誰是全世界芯片行業的“麒麟才子”？得之可得天下！

 

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自從半導體技術問世敗興，美國始終是該行業的領先者。它在設計、制造和市場營銷方面持有深厚的技術和經驗，在全世界芯片市場中占據著重要地位。與此同期，中國在過去幾十年里取得了巨大的發展，并且已然作為世界上最大的消費者市場之一。按照2021年的數據，美國半導體市場規模為530億美元，而中國市場規

模為2070億美元，二者合計占據了全世界總營銷額的60%。

數據源自：世界半導體貿易統計 （WSTS） 

下面，咱們將從芯片產業鏈的方向來分析全世界芯片行業的發展狀況以及中美兩國之間的發展差異。

芯片產業鏈：美國占據高產值環節，開發一家獨大按照CSET的歸類辦法，芯片產業鏈重點由芯片開發和制造產業鏈兩部分（如下圖）形成，亦包含所運用設備的研制產業鏈。制圖：數據猿

按照CSET2020年發布的報告《半導體產業鏈：各國競爭力評定》， 從產值占比來看，開發部分占比2.4%；制造部分占比97.6%。

表：芯片產業鏈各部分產值與市場份額（2019年）

源自：CSET報告《半導體產業鏈：各國競爭力評定》而在制造環節中，生產的產值占比最高，達38.4%；其次是設計，占比29.8%；生產的工具占比14.9%；封裝、測試與包裝占比9.6%；晶圓占比2.5%。

數據源自：CSET報告 制圖：數據猿

從市場份額來看，開發部分，美國的占比最高，電子設計自動化占比96%；核心知識制品占比52%；歐洲在核心知識制品部分占比43%；中國在開發部分的占比在1-3%。

數據源自：CSET報告  制圖：數據猿

制造部分，美國在設計、生產的工具、生產三個環節的市場份額均排第1，分別達47%、44%、33%；日本在晶圓、封裝/測試/包裝的工具這兩個環節的市場份額最高，分別為56%、44%；中國在晶圓部分的市場份額合計為20%，封裝/測試/包裝的市場份額43%，生產的市場份額26%，設計的市場份額11%。

從市場份額的方向來看，美國在設計、生產的工具、生產三個環節占據領先地位；中國重點在封裝/測試/包裝部分處在優良位置；生產部分在全世界排第二，僅次于美國；晶圓部分優于美國；而在設計、生產的工具等部分均表現較弱，尤其是生產的工具部分，僅占1%。

結合產值的比例來看，封裝、測試與包裝的占比9.6%；晶圓占比2.5%；能夠說這兩個環節都屬于低產值。

而產業鏈中高產值的部分是生產（38.4%）、設計（29.8%）、生產的工具（14.9%），這三個環節日前占據領先地位的均是美國。

總的來講，在芯片產業鏈上，美國在開發部分一家獨大，而在制造部分又占據了高產值的環節。

制造產業鏈上的明珠：技術為王，ASML&臺積電各領風騷

本節，咱們將根據制造產業鏈上的重點環節，選擇有表率性的上市機構，結合機構制品與財務數據進行分析，從而對芯片行業的最新技術發展以及運營狀況有所認識。

制造-設計環節

芯片設計是全部產業鏈中最基本的環節之一。在設計周期，設計機構需要按照市場需要和技術發展趨勢確定芯片的規格和性能需求，而后進行電路設計、仿真和驗證等工作。包含CPU、GPU、FPGA等各樣類型的芯片設計。重點機構有美國的英特爾（Intel）、英偉達（Nvidia）和高通（Qualcomm），以及中國的海思半導體（HiSilicon）和展訊通信（Spreadtrum）等機構。

表率機構：英偉達（Nvidia）

2023年2月21日市值：5081億美元

英偉達（Nvidia）成立于1993年，重點從事GPU（圖形處理器）的設計、制造和營銷，是全世界最大的獨立GPU生產商之一。在芯片制造產業鏈中，英偉達屬于最上游的Fabless設計機構。

Nvidia的GPU廣泛應用于電子游戲、專業可視化、高性能計算、深度學習等行業，被視為行業標準。Nvidia在芯片行業中地位明顯，其GPU和AI芯片被廣泛應用于多個行業和行業，市場份額和影響力都非常強大。據Top500.Org 數據表示，英偉達GPU制品在全世界 Top 500 超算中心的滲透率逐年加強，由 2013H1 的72.2%提高至 2021H2 的90.3%，幾乎處在壟斷地位。

英偉達的制品重點為數據中心、游戲、專業可視化和汽車市場而設計。Nvidia的GPU制品重點分成三個系列制品，分別面向區別的應用類型和用戶群體，分別是：重點面向3D游戲應用的GeForce系列、面向專業圖形工作站應用的Quadro系列、專用GPU加速計算的Tesla系列。在芯片、服務器等硬件設備之上，CUDA、DOCA 等研發套件構成為了英偉達軟件業務的底層基本框架，這里之上形成HPC、AI、Omniverse平臺，最后在應用工具&框架層面供給企業 AI、自動駕駛、云游戲、元宇宙、醫療等眾多計算服務。

源自：富途證券

英偉達的GPU架構平均每2年更新一次架構，每6個月推出一款新制品。從 Tesla 到Ampere、從 GTX 到 RTX 性能穩步提高。在同代顯卡制程工藝落后于AMD情況下，性能、能耗比卻能與AMD打平，反映出英偉達頂級芯片設計能力。

源自：富途證券

2022年，在數據中心方面，英偉達起始出貨 NVIDIA H100 張量核心 GPU 的生產樣品；宣布與微軟創立數年合作，打造基于云的人工智能超級計算機；宣布與甲骨文創立數年合作伙伴關系，將 NVIDIA 的全加速計算堆棧引入甲骨文云基本設備；宣布Rescale正在將NVIDIA AI Enterprise集成到其HPC即服務制品中；宣布推出兩項新的大型語言模型云AI服務—NVIDIA NeMo LLM和NVIDIA BioNeMo LLM服務；并宣布推出新的數據中心處理方法，供給針對 VMware vSphere 8 優化的零信任安全性。

在游戲方面，英偉達起始出貨 GeForce RTX 4090；推出 NVIDIA DLSS 3；并擴展了 GeForce NOW 庫，新增了 85+ 款游戲，使可用游戲總數達到1400+。

在專業視覺中，英偉達引入了 NVIDIA Omniverse Cloud。

在汽車方面，英偉達推出了 NVIDIA DRIVE Thor；宣布Hozon Auto的Neta品牌將在NVIDIA DRIVE Orin平臺上生產未來的電動汽車；并宣布了新的DRIVE IX生態系統合作伙伴。

在營收方面，截止2022年10月30日的前9個月，機構營收209.23億美元， 毛利率55.1%。

數據源自：SEC文件 單位：百萬美元

從收入形成來看，數據中心占比54%，游戲占比35%，專業視覺占比6%，汽車占比3%。

數據源自：SEC文件 單位：百萬美元

從區域形成來看，美國占比29%，中國臺灣占比24.5%，中國大陸加香港占比23%。

制圖：數據猿

從2018-2022財年的財務指標來看，英偉達的收入增速在近期兩年達到了53%、61%，相當高；毛利率亦穩定在60%以上，運營利潤率亦提升至37%。開發費用占比保持在20%上下。

制圖：數據猿

我們綜合來看英偉達、英特爾、高通2022財年的運營數據，還是英偉達表現最佳，英特爾經營有反常。

制造-生產環節

芯片制造是將設計好的電路圖轉化為實質的芯片制品的過程。制造過程中包含光刻、蝕刻、清洗、電鍍等多個環節。日前全世界重點的芯片制造廠商重點集中在亞洲地區，其中臺積電、三星是市場份額最大的廠商。中國大陸的重點廠商有中芯國際。

本環節選擇的表率機構：臺積電（TSMC）、中芯國際（SMIC）

表率機構：臺積電（TSMC）

2023年2月21日市值：4545億美元

臺積電（TSMC）成立于1987年，重點業務包含集成電路及其他半導體安裝的設計制造、光罩與封裝技術服務等。

臺積電（TSMC）是全世界最大的晶圓代工廠之一，其制品線涵蓋了從20納米到3納米等多個制程節點，以及針對區別應用場景的特定工藝。

2022年12月，臺積電宣布其3nm技術已成功進入批量生產，產量良好，并透露臺積電在新竹和臺中的2nm工程正如期進行。

與5nm（N5）工藝相比，相同速度下臺積電3nm的規律密度增益增多60%，功耗降低30-35%，并支持創新的臺積電FINFLEXTM架構。3nm技術將海量應用在推動將來頂尖制品中，包含超級計算機、數據中心、高速國際網絡、AR/VR等。

據Business Next采訪報告，半導體行業分析師和專家估計，日前臺積電的N3良率可能在60%~70%，最高在75%~80%，第1批的成績還算不錯。相比之下，三星代工廠的3GAE良率在初期周期從10%~20%不等，廢片率高得離譜，并且無改善。

日前，臺積電3nm晶圓的報價是2萬美元/片，比5nm貴了20%。

營收方面，2022年臺積電營收2.26萬億新臺幣（758.81億美元），同比增長42.6%；毛利率59.6%。

從制品收入形成來看，7nm占比27%，5nm占比26%，兩者合計占比53%；16nm占比13%，28nm占比10%。

源自：臺積電財報

從收入變化來看，5nm的收入逐季提升，7nm的收入較為穩定。

源自：臺積電財報

從收入平臺來看，HPC（高性能計算機）占比41%，智能手機占比39%，這兩項合計占比80%；汽車行業占比5%。

從年度同比增速來看，汽車行業最高，達74%；HPC（高性能計算機）年度增長59%，智能手機增長28%；來自物聯網（IoT）的收入2022年度同比增長47%。

源自：臺積電財報

制圖：數據猿

按照2018-2022財年的重點財務指標，臺積電的收入增速在近三年分別為25%、19%、42%，毛利率亦顯現逐年提升的趨勢，2022年達到了60%；運營利潤率亦是一樣的表現出色，2022年達到50%。開發花費占比保持在8%上下。同期，能夠看出經營現金流的表現亦非常優秀。

表率機構：中芯國際

2023年2月21日市值：1320億港幣

中芯國際成立于2000年，是中國內地規模最大、技術最先進的集成電路芯片代工企業。向全世界客戶供給0.35微米到FinFET區別技術節點的晶圓代工與技術服務。

源自：招股書

機構重點從事基于多種技術節點、區別技術平臺的集成電路晶圓代工業務，以及設計服務設計與IP支持、光掩模制造等配套服務，集成電路晶圓代工是機構主營業務收入的重點源自。

中芯國際集成電路晶圓代工業務系以8英寸或12英寸的晶圓為基本，到2022年底折合8英寸月產能達到71.4萬片，全年產能利用率為92%。

營收方面， 2022年度未經審計的營業收入為 495.16億元人民幣，同比增長39%。

按照2022年第三季度財報數據，主營業務收入中，晶圓收入占比92.5%，其中，12英寸晶圓收入占比68.4%，8英寸晶圓收入占比31.6%。按應用行業劃分，智能手機占比26%，消費電子占比23.3%，智能家居占比14.9%。從區域來看，69.6%的收入來自中國內地與香港；境外收入占比30.4%。

源自：中芯國際財報

按照2021年財報數據，技術類晶圓的營銷比例分別為55/65nm（29%）、0.18微米（29%）、40/45nm（15%）、FinFET/28nm（15%）。

數據源自：中芯國際財報

制圖：數據猿

按照2017-2021財年的財務指標數據，中芯國際在2020-2021年的收入增速有顯著改善，2021達到了39%；毛利率表現穩定，處在20%-30%之間；運營利潤率在2021年有顯著好轉，提升至26%；開發花費占比在20%以下。

制圖：數據猿

從上圖數據來看，中芯國際與臺積電之間的差距還是非常大的。

制造-生產的工具

芯片生產的工具指的是用于制造芯片的設備和工具。常用的芯片生產工擁有：

光刻機：用于將設計好的芯片電路圖案轉移到硅片上。

離子注入機：用于在硅片上注入離子，改變硅片材料的導電性能。

化學氣相沉積設備：用于在硅片上沉積薄膜。

除此之外，還有許多其他的設備和工具，如化學機械拋光設備、電子束揭發機等。區別的設備和工具在芯片制造過程中發揮著區別的功效，一起構成為了芯片制造的生產線。

表率機構：ASML（阿斯麥）

2023年2月21日市值：2500億美元

ASML是一家總部位置于荷蘭的半導體制造設備供應商。該機構成立于1984年，重點供給先進的光刻機設備給半導體制造商，是全世界最大的光刻機制造商，亦是世界上獨一的極紫外線（EUV）設備制造商。ASML的光刻機技術是制造芯片的關鍵過程之一，亦是半導體制造業中最繁雜的制造工藝之一。

ASML的制品線非常廣泛，涵蓋了芯片制造的各個方面，包含光刻機、暴露機、薄膜沉積設備和化學機械拋光設備等。其制品為各樣行業波長供給圖案化處理方法，從最先進的 13.5 nm EUV 波長到 193 nm、248 nm 和 365 nm 的行業主力 DUV 波長。

源自：SEC文件

重點制品包含：

1、光刻機（lithography systems）：用于芯片制造的關鍵設備，利用光學投影技術在硅片上“繪制”微小的電路圖案。ASML的光刻機制品線包含傳統的DUV光刻機、多重電子束刻蝕系統（MEB）和極紫外光（EUV）光刻機。

2、EUV光源（EUV sources）：用于為EUV光刻機供給光源，將更小的電路圖案“繪制”到芯片上。TWINSCAN NXE：3600D是其最新一代的EUV 0.33 NA光刻系統，結合了最高分辨率，生產率加強了15-20%，覆蓋率加強了約30%，同期還加強了系統可用性。

同期，ASML已然起始構建下一代EUV光刻系統，與當前EUV平臺的0.33 NA相比，更高的數值孔徑（NA）為0.55 NA，進一步加強了分辨率。預計EUV 0.55 NA（高NA）技術將在2025/2026年起始支持大批量生產。

源自：ASML

2022年，ASML收到了來自所有現有EUV客戶的采購訂單，以交付業界首個TWINSCAN EXE：5200系統—EUV大批量生產系統，擁有高數值孔徑和每小時220片晶圓的生產率。這些采購客戶將在2024-2025年起始開發，目的是在2025-2026年實現大批量生產。

最新的先進浸入式系統TWINSCAN NXT：2100i，于2022年第三季度推出。除了對透鏡計量、光罩調節和晶圓表的內在改進以及整體交叉匹配改進外，NXT：2100i還擁有對準優化器12顏色包等創新。該系統供給每小時 295 片晶圓的生產率以及前所未有的覆蓋性能，為客戶供給了 3 nm 以下節點上關鍵浸沒層的最具成本效益的處理方法。

在干式系統方面，繼新一代KrF系統TWINSCAN XT：860N之后，ASML向客戶交付了第1臺TWINSCAN NXT：870 248 nm步進掃描系統。NXT：870是一款高生產率的雙級KrF光刻工具，設計用于110 nm分辨率及以上的300 mm晶圓生產。經過運用NXT平臺，該系統將生產率從XT：860N的每小時260個晶圓加強到每小時330個晶圓。針對更關鍵的KrF層，0.93 NA TWINSCAN XT：1060K是最先進的雙級KrF光刻工具，波長為248 nm，擁有業內最高的數值孔徑和生產率，在80 nm及以下供給一流的分辨率。TWINSCAN XT：400L是其最新的i-line光刻系統，能夠打印分辨率低至220 nm的特征，用于200 mm和300 mm晶圓生產。

在EUV High-NA業務中，ASML從供應商那里收到了第1臺High-NA機械投影光學和照明器，以及新的晶圓架臺。這些模塊將用于初始測試和集成，是EXE:5000項目的重要一步。

另外，為了進一步加強其制品供給，ASML發布了ALO12C - 一種硬件-軟件組合，能夠使其客戶運用12種顏色而不是4種顏色來優化晶圓對準性能。

ASML還繼續推進計量和檢測路線圖。例如，HMI eScan 1100多光束系統是ASML第1代多光束系統，擁有25束（5x5），已被交付供客戶評定。

2022年，ASML還交付了第1臺eScan460系統，這是ASML的下一代單光束檢測系統。

同期，ASML預計2025-2026年將產能增多到90臺EUV 0.33 NA和600臺DUV系統；2027-2028年之間將把EUV 0.55 NA（高NA）的產能提高到20臺。

在營收方面，ASML的大部分收入來自光刻系統的營銷。截止2022年12月31日，ASML 2022財年營銷額達到211.73億歐元，與2021年相比增長了13.8%，毛利率為50.5%。ASML預計2020-2030年時期能夠保持14%的年收入增長率。

在詳細制品營銷方面，2022 年確認了 40 臺 EUV 系統（所有為 NXE：3600D）， 305 臺DUV系統的營銷量。40臺EUV 系統凈營銷額70.45億歐元，算下來平均單價在1.76億歐元。

數據源自：SEC文件

從EUV、ArFi、ArF三個高端機型的出貨來看，ASML出貨149臺，2022年全世界共出貨157臺，ASML占有95%的市場份額。EUV方面還是ASML獨霸鰲頭，市占率100%；ArFi方面ASML市占率高達95%+；ArF方面ASML占有87%+的市場份額；KrF方面ASML亦是占據72%+的市場份額；在i線方面ASML亦有23%+的市場份額。

在區域營收上，中國臺灣2022年貢獻了80.95億歐元，占比38%；韓國60.45億歐元，占比28.5%；中國大陸29.16億歐元，占比13.8%。

數據源自：SEC文件

制圖：數據猿

從2018-2022財年的重點財務指標來看，ASML的收入增速分別達18%、33%、14%；毛利率基本穩定在50%上下，開發花費占比在15%上下，運營利潤率提升至30%以上。

制造-封裝測試

封裝測試是芯片產業鏈中的后續環節，包含芯片封裝、測試、打標、排序等過程。按照CINNO Research 的報告，2022 年上半年全世界半導體封測(OSAT) 前十大廠商市場營收增至約 175 億美元，同比增多約 16.7%。其中，日月光控股 (ASE) 營業收入同比增長約 27.1%，位居第1。

數據源自：CINNO Research

表率機構：日月光控股 (ASE)

2023年2月21日市值：147億美元

日月光控股是全世界最大的封裝與測試服務供應商之一，重點為半導體設計機構和晶圓制造廠供給封裝和測試服務。該機構成立于1987年，總部位置于臺灣新竹市，日前在亞洲、美洲和歐洲持有多個制造基地和客戶服務中心。其封裝和測試服務范圍涵蓋從功率半導體器件到微處理器和存儲器等多種制品。

該機構的重點業務包含前段封裝、后段封裝和測試。前段封裝涵蓋了晶圓級封裝和芯片級封裝，后段封裝則包含多種型號的塑封、陶瓷封裝和金屬封裝。測試方面則涵蓋了規律IC、存儲器、模擬和射頻器件等多種制品的測試。另外，機構還供給芯片設計服務和先進封裝開發等增值服務。

營收方面，日月光控股 (ASE) 2022年營收6708.73億新臺幣，同比增長18%，毛利率20%。

數據源自：ASE財報 制圖：數據猿

從2019-2022財年的重點財務指標來看，開發花費占比穩定在4%，收入增速在15-20%之間，毛利率基本在20%上下，營業利潤率在10%上下。

綜合以上各產業鏈節點的分析，咱們能夠得出如下結論：

1、2020年敗興芯片市場發展強勁，產業鏈上的各環節均顯現明顯增長。其中，設計與生產環節尤其受益，英偉達的增速高達61%，臺積電、中芯國際的增速亦在40%上下。

從各機構的最新營收水平來看，臺積電遙遙領先。臺積電（2022年）營收高達758.81億美元，英偉達（2021年）269.74億美元，阿斯麥（2022年）ASML 226.5億美元，中芯國際（2021年）營收約52億美元，日月光控股（2022年）營收約195億美元。

制圖：數據猿

2、在毛利率方面，阿斯麥ASML、英偉達、臺積電的毛利率遠超中芯國際與日月光控股。這亦說明高產值環節的毛利率水平較好，而中芯國際雖然亦處在高產值的生產環節，然則因為制品在技術節點上還屬于比較低端的，因此呢，毛利率水平偏低。日月光控股處在封測環節，毛利率僅20%。

3、 在全世界光刻機市場，ASML獨霸鰲頭，ASML日前在2022年度財報中暗示，2030年之后，將有望實現NA高于0.7(Hyper-NA)的EUV光刻機。

4、各方數據均再一次說明，臺積電在生產行業的絕對領先地位。按照Gartner的報告，臺積電和三星是獨一持有10nm以下先進技術的機構，2021年臺積電以53%的市場份額引領市場，其次是三星（18%）。從這個方向來看，臺積電已作為兵家必爭之地。

關于芯片的戰略道理

針對中國來講，在芯片產業的全產業鏈進行布局，尤其是設計與生產的工具這兩個環節，雖然任重而道遠，但又是勢在必行的。這不僅是由于商場價值，其中的戰略道理更為重大。

按照美國半導體工業協會（SIA）2021年《行業狀況》報告，在規律芯片（CPU、DSP等）產能方面，中國大陸在45nm以上占23%，美國9%，中國臺灣31%，韓國10%，日本13%，歐洲6%，其他7%；28-45nm里，中國大陸占19%，美國6%，中國臺灣47%，韓國6%，日本5%，歐洲4%，其他13%；10-22nm里，中國大陸占3%，美國43%，中國臺灣28%，韓國5%，歐洲12%，其他9%；10nm以下僅有中國臺灣（92%）和韓國（8%）。

制圖：數據猿

毋庸置疑，在區別技術水平的芯片里，最抓眼球的肯定是10nm以下的，尤其是5nm以下的。

美國總統拜登在2022年簽署《芯片和科學法案》，將在五年內投資超過2000億美元來幫忙美國重新得到半導體芯片制造行業的領先地位。

該法案供給520億美元的補助及約240億美元的投資稅收減免，投資超過1700億美元推動科技開發，意在加強美國半導體產業鏈的完整性與加強國際競爭力。

值得重視的是，該法案亦顯示禁止得到幫助的機構在中國投資先進制程芯片，為期十年，尤其是14納米以下的先進制造。

韓國產業經濟與貿易科研院（KIET）的報告指出，美國芯片法案的最后目的是在經濟、軍事以及科技行業上壓倒中國。

2023年1月24日，《歐洲芯片法案》正式經過。按照最新的《歐洲芯片法案》草案及修正案內容表示，其芯片戰略重點圍繞五大目的：

1、強化歐盟在科研和技術層面的領導地位；

2、創立并強化歐盟在先進、節能和安全芯片設計、制造和封裝方面的創新能力，并將其轉化為商場制品；3、創立一個適當的框架，到2030年大幅加強芯片生產能力（在全世界半導體產能中的份額加強到20%），減少對外依賴；4、處理嚴重的技能短缺問題，吸引創新人才并支持熟悉勞動力的培養；5、加深對全世界半導體供應鏈的認識。

當前，芯片行業正在經歷一場結構性轉型，其驅動力是：

1、五大超級大國加速了萬物的數字化：計算、無處不在的連接、云到邊緣的基本設備、人工智能和傳感。

2、計算機架構的代際轉變：從SoC到小芯片的轉變，芯片對工作負載的定制增多，以及指令集的多樣化。

3、原始設備制造商和CSP與芯片制造的垂直整合。

4、增多先進節點技術的開發成本和產能。

5、地緣政治問題凸顯了供應鏈危害。

這些轉型趨勢正在推動由移動、計算和汽車應用驅動的前沿先進節點的半導體市場明顯增長。同期，COVID-19大流行和地緣政治問題凸顯了世界對半導體的依賴以及支撐該行業的供應鏈的脆弱。

文：七七 /

 數據猿

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