半导体设备研究：5G推动半导体设备再上新台阶

shuszhao

半导体设备行业规模中枢从 300亿抬升到 500-600亿美元，占到集成电路行业规模的 13%-14%，。据 SEMI统计，2018年全球半导体设备市场规模 645亿美元，相比 2017年 567亿美元同比增长 38%。SEMI 预计 2019年全球半导体设备市场规模达到 527亿美元，同比下滑 18%，但 2020年全球半导体设备市 场规模有望恢复两位数增长。

半导体设备：已处于周期上行时期



行业规模大，市场高度集中


半导体设备行业规模中枢从 300亿抬升到 500-600亿美元，占到集成电路行业规模的 13%-14%，。据 SEMI统计，2018年全球半导体设备市场规模 645亿美元，相比 2017年 567亿美元同比增长 38%。SEMI 预计 2019年全球半导体设备市场规模达到 527亿美元，同比下滑 18%，但 2020年全球半导体设备市 场规模有望恢复两位数增长。

                               
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近年来市场增量主要来自中国大陆地区、中国台湾地区等，预计到 2019年和 2020年，中国大陆地区、 中国台湾地区与韩国成为全球三大半导体设备市场，合计占到全球总市场规模的 2/3。

行业集中度高


全球半导体设备行业市场集中度高，前三家 AMAT、ASML、Lam的市场份额合计约占 1/2，前五家 AMAT、 ASML、Lam、TEL、KLA-Tencor市占率合计为 2/3。

                               
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各项半导体设备的竞争格局：每类产品均被前 1-4家公司寡头垄断：
(1) 光刻机：EUV100%来自 ASML，ASML在光刻机市场处于绝对垄断地位；
(2) 刻蚀设备：硅基刻蚀主要被 Lam和 AMAT垄断，介质刻蚀主要被 TEL和 Lam垄断；
(3) 薄膜设备：CVD主要被日立、Lam、TEL、AMAT垄断，PVD被 Lam和 AMAT垄断
(4) 显影设备：TEL处于绝对垄断地位；
(5) 离子注入机：70%来自应用材料，18%来自 Axcelis Technologies；
(6) 清洗设备：主要来自 DNS、Lam、TEL等
(7) CMP：70%来自 Applied Materials，26%来自 Ebara；
(8) 热处理：被 Applied Materials、日立国际电气、TEL垄断；
(9) 去胶设备：被 PSK、Lam、日立高科技、屹唐半导体；
(10) 工艺检测设备：KLA市场份额 50%，Applied Materials占 12%，日立高科技占 10%；
(11) 划片/减薄机：日本 DISCO绝对垄断；
(12) 测试设备：被泰瑞达和爱德万双寡头垄断。

5G 已成为拉动半导体设备的核心动力


5G 时代将拉动芯片新需求，从而推动半导体设备行业规模整体上升。2000-2010年是全球 PC互联网 时代，半导体制程设备行业的市场规模位于 250 亿美元平均水平（制程设备占道半导体设备行业整 体的 70%-80%）。到了 2010-2017年，人类进入了智能手机社交媒体时代，半导体制程设备行业的市 场规模上升到 320 亿美元的平均线上。2017-2020 年，人类将进入了人工智能和物联网时代，半导体 制程设备的市场规模增加到 450亿美元以上的数量级。

                               
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5G对先进制程工艺设备拉动效果明显


5G技术主要应用到 5G通信、5G手机，并带动工业互联网、物联网等指数级发展，但 5G与先进制程 之间，主要是 5G手机中的基带芯片，其制造工艺以 7nm、5nm等最先进制程为主，要求以最快速度、 最准确的完成数据处理和数据传输。

5G手机与先进制程


今年以来，十多款 5G手机陆续上市销售，如华为 Mate 20 X （5G）、中兴通讯天机 Axon 10 Pro 5G、iQOO Pro 5G、中国移动先行者 X1、三星 Galaxy Note10+ 5G。其中 vivo旗下的 iQOO起步价 3798元，三星最 贵起步价为 7999元。5G手机通常搭载 12-7nm先进制程工艺。
据中国信息通信研究院每月发布数据显示，2019年 7、8、9月国内 5G手机销量依次为 7.2万部、21.9 万部、49.7万部，占手机总销量的 0.2%、0.7%、1.4%。预计 2020年全球 5G手机销量 1.6亿部，占手 机总销量的比重将达到 10%左右，5G手机销售将在 2019-2020年全面铺开、普及。
上游芯片厂已陆续推出支持 5G技术的调制解调器芯片，包括高通 SnapdragonX50、联发科 HelioM70、 英特尔 XMM8000系列、三星 ExynosModem5000系列、海思 Balong5000系列等。
以上基带芯片基本上都采用 12nm-7nm最先进工艺。9月底，AMD公布其采用台积电 7nm的高级处理 器上市时间推迟 2个月，主要是台积电 7nm产能供不应求，甚至台积电明年 3月才量产的 5nm产能， 也被苹果、海思、超微、比特大陆和赛灵思提前预定。

                               
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先进制程的投资比较


半导体新的工艺节点，需要更多更复杂的刻蚀、薄膜工艺、清洗工艺、检测工艺等等，这也会带动 每万片晶圆产能的投资额大幅增加。逻辑芯片从 65nm工艺发展到 28nm，等离子刻蚀工艺步骤从 20 步增加到 40步，而从 20nm工艺发展到 7nm工艺时，等离子刻蚀工艺步骤从 40步增加到 140步，全 部工艺步骤也从不到 1000步增加到 1500个步骤，相同晶圆产能的投资额将增加 1倍左右，而 memory 的投资额增幅更大。
据应用材料资料显示，1万片晶圆产能的 7nm制程投资金额，相当于 28nm制程投资额的 2-3倍。以 华力二期为例，28nm 制程的万片晶圆产能投资金额估计为 10-14亿美元，而 7nm 制程万片晶圆产能 投资金额将攀升至 20-40亿美元。

                               
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先进制程对设备需求


以台积电为例，每个节点的投资额迅速攀升，其中 16nm制程 1万片产能投资 15亿美元，而 7nm制 程 1万片产能投资估计 30亿美元，5nm制程 1万片产能投资估计 50亿美元。
根据电子工程网显示，近期台积电 16nm、7nm制程产能供不应求，7nm产能将提高 1万片至 8-9万片/月，而明年 3月份即将量产的 3nm制程产能原计划 5万片/月，目前产能已被客户预 定，台积电计划将 5nm制程产能从 5万片/月提高到 7-8万片/月。
根据台积电最新季报显示，台积电将 2019年资本开支计划从原来的 110亿美元，上调至 140-150亿美 元，创下公司历史的新高，主要是 5G 的需求高过预期，其整体市场的发展甚至快于 4G。公司预计 2020年资本开支也将保持在 140-150亿美元，公司将持续对 5nm、3nm、2nm先进制程的扩产和研发。
另一家先进制程代工厂三星电子，目前 7nm EUV技术已实现量产，5nm制程计划在 2020年上半年量 产，3nm制程预计在 2021年进入量产。为了抢占未来 2-3年 5G商用化带来的半导体市场需求，近日 三星电子向 ASML追加采购 15台 EUV设备，是 2018年 2月宣布投入 10台 EUV设备之后再次大量采 购 EUV设备。
ASML的 EUV订单创历史新高。今年三季度 ASML的 EUV新增订单达到 23台，与历史最高 10台相比 高出 130%，迎来历史上再次爆发性增长，表明先进制程对设备需求十分旺盛。同时，ASML 的 EUV 交货量也稳步上升，第三季度交付 EUV设备 7台，预计四季度交付 EUV设备 8台，全年交付 EUV设 备 26台，而 2016、2017、2018年依次交付 5台、11台、18台。

5G时代存储芯片也将迎来变革和大幅增长


5G手机的存储容量将大幅增加。5G手机因传输速度快，对应的数据存储能力将较 4G手机高出 1倍 以上，通常 4G手机存储容量 64-256GB，而 5G手机的存储容量将在 512GB以上。

                               
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据西部数据的估计，移动数据 2016-2021 年每年保持 40%-50%增速，其中移动视频到 2021 年将增长 870%，增速最快，可见移动终端的存储容量将越来越大。

                               
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5G实现物物互联，物联网、工业互联网等的发展将拉动数据存储需求。5G在低延时和传输速度上的 优势，使得机器设备产生数据的时代已经到来，具体表现形式包括，一方面是类似三一重工 5G远程 操作挖掘机，另一方面是物联网、工业互联网等。5G 时代将出现万亿设备相互链接，数据的产生将 从 4G时代的人走向物体，形成的海量数据不仅在处理上拉动逻辑电路芯片需求，也对存储容量提出 更多需求，存储芯片也因此面临新的挑战。据 sohu及 IDC，2016年，全球联网终端数量为 148.66亿 台。伴随着 5G、物联网、人工智能等技术发展，2020年全球接入网络的终端数将超过 300亿台，年 复合增长率达到 20.2%。
5G时代，数据存储在底层技术上也将发生变化。一是存储内容上的变化。存储对象将包括 AR/VR、 视频、文字、数字等，需要有专门的存储模式。一个典型的实例就是抖音和快手等，4G时代已经实 现短视频的快速传输、处理和存储，在 5G时代高达 GBPS级别的传输速度，短视频甚至演变成中长 视频、更清晰视频。二是读写速度等性能要求会更高。

存储芯片资本开支情况


根据 IC Insights数据，存储器设备资本支出从 2013年的 147亿美元增长至 2018年的 520亿美元，占半 导体行业资本支出的比重在过去 7年内大幅增加，从 2013年的 27%升至 2018年的 49%。2019年存储 器产业资本支出将占今年半导体总资本支出总额的 43%，低于 2018年的 49%，主要是供过于求导致 导致 Nand和 Dram价格持续下行，存储器厂商大幅收缩资本支出，其中 IC Insights预计 2019年存储器 设备资本支出 416亿元，同比下降 20%。

存储客户对EUV设备需求在升温


尽管存储厂商资本开支仍在下滑，ASML季度收入中来自memory客户的收入也在持续减少，但据ASML 公告，今年第 3季度新接的 23台 EUV设备订单中，有一部分 EUV订单是来自存储客户，表明存储厂 商也在积极将 EUV技术，纳入 1z、1α、或 1β nm 等制程工艺中，不仅仅考虑 NXE:3400C产能的提升， 而且采用 EUV技术后 DRAM产品性能也得到提升。
如果从 ASML整体季度订单数据看，Nand和 DRAM对设备需求的复苏尚未到来，来自存储客户的订单 需求依然疲软。ASML判断 2020年大概率会迎来 memory客户对光刻设备需求的升温，但复苏的时间 点和恢复力度尚不好判断。

国产设备在5G时代有机遇也有挑战



制程设备：中微直接受益台积电先进制程扩产


中微已参与到台积电的先进制程。根据集微网、DRAMeXchange等，2017年底，作为 5家刻蚀设备供 应商之一，中微被 TSMC纳入 7nm制程设备采购名单，2018年底其自主研发的 5nm等离子刻蚀机经 TSMC验证通过。在台积电 7nm制程继续扩产，以及 5nm制程产线建设期间，中微的等离子刻蚀机台 有望迎来旺盛需求，享受 5G手机带来对先进制程工艺设备的爆发式需求增长。
北方华创、盛美半导体等其他国产工艺设备商，主要受益于 5G带动存储客户的设备采购需求升温， 以及 5G终端应用（如物联网、工业互联）等形成对成熟制程工艺设备整体上行。

测试设备：5G 拉动 SOC 测试设备需求


半导体测试细分为：SOC测试，RF测试、Memory IC测试和 Analog IC测试。其中 SOC测试占到 ATE 的 64%，Memory IC和 RF测试设备各占 15-20%。2018年全球半导体测试设备市场规模约为 55-60亿美 元，按 64%的比例推算，SOC测试设备市场规模估计为 36亿美元。
SOC测试设备市场主要被泰瑞达、爱德万垄断。5G手机 SOC芯片测试难度更大，市场集成度有望继 续提升。
尽管精测电子、长川科技、北京华峰测控、北京冠中集创、金海通等实现部分测试设备或分选机的 国产化突破，但国产品牌主要聚焦在国内较为成熟的电源管理芯片测试设备等领域，而SOC和Memory 芯片测试设备仍主要依赖于美国泰瑞达和日本爱德万等进口品牌。精测电子、长川科技、北京冠中 集创等布局的数字测试设备急需市场培育。

投资建议


继续看好半导体设备板块，主要依据是：
(1) 5G已带动先进制程工艺设备需求爆发，并将在不久的未来通过终端应用产生海量数据，拉动成 熟制程工艺设备及存储芯片工艺设备的市场需求；
(2) 2019年三季度开始，国内晶圆厂进入新一轮工艺设备密集采购时期；
(3) 优质国产设备将继续实现进口替代，持续提升国产化率。
个股方面，我们重点推荐关注中微半导体，重点推荐北方华创、精测电子、长川科技、晶盛机电等

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还是日本牛逼啊

william_d_87

chensy

还是日本的厉害啊

小鑫鑫

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加油