从硅片角度看,半导体供需差及景气度几何
1.1 硅片市场寡头垄断,市场景气度旺盛
硅片行业呈现寡头垄断局面,海外厂商占据主要份额,12英寸硅片全球前五家厂商占比达97.8%。2020年12月10日,环球晶圆宣布同意以 37.5 亿欧元收购德国硅片制造商Siltronic AG,此次收购合并完成后,环球晶圆有望成为全球最大的硅片制造商,全球市场集中度将进一步提高,硅片国产化进程急需提速。
全球半导体硅片市场随下游应用领域的发展而呈现稳定增长态势。2010-2013年,全球经济逐渐复苏,硅片市场随之反弹,同时12英寸半导体硅片技术逐渐得到普及,出货量不断上升;2014年至今,受益于通信、计算机、汽车、消费电子、光伏产业、智能电网、医疗电子等应用领域需求带动以及人工智能、物联网等新兴产业的崛起,全球半导体硅片出货量呈现稳步上升趋势,直至2019年因半导体行业景气度下降而出现小幅回落。
根据 SEMI 数据,2018年全球半导体硅片市场规模大幅增长至113.8亿美元,2019年后小幅回调为111.5亿美元,2020年行业景气度有所回升,预计将达到114.6亿美元。
1.2 大尺寸硅片大势所趋,国产替代正当时
我国半导体硅片市场自2014年以来呈稳定上升趋势。IC Mtia 数据显示,2018年我国半导体硅片市场规模为172.1亿元,年产能为2393百万平方英寸,其中12英寸硅片产能约为201百万平方英寸,8英寸硅片产能约为预计870百万平方英寸,6英寸硅片产能约886百万平方英寸,5英寸及以下硅片产能约436百万平方英寸,6英寸及以下尺寸硅片产能占总产能比重为55.24%,仍是目前国内市场的主要产品。
未来随着我国半导体硅片厂商研发及生产能力不断提升,预计8英寸及以上硅片的产能占比将有较大提升,带动我国硅片的市场需求实现持续增长。IC Mtia预测我国2020年硅片市场规模将达到201.8亿元,2014-2020年的复合增长率预计将达13.74%。
自2000年来,12英寸硅片的出货面积呈明显增长趋势,于2008年超过8英寸硅片,成为全球硅片市场的主流产品,预计未来对12寸硅片的市场需求将持续保持旺盛,到2020年市场占比将达75%以上。
目前国内12英寸硅片基本依赖进口,为弥补半导体硅片的供应缺口,降低依赖程度,国内正积极投资12英寸硅片生产,多家公司启动大型生产项目,据我们不完全统计目前17个已公布项目总投资额达到1429亿元,12英寸硅片产能有望在2023年前后接近600万片/月。
12英寸半导体硅片主要应用于逻辑芯片和存储器(DRAM、NAND)。其中存储器连续两年贡献了全球半导体市场规模的主要增量,而DRAM作为电子产品重要组件之一,在AI和5G两大新兴产业的拉动下,行业景气度不断上升,将带动晶圆厂对12英寸硅片需求增加。
2.1 5G手机:12寸硅片使用量将提高七成
硅片市场需求火热,大尺寸硅片成未来发展方向。随着制程技术的推进,近年来先进制程的占比在不断提升,硅片行业整体呈现出向大尺寸发展的趋势,SEMI数据显示,自2000年来,12英寸硅片的出货面积呈明显增长趋势,于2008年超过8英寸硅片,成为全球硅片市场的主流产品,预计未来对12寸硅片的市场需求将持续保持旺盛,到2020年市场占比将达75%以上。
12寸硅片主要应用于智能手机与服务器领域。根据SUMCO数据显示,2020至2024年全球硅片需求有望保持5.1%的复合增长率,同时根据SEMI最新报告显示,2020年12寸硅片需求为650万片/月,2023年预计将达到756万片每月。2020年全球硅片出货量同比增长2.4%,2021年提升至5%。
5G手机普及拉动硅片需求提升。2020上半年受疫情影响,智能手机销量受到冲击,而下半年伴随疫情缓解,5G渗透率不断提高,5G手机出货量一路走强,拉动上游硅片市场需求旺盛。
从4G手机到5G手机,其存储器、AP、基带芯片以及CIS等性能显著提升。相较于4G手机,5G手机DRAM一般为6-13GB,NAND为128-512GB,AP提升至8核,CIS为4-7片。从目前主流5G手机BOM物料成本分析可以看出,三星、小米、苹果新款5G手机成本较4G均有所提升。
根据SUMCO数据显示,相较于4G手机的1.25 sqi/unit,5G手机平均硅片使用量将提升1.7倍至2.1 sqi/unit。从单部手机拆分领域来看,DRAM将提升1.77倍至0.62 sqi/unit;NAND提升1.66倍至0.88 sqi/unit;LOGIC/CIS提升1.62倍至0.6 sqi/unit。
据SUMCO数据显示,2019年智能手机带动12英寸大硅片需求达到136万片每月,未来伴随5G手机渗透率提升,硅片出货量不断增长,预计2021-2024年需求将达到140、155、165、180万片每月。
2.2 服务器:12寸硅片需求将提升35%
数据中心建设是12英寸大硅片主要驱动力。随着5G、AI的发展,流量爆发式增长推动数据中心基建不断加速,各大互联网厂商Capex投入也相应增加,不断新建或扩容其数据中心。根据IDC预测,全球数据规模将会从2019年的41ZB增长到2024年的149ZB。面对爆炸式的流量增长,企业纷纷实施数字化转型,大数据成为发展趋势,而企业的数据中心正是关键的价值所在。目前,互联网厂商数据中心服务器建设量每年以50%-100%爆发式增长。据IDC数据显示,2020二季度全球服务器出货量320万台,较19年同比增长18.5%。
从下游验证角度来看,云服务厂商资本开支数据大幅提升,预示着服务器采购规模迎来增长。云服务的数据中心是服务器的重要应用领域,且服务器占据了数据中心资本开支的绝大部分,提供云服务的厂商的资本开支数据(CAPEX)可反应服务器市场的发展情况。
据Bloomberg,美国前四大互联网服务供应商:亚马逊、微软、谷歌、脸书的2020年第一季度资本性支出较去年同期增长40%,其中微软和亚马逊增幅较大,说明其对于服务器购买量在近期大幅增长。
据SUMCO数据显示,到2024年服务器整体硅片需求将提升35%。数据中心服务器的增长拉动12英寸硅片需求不断提升,预计2020-2024年服务器的硅片用量为960k、1060k、1100k、1220k、1300k片12寸等效晶圆/每月,其中从细分领域来看,DRAM带来需求将从每月27万片提升到45万片;NAND将从40万片提升至44万片;Logic将从29万片提升至41万片。
2.3 汽车电子:8寸硅片需求提高50%
汽车电子发展迅速,拉动8寸硅片需求,全球市场已接近满产。8英寸硅片一般应用于对制程要求较低或对成本较敏感的产品中,主要包括模拟芯片、MOS逻辑、光电器件、分立器件等产品。近年来,新能源汽车和工业智能装备得到快速普及,模拟和分立器件的市场需求逐步扩大,将为8英寸硅片打开新的增长空间。
根据SUMCO数据,全球汽车电子系统市场规模将由2018年的2190亿美元,增长到2030年的4600亿美元市场规模,CAGR为6.4%。国内市场来看,根据最新《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》修正,假设新能源汽车销售量占比2025年达到20%,2030年为35%。汽车市场总销售增速较慢,每年假设只有1%增速,但渗透率在政策驱动下有望提速,我们测算2025年中国新能源车销售量有望达550万辆,2030年达1000万辆。今年受疫情影响汽车市场承压,中长期看国内新能源汽车有望进入高速成长期,测算结果未来10年复合增速为24.3%。
汽车电子主要拉动8寸硅片需求上行。根据SUMCO数据显示,2018年汽车8寸硅片需求量约为200万片每月,预计2022年将会达到301万片每月,需求提升50.5%,又因8寸硅片产能布局已逐步完善,新增产能较少,面对汽车电子带来的需求激增,供需不平衡将推动8寸片市场价格提升。
3.1 6寸片率先涨价,预计8寸明年春季进入涨价周期
半导体硅片行业具备典型的周期属性,随下游半导体周期波动。从周期角度来看,硅片价格主要受市场供需影响,且价格变化略滞后于市场规模变化。金融危机爆发之前,市场对300mm晶圆需求极度乐观,Shin-Etsu、SUMCO等大厂纷纷做出了激进的扩产计划。受经济危机影响后,随着硅片库存的升高以及智能手机的销售量锐减,全球半导体市场急剧下滑,产能提升滞缓。2011-2013年由于12英寸大硅片普及造成硅片单位面积制造成本下降,但是市场需求依旧低迷,各大晶圆厂商没有再进行大的资本开支计划,硅片价格一路下跌,在2016年达到最低点0.67美元/平方英寸。
6寸、8寸供需格局持续紧张,长期将迎来涨价周期。2016年起,全球半导体硅片销售单价持续上涨。主要受益于半导体终端市场需求强劲,供需矛盾引发价格不断上涨。SUMCO、环球晶圆等硅片大厂相继在2017年宣布投资扩产计划。目前行业正处在经过了近10年供应过剩之后新一轮硅片景气周期。2019年5G手机的发售,单位面积的硅片价格上涨到0.94美元。2016-2019年年复合增长率11.95%。而伴随新能源汽车等新兴应用市场的快速发展,未来受供需关系影响,硅片价格将持续上涨保持高位。目前6寸硅片产线全线满产,供给吃紧,已率先进入涨价阶段,我们预计明年春季全球8寸片市场将随后进入涨价周期。
3.2 12寸硅片市场供需变动及缺口测算
消费电子以及数据中心服务器等确定性需求的不断拉动,12寸硅片市场需求旺盛。据SUMCO预测数据显示,12英寸大硅片产能供给与市场需求之间缺口正不断缩小,随着下游市场火热,对于硅片需求的不断提高,预计在2023年之后全球12英寸大硅片将供不应求,具体来看:
需求端:2000-2018年,受益于移动通信、计算机等终端市场的快速发展,12英寸硅片出货面积从0.94亿平方英寸扩大至80亿平方英寸,市场份额从1.69%大幅提升至2018年的63.83%,市场需求火热。
从晶圆厂角度看, 从16年下半年开始,晶圆厂的存货量逐步下滑,硅片售价也随之逐步上涨。2017年1月,全球晶圆代工厂12寸硅片订单库存量与采购量之比为89%。随后库存采购比逐月下滑,2017年9月前后全球晶圆厂库存量与采购量比维持65%左右动态平衡。
2018年7月降至谷底57%过后,库存采购比渐渐回升,19年末到达顶峰为150%,12寸硅片需求在19年末已达到最低值。SUMCO于19年末预计2020年12寸硅片市场需求将会复苏,但实际来看,受疫情冲击影响下游客户扩产需求推迟,受需求递延效应影响,SUMCO预计2021年整体市场需求将更加强劲:
(1) 基于购买力平价GDP保守预测:2020-2024年12英寸硅片需求曲线CAGR为4.8%,需求将略低于产能,产能利用率将在90%-95%区间;
(2) 基于现有客户订单需求预测:2020年实际出货将达到650万每月,受疫情影响,SUMCO不断下调需求预测曲线,20Q3最新预计未来需求有望在2023年超过产能供给,需求曲线CAGR为5.1%,同时SUMCO表示,伴随疫情缓解,市场火热,未来有望上调需求,进一步缩小供需差距。
(3) 综合预计:到2024年,全球12寸硅片需求分别为650/683/718/755/793万片,2023年将达到供需平衡。
供给端:2018年之前,全球12英寸硅片已有产能为550万每月,通过在原有厂房增加设备等方式(棕色区域),2018-2020产能分别扩大到605、663、705万片每月,扩产之后产能利用率分别为100%、89%、90%。在2021年后,SUMCO预计新建厂房可以投产使用(绿色区域),到2024年全球产能将会达到745、750、755、757万片每月,预计2024年全球12英寸硅片产能将会低于市场需求。
综合来看,SUMCO预计2020-2024年全球12英寸产能利用率分别为90%、89%、94%、99%、102%。预计2024年每月将会产生17万片的需求缺口,进一步推动硅片价格上涨。可以看出,当前各家硅片厂的扩产规划仍相对谨慎,对于硅片厂而言,稳健扩产、推动硅片价格持续抬升,成为了业内共识。
(1)半导体行业景气度不及预期;
(2)下游发展不及预期;
(3)产能利用率不及预期。
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