半导体是数字化的经济的基石，对全球信息科技产业的发展至关重要。此篇报告作为我们中观科技产业系列专题报告的开篇，我们将从宏观到中观，通过复盘全球半导体产业的发展历史，对我们基于供给和需求视角的全球半导体产业分析框架进行详细阐释，对全球半导体产业的成长性、周期性进行观察总结和实证分析，对全球半导体产业价值链分布、全球市场现状与特征，以及中国大陆半导体产业现状与问题进行详细归纳。通过与美国等海外地区对比，发现中国大陆半导体产业链的不足；通过对全球产业趋势的分析，来理解当下中国半导体产业的发展机遇。
半导体（Semiconductor）狭义上是指半导体材料，即常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。包括以硅（Si）、锗（Ge）等元素半导体（也是第一代半导体材料），和以砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化镓（Ga2O3）等化合物半导体材料（第二代至第四代半导体材料）。半导体材料是制作半导体器件和集成电路的电子材料，是半导体工业的基础。利用半导体材料制作的各种各样的半导体器件和集成电路，促进了现代信息社会的飞速发展。
集成电路（Integrated Circuit，IC，中国台湾称为“积体电路”），是指通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻器、电容器等被动元件及布线“集成、封装”在半导体（如硅或砷化镓等化合物）晶片上，执行特定功能的电路或系统。
芯片（Chip），通常就是指集成电路芯片，因此绝大多数时候，芯片、集成电路、IC 等术语可以混用。
半导体产品类型繁多，通常按照 WSTS 统计数据，分为集成电路、分立器件、光电子器件、传感器共 4 大类。
1）集成电路，即通常所称的芯片，英文简称 IC 或 Chip，占据半导体销售额的绝大部分，最重要的包含模拟芯片和数字芯片。
模拟芯片，主要是指由电阻、电容、晶体管等组成的模拟电路集成在一起用来处理连续函数形式模拟信号的集成电路，最重要的包含以放大器、比较器、接口 IC等为代表的信号链类芯片，和以驱动 IC、交直流转换（AC/DC、DC/DC、DC/AC等）、充电/电池管理 IC 等为代表的电源管理类芯片。
数字芯片，是对离散的数字信号进行算术和逻辑运算的集成电路，其基本组成单位为逻辑门电路，包括逻辑芯片、微处理器和存储芯片三大类。
（1）逻辑芯片，广义上可以是所有采用逻辑门的大规模集成电路，这里主要是指仅包含逻辑运算能力的集成电路，包括以 CPU、GPU 为代表的通用计算芯片、专用芯片（ASIC等）和 FPGA 等。
（2）存储芯片，主要承担数据存储功能，包括易失性存储和非易失性存储，易失性存储主要以随机存取器 RAM 为主，使用量最大的为动态随机存储 DRAM；非易失性存储较为常见的是 NOR Flash 与 NAND Flash。NOR Flash的读取速度较快，被大范围的使用在代码存储的主要器件，NAND Flash 则在高容量时具有成本优势，是目前 SSD 固态硬盘的主要存储介质。
（3）微处理器（MPU），主要是指将计算、存储等多种功能封装成一个芯片之上的微控制单元（MCU）。
2）分立器件，是相对于集成电路而言的半导体另一大产品分支。分立器件早于集成电路出现，至今仍然被广泛地应用在消费电子、计算机、通信、汽车电子等广泛领域。分立器件可分为普通二极管、三极管、以电容/电阻/电感为代表的三大被动元件，和占据分立器件主要地位的功率器件。功率半导体分为功率 IC 和功率器件，功率 IC 主要以电源管理类模拟 IC 为主，功率器件最重要的包含功率二极管、晶 管、功率晶体管等类型。其中，功率晶体管还可细分为双极结型晶体管（B T）、结型场效应晶体管（ FET）、金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等多种类型，大多数都用在放大器、大功率半导体开关和逆变器等场景。
3）光电子器件，主要是指利用光子-电子转换效应（光电效应）设计的功能器件，可大致分为光电导器件、光 器件、发光器件和受光器件。光电导器件包括光 电阻、光电二极管、光电三极管等，其中光电二极管是构成 CCD 和 CMOS图 传感器的基本单元。光 器件是利用光 效应进行工作的半导体器件，最重要的包含光 电池、光电 测与光电控制器件等。发光器件，最重要的包含发光二极管（ ED）与半导体 光器。 ED 按化学性质又分有机发光二极管 O ED 和无机发光二极管 ED，最初用于仪器仪表的指示性照明，后来用作文字或数字显示，近些年又发展出 mini- ED 和 micro- ED 等新技术。半导体 光器，也称 光二极管（ D），可分为同质结、单异质结、双异质结等几种类型，主要用作 光通信、光存储、光陀螺、 光 印、测距以及雷达等领域。半导体 光器可根据材料、波长、功率、发 方式等多种维度分类，其中 VSCE 光器得益于 3D 结构光（苹果 Face ID 采用的方案）和 iDAR 等下游应用场景的拓展而在近几年市场规模加快速度进行发展。受光器件，即接受光信号转换为电信号的光电器件，最重要的包含图传感器、红外接收器、光电倍增管等产品，在下游应用产品中通常与发光器件集成在一起使用。
4）半导体传感器，是指利用半导体材料物理、化学、生物特性制成的传感器，按照信号感知方式，可大致分为温度传感器、 度传感器、 力传感器等多种类型。传感器作为数字世界的眼耳口鼻，在几乎所有行业都存在广泛的应用场景。除以上分类外，半导体产品还有多种分类维度，例如按照下游需求场景可分为民用级（消费级）、汽车级（车规级）、工业级、军工级和航天级等。
半导体产品向功能集成化趋势发展。随只能手机、智能手表、TWS 耳机等下游消费电子应用对芯片性能、功能和集成度的要求慢慢的升高，半导体产品功能集成化发展成为重要趋势，出现了诸如片上系统芯片（SoC）、 芯片（RF）、电源管理芯片（PMIC）等将传统单一半导体芯片的多种功能模 化集成化的芯片类型。例如高通骁龙 8Gen1 SoC 集成了 CPU、GPU、ISP、5G RF 等多种数字和模拟芯片模 ，恩智浦 PMIC 芯片集成了多种模拟电路功能。
供给端：供给端由企业主导，企业的供给要由不同阶段的固有产能和产线整体的产能利用率决定，其他决定供给能力的因素还包括库存水平、上游原材料供应情况等。产能主要由企业资本开支决策、国家或地区的产业引导政策等因素决定。常见的产业政策类型包括国民经济计划（包括指令性计划和指导性计划）、产业体系调整计划、产业扶持计划、财政投融资等。当产能利用率持续高企，甚至长时间以顶配水平运行时，或者企业判断未来较长时间内需求端较为旺盛时，会增加资本支出预算，升级改造旧产线或新建产线，以提升未来产能。
需求端：半导体产品的下游需求包括消费电子、计算机/服务器、汽车、工业等多个领域，但各领域最下游的应用端多由个人消费者主导。需求端的影响因素包括宏观经济、政治、区域文化、产业政策、产品迭代等因素，其中产业政策多为消费类政策，产品迭代主要由消费者和系统集成商一同推动，而技术进步是产品迭代的根本因素。
销售市场：供给、需求和贸易共同创造了销售市场，同时市场供需的变化也会及时向上反馈给供给和需求，起到一定的调节作用。例如：产品销量较好，企业库存水位下降，将会提升产线稼动率，以增加库存补给；产品价格下降，将会对价格 感型人群的消费决策产生较大的影响，进而影响总需求。
社会库存：供给端的企业通常有直销和经销两种销售模式，直销模式下企业直接将产品销售给客户，经销模式下企业通过层层经销商将产品销售给客户。经销商（或者称渠道商、贸易商、流通企业等）能够在一定程度上促进产品流通效率、分担企业库存风险，同时获取部分利润。因此整个供给端库存，可大致分为制造商库存和流通企业库存（也称渠道库存），二者共同构成了总的社会库存。
二级市场：销售市场上整体行业的销售额和利润，由规模大小不等的企业共同贡献，企业的边际盈利变化与长期资金市场对企业 值水平的判断，共同影响了企业股价走势，同时各企业股价变化叠加其权重因子共同决定了行业指数的波动周期。另外，企业纯收入能力和 值的变化，同时也在某些特定的程度上影响企业投资决策，进而影响到产能端的资本开支节奏。
技术因素：随着科学技术的发展和知识产权制度的建立，技术也作为相对独立的要素投入生产，成为第四大生产要素。对于半导体产业而言，制造端的技术进步最重要。随着制程节点按照摩尔定律演进，性能更高、功耗更小、更加轻巧的芯片使下游各类应用成为现实，新产品不断涌现，产品迭代促进了消费需求，维持整个产业不断成长。
1）从电子管到晶体管，半导体产业的起源。19 世纪 60 年代后期开始的第二次工业革命，使人类进入了电 时代。电 时代以电子设备为载体，电路则是电子设备的核心。1904 年美国弗莱明发明了具有整流和 波两种作用线 年美国福雷斯特制造出的第一只真空电子三极管，成为后来无线电发机和接收机的核心部件。自此，人类能使用真空电子管构建电子设备的电路系统，并在 1946 年成功研发出人类历史上第一台基于电子真空管的数字积分计算机（ENIAC），每秒可执行 5000 次加法运算。仅 1 年后的 1947 年 12 月，美国贝尔实验室由肖克利、巴丁和布拉顿组成的固体物理小组成功研发出点接触型锗三极管，是世界上第一个晶体管，人类自此进入晶体管电路时代。
2）从晶体管到集成电路，半导体产业的大发展。晶体管的发明开创了微电子学的先河，很快受到市场青睐。1954 年，贝尔实验室发明第一台晶体管计算机。1957 年，IBM 开始销售使用了 3000 个锗晶体管的 608 计算机，这是世界上第一种投入商用的计算机，同年，被誉为半导体产业“西点军校”的仙童半导体在硅谷创立，奠定了美国硅谷的发展基础。1958 年 9 月，德州仪器的基尔比发明了第一款基于锗晶体管的集成电路，标志着集成电路的诞生。1959 年 7 月，仙童公司的诺伊斯申请了基于硅平面工艺的集成电路专利，奠定了集成电路大批量产的技术基础，半导体产业从此开始加快速度进行发展：1965 年，摩尔在当年第 35 期《电子》杂志上发表了著名的“摩尔定律”；1968、1969 年，摩尔、诺伊斯和桑德斯相继离开仙童半导体，分别创立了英特尔和 AMD，并开 了两家公司数十年竞争史；1971年英特尔推出第一款商用处理器 Intel 4004，1978 年推出 X86 芯片鼻祖 Intel 8086，并在 1981 年被 IBM 用于第一款个人电 IBM 5150 上，取得了巨大的商业成功。
而后随着小型计算机步入千家万户、晶圆代工模式创新发展和微纳制程节点不断突破，半导体产业持续不断的发展壮大。
半导体产业在美国起源后，伴随地理政治学、地区产业政策、制造模式变革等多种因素，经历了三次产业重心的转移。
（1）1950 年代到 1960 年代，半导体产业在美国本土起源并蒸蒸日上。最初晶体管产品在美国仅被用于军事用途，后来德州仪器发明 IC，计算机成本不断下降、性能不断的提高，集成电路规模不断的提高，1967年 DRAM 和 NVSM 开始作为计算机的核心存储器问世，美国硅谷引领半导体产业的发展。
（2）第一次转移，从创新国美国到日本。1976 年 3 月，日本政府以富士通、日立、三菱、NEC 和东芝五家公司为核心， 合日本工业技术研究员、电子综合研究所和计算机综合研究所共同实 “超大规模集成电路研究计划”（V SI），该计划取得了巨大成功，日本超越美国、一跃变成全球第一的 DRAM 大国，半导体主要市场从美国转移至日本。但 70 年代末，美国在半导体设计、设备、材料等上游环节仍就保持着较大的技术领先实力。
（3）第二次转移，从日本到韩国和中国台湾。1969 年，韩国电子工业振兴法及电子工业振兴 8 年计划的出台为扩大电子科技类产品的生产确立了强有力的政府支援体制。此后，三 电子、 G、现代电子开始致力于半导体产品的生产。70 年代美国、日本的半导体公司在韩国建立了存储芯片组装厂，由此奠定了韩国半导体产业的发展基础。1974 年，三 收 了韩国半导体公司 50%的股份，初步进入半导体行业；1977 年收 剩余 50%股份，同时收 当时在韩国市场处于领头羊的仙童半导体子公司，获得其芯片加工技术，在半导体行业逐渐赢得一席之地。1983 年，韩国政府对外发布“进军 SI 领域（DRAM）的计划”，通过四年时间掌握了 256K DRAM 技术，并通过向日本大量进口高性能制造设备，快速壮大半导体产业，最终三 在 16M DRAM 市场超过日本。而与此同时，半导体产业市场规模的壮大，为产业链环节分工细化 下基础，1987 年张忠谋从德州仪器离开后在中国台湾创立了台积电，推动半导体产业由IDM 模式向晶圆代工模式的转变。全球半导体产业重心从日本逐渐转移到韩国和中国台湾。
（4）第三次转移，从韩国、中国台湾向中国大陆转移。2001 年后，随着加入世贸组织，中国大陆逐渐深度参与到全球产业中。半导体下游应用从台式机逐渐拓展到笔记本电 、手机等各类电子设备，终端产品更为复杂多样。美国、日本、韩国等地区逐渐把劳动力密集型的封装、测试等环节转移到中国大陆。中国大陆半导体产业经历了低端组装和制造承接、长期的技术引进和消化吸收、高品质人才培育等较长时间周期，逐步完成了原始积累，并以国家战略及产业政策为驱动力，推动半导体全产业链高速发展。
4）从 到晶圆代工，半导体产业链走向细化分工。最初，半导体厂商均为垂直整合制造商（IDM），即自己完成设计、制造、封装测试等所有环节。随着1987 年台积电设立 6 英寸晶圆代工厂，中国台湾地区率先进入半导体产业专业分工阶段，并开始承接以美国半导体公司为主的全球半导体产品厂商的委托制造业务，半导体产业形成了以美国为主的负责设计的 Fabless 厂商，和以中国台湾为主的负责制造 Foundry 厂商进行分工 作的局面。中国台湾凭借专业代工，变成全球半导体的晶圆生产基地。
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