芯片产业链分析和投资机会
发布时间：2021-12-23 07:38:17
芯片这个词走红源于2018年的中美贸易战，当时美国对我国的芯片封锁让国民知道了芯片的重要性，我国不想被美国卡脖子，也更加坚定了自主研发芯片的信心。今年因为疫情导致全球缺“芯”，进而影响了新能车的交付，更加让人们意识到芯片产业的重要性。
那么芯片到底为什么那么重要？芯片产业链上下游如何分布？我国的芯片技术水平如何？芯片行业有什么发展趋势？芯片产业有哪些投资机会？
太长不看版：
芯片技术含量很高，未来应用场景很大，市场空间很大。
芯片产业链包括上游的设计、中游制造和下游封装、测试，再加上各环节的设备制造和材料生产企业。
上游最优质的公司在美国，我国芯片设计公司侧重于细分领域发展，海思、紫光、汇顶、韦尔、士兰微、卓胜微等企业各有侧重。
中游台积电是全球龙头，中芯国际和华虹半导体是大陆两强。
下游长电、华天和通富微电在封测领域各有优势。
一、芯片简介
芯片属于一种半导体，是一种集成电路（integrated circuit，简称IC）。其实严格来说芯片是集成电路内部非常小的一块半导体芯片，也称为管芯。但是通常来说不会严格区分，因此统称芯片。
集成电路就是把电路中需要的晶体管、电阻、电容、电感用电线连起来，然后装在一个板子上面，这个板子和上面的元器件合称集成电路。
因为集成电路技术的不断升级，集成电路变得越来越小，功能越来越强大了。改开初期流行的电扇空调等都有电路板，上面的电容电阻清晰可见，这就是早期的集成电路。现在技术已经非常先进，再也不需要那么大而笨重的电路板了，只需要一小块就可以驱动电能和发送指令，这种小型化的集成电路就被称为芯片了。
芯片有多小呢？通常芯片工艺用纳米来计量。1mm=1,000,000nm，也就是说1纳米只有毫米的百万分之一大小。那么通常的7nm、14nm技术就是指处理器的蚀刻尺寸，也就是说能够把一个单位的电晶体刻在多大尺寸的芯片上，这个数字当然越小越好、越小越先进。
台积电为什么厉害，就是因为虽然是代工企业，但是他可以把芯片做得更小。目前台积电可以实现7nm量产，而中芯国际14nm还难以量产，因此差距还很大，也导致了华为的麒麟芯片停产。
芯片性能的提高取决于同尺寸下能够集成的元器件更多。只有增加更多的元器件，芯片的处理能力才能不断提高。为了提高芯片性能，目前芯片上集成的晶体管已经以亿为单位计算，数量庞大的晶体管提高了整个芯片的耗电量，因此对芯片上元器件的小型化也成为技术升级的方向。只有元器件进一步缩小，芯片的功耗才会降低。
芯片的应用场景非常多，只要是电子化的产品都需要用到芯片。随着智能化、自动化的普及，未来芯片的需求量会快速增加。典型如新能车，智能化应用后新能车将配备自动驾驶、导航、激光雷达、视频识别、AI等各种应用，所需芯片就要增加到几百甚至几千个。
此外，工业机器人、医疗手术机器人、视频安防、智能家居、AR/VR等都需要大量的芯片。
因此相比过去，未来芯片的需求量将是现在的几百倍。但是因为芯片制造难度大，扩产周期长，所以未来全球都将持续缺芯，各行业都会争抢芯片，谁的芯更多更好，谁就有更大的话语权。
二、芯片产业链分析
芯片的产业链分为上游的设计、中游制造和下游封装、测试，再加上各环节的设备制造和材料生产企业，整个芯片产业链非常庞大。
芯片设计是芯片产业的高端和核心环节，这个环节设计公司根据下游和终端需求设计出电路图，包括电路设计、逻辑设计、图形设计等。
想象一下中学物理的电路学习，那只是几个十几个元器件和几条电路结合而已，就能难倒一大批学生。一块芯片上亿个晶体管，电路无数，需要用专业软件分区域、分小组专业设计，因此设计是一个难度非常大的环节。
设计环节不仅难度大，而且对芯片的性能影响也很大。芯片的性能很大程度依赖材料和加工，但是设计得当能够在实际运行中降低功耗提高性能，这一点和计算机软件设计相似。
设计环节是智力密集型行业，是人才集中型产业。我国目前有2000多家芯片设计公司，增速20%以上，但是我国的芯片设计能力距离世界先进水平还有很大的差距。全球领先的芯片设计公司如高通、英伟达等都是美国公司。大陆的海思、紫光和台湾的联发科有一定的设计实力。
设计企业一般有两种模式：IDM模式和Fabless模式。IDM模式就是国际整合，是从设计、制造到封测、销售全部包办，如三星、英特尔、海力士、东芝，都是多年积累和长期巨额投资形成的巨头，我国显然还缺乏这样的龙头企业。
我国企业主要采取Fabless模式，也就是无工厂芯片供应商模式。这个模式只要求企业专注于IC设计和销售，只是产业链的一环，与其他环节是合作关系。国外的典型是高通、博通、英伟达，国内的典型企业是海思。
芯片制造环节主要是把设计好的电路图从掩模上转移到硅片上，形成现实的物理电路。制造环节工艺繁多、复杂，包括切片、扩散、光刻、刻蚀、离子注入、研磨等环节。
晶圆制造是最复杂的环节，也是最重要的环节，工艺流程包括热处理、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、化学或机械研磨、清洗等步骤。晶圆制造领域的龙头台积电、联电、力晶都在台湾地区，韩国的三星实力强大，中国大陆的企业主要是中芯国际和华虹半导体。
芯片产业链下游是完成对芯片封装和测试性能、功能，是产品交付前的必要工序。
封装是通过划片、贴片、电镀等工艺对晶圆增加一层保护膜，使晶圆免受物理、化学损伤，同时增强芯片的散热性、降低芯片的能耗。总体来说封装起到保护、支撑、连接、散热的作用。
测试其实贯穿芯片全部产业链，设计、制造、封装环节都需要测试。设计环节的测试基本由设计公司进行模拟测试。制造、封装环节的测试十分重要，直接和产品良率相关。
当前我国的企业封测业务占全球70%以上，且具有规模优势。但是封测技术难度低，在芯片产业链中附加值低，升级空间小，更像是有规模优势的制造业。大陆的长电科技、通富微电等在全球封测领域有竞争优势。
三、芯片产业链的投资机会
芯片的上游设计环节直接和芯片的应用场景有关，芯片设计公司越来越多，芯片应用的场景也越来越丰富，因此上游不仅要看设计能力，还要看设计与终端应用的衔接程度。比如近年流行的指纹识别和人脸识别就是两种技术路线，人脸识别的芯片技术难度比指纹识别的高很多，相应的价格和附加值也高。
芯片的中游比拼的是工艺、产能和价格，光有工艺没有产能不行，只是一个放大版的实验室，没法实现加工量产。有工艺、有产能没有盈利能力也不行，因为中游芯片加工需要不断升级换代设备，属于重资产行业，如果没有利润就活不长。典型的如台积电，是晶圆代工的龙头，就是因为台积电技术领先其他对手多年，产能很大，而且长期占据业内高地，拥有很强的议价能力。
下游封测环节比拼的是规模和产能利用率，因为封测技术升级缓慢，所以只有扩大规模、提高产能利用率才能增厚利润安全垫。封测行业因为重资产投入、设备定期更新换代等原因具有一定的周期性，所以每一轮周期只有盈利能力最强、扩产最快的企业能够占据先机。
我国大陆芯片企业在芯片全产业链都有布局。在设计环节技术水平离头部还有差距，但我国芯片设计企业主打差异化竞争，在新能车芯片、人工智能芯片、智能化芯片等领域发力，与我国强大的制造业结合，形成一定的优势。
上游的细分领域优质公司有：
海思面向安防领域设计芯片，与海康威视、大华股份等安防龙头深度合作，是全球排名前十的芯片设计企业。
紫光展锐侧重消费电子、工业电子芯片设计。
韦尔股份侧重模拟和混合信号器、图像传感器芯片设计。
汇顶科技侧重指纹识别芯片设计，是安卓指纹识别芯片最大供应商。
兆易创新侧重闪存芯片研发设计，在闪存领域位居全球第三。
卓胜微侧重射频器件和无线连接芯片设计，产品涉及通信、汽车电子领域。
士兰微侧重光电产品和LED芯片设计。
中星微电子侧重计算机图像芯片设计，产品被应用于视频监控领域较多。
寒武纪主打云智能芯片、智能计算集群系统，填补了AI芯片设计的空白。
比特大陆成名于区块链芯片，主要提供算力服务器、算力云、区块链AI芯片。
中游的细分领域优质公司有：
台湾地区的台积电是全球芯片代工龙头。
中芯国际和华虹半导体是大陆最强两家芯片制造公司。
长江存储侧重中游存储器制造，并且得益于紫光集团等资本投资，努力打造上下游一体龙头。
晋华和合肥长鑫是福建和安徽投资的存储器项目，投资量巨大，获得国家专项基金支持，有望提供存储器领域巨大产能。
下游的细分领域优质公司有：
长电科技能够提供芯片全面一站式封测服务，包括设计、晶圆中道封测和系统封测。
华天科技封测能力不断提高，封装成品良率稳定在99%以上，产品主要应用于消费电子、计算机、网络通讯、工业自动化领域。
通富微电是目前国内规模最大、品种最多的封测企业，产品应用于汽车领域较多。
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