揭秘硅片产业：全球硅片景气上行，国产厂商加速破局
时间：2021-09-28 17:08:21
[导读]“是说芯语”已陪伴您981天转自：智东西01.硅片半导体产业核心材料半导体硅片是半导体器件的主要载体。硅片是半导体产业的上游原料，下游产业通过对硅片进行光刻、刻蚀、离子注入等加工，可将硅片制成各类半导体器件用于后续加工，如集成电路、二极管、功率器件等。硅片作为半导体材料绝缘性好，制成的半导体器件稳定性高，因而已被半导体产业所广泛使用。▲半导体硅片所处的产业链环节据SEMI统计，2020年全球晶圆制造材料市场总额达349亿美元。其中，硅片和硅基材料的销售额占比达到36.64%，销售额约为128亿元。半导体硅片在晶圆制造材料市场中占比最高，是半导体制造的核心材料。▲2020年全球半导体制造材料销售...
“是说芯语”已陪伴您981天
▲半导体硅片所处的产业链环节据 SEMI 统计，2020 年全球晶圆制造材料市场总额达 349 亿美元。其中，硅片和硅基材料的销售额占比达到 36.64%，销售额约为 128 亿元。半导体硅片在晶圆制造材料市场中占比最高，是半导体制造的核心材料。
▲2020 年全球半导体制造材料销售额（亿美元）▲半导体制造材料销售结构光伏行业对硅片纯度要求低，仅需达到 99.9999%，而用于半导体器件加工的硅片对纯度有着极高要求，需达到 99.999999999%。此外，半导体硅片还对硅片的平整度、光滑度有较高要求。正因如此，半导体硅片的提纯和加工技术门槛极高，全球的半导体硅片市场形成高度垄断。据 Siltronic 统计，2020 年全球前五大硅片制造商为日本信越、SUMCO、环球晶圆、SK Siltron 和世创，他们共同占据着半导体硅片市场 87%的份额。
▲全球硅片前五大公司的市场份额我国硅片产业起步较晚，技术积累不及海外。目前国内的半导体硅片企业主要生产 6 英寸及以下的半导体硅片，少数企业具有 8 英寸和 12 英寸半导体硅片的生产能力，在 2017 年以前，12 英寸半导体硅片几乎全部依赖进口。2018 年，沪硅产业集团子公司上海新昇作为中国大陆首家实现 12 英寸硅片规模化销售的企业，打破了 12 英寸半导体硅片国产化率几乎长期为 0%的局面。
▲半导体硅片尺寸发展历程硅片的尺寸越大，芯片单位成本越低，因而目前 8 英寸、12 英寸的大尺寸硅片是行业主流，其中 12 英寸硅片格外受欢迎，出货面积连年保持增长。据 SEMI 统计，2019 年 12 英寸硅片的出货面积达 79.3 亿平方英寸，占全部半导体硅片出货面积的 67.2%。根据 IC Insights预测，2021 年 12 英寸硅片产能占比有望提升至 71.2%。
▲全球不同尺寸半导体硅片出货面积（亿平方英寸）▲全球不同尺寸半导体硅片出货面积占比18 寸（450mm）硅片是 12 寸（300mm）硅片发展的下一阶段，技术上目前已成功突破。但由于目前 8 寸和 12 寸的硅片已可以较好地满足目前的市场需求，且 18 寸硅片涉及的生产设备量产难度大，所需的固定成本投入高，产业链上下游对升级 18 寸硅片产线的动力非常有限。在可预期的将来，市场的主流硅片尺寸仍将保持在 8 英寸和 12 英寸。
▲按应用场景对硅片的分类半导体材料发展至今共有三代。第一代半导体以硅基、锗基半导体为首，技术成熟，应用广泛。第一代半导体材料的出现取代了电子管，引领了以集成电路为核心的微电子工业的发展和 IT 行业的飞跃。
▲第一、二、三代半导体材料的总结与对比硅基半导体始终是市场首选。三代半导体材料之间并非替代关系，而是根据不同的特性，彼此相互补充，各自具有不同的应用场景。硅片主要用于制造各类集成电路，技术成熟，成本稳定，应用广泛，是目前市场的主流选择。以 SiC、GaN 为首的第三代半导体材料在高温、高功率、高频和抗辐射等环境里表现更好，目前在射频器件、功率器件等方面得到广泛应用。
▲半导体硅片和 SiC、GaN 市场规模对比（亿美元）
02.终端需求旺盛赋能硅片成长动力▲2020 年半导体细分下游市场占比分器件来看，用 8 英寸晶圆与 12 英寸晶圆生产的半导体器件有所不同。由于先进制程工艺主要在 12 英寸 Fab 厂进行生产，12 英寸晶圆主要用于生产高算力的逻辑器件、DRAM 存储器、3D NAND 存储器、CMOS 图像传感器等；8 英寸晶圆主要用于生产 CMOS 图像传感器、功率分立器件、MCU、模拟器件、电源管理芯片、显示驱动芯片等成熟制程芯片。
▲2020 年 12 英寸晶圆下游分器件占比▲2020 年 8 英寸晶圆下游分器件占比由于用 8 英寸晶圆和 12 英寸晶圆所生产的半导体器件不同，其终端应用领域也有较大差别。从终端应用市场规模来看，8 英寸晶圆下游主要应用领域为汽车、工业、智能手机、白色家电、IoT 等，其中汽车占比为 33%，工业占比为 27%，智能手机占比为 19%；12 英寸晶圆下游主要应用领域为智能手机、PC、平板电脑、服务器、游戏、汽车、工业等，其中智能手机占比最大，达到 32%，PC、服务器分别占比为 20%、18%。
▲2020 年 12 英寸晶圆终端应用市场规模占比▲2020 年 8 英寸晶圆终端应用市场规模占比从晶圆面积需求来看，终端需求的旺盛将带动半导体行业对晶圆面积需求的长期增长。根据Siltronic 统计数据，2020 年 12 英寸晶圆面积需求最大的终端市场为智能手机市场，占比25%，其次为 PC、工业、服务器、汽车市场。对晶圆面积需求最大的半导体器件为逻辑器件，占比 34%，其次为 3D NAND 存储器、DRAM 存储器、功率等其他器件。
▲2014-2021 年全球 12 英寸晶圆需求趋势（万片/月）根据 SUMCO 发布的全球 12 英寸晶圆需求预测数据，2021 年全球 12 英寸晶圆需求将达到720 万片/月，到 2025 年将达到 910 万片/月，其中需求占比最大的终端应用为智能手机，其次为数据中心、PC/平板电脑、汽车，数据中心和汽车对 12 英寸晶圆的需求增长最为快速。
▲2021-2025 年全球 12 英寸晶圆分终端需求预测（万片/月）根据 SUMCO 数据显示，2Q21 全球 8 英寸晶圆需求达到 590 万片/月，受上述产业趋势的带动，模拟器件、功率分立器件、CMOS 图像传感器等细分市场规模将稳步增长，为 8 英寸硅片需求增长提供长期稳定的驱动力。
▲全球 8 英寸晶圆需求趋势（万片/月）▲全球 8 英寸晶圆产能及预测（百万片/月）
▲5G 手机对 12 英寸硅片面积需求变化5G 手机市场渗透率不断提升将带动硅片需求长期增长。2020 年是 5G 手机大规模普及的元年，但由于疫情影响，全球智能手机销量有所下降，5G 手机的普及速度也不及预期，全年渗透率不及 20%。但随着全球手机市场回暖、5G 手机渗透率的不断提升，预计今年全球 5G智能手机渗透率将提升至 40%，智能手机市场将长期驱动硅片需求增长。据 SUMCO 预测，2022 年全球智能手机市场对 12 英寸硅片的需求将超过 150 万片/月。
▲2019-2024 年全球智能手机销量预测（百万台）▲2019-2024 年智能手机对 12 英寸晶圆需求（百万片/月）
▲2020 年 2 季度起 PC 销量大幅提升（百万台）▲ 20 年 2 季度起平板电脑销量大幅提升（百万台）根据 SUMCO 预测数据，2021 年全球 PC 平板电脑出货量将达未来五年峰值水平，PC 出货量将超过 3 亿台，带动 PC 平板电脑对全球 12 英寸硅片需求将在 2021 年有大幅增长，达到超过 900 万片/月，其中 NAND 存储器在 PC 中的需求增长最大。但随着 3D NAND 存储器的堆叠层数不断提高，单位晶圆面积的存储容量也将不断提升，因此后续 PC 市场 NAND存储器对 12 英寸硅片需求贡献度将有小幅下滑。
▲全球 PC/平板电脑 12 英寸硅片需求预测（万片/月）数据中心需求增长是 12 英寸硅片需求长期增长的另一大动力。短期来看，2020 年疫情影响，在线会议、在线网课等需求带动全球服务器出货量在 2020 年 Q2 快速攀升，同比增长达 18%。
▲全球自动驾驶汽车出货量预测（万辆）
▲全球硅片出货面积（亿平方英寸）2017 年开始硅片价格重回上升通道。2009-2011 年在后金融危机影响下，全球主要硅片制造商取消扩产计划导致供给端收缩，因此硅片价格呈小幅上升趋势。但 2012 年开始，硅片价格开始不断下滑，硅片价格由 2012 年的 0.96 美元/平方英寸下降至 2016 年的 0.67 美元/平方英寸，主要由于制造商扩产计划顺利实施使得硅片市场产能过剩。在经历了六年的持续下滑后，硅片价格在 2017 年重回上升通道，2017-2019 年硅片价格由 0.74 美元/平方英寸上涨至 0.95 美元/平方英寸，主要由于新能源汽车等新兴市场快速发展、5G 手机的快速渗透带来半导体终端市场需求强劲，市场供需结构发生变化。
▲全球半导体硅片价格（美元/平方英寸）2020 年下半年以来，全球半导体行业景气度持续高涨，上游硅片市场亦不例外。受益于下游需求持续旺盛，全球半导体硅片大厂自 2020 年底纷纷表示涨价意愿。2020 年 12 月，环球晶圆率先提出提高现货市场硅晶圆价格的意向，并表示公司 12 英寸、8 英寸、6 英寸晶圆生产线均处在满负荷运行。
▲全球前五大硅片制造商市场份额目前国内晶圆需求端占据全球市场 6%左右，若包括国外在大陆建厂的晶圆厂商，总体需求占比约为全球晶圆需求的 15%。根据 SUMCO 预测，未来需求仍会持续稳定提升。根据芯思想统计，国内对 12 英寸硅片需求量为每月 100 万片，预计到 2021 年 12 月能达到 130-140 万片。根据 SEMI 的预测，全球的半导体制造商预计将在 2022 年前开建 29 座高产能晶圆厂，其中 16 家分布在中国大陆和中国台湾，而其中绝大部分将为 12 英寸晶圆厂，因此晶圆厂对 12 英寸硅片的需求不断增长。
▲中国硅晶圆产能情况（百万片/月）目前全球半导体硅片市场被日本、德国、韩国、中国台湾等国家和地区的五家厂商垄断近九成市场份额。国内半导体硅片行业起步较晚，2017 年以前 12 英寸半导体硅片几乎全部依赖进口。2018 年沪硅产业集团子公司上海新昇作为中国大陆率先实现 12 英寸硅片规模化销售的企业，打破了 12 英寸半导体硅片国产化率几乎为 0%的局面。
▲中国大陆硅片制造厂商在整个半导体产业链中，硅片处于最上游，贯通整个芯片制造的前道和后道工艺，没有硅片半导体行业将为无水之源。2020年以来，大数据、新能源、人工智能等趋势开启了新一代电子产品更新，支撑硅片需求爆发式增长。近来市场出现的缺芯潮，进一步全球硅片市场进入新一轮的增长。在多种因素作用下，现在或是中国硅片产业最好的发展机遇。
▲半导体硅片所处的产业链环节据 SEMI 统计，2020 年全球晶圆制造材料市场总额达 349 亿美元。其中，硅片和硅基材料的销售额占比达到 36.64%，销售额约为 128 亿元。半导体硅片在晶圆制造材料市场中占比最高，是半导体制造的核心材料。
▲2020 年全球半导体制造材料销售额（亿美元）▲半导体制造材料销售结构光伏行业对硅片纯度要求低，仅需达到 99.9999%，而用于半导体器件加工的硅片对纯度有着极高要求，需达到 99.999999999%。此外，半导体硅片还对硅片的平整度、光滑度有较高要求。正因如此，半导体硅片的提纯和加工技术门槛极高，全球的半导体硅片市场形成高度垄断。据 Siltronic 统计，2020 年全球前五大硅片制造商为日本信越、SUMCO、环球晶圆、SK Siltron 和世创，他们共同占据着半导体硅片市场 87%的份额。
▲全球硅片前五大公司的市场份额我国硅片产业起步较晚，技术积累不及海外。目前国内的半导体硅片企业主要生产 6 英寸及以下的半导体硅片，少数企业具有 8 英寸和 12 英寸半导体硅片的生产能力，在 2017 年以前，12 英寸半导体硅片几乎全部依赖进口。2018 年，沪硅产业集团子公司上海新昇作为中国大陆首家实现 12 英寸硅片规模化销售的企业，打破了 12 英寸半导体硅片国产化率几乎长期为 0%的局面。
▲半导体硅片尺寸发展历程硅片的尺寸越大，芯片单位成本越低，因而目前 8 英寸、12 英寸的大尺寸硅片是行业主流，其中 12 英寸硅片格外受欢迎，出货面积连年保持增长。据 SEMI 统计，2019 年 12 英寸硅片的出货面积达 79.3 亿平方英寸，占全部半导体硅片出货面积的 67.2%。根据 IC Insights预测，2021 年 12 英寸硅片产能占比有望提升至 71.2%。
▲全球不同尺寸半导体硅片出货面积（亿平方英寸）▲全球不同尺寸半导体硅片出货面积占比18 寸（450mm）硅片是 12 寸（300mm）硅片发展的下一阶段，技术上目前已成功突破。但由于目前 8 寸和 12 寸的硅片已可以较好地满足目前的市场需求，且 18 寸硅片涉及的生产设备量产难度大，所需的固定成本投入高，产业链上下游对升级 18 寸硅片产线的动力非常有限。在可预期的将来，市场的主流硅片尺寸仍将保持在 8 英寸和 12 英寸。
▲按应用场景对硅片的分类半导体材料发展至今共有三代。第一代半导体以硅基、锗基半导体为首，技术成熟，应用广泛。第一代半导体材料的出现取代了电子管，引领了以集成电路为核心的微电子工业的发展和 IT 行业的飞跃。
▲第一、二、三代半导体材料的总结与对比硅基半导体始终是市场首选。三代半导体材料之间并非替代关系，而是根据不同的特性，彼此相互补充，各自具有不同的应用场景。硅片主要用于制造各类集成电路，技术成熟，成本稳定，应用广泛，是目前市场的主流选择。以 SiC、GaN 为首的第三代半导体材料在高温、高功率、高频和抗辐射等环境里表现更好，目前在射频器件、功率器件等方面得到广泛应用。
▲半导体硅片和 SiC、GaN 市场规模对比（亿美元）02.终端需求旺盛赋能硅片成长动力
▲2020 年半导体细分下游市场占比分器件来看，用 8 英寸晶圆与 12 英寸晶圆生产的半导体器件有所不同。由于先进制程工艺主要在 12 英寸 Fab 厂进行生产，12 英寸晶圆主要用于生产高算力的逻辑器件、DRAM 存储器、3D NAND 存储器、CMOS 图像传感器等；8 英寸晶圆主要用于生产 CMOS 图像传感器、功率分立器件、MCU、模拟器件、电源管理芯片、显示驱动芯片等成熟制程芯片。
▲2020 年 12 英寸晶圆下游分器件占比▲2020 年 8 英寸晶圆下游分器件占比由于用 8 英寸晶圆和 12 英寸晶圆所生产的半导体器件不同，其终端应用领域也有较大差别。从终端应用市场规模来看，8 英寸晶圆下游主要应用领域为汽车、工业、智能手机、白色家电、IoT 等，其中汽车占比为 33%，工业占比为 27%，智能手机占比为 19%；12 英寸晶圆下游主要应用领域为智能手机、PC、平板电脑、服务器、游戏、汽车、工业等，其中智能手机占比最大，达到 32%，PC、服务器分别占比为 20%、18%。
▲2020 年 12 英寸晶圆终端应用市场规模占比▲2020 年 8 英寸晶圆终端应用市场规模占比从晶圆面积需求来看，终端需求的旺盛将带动半导体行业对晶圆面积需求的长期增长。根据Siltronic 统计数据，2020 年 12 英寸晶圆面积需求最大的终端市场为智能手机市场，占比25%，其次为 PC、工业、服务器、汽车市场。对晶圆面积需求最大的半导体器件为逻辑器件，占比 34%，其次为 3D NAND 存储器、DRAM 存储器、功率等其他器件。
▲2014-2021 年全球 12 英寸晶圆需求趋势（万片/月）根据 SUMCO 发布的全球 12 英寸晶圆需求预测数据，2021 年全球 12 英寸晶圆需求将达到720 万片/月，到 2025 年将达到 910 万片/月，其中需求占比最大的终端应用为智能手机，其次为数据中心、PC/平板电脑、汽车，数据中心和汽车对 12 英寸晶圆的需求增长最为快速。
▲2021-2025 年全球 12 英寸晶圆分终端需求预测（万片/月）根据 SUMCO 数据显示，2Q21 全球 8 英寸晶圆需求达到 590 万片/月，受上述产业趋势的带动，模拟器件、功率分立器件、CMOS 图像传感器等细分市场规模将稳步增长，为 8 英寸硅片需求增长提供长期稳定的驱动力。
▲全球 8 英寸晶圆需求趋势（万片/月）▲全球 8 英寸晶圆产能及预测（百万片/月）
1、智能手机
智能手机市场对硅片需求增长的驱动力来自 5G 手机替换潮。随着 5G 通信的商业化应用铺开，5G 手机的市场渗透率也不断提高。相比 4G 手机而言，5G 手机拥有更快的数据传输速度、更高的计算性能、更大的存储容量、更优秀的高清视频处理能力等优势，在处理器 SoC、DRAM 存储器、NAND Flash 存储器、CMOS 图像传感器、基带处理器、射频前端、电源管理芯片等芯片的性能需求上有较大的提升。据 SUMCO 数据显示，5G 手机比 4G 手机单机硅片面积需求量提升了 70%，带动了智能手机市场对硅片的需求大幅增长。
▲5G 手机对 12 英寸硅片面积需求变化5G 手机市场渗透率不断提升将带动硅片需求长期增长。2020 年是 5G 手机大规模普及的元年，但由于疫情影响，全球智能手机销量有所下降，5G 手机的普及速度也不及预期，全年渗透率不及 20%。但随着全球手机市场回暖、5G 手机渗透率的不断提升，预计今年全球 5G智能手机渗透率将提升至 40%，智能手机市场将长期驱动硅片需求增长。据 SUMCO 预测，2022 年全球智能手机市场对 12 英寸硅片的需求将超过 150 万片/月。
▲2019-2024 年全球智能手机销量预测（百万台）▲2019-2024 年智能手机对 12 英寸晶圆需求（百万片/月）
2、PC/数据中心
疫情引起“宅经济”，催动 PC、平板电脑需求增长。2020 年的疫情使得人们的学生、生活方式发生了一定改变，人们对远程居家办公、在线教育、线上娱乐的需求带动了 PC、平板电脑需求增长，自 2Q20 起，全球 PC、平板电脑的销量逐步提升，4Q20 全球 PC 销量达9159 万台，平板电脑销量达 5220 万台，均创近年来历史记录。虽然由于 PC 市场季节性影响，1Q21 出货量环比下降 8.3%，但此次为 2012 年以来第一季度跌幅最小的一次。
▲2020 年 2 季度起 PC 销量大幅提升（百万台）▲ 20 年 2 季度起平板电脑销量大幅提升（百万台）根据 SUMCO 预测数据，2021 年全球 PC 平板电脑出货量将达未来五年峰值水平，PC 出货量将超过 3 亿台，带动 PC 平板电脑对全球 12 英寸硅片需求将在 2021 年有大幅增长，达到超过 900 万片/月，其中 NAND 存储器在 PC 中的需求增长最大。但随着 3D NAND 存储器的堆叠层数不断提高，单位晶圆面积的存储容量也将不断提升，因此后续 PC 市场 NAND存储器对 12 英寸硅片需求贡献度将有小幅下滑。
▲全球 PC/平板电脑 12 英寸硅片需求预测（万片/月）数据中心需求增长是 12 英寸硅片需求长期增长的另一大动力。短期来看，2020 年疫情影响，在线会议、在线网课等需求带动全球服务器出货量在 2020 年 Q2 快速攀升，同比增长达 18%。
3、汽车电子
汽车智能化程度的提升对汽车芯片性能提出了更高要求。随着汽车智能化及车联网的发展，ADAS、座舱娱乐、V2X 都对汽车芯片的运算能力和连接能力有更高的要求，因为自动驾驶技术需要处理大量图像信号、雷达信号等并在极短的时间内进行数据的运算、融合、决策，座舱娱乐需要智能手机、平板电脑级的处理器芯片，V2X 需要汽车在极短的延迟时间内与其他车辆或路端、云端进行实时连接。自动驾驶级别的增长要求算力指数级别的增长和传感器等感知芯片的数量增长，从而带动汽车所需芯片面积的增长。
▲全球自动驾驶汽车出货量预测（万辆）
▲全球硅片出货面积（亿平方英寸）2017 年开始硅片价格重回上升通道。2009-2011 年在后金融危机影响下，全球主要硅片制造商取消扩产计划导致供给端收缩，因此硅片价格呈小幅上升趋势。但 2012 年开始，硅片价格开始不断下滑，硅片价格由 2012 年的 0.96 美元/平方英寸下降至 2016 年的 0.67 美元/平方英寸，主要由于制造商扩产计划顺利实施使得硅片市场产能过剩。在经历了六年的持续下滑后，硅片价格在 2017 年重回上升通道，2017-2019 年硅片价格由 0.74 美元/平方英寸上涨至 0.95 美元/平方英寸，主要由于新能源汽车等新兴市场快速发展、5G 手机的快速渗透带来半导体终端市场需求强劲，市场供需结构发生变化。
▲全球半导体硅片价格（美元/平方英寸）2020 年下半年以来，全球半导体行业景气度持续高涨，上游硅片市场亦不例外。受益于下游需求持续旺盛，全球半导体硅片大厂自 2020 年底纷纷表示涨价意愿。2020 年 12 月，环球晶圆率先提出提高现货市场硅晶圆价格的意向，并表示公司 12 英寸、8 英寸、6 英寸晶圆生产线均处在满负荷运行。
▲全球前五大硅片制造商市场份额目前国内晶圆需求端占据全球市场 6%左右，若包括国外在大陆建厂的晶圆厂商，总体需求占比约为全球晶圆需求的 15%。根据 SUMCO 预测，未来需求仍会持续稳定提升。根据芯思想统计，国内对 12 英寸硅片需求量为每月 100 万片，预计到 2021 年 12 月能达到 130-140 万片。根据 SEMI 的预测，全球的半导体制造商预计将在 2022 年前开建 29 座高产能晶圆厂，其中 16 家分布在中国大陆和中国台湾，而其中绝大部分将为 12 英寸晶圆厂，因此晶圆厂对 12 英寸硅片的需求不断增长。
▲中国硅晶圆产能情况（百万片/月）目前全球半导体硅片市场被日本、德国、韩国、中国台湾等国家和地区的五家厂商垄断近九成市场份额。国内半导体硅片行业起步较晚，2017 年以前 12 英寸半导体硅片几乎全部依赖进口。2018 年沪硅产业集团子公司上海新昇作为中国大陆率先实现 12 英寸硅片规模化销售的企业，打破了 12 英寸半导体硅片国产化率几乎为 0%的局面。
▲中国大陆硅片制造厂商在整个半导体产业链中，硅片处于最上游，贯通整个芯片制造的前道和后道工艺，没有硅片半导体行业将为无水之源。2020年以来，大数据、新能源、人工智能等趋势开启了新一代电子产品更新，支撑硅片需求爆发式增长。近来市场出现的缺芯潮，进一步全球硅片市场进入新一轮的增长。在多种因素作用下，现在或是中国硅片产业最好的发展机遇。
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