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我国高端制造国产替代突围进展如何——中国供应链安全系列报告

来源:火狐体育娱乐  作者:火狐体育全站APP  2022-08-05 09:57:09


  本篇报告研究了我国高端制造各细分领域全球竞争格局,我国企业在产业链所处位置,以及我国企业在相关细分领域的国产替代进展。本文从供应链角度出发,详细剖析高端制造细分领域全球竞争格局与我国被“卡脖子”的环节,梳理我国企业目前国产替代的进展。

  我们认为,在百年未有之大变局、国际关系愈发复杂的今天,供应链安全将会成为未来很长一段时间我国关注的重要问题,不少投资机会将由此诞生。

  通过梳理我国中下游中间品与制成品进口依赖情况,我们发现,我国对外依赖度较高的商品多数是受到技术限制,国内缺乏生产能力。以美国为首的西方国家通过各类型制裁、限制出口与长臂管辖,对我国高端制造业进行的全方位的封锁,最典型的事件莫过于美国通过制裁华为,使得华为无法生产 5G 手机,从而使得我国智能手机制造业始终依赖美国企业的芯片。

  本文我们从供应链的角度出发,详细剖析高端制造各个细分领域被“卡脖子”的重点环节在哪里,我国企业目前国产替代的进程如何。

  我国芯片对外依赖严重。2021 年,我国芯片进口额为 4337 亿美元,进口贸易逆差达到 2784 亿美元,均创下历史新高。除此之外,电容器、液晶显示器、偏光片、盖板玻璃、传感器、光学镜头等贸易逆差也较高,其中电容器贸易逆差额 2021 年超过 50 亿美元。

  机械设备领域,我国半导体设备严重依赖进口。2021 年,我国半导体设备贸易逆差达到 244 亿美元,远远领先其他机械设备。除了半导体设备以外,在光学仪器、分析仪器、工业机器人、金属加工中心与高功率柴油机上存在较大的贸易逆差。其中光学仪器与分析仪器逆差分别为 82、66 亿美元。而金属加工中心、高功率柴油机等贸易逆差相对较低,也在 20 亿美元左右。

  军工材料上,我国在民用飞机、航空发动机、燃气轮机上对外依赖较重,贸易逆差较高。其中民用飞机领域贸易逆差达到 145 亿美元,对外依赖尤其严重。

  在中下游领域,我国对于五眼联盟进口依赖的产品种类较少,主要体现在军工产品上:我国主要在离心机、航空发动机、实验试剂、飞机直升机配件等产品上进口较多。其中航空发动机的进口占比达到67.08%,体现出我国在航空发动机领域对于五眼联盟的较大依赖。

  金属加工中心即数控机床,是一种装有程序控制系统的自动化机床。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题,是一种柔性的、高效能的自动化机床,代表了现代机床控制技术的发展方向,是一种典型的机电一体化产品。数控机床上游供应商主要是传动系统、数控系统、数控机床主体及零部件等领域;中游则是各类机床,主要包括金属切削机床、金属成形机床、特种加工机床;数控机床下游应用领域广泛,包括航空航天、兵船核电、石油化工、汽车、3C 等领域。

  全球数控机床产业规模呈逐年增长态势,2019 年全球数控机床产业规模为 1492 亿美元,同比增长 4%。中商产业研究院预测,2021 年全球数控机床产业规模将达 1648 亿美元。数控机床主要分为数控金属切割机床、数控金属成形机床和数控特种加工机床。2019 年全球数控金属切削机床规模为 783.3 亿美元,占总规模比重为 52%;数控金属成形机床规模为 420.7 亿美元,占总规模比重为 28%;数控特种加工机床规模为 265.6 亿美元,占总规模比重为 18%。

  汽车与军工是机床的主要下游。机床是制造业的基础装备,广泛应用于各种类型的制造业,如汽车、机械、电子、军工等。我国数控机床的下游应用领域中,2018 年汽车行业比重最大,占比约为 40%,航空航天位居第二,占比约 17%,二者约占我国下业总消费的 50%左右,是最主要的下游应用领域。

  全球竞争格局来看,日本、德国、美国是全球高端机床的主要生产国,根据科德数控的招股说明书,德国重视数控机床和配套件的高、精、尖和实用性,各种功能部件研发生产高度专业化,在质量、性能上位居世界前列;日本重点发展数控系统,机床企业注重向上游材料、部件布局,一体化开发核心产品;美国在数控机床设计、制造和基础科研方面具有较强的竞争力。2019 年,日本山崎马扎克、德国通快以及德日合资的德马吉森精机位于全球机床生产商前三名。

  根据中商产业研究院预测,2021 年中国数控机床产业规模将达 3576 亿元。目前,国内机床的中低端市场基本被国内企业占据,但是在高端市场的国产化率仍然较低。近年来,我国高档数控机床市场销售数量持续攀升,市场需求稳步扩大。然而我国高档数控机床国产化率截至 2018 年仅为 6%,相较 2014 年了增长 4%,供给严重失衡,亟需加快推动国产企业转型升级,提质增效。

  我国高端数控机床的上游各功能部件尚未形成较好的产业配套,多数功能部件被日本、德国、美国的公司垄断,国内企业主要依赖外购。数控机床的核心部件包括数控系统、传动系统、功能部件、驱动系统等,其中,数控系统占数控机床成本的 25%-30%,主要被西门子、发那科垄断;传动系统包括主轴、导轨、丝杠、轴承等,主要被德国、瑞士、日本、中国台湾的一些公司占据;功能部件包括转台、刀具、齿轮箱等,全球市场依旧由欧美日等发达国家企业占据仍然来自欧日美等发达国家。以配套或者外购以上核心部件实现车床精度和可靠性在行业竞争中无法获得显著优势,一方面技术受限于核心部件生产方,另一方面产品成本难于控制。

  以数控系统为例,系统是数控机床的大脑,约占高端数控机床成本的 20%-40%。我国数控系统虽然取得了较大的发展,但高档数控机床配套的数控系统 90%以上都是国外产品,但国外高档数控系统的功能通常无法完全开放甚至是禁止对中国出口,成为制约我国高档数控机床发展的瓶颈。国内数控系统的中高端市场被德国西门子、日本发那科、日本三菱、德国海德汉瓜分。低端市场是国内数控系统的天下,数十家系统厂挤在这个狭小的市场区域内激烈搏杀。

  我国主要的高端数控机床生产商包括科德数控、国盛智科、浙海德曼、日发精机、海天精工等。

  工业机器人上游包括三大核心零部件控制系统、伺服系统、减速器;中游为机器人本体;下游是集成系统,包括单项系统集成商、综合系统集成商,广泛应用于汽车、3C、食品、饮料等行业。按照机械机构,工业机器人可分为多关节机器人、SCARA 机器人、直角坐标机器人、协作机器人、并联机器人、圆柱坐标机器人,其中多关节机器人和 SCARA精度要求高,且市场规模最大,二者合占工业机器人 80%以上市场规模。

  核心零部件成本占到工业机器人整机成本的 70%,核心零部件供应商在整个产业链中拥有最强的议价能力。工业机器人中技术难度最高的三大核心零部件分别是减速器、伺服系统和控制器,三者分别占工业机器人成本构成的 35%、25%、10%。

  德国、日本牢牢占据着工业机器人的主要市场份额。日本、德国的工业机器人水平世界领先,这主要因为他们具备先发优势和技术沉淀。日本在工业机器人关键零部件(减速机、伺服电机等)的研发方面具备较强的技术壁垒。德国工业机器人在原材料、本体零部件和系统集成方面有一定优势。从企业来看,ABB、发那科(FANUC)、库卡(KUKA)和安川电机(YASKAWA)这四家企业是工业机器人的主要供货商,占据世界约 50%的市场份额。

  2020 年我国工业机器人市场规模为 422.5 亿元,同比增长 18.8%,2017-2020 年复合增速为 6.2%。预计到 2023 年中国工业机器人行业规模将达接近 589 亿元,目前我国工业机器人国产化率约为 31%。

  我国产品以中低端为主。工业机器人产业中多关节机器人和 SCARA 精度要求高,且市场规模最大,二者合占工业机器人 80%以上市场规模。2021 年外资品牌市场在这两种机型的占有率分别是 80%、82%。因为多关节机器人是下游汽车制造的关键机型,SCARA 是电子设备制造的关键机型,因此按照下业细分,外资品牌机器人主要集中在电子、汽车等机器人高端行业市场应用,尤其是应用于汽车制造、焊接等高端行业领域的六轴或以上高端工业机器人市场,主要被日本和欧美企业占据,国产六轴工业机器人占全国工业机器人新装机量不足 10%。而本土工业机器人企业的优势领域在于金属加工、食品饮料、塑料及化学制品等行业。

  我国工业机器人市场仍被四大外资品牌占据主要市场份额。2020 年我国工业机器人市场中,发那科、爱普生、ABB、安川的市场占比分别为 13.9%、9.7%、8.3%、7.7%。国内主要的机器人企业包括埃斯顿、埃夫特、机器人、拓斯达等,其中埃斯顿是工业机器人出货量最高的国产机器人企业,覆盖了从自动化核心部件及运动控制系统、工业机器人到机器人集成应用的智能制造系统的全产业链。2021 年国产工业机器人品牌在国内的出货量市占率达 32.8%,同比增长 4.2%。主要原因包括,一方面,外资企业在生产、交货、售后服务等多方面均受到疫情影响,综合竞争力降低,面对疫情带来的机遇,国产机器人厂商凭借强大的技术与服务能力,迅速抢占外资原有市场,国产化进程得到进一步加速,核心工控产品份额预计持续加速提升;另一方面,国产头部机器人厂商发展势头良好。

  零部件方面,目前我国 85%的减速器市场、90%的伺服电机市场、超过 80%的控制系统市场被海外品牌占据。应用于工业机器人最核心的零部件为减速器,主要分为谐波减速器和 RV 减速器。谐波减速器市场集中度非常高,市场基本处于日本企业垄断状态,其中哈默纳科和日本产电新宝在 2021 年在中国工业机器人市场谐波减速机配置中份额超过 70%。虽然短期内外资主导地位还将持续,但中国本土优秀品牌也在不断崛起,绿的谐波在技术上不断取得突破,已经获得较高的市场份额。RV 减速器市场目前仍然被外资品牌的垄断,仅纳博特斯克一家就占据中国市场 54.3%的市场份额。国内上市公司中,双环传动和中大力德国产化进程较快,其中双环传动新研制的大负载及高功重比的系列化减速机产品已成功批量应用于国内主流机器人产品中,已基本实现机器人减速器产品全覆盖,但是目 2021 年公司减速器业务收入仅 2.67 亿,体量尚小。

  工业机器人伺服系统市场由外资主导。外资厂商占据中高端市场份额,国产份额虽逐年提升但依然偏小,绝大部分市场份额仍由外资占据。目前,工业机器人伺服系统主要分日系、欧美和国产三大阵营。日系代表企业主要有松下、安川、三菱、三洋、富士等;欧美代表企业主要有西门子、施耐德、博世力士乐、ABB 等;国产代表企业主要有台达、汇川、埃斯顿等。

  分析仪器是用于测定物质的组成、结构等特性的仪器,是科学仪器重要组成部分,具备复杂而精密的技术体系。分析仪器包括色谱、质谱、原子光谱、分子光谱、材料表征、表面科学、生命科学仪器、实验室自动化及软件、通用分析仪和实验室设备等。

  分析仪器行业产业链上游主要由进样系统、离子源、分析器、检测器等组成;下游应用领域广泛,伴随物理、化学、光学、生命科学等各学科领域分析技术的加速创新,实验分析仪器目前已广泛应用于生命科学、医疗健康、新型材料研究、新能源、航天和海洋探测、环境保护、食品安全等行业。

  分析仪器主要包括生命科学仪器、表面科学仪器、色谱仪、光谱仪和质谱仪等,分别占市场比例约为 26%、13%、15% 、14%和 8%,其中色谱仪、光谱仪和质谱仪是市面上最常见的分析仪器。分析仪器作为专用设备,下游主要应用于学术界、制药领域和生物技术等领域,分别占比 18%、16%和 13%。

  根据美国化学会(ACS)旗下的《Chemical&Engineering News》发布的 2018 年全球仪器公司榜单,TOP20 全部都是海外企业。其中,美国赛默飞仪器板块销售额达 63.3 亿美元,排名第一;日本岛津公司排名第二,销售额 21.8 亿美元,仅为第一名的 1/3。在前二十企业中美国有八家,日本五家,德国和瑞士各有 3 家,英国一家,中国没有一家企业上榜。

  我国分析仪器产业规模约 650 亿,多数产品自美国进口。2019 年,中国分析仪器市场约占全球的 15%,也就是大约650 亿元市场规模。但是我国多数分析仪器均来自进口。2016-2019 年我国分析仪器的进口率超过 80%,进口来源国主要是美国、德国、日本、英国和瑞士。

  高端分析仪器国产化率极低。根据第一财经的采访数据,2016 至 2019 年间,我国采购的 200 万元以上的科学仪器中,质谱仪、X 射线类仪器、光学色谱仪、光学显微镜等的国产设备比例不足 1.50%,其中,3 年间,没有采购一台高端国产光学显微镜。

  汽车电控即汽车电子控制系统,基本由传感器、电子控制器(ECU)、驱动器和控制程序软件等部分组成,与车上的机械系统配合使用,并利用电缆或无线电波互相传输讯息,进行的“机电整合”。在广义上分为发动机电控系统、制动控制系统、舒适控制系统、多媒体系统等多种类别。本处主要介绍三种国产化程度不高,对外依赖较严重的电控系统产品:电动汽车电控系统、电动助力转向系统、线控制动系统。

  电动汽车电控系统是电动汽车的总控制台,主要包含整车控制器、电机控制器和电池管理系统三个共性子系统,其通过整车控制器的中枢控制功能,借助电机控制器与电池管理系统控制电池电机两大系统;电动助力转向系统(Electric Power Steering,简称 EPS)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统,主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元(ECU)等组成;线控制动主要分为线控驻车制动(EPB)和线控行车制动,其中线控行车制动包括电子液压制动系统(EHB)和电子机械制动系统(EMB)两类。

  在电动汽车电控系统方面,现阶段我国电动汽车电控系统行业尚未形成清晰、稳定的市场竞争格局。本土企业目前主要分为两类:一类是以比亚迪、北汽新能源为代表的新能源汽车主机厂,其借助自己整车及零部件制造上积累的丰富经验,走上了电控系统的自主研发之路。

  其中比亚迪于 2020 年 3 月建立了子公司弗迪动力谋求汽车动力系统上的自主突破,目前其电驱动系统研发已经进行到第四代,包含驱动电机、电机控制器在内的 EHS 电混系统已应用于 DM-i系列车型中,实现了驱动电机、电机控制器、三合一电驱动系统的自供。电机控制器 2022 年第一季度市场份额达到23.56%,稳居市场第一。一类是以上海电驱动、汇川技术为代表的第三方电控系统集成商,其中上海电驱动在 2022年 4 月电驱动产品累计产量已经突破 100 万台,其电驱系统、驱动电机销量 2020 年均进入国内厂商前十。汇川技术于 2018 年取得了国内主流乘用车企定点,其电驱系统 2020 年销量仅次于比亚迪排名第二位。未来发展前景良好。

  其中,整车控制器行业的集中度较高,中国市场 95%的份额被博世、大陆集团、安波福、弗吉亚、海拉等外国知名企业占据,中国本土厂商如华为、德赛西威、经纬恒润、均胜电子等只占 5%左右。

  在电机控制器领域,近年来,国内大力推进电机控制器国产化进程,电机控制器的核心——IGBT 模块已经逐步实现进口替代,比亚迪、中车时代、斯达半导体生产的 IGBT 模块均已装车量产。其中斯达半导体车规级 IGBT 模块产品性能已接近英飞凌产品性能水平,2020、2021 年全年分别配套 20、60 万辆新能源汽车。此外电流传感器、电容器技术也有着飞跃式提升。电机控制器基本实现了整体国产化。

  在电动助力转向系统(EPS)上,目前我国市场主要由外资及中外合资企业主导,2021 年我国 EPS 系统的 CR5高达 75.58%,均为外资或中外合资企业,日本电产、德国博世为 EPS 行业绝对龙头。其中日本电产掌控了 EPS电机市场近半数的市场份额,而德国博世则在 EPS 电控市场占据 40%的市场份额,二者牢牢掌控着 EPS 核心部件市场。而在国内企业中,易力达引领国产 EPS 行业,其早在 2001 年便已研制成国内首台自主知识产权 EPS,目前年产能达到 180 万套。此外,由中航集团实控的耐世特也拥有较强实力,其拥有完整的 EPS 产品矩阵,自主研发的高可用 EPS 适用于 L2-L5 级自动驾驶汽车,已经为全球 Robo-Taxi 巨头 Waymo 与克莱勒合作的 L4 级无人驾驶出租车进行配套,在自动驾驶领域拥有一席之地。

  在线控制动上,线控驻车制动(EPB)方面,大陆、采埃孚天合、爱德克斯等外企占据国内主要市场份额。

  (1) 航空发动机:英美两国垄断民用航空发动机市场,我国在军用航空发动机领域有一定生产能力

  航空发动机是飞机核心部件,约占飞机整机价值量的 20%-30%。航空发动机通常由压气机、燃烧室、涡轮、排气装置等系统组成。航空发动机上游包括高端金属材料、动力控制系统和发动机零部件等。航空发动机用材主要包括高温合金、钛合金、陶瓷基复合材料 CMC 和其它合金,航空发动机的零部件有盘轴、风扇轴、涡轮盘、轴、整体叶盘/叶轮、涡轮机匣和风扇匣等,航空发动机分系统包括控制系统、空气系统、机械系统、短舱系统等。

  全球军用航空发动机市场空间超 100 亿美元,商用航空发动机市场空间近 1400 亿美元。

  全球军用航发格局:仅 5 大常任理事国中的少数企业具备研发生产能力,美国发展最为领先,诞生了如 GE、PW 等世界航发巨头。目前具备三代主流航空发动机研制和生产能力的国家主要是美、俄、英、法、中五大常任理事国,乌克兰接收前苏联军事工业遗产也具备一定的发动机研制生产能力,其航空发动机产品主要用于出口。

  全球商用发动机格局:英美两国主导全球商用航发市场。商用航空发动机产业寡头垄断的格局更加明显,目前世界范围内具有技术和商业优势的只有美、英两国,主导公司是美国通用电气(GE)、美国普惠(PW)、英国罗罗(R&R)三家公司。根据《Commercial Engines 2021》统计,2020 年全球总共交付 1374 台民用航空发动机,美国 GE、PW、英国 R&R、CFM(美国 GE/法国 SAFRAN 合资公司)四家公司占据 100%的市场份额,呈现出高度寡头垄断特征。

  军用航空发动机方面,经过近 70 年的发展,我国已建立了相对完整的航空发动机研制生产体系,具备了涡桨、涡喷、涡扇、涡轴等多类发动机的系列研制生产能力。目前我国在役歼击机、强击机、轰炸机、歼击轰炸机等主战飞机已批量使用国产涡扇发动机,仅有部分三代战机仍然装配的是进口发动机。运输机方面,运-7、运-8 等运输机使用的涡桨发动机全部国产化,仅运-20 目前装备的仍是进口发动机。直升机方面,随着直-9、直-8、直-10 等整体技术的成熟,我国已经在引进的基础上实现涡轴-8、涡轴-6、涡轴-16 发动机的系列化发展。目前我国现有发动机谱系已逐步成熟。

  目前,我国现役主力飞机:歼-10C、歼-11B、歼-16 和歼-20 等都已经换装了国产发动机,并且今年出口给巴基斯坦的歼-10C 战机也采用了中国制造的涡扇-10B“太行”发动机。

  相较与成熟的西方航空发动机巨头,目前我国在民用航空涡扇发动机方面还处于空白状态,差距明显,但随着中国航发商发以及 CJ1000A 的出现,我国将拥有挑战世界最大航空发动机市场,发展国产大飞机及航空发动机产业的重要机遇。

  (2) 燃气轮机:重型燃气轮机关键核心技术有待突破,混氢燃气轮机异军突起

  燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转,将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械,是一种旋转叶轮式热力发动机,广泛应用于发电、船舰和机车动力、管道增压等能源、国防、交通领域。

  燃气轮机的产业链主要由上游原材料、中游零部件、下游整机制造组成。上游原材料主要包括高温合金、钛合金、复合材料、铝合金等材料的生产制造,中游零部件环节再对材料进行铸造、锻造或其他工艺操作制成叶片、盘、轴等零部件,再由下游整机制造企业对各零部件进行总装制成燃气轮机整机。按照输出功率来划分,燃气轮机可分为微型、轻型和重型三类。其中微型和轻型燃气轮机可由航空发动机改制而成,功率通常在 50MW 以内,可用于工业发电、船舶动力、管道增压、坦克机车、分布式发电及热电联供等场景;重型燃气轮机功率在 50MW 以上,主要用作陆地上固定的发电机组,如城市电网。

  目前,全球燃气轮机市场主要被美国通用电气(GE)、德国西门子、日本三菱(MHPS)3 家企业垄断,3 家企业合计占据全球燃气轮机约 90%的市场份额。尤其是美国 GE 公司占据约 50%的市场份额。值得注意的是,尽管美国 GE 在过去几十年一直是燃气轮机制造领域的领导者,但 MHPS 的异军突起却严重冲击其市场地位。2020 年一季度,日本三菱全球订单为 2638 兆瓦,同比增长 19.7%,在全球的市场份额达到 28.5%,按发电功率兆瓦计算,其市场份额排名第一。

  中国现已具备轻型燃机自主化能力,重型燃气轮机仍基本依赖进口。长期以来,重型燃气轮机设计、制造、试验等尖端技术完全垄断于德国西门子(SIEMENS)、美国通用电气(GE)、日本三菱(MHI)等少数公司,目前国内重型燃气轮机尚未完全掌握重型燃气轮机热端部件制造、维修以及控制等尖端技术,也并未形成系统全面的研发、设计、试验与维保体系,与上述国际重型燃气轮机先进企业相比差距在 30 年以上。中国重型燃气轮机尚有许多关键核心技术有待突破,燃气发电技术装备存在较大瓶颈,重型燃气轮机设计、制造、调试、运维等多领域均存在被“卡脖子”的风险。

  从重型燃气轮机关键核心部件国产化进展来看,以市场主流的 F 级重型燃气轮机为例,目前中国重型燃气轮机生产与制造技术国产化率大幅提高,中国燃气轮机零部件数量国产化率可达到 80%-90%,但燃气轮机零部件价值的国产化比重还不到 70%。

  “大飞机”并非专业术语,也不是国际通用称谓。从 2003 年国家科技部受国务院委托组建“大飞机项目论证组”后,该词在国内被普遍使用。大飞机一般定义为:起飞重量超过 100 吨的运输类飞机,包括拥有 150 座以上的民用客机和一次航程达到 3000 公里的军用飞机。我们通常所说的大飞机,主要指民航大飞机,也就是民用领域的干线客机,分为单通道的窄体客机和双通道的宽体客机两种。

  呈双寡头垄断,波音和空客占据 90%左右市场。目前,全球大飞机的典型代表有空中客车公司的 A300、A330、A350、A380 和波音公司的 B747、B777、B787,全球大飞机市场基本被空客和波音两家企业垄断。

  国内大飞机市场规模发展迅速。据 2021 年 9 月中国商飞发布的《中国商飞公司市场预测年报(2021-2040)》,未来二十年,中国航空市场将接收 50 座级以上客机 9084 架,价值约 1.4 万亿美元。其中,50 座级以上涡扇支线 座级以上单通道喷气客机 6295 架,250 座级以上双通道喷气客机 1836 架。到 2040 年,中国的机队规模将达到 9957 架,占全球客机机队比例 22%,成为全球最大单一航空市场。

  芯片制造的主供应链分为“设计-制造-封装”三个环节,辅产业链还包括用于芯片设计的 EDA 软件与 IP 核,半导体设备与半导体材料。其中,制造、设计、设备环节附加值较高,美、韩、日、中国台湾、欧洲、中国大陆是全球半导体供应链的主要参与方。

  芯片制造主要分为代工厂模式和 IDM 模式,主要由中国台湾、韩国、欧美企业主导。其中,全球主要的代工厂包括台积电、三星、环球晶圆、中芯国际、联华电子等,主要的 IDM 企业包括英特尔、瑞萨电子、意法半导体、微芯科技、恩智浦等。我国的芯片代工企业以中芯国际与华虹半导体为首,占全球 15%产能,主要分布在成熟制程领域。

  芯片封测环节的产能主要分布在中国台湾、美国、中国大陆、韩国。其中,外包的专业封测公司包括日月光、安靠、长电科技、Powertech、通富微电、华天科技、UTAC 等。IDM 或者代工厂企业主要包括英特尔、三星、SK 海力士、美光科技、台积电。

  半导体设备用于硅晶圆制造、芯片制造、封测及光掩模制造等各个环节。设备由美国、日本、荷兰主导市场,我国自给率较低,设备是我国半导体卡脖子核心。

  半导体材料可分为晶圆、电子气体、光掩模、光刻胶、抛光材料、溅射靶材、湿电子化学品。其中,晶圆、电子特气的价值较高。日本、美国、德国是全球半导体材料的主要供应商,在晶圆、光掩模材料上日本占到了全球产值的 50%以上。

  EDA 软件用于半导体设计,美国主导了全球 EDA 市场,核心公司为新思科技、铿腾电子、Siemens EDA(2016 年收购 Mentor Graphic)。

  IP 核辅助芯片设计,是一些芯片中具有独立功能的电路模块的成熟设计,核心公司为 ARM、新思科技、铿腾电子、SST 公司。

  在芯片制造领域,我国国产化水平逐渐提高,已具备 14nm 级芯片量产能力,但良率有待提高。从企业角度看,中芯国际利用现有 DUV 设备开发的“N+1”、“N+2”两种工艺已经在 14 纳米制程上有了全方位的进步,距离 7 纳米工艺标准仅一步之遥。

  存储芯片制造方面,紫光国微 DRAM 芯片厂已经落地,合肥长鑫也在中高端 DRAM 芯片制造技术上持续研发,已经突破 19 纳米制程,基本能够进行中端 DRAM 芯片的制造。

  半导体设备领域,国产设备在清洗,刻蚀,薄膜沉积等领域均取得了一定突破,光刻设备被严重卡脖子。清洗领域国内已具备生产 8-12 英寸高阶单片湿法清洗设备和槽式湿法清洗设备的相关技术。国产设备在国内晶圆厂市占率达20%,且积极开拓海外市场,已获得韩国海力士等国际领先企业订单。刻蚀设备上,国产 12 英寸高端刻蚀设备已运用在国际知名客户 65nm 到 5nm 等先进的芯片生产线nm 刻蚀设备也在积极开发过程中。薄膜沉积设备方面,在一些新兴特殊工艺赛道,由于起步时间接近,国产设备与国际公司技术差距较小。在光刻领域,荷兰ASML 垄断全球高端光刻机供应,由于技术壁垒非常高,国内公司仍需不断积累。

  半导体材料领域,我国的大尺寸硅片、光刻胶、电子特气、湿电子化学品等国产化替代持续加速。大尺度硅晶圆上,目前沪硅产业的 300mm(12 英寸)硅片已经通过了客户认证,实现了面向 14nm 工艺节点应用的 300mm 半导体硅片的批量供应,目前公司有 30 万片/月的 12 寸半导体硅片产能。中环股份 4-12 英寸半导体硅片全部实现规模化量产,在 12 英寸各门类产品上也均拥有自主技术方案。

  光刻胶领域,在中国光刻胶产业链上半导体光刻胶的占比仅有 2%,企业中南大光电的技术相对领先,已建成 25 吨生产线 ArF 光刻胶生产线nm 集成电路制造的要求。

  电子特气领域,上百种电子特气品种之中,我国在六氟化硫、六氟乙烷等气体上已经基本实现自给。其中六氟化硫国内产能超过全球 50%,六氟乙烷自给率超过 60%。并在三氟化氮、超纯氨、锗烷等多个品种上已经取得较大的技术突破,其中三氟化氮国内产能已接近三分之一与国内市场需求达成基本匹配。

  湿电子化学品领域,国内企业距世界整体水平还有一定距离,但近年来在个别领域已接近国际领先水平,半导体行业国产化率接近 30%。部分企业双氧水、氨水技术突破国际 G5 等级;超大规模集成电路用超净高纯氨水等技术更是突破了国外技术垄断。

  射频芯片是能够将射频信号和数字信号进行转化的芯片,决定了移动终端可以支持的通信模式、接收信号强度、通话稳定性、发射功率等重要性能指标,直接影响终端用户体验。

  从组成来讲,一个射频芯片包括 RF 收发机、功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)、滤波器、射频开关(Switch)、天线调谐开关(Tuner)等组成部分。根据 QYR Electronic Research Center 数据,在射频前端芯片中,滤波器、功率放大器(PA)、射频开关、低噪声放大器(LNA)等 2020 年的全球市场份额分别为 59.01%、18.68%、11.23%和 8.78%。

  全球射频前端芯片市场目前仍主要被美日厂商垄断,根据 Yole 在 2021 年的报告中的介绍,射频前端市场 85% 的份额被 Skyworks、村田、Qualcomm、Qorvo 和 Broadcom 在内的五家厂商占据。

  射频开关与 LNA 领域国内厂商涉足较早,技术水平较为先进。早在 2010 年,卓胜微便转型进入射频开关与 LNA 赛道。2014 年,卓胜微量产第一款射频开关,全年销量超过一亿颗。2020年,卓胜微成功在全球 LNA 与开关市场中抢占了 8%的市场份额。

  射频 PA 国产替代加速。经过多年的发展,国内拥有昂瑞微、华为海思、紫光展锐、卓胜微、唯捷创芯等 20 多家射频 PA 器件供应商。

  滤波器成为国频芯片的最后一块拼图,当前已经有所突破。中国 SAW 厂商有麦捷科技、德清华莹、好达电子等。

  半导体存储器是以半导体电路作为存储媒介、用于保存二进制数据的记忆设备,是市面上的主流存储器,被广泛应用于各类电子产品中。据 WSTS 统计数据显示,2020 年全球存储器市场规模达 1174.82 亿美元,在半导体中的占比达 26.68%。在存储器行业中,DRAM 和 Flash 为最主要的产品类型,其营收占存储器总营收的 95%。

  DRAM 为动态随机存取存储器,是存储器细分产品中的营收占比最大的产品,可分为主流 DRAM 与利基型 DRAM。从需求端来看,主流 DRAM 主要用于 PC、手机、服务器、游戏机等,利基型 DRAM 主要用于液晶电视、数字机顶盒、播放机、安防等消费型电子相关产品。

  总体来看,中国已初步完成在存储芯片领域的战略布局,但由于中国起步晚,且受到技术封锁,市场份额较少,距离全面国产替代还有较大的发展空间。

  我国储存器国产替代面临较为严重的专利技术封锁。国内存储器行业龙头兆易创新在 2021 年公司年报中披露“公司已获得 834 项授权专利,其中包含 787 项中国专利、30 项美国专利、9 项欧洲国家专利。”而根据最新的美国商业专利数据库(IFI Claims)报告,三星电子的专利数量是 7.66 万件(也包含代工、面板、手机等其他诸多专利),SK 海力士是 7934 件,美光是 7488 件。专利的差距使得国内厂商极容易陷入无休止的“专利战”诉讼之中。

  在 DRAM 芯片方面,合肥长鑫、兆易创新、北京君正等公司已走在国内企业前列。

  模拟芯片指由电容、电阻、晶体管等组成的模拟电路集成在一起用来处理模拟信号的集成电路,具有将模拟信号转变为数字信号的功能。

  我国是全球最主要的模拟芯片市场,目前自给率约为 12%。根据 Frost&Sullivan 数据,我国 2021 年模拟芯片市场规模约为 2731.4 亿元,市场规模约占全球的 36%。在国内电源管理芯片市场,欧美企业甚至占据了约 80%的市场份额,以德州仪器、高通、ADI、美信、英飞凌五家企业为代表,目前全球电源管理芯片的企业集中度高。我国模拟芯片自给率处于较低水平,根据中国半导体行业协会的数据,近年来我国模拟芯片自给率由 2017 年的 6%提升至 2020年的 12%。

  逻辑芯片按照分类主要包括 CPU、GPU 等通用处理器及诸如 FPGA 等专用性较强的逻辑芯片。逻辑芯片在全世界范围内都有广阔的需求,2019 年占整个半导体行业的市场份额超过 1/4,占集成电路全部市场份额近 1/3。

  全球 GPU 市场规模约 224 亿美元,由英特尔、英伟达、AMD 三家公司垄断。

  全球 FPGA 市场规模为 60 亿美元,主要企业是赛灵思(已被 AMD 收购)、阿尔特拉(已被英特尔收购)。

  CPU 领域,根据 IDC 数据,2020 年中国服务器出货量为 350 万台,同比增长 9.80%。近两年采用国产 CPU 的桌面和服务器产品发展迅速,但市场份额仍不足 5%。龙芯、鲲鹏、飞腾、海光、兆芯、申威是我国六大国产 CPU 芯片厂商。

  在 MLCC 生产最重要的原料陶瓷粉料领域,日本企业拥有绝对优势。全球前七家原料供应商中有五家日本企业,其中 Sakai 以 28%的市场份额位居全球第一。此外中国企业国瓷材料也拥有 10%的市场份额。

  从外部情况来看,受厂房、设备等产能瓶颈限制,中低端 MLCC 市场竞争日趋激烈导致获利空间减小,日韩厂商自2016 年起对 MLCC 产能结构作出战略性调整,逐步削减毛利率相对较低的普通规格 MLCC 产能,转向技术难度和利润更高,未来需求量更大的小尺寸、高容、车规级 MLCC 产品。国内风华高科、三环集团、宇阳科技等企业已具备一定国产替代能力。上游材料方面,国内主要企业包括博迁新材、国瓷材料。

  (2) MEMS 传感器: 国内企业集中于中低端国产替代,高端市场有待挖掘

  目前我国 MEMS 传感器行业尚处于发展阶段,多布局声学、光学、压力、惯性等细分领域,生产策略以代加工为主。2020 年中国 MEMS 市场规模达 705.4 亿元,较 2019 年增加了 107.6 亿元,同比增长 18%,增速高于传感器市场增速。国内市场竞争格局来看,博世、博通、意法半导体、德州仪器等全球大厂占据头部位置,国内企业的市场竞争地位较弱。

  近年来,以京东方、华兴光电为首的中国 LCD 面板企业大力扩产,产能不断提升,中国 LCD 在全球的占比逐渐加大,也带动了偏光片的需求,2020 年国内偏光片市场规模为 53.2 亿美元。但与此同时,我国国产偏光片产能严重不足。

  偏光片主要原料 TAC 膜和 PVA 膜的核心技术国产化推进缓慢,高端技术多被日韩掌握,国产技术多集中在黑白系列偏光片领域。在生产过程中我国仍需要与日本企业合作获取技术使用权。

  本文详细剖析了 15 个中下游供应链,建议关注下列产业链国产替代投资机会:

  ✓金属加工中心:高端产品极度依赖进口,国内缺乏高端产品功能部件配套能力;

  ✓工业机器人:外资品牌占据国内高端市场,本土企业在中低端产品领域占据较大优势,RV 减速器、控制系统有待突破;

  ✓燃气轮机:重型燃气轮机技术亟待突破,零部件国产化率大幅提高,国产机型量产前景良好;

  ✓芯片制造:国产替代率较低但发展势头迅猛。目前制造环节先进制程良率有待提高,设备材料突破进展较快,EDA与 IP 核进展相对慢;

  ✓射频芯片:尚无完全国产化能力,射频开关与 LNA 领域国内厂商涉足较早,技术水平较为先进,滤波器有待突破;

  ✓存储器:我国 DRAM 先进制程距离龙头大厂还有 5-7 年差距。NAND Flash 进展相对较快,长江存储与海外龙头约有两年差距;

  ✓模拟芯片:我国自给率约为 12%,电源管理芯片方面我国企业开始逐渐占据中小功率段的消费电子市场,信号链芯片领域,国内厂商产品接近国际先进水平;

  ✓逻辑芯片:市场竞争格局高度集中,我国国产化进程缓慢,近两年采用国产 CPU 的桌面和服务器产品发展迅速,但市场份额仍不足 5% ;

  ✓MEMS 传感器:国内厂商具备主流器件生产能力,市场仍被全球大厂垄断;

  ✓偏光片:基膜核心技术国产化推进缓慢,高端技术多被日韩掌握,偏光片制造已经在部分领域实现技术自给,但市场份额较低。

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