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5G 新兴应用带来半导体中长期发展动力
2019 年有望成为 5G 商用元年,其高速率、低延时、大连接的特征,将催化 IoT、车联网、AI、VR/AR、云计算等应用渗透加速,设备终端数将提升至百亿级,带动硬件诸多环节受益。其中,传感/计算/连接三大核心重要性凸显。细分看,在设备终端和硬件使用数量显著增长驱动下,传感器、MCU、功率、电源管理、射频、存储等半导体元件将迎来增量机会。
行业短期仍有压力,但2019年全年不乏亮点
展望 19 年,我们预计全球半导体行业增速约 4%(剔除存储)。但国内半导体产业仍以本土替代为主,份额提升将平抑行业波动影响,国内市场增速有望维持双位数水平。我们认为 19 年半导体不同子领域景气度将有所分化:1)光电和传感有望引领增长;2)分立/模拟/微处理/逻辑器件等则保持相对稳健,其中分立/模拟器件以 IDM 为主,下游应用分散,抗波动能力更强;3)存储器方面,NAND 当下处于被动补库存阶段,DRAM 处于主动补库存阶段尾声,总体短期仍有压力,需等待新一轮上行周期。
产业升级及自主可控趋势下,半导体国产替代有望加速
大陆正新建多条晶圆线,将带动本土上下游配套厂商共生增长。 1)从投资时钟来看,设备靠前,其次是设计/材料/晶圆,最后是封测;2)从产业结构来看,大陆半导体晶圆制造和设备需要补强,芯片设计更需要补短,有望得到更大扶持;3)国内设备厂商在刻蚀/镀膜/清洗/封测等环节已有所突破,后续份额有望提升;4)从产品和下游而言,功率半导体及存储器的门槛、经营风险、盈利能力均较为适中,国产替代有望率先实现。
一、5G催化下的物联网带来半导体增量机会
5G 是第五代移动通信技术的简称,在基站峰值速率、用户体验速率、连接密度和时延、频谱效率、流量空间容量、移动性能、网络能效八大指标中具备优势。与 2G/3G/4G 面向人与人通信不同,5G 能够有效实现人与人、人与物、物与物在内的万物互联,加速物联网应用的发展,并带动 VR/AR、人工智能、云计算、自动驾驶等新应用兴起,设备终端数量和硬件使用量将显著增长,半导体领域迎来增量机会。
1.1 5G促进物联网加速发展,传感、连接等半导体需求增量
梳理全球半导体行业营收数据,不难发现技术变革是驱动行业持续增长的关键动力。在历经个人计算机、宽带互联网(笔记本电脑)、功能手机、移动互联网(智能手机)等阶段后,到 2016 年全球半导体行业年收入规模增至 3400 亿美金,2006-2016 年的复合增速已经放缓至 3.2%。目前随着智能手机渗透率接近高位,市场需求逐步饱和,手机市场在中短期将以存量替换机会为主。而物联网正是基于万物互联,带来大量新增的设备终端需求,并将催化一系列新领域的兴起和发展,有望成为半导体行业新一代技术变革力量。
5G 有望促进物联网加速发展,继而带动云计算/人工智能/车联网/光学等领域的增量机会。5G 以超大带宽、超低时延、超强连接、超高可靠等优势,加速物联网应用的普及推广,各种应用场景不断落地,驱动 IoT 延伸至家居/工业/城市/车辆交通/农业等各种应用领域,各环节对应的半导体元件使用量不断增加。具体体现在:
(1)感知信息:物联网首先需要感知所处环境和自身状态信息,需要使用大量的传感器,带动传感器需求增加。探测力/热/电/声/光/磁等各种信号的传感器较为常用,最典型的是获取图像和声音的 CIS 与麦克风传感器。
(2)信息交互:物联网连接万物,需要信号发射和接收来进行交互,射频元件用量也将增加。蜂窝、蓝牙、 WiFi 等制式的通信芯片,及天线、PA、滤波器等射频元件也将迎来增长。
(3)信息存储:感知和交互得到的信息需要存储在物联网终端本地,或者通过网络发送至云端。物联网的海量数据,带动相应存储器的需求增长。
(4)信息处理:感知和交互得到的信息需要经过计算处理,并根据内设程序执行动作。使用场景越复杂,信息量越大,MCU/MPU 等处理单元的使用量就越多,性能要求也越高,辅助计算加速的 AI 芯片也应运而生。
未来半导体使用终端的主要力量,将会从智能手机更多地向物联网智能终端转移。根据预测,物联网的设备终端数量是手机数量的约 100 倍,IoT 设备数将提升至百亿级,物联网涉及的诸多环节有望受益。比如,汽车互联带来 ADAS、射频通信等元件增量,而虚拟现实互联,则打开 5G 通信、3D 成像/VR/AR 等光学新空间。
全球广义物联网的各应用场景市场规模有望在 2020 年超 2 万亿美金,市场潜力巨大。2018-2020 年,广义物联网的市场规模年增速将保持在 12%以上,远高于半导体行业目前的整体增速。其中,消费电子、车辆、工业和商业是物联网规模前四大主要应用场景,分别对应4490 亿、3200 亿、3120 亿、3110 亿美金。而预计2020-2035年间,中国在 5G 方面的累计资本投入将位居全球第二,占全球 24%,仅次于美国的 30%,是排名第三日本 11%两倍多,远高于德英韩法等国。中国大陆持续大力投入将带动国内 5G 高速发展,相关环节国内厂商有望受益。
物联网模组通常具有通信/定位功能,其中通信是未来的主要发展核心。从通信制式看,物联网模组可分为蜂窝类和非蜂窝类模组,前者是指狭义的蜂窝类 2G/3G/4G/5G 模组,而后者是指局域网模组(WiFi、蓝牙、Zigbee),和 LPWA 模组(NB-IoT、LTE-M、Lora、Sigfox)。其中,LPWA 广义上也属于蜂窝通信技术。2018 年局域 IOT 预计设备连接数为 83 亿,将超过手机成为第一大主力应用,至 2023 年有望增至 157 亿,2017-2023年复合增速为16.8%,而广域 IOT(含蜂窝)设备数的增速较局域更为明显,以 31.3%的复合增速增至 2023 年的 41 亿。
从应用领域看,目前全球蜂窝 IOT 以交运和远程控制为主,合计出货量约 1.29 亿部。未来随着 5G 投入商用,远程控制的终端数将超越交运,成为第一大应用,分别占比 40.3%和 32.4%。到 2022年,交运和远程控制仍是全球蜂窝物联网模组的主要应用领域,出货增至 2.28 亿部,合计占比有望从 2018 年 67.5%提升至72.7%。
从蜂窝制式具体细分看,随着 5G 和LPWA 技术成熟,2G、3G 物联网模组将逐步衰减,而 NB IoT、Cat-M、 5G 等相关物联网模组则增长明显。NB IoT/5G、Cat-M 模组将有望从 2017 年的 0.01/0.01 亿部,增至 2022 年的0.96 亿/0.48 亿部,年复合增速分别为 149.0%和 116.7%,合计占蜂窝模组总数将从 1.2%提升至 45.8%,表现亮眼。在 NB IoT/5G 等蜂窝模组拉动下,2017-2022 年,全球蜂窝通信模块出货量将保持 14.1%的年复合增长。
物联网模组主要分为传感、处理、连接三大功能部分,通过将相关的传感器、MCU 芯片、存储器、电源 IC、射频器件等半导体元件集成或封装在 PCB 板上来实现。一般单个物联网连接,对应 1-2 个无线通信模块,物联网百亿级别的连接数,直接带动无线通信模块的需求空间巨大。
其中,物联网半导体用量中传感器和连接器,相较处理器使用数量更多。18 年连接/传感/处理器分别使用175/124/72 亿个,前两者合计占比约 81%。2021-2025 年,随着 5G 商用大规模铺开,物联网普及将提速,连接 /传感/处理器将达到 282/251/207亿个,总体数量的年复合增速为 12%,超过 2017-2021年间的 8%增速。随着物联网发展,模块对数据计算能力要求提升,带动通信模块中处理器数量占比提升至 28%。
细分看,传感器、MCU、功率、射频、存储等半导体元件在 IoT 模组中作用关键。其中,计算/处理数据功能由 MCU/MPU 等逻辑芯片执行;信号连接由基带、PA 等射频器件完成;信息存储在 eNVM、SRAM、Nor Flash、NAND 等存储器中;电源管理则由 PMIC、二极管、MOSFET、过压保护等功率元件进行;传感/定位主要由加速度计、陀螺仪、力热声光电等传感器和 GPS 实现。半导体元件需求确定,直接受益于模组出货量不断增长。
2018 年物联网整体硬件部分市场规模约 700 亿美金,其中 IC 部分为250 亿美金,非 IC 部分为 450 亿美金,未来三年 IC 占硬件成本比例仍有望保持 35%+。随着工艺成熟,物联网通信模块成本有望从 11 美金降至 5 美金以下,加速物联网终端铺设力度,保持营收规模增长。从金额看,细分半导体元件中传感器价值量最高,占比约 54%,而电源相关的功率器件占比约 26%,射频器件占比约 15%,MCU 占比约 5%。
综合考虑局域和广域 IoT 出货量,及通信模块成本拆分,我们大致估算了 IoT 终端拉动半导体市场规模的弹性。在 2018-2023 年间,IoT 带动传感器规模约 234 亿/295亿/351 亿/400 亿/450 亿/495 亿美金,电力器件规模约 112 亿/141 亿/168 亿/192 亿/216 亿/238 亿美金,射频器件规模约 66 亿/82 亿/98 亿/112 亿/126 亿/139 亿美金,MCU 的市场规模约 23 亿/29 亿/35 亿/40 亿/45 亿/50 亿美金,具备 IoT 模块配套实力的相关公司有望受益。
同时,物联网终端连接数在百亿级别,感知和交互信息量巨大,处理和存储效率有限,产生了需要人工智能芯片在前端(也称边缘计算)/后端进行高效运算或者辅助加速的需求。综合考虑市场规模和 AI 作用占比,零售/交通物流/汽车/高科技等领域 AI 大有可为。人工智能平台可高效处理物联网海量数据并自主决策,包含通信接口(WiFi、蓝牙)、处理器(CPU)、加速器(GPU、ASIC、FPGA)、存储器(NAND、DRAM)等主要架构单元。其中,AI 芯片即加速器芯片,对应的市场规模在2017 年约9 亿美金,到2021 年有望增至51 亿美金,2017-2021年有望以 57.5%年复合增长率高速增长。
此外,由于物联网模块在小型化、集成化、低功耗、多功能等方面要求较高,带动先进封装需求,先进封装占比较高的封测厂商有望受益。物联网模组通常采用 FC、WLSCP(Fan-In WLP、Fan-out WLP 等)、SiP 等先进封装,来实现物联网模组体积较小、功耗较低、功能较多等方面的要求。随着数据量或者处理速度提升,MCU由 8 位将升级至 32 位,引脚数大幅增加,也带动了 FCBGA 等倒装封装需求。根据 Yole 数据,2018 年全球先进封装规模约 274 亿美金,其中 FC 占据大头,对应规模在 194 亿美金。到 2020 年,先进封装规模有望增至 324亿美金,2018-2020 年复合增长 8.7%,而 FC 则增至 227 亿美金。
1.2 5G 促使VR/AR 技术升级,声光传感器/MCU/分立器件等机会到来 5G 到来后,将会催化诸多新型应用加速发展,VR/AR 便是其中之一。5G 网络具备高速率和高带宽特点,能够充分满足 VR/AR 对高带宽(100 Mbps+)、低延时(1-10 ms)指标的要求,带给消费者更好的视觉感官体验,并反过来促进 VR/AR 应用的大范围推广,VR/AR 有望成为 5G 在消费电子领域的爆点应用。 VR 是指利用计算机图形系统和接口设备,形成三维、可交互、完全虚拟的视觉环境,提供给用户沉浸式体验。AR 是指利用计算机视觉技术,将图形系统产生的虚拟图像,与真实世界叠加到同一画面或空间,获得超越现实的感官体验。MR(Mixed Reality)则是VR 与 AR 的混合,所看到的环境本身就包含了真实和虚拟信息,而XR(Extended Reality),是扩展现实,包括 AR、VR、MR 等多种形式。典型的 XR 设备主要包含通信(WiFi、4G-5G)、传感器(麦克风、惯性、触觉、环境光等)、摄像头(记录、眼球追踪、鱼眼、长焦)、音频(骨传导耳机、定向扬声器)、显示(OLED 或 LCOS)等五大功能部分,整体结构复杂,成本较高。 随着5G 商用普及,将促进 VR/AR 技术继续升级,有望实现VR/AR 与云端结合。高清 VR 视频每秒容量高达百兆,目前 4G 网络下,很难有流畅的视觉体验。5G 能够完全解决 VR/AR 对高带宽和低时延的要求,不仅能够流畅观看,还能基于云端进行图像和多媒体的上传、处理与渲染等操作,同时满足实时性和计算性要求,用户体验提升。而且将复杂操作传到云端去执行,降低了 VR/AR 设备复杂性、减少重量和成本,有利于推广。 全球 VR、AR 市场 18 年规模约 93 亿美金,有望以62%的年复合增速,增长至 2025 年的 2788 亿美金。届时,全球 VR 市场规模在 1539 亿美金,AR市场规模在 1250 亿美金。下游应用领域中,消费电子是VR/AR 的主要市场,占比 41%,居于首位,而教育、商业零售等紧随其后,份额分别为 17%、16%。中国作为全球消费电子、教育和电子商务的重要地区,匹配 VR/AR 的优势领域,有望迎来爆发式增长。 根据 Oculus VR 眼镜拆解,显示主要采用 2 片 AMOLED,合计成本约 69美金,占总硬件成本的 41.5%,主要供应商为三星;传感器成本为 15.9 美金,占比 9.5%,主要供应商为 vishay、博世、歌尔等;处理器成本为 9.92美金,占比 6%,供应商为 ST、Nordic 等;电源管理元件,成本为 3.05 美金,占比 1.8%,供应商为安森美、TI、 Analog 等;分立器件/被动元件/LED 成本为 5.98 美金,占比3.6%。 根据 IDC 预测,2016-2021年全球 VR/AR 设备将以 58%复合增速高速成长,从 2018 年 3400 万/200 万台,增至 2021 年 7200 万/2700 万台。结合前面 Oculus VR 眼镜成本拆分,我们大致估算出 VR 设备相应给核心元件带来的规模增量,2018-2021 年,带动显示规模增量为 23.5/32.4/42.1/49.7 亿美金,带动 IC 元件市场规模增量为7.4/10.2/13.2/15.6 亿美金,传感器(包括 CIS)的规模增量为 5.4/7.5/9.7/11.4 亿美金,分立/被动元件等规模增量为 2.0/2.8/3.6/4.3 亿美金,带动 PCB/连接器等规模增量为 8.3/11.5/14.9/17.6 亿美金,其中,VR 设备给半导体合计带来规模增量为 14.8/20.5/26.6/31.3 亿美金,摄像头/传感器/MCU/分立器件/存储/射频等领域迎来机会。 1.3 5G 驱动汽车行业网联化、智能化、电动化,车用半导体市场持续增长 5G 高速率、低时延的优势同样使得车辆互联,即 V2X 得以实现,结合车辆配备的 ADAS 系统,使得自动驾驶成为可能。同时由于节能减排与智能化的发展趋势,汽车电子化、电动化的程度也正在提升。网联化、智能化、电动化是未来汽车半导体的主要发展驱动力,也有望带动全球半导体行业持续增长。相关的车用传感器(CIS、 MEMS、激光雷达)、运算处理芯片(CPU、GPU、ASIC、FPGA 等)、功率半导体(IGBT、MOSFET、SiC 器件)等领域有望受益。 自动驾驶需要传感、计算处理和执行三大功能单元分工协作才能完成。其中,传感部分主要包摄像头、雷达、LIDAR、超声波等传感器,以及 V2X、GPS 等网联装置,用来获取车身姿态与车辆状态信息;而计算处理主要在 ECU 单元,核心元件包括 CPU、GPU、ASIC 等具备强大算力的计算处理芯片,对得到的复杂信息进行处理和决策;执行单元就是针对计算处理后做出的决策,来执行动力、制动、转向、变速等车辆动作。 随着自动驾驶程度从 L1 提升至 L5,汽车从驾驶辅助升级到无人驾驶。单车使用汽车传感器数量显著增加,雷达/摄像头/激光雷达/超声波等传感器均有不同程度增多,其中摄像头和雷达弹性较大,而激光雷达由于价格昂贵,使用量增长有限。当感知和交互的信息量提升至 1-2 个数量级时,便需要更强大的计算处理能力来执行决策功能。因此,汽车自动化程度提升,带动单车半导体价值量增长,从 L2 的 150 美金,增长到 L3 的 580 美金,再到 L4-L5 水平的860 美金,单车半导体价值量提升近 6 倍。L4-L5 具体拆分看,传感器部分占据车用半导体大部分,约 615 美金;计算部分其次,半导体价值约 190 美金;执行层约为 55 美金。 由于时延和可靠性问题,高速运动的自动驾驶汽车,不可能完全将计算依赖云端处理,因此也对汽车本地的计算处理能力提出更高的要求。根据英飞凌数据,经济型、中级车、豪华车一般分别需要 20 个、60 个、110个 MCU,如果还具备 L3 及以上的自动驾驶能力,则还需要分别对 CPU/MCU 补充 0/0 个,1/1个、2/1 个。到2025 年,车用 MCU 数量有望达 62 亿片,车用CPU 数量达 0.24 亿片左右,自动驾驶 CPU 芯片需求明显增长。 车用 MCU 出货结构看,出货数量以8 位 MCU 居多,占比约 45%,而 32 位 MCU 为 25%;而从出货金额看, 32 位 MCU 占比 60%,8 位占比仅 15%,32 位 MCU 单价是 8 位 MCU 的 7 倍多。2016 年车用 MCU 市场规模约58.6 亿美金,到 2023 年有望增至 72.5 亿美金。其中 2016 年32 位 MCU 为 35.6 亿美金,到 2023 年有望增至 51.2亿美金,年复合增长率为 5.3%。32 位 MCU 规模占比有望进一步提升至 72%,8 位 MCU 逐渐被替代。 汽车电动化程度提升,带动功率器件单车价值数倍提升。普通燃油车功率器件价值量为 17 美金;中度混动汽车(Mild hybrid/48V)则增至 47 美金;而插电式混动(PHEV)、混动(HEV)又增至 270 美金;到纯电动汽车(EV),单车功率器件价值量高达 387 美元,是普通燃油车的 23 倍,占整车半导体成本超 50%。主要增量来自引入电动力系统,辅助(混动)或者完全替代(纯电动)燃油动力系统,带动 MOSFET、IGBT 等功率器件价值量大增。预计 2025 年中度混动、PHEV/EHV、EV 对应的功率器件规模为 5.2 亿、28.4亿、23.2 亿美金。国内扬杰科技、捷捷微电、士兰微、韦尔股份等功率器件厂商初具实力,未来有望切入车用功率半导体领域。 汽车的自动驾驶和电动化趋势,推动 ADAS 和动力系统增速明显,单车半导体价值量持续增加。到 2022 年,平均单车半导体价值量有望增至 481 美金,其中动力系统和 ADAS 市场规模分别在 122 亿和 91 亿美金,对应复合增速为 7%和 21%,ADAS 相关市场规模高速增长,需求强劲。具体器件类型方面,与自动驾驶感知相关的光学器件,传感器&雷达增速为 10%、6%,市场规模分别为 43 亿、66 亿美金;与计算相关的微组件 IC、存储、逻辑器件等也增速明显,分别为 10%、8%、7%,对应市场规模为 115 亿、41 亿、27 亿美金。 因此,我们看好自动驾驶和电动化趋势下,汽车半导体中功率器件、传感器(含 CIS)、计算处理芯片等细分领域的成长机会,国内相关厂商有望实现汽车供应链的突破,打开新空间。 1.4 5G 带动终端设备和单机使用量双升,半导体行业成长激发新动能 2019年是 5G 商用元年,5G 来临后将带动物联网、VR/AR、汽车电子、智能家居等应用加速兴起。终端设备数量和单机使用半导体量双升,驱动半导体行业成长新动能,相关器件及特色工艺环节迎来机会。 综上分析,我们从元器件产品的角度进行汇总。具体细分看,传感器、MCU、功率/射频器件、电源芯片、嵌入式存储器等需求提升最为明显。 1)物联网、车联网等需要传感器感知信息,带来了大量传感器需求。目前传感器下游应用以 CIS 图像传感器及 MEMS 传感器为主,分别占比约 30%,20%,合计占比约半数。根据我们测算,2019 年,包含蜂窝在内的广域IoT、VR/AR、汽车电子等对于传感器的需求规模约42.5/7.5/33.9 亿美金,到2021 年合计年复合增速约34.5%,分别对应规模为 72.5/11.4/67.8 亿美金,而合计规模占全球传感器总规模则从 16.2%提升到 22.9%。 其中,单看 CIS 图像传感器领域,多摄/3D/汽车/安防等有望驱动核心传感元件的 CIS 行业高成长。汽车作为 CIS 的高增长子领域,各大厂商均在发力。半导体巨头三星也在积极布局汽车 CIS,将其作为仅次于存储器的半导体重点,推出 ISOCELL Auto 等车用 CIS 芯片,并计划将用于生产存储的 11 线/13 线转向 CIS,以追赶车用CIS领域的安森美和豪威。 我们看好 CIS 子领域及产业链相关环节的成长性,根据测算,2019 年,包含蜂窝在内的广域 IoT、VR/AR、汽车电子等对于 CIS 图像传感器的需求规模约 13.6/5.2/10.8 亿美金,到 2021 年增至 23.2/7.9/20.6 亿美金,而合计规模年复合增速约 32.3%,占全球 CIS 总规模的比例则从 17.8%提升到 26.0%。 2)MCU 亦有望大幅受益。IC Insights 数据显示 18 年 MCU 出货量将同比增18%,营收同比增 11%,达 186亿美金历史新高,预计 19 年营收将以 9%增速增至 204亿美金。18-22 年,受益于 IoT、汽车电子、工控、AI 等应用驱动,MCU 出货量和销售额有望以 11.1%和 7.2%年复合增长。我们测算 19-21 年 IoT 贡献的 MCU年营收增量约 30-40 亿美金。汽车电子正在往智能/电动/舒适化发展,车用 MCU 不断增多,预计 19-21 年车用 MCU 规模约在66-70 亿美金。 2021 年,包含蜂窝在内的广域IoT、VR/AR、汽车电子等对于 MCU 的需求规模约 7.3/7.1/70.1 亿美金,而合计规模占 MCU 总规模比例则提升到 37.8%。目前 MCU 国外八大厂商占据约 90%份额,国产化空间较大。国内厂商已经在消费电子、智能仪表等领域初具实力,未来有望向物联网、汽车电子等高端领域延伸。 3)功率器件是除传感器、MCU 外,另一大受物联网与汽车电子带动的半导体子领域。传统汽车电子化将驱动功率元件单车价值量提升。根据测算,2019 年,包含蜂窝在内的广域 IoT、VR/AR、汽车电子对于功率器件需求规模约 20.4/1.5/47.5 亿美金,到 2021 年增至 34.8/2.3/56.5 亿美金,合计规模年复合增速约 16.2%,占全球功率器件的比例则从 48.1%提升到 61.5%。 4)5G 将带动射频模组价值量较 4G 有明显提升,叠加物联网巨大终端数量,给射频器件带来明显增量。根据测算,2019 年,包含蜂窝在内的广域 IoT、VR/AR、汽车电子等对于射频器件的需求规模约 11.9/3.5/2.2 亿美金,到 2021 年合计年复合增速约 38.3%,分别增至 20.3/5.4/8.0 亿美金,占全球射频器件的比例则从 10.5%提升到 14.9%。 5G 将驱动 IoT、汽车电子等渗透加速,带动传感器、MCU、功率/射频器件、电源芯片、嵌入式存储器等需求提升。而这些半导体元件相关的特色工艺以成熟制程为主,不完全遵循摩尔定律发展,国内半导体厂商在器件设计以及特色工艺晶圆制造上已经具备一定实力,迎来国产替代与行业增量双重机遇。 我们汇总未来新兴应用对各类半导体器件的增量需求。其中传感器 19-21 年三年需求增量约 90 亿美金, MCU 约 16 亿美金。考虑到2018年全球 IC 设计产值约1000 亿美金,因此仅传感器、MCU 两者即在 3 年内贡献10%+的增量市场。IoT、VR/AR、汽车等新应用将成为半导体行业中长期的重要弹性来源。 二、行业短期仍有压力,但2019年全年不乏亮点 2.1 短期仍有压力,细分领域表现有所分化 纵观18 全年,全球半导体行业仍保持较高同比增长,但下半年受多种宏观因素影响,景气度有所波动。全球半导体月销售金额从 16 年 8 月开始保持近 2 年的连续同比正增长,其中 18H1 月度销售同比增长率维持在22.7%-20.5%,稳中略降;而 Q3 季度后,受到 PMI 下滑、贸易摩擦等宏观因素影响,消费端实际需求受到一定抑制,叠加重复下单导致的库存水位偏高,销售增速开始放缓,8 月已降至 15%以内,到 11 月增速约 10%,带来景气度有所波动。地区看,亚太与美洲增速仍保持 10%+,相对欧洲和日本表现较好。 库存金额看,2011-2016 年全球半导体库存水位维持在 250-300 亿美金,而随着 16 年以存储器为代表的半导体景气周期开启,量价双升下半导体行业销售额高速增长,带动相应库存金额逐步升高。考虑到库存是价格与需求数量的综合作用结果,观察稼动率指标,排除订单季节性波动影响,18 年前三季度全球晶圆代工产线稼动率,较 17 年同期有一定下滑,但仍然维持在 83%-86%。相较于历史稼动率水平处于中枢偏下,但要优于16Q1/14Q1/13Q1/12Q1对应的 79%、82%、83%、74%等历史周期低点。 从北美半导体设备商出货金额看,18 全年继续正增长,但月度同比增速逐步降低。从 16 年下半年,即与半导体高景气周期开启同步,北美半导体设备商出货额增速急速攀升,越过2013-2015 年设备出货增长高峰的20%-30%增速区间,在 17 年上半年达到顶峰,同比增速高达 33%-74%。总体看,17 年为设备商出货增长高峰, 18 年已放缓至正常区间。 半导体不同细分领域景气度呈现分化,18 年存储/模拟/处理芯片等领域相关公司表现优异。从 18 年全年预计营收看,包含设计、代工、IDM 等在内的半导体厂商中,存储器公司如三星、海力士、美光、Marvell、东芝、西数/闪迪等受益于DRAM/NAND 处于景气高位,年增速介于 16%-41%;受数据中心、专业视觉等业务驱动,英伟达 18 年增速约为 37%,以上属于第一梯队。而 Intel、德仪、意法、英飞凌等,由于模拟/CPU 需求稳健,供给偏紧,年增速保持在 8%-16%,属第二梯队。随着智能机/PC 市场趋于饱和,且创新力度有限,智能机在 18年需求乏力,博通/AMD/联发科18Q3 增速为 5.7%/4.4%/3.0%,较平稳;而高通受影响较大,全年增速在-3%,并拖累上游晶圆代工的台积电年增长约 6%。 前文营收增速分析反映的是半导体行业量价综合作用结果,接下来我们将从另一个角度,即存货周转天数(DOI),从半导体产业链的下游环节(终端,组装,元器件分销),逐步分析到中游环节(芯片设计、晶圆代工、存储器),直至上游的设备环节,探究行业库存和景气度相关情况。 (1)终端需求:以苹果、三星、LG 等消费电子厂商 DOI 有所提升,其中苹果公司 DOI 从 2016 年至 2018年同比增加明显,主要与以 iPhone 等智能手机为代表的消费电子创新放缓,换机周期拉长有关。PC 端的 HP 和联想,及通信设备端的思科和爱立信,其 DOI 则相对平稳,略有提升。手机/PC/通信设备/消费电子等终端厂商DOI略有提升,反映了终端需求整体乏力。 (2)终端组装:手机/PC 等终端组装环节,鸿海/捷普/伟创力等厂商 DOI 均有提升。鸿海(富士康)DOI在 2018 年较 2017 提升明显,与手机市场销售乏力明显关联。 (3)渠道分销:相较 2017 年,艾睿/安富利/大联大等元器件分销商在2018 年前三季度 DOI 整体平稳,2017与 2018 年较 2016 年 DOI 水平有所提升。 (4)逻辑器件环节:a. 计算机 CPU、GPU 等处理器厂商中,Intel其 DOI 水平保持稳定,AMD 受益于计算和图形处理芯片拉动 DOI 大幅降低,而 NVIDIA 由于 18 年数字货币价格下跌导致矿机芯片需求大幅下滑,导致其 DOI 在 18 年攀升。b. 手机相关处理器厂商,高通由于拥有绝对强大话语权,DOI 水平相较于 2017 年继续降低,龙头效应显著;反观联发科其 DOI 在 2018 年继续保持高位,地位继续被压缩。c. FPGA 可编程逻辑器件厂商赛灵思由于 AI,5G 研发等需求旺盛,目前 DOI 水平较低。 (5)模拟/射频器件环节:a. 模拟器件由于下游应用广泛,TI、ADI、安森美、意法等大厂 DOI 虽有波动但看其平均水平较为稳定,18 年 Q2-Q3 有所下降。b. 射频器件行业呈寡占格局,Qorvo 和 Skyworks 具备话语权和调控力,DOI 平均水平整体稳定。 (6)晶圆代工环节:2016-2018年,台积电、世界先进、中芯国际等厂商 DOI 基本呈现逐年攀升现象,仅看 18 年其 DOI 整体已稳定。而华虹半导体 17-18 年 DOI 较 16 年有所降低,且 DOI 上涨幅度较小,与其主营的8 寸线晶圆代工景气度较高有关。台积电在晶圆代工一家独大,其 DOI 水位较高也侧面反映了行业现状。 (7)存储器:拉长时间维度看存储厂商DOI,从 2014Q1 到 2018Q3 存储器行业大概经历了两轮周期,分别对应 13-14 年和 16Q2-17 年的景气度高点,DOI 水位较低。随着 3D NAND 和 DRAM 新产能逐渐开出,市场供需从紧张到宽松,对应的是海力士/美光/华亚/南亚等存储器厂商 DOI 逐步抬升,目前 DOI 处于相对高位。 (8)上游设备环节:应材、KLA、LAM 等设备商在 17-18 年DOI 较 16 年有所降低,并在 18 年微幅增加,与设备开支在 18 年放缓对应;而光刻机厂商 ASML 由于先进制程产线新建,其高端光刻机需求强烈,DOI 不断下降。整体看,上游设备厂商库存周转天数总体稳定,反映了半导体设备供需无剧烈变化。 2.2 行业2019 年不乏亮点,光电/分立等细分领域表现较佳 半导体市场将维持增长,中国表现优于全球 根据 WSTS 数据,若剔除存储器涨价影响,2013 年后全球除存储外的半导体规模稳定在 10%以内增长,而同期中国集成电路设计、制造、封测增速分别保持 25%-30%、20%-30%、5%-20%,高于全球平均水平。 展望 19 年,全球半导体增速有望达到4%(剔除存储),处于过去五年中枢,且国内集成电路产业成长仍以本土替代为主,份额提升有望抵消行业波动影响,国内半导体产业仍有望走出优于全球的市场增长。 半导体不同细分领域所处景气周期有所不同,未来也将分化 从下游终端需求来看,根据 IHS、Gartner等机构预测,2019-2020 年服务器有望保持 4%-5%的年增长,而智能手机有望保持 3%-1%的增长,功能手机维持 1%-0%增长,而笔记本出货量可能不增长,台式机保持-1%的年衰减,液晶电视出货有望维持 2%的年增长。目前消费类终端需求量放缓,对应半导体厂商的成长机会主要以产品升级带来的单机使用量和价格提升为主。 而长期看,根据Gartner 预测,汽车和工业有望成为半导体较高增长领域,对应2016-2021 年CAGR约为10.3%、 10.2%,高于消费电子/数据处理/通信的对应增速 6.4%/6.1%/5.6%。细分看,5G、AI、云计算、数据中心、汽车电子、物联网等应用渗透加速,相关射频、AI 芯片、MCU、传感器、光电器件等领域带动半导体行业新增量。 2019年半导体细分领域中光电器件有望引领增长,分立器件/逻辑芯片/模拟芯片/微处理器保持稳健,存储器预计仍有短期压力。根据 WSTS 预测,18-19 年全球半导体规模为 4779 亿,4901 亿美金,增速分别为 15.9%、 2.6%。其中 2019 年,光电器件规模约为 413.5 亿美金,增速预计为 6.8%,为最高;传感器销售额有望以 5.1%增长;分立器件增速约为 3.9%,规模达 251.4 亿美金;而集成电路整体则增长 2.0%,销售达 4096 亿美金,占半导体规模 80%+。 在集成电路中,逻辑芯片、模拟芯片、处理器芯片 19 年营收约为 1139 亿、610 亿、701 亿美金,年增速约3%-4%,而存储器由于 NAND 的拖累,预计年增长约-0.3%,市场规模约在 1645 亿美金。 根据2018-2019 年半导体各细分领域的晶圆产能增速,结合前文对营收增速和库存等景气度判断,我们来对 2019年半导体各相关领域的供需情况分析: (1)全球存储器、LED 的晶圆产能在 2018 年保持了 9%-10%的年增长,且这两个行业目前已经处于供过于求阶段,19 年仍然分别保持 7%、9%的产能增长,我们维持19 年可能供过于求的判断。 (2)分立器件、MEMS、晶圆代工在 18 年/19 年产能分别年增6.6%/6.2%、7.5%/5.1%、4.3%/4.9%,其中,分立器件需求稳健,在 18 年面临供需偏紧,19 年产能增速仍保持 6%+,判断 19 年供需平衡或略宽松;晶圆代工在 18 年供需相对宽松,19 年产能增速高于 18 年,预计 19 年供需仍然宽松。 (3)模拟器件产能在 18 年/19 年分别增长 1.3%、1.6%,产能扩张有限,供需结构保持平衡。 (4)逻辑器件,18 年产能增长 1.8%,但手机/笔记本/服务器等领域情况有所分化,19 年产能增速为 3.2%,预计整体保持供需平衡或略宽松。 (5)光电器件,以 CIS 等为主,18 年产能增长 3.7%,部分产品供需偏紧,已经出现涨价迹象,19 年产能增长有望达到 14.2%,略高于全球 CIS 市场在 2016-2022 年CAGR 的 11%,考虑到手机多摄、3D/VR/AR、安防、 ADAS 等应用驱动,判断 19 年供需结构仍然健康。 存储短期有压力,静待新一轮上行周期 我们对全球 DRAM、NAND 的主要晶圆产线进行统计,计算出折合十二英寸的 DRAM/NAND 晶圆总产能。此外,对于预测的存储晶圆需求数,我们综合了贸易摩擦、5G进展等宏观/行业因素,考虑了乐观/悲观/中性三种情形下的晶圆片数需求情况。 需求端,基于2018 年的DRAM 及NAND 需求晶圆数(折合12 寸),考虑乐观/中性/悲观三种情形下2019-2021年 DRAM 及NAND 晶圆需求的预计数量。 (1)DRAM 需求数量:在乐观情形下,2019 年 DRAM 晶圆需求数量增长10%,且 2019-2021 三年 CAGR 为10%,中性情形下分别为 3%/3%,悲观情形下分别为-2%/-2%,此外建投电子团队预测对应 2019-2021 年 DRAM晶圆需求数量的年增长率为 3%/8%/8%;(2)NAND 需求数量:在乐观、悲观、中性情形下,增速与 DRAM 一致,建投预测情形则对应 2019-2021 年 NAND 晶圆需求数量的年增长率为 3%/6%/8%。 对于DRAM 市场,三星/海力士/美光三家公司控制着 95%以上份额,呈寡头格局,竞争门槛较高,三家主力厂商易于影响全行业DRAM晶圆供给。目前巨头厂商已计划部分暂停DRAM新线扩建,控制DRAM晶圆供给,维持供需水平以达到稳定 DRAM 价格的目的。根据统计与测算,各 DRAM 厂商供给晶圆(折合 12 寸)2018 年合计年产能为1294 万片,到 2019 年则有望增至 1355 万片/年。目前国内合肥睿力和福建晋华拥有 DRAM 产线,福建晋华在 18 年底已经具备小批量试产能力,按照规划,若发展顺利,在 19 年两者合计产能约 27 万片/年。 假设取我们预测的 DRAM 晶圆数量需求情况(即晶圆需求建投预测情形),根据测算结果显示,17 年供给过剩率为-9%,符合 17 年 DRAM 供不应求,价格持续上涨的判断;18 年供给过剩率为-1%,供需仍然略有偏紧,与 18Q4 季度 DRAM 价格才有所松动相一致;展望 19 年,我们认为 DRAM 的供给过剩率约在 1%,大概率处于供给略宽松或供需平衡状态,景气度有望仍然保持在中上水平。 对于NAND 市场,有六家主要厂商,前三大厂商份额为 69%,竞争格局相对激烈,各厂商维持份额是主要目的,较难形成主动控制 NAND 产能的合力,NAND 晶圆新增供给仍会开出,供过于求可能会加重。根据统计与测算,各 NAND 厂商供给晶圆(折合 12 寸)2018 年合计年产能为 2112 万片,到 2019 年则有望增至 2291 万片/年。国内仅紫光系有 NAND 产能开出,18 年小批量,按照发展规划且发展顺利,19 年年产能约 50 万片,到2021年有望增至 390 万片。 假设取我们预测的 NAND 晶圆数量需求情况(即晶圆需求建投预测情形),根据测算结果显示,17 年 NAND供给过剩率为-3%,符合 17 年整体价格仍然保持高位的事实;18 年供给过剩率约为 1%,供需状态越过平衡点,与从 18Q1 开始 NAND 价格下跌一致;展望 19 年,判断 NAND 供给过剩率约在 7%,仍然处于供过于求状态,价格仍有下降空间。考虑到 NAND 储存位元需求仍有一定增长动能,对 NAND 不必过于悲观。 综上我们认为 NAND 当下处于被动补库存阶段,DRAM 处于主动补库存阶段尾声,后续可能暂缓 DRAM 扩产,维持供需平衡。而智能机增长乏力,相关 CPU/射频等处于被动补库存阶段,且数字芯片/射频芯片多是垂直分工的商业模式(fabless 与 foundry),继而影响上游晶圆代工(foundry)环节的库存表现。分立器件或者模拟器件多以 IDM 模式为主,具备较强的产能自我调节能力,控制行业供给,抗景气波动能力更强,表现相对其他类型器件更为稳健。 展望 2019 年,多家机构预计行业增速在 3%-5%,保持正增长。19 年半导体行业不乏亮点,光电器件和传感有望引领增长,分立/模拟/微处理/逻辑器件等保持稳健。国内集成电路厂商成长机遇仍在于国产替代,替代份额提升有望平抑行业波动的负面影响,看好具备一定竞争力的国内半导体厂商,表现有望优于全球平均。