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科创板制度红利及国产化推动半导体板块发展
半导体行业在科创板注册制下充分受益。根据Wind数据，自2019年6月科创板开板至2022年7月26日，A股上市半导体公司总数量增加2.1倍到105家，总市值上升到2.7万亿元。公募基金半导体持仓占比从2Q19的1.2%上升到2Q22末的5.1%，半导体成为中国股票投资中的重要行业之一。
2019年至今半导体板块市值占比增加明显，行业地位在A股市场重要性显著提高。根据我们统计，自2019年初以来，得益于半导体国产化及科创板落地，A/H科技股半导体子板块市值增加了2.52万亿元（包含个股股价上涨，及新上市公司加入的贡献），达到2.82万亿元，较19年初增长了631%，相比之下A/H科技股手机产业链子板块市值增加了48%，通信及安防设备子板块市值仅增加了40%。
从市值占比来看，半导体板块从2021年初的15%增加到2022年7月26日的45%，在A股市场重要性显著提高。
A股半导体企业在模拟、功率、CIS、封测等领域具备一定竞争力。经过多年的发展，我国大部分中低端半导体产品实现了国产化替代，但是高端产品有待进一步的发展和提高国产化率。目前在消费类电子，如机顶盒芯片、监控器芯片等以及通信设备芯片，国内厂商能较好地兼顾性能、功耗、成本等因素，被市场广泛认可。但在高端如智能手机、汽车、工业以及其他嵌入式芯片市场，我国仍落后。
我们认为未来中国半导体国产化拥有三大重要方向：第三代半导体、半导体设备、AI/大算力芯片
1）第三代半导体：根据Yole和我们的测算，到2025年全球碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）市场规模有望分别达60/35亿美元，分别达2020年的5/4倍。第三代半导体可满足高温、高压、高频等应用场景，与新能源汽车、光伏、5G、消费快充等高成长性下游领域深度绑定，未来成长空间广阔。目前国内厂商已基本覆盖全产业链，未来有望把握国产替代机遇，实现份额快速提升。
2）半导体设备：受地缘政治影响，我们认为全球半导体行业的生产中心未来会从中国台湾一级集中走向全球分散布局。发展制造，设备，材料等核心环节，避免“卡脖子”问题是未来中国半导体行业重要发展路线。我们看到中国企业在清洗、PVD、炉管、刻蚀等领域取得长足进展，光刻机等关键设备上国产化率几乎为0。美国出口管制压力下，设备国产化需求存在进一步提升空间。
3）AI/大算力芯片：据WSTS，全球计算芯片2021年市场规模约1548亿美元，占全球半导体市场28%。主要以英伟达、AMD和英特尔三家独大，21年三家营收总和1036.14亿美元。我们看到国内目前在四大领域计算芯片正加速国产替代：1）信创市场：国产化率政策驱动下PC及服务器CPU/GPU进口替代加速；2）数据中心：依托互联网云计算企业投资建设加码；3）智能汽车：电子电气架构向中央集成转变下，车载芯片迎来发展；4）安防：龙头企业受制裁叠加海思缺位下芯片国产化率较高。
第三代半导体国产化
第三代半导体材料在高压、高温、高频场景具备明显优势
第三代半导体材料是指以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体材料，主要应用于高压、高温、高频场景。与前两代半导体材料相比，第三代半导体材料禁带宽度大，具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优势。
因此相较于传统硅基器件，采用第三代半导体材料制备的半导体器件不仅体积小重量轻，同时还具备更高的功率输出密度、更高的能量转换效率，可以显著提升系统装置的性能。其中，碳化硅器件具备耐高压、低损耗和高频三大优势，可以满足高温、高压、大功率等条件下的应用需求，广泛应用于新能源汽车、光伏、工控等领域。氮化镓器件具备高开关频率、耐高温、低损耗等优势，可用于制作功率、射频、光电器件，广泛应用于消费电子、新能源车、国防、通信等领域。
碳化硅用于生产功率及射频器件，产业链包括衬底制备、外延层生长、器件及下游应用。根据电化学性质不同，碳化硅晶体材料分为半绝缘型衬底（电阻率高于105Ω·cm）和导电型衬底（电阻率区间15~30mΩ·cm）。不同于传统硅基器件，碳化硅器件不可直接制作于衬底上，需先使用化学气相沉积法在衬底表面生成所需薄膜材料，即形成外延片，再进一步制成器件。通过在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层制得碳化硅基氮化镓外延片，可制成HEMT等微波射频器件，适用于高频、高温工作环境，主要应用于5G通信、卫星、雷达等领域。
在导电型碳化硅衬底上生长碳化硅外延层制得碳化硅外延片，可进一步制成碳化硅二极管、碳化硅MOSFET等功率器件，适用于高温、高压工作环境，且损耗低，主要应用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等领域。
氮化镓用于生产射频、功率、光电器件，产业链与碳化硅类似。氮化镓器件所用衬底主要包括碳化硅衬底、硅衬底、蓝宝石衬底、氮化镓衬底。通过在碳化硅衬底上生长氮化镓外延层制得GaN-on-SiC外延片可制成射频器件，碳化硅基氮化镓射频器件具备更高效率、更大带宽、更高功率等优势，可更好的满足5G宏基站、卫星通信、微波雷达、航空航天等军事/民用领域对射频器件的高要求；通过在硅衬底上生长氮化镓外延层制得GaN-on-Si外延片可制成功率器件，硅基氮化镓功率器件具备高转换效率、低导通损耗、高工作效率等特点，可在大功率快充充电器、新能源车、数据中心等领域实现快速渗透；通过在蓝宝石/氮化镓衬底上生长氮化镓外延层制得GaN-on-Sappire/GaN-on-GaN外延片可制成光电器件，氮化镓光电器件具备基带宽度大、击穿电场高、电子饱和漂移速度快等特性，在Mini LED、Micro LED、传统LED照明领域应用优势突出。
全球SiC市场空间广阔，国内厂商奋起直追
新能源汽车/光伏/工控等领域加速渗透，2025年市场规模有望增长至2020年的5倍
2020年全球SiC器件市场规模达11.84亿美元，预计到2025年有望增长至59.79亿美元，对应CAGR为38.2%。我们考虑SiC渗透率等假设，根据下游领域分别测算后加总。在碳中和趋势下，受益于SiC在新能源汽车、光伏、工控等领域的持续渗透，SiC功率器件市场规模有望从2020年的2.92亿美元增长至2025年的38.58亿美元，对应CAGR为67.6%；5G、国防驱动GaN-on-SiC射频器件加速渗透，逐步取代硅基LDMOS，SiC射频器件市场规模有望从2020年的8.92亿美元增长至2025年的21.21亿美元，对应CAGR为18.9%。下游SiC功率及射频器件高速增长的需求也将带动SiC材料市场规模快速成长，按照SiC材料在SiC器件中价值量占比50%计算（根据CASA），预计将由2020年的5.92亿美元增长至2025年的29.90亿美元，对应CAGR为38.2%。
驱动力#1新能源汽车：800V架构时代来临，SiC加速渗透的核心驱动力
我们认为碳化硅加速渗透的核心驱动力为新能源汽车。根据我们的测算，2020年全球新能源汽车SiC器件及模块市场规模为2.7亿美元，预计到2025年达30.1亿美元，对应CAGR为62.3%，占全球碳化硅器件市场规模将达到50%；由此带来的2020年对SiC晶圆（6寸）的消耗量达13.7万片，预计到2025年将达199.6万片，对应CAGR为71.0%。目前应用碳化硅的包括特斯拉、比亚迪中高端车型等，主要场景为主逆变器/OBC，我们预计至2025年SiC渗透率有望达38/43%，我们认为其主要驱动力为1）特斯拉、比亚迪、蔚来、小鹏等头部新能源车厂的“示范效应”；2）碳化硅器件价格下降后带来系统经济效益；3）800V架构有望成为重要催化剂，1200V SiC在高压下较IGBT性能优势更为明显。展望未来，我们认为全球新能源汽车渗透率的快速提升将驱动SiC市场规模高速增长。
驱动力#2光伏：SiC光伏逆变器性能提升显著，广泛应用未来可期
据英飞凌，使用SiC MOSFET功率模块的光伏逆变器，其转换效率可从98.8%提升至99%以上，能量损耗降低8%，相同条件下输出功率提升27%，推动发电系统在体积、寿命及成本上实现重要突破。据CASA数据，2020年光伏逆变器中碳化硅器件渗透率为10%，预计2025年将增长至50%。高效、高功率密度、高可靠和低成本为光伏逆变器未来发展趋势，SiC器件有望迎来广阔增量空间。
驱动力#3工控：SiC模块有望在轨交、智能电网、风电等领域实现全方位渗透
轨道交通方面，碳化硅器件应用于轨道交通牵引变流器能极大发挥碳化硅器件高温、高频和低损耗特性，可提升系统的整体效能，符合轨道交通大容量、轻量化和节能型牵引变流装置的应用需求。智能电网方面，碳化硅器件突破了硅基功率半导体器件的局限性，具有高频、高可靠性、高效率、低损耗等独特优势，推动智能电网的发展和变革。此外碳化硅功率器件在风力发电、工业电源、航空航天等领域也已实现成熟应用。
综上，我们测算2020年全球SiC功率器件市场规模为2.92亿美元，受新能源车、光伏、工控等需求驱动，预计到2025年将增长至38.58亿美元，对应CAGR为67.6%。2025年新能源车、新能源发电、工控占SiC功率器件市场规模比重分别为77.88/13.71/8.41%。
竞争格局：衬底及外延市场集中度高，器件领域海外厂商占绝对主导
SiC衬底市场高度集中，Wolfspeed、Ⅱ-Ⅵ全面领先，2020年山东天岳在半绝缘型市场份额达30%。碳化硅衬底为碳化硅产业链核心环节，据Yole数据，2020年半绝缘型碳化硅衬底和导电型碳化硅衬底市场规模分别达1.82亿、2.76亿美元。其中，1）Wolfspeed、Ⅱ-Ⅵ、山东天岳三家寡头垄断半绝缘型碳化硅衬底市场，2020年合计市场份额达98%，市场高度集中。2）导电型碳化硅衬底市场Wolfspeed一家独大。Wolfspeed凭借较早布局先发优势，在良率及产能上遥遥领先，2020年占据60%市场份额，Ⅱ-Ⅵ以11%市场份额位居第二。
Wolfspeed、Showa Denko双寡头垄断SiC外延片市场。碳化硅外延片属于行业产业链中间环节，参与厂商多为IDM公司，Industry Research测算2020年全球碳化硅外延片市场规模约为1.72亿美元。据Yole数据，2020年Wolfspeed与Showa Denko分别占据碳化硅导电型外延片市场52%和43%的市场份额，合计高达95%，具备显著的制备技术优势。其他碳化硅外延供应商包括Ⅱ-Ⅵ、Norstel、罗姆、三菱电机、英飞凌，占据市场较小份额。
欧美厂商占据SiC功率器件市场主要份额。SiC功率器件制造工艺壁垒较高，目前市场主要厂商为传统硅基功率器件巨头及借助SiC材料介入器件领域的新锐玩家Wolfspeed，市场集中度高于IGBT器件及模块市场。据Yole数据，2020年全球碳化硅功率器件市场CR5达90.8%，显著高于IGBT器件及模块市场的62.8%和66.7%，欧美厂商占据主要市场份额。其中，意法半导体成功研制全球第一款大规模应用于电动汽车的SiC MOSFET模块，与特斯拉的合作为其累积大量市场份额，2020年达40.5%。
产业链各环节国产化进程及国内主要公司情况
国内外厂商积极布局碳化硅，产业链日趋完善。以碳化硅材料为衬底的产业链主要包括碳化硅衬底制备、外延层生长、器件及模组制造三大环节。伴随更多厂商布局碳化硅赛道，产业链加速走向成熟。目前，碳化硅行业企业形成两种商业模式，第一种覆盖完整产业链各环节，例如Wolfspeed、Rohm；第二种则只从事产业链的单个环节或部分环节，例如Ⅱ-Ⅵ仅从事衬底及外延的制备，英飞凌则只负责器件及模组的制造。当前，国内的碳化硅生产厂商大多属于第二种商业模式，聚焦产业链部分环节。
衬底：国内主要从事碳化硅衬底业务的企业主要有天岳先进、天科合达等。国内碳化硅衬底企业已掌握2-6英寸碳化硅衬底的制备技术，并持续扩大投资碳化硅衬底项目。一方面为扩大6英寸碳化硅衬底产能；另一方面为推进8英寸碳化硅衬底的研发，缩小与国际龙头企业的技术差距。据中国电子材料行业协会半导体材料分会（CEM）统计，截至2021年，全国碳化硅衬底规划投资超300亿元，预计规划年产能达200万片。其中，天岳先进投资2.5亿元开展6英寸导电型碳化硅衬底项目，预计于3Q22投产，2026年达产后将实现新增产能30万片/年；天科合达碳化硅产业化基地计划于2022年建成投产，达产后预计可实现年产12万片6英寸碳化硅晶片；露笑科技于22年7月初完成25.67亿元定增，全力推进碳化硅产能建设，建成可实现满产24万片6英寸导电型碳化硅衬底片的年产能规划，同时，加大力度推进8英寸氮化硅衬底片研发；山西烁科于2022年初实现8英寸N型碳化硅抛光片小批量生产，向8英寸国产N型碳化硅抛光片的批量化生产迈出了关键一步。我们认为伴随着碳化硅衬底制备技术的不断成熟和产能扩张持续推进，国产碳化硅衬底企业市场份额有望实现持续提升。
外延：国内主要从事碳化硅外延业务的企业主要有东莞天域和瀚天天成等。目前我国已研制成功6英寸碳化硅外延晶片，且基本实现商业化。其中，东莞天域目前拥有国内最多的碳化硅外延炉-CVD，并已实现4、6英寸4H-SiC外延晶片全系列产品的批量生产，同时正积极突破研发8英寸SiC工艺关键技术；瀚天天成目前已实现3、4、6英寸碳化硅外延晶片的批量生产，可应用于600-6500V碳化硅电力电子功率器件器件&模块：国内布局碳化硅器件&模块业务的上市企业主要有华润微、时代电气、士兰微、斯达半导等，未上市的包括泰科天润等。国内厂商在SiC功率器件领域入局较晚，目前市场份额较小，但由于行业处于早期阶段，格局尚未定型，国内厂商仍有较大替代空间。
产品布局方面，目前国内已经商业化的SiC产品可覆盖650V-3300V全电压等级。其中，华润微已发布650V/1200V工业级SiC二极管系列产品；同时自主研发的平面型1200V SiC MOSFET进入风险量产阶段，静态技术参数达到国外对标样品水平；时代电气已发布1200V-3300V SiC SBD/MOSFET/模块系列产品，同时于21年底发布了国内首款基于自主SiC大功率电驱产品C-Power 220s；士兰微已完成车规级SiC MOSFET器件研发，正在进行全面的可靠性评估，将要送客户评价并开始量产；斯达半导已实现车规级SiC功率模块量产，21年新增多个使用全SiC MOSFET模块的800V系统的主电机控制器项目定点；泰科天润已实现650V-3300V多规格SiC二极管和1200V SiC MOSFET产品量产；此外三安集成、基本半导体等公司也已实现650V-1700V SiC MOSEFET的小规模量产。
产能布局方面，面对广阔的发展前景，国内各大厂商积极布局扩产。其中，斯达于21年8月宣布投资5亿元在SiC芯片研发及产业化项目，达产后预计将形成年产6万片6英寸SiC芯片生产能力；时代电气拟投资4.6亿元将现有4英寸SiC芯片线1万片/年的能力提升到6英寸SiC芯片线2.5万片/年；士兰微SiC功率器件中试线已于1H21实现通线，现着手在厦门士兰明镓公司建设一条6英寸SiC功率器件芯片生产线，预计在3Q22实现通线。设备：国内布局碳化硅设备的企业主要有北方华创、晶盛机电、华峰测控等。其中，北方华创第三代半导体设备已实现批量销售；晶盛机电已开发长晶设备、抛光设备及外延设备，其中6英寸碳化硅外延设备兼容4、6寸碳化硅外延生长，沉积速度、厚度均匀性及浓度均匀性等技术指标已到达先进水平；华峰测控针对SiC功率模块推出基于STS8200测试平台的PIM专用测试解决方案，现已实现批量装机。
GaN下游领域丰富，国内厂商积极布局
消费快充/5G/新能源汽车/数据中心多元应用驱动，26年市场规模有望达20年接近4倍
2020年全球GaN器件市场规模达9.37亿美元，Yole预计到2026年有望增长至35亿美元，对应CAGR为24.6%。根据Yole，GaN的效率比LDMOS/硅器件要高10%-15%，受益于在5G通信基站和军事应用的持续渗透，GaN射频器件市场规模有望从2020年的8.91亿美元增长至2026年的24亿美元，对应CAGR为18%；随着消费级快充、新能源汽车、数据中心的需求发展，GaN功率器件市场规模有望从2020年的0.46亿美元增长至2026年的11亿美元，对应CAGR为70%。
驱动力#1：国防+通信是现阶段拉动GaN射频器件市场规模的主要驱动力
国防应用方面，以碳化硅为衬底的氮化镓射频器件同时具备碳化硅高导热性能和氮化镓高频段下大功率射频输出优势，可满足雷达系统/电子战系统等领域对高频性能、高功率处理能力的要求，同时氮化镓器件能够实现小体积和轻量化，更有利于雷达系统实现机载和舰载。根据Yole预测，国防应用GaN射频器件市场规模有望从2020年的3.4亿美元增长至2025年的11.1亿美元，对应CAGR为22%。5G通信方面，GaN器件相比LDMOS和GaAs传统器件，可以提供良好的宽带性能以及卓越的功率密度和效率，并且在满足严格的热规范的同时，还能提供更高的集成度和更小的封装，符合毫米波领域所需的高频、大带宽、尺寸小等要求。我们认为，未来GaN有望逐步取代LDMOS，成为射频器件的主流技术。根据Yole预测，5G基站GaN射频器件市场规模有望从2020年的3.7亿美元增长至2025年的7.3亿美元，对应CAGR为15%。
驱动力#2：消费电子、新能源汽车等下游领域全面开花，推动GaN功率市场发展
在消费电子领域，GaN功率器件在消费电子中主要用于快速充电、无线充电、过电压保护OVP等场景。相比传统硅器件，氮化镓快充体积小重量轻，在显著提升充电速度的同时，能够降低系统待机的电量消耗。伴随其性能优化、产能提升和成本控制，我们认为氮化镓快充有望实现快速渗透。根据Yole预测，全球消费电子GaN功率市场规模有望从2020年的2870万美元增长至2026年的6.72亿美元，对应CAGR为69%。在汽车电子领域，GaN功率器件在电动汽车中主要用于车载充电器OBC、DC-DC/DC-AC及电机控制。与传统硅材料相比，搭载氮化镓器件提高车载充电系统效率，同时减轻车载散热系统的负担并增加电动汽车的续航里程。我们认为，汽车电动化对功率器件的要求不断提升，有望推动GaN功率半导体上车放量。根据Yole预测，受全球电动汽车GaN功率市场规模有望从2020年的30万美元增长至2026年的1.55亿美元，对应CAGR为185%。
在数据中心领域，GaN功率器件在数据中心中主要用于PSU电源供应单元中。与传统硅材料相比，搭载氮化镓功率器件可以提升系统效率、提高计算性能、降低设备的冷却成本。我们认为，伴随数据中心能耗管理需求大幅提高，有望持续拉动GaN功率器件需求。根据Yole预测，全球数据中心GaN功率市场规模有望从2020年的910万美元增长至2026年的2.33亿美元，对应CAGR为71%。根据Yole，2020年全球GaN功率器件市场规模为0.46亿美元，受益于消费电子、新能源车、数据中心等领域全面渗透，Yole预计到2026年将增长至11亿美元，对应CAGR为70%，其中消费电子/新能源车/数据中心占比分别为61.1/14.1/21.2%。
竞争格局：欧、美、日厂商是氮化镓产业链各环节的核心玩家
从产业链各环节来看，欧、美、日厂商为主要参与者。其中，GaN衬底市场主要由日本厂商主导。相对于常规半导体材料，GaN单晶的生长进展缓慢，GaN衬底主要以2-4英寸小尺寸晶圆为主。据半导体产业网，2020年住友电工、三菱化学、住友化学等三家日商合计占据GaN衬底市场份额超过85%。GaN外延片市场中，欧、美、日厂商占据领先位置。据QYResearch，2020年全球GaN外延片市场CR5为53%，核心厂商包括NTT AT、Wolfspeed、住友化学、EpiGaN（Soitec）等。GaN器件市场的竞争格局较为集中。据新材料在线，2020年全球氮化镓射频器件前三大厂商为住友化学、Wolfspeed、Qorvo，市场份额分别为40%/24%/20%，CR3为84%；据Trendforce，2020年全球氮化镓功率器件前5大厂商为PI、Navitas、EPC、Transphorm和英诺赛科，CR5为88%。
产业链各环节国产化进程及国内主要公司情况
GaN产业链与SiC类似，主要包括GaN单晶衬底、外延层生长、器件设计、制造。目前行业龙头企业以IDM模式为主，但是设计与制造环节已经开始出现分工。从氮化镓产业链公司来看，国外公司在技术实力以及产能上保持较大的领先。中国企业仍处于起步阶段，虽已初步形成全产业链布局，但市场份额和技术水平仍相对落后。衬底：国内目前实现GaN衬底产业化的企业主要有苏州纳维、中镓半导等公司。其中，苏州纳维目前已可以实现2英寸GaN单晶的量产，并完成了4英寸和6英寸GaN单晶衬底关键技术的研发。中镓半导已建成国内首家专业的氮化镓衬底材料生产线，可制备出厚度达1100微米的自支撑GaN衬底，并能够稳定生产。
外延：国内目前布局GaN外延的企业主要有苏州晶湛、聚能晶源等公司。其中，苏州晶湛拟投资2.8亿元进行氮化镓外延片异地扩建项目，预计2023年建成投产，可实现年产氮化镓外延片24万片，其中，6英寸和8英寸氮化镓外延片年产能分别为12万片；同时拟投资1000万元进行原厂扩产，建成后，预计年新增氮化镓外延片1万片，其中6英寸和8英寸氮化镓外延片年产能分别新增5000片；聚能晶源已掌握业界领先的8英寸GaNon-Si、6英寸GaN-on-SiC外延技术，可以为客户提供符合业界标准的高性能GaN外延晶圆产品。设计：国内GaN器件Fabless厂商主要有华为海思、安谱隆等公司。IDM/制造：国内GaN器件IDM厂商主要有苏州能讯、英诺赛科、江苏能华、大连芯冠科技等公司；同时海威华芯和三安集成可提供GaN器件代工服务。其中，英诺赛科已建立了全球首条产能最大的8英寸GaN-on-Si晶圆量产线，目前产能达到每月1万片/月，并将逐渐扩大至7万片/月。大连芯冠科技在氮化镓功率领域，已实现6英寸650V硅基氮化镓外延片的量产，并发布了比肩世界先进水平的650伏硅基氮化镓功率器件产品；在氮化镓射频领域，已着手进行硅基氮化镓外延材料的开发、射频芯片的研发与产业化准备工作。
国产替代加速中国半导体设备行业发展，看好国产化长逻辑
2022年全球半导体设备市场规模有望再创历史新高。半导体设备行业的核心增长驱动力是下游晶圆厂的资本开支，由于半导体行业的强周期属性，晶圆厂的扩产节奏及资本开支同样也呈现较强的周期性特征，带动半导体设备行业呈现一定的周期性。近年来，随着先进制程投资比例逐步加大，以及本地建厂的趋势兴起，全球半导体设备市场的周期性有所减弱，呈现波动上行的趋势。根据SEMI，虽然新冠疫情爆发对供需两侧形成冲击，但在台积电大幅提升资本开支及中芯国际、华虹等国内本土晶圆厂积极扩产的带动下，2021年全球半导体设备市场规模同比增长44.7%至1030亿美元。2022年随着存储器尤其是DRAM资本开支回暖，叠加台积电、联电、中芯国际、GlobalFoundries等晶圆代工厂商持续高强度资本开支，SEMI预计2022年全球半导体资本开支将同比增长24%至1,904亿美元，带动半导体设备市场规模增长14.7%至1,175亿美元。随着全球半导体进入下行周期，2023年全球设备市场规模随周期下行，但随着新兴代工厂建设，总体波动幅度较小。
当前中国半导体设备主要集中在热处理/氧化扩散、去胶、PVD和刻蚀等
当前中国半导体设备产品主要集中在热处理/氧化扩散设备、去胶设备、PVD和刻蚀设备，根据Gartner，2021年其国产化率分别为13.6%/33.66%/2.8%/2.8%。而对于工艺相对复杂的道次所需的半导体设备（如光刻机、离子注入设备和过程控制设备），国产化率则仍处于低位，根据Gartner，2021年光刻机领域国产化率几乎为0%，离子注入和过程控制设备自给率均不到1%。随着半导体产能向大陆转移、制程和硅片尺寸升级、政策的大力支持，大陆半导体设备增长强劲。目前国内Stepper光刻机基本可以满足当前量产封装需求，性价比高，客户需求响应度快；Mask Aligner光刻机目前主要应用于小尺寸晶圆和低精度应用，4/6英寸可以满足量产要求，但精度、稳定性需要继续提高。另外，8英光刻寸设备国内自主研发不足，未来亟需填补国内市场空白。除此之外，国内干法去胶机、干法蚀刻机和薄膜沉积设备基本成熟，已经具备量产应用，而研磨设备国内目前尚处于起步阶段，未来有望实现国产替代。
投资亮点一：供应链安全催化产能区域化，本土晶圆厂扩产助力设备厂崛起
全球2032年全球半导体资本开支增速开始放缓。受到全球经济疲弱、通胀压力和需求下滑的影响，22年全球晶圆厂扩产速度趋缓。台积电在高雄7/28纳米新厂以及目标提高特殊制程产能的南科Fab 14扩建P8厂的计划相对有所放缓，英特尔（Intel）也因美国芯片法案卡关宣布其俄亥俄州新厂动工时间将延后。受下行周期影响，Omidia预测2023年全球资本开支下滑6.0%。
供应链安全催化产能区域化，23年中国大型晶圆厂资本开支仍持续提升，利好上游本土设备厂商。近年来受到中美贸易摩擦影响，供应链安全问题日益凸显，中国系统厂商和本土设计厂纷纷转向本土代工厂，为其带来庞大市场需求。因此，不同于全球半导体资本开支放缓趋势，本土晶圆厂产能仍持续扩张，进而拉升对上游设备厂商的需求。
根据各公司公开披露数据，中芯国际、华虹宏力、华力微、长江存储和合肥长鑫五家中国龙头晶圆/存储厂2022年资本开支有望从2021年136亿美元提升至179亿美元，同比增长32%，较2021年1%的同比增速提升31个百分点。我们认为中国市场和全球有所不同，虽然中芯国际，华虹等会随着经济周期放慢资本开支步伐，但粤芯、积塔、中芯绍兴等新厂产能在未来几年会陆续释放，推动2023年中国大陆地区半导体设备资本开支增加0.9%，看好国产化率提升推动下设备厂商业绩保持韧性。
2021年，中国半导体设备企业平均实现59%收入增长，增速显著高于AMAT、ASML等全球主要设备企业中国区平均收入增速29%。从业绩侧角度，不同于海外半导体公司3Q21以来营收增速的逐步下滑，本土半导体公司营收增速持续提升，未见放缓，3Q21/4Q21/1Q22本土半导体设备公司营收增速分别达到50%/56%/70%，预计22年随着本土晶圆厂扩产进程的持续推进，营收增速将持续提升。
毛利率方面，19-22年本土和海外半导体设备公司齐升，本土半导体设备公司平均毛利率提升幅度超海外平均水平，1Q22平均毛利率达到44%，接近海外公司48%的平均毛利率水平。受上海疫情以及下游消费需求疲软等影响，很多半导体公司Q2及Q3业绩面临一定的压力，但半导体设备板块业绩坚挺，一季度受到疫情影响延迟的订单可能会在二季度确认，全年业绩有望保持高于行业平均的增速。
投资亮点二：看好未来设备行业国产化率持续提升
当前半导体设备国产化率较低，国产替代空间广阔。由于半导体设备行业本身的商业模式，行业龙头通常会拥有较强的规模效应及用户粘性，故设备各细分赛道市场集中度较高，且大多被国际龙头垄断。各领域国内公司市占率均较低，除整体市场规模低于20亿美元的去胶设备和氧化设备领域外，本土设备公司在各细分领域市占率之和均不及5%，国产替代空间广阔。从技术角度看，当前国内各设备细分领域龙头公司工艺水平均已达到28nm及以上成熟制程技术要求，与海外龙头公司技术差距逐步缩小，具备一定制程范围内国产替代的能力。
我们认为在国产替代需求的推动下，中国半导体设备市场规模将持续增长。由于目前设备的低自给率，我们看好未来10年半导体设备国产化的投资机会。我们认为清洗设备、后道检测设备有望率先突破，晶圆加工核心设备技术难度高，但在国家大力支持与企业持续不断的研发投入下，具备研发实力的公司一旦突破核心技术，有望享受到巨大的市场红利。从客户国产替代的角度看，21年长江存储前20kwpm招标各细分设备中，本土设备厂商表现亮眼，中微公司在刻蚀设备占比14%，北方华创在PVD设备和热处理设备占比9%/31%，盛美在清洗设备占比18%，拓荆在CVD设备占比2%。
投资亮点三：本土设备厂产品品类持续扩张，平台化布局加码业绩增长
近年来，本土设备厂商持续拓宽产品广度和挖掘产品深度，平台化布局有利于其后续规模的持续扩张。芯片制造各阶段所需设备种类不同，具体涵盖清洗设备、氧化设备、光刻设备、涂光显影设备、刻蚀设备、去胶设备、离子注入设备、CMP设备、过程控制设备等，中国设备厂商往往仅专注于其中1-2种设备。我们认为，拓宽现有设备的覆盖工艺及道次将为公司营收增长提供更多可能性，有助于本土设备厂商规模的扩张。这是因为每拓展一种新的半导体设备业务，厂商便能够参与该设备所在细分领域的竞争，理论可得的市场空间也将随之拓宽。此外，挖掘产品深度，在特定细分设备领域中持续推出性能更佳的新产品将有助于公司在该细分领域市占率的提升，也有利于公司整体营收规模的提升。我们看好未来中国半导体设备公司受益于平台化布局，业绩持续增长。2021年北方华创、盛美上海、屹唐半导体和芯源微均实现产品品类扩张，营收规模进一步提升，2021年中国市场市占率分别达到2.45%/0.78%/1.43%/0.41%。我们认为随着中国半导体设备公司平台化布局的持续推进，中国半导体设备业将继续增长，市场规模有望持续扩张。
大算力芯片：信创/数据中心/汽车/安防场景落地
大算力芯片是什么？
全球计算芯片：通用+专用双驱动，摩尔定律失效下异构计算成为趋势
计算芯片可大致分为通用芯片、专用芯片和可编程逻辑门阵列。其中，通用芯片（CPU/GPU等）在计算芯片市场占据主流。根据IC Insights数据，2021年全球MPU市场规模达到1030亿美元，预计2025年市场规模将达到1278亿美元，2021-2025 CAGR为5.5%。在通用芯片中，CPU作为计算机系统运算和控制的核心，主要用在PC、服务器等领域，2020年全球市场规模达到512亿美元。而GPU优秀的并行处理能力能帮助CPU分担图像处理等复杂计算任务，2020年全球市场规模为365亿美元，市场上主要玩家包括英伟达和AMD。专用芯片主要包括DSP和ASIC，主要针对云端、智能汽车等特定场景的加速计算需求，国内寒武纪、平头哥均采用ASIC路线。目前ASIC在2021年的全球市场规模达到199亿美元。
计算芯片行业壁垒体现在芯片设计、芯片制造以及生态构建三大方面，全球竞争格局高度集中。我们认为以Intel、高通、NVIDIA、联发科及AMD为代表主要厂商取得成功的关键要素在于：1）重视研发创新，形成密集研发投入与高利润率相互支撑的正向循环；2）拥有先进制造工艺配套支持，不断推进产品性能升级；3）构建完善软硬件生态，培育用户黏性。计算芯片行业技术变革步伐迅速，龙头厂商先发优势显著，呈现强者恒强特征。1Q22英特尔、AMD分别占据全球PC CPU市场65.7/34.1%份额；而英伟达在独立GPU领域占据全球78%份额。数据中心、智能汽车快速发展，英伟达市值12年翻39倍。过去十年，英伟达、AMD、英特尔三大科技巨头凭借各自在电脑、手机、AI云计算的优势实现了市值飞跃，2022年7月26日的市值较2010年分别同比+3928/+2023/+38%至4133/1381/1593亿美元，三家公司合计市值接超8000亿美元。其中，英伟达凭借在游戏显卡、数据中心加速卡、智能汽车等新应用领域的领先优势，当前市值达到2010年的39倍，已超越英特尔、AMD的市值水平。
中国计算芯片：技术加速追赶，国产替代空间广阔
近年来，国产计算芯片在技术方面得到长足发展，但产业化速度出现分化，主要由于面向的下游应用有所不同。目前，我们观察到面向信创、数据中心、安防以及智能汽车领域的国产计算芯片发展较快：
1）信创市场：信创市场具有明确的国产化要求及具体的执行时间表，信创PC及服务器CPU/GPU国产化趋势明确；
2）数据中心：依托互联网云计算企业投资加码，AI加速芯片行业快速发展；
3）智能汽车：自动驾驶和智能座舱对芯片算力需求不断提升，国产智能汽车具备供应链安全备份以及降本需求；
4）安防：国内安防龙头在全球出货量占比较高，受清单限制国产化需求迫切，海思缺位下大批国产芯片厂商切入。
国产大算力芯片的机会在哪里？
信创：政策驱动PC及服务器CPU/GPU进口替代加速
短期来看信创政策刚性要求，推动CPU等关键基础零部件国产替代。我国信创产业发展核心在于通过行业应用拉动构建完整国产化信息技术软硬件底层架构体系和全周期生态体系，计划从早期的政策驱动发展逐步走向市场驱动发展。行业布局来看，我国信创产业呈现“2+8+N”发展态势。其中，党、政部门布局最早，2019年工信部要求全国党政行业从底层服务器到中间件、操作系统、数据库、终端等进行全面国产替换，目标2020年、2021年分别实现30%和50%的国产替代，并在2022年实现全面国产替代。行业信创中，金融行业推进最快，2020年至2021年金融信创试点完成两期，试点机构已扩容至198家，电信、交通、电力等行业紧随其后。而汽车、物流等N个行业预计将在2023年开始发力。
1）CPU：国产CPU产业初具规模，走出三条国产化路线
国产CPU沿三条路线走向进口替代，自主化程度存在差异。“十五”期间，泰山计划、863计划等催生了我国一批CPU厂商，经历20年发展，现已形成以龙芯、飞腾、申威等为代表的具备竞争力的国产CPU力量。根据内核指令集路线，国产主流CPU厂商可分为三类：1）“指令集授权+自研”路线，代表厂商为龙芯和申威，分别基于LoongArch指令集和SW_64指令集，均为全新自研架构。2）“指令集授权”路线，代表厂商为海思和飞腾，两者已获得ARM V8架构指令集永久授权，拥有较高自主发展权。3）“IP内核授权”路线，代表厂商为获得X86内核层级授权的兆芯和海光，其自主可控程度最低，但生态更完善。
国内CPU厂商发展路径各有差异，厂商在自主可控和产业化速度两方面进行取舍。目前，国产CPU主要厂商为龙芯、申威、海思、兆芯、飞腾以及海光。在服务器领域，海思、飞腾及海光性能上表现突出，所采用的ARM、X86架构拥有较为完善的生态体系，受到市场认可。其中，华为海思具备较大技术领先优势，鲲鹏920产品性能上可媲美Intel至强系列CPU（Xeon 8180、Xeon E5-2630 V3），但目前受清单限制影响。在桌面领域，龙芯与飞腾产品拥有更大市场份额。龙芯由于使用自主架构，应用生态相较匮乏，但产品性价比更高且性能基本符合桌面端要求，因此同样具备较高竞争力。飞腾利用ARM生态产品性能和研发速度表现优异，申威CPU产品专用性较高，主要用于超算领域，性能上全球领先。
2）GPU：国产GPU奋起直追，图像/计算花开两朵
国产GPU厂商沿图像/计算两条路径切入，人才、资本共同驱动产品落地。按照功能，GPU可分为图像处理GPU和通用GPU（GPGPU）。图像处理GPU侧重图形图像的渲染，GPGPU则侧重处理以人工智能训练、推理为代表的通用计算任务，前者的软硬件开发复杂程度高于GPGPU。我国GPU初创公司创始团队多拥有英伟达、AMD等国际大厂工作背景，结合自身优势及阶段性定位分别从不同路线切入。当前，国产GPU厂商在性能和生态建设上较国际厂商仍存在较大差距，但在人才和资本的双重驱动下，国产GPU产品落地明显加快。2022年5月成立仅1年的摩尔线程发布首款全功能国产智能显卡“MTT S60”；2022年5月景嘉微宣布JM9系列第二款GPU已经完成流片、封装阶段工作，性能有望媲美GTX 1080。
国内GPU厂商产品尽管与国外厂商仍存在差距，但差距在不断缩小。以国内GPU厂商景嘉微为例，公司2014年发布的JM5400技术指标相当于ATI于2003年3月发布的M96芯片，与国外相当技术水平的产品发布时间相差近11年；2018年发布的JM7200与2012年NVIDIA发布的GT640接近，发布时间相差约6年；2021年发布的JM9系列在部分性能上逼近NVIDIA2016年发布的GTX1080，如核心频率、外存容量、工艺制程等，但考虑到JM9系列32位单精度浮点性能仅为1.5TFlops，远低于GTX1080的8.8TFlops，但接近GTX960的2.3TFlops，因此我们估计JM9系列NVIDIA的代际差距在5-6年之间。随着在国产替代过程中的技术迭代和人才的流入，我们认为国内GPU芯片与海外厂商的差距将不断缩小。
数据中心：依托互联网云计算企业投资建设加码，AI加速芯片异军兴起
AI加速芯片为国内初创企业提供更快切入服务器计算芯片市场机会。GPU、FPGA及ASIC为数据中心主要AI加速芯片，其中GPU凭借强大并行计算能力、高通用性以及成熟生态体系占据主要市场份额，国内天数智芯、登临科技等厂商均通过GPU产品进入服务器计算芯片领域。相对而言，ASIC芯片内部结构较为简单，通用性要求较低，为我国初创企业进入服务器计算芯片市场提供了更低门槛的路径。具体来看，华夏芯等厂商选择FPGA路线切入，由于FPGA产品兼顾灵活性与效率，其CPU+FPGA结构在应用和算法变化较多场景优势明显；而寒武纪、燧原科技、平头哥等初创公司则选择ASIC技术路线，ASIC类芯片专用性强，在特定场景中其针对部分算法的加速效果要显著优于GPU，且能效比更高，其份额有望伴随生态环境进一步完善实现较大提升。
国产云端推理芯片具备进口替代能力，训练端仍有差距。按照功能不同，云端GPU及AI加速芯片划分为训练芯片和推理芯片。训练芯片需通过海量数据训练出复杂的神经网络模型，使其适应特定的功能，对性能和精度有较高的要求，并需具备一定的通用性。近年来，国内厂商训练芯片产品硬件性能不断取得突破，但与市场主流英伟达A100产品仍存在一定差距。以云邃T10产品为例，其32位单精度浮点性能达20 TFLOPS，略高于A100的19.5 TFLOPS，且在功耗上更具优势，但内存宽带不足A100的1/3，在应对机器学习和深度学习的带宽需求上仍有差距。而推理芯片在性能和精度要求上相对较低，寒武纪、海思以及燧原等国内厂商产品已具备与市场主流的Tesla T4正面竞争能力。以寒武纪思元370为例，其INT8运算性能达到256 TOPS，高于T4的130TOPS，且能效比和性价比均更优，已具备替代T4能力。
安防：安防龙头供应受限+海思缺位为AI芯片初创企业提供发展机会
国产安防芯片企业崛起，前端基本实现国产替代
安防行业前端芯片产品基本实现国产替代，后端产品海外厂商主导。视频监控系统可以分为模拟监控系统、网络监控系统。模拟监控系统前端的ISP芯片主要负责对原始图像信号进行降噪及曝光调整，国产化率较高，以富瀚微为国内龙头；网络监控系统前端芯片为IPC SoC，在中低端领域国产全面替代，中高端产品瑞芯微、联咏、国科微可以提供丰富的国产化方案。目前后端DVR/NVR SoC国产替代空间较大，前期华为海思占据较高份额，海思供应受限后，国内厂商陆续推出替代方案，如星宸科技、眸芯、瑞芯微等。
海思供应受限，国产安防SoC厂商积极把握窗口期实现份额提升
华为海思原为安防IPC SoC的行业龙头，根据富瀚微公告数据，2019年海思IPC芯片行业市场占比60%以上。后由于美国制裁，华为海思该业务逐渐收缩，根据集微咨询数据，2020年海思市场份额占比仅为30%。海思出货量的骤减为本土芯片供应商提供机遇。其中星宸科技获得了大华股份等设备商的支持；富瀚微则切入高端数字芯片领域，推出了8858等一系列针对摄像机的高端AI SoC芯片。
北京君正主打中低端市场，推出针对摄像机的T系列AI SoC芯片，2021年还推出了针对NVR的A系列产品，实现了前后端的完整布局。国外厂商安霸推出了CV5/CV52系列第一代5纳米芯片，并布局CV28S22MEX和CV28S26MEX两款10nm低功耗芯片，主攻高端市场，产品性能优于国内厂商。综上，行业中低端产品国产化程度较高，高端产品有待国内公司未来进一步发力。
汽车：行业迈入新景气周期，催化车载芯片的发展
汽车电动化、智能化趋势拉动汽车芯片需求快速增长。汽车电动化趋势下，汽车半导体用量持续攀升。其中，汽车电子控制单元（ECU）负责一个或多个功能控制（如车身控制、驾驶控制、信息娱乐和驾驶辅助系统等），MCU作为ECU内部的核心部件，负责各种信息的运算处理。除了基础的计算芯片以外，随着座舱智能化、驾驶自动化的发展，大算力芯片在汽车中的应用也在不断增加，国内亦孵化出一批汽车AI芯片初创企业。
自动驾驶芯片：英伟达占据主导地位，CPU+XPU为主流架构
主流自动驾驶芯片架构为“CPU+XPU”。目前我国的智能驾驶渗透率在不断提升，工信部的数据显示，2021年国内L2级智能网联乘用车渗透率达20%（yoy：+5 pct）。
智能驾驶芯片市场由Mobileye与英伟达两分天下，国内厂商加速追赶。1）国外厂商：据Mobileye数据，其产品在已发布的主流车型中占据70%市场，主要聚焦L3级以下市场，属于辅助驾驶领域的龙头；而英伟达在L3级以上领域实力雄厚，已和众多车企在下一代车型中达成合作计划；高通瞄准中高端自动驾驶市场，Ride能够支持L1-L5自动驾驶。2）国内厂商：华为是国内智能驾驶AI芯片领头羊，已借助北汽阿尔法S完成产品落地，后续将与长安、广汽等更多品牌形成合作；地平线陆续推出征程系列产品，与比亚迪、哪吒、奇瑞等车厂保持紧密合作。截止目前除零跑外，大部分厂商都已发布单颗芯片算力超过100TOPS的自动驾驶芯片，均可支持L3、L4级算力要求。
智能座舱：性能要求低于自动驾驶，国内厂商已崭露头角
智能座舱是计算芯片在车内的另一主要应用场景。智能座舱是指搭载了智能化、网联化的车载设备和服务，能够实现人、车、路、云全方位智能交互的汽车座舱。根据华经产业研究院数据，2020年国内智能座舱市场规模为567亿元，预计到2025年将突破1000亿元。相比于自动驾驶SoC，座舱SoC对芯片算力要求较低，IHS Markit预测到2024年，智能座舱NPU算力将达到136TOPS，约为2021年的10倍，CPU算力也将达到2021年的3倍之上。高通目前仍稳坐智能座舱SoC头把交椅。高通、英特尔、英伟达在中高端车型智能座舱主控芯片上竞争激烈，三星、华为异军突起，切入高端市场；瑞萨、恩智浦等在中低端车型上应用较为广泛，地平线、芯驰科技等国产创新厂商与国产车企展开合作。
汽车国产供应链备份及降本需求，国产汽车ASIC/FPGA/SoC芯片快速崛起
借国产化之势迅速崛起，初创企业积极试水，构建生态圈。智能汽车车载计算芯片市场处于发展初期，市场可选择产品较少，海外龙头凭借长期以来的技术积累，叠加客户资源，占据了大部分市场。以地平线、黑芝麻智能、芯驰科技为代表的芯片公司凭借AI计算优势迅速切入智能汽车车载计算芯片市场，于“缺芯”+“国产替代”替代背景下，在汽车产业生态中与国外龙头企业抢占下游客户，通过“芯片+算法参考+工具链”的产品服务模式，积极探索自身产业定位，构建汽车产业生态圈。
