一、晶圓代工產業地位及概述

1、晶圓加工分類

晶圓加工屬于晶圓制造領域，按照廠商類型可分為IDM和Foundry模式，IDM屬于重資產模式，為IC設計—IC制造—IC封測一體化垂直整合，主要企業為三星等，Foundry模式廠商相較IDM僅具備IC制造和封測能力，剝離了設計業務。就作用而言，晶圓專業代工廠商降低了IC產業的進入門檻，激發了上游IC設計廠商的爆發，以及產品設計和應用的創新，繼而加速了IC產品的開發應用周期，拓展了下游IC產品應用。

半導體IDM、Fabless、Foundry三種模式對比

資料來源：公開資料整理

2、晶圓加工流程

對單晶裸片進行初步加工得到晶圓，接下來將光罩上的電路圖刻蝕到晶圓上，主要工序皆由晶圓代工廠完成。主要包括擴散、薄膜生長、光刻、刻蝕、離子注入、拋光等工序，對應設備主要有擴散爐、氧化爐、CVD/PVD設備、清洗設備、光刻機、刻蝕系統、離子注入機、拋光機等。作為半導體生產流程的直接生產，晶圓加工步驟眾多，設備要求極高，雖然國內具備完整生產能力，受限于高端設備和技術封鎖，高端產品仍未突破，其中光刻、離子注入和拋光（拋光墊）等工藝設備國內尚未突破。

晶圓廠半導體制造流程及相關半導體設備示意圖

資料來源：《半導體制造技術》，華經產業研究院整理

2020年中國半導體設備與原材料國產化率

資料來源：公開資料整理

二、晶圓代工產業鏈

1、產業鏈

半導體行業的生產模式分為IDM和Fabless +Foundry，IDM集IC設計、制造與封裝測試為一體,屬于重資產模式，對于企業的資金要求極高，Fabless +Foundry模式將晶圓制造生產部分委任給Foundry可降低Fabless設計的準入門檻，降低資金投入，有助于企業技術快速突破。

晶圓代工產業鏈簡圖

資料來源：公開資料整理

2、成本端

晶圓生產成本投資額中，晶圓設備通常占比總晶圓項目投資額8成左右，以國內最大的代工廠中芯國際為例，其12英寸芯片SN1項目的總投資額中生產設備購置及安裝費占比80.9%。從臺積電單片晶圓成本來看，主要成本是折舊費用，占比近5成，除此之外專利費用也是較大成本占比。總體來看，晶圓生產中設備及技術專利等占據主要成本。

全球晶圓代工龍頭電單片晶圓成本結構占比

資料來源：臺積電年報，華經產業研究院整理

根據摩爾定律，約18月集成電路晶體管數量將增加一倍，技術持續發展下集成電路線寬不斷縮小，集成電路的設備投資呈指數級上升趨勢。根據IBS統計，5nm產線的設備投資高達數百億美元，是16/14nm產線投資的兩倍以上，是28nm的四倍左右。目前三星已正式宣布3nm工藝量產，臺積電預計2022年下半年呈現量產，隨著技術持續靠近硅基物理極限，未來技術方向或是“雙層堆疊”等。

全球不同制程晶圓每5萬片產能設備投資額走勢圖

資料來源：中芯國際招股書，華經產業研究院整理

作為晶圓生產中最核心也是技術壁壘最厚的光刻機，7nm制程及以下僅EUV光刻機具備生產能力，技術被阿斯麥壟斷，全球僅有的出貨量皆來自這家企業。數據顯示，隨著先進制程需求持續增長，EUV全球銷量持續增長，2021年銷量達42臺，每臺均價達1.5億歐元左右，主要原因隨著阿斯麥EUV光刻機持續迭代（最新量產型號為 TWINSCANNXE :3400D），單機產能持續提高下產品均價持續走高。

2018-2021年全EUV光刻機銷量及均價走勢

資料來源：阿斯麥公告，華經產業研究院整理

除開高昂的設備成本外，晶圓材料作為晶圓代工生產基本組成，晶圓代工技術迭代離不開晶圓制造材料的發展與更新。目前晶圓制造材料眾多，包括硅片、光掩膜版、光刻膠及附屬產品、電子特種氣體、濕法電子化學品、CMP拋光材料等。硅片作為晶圓基本載體市場份額占比最高，達37%。

2020年全球晶圓制造材料市場份額占比情況

資料來源：SEMI，華經產業研究院整理

3、需求端

晶圓代工作為半導體中游制造領域，整體需求受半導體整體產業景氣度影響較大，隨著全球和中國消費電子和汽車電子市場規模穩步擴張，整體晶圓代工產能持續擴張。數據顯示，2021年全球半導體市場規模達5559億美元，同比2020年增長26.2%。中國集成電路銷售額超萬億元，達10458.3億元，同比2020年增長18.2%。晶圓代工短期波動整體受電子信息產業需求相關性較高，2022年來看，PC、智能手機等電子產業需求增速放緩，預計整年產業小幅度增長。

2017-2021年全球半導體市場規模及增長率

資料來源:WSTS，華經產業研究院整理

三、全球晶圓代工現狀

1、市場規模

隨著全球智能手機和PC需求回暖、汽車電子產業快速擴張，全球芯片需求持續擴張，尤其是2020-2021年新能源汽車快速發展背景下，汽車芯片需求爆發，供不應求背景下帶動晶圓開工率和產能大幅度提升，數據顯示，全球2021年晶圓代工銷售額增長26%達1101億美元。2022年來看，早期預計2022年將保持20%以上幅度增長，7月主要下游企業AMD、英偉達和蘋果下調訂單量，預計增長將下降，維持在10%左右。

2016-2021年全球晶圓代工銷售額及變動情況

注：純晶圓代工和IDM

資料來源：IC Insights，華經產業研究院整理

2、產能、產量和產能利用率

下游需求持續擴張背景下，全球晶圓產能穩步擴張，受產業周期波動影響，2019-2020年年整體產能利用率出現較大幅度下降，主要原因是2019年下游存儲器和智能手機需求市場疲軟等因素，疊加英特爾價格下降，整體市場景氣度下降。2020年全球疫情同時產能出現較大增長，部分企業停工導致整體產能利用率下降，實際產量存在明顯增長，2021年晶圓需求爆發，下游汽車和消費電子企業需求持續增長，產能和產能利用率達到近年來新高，產能增長8.5%至2.425億片（全球折合8英寸晶圓），產能利用率達93.8%。2022年來看，產能有望超過2.6億片，七月份各大下游企訂單量砍單背景下，疊加通脹和供應鏈緊張等因素整體產能利用率將維持90%左右。

2016-2021年全球晶圓產能、產量及產能利用率

注：折合8英寸

資料來源：IC Insights，Knometa Research，WSTS，SIA，華經產業研究院整理

3、制程結構

就晶圓制程結構而言，目前成熟制程（28nm及以上）占比約76%左右，2020年以來，隨著智能手機、TWS耳機等需求增長帶動OLED面板、電源管理芯片、射頻芯片和傳感器等需求持續增長，成熟制程產能出現嚴重短缺，從預計新建產能來看， 2022年各晶圓代工廠多半將擴產重心放置于12英寸（28nm及以上）晶圓產能，而主要擴產動能來自于臺積電、聯電、中芯國際（0981.HK）、華虹等。短期來看，先進制程受限于成本和技術普及率較低，成熟制程仍將保持高景氣度，占比將維持在7成以上。

2021-2024年全球晶圓代工成熟及先進制程占比

資料來源：TrendForce，華經產業研究院整理

四、晶圓代工國內現狀

1、全球地位及規模

早期我國純晶圓代工占比全球市場份額達10%以上，隨著國內技術停滯疊加全球晶圓制程技術難度持續加深，2007-2014年我國純晶圓代工市場份額持續下降，隨著國內中芯國際和聯電企業技術相繼突破28制程，整體市場份額趨向穩定，近年來下游需求推動國內純晶圓代工產能穩步上升，但受限于尖端代工技術差距，同時中芯國際被美國列入實體名單，國內尖端晶圓代工差距中短期內增長有限。

2002-2021年中國純晶圓代工市場份額占比走勢圖

資料來源：IC Insights，華經產業研究院整理

就規模而言，目前國內整體純晶圓代工規模表現為穩步增長趨勢，2021年國內新能源汽車銷量爆發疊加智能手機需求回暖，國內晶圓需求爆發式增長，產能持續偏緊，價格高漲下銷售額增長40.9%，以國內純晶圓加工占比8成計算，規模約在75億美元左右。就趨勢而言，受限于先進制程技術先進，尖端產品整體價格和利潤更高，但隨著傳感器、電源管理芯片等成熟制程整體需求在短期仍將保持高位，國產企業仍存在較大擴張空間，長期來看，中美關系持續偏緊背景下，突破技術封鎖同時提升全球晶圓代工競爭力仍是國內產業升級關鍵因素。

2016-2021年中國純晶圓代工銷售額及增長率

資料來源：IC Insights，華經產業研究院整理

2、技術及制程差距

技術持續發展背景下，晶圓制程持續發展，截止2022年7月底三星已宣布量產3nm工藝，國內晶圓產業起步較晚，受限于設備及材料等相關因素影響疊加技術封鎖，我國晶圓代工目前仍僅可量產14nm制程晶圓，相較國際先進水平相差較大。

2015-2022年全球主要晶圓代工企業制程量產進度

資料來源：公開資料整理

五、晶圓代工競爭現狀

1、市場集中度及營收

臺積電作為全球最大晶圓代工廠，占據全球8成以上先進制程市場份額，特色工藝由于同等節點開發時間較早，技術領先疊加工藝庫全，配合開發周期短，工藝穩定性相對更高，2021年占據全球50%以上市場份額，三星雖然同樣具備生產尖端制程的能力，且整體芯片產量超過臺積電，但受限于技術成熟度和良率等整體先進制程產量較少，占據全球第二市場份額。國內龍頭中芯國際技術水平僅達到14nm制程，技術仍有較大追趕空間。

就利潤對比而言，臺積電利潤遠高于其他競爭對手，2021年毛利率51.6%，凈利率37.4%；相比之下，聯電毛利率33.8%，凈利率26.5%，中芯國際毛利率30.79%，凈利率32.61%。

2021年全球前十大晶圓代工廠市場份額占比

資料來源：IC Insights，企業公報，華經產業研究院整理

2021年全球前十大晶圓代工廠營收分布

資料來源：公開資料整理

2、尖端進程格局或變動

在尖端制程領域，技術持續迭代后，逐步形成臺積電(Foundory模式)和三星（IDM模式）壟斷技術情況，根據2021年臺積電數據顯示，其5nm制程占比整體19%市場份額，5nm制程工藝已經逐步從N5過渡到N4，而三星作為IDM模式的晶圓龍頭產品一直受到詬病，產品良品率等較臺積電有所差距，2022年英特爾（IDM模式）多年來首次計劃200億美元建造兩座先進制程，或將從“兩家競爭”轉變為三足鼎立，從市場份額第三第四來看，2018年，格芯停止與臺積電、三星在先進制程芯片的競爭，專注相對不那么先進的制程芯片，同年聯電也宣布不再投資12nm以下先進制程。國內而言，中美貿易持續緊張下國產企業中芯國際雖有競爭先進制程的需求，但受限于美國實體名單，無法獲取EUV光刻機，先進制程無法突破，雖然目前憑借成熟制程需求持續擴張占比全球第五，但先進制程仍是中國芯片崛起的關鍵。

2020-2021年臺積電晶圓產品線寬結構占比

資料來源：公開資料整理

六、國產化進程

1、經營現狀：持續擴張

就中國晶圓代工主要經營現狀而言，中芯國際作為國內龍頭企業營收受半導體整體景氣度影響較大，2019年營收出現小幅度下降。2021年以來，半導體下游整體高景氣度帶動中芯國際和華虹營收和凈利潤出現雙增長，凈利潤分別達112.03億元和15.47億元，其中中芯國際毛利率30.79%，凈利率32.61%。

2017-2021年中芯國際和華虹營收及利潤率

注：中美匯率以1美元=6.7元計算

資料來源：企業公報，華經產業研究院整理

2、產品結構：與國際水平差距較大

目前中國大陸上集成電路晶圓代工企業中，中芯國際和華虹半導體產品最為目前中芯國際技術產品包括0.35微米到14納米不同技術節點的晶圓代工產品，實際生產應用上受限于良品等多因素，14nm和28nm制程占比15.1%左右，同時雖然中芯國際具備14nm量產水平，但高端材料及設備嚴重依賴進口，如光刻機等嚴重依賴阿斯麥DUV,完全國產化任重道遠；華虹半導體整體發展較晚，目前產品中最先進制程55/65nm占比9.7%，差距較大。

2021年中芯國際和華虹晶圓制程結構占比

資料來源：企業公報，華經產業研究院整理

就研發投入情況而言，雖然2021年整體營收和利潤水平持續向好，但令人不得不擔心是其研發投入占比在2020-2021年持續下降的現狀，數據顯示，2020-2021年中芯國際研發投入出現兩連降，分別為46.72億元和41.21億元，占比總營收分別下降至17%和11.6%，同時中芯國際研發人員的數量近年來也呈持續下滑態勢，過去三年占全體員工的比重分別為16.0％、13.5％和9.9％。2022年一季度來看，上海疫情背景下，中心國際研發投入占比再次向下降，僅為8.9%。

2017-2021年中芯國際研發投入及營收占比

資料來源：企業公報，華經產業研究院整理

審核編輯 ：李倩