谁是全世界芯片行业的“麒麟才子”？得之可得天下！

 

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自从半导体技术问世败兴，美国始终是该行业的领先者。它在设计、制造和市场营销方面持有深厚的技术和经验，在全世界芯片市场中占据着重要地位。与此同期，中国在过去几十年里取得了巨大的发展，并且已然作为世界上最大的消费者市场之一。按照2021年的数据，美国半导体市场规模为530亿美元，而中国市场规

模为2070亿美元，二者合计占据了全世界总营销额的60%。

数据源自：世界半导体贸易统计 （WSTS） 

下面，咱们将从芯片产业链的方向来分析全世界芯片行业的发展状况以及中美两国之间的发展差异。

芯片产业链：美国占据高产值环节，开发一家独大按照CSET的归类办法，芯片产业链重点由芯片开发和制造产业链两部分（如下图）形成，亦包含所运用设备的研制产业链。制图：数据猿

按照CSET2020年发布的报告《半导体产业链：各国竞争力评定》， 从产值占比来看，开发部分占比2.4%；制造部分占比97.6%。

表：芯片产业链各部分产值与市场份额（2019年）

源自：CSET报告《半导体产业链：各国竞争力评定》而在制造环节中，生产的产值占比最高，达38.4%；其次是设计，占比29.8%；生产的工具占比14.9%；封装、测试与包装占比9.6%；晶圆占比2.5%。

数据源自：CSET报告 制图：数据猿

从市场份额来看，开发部分，美国的占比最高，电子设计自动化占比96%；核心知识制品占比52%；欧洲在核心知识制品部分占比43%；中国在开发部分的占比在1-3%。

数据源自：CSET报告  制图：数据猿

制造部分，美国在设计、生产的工具、生产三个环节的市场份额均排第1，分别达47%、44%、33%；日本在晶圆、封装/测试/包装的工具这两个环节的市场份额最高，分别为56%、44%；中国在晶圆部分的市场份额合计为20%，封装/测试/包装的市场份额43%，生产的市场份额26%，设计的市场份额11%。

从市场份额的方向来看，美国在设计、生产的工具、生产三个环节占据领先地位；中国重点在封装/测试/包装部分处在优良位置；生产部分在全世界排第二，仅次于美国；晶圆部分优于美国；而在设计、生产的工具等部分均表现较弱，尤其是生产的工具部分，仅占1%。

结合产值的比例来看，封装、测试与包装的占比9.6%；晶圆占比2.5%；能够说这两个环节都属于低产值。

而产业链中高产值的部分是生产（38.4%）、设计（29.8%）、生产的工具（14.9%），这三个环节日前占据领先地位的均是美国。

总的来讲，在芯片产业链上，美国在开发部分一家独大，而在制造部分又占据了高产值的环节。

制造产业链上的明珠：技术为王，ASML&台积电各领风骚

本节，咱们将根据制造产业链上的重点环节，选择有表率性的上市机构，结合机构制品与财务数据进行分析，从而对芯片行业的最新技术发展以及运营状况有所认识。

制造-设计环节

芯片设计是全部产业链中最基本的环节之一。在设计周期，设计机构需要按照市场需要和技术发展趋势确定芯片的规格和性能需求，而后进行电路设计、仿真和验证等工作。包含CPU、GPU、FPGA等各样类型的芯片设计。重点机构有美国的英特尔（Intel）、英伟达（Nvidia）和高通（Qualcomm），以及中国的海思半导体（HiSilicon）和展讯通信（Spreadtrum）等机构。

表率机构：英伟达（Nvidia）

2023年2月21日市值：5081亿美元

英伟达（Nvidia）成立于1993年，重点从事GPU（图形处理器）的设计、制造和营销，是全世界最大的独立GPU生产商之一。在芯片制造产业链中，英伟达属于最上游的Fabless设计机构。

Nvidia的GPU广泛应用于电子游戏、专业可视化、高性能计算、深度学习等行业，被视为行业标准。Nvidia在芯片行业中地位明显，其GPU和AI芯片被广泛应用于多个行业和行业，市场份额和影响力都非常强大。据Top500.Org 数据表示，英伟达GPU制品在全世界 Top 500 超算中心的渗透率逐年加强，由 2013H1 的72.2%提高至 2021H2 的90.3%，几乎处在垄断地位。

英伟达的制品重点为数据中心、游戏、专业可视化和汽车市场而设计。Nvidia的GPU制品重点分成三个系列制品，分别面向区别的应用类型和用户群体，分别是：重点面向3D游戏应用的GeForce系列、面向专业图形工作站应用的Quadro系列、专用GPU加速计算的Tesla系列。在芯片、服务器等硬件设备之上，CUDA、DOCA 等研发套件构成为了英伟达软件业务的底层基本框架，这里之上形成HPC、AI、Omniverse平台，最后在应用工具&框架层面供给企业 AI、自动驾驶、云游戏、元宇宙、医疗等众多计算服务。

源自：富途证券

英伟达的GPU架构平均每2年更新一次架构，每6个月推出一款新制品。从 Tesla 到Ampere、从 GTX 到 RTX 性能稳步提高。在同代显卡制程工艺落后于AMD情况下，性能、能耗比却能与AMD打平，反映出英伟达顶级芯片设计能力。

源自：富途证券

2022年，在数据中心方面，英伟达起始出货 NVIDIA H100 张量核心 GPU 的生产样品；宣布与微软创立数年合作，打造基于云的人工智能超级计算机；宣布与甲骨文创立数年合作伙伴关系，将 NVIDIA 的全加速计算堆栈引入甲骨文云基本设备；宣布Rescale正在将NVIDIA AI Enterprise集成到其HPC即服务制品中；宣布推出两项新的大型语言模型云AI服务—NVIDIA NeMo LLM和NVIDIA BioNeMo LLM服务；并宣布推出新的数据中心处理方法，供给针对 VMware vSphere 8 优化的零信任安全性。

在游戏方面，英伟达起始出货 GeForce RTX 4090；推出 NVIDIA DLSS 3；并扩展了 GeForce NOW 库，新增了 85+ 款游戏，使可用游戏总数达到1400+。

在专业视觉中，英伟达引入了 NVIDIA Omniverse Cloud。

在汽车方面，英伟达推出了 NVIDIA DRIVE Thor；宣布Hozon Auto的Neta品牌将在NVIDIA DRIVE Orin平台上生产未来的电动汽车；并宣布了新的DRIVE IX生态系统合作伙伴。

在营收方面，截止2022年10月30日的前9个月，机构营收209.23亿美元， 毛利率55.1%。

数据源自：SEC文件 单位：百万美元

从收入形成来看，数据中心占比54%，游戏占比35%，专业视觉占比6%，汽车占比3%。

数据源自：SEC文件 单位：百万美元

从区域形成来看，美国占比29%，中国台湾占比24.5%，中国大陆加香港占比23%。

制图：数据猿

从2018-2022财年的财务指标来看，英伟达的收入增速在近期两年达到了53%、61%，相当高；毛利率亦稳定在60%以上，运营利润率亦提升至37%。开发费用占比保持在20%上下。

制图：数据猿

我们综合来看英伟达、英特尔、高通2022财年的运营数据，还是英伟达表现最佳，英特尔经营有反常。

制造-生产环节

芯片制造是将设计好的电路图转化为实质的芯片制品的过程。制造过程中包含光刻、蚀刻、清洗、电镀等多个环节。日前全世界重点的芯片制造厂商重点集中在亚洲地区，其中台积电、三星是市场份额最大的厂商。中国大陆的重点厂商有中芯国际。

本环节选择的表率机构：台积电（TSMC）、中芯国际（SMIC）

表率机构：台积电（TSMC）

2023年2月21日市值：4545亿美元

台积电（TSMC）成立于1987年，重点业务包含集成电路及其他半导体安装的设计制造、光罩与封装技术服务等。

台积电（TSMC）是全世界最大的晶圆代工厂之一，其制品线涵盖了从20纳米到3纳米等多个制程节点，以及针对区别应用场景的特定工艺。

2022年12月，台积电宣布其3nm技术已成功进入批量生产，产量良好，并透露台积电在新竹和台中的2nm工程正如期进行。

与5nm（N5）工艺相比，相同速度下台积电3nm的规律密度增益增多60%，功耗降低30-35%，并支持创新的台积电FINFLEXTM架构。3nm技术将海量应用在推动将来顶尖制品中，包含超级计算机、数据中心、高速国际网络、AR/VR等。

据Business Next采访报告，半导体行业分析师和专家估计，日前台积电的N3良率可能在60%~70%，最高在75%~80%，第1批的成绩还算不错。相比之下，三星代工厂的3GAE良率在初期周期从10%~20%不等，废片率高得离谱，并且无改善。

日前，台积电3nm晶圆的报价是2万美元/片，比5nm贵了20%。

营收方面，2022年台积电营收2.26万亿新台币（758.81亿美元），同比增长42.6%；毛利率59.6%。

从制品收入形成来看，7nm占比27%，5nm占比26%，两者合计占比53%；16nm占比13%，28nm占比10%。

源自：台积电财报

从收入变化来看，5nm的收入逐季提升，7nm的收入较为稳定。

源自：台积电财报

从收入平台来看，HPC（高性能计算机）占比41%，智能手机占比39%，这两项合计占比80%；汽车行业占比5%。

从年度同比增速来看，汽车行业最高，达74%；HPC（高性能计算机）年度增长59%，智能手机增长28%；来自物联网（IoT）的收入2022年度同比增长47%。

源自：台积电财报

制图：数据猿

按照2018-2022财年的重点财务指标，台积电的收入增速在近三年分别为25%、19%、42%，毛利率亦显现逐年提升的趋势，2022年达到了60%；运营利润率亦是一样的表现出色，2022年达到50%。开发花费占比保持在8%上下。同期，能够看出经营现金流的表现亦非常优秀。

表率机构：中芯国际

2023年2月21日市值：1320亿港币

中芯国际成立于2000年，是中国内地规模最大、技术最先进的集成电路芯片代工企业。向全世界客户供给0.35微米到FinFET区别技术节点的晶圆代工与技术服务。

源自：招股书

机构重点从事基于多种技术节点、区别技术平台的集成电路晶圆代工业务，以及设计服务设计与IP支持、光掩模制造等配套服务，集成电路晶圆代工是机构主营业务收入的重点源自。

中芯国际集成电路晶圆代工业务系以8英寸或12英寸的晶圆为基本，到2022年底折合8英寸月产能达到71.4万片，全年产能利用率为92%。

营收方面， 2022年度未经审计的营业收入为 495.16亿元人民币，同比增长39%。

按照2022年第三季度财报数据，主营业务收入中，晶圆收入占比92.5%，其中，12英寸晶圆收入占比68.4%，8英寸晶圆收入占比31.6%。按应用行业划分，智能手机占比26%，消费电子占比23.3%，智能家居占比14.9%。从区域来看，69.6%的收入来自中国内地与香港；境外收入占比30.4%。

源自：中芯国际财报

按照2021年财报数据，技术类晶圆的营销比例分别为55/65nm（29%）、0.18微米（29%）、40/45nm（15%）、FinFET/28nm（15%）。

数据源自：中芯国际财报

制图：数据猿

按照2017-2021财年的财务指标数据，中芯国际在2020-2021年的收入增速有显著改善，2021达到了39%；毛利率表现稳定，处在20%-30%之间；运营利润率在2021年有显著好转，提升至26%；开发花费占比在20%以下。

制图：数据猿

从上图数据来看，中芯国际与台积电之间的差距还是非常大的。

制造-生产的工具

芯片生产的工具指的是用于制造芯片的设备和工具。常用的芯片生产工拥有：

光刻机：用于将设计好的芯片电路图案转移到硅片上。

离子注入机：用于在硅片上注入离子，改变硅片材料的导电性能。

化学气相沉积设备：用于在硅片上沉积薄膜。

除此之外，还有许多其他的设备和工具，如化学机械抛光设备、电子束揭发机等。区别的设备和工具在芯片制造过程中发挥着区别的功效，一起构成为了芯片制造的生产线。

表率机构：ASML（阿斯麦）

2023年2月21日市值：2500亿美元

ASML是一家总部位置于荷兰的半导体制造设备供应商。该机构成立于1984年，重点供给先进的光刻机设备给半导体制造商，是全世界最大的光刻机制造商，亦是世界上独一的极紫外线（EUV）设备制造商。ASML的光刻机技术是制造芯片的关键过程之一，亦是半导体制造业中最繁杂的制造工艺之一。

ASML的制品线非常广泛，涵盖了芯片制造的各个方面，包含光刻机、暴露机、薄膜沉积设备和化学机械抛光设备等。其制品为各样行业波长供给图案化处理方法，从最先进的 13.5 nm EUV 波长到 193 nm、248 nm 和 365 nm 的行业主力 DUV 波长。

源自：SEC文件

重点制品包含：

1、光刻机（lithography systems）：用于芯片制造的关键设备，利用光学投影技术在硅片上“绘制”微小的电路图案。ASML的光刻机制品线包含传统的DUV光刻机、多重电子束刻蚀系统（MEB）和极紫外光（EUV）光刻机。

2、EUV光源（EUV sources）：用于为EUV光刻机供给光源，将更小的电路图案“绘制”到芯片上。TWINSCAN NXE：3600D是其最新一代的EUV 0.33 NA光刻系统，结合了最高分辨率，生产率加强了15-20%，覆盖率加强了约30%，同期还加强了系统可用性。

同期，ASML已然起始构建下一代EUV光刻系统，与当前EUV平台的0.33 NA相比，更高的数值孔径（NA）为0.55 NA，进一步加强了分辨率。预计EUV 0.55 NA（高NA）技术将在2025/2026年起始支持大批量生产。

源自：ASML

2022年，ASML收到了来自所有现有EUV客户的采购订单，以交付业界首个TWINSCAN EXE：5200系统—EUV大批量生产系统，拥有高数值孔径和每小时220片晶圆的生产率。这些采购客户将在2024-2025年起始开发，目的是在2025-2026年实现大批量生产。

最新的先进浸入式系统TWINSCAN NXT：2100i，于2022年第三季度推出。除了对透镜计量、光罩调节和晶圆表的内在改进以及整体交叉匹配改进外，NXT：2100i还拥有对准优化器12颜色包等创新。该系统供给每小时 295 片晶圆的生产率以及前所未有的覆盖性能，为客户供给了 3 nm 以下节点上关键浸没层的最具成本效益的处理方法。

在干式系统方面，继新一代KrF系统TWINSCAN XT：860N之后，ASML向客户交付了第1台TWINSCAN NXT：870 248 nm步进扫描系统。NXT：870是一款高生产率的双级KrF光刻工具，设计用于110 nm分辨率及以上的300 mm晶圆生产。经过运用NXT平台，该系统将生产率从XT：860N的每小时260个晶圆加强到每小时330个晶圆。针对更关键的KrF层，0.93 NA TWINSCAN XT：1060K是最先进的双级KrF光刻工具，波长为248 nm，拥有业内最高的数值孔径和生产率，在80 nm及以下供给一流的分辨率。TWINSCAN XT：400L是其最新的i-line光刻系统，能够打印分辨率低至220 nm的特征，用于200 mm和300 mm晶圆生产。

在EUV High-NA业务中，ASML从供应商那里收到了第1台High-NA机械投影光学和照明器，以及新的晶圆架台。这些模块将用于初始测试和集成，是EXE:5000项目的重要一步。

另外，为了进一步加强其制品供给，ASML发布了ALO12C - 一种硬件-软件组合，能够使其客户运用12种颜色而不是4种颜色来优化晶圆对准性能。

ASML还继续推进计量和检测路线图。例如，HMI eScan 1100多光束系统是ASML第1代多光束系统，拥有25束（5x5），已被交付供客户评定。

2022年，ASML还交付了第1台eScan460系统，这是ASML的下一代单光束检测系统。

同期，ASML预计2025-2026年将产能增多到90台EUV 0.33 NA和600台DUV系统；2027-2028年之间将把EUV 0.55 NA（高NA）的产能提高到20台。

在营收方面，ASML的大部分收入来自光刻系统的营销。截止2022年12月31日，ASML 2022财年营销额达到211.73亿欧元，与2021年相比增长了13.8%，毛利率为50.5%。ASML预计2020-2030年时期能够保持14%的年收入增长率。

在详细制品营销方面，2022 年确认了 40 台 EUV 系统（所有为 NXE：3600D）， 305 台DUV系统的营销量。40台EUV 系统净营销额70.45亿欧元，算下来平均单价在1.76亿欧元。

数据源自：SEC文件

从EUV、ArFi、ArF三个高端机型的出货来看，ASML出货149台，2022年全世界共出货157台，ASML占有95%的市场份额。EUV方面还是ASML独霸鳌头，市占率100%；ArFi方面ASML市占率高达95%+；ArF方面ASML占有87%+的市场份额；KrF方面ASML亦是占据72%+的市场份额；在i线方面ASML亦有23%+的市场份额。

在区域营收上，中国台湾2022年贡献了80.95亿欧元，占比38%；韩国60.45亿欧元，占比28.5%；中国大陆29.16亿欧元，占比13.8%。

数据源自：SEC文件

制图：数据猿

从2018-2022财年的重点财务指标来看，ASML的收入增速分别达18%、33%、14%；毛利率基本稳定在50%上下，开发花费占比在15%上下，运营利润率提升至30%以上。

制造-封装测试

封装测试是芯片产业链中的后续环节，包含芯片封装、测试、打标、排序等过程。按照CINNO Research 的报告，2022 年上半年全世界半导体封测(OSAT) 前十大厂商市场营收增至约 175 亿美元，同比增多约 16.7%。其中，日月光控股 (ASE) 营业收入同比增长约 27.1%，位居第1。

数据源自：CINNO Research

表率机构：日月光控股 (ASE)

2023年2月21日市值：147亿美元

日月光控股是全世界最大的封装与测试服务供应商之一，重点为半导体设计机构和晶圆制造厂供给封装和测试服务。该机构成立于1987年，总部位置于台湾新竹市，日前在亚洲、美洲和欧洲持有多个制造基地和客户服务中心。其封装和测试服务范围涵盖从功率半导体器件到微处理器和存储器等多种制品。

该机构的重点业务包含前段封装、后段封装和测试。前段封装涵盖了晶圆级封装和芯片级封装，后段封装则包含多种型号的塑封、陶瓷封装和金属封装。测试方面则涵盖了规律IC、存储器、模拟和射频器件等多种制品的测试。另外，机构还供给芯片设计服务和先进封装开发等增值服务。

营收方面，日月光控股 (ASE) 2022年营收6708.73亿新台币，同比增长18%，毛利率20%。

数据源自：ASE财报 制图：数据猿

从2019-2022财年的重点财务指标来看，开发花费占比稳定在4%，收入增速在15-20%之间，毛利率基本在20%上下，营业利润率在10%上下。

综合以上各产业链节点的分析，咱们能够得出如下结论：

1、2020年败兴芯片市场发展强劲，产业链上的各环节均显现明显增长。其中，设计与生产环节尤其受益，英伟达的增速高达61%，台积电、中芯国际的增速亦在40%上下。

从各机构的最新营收水平来看，台积电遥遥领先。台积电（2022年）营收高达758.81亿美元，英伟达（2021年）269.74亿美元，阿斯麦（2022年）ASML 226.5亿美元，中芯国际（2021年）营收约52亿美元，日月光控股（2022年）营收约195亿美元。

制图：数据猿

2、在毛利率方面，阿斯麦ASML、英伟达、台积电的毛利率远超中芯国际与日月光控股。这亦说明高产值环节的毛利率水平较好，而中芯国际虽然亦处在高产值的生产环节，然则因为制品在技术节点上还属于比较低端的，因此呢，毛利率水平偏低。日月光控股处在封测环节，毛利率仅20%。

3、 在全世界光刻机市场，ASML独霸鳌头，ASML日前在2022年度财报中暗示，2030年之后，将有望实现NA高于0.7(Hyper-NA)的EUV光刻机。

4、各方数据均再一次说明，台积电在生产行业的绝对领先地位。按照Gartner的报告，台积电和三星是独一持有10nm以下先进技术的机构，2021年台积电以53%的市场份额引领市场，其次是三星（18%）。从这个方向来看，台积电已作为兵家必争之地。

关于芯片的战略道理

针对中国来讲，在芯片产业的全产业链进行布局，尤其是设计与生产的工具这两个环节，虽然任重而道远，但又是势在必行的。这不仅是由于商场价值，其中的战略道理更为重大。

按照美国半导体工业协会（SIA）2021年《行业状况》报告，在规律芯片（CPU、DSP等）产能方面，中国大陆在45nm以上占23%，美国9%，中国台湾31%，韩国10%，日本13%，欧洲6%，其他7%；28-45nm里，中国大陆占19%，美国6%，中国台湾47%，韩国6%，日本5%，欧洲4%，其他13%；10-22nm里，中国大陆占3%，美国43%，中国台湾28%，韩国5%，欧洲12%，其他9%；10nm以下仅有中国台湾（92%）和韩国（8%）。

制图：数据猿

毋庸置疑，在区别技术水平的芯片里，最抓眼球的肯定是10nm以下的，尤其是5nm以下的。

美国总统拜登在2022年签署《芯片和科学法案》，将在五年内投资超过2000亿美元来帮忙美国重新得到半导体芯片制造行业的领先地位。

该法案供给520亿美元的补助及约240亿美元的投资税收减免，投资超过1700亿美元推动科技开发，意在加强美国半导体产业链的完整性与加强国际竞争力。

值得重视的是，该法案亦显示禁止得到帮助的机构在中国投资先进制程芯片，为期十年，尤其是14纳米以下的先进制造。

韩国产业经济与贸易科研院（KIET）的报告指出，美国芯片法案的最后目的是在经济、军事以及科技行业上压倒中国。

2023年1月24日，《欧洲芯片法案》正式经过。按照最新的《欧洲芯片法案》草案及修正案内容表示，其芯片战略重点围绕五大目的：

1、强化欧盟在科研和技术层面的领导地位；

2、创立并强化欧盟在先进、节能和安全芯片设计、制造和封装方面的创新能力，并将其转化为商场制品；3、创立一个适当的框架，到2030年大幅加强芯片生产能力（在全世界半导体产能中的份额加强到20%），减少对外依赖；4、处理严重的技能短缺问题，吸引创新人才并支持熟悉劳动力的培养；5、加深对全世界半导体供应链的认识。

当前，芯片行业正在经历一场结构性转型，其驱动力是：

1、五大超级大国加速了万物的数字化：计算、无处不在的连接、云到边缘的基本设备、人工智能和传感。

2、计算机架构的代际转变：从SoC到小芯片的转变，芯片对工作负载的定制增多，以及指令集的多样化。

3、原始设备制造商和CSP与芯片制造的垂直整合。

4、增多先进节点技术的开发成本和产能。

5、地缘政治问题凸显了供应链危害。

这些转型趋势正在推动由移动、计算和汽车应用驱动的前沿先进节点的半导体市场明显增长。同期，COVID-19大流行和地缘政治问题凸显了世界对半导体的依赖以及支撑该行业的供应链的脆弱。

文：七七 /

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