎng)臂管轄，半導(dǎo)體、人工智能等科技領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)將是大選期間雙方拿來向選民示好的手段。行業(yè)格局上看，AI 賦能傳統(tǒng)行業(yè)時(shí)代需求旺盛的 AI 服務(wù)器、先進(jìn)制程產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)產(chǎn)占比較低，擴(kuò)產(chǎn)受到國(guó)際貿(mào)易不確定性影響，國(guó)產(chǎn)替代需求較為迫切，相關(guān)國(guó)產(chǎn)設(shè)備材料廠商正積極加速產(chǎn)品驗(yàn)證和替代，半導(dǎo)體行業(yè)國(guó)產(chǎn)替代產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展箭在弦上，沒有退路。

參考資料：中歐深度觀察、集微網(wǎng)、招商證券、國(guó)泰君安證券、科創(chuàng)板日?qǐng)?bào)

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