1、 请务必阅读正文之后的免责条款部分 证券研究报告 / 行业研究 / 电子电子行业行业 电子行业半导体子行业专题研究报告 先进制程，先进制程，路向何方路向何方 2018 年 11 月 19 日 强于大市强于大市（维持维持） 投资要点 先进制程，先进制程，三大厂商三大厂商探索摩尔定律极限探索摩尔定律极限。根据摩尔定律，集成电路不断向更细微尺寸发展，先进制程是集成电路制造中最为顶尖的若干节点，目前主要为16/14nm 及以下节点。先进制程是性能导向型需求的首选，主要应用于个人电脑及服务器 CPU、智能手机主芯片、显卡 GPU、矿机 ASIC、FPGA 等领域，市场空间在 300 亿美元左右。历史上英
2、特尔曾一度是先进制程的主导者，从2015 年起代工厂商台积电与三星迅速追赶英特尔。目前尽管节点代号不一，实际三家厂商技术水平并驾齐驱，英特尔 10nm 与台积电 EUV 版 7nm+、三星7nm 晶体管密度同级，预计均将于 2019 年量产，台积电已量产的非 EUV 版7nm 目前占据先发时间优势。 延续摩尔定律，多层次新技术各显神通。延续摩尔定律，多层次新技术各显神通。目前先进制程已进展至 7/10nm 节点，新技术引入将体现在光刻、材料、结构等多个维度。 （1）光刻工艺：出现极紫外光刻 （EUV） 与自对准四重图案化 （193i SAQP） 两条技术路径。 英特尔 10nm进展不顺，主要原
3、因可能在于采用 193iSAQP 光刻分辨率达到与 EUV 同样水准的技术难度较大。 预计在接下来的7/5nm节点采用EUV仍然为必然趋势。（2）材料：少量关键金属层运用钴（Co） 。三大厂商均在关键金属层衬层中运用少量金属钴，英特尔更进一步在 M0、M1 两层金属互连中全面采用钴金属。 （3）结构设计： 2024 年后转向垂直立体化发展。 根据 IRDS， 中短期来看 （2018-2024年） ，节点进行到 7/5nm 之后开始尝试平面纳米线(LGAA)技术，大致在 5/3nm节点大规模应用。预计 2024 年后芯片面积缩小的速度将明显放缓，转向垂直型晶体管或立体结构发展。 制造龙头地位牵动
4、芯片产品竞争制造龙头地位牵动芯片产品竞争。先进制程的技术、设备、资金壁垒极高，极高投入带来正反馈效应，迫使联电、格罗方德相继放弃先进工艺投资，先进制程玩家仅余英特尔、台积电、三星三家。CPU 为先进制程主要应用，其竞争实质成为采用 IDM 模式的英特尔与采用代工模式的 AMD+台积电之间的竞争。 工艺成为影响 CPU 关键因素， 采用格罗方德代工时期 AMD 产品较英特尔工艺落后但同价格下多线程性能更强，换用台积电先进工艺后工艺差距缩小，AMD 性价比优势凸显，有望扩张市场份额。 先进制程仍有局限，先进制程仍有局限，长效节点长效节点由此由此诞生诞生。先进制程局限性在于流片费用、IP 成本、制造
5、成本均较高，主要面向性能导向而非成本导向型应用。经济性仍然决定了应用于节点相匹配，因而“不需要所有牛奶都是特仑苏” ，对于成本敏感性需求，28nm 节点目前提供了最低的每闸制造成本，多数应用进展到此节点时长期停留，因而 28nm 有望保持较长生命周期。 风险因素：风险因素：行业周期下行风险。技术研发及项目进展不及预期风险。 投资策略：投资策略：全球半导体行业市场规模持续扩张，先进制程领域追随摩尔定律成为重要成长驱动力。中长期来看 AI、物联网、5G、新能源汽车等新兴方向有望带来新一轮量价齐升的景气周期。维持行业“强于大市”评级。预计 AMD 依托台积电工艺领先优势及高性价比策略有望在 PC 及
6、服务器端与英特尔争夺市场份额；同时英特尔仍拥有扎实的技术储备，其 10nm 后续进展值得关注，建议关注 AMD、台积电、英特尔。鉴于先进制程对于核心芯片的重要意义，预计中国大陆针对先进制程研发将有持续的政策支持及资金投入，建议关注中国大陆积极研发先进制程的 IC 制造企业，推荐中芯国际。 重点公司盈利预测、估值及投资评级 简称简称 股价股价（元）（元） EPS（元）（元） PE（倍）（倍） PB 评级评级 2018E 2019E 2020E 2018E 2019E 2020E 中芯国际 6.86 0.23 0.28 0.40 30.47 24.61 17.48 0.8 买入 AMD 20.66
7、 0.34 0.54 0.97 60.76 38.26 21.30 19.1 - 台积电 226 13.50 15.03 16.76 16.74 15.04 13.48 3.6 - 英特尔 48.83 4.51 4.43 4.63 10.83 11.02 10.55 3.0 - 资料来源：Bloomberg（含一致预测） ，Wind，中信证券研究部 注：股价为 2018 年 11 月 16 日收盘价；英特尔、AMD 为 Bloomberg 一致预期，货币单位为美元；台积电为 Bloomberg 一致预期，货币单位为新台币；中芯国际为中信证券研究部预测，货币单位为港元。 中信证券研究部中信证券研
8、究部 徐涛 电话：010-60836719 邮件： 执业证书编号：S1010517080003 胡叶倩雯 电话：010-60834773 邮件： 执业证书编号：S1010517100004 联系人：晏磊 电话：010-60838072 邮件： 相对指数表现相对指数表现 资料来源：中信证券数量化投资分析系统 相关研究相关研究 1. 电子行业专题研究报告从晶圆应用看自主可控(2018-07-10) 2. 电子行业跟踪报告电子元器件涨价将如何演绎(2018-07-20) 3. 电子行业重大事项点评8 英寸产线满 载 ， 供 需 吃 紧 ， 涨 价 潮 持 续(2018-06-22) 4. 中芯国际（
9、00981.HK）2018 年二季报点评韬光养晦， 打造全球领先晶圆代工厂(2018-08-10) 5. 华虹半导体（01347.HK）2018 年中报点评8 英寸供需缺口持续，业绩高确定性增长(2018-08-07) 电子 -47%-37%-27%-17%-7%3%13%171120180220180520180820沪深300 半导体 电子行业半导体子行业专题研究报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 目录目录 先进制程：探索摩尔定律极限先进制程：探索摩尔定律极限 . 1 先进制程：半导体制造皇冠上的明珠 . 1 下游应用：CPU 等高性能计算为核心需求 . 1 市场空间：300 亿美元空
10、间，IDM 与代工平分秋色 . 3 竞争格局：摩尔定律步入极限，先进制程玩家所剩无几 . 5 延续摩尔定律，多层次新技术各显神通延续摩尔定律，多层次新技术各显神通 . 11 光刻工艺：两条技术路径，EUV 与多重图案化 . 12 材料：少量金属层中运用钴（Co）金属 . 16 结构设计：2024 年后转向垂直立体化发展 . 17 制造龙头地位牵动制造龙头地位牵动芯片产品竞争芯片产品竞争 . 18 先进制程竞争已成为影响 CPU 决定因素 . 18 CAPEX 不断推高，未来强者恒强. 20 先进制程具有局限性，长效节点由此诞生 . 22 附录附录 . 27 台积电、英特尔、三星晶圆厂产能统计
11、. 27 工艺指标与芯片性能的关系 . 28 风险因素风险因素 . 32 行业投资策略及重点公司推荐行业投资策略及重点公司推荐 . 32 AMD. 33 台积电 . 34 英特尔 . 35 中芯国际 . 36 电子行业半导体子行业专题研究报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 插图目录插图目录 图 1：集成电路制程节点演进 . 1 图 2：普通硅工艺逻辑制程应用. 2 图 3：全球半导体销售额 . 4 图 4：2017 年全球半导体产品结构（按销售额） . 4 图 5：全球逻辑集成电路销售额. 4 图 6：按制程划分全球晶圆需求结构 . 4 图 7：全球整体晶圆代工销售额及增速 . 5 图 8
12、：2017 年晶圆代工销售额的制程分布 . 5 图 9：半导体制造发展模式演变. 5 图 10：先进逻辑制程向龙头集中. 7 图 11：英特尔“Tick-Tock”战略 . 7 图 12：台积电各制程应用及营收占比（蓝色部分表示已量产） . 8 图 13：台积电历年收入及制程拆分 . 8 图 14：各晶圆厂技术节点量产时间对比 . 10 图 15：各晶圆厂制程节点量产时间图 . 10 图 16：英特尔、台积电、三星制程节点单元图形大小对比（栅极间距最小金属间距+鳍片间距） . 11 图 17：光刻、材料、结构、设计等多层次新技术导入预测 . 12 图 18：晶圆厂通过改进光刻工艺参数，不断缩小
13、特征尺寸 . 13 图 19：多重图案化：传统 LELE、LELELE 与更为先进的 SADP、SAQP 工序示意图 . 13 图 20：EUV 应用路线图 . 15 图 21：芯片内部接触及互连显微结构 . 16 图 22：铜互连需障壁层（Barrier）及衬层（Liner） . 16 图 23：钴晶界散射弱于铜，特征尺寸达到 10nm 以下时，钴电阻更小 . 16 图 24：钨与钴接触层金属填充特性比较 . 17 图 25：IDRS（国际半导体路线蓝图之后续机构）2017 提出的逻辑芯片技术路线图 . 17 图 26：GAA/纳米线技术示意图 . 18 图 27：横向纳米线晶体管与纵向纳米
14、线晶体管 . 18 图 28：CPU 工艺提升带来频率提升（红色）以及架构优化（蓝色） . 18 图 29：英特尔与 AMD 服务器 CPU 市场份额 . 20 图 30：英特尔与 AMD 个人电脑 CPU 市场份额 . 20 图 31：晶圆代工厂投资规模 . 21 图 32：各晶圆厂资本开支对比 . 21 图 33：晶圆代工厂资本开支/收入对比 . 22 图 34：各晶圆厂净利润/资本开支对比 . 22 图 35：台积电成本结构拆分 . 23 图 36：联电成本结构拆分（2016） . 23 图 37：一次流片费用 . 23 图 38：各工艺节点每闸成本估计（2016） . 25 电子行业半
15、导体子行业专题研究报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 图 39：FD-SOI 及 FinFET 每闸成本估计（2017） . 25 图 40：28nm 晶圆需求结构 . 25 图 41：中芯国际各制程应用及营收占比（蓝色部分表示已量产，红色部分研发中） . 26 图 42：集成电路内部工艺示意图. 29 图 43：摩尔定律：1971-2016 年集成电路晶体管数量变化. 30 图 44：Mark Bohr 提出的逻辑晶体管密度公式及两种单元示意图 . 30 图 45：量子隧穿效应：电子能够穿越位势垒阻碍 . 31 图 46：平面结构与 FinFET 结构的关系 . 31 图 47：英特尔、
16、台积电、三星 16/14nmFinFET 鳍片结构显微示意图 . 32 表格目录表格目录 表 1：苹果各代处理器制程及推出时间 . 2 表 2：高通各代手机主芯片制程及推出时间 . 2 表 3：比特大陆矿机型号及芯片统计 . 3 表 4：2017 年全球前十大晶圆代工厂排名 . 6 表 5：英特尔、台积电、三星 14/16nm、10nm、7nm 工艺指标比较 . 9 表 6：英特尔与台积电、三星多重图案曝光工艺比较 . 14 表 7：Intel 10nm 后段内连接各层工艺参数 . 14 表 8：不同曝光工艺标准化晶圆成本比较（相对） . 14 表 9：各晶圆厂 EUV 设备预定情况估计 .
17、15 表 10：AMD 公布 Ryzen 14nm 工艺指标弱于 Intel 14nm . 19 表 11：AMDRyzen 相较 Intel 产品更具性价比 . 19 表 12：晶圆制造技术壁垒 . 20 表 13：物联网 WiFi/蓝牙制程及推出时间 . 23 表 14：各工艺节点每闸成本计算. 24 表 15：中芯国际工厂产能统计 . 26 表 16：台积电旗下晶圆厂产能统计 . 27 表 17：英特尔晶圆厂产能统计 . 27 表 18：三星电子晶圆厂产能统计. 28 表 19：AMD 财务状况 . 33 表 20：台积电财务状况 . 34 表 21：英特尔财务状况 . 35 表 22：
18、中芯国际财务状况 . 36 电子行业半导体子行业专题研究报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 1 先进制程先进制程：探索摩尔定律极限：探索摩尔定律极限 先进制程先进制程：半导体制造皇冠上的明珠：半导体制造皇冠上的明珠 半导体制造工艺半导体制造工艺皇冠明珠皇冠明珠，随摩尔定律逼近物理极限，随摩尔定律逼近物理极限。本文主要探讨普通硅工艺逻辑芯片的先进制程。先进制程是指集成电路产业晶圆制造中最为顶尖的若干个工艺节点，随着时间不断演变升级，而就当前时点来看，本文将 16/14nm 及以下节点纳入先进制程的范围。根据国际半导体技术路线图 （ITRS） 的规定， 制程节点代数通常以晶体管的半节距 （ha
19、lf-pitch）或栅极长度（gatelength）等特征尺寸（CD，critical dimension）来表示，以衡量集成电路工艺水平。摩尔定律指出： “集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔 18-24 个月就翻一倍；微处理器的性能提高一倍，或价格下降一半。 ”根据摩尔定律，制程节点以 0.7 倍（实际为根号 2 的倒数）递减逼近物理极限，从 1m、0.8m、0.5m、0.35m、0.25m、0.18m、0.13m、90nm、65nm、45nm、32nm、22nm、16nm、10nm、7nm，一直发展到未来的 5nm、3nm，其中工艺节点之间还出现了半节点，如 28nm、20nm、14n
20、m。事实上 90nm 节点以前特征尺寸完全对应栅极长度， 自 65nm 开始各厂商节点名称的定义越来越模糊，已不能完全对应器件的物理尺寸。目前 14nm、10nm 的节点名称大致对应栅极长度的一半。 图 1：集成电路制程节点演进 资料来源：中信证券研究部整理 下游下游应用应用：CPU 等高性能计算为核心需求等高性能计算为核心需求 更快更高更强，性能需求引领先进制程进步。更快更高更强，性能需求引领先进制程进步。 “天下武功唯快不破” ，持续提高芯片性能是先进制程的核心追求，因此先进制程的应用主要为高性能计算领域，包括 CPU（AP） 、GPU、ASIC、FPGA 等芯片，对应下游包括智能手机、个
21、人电脑、服务器、矿机等。这些应用对于性能要求极高，而非将成本作为首要衡量因素。目前 7nm 及 10nm 主要应用包括智能手机 AP/SoC、个人电脑及服务器 CPU、矿机 ASIC 等。14nm 主要应用包括中高端AP/SoC、显卡 GPU、矿机 ASIC、FPGA 等。较为成熟的 28nm 节点主要应用包括中低端手机、平板、机顶盒、路由器等主芯片。 电子行业半导体子行业专题研究报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 2 图 2：普通硅工艺逻辑制程应用 资料来源：苹果、比特大陆、小米、英伟达、赛灵思、华为、赛普拉斯等公司网站，中信证券研究部 历年先进历年先进制程均率先应用于制程均率先应用于旗
22、舰级旗舰级智能手机智能手机 AP 或计算机或计算机 CPU 等等。手机主芯片通常采用最先进两代工艺打造，旗舰手机主芯片走在制程前沿，最先进制程推出后即开始采用，新制程出现后向下转移，而中低端手机主芯片通常采用次顶级制程打造。以苹果手机以及高通各主处理器制程及推出时间为例，苹果每代手机芯片基本采用当年度台积电、三星最先进、良率稳定的制程打造，近两年的 10nm、7nm 制程，苹果手机芯片均为首发量产芯片。高通依据产品线不同采用制程各有侧重，例如骁龙 400 系列定位中低端、骁龙 600 系列定位中高端，均会考虑成本均衡，而高通骁龙 800 系列定位旗舰级，每年通常采用三星电子当期最先进工艺。英特
23、尔作为制程工艺领先的 IDM 厂商，其推出的 CPU 也长期是最先应用先进制程的产品。 表 1：苹果各代处理器制程及推出时间 处理器处理器代号代号 A5 A6 A7 A8 A9 A9 X A10 Fusion A10X Fusion A11 Bionic A12Bionic A12XBionic 制程 45nm 32nm 28nm 20nm 16/14nm 16/14nm 16nm 16nm 10nm 7nm 7nm 主要应用产品线 iPhone 4S, iPad 2 iPhone 5, iPhone 5c iPhone 5S, iPad Air, iPad mini2 iPhone 6/6
24、Plus,Apple TV, iPadmini4, HomePod iPhone 6S/6S Plus iPad Pro iPhone 7/7Plus 第二代iPad Pro iPhone 8/8Plus, iPhone X iPhone XS/XS Max/XR 第 三 代iPad Pro 产品推出时间 2011.10 2012.9 2013.9 2014.9 2015.9 2015.9 2016.9 2017.6 2017.9 2018.9 2018.10 晶圆代工厂 三星 三星 三星 台积电 台积电、三星 台积电、三星 台积电 台积电 台积电 台积电 台积电 资料来源：苹果，中信证券研究
25、部 表 2：高通各代手机主芯片制程及推出时间 处理处理器代器代号号 骁龙骁龙600600 骁龙骁龙800800 骁龙骁龙410410 骁龙骁龙615615 骁龙骁龙810810 骁龙骁龙820820 骁龙骁龙425425 骁龙骁龙625625 骁龙骁龙435435 骁龙骁龙636636 骁龙骁龙835835 骁龙骁龙450450 骁龙骁龙660660 骁龙骁龙845845 制程 28nm LP 28nm HPm 28nm LP 28nm LP 20nm HPm 14nm LPP 28nm LP 14nm LPP 28nm LP 14nm LPP 10nm FinFET LPE 14nm LPP
26、 14nm FinFet 10nm FinFET LPP 主要应用产品线 小米手机2s、三星 S4Sony Xperia Z Ultra 红米手机 2等 小米手机4i、华为小米Note 顶配版, Samsung Galaxy S7、红米4A、 红米Note 华为麦芒5，三星 红米Note 5A 高配版 红米Note 5、小米 三星Galaxy S8/S8红米5、三星A6+ OPPO R11, 小米Note 三星Galaxy S9/S9电子行业半导体子行业专题研究报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 3 处理处理器代器代号号 骁龙骁龙600600 骁龙骁龙800800 骁龙骁龙410410 骁
27、龙骁龙615615 骁龙骁龙810810 骁龙骁龙820820 骁龙骁龙425425 骁龙骁龙625625 骁龙骁龙435435 骁龙骁龙636636 骁龙骁龙835835 骁龙骁龙450450 骁龙骁龙660660 骁龙骁龙845845 等 、 Amazon Kindle Fire HDX Tablet P8lite等 OnePlus 2, ZTE Nubia Z9 Max & Max Elite 小米手机5 、Vivo Xplay5、 5A 等 Galaxy C7，红米 5 Plus、vivo V9， 红米 6 Pro Max 3、 HTC U12 Life +/Note 8、小米手机6、
28、小米MIX 2 3, OPPO R15, vivo X21, 三星Galaxy A9 Star +、小米MIX 2S、 小米 8、OPPO Find X 、vivo NEX 产品发布时间 2013Q1 2013Q2 2014H1 2014Q3 2014Q3 2015Q4 2016Q3 2016Q3 2016Q1 2017Q3 2017Q2 2017Q3 2017Q2 2018Q1 晶圆代工厂 三星 台积电 三星 三星 台积电 三星 三星 三星 三星 三星 三星 三星 三星 三星 资料来源：高通，中信证券研究部 矿机矿机 ASIC、显卡显卡 GPU、FPGA 同为先进制程重要应用同为先进制程重要
29、应用。显卡 GPU 如英伟达、AMD，ASIC如比特大陆主流矿机芯片， FPGA如赛灵思， 基带芯片如iPhone X采用的高通X16 LTE、iPhoneXs 系列采用的英特尔 XMM7560 等通常采用顶级或次顶级先进制程。以矿机芯片、AI 芯片为代表的高性能计算芯片成为近几年拉动先进制程需求的全新力量。 矿机芯片已步入7nm 节点，2018 年 8 月嘉楠耘智首发 7nm 制程矿机芯片，2018 年 11 月比特大陆发布采用7nm 制程 BM1391 芯片的 S15 矿机。AI 芯片方面，寒武纪 MLU100 以及比特大陆开发的AI 张量计算芯片 BM1680 均采用了台积电 16nm
30、工艺制造。 表 3：比特大陆矿机型号及芯片统计 型号型号 发布时间发布时间 搭载芯片搭载芯片 芯 片 数 量芯 片 数 量（颗）（颗） 单颗芯片成本单颗芯片成本（单位： 美元）（单位： 美元） 制程工艺制程工艺 单片算力单片算力 功耗功耗 S1 3Q13 BM1380 64 - 55nm 2.8Ghash/s 2000W/Thash S3+ 2Q14 BM1382 32 12 28nm 14GHash/s 800W/Thash S5 3Q14 BM1384 64 12 28nm 18GHash/s 510W/Thash S7 2Q15 BM1385 162 12 28nm 30GHash/s
31、230W/Thash S9 2Q16 BM1387 189 56 16nm 80GHash/s 100W/Thash S15/T15 4Q18 BM1391 N/A N/A 7nm N/A 57W/Thash 资料来源：比特大陆，中信证券研究部 市场空间：市场空间：300 亿美元空间，亿美元空间，IDM 与代工平分秋色与代工平分秋色 半导体整体空间达半导体整体空间达 4122 亿美元，亿美元，逻辑集成电路市场逻辑集成电路市场 1022 亿美元亿美元。根据世界半导体贸易统计组织（WSTS） ，全球半导体销售额 2017 年为 4122 亿美元，同比+21.6%，2018 上半年为 2290 亿美
32、元， 同比+20.2%。 WSTS 预计 2018 年市场规模 4771 亿美元， 同比+16%。集成电路销售额占比 83.25%， 对应 2017 年 3432 亿美元市场， 逻辑集成电路占比 24.79%，对应 1022 亿美元市场，同比增速 11.7%。 电子行业半导体子行业专题研究报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 4 图 3：全球半导体销售额 资料来源：WSTS，中信证券研究部 图 4：2017 年全球半导体产品结构（按销售额） 资料来源：Wind，中信证券研究部 图 5：全球逻辑集成电路销售额（单位：亿美元） 资料来源：WSTS，中信证券研究部 全球先进制程市场空间约全球先进制
33、程市场空间约 300 亿美元，亿美元，代工市场先进制程代工市场先进制程市场空间市场空间约约 150 亿美元。亿美元。根据 Gartner，全球 16nm 及以下先进制程 2017 年占比约 11%，对应市场空间约为 300 亿美元。根据 IC Insights 资料显示，2017 年全球整体晶圆代工销售额为 623.1 亿美元，其中16/20nm 以下先进制程占比 24%，对应约 150 亿美元市场。先进制程 IDM 市场与代工市场份额平分秋色。 图 6：按制程划分全球晶圆需求结构 资料来源：Gartner，中信证券研究部 -30%-20%-10%0%10%20%30%40%010002000
34、300040005000600019992001200320052007200920112013201520172019销售额（亿美元） YoY分立器件, 5.25% 光电器件, 8.45% 传感器, 3.05% 模拟电路, 12.87% 微处理器, 15.51% 逻辑电路, 24.79% 存储, 30.07% 集成电路 83.25% -20%-10%0%10%20%30%40%50%60%020040060080010001200逻辑电路销售额（亿美元） YoY0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%201320142015201620172018201920202
35、02120220.13um及以上 65-90nm45nm32nm22nm14nm10nm7nm电子行业半导体子行业专题研究报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 5 图 7：全球整体晶圆代工销售额及增速（亿美元） 资料来源：IC Insights，中信证券研究部 图 8：2017 年晶圆代工销售额的制程分布 资料来源：ICinsight，台积电，中信证券研究部 竞争格局竞争格局：摩尔定律步入：摩尔定律步入极限极限，先进制程玩家所剩无几先进制程玩家所剩无几 先进制程进入先进制程进入 IDM 与代工两大模式竞争阶段。与代工两大模式竞争阶段。 半导体产业目前有两大商业模式： 1） IDM（Integ
36、rated Device Manufacture，整合器件制造商）模式同时完成设计、制造、封测和销售四个环节。早期的半导体制造企业为 IDM 模式，例如英特尔自 1968 年创立，为 IDM 模式的代表。 IDM 优点在于规模经济性以及对内部全流程的掌握和整合优化， 产品开发时间短、厂商具备核心技术优势，多适用于大型企业；然而 IDM 模式长期发展带来的问题是投资规模巨大、沉没成本高，随着制程发展需不断投入新产能，对中小型公司不太适用，因此产生了设计+代工的垂直分工模式。2）垂直分工模式则是无晶圆厂半导体设计公司（Fabless）专注于设计和营销并将生产外包于晶圆代工厂（Foundry） ，将
37、封装测试分工至封测厂（Outsourced Assembly and Test，OSAT） 。台积电于 1987 年开创晶圆代工的商业模式，推进制造与设计、封装相分离。随着制程更细微的发展趋势拉动研发、建厂开支急剧增长，推动 IDM 公司持续扩大委外释单，向 Fab-lite（部分 IDM+部分委外） 、Fabless 模式转移，例如英飞凌、恩智浦、意法半导体均较早采用了 Fab-lite 策略将部分订单转移至台积电。 图 9：半导体制造发展模式演变 资料来源：中信证券研究部整理 英特尔为英特尔为 IDM 先进制程先进制程传统老大传统老大， 代工代工厂商厂商各梯队分化明显。各梯队分化明显。 英
38、特尔自 PC 时代崛起，长期稳居先进制程前沿，目前逻辑芯片 IDM 厂商英特尔一家独大。代工厂商根据年度销售0%5%10%15%20%01002003004005006007002011201220132014201520162017全球整体晶圆代工销售额 （亿美元） YoY8% 14% 7% 6% 10% 15% 16% 17% 7% 0.18um0.130.18um0.13um90nm65nm40/45nm28nm16/20nm10nm电子行业半导体子行业专题研究报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 6 额来看，台积电在全球晶圆代工厂中一骑绝尘，市占率达 55.9%，其余厂商市占率在 1
39、0%以下。仅从逻辑 IC 制造最先进节点来看，目前主要分为三大梯队，台积电、Intel（IDM） 、三星（IDM/Foundry）为三大一线梯队厂商，格罗方德、联电等紧随其后，我国大陆晶圆代工厂商主要位于第二三线梯队，其中中芯国际作为我国行业标杆，目前位于第二梯队。 表 4：2017 年全球前十大晶圆代工厂排名 2017排名 厂商 模式 总部地区 2017 年销售额（百万美元） 2017/2016增长率 2017市占率 先进节点 毛利率 1 台积电 Pure-play 中国台湾 32,040 8.8% 55.9% 7nm 51% 2 格罗方德 Pure-play 美国 5,407 8.2% 9
40、.4% 14nm ( 放 弃7nm 研发) - 3 台联电 Pure-play 中国台湾 4,898 6.8% 8.5% 14nm ( 放 弃12nm 研发) 18% 4 三星 IDM 韩国 4,398 2.7% 7.7% 10nm (7nm预计 2019) - 5 中芯国际 Pure-play 中国大陆 3,101 6.4% 5.4% 28nm (14nm预计 2019) 24% 6 高塔半导体 Pure-play 以色列 1,388 11.1% 2.4% 45nm 26% 7 力晶 Pure-play 中国台湾 1,035 19.0% 1.8% 45nm (2x nm DRAM) 32%
41、8 世界先进 Pure-play 中国台湾 817 2.0% 1.4% 0.11m (8 英寸晶圆) 32% 9 华虹半导体 Pure-play 中国大陆 808 12.1% 1.4% 28nm ( 华 力微) 33% 10 东部高科 Pure-play 韩国 676 1.5% 1.2% 90nm - 2017 前十大厂商合计 54,568 - 95.1% 其他厂商合计 2,811 - 4.9% 总计 57,379 - 100% 资料来源：Trend Force，中信证券研究部 注：三星、力晶表内为 Trend Force 对其晶圆代工收入的估计 先进制程龙头集中，先进制程龙头集中，联电、格罗
42、方德相继放弃投资，玩家联电、格罗方德相继放弃投资，玩家仅余三家仅余三家。随着晶体管尺寸不断缩小，集成电路发热和漏电等问题凸显，保持先进的制程以及高良率需要高研发投入和设备投入， 龙头集中趋势愈发明显。 联电是台湾第二大晶圆代工厂， 格罗方德则是 2009 年 AMD晶圆制造部门分拆独立而成的世界第二大纯晶圆代工厂。 两家公司均位列全球晶圆制造第二梯队。2018 年 8 月联电宣布放弃 12nm 以下的先进工艺研发，不再追求成为市场老大，而是专注改善公司的投资回报率。联电未来还会投资研发 14nm 及改良版的 12nm 工艺，但不会再大规模投资更先进的 7nm 及未来的 5nm 等工艺。2018
43、 年 8 月底，继 AMD 宣布将7nmCPU 代工移至台积电后，格罗方德宣布放弃 7nmLP 制程研发，将资源回收至 12nm 及14nm 上来。由此目前全球还在研发和生产 10/7nm 制程的厂商仅剩台积电、三星、英特尔三家。 电子行业半导体子行业专题研究报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 7 图 10：先进逻辑制程向龙头集中 资料来源：英特尔，中信证券研究部 台积电、三星迅速追赶英特尔，代工制造站稳塔尖 纵观发展历史，传统龙头纵观发展历史，传统龙头英特尔英特尔“两年一代”“两年一代”不再延续不再延续，14nm 节点已停留节点已停留 4 年年。英特尔是 PC 时代领导市场的半导体传统龙
44、头，其在 2007 年宣布了著名的“嘀嗒”(Tick-Tock)战略模式。 “嘀嗒”意为钟摆的一个周期， “嘀”代表芯片工艺提升、晶体管变小，而“嗒”代表工艺不变，芯片核心架构的升级。一个“嘀嗒”代表完整的芯片发展周期，耗时两年。按照 tick-tock 的节奏，英特尔可以跟上摩尔定律的节奏，大约每 24 个月可以让晶体管数量翻一番。2015 年左右，英特尔宣布采用“架构、制程、优化”(APO,Architecture Process Optimization)的三步走战略。这意味着英特尔每 36 个月晶体管才会翻一番。事实上英特尔自 2015 年起已在 14nm 节点停留约 4 年时间， 从
45、 Skylake （14nm） 、 Kaby Lake （14nm+） 、CoffeeLake（14nm+） ，到 2018 年预计推出的 14nm+，维持更新 14nm 制程。英特尔的 10nm 原计划 2016 年推出，但经历了多次推延，预计 2019 年面市。 图 11：英特尔“Tick-Tock”战略 资料来源：英特尔，中信证券研究部 电子行业半导体子行业专题研究报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 8 台积电、三星快速追赶，跟上摩尔定律步伐。台积电、三星快速追赶，跟上摩尔定律步伐。台积电和三星凭借晶圆代工后来居上，获得智能手机时代苹果、高通等大客户。在英特尔宣布三步走战略的 201
46、5 年，三星宣布正式量产 14nmFinFET，随后台积电于 2015 下半年量产 16nmFinFET 工艺。尽管两家厂商的节点命名相对自由，但在节点标号上已经与英特尔平起平坐。此后四年英特尔反复升级 14nm节点，10nm 经历多次跳票。三星、台积电则于 2017 年量产 10nm 工艺，并且台积于 2018年率先推出 7nm 工艺，执棒跟上摩尔定律步伐。 台积电台积电先进制程先进制程是业绩成长核心，营收是业绩成长核心，营收占比近占比近 38%，28nm 以下占比超过以下占比超过 50%。2016年、2017 年台积电 28nm 及以下先进制程占收入比重分别为 54%、58%，2018Q2
47、 这一比重增长为 61%，预计这一趋势将会持续。近几年来看，如果剔除最先进制程的收入，其余部分收入基本处于平稳下降的趋势，可见最先进制程贡献了公司主要的收入增长。更新制程的出现，对于原有制程形成一部分替代，故原有制程总体表现为平稳下降。台积电作为行业龙头公司，制程技术的持续推进成为巩固行业地位以及保持收入持续增长的必要条件。 图 12：台积电各制程应用及营收占比（蓝色部分表示已量产） 资料来源：公司网站，中信证券研究部 图 13：台积电历年收入及制程拆分（百万美元） 资料来源：公司公告，中信证券研究部 2019 年三大厂商技术水平相当，台积电占据先发优势 2015 年起国际半导体路线图不再更新
48、，厂商节点命名更加随意。年起国际半导体路线图不再更新，厂商节点命名更加随意。国际半导体技术发展路线图 （ITRS） 是由五个主要半导体制造国家和地区 （美国、 欧洲、 日本、 韩国、 中国台湾） - 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 35,0002005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 201710nm16/20nm28nm40/45nm65nm90nm0.11/0.13um0.15/0.18um0.25um及以上 电子行业半导体子行业专题研究报告 请务必阅读正文之后的
49、免责条款部分 9 相关协会资助的组织，每年组织半导体产业专家组成的工作小组进行数次讨论并发布报告，对产业研发方向提出建议。但自 2015 年起国际半导体路线图 ITRS 宣布不再更新，组织更名为国际元件及系统技术路线图（IRDS） ，发布报告内容不再偏重芯片运算速度与性能，而偏重终端设备的需要。从 28nm 节点左右开始，厂商在节点代号的命名出于营销考虑变得更加自由，台积电与三星节点之间没有明显迭代关系，英特尔则始终贯彻摩尔定律的规则为新制程节点命名。 同样同样命名为命名为 14/16nm、10nm 节点，英特尔实际性能节点，英特尔实际性能明显领先明显领先。从晶体管密度、栅极间距、最小金属间距
50、、鳍片高度、栅极长度等指标来看，英特尔的 14nm、10nm 节点均显著优于台积电、三星同节点技术。14/16nm 方面方面，2014 年发布的英特尔 14nm 节点每平方毫米 3750 万个晶体管，台积电 16nm 节点约为每平方毫米 2900 万个晶体管，三星 14nm 节点约为每平方毫米 3050 万个晶体管；英特尔 14nm 节点栅极长度 24nm 优于台积电栅极长度 33nm 及三星栅极长度 30nm。10nm 方面方面，英特尔晶体管密度每平方毫米 1.008 亿个，台积电 10nm 节点晶体管密度每平方毫米 4810 万个，三星 10nm 节点晶体管密度每平方毫米5160 万个；
