缺芯引爆国产替代需求,半导体企业IPO热情高涨!

日期: 2021-08-05

导语:2020年下半年以来,在疫情的扰动下,“芯片荒”席卷全球,手机、家电、汽车等多个行业的生产均因缺少芯片受到影响。严重依赖芯片供应的汽车制造业是本次缺芯的重灾区,汽车制造商工厂停产、车型减配等事件屡屡发生。机会在危机中孕育,本次全球缺芯让各行业意识到芯片自主可控的重要性,是我国芯片产业实现产替代的宝贵契机。——大象研究院


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汽车行业饱受缺芯困扰

2020年受新冠疫情影响,全球不少芯片供应商降低产能或关停了工厂,全球芯片供应趋紧,从手机、家电到汽车等各行业因缺乏芯片而暂停生产的新闻频频进入公众视野。大象研究院估计,至少有169个行业的正常生产因芯片短缺而面临中断,美国2021年的GDP甚至可能因此减少1%。



缺芯引爆国产替代需求,半导体企业IPO热情高涨!


汽车行业是受本次全球缺芯影响的重灾区,以车用MCU为代表的车用芯片紧缺造成汽车行业断崖式缺货。特别是车用MCU。芯片在汽车中的作用无可替代,以汽车芯片中最具代表性的MCU(微控制单元)为例,MCU几乎应用于汽车所有领域,如汽车动力系统、底盘、安全气囊、防抱死制动系统/电子稳定控制、通信娱乐系统、车身(车门、车身控制模块)和高级驾驶员辅助系统(ADAS)等重要系统中均需使用MCU作为控制核心。据大象研究院统计,一辆传统燃油车大致需要100-200个半导体芯片,电动车在此基础上数量要翻一倍,数量达到200~400个,而一辆智能化水平较高的纯电动汽车甚至需要800-1000个芯片。


由于芯片在汽车中的重要作用,芯片供应不足将直接影响到整车的排产进度。2020年年末起,由于全球汽车芯片供应紧缺,汽车业的生产受到严重打击,福特、日产、本田、通用、丰田、沃尔沃、一汽大众、上汽大众、上汽通用和东风本田等整车厂商相继宣布旗下部分工厂暂时停产,停产时间从5天至14天不等。大象研究院预测,由于全球范围内汽车芯片短缺,预计2021年汽车产量将减少450万辆,相当于全球汽车产量的近5%。 



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汽车芯片的特点

汽车芯片对于可靠性具有严苛的要求,全球范围内供应商有限。相较于消费电子芯片,汽车芯片的生产难点不在于芯片技术,而在于可靠性要求。消费电子芯片技术迭代非常快,而车规级芯片所采用的主要是成熟制程。车规级芯片出于安全考虑,对于芯片性能指标、使用寿命、可靠性、安全性、质量一致性等方面具有极高要求,这是消费电子芯片难以匹敌的。


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资料来源:大象研究院整理

由于车规级芯片对于可靠性严苛的要求,全球范围内仅有少数经验丰富、品质管理严格的芯片制造企业能够将车规级芯片纳入生产清单。供应商的稀缺性让汽车芯片的供应链相对脆弱,当原有供应商产能紧缺时,汽车制造商能够选择的替代供应商极为有限,其他芯片制造厂商想要进入车规级领域也需要漫长的验证周期,无法形成对汽车芯片产能的快速补充。
汽车芯片供货周期长,芯片制造商主要通过产能调配应对订单波动。芯片的生产需要经过晶圆加工、氧化、光刻、刻蚀、薄膜沉积、互连、测试、封装等多道工序,生产周期一般需要三个月时间,汽车芯片供货周期更是长达半年以上。芯片的供货周期特点要求汽车制造商需要提前对未来需求进行预判。芯片制造涉及CVD设备、PVD设备、光刻机、刻蚀设备、CMP设备等多种精密设备,产线建设需要两年左右时间,因此芯片较难通过新建产能迅速提升供给量,芯片制造商主要通过现有产能的供需调配来应对上游订单波动。

汽车智能化与电动化充分拉动芯片需求,全球汽车芯片供应本不充裕。智能化和电动化是新时代汽车发展的重要趋势,汽车行业对于芯片的需求快速提升。智能座舱、自动驾驶以及中央网关等需要智能中控芯片、算法芯片、传感器芯片等提供算力支撑,新能源车中需要大量电机控制芯片与功率半导体。目前传统汽车半导体平均单车价值在475美元,而智能电动车中单车半导体价值可达600美元以上。目前汽车芯片主要由8英寸晶圆制成,属于成熟工艺,芯片供应商在汽车芯片上的利润率有限,近年来,芯片制造商更倾向于建设12英寸晶圆产线,部分8英寸晶圆厂也在陆续关停,汽车芯片产能本就不充裕。


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                                                                                                       本次汽车缺芯的原因

疫情的爆发是本次汽车行业缺芯的主要诱因。2020年第一季度起,疫情逐步在全球蔓延,对第一季度、第二季度的汽车市场造成巨大冲击。疫情的发生让居民出行活动受到限制,汽车需求和销售陷入停滞。疫情影响下,整车厂被迫调整原有的芯片采购计划,这为后续的缺芯危机埋下伏笔。


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汽车制造商对于汽车需求的判断失误是造成本次行业内芯片供给短缺的关键因素。整车制造商出成本控制的考虑,大多遵循准时制生产方式(Just In Time)的经营模式。准时制生产方式(Just In Time,简称JIT),又称作无库存生产方式(stockless production),准时制生产方式是指将必要的零件以必要的数量在必要的时间送到生产线,并且只将所需要的零件、只以所需要的数量、只在正好需要的时间送到生产。准时生产制以精细化管理的方式有效减少了企业库存,节约了整车厂的生产成本,但同时也降低了整车厂应对市场波动的能力。
2020年初,新冠疫情爆发,全球汽车销量快速下降。加拿大皇家银行资本市场(RBC Capital Markets)曾预计新型冠状病毒肺炎疫情对消费者需求的连锁反应可能会导致2020年全球汽车产量下降16%,而美国汽车销量预计将下降20%。疫情冲击下,多数汽车制造商对未来汽车需求持悲观预期,并遵循准时制生产方式经营模式而主动大幅减少2020年全年的汽车芯片订单,整个汽车芯片供应链备货大幅下降,车规级芯片生产计划萎缩。
2020年第二季度起,受疫情下“宅家经济”影响,人们对手机、个人电脑、平板电脑、游戏机等消费电子产品需求率先恢复,消费电子芯片需求日趋旺盛,芯片制造厂商产能及生产物料开始向消费电子芯片转移。汽车芯片订单不足与消费电子芯片需求扩充的双重作用下,原有的汽车芯片产能逐步转向消费电子,汽车芯片产能受到挤压。

2020年下半年,全球汽车需求超预期反弹,汽车销量开始快速上升。根据乘用车市场信息联席会数据,2020Q3全球汽车销量达到2135万辆,相较于2020Q2增加33.86%;2020Q4汽车销量继续增长,达到2361万辆。汽车需求的快速反弹超出汽车制造商的预期,汽车厂商开始向芯片制造商追加订单。面对汽车行业的新增订单,芯片制造商前期已经将部分汽车芯片产能转向消费电子领域,短时间内无法组织起充足的汽车芯片产能,叠加汽车芯片较长的供应周期,汽车芯片短缺已无可避免。


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 数据来源:乘用车市场信息联席会、大象研究院制图


进入2021年后,全球芯片制造产业频繁遭受意外事件的打击,让本就紧张的汽车芯片供应雪上加霜。2021年2月,美国半导体重镇得克萨斯州遭遇罕见暴雪,导致天然气管道被冻结,全州大面积停电。电力供应紧张造成包括三星、恩智浦、英飞凌等重要的汽车芯片厂商在该地的工厂停产。

2021年3月,全球第三大车用半导体厂商瑞萨电子位于日本茨城县那珂市的工厂发生火灾,直接导致工厂临时停产。据瑞萨电子透露,受火灾波及的厂房所生产的终端芯片中66%为汽车车用芯片,34%为基础设备、loT芯片,该生产线制造的汽车芯片正是汽车行业极度短缺的MCU芯片。

2020年4月,第二波新冠肺炎疫情冲击东南亚各国,越南、马来西亚等东南亚国家陆续采取封锁措施。东南亚是目前全球主要的半导体芯片封装和测试中心,从整体上看,东南亚在全球芯片封装测试市场的占有率为27%,东南亚的封锁进一步加剧全球的“缺芯”问题。


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缺芯下的国产替代机遇

汽车行业“缺芯危机”下,建立自主可控的车规级芯片产业体系自主成为共识。汽车行业缺芯暴露出我国汽车芯片依赖国外供应链的核心问题,在我国引起了包括政府、汽车制造商、芯片制造商和行业协会等对于汽车芯片问题的广泛关注与讨论。2021年6月由中国汽车工业协会主办的第11届中国汽车论坛上,针对汽车缺芯问题专门举办“汽车‘芯荒’与中国对策”主题论坛,建立自主可控的车规级芯片产业体系成为行业内各参与方的共识。
国家牵头发起产业创新战略联盟,大力支持汽车芯片行业发展。2020年9月19日由国家科技部、工信部共同支持,国家新能源汽车技术创新中心作为国家共性技术创新平台牵头发起的“中国汽车芯片产业创新战略联盟”在北京成立。联盟跨界融合汽车和芯片两大产业,主要包括了整车企业、汽车芯片企业、汽车电子供应商、汽车软件供应商、高校院所、行业组织等共70余家企事业单位。联盟旨在建立我国汽车芯片产业创新生态,打破行业壁垒,补齐行业短板,实现我国汽车芯片产业的自主安全可控和全面快速发展,推动我国成为全球汽车芯片的创新高地和产业高地。
本次汽车行业“缺芯危机”或将成为我国汽车芯片行业发展的重要机遇。我国汽车芯片自给率极低,目前我国的汽车芯片市场自给率不足5%,MCU、GPU、FPGA等通用汽车芯片被英特尔、英伟达、恩智浦、瑞萨电子等国外半导体企业高度垄断。长期以来,汽车芯片严苛的认证是阻碍国产品牌进入的重要壁垒。汽车芯片的导入需要先经过两年左右的产品认证周期及一年左右的认证周期,涉及AEC-Q、IATF16949等多项认证。
目前,国外芯片企业和国内外零部件供应商、整车厂已形成强绑定的供应链,极少给予国产芯片导入验证的机会。汽车缺芯事件之下,汽车制造商开始重新审视现有的汽车芯片供应链,国外品牌产能的不足为国内汽车芯片厂商提供了难得的进入契机,我国汽车芯片行业有望迎来宝贵的发展机遇。

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不仅是汽车芯片,我国整个半导体行业都存在广阔的国产替代空间。伴随着我国国民经济的整体迅速发展和工业体系的不断健全,半导体产业是我国建设信息化社会、实现绿色经济、确保国防安全的基础性和战略性产业。改革开放以来,我国半导体产业迅速发展。根据大象研究院整理,2008-2020年,我国集成电路销售额从986亿元迅速增长到8848亿元,产值增长近9倍,年均复合增长率达到20%,远高于全球芯片市场4.5%的年均复合增长率。


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数据来源:大象研究院整理

虽然国内集成电路产业的发展在近年取得了长足的进步,但国产芯片产品仍主要集中在中低端领域,高端芯片仍旧高度依赖进口。每年我国都需要从国外进口数额巨大的芯片产品,以满足生产需求。根据中国海关数据,2020年我国集成电路进口额达到3500亿美元。


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数据来源:中国海关、大象研究院制图


从芯片种类上看,国产芯片在CPU、GPU、DSP、DRAM、NAND FLASH芯片等高端领域市场占有率均低于0.5%。根据IC Insights数据,2020年我国芯片市场规模达到1430亿美元,同期我国国产芯片销售规模仅为227亿美元,国产替代率仅15.87%,国产芯片厂商未来仍有广阔的国产替代空间。


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数据来源:IC Insights、大象研究院制图

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国家力挺半导体行业自主可控

美国对我国半导体领域的封锁与打压,凸显出半导体行业自主可控的重要性和紧迫性。半导体行业是国民经济支柱性行业之一,其发展程度是衡量一个国家科技发展水平的核心指标。作为芯片领域的领先国家,美国对我国芯片行业多次发动制裁,限制我国相关企业及科研院所的技术发展。2018年4月16日,美国商务部宣布将对中兴实施为期七年直至2025年的技术禁售令,禁止美国公司向中兴直接以及间接出售零部件、商品、软件和技术。
2019年5月15日,美国政府将华为和北京航空航天大学、电子科技大学、国防科技大学等六所高校列为“实体名单”,美国公司与实体名单机构合作需要向美国政府申请许可;2019年8月1日,美国BIS正式以国家安全和外交利益为由,将包括成都海威华芯科技有限公司、中国电子科技集团公司第十三研究所等在内的44家中国企业(8个实体和36个附属机构)列入出口管制实体清单;2020年9月,商务部工业与安全局(BIS)进一步限制了华为技术有限公司及其在实体名单上的非美国关联公司对使用美国技术和软件在国内外生产的产品的访问权限。2020年10月,中芯国际被列入美国出口管制关注名单,美国设备商Applied Materials、Lam Research、KLA等业者的设备、零组件出口至中芯国际时受到管制、供货期延长或有不确定性。

芯片的制造过程可以分为设计、晶圆制造、封装、测试四个步骤,目前我国在芯片设计、封装、测试领域与国际先进水平的差距较小,但在晶圆制造领域,美、日厂商占据制造设备、芯片材料的主要份额,国产芯片制造厂商在芯片制程上相较于国际先进水平也存在代际差距。美国意在通过对我国芯片企业、科研机构的限制,限制我国半导体产业的进一步发展,保持自身在半导体产业的领先地位。


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我国一直大力推进芯片行业发展,近年来国家密集颁布多个集成电路扶持政策。我国将半导体产业定位为战略型新兴产业,近年来相继出台《关于集成电路设计和软件产业企业所得税政策的公告》、《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》、《国家高新技术产业开发区“十三五”发展规划》等多项支持政策,从投融资、税收、补贴等政策全方位支持芯片行业发展。


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资料来源:大象研究院整理


国家半导体大基金一期带动社会融资共同助推芯片行业发展。2014年6月《国家集成电路产业发展推进纲要》发布,确立了中国集成电路大产业的发展方向与目标。同年9月,工业和信息化部、财政部、国家开发银行联合牵头发起设立国家集成电路产业投资基金(国家半导体大基金),首期募集总规模1387.2亿元,为国内单期规模最大的产业投资基金。截至2018年年底,大基金一期投资基本完毕,投资总金额约1047亿,同时带动新增社会融资(含股权融资、企业债券、银行、信托及其他金融机构贷款)约5145亿元,极大促进了半导体行业的发展。根据大象研究院整理,国家半导体大基金一期主要投资方向及金额如下图:


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数据来源:大象研究院整理


国家半导体大基金二期方兴未艾,芯片行业有望延续高速发展态势。2019年10月22日,国家集成电路产业投资基金二期股份有限公司(国家半导体大基金二期)成立,公司注册资本达到2041.5亿元。在半导体集成电路零部件峰会上,国家大基金透露了未来大基金投资布局及规划方向,半导体设备半导体材料成为投资重点:
一、推动在刻蚀机、薄膜设备、测试设备和清洗设备等领域的龙头企业做大最强,加快开展光刻机、化学机械研磨设备等核心设备及关键零部件的投资布局;
二、推动建立专属的集成电路装备产业园区,吸引装备零部件企业集中投资设立研发中心或产业化基地,积极培育中国大陆“应用材料”或“东电电子”的企业苗子;
三、继续推进国产装备材料的下游应用,持续推进装备与集成电路制造、封测企业的协同,督促制造企业提高国产装备验证及采购比例,为更多国产设备材料提供工艺验证条件,扩大采购规模。

大基金对产业的发展具有明显的促进作用,我国半导体产业有望延续高速增长态势。以大基金一期为例,在基金的引导带动下,国内集成电路行业投融资环境明显改善。以集成电路行业中资金密集型特点最为显著的制造业为例,中国大陆集成电路制造业2014-2017年资本支出总额相比之前四年实现翻倍,我国集成电路销售额也实现快速增长。目前,国家半导体大基金二期已正式开始投资,叠加国家一系列配套政策的大力扶持,我国半导体行业有望抓住国产替代的广阔空间,延续高速发展的态势。


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                                                                                      半导体企业上市热情高涨


自2019年科创板注册制落地实施以来,IPO审核效率明显提升,也在一定程度上激发了企业的上市热情。尤其是半导体行业,由于证监会明确支持芯片相关企业上市融资,更助涨了这波上市热潮。据大象研究院统计,2019年,半导体行业共有20家半导体企业IPO过会,2020年有17家半导体企业成功登陆科创板。

2020年下半年以来,5G、数字经济、人工智能等技术加速推进,通讯基站、物联网、智能家居、智能汽车等各类应用广泛渗透,带来旺盛的芯片需求。随着整个产业链景气度的提升,半导体行业迎来高景气的发展周期。面对下游需求的爆发,各大芯片制造商厂商纷纷扩产,带动设计、设备、材料、封测等全产业链的发展,也推动了更多半导体企业谋求上市。

根据大象研究院统计,截至7月30日,共有96家半导体企业更新IPO状态,其中气派科技、力芯微、复旦微、芯微电子已完成发行,格科微、艾为电子正在发行,冠石科技已领取核准发行批文,各半导体相关企业IPO审核进度如下图所示:


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资料来源:大象研究院整理


在97家公告进入IPO上市流程的半导体企业中,共有66家设计类企业数量,占比69%;半导体设备类企业为9家,占比为9.2%,其余各细分领域企业数量如下图:

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数据来源:大象研究院整理


我国半导体行业具有广阔的国产替代空间,国家和大基金从政策、资金量两方面对行业发展大力支持,注册制的发展为半导体企业的上市铺平道路,未来我们将看到越来越多的优秀半导体企业登陆资本市场。
















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