挑战与机遇并存 5G芯片如何破局？

日前，高通推出第三代5G基带芯片骁龙X60，这是世界上首款采用5纳米制程的芯片，是全球首个支持聚合全部主要频段及其组合的5G调制解调器及射频系统。与前一代骁龙X55相比，该芯片实现了5G峰值速率翻倍增长。骁龙X60面向旗舰智能手机，预计2021年初上市。

实际上，作为全球顶尖的半导体和无线技术解决方案供应商，高通并不生产芯片，其所推出的骁龙系列移动处理器平台和调制解调器，均交由其他厂商代工，而目前具备5nm芯片大规模生产能力的芯片代工商，全球只有三星和台积电。

作为5G产业链中最重要的技术环节之一，5G芯片的研发和制造能力代表了一个国家的实力。目前，尽管中国5G商用速度处于全球前列，但是相关产业链的发展并不平衡，尤其是在5G芯片产业链中，设计、制造、封测三大环节的差距明显。那么，具体的产业发展情况如何？

芯片产业链：设计、制造、封测三大环节

在5G产业链中，芯片是支撑5G网络发展的最关键技术因素，5G时代将带来芯片在产业需求、技术、配套和竞争格局等各方面的变化，为5G芯片带来新的机遇。

从产业链的角度划分，芯片的制作大致分为三个环节，分别是设计、IC制造、封装与测试三个环节，另外还包括装备、材料、存储等重要领域。

数据来源：中国产业信息网 西南证券

整体来看，IC制造、装备等产业环节属于技术壁垒较高的环节，中国企业产业地位较薄弱，与欧美芯片产业企业存在较大差距，而在封装测试等技术要求相对不高的环节，中国凭借其劳动力优势，则有望赶超世界平均水平。

IC制造环节差距较大 封测领域优势明显

目前，中国是全球最大的半导体与集成电路消费市场。数据显示，2018年中国的芯片消费量超过美洲和欧洲的总和，占全球总消费量的33％；与之对应的是，90％的中国芯片依赖进口，自给比例仅10％左右。从2006年开始，集成电路产品超过石油成为我国最大宗进口产品，2013年至今，每年进口额均超过2000亿美元，逐年递增。根据中国海关数据显示，2018年我国进口芯片金额达到3120.58亿美元。

细分来看，芯片设计领域，是中国在半导体产业链中发展最好的领域，2018 年中国 IC 设计产值达2519 亿元，年增 21.46％。在全球的比重从 2012 年 12.9％ 上升至 2017 年 31.5％。从产品线来看，中国 IC 设计产业的产品线涵盖手机 SoC、基频、指纹辨识，及银行安全芯片等，但在高端芯片领域，中国芯片的市占率还是很低，跟国际大厂有明显差距。特别是 PC 和服务器等芯片领域，中国市占率接近 0％。

从企业来看，华为海思稳居中国 IC 设计排名第一的位置，2018 年实现营收约为503 亿元；排名第二的是紫光展锐，主要从事通讯基频研发，2018 年实现营收110 亿元。近日，紫光展锐宣布，基于该公司5G基带芯片春藤510开发的5G终端，今年将会有数十款投入商用。

芯片制造领域，台积电实力强大。2018年，台积电（TSMC）就全球首发了7nm芯片。根据近日台积电发布的2019年第四季度财报数据显示，2018年率先量产的7nm工艺，已为台积电带来了93亿美元的营收。目前台积电正在积极量产5nm芯片，预计5nm芯片将在2020年上半年实现大规模量产。据了解，5nm工艺可使晶体管的密度提升80％，速度提升20％。值得注意的是，台积电正在研发全新的3nm芯片，这种更先进的工艺预计将在2022年实现初期生产。作为全球最大的芯片制造商之一，台积电已在芯片制造设施上投资超过67亿美元，以提升其整体制造能力。2019年，台积电资本开支 149亿美元，2020年资本开支预计达到 150-160亿美元，资本开支增加将主要用于 7nm/5nm建产以及 3nm制程的研发。而在大陆芯片代工方面，中芯国际首条14nm产线投产，有望获得来自华为的订单支持。

封测领域，其包括封装和测试两个环节，目前封装技术正逐渐从传统的引线框架、引线键合向倒装芯片（FC）、硅通孔（TSV）、嵌入式封装（ED）、扇入（Fan-In）/扇出（Fan-Out）型晶圆级封装、系统级封装（SiP）等先进封装技术演进。公开数据显示，2018年，我国集成电路封测行业市场规模为2194亿元，同比增长16.08％。封测产业是国内半导体产业链中技术成熟度最高、能最早实现突破的领域。

从企业角度来看，2019年，长电科技投资80亿元，将瞄准集成电路晶圆级先进制造技术的应用，为芯片设计和制造提供晶圆级先进封装产品。华天科技昆山、南京工厂持续布局先进封装领域，在WLCSP、TSV、Bumping、Fan-out、FC等多个技术领域均有布局，同时打通CIS芯片、存储器、射频、MEMS等多种高端产品；通富微电总投资70 亿元，规划建设以 Bumping、WLCSP、CP、FC、SiP 及三、五族化合物为主的先进封装测试产业化基地，分三期实施，项目建成达产后，每年完成集成电路先进封装测试 118.8 万片。

半导体设备、材料领域亟待突破 国产化率有望提升

半导体关键设备领域具备极高的门槛和壁垒，全球半导体设备主要被日美所垄断，核心设备如光刻、刻蚀、PVD、CVD、氧化/扩散等设备的 top3 市占率普遍在90％以上。

具体来看，目前光刻机、刻蚀、镀膜、量测、清洗、离子注入等核心设备的国产率普遍较低。经过多年培育，国产半导体设备已经取得较大进展，整体水平达到 28nm，并在 14nm 和7nm 实现了部分设备的突破。其中，28nm 的刻蚀机、薄膜沉积设备、氧化扩散炉、清洗设备和离子注入机已经实现量产；14nm 的硅/金属刻蚀机、薄膜沉积设备、单片退火设备和清洗设备已经开发成功。8 英寸的 CMP 设备也已在客户端进行验证；7nm 的介质刻蚀机已被中微半导体开发成功；上海微电子已经实现 90nm 光刻机的国产化。在中低端制程，国产化率有望得到显著提升，先进制程产线为保证产品良率，目前仍将以采购海外设备为主。

半导体材料领域，其产业分布广泛，门类众多，主要分为晶圆制造材料和封装材料。其中，晶圆材料主要有硅片、光掩膜、光刻胶、光刻胶辅助设备、湿制程、溅射靶、抛光液、其他材料。封装材料主要有层压基板、引线框架、焊线、模压化合物、底部填充料、液体密封剂、粘晶材料、锡球、晶圆级封装介质、热接口材料。

公开数据显示，2018年全球半导体材料市场规模519亿美金。其中晶圆制造材料销售额约322亿美金，封装材料销售额约197亿美金。中国台湾、中国大陆和韩国市场使用了全球一半以上的半导体材料。2018年，台湾地区凭借在晶圆制造及先进封装的庞大产能，消耗了114亿美金的半导体材料，连续9年成为全球最大半导体材料消费地区。2018年，韩国排名第二，半导体材料用量达87.2亿美金；中国大陆排名第三，半导体材料用量达84.4亿美金。

从行业发展情况来看，我国半导体材料在国际分工中多处于中低端领域，高端产品市场主要被欧美日韩台等少数国际大公司垄断。此外，国内大部分产品自给率较低，基本不足30％，并且大部分是技术壁垒较低的封装材料，在晶圆制造材料方面国产化比例更低，主要依赖于进口。另外，国内半导体材料企业集中于6英寸以下生产线，目前有少数厂商开始打入国内8英寸、12英寸生产线。

存储方面，存储器产业的两大特点即拼制造工艺、拼产能。这是因为存储芯片技术标准化程度高，各家厂商的产品容量、封装形式都遵循标准的接口，性能也无太大差别，在同质化竞争情况下，存储厂商通过提升制造工艺，提供制造产能，利用规模优势降低成本，从而赢得市场。随着全球半导体产能向中国转移，国内存储器厂商正在积极进行工艺研发与产能建设，并且这种投入具备长期性与规模性。

5G 时代存储芯片也将迎来变革和大幅增长。目前，在存储领域国内企业形成了长江存储、合肥长鑫、紫光国芯三大阵营，分别专注于NAND Flash、DRAM和利基型DRAM。从技术角度来看，2019年，长江存储基于自主研发Xtacking架构的64层3D NAND存储器实现批量化生产，预计到2020年，长江存储将直接跳跃到128层3D NAND的目标，步入世界一流厂商水平。合肥长鑫是是大陆唯一拥有完整技术、工艺和生产运营团队的DRAM公司，其DRAM产品19nm级第一代8Gb DDR4也开始投产，满产后可以达到每月36万片产能。紫光国芯于2019年底开工建设12 英寸DRAM存储芯片制造工厂，预计2021年建成投产。

多项技术联合打造应用场景 驱动亿万市场规模的挖掘

技术的提升将给经济和产业带来巨大改变。作为5G产业链中最重要的技术环节之一，5G芯片技术的突破，加之其他基础技术的融合应用将驱动新应用场景及新业务，为生活、社会发展带来变革，其庞大的数字网络效应将产生巨大经济价值。

从应用场景来看，国际电信联盟为 5G 定义了三大应用场景，分别为增强移动宽带、超高可靠低时延和海量机器类通信。

制图：金融界上市公司研究院 数据来源：公开资料整理

在应用场景选择方面，5G小规模试点部署的优势首先将通过增强移动宽带体验的场景实现，如4K/8K视频、增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术带来的沉浸式娱乐消费。后期随着基站和下游应用终端数量的增加、场景对时延要求更加苛刻的新增需求明晰，运营商将转向关注低时延、高可靠的网络的建设，工业互联网的应用将使得5G价值得到充分发挥。传感技术等多项基础技术以及无人机、虚拟现实技术/增强现实技术、控制系统、监控系统等垂直行业解决方案一起合力完成。5G确保了各种技术所驱动的应用能够有机高效地整合在一起，发挥更加完整且智能化的作用。

由此可见，5G行业应用及其商业模式的演进或重塑并非单一技术所能实现，而需要与其他多项技术合力完成。除了5G网络设施的支持，行业应用的演进或重塑还需要依靠人工智能、边缘计算、视觉技术、应用驱动5G网络部署。

此外，多类型终端形态的持续推出有利于打造5G全场景新生态。在5G新生态的逐步构建与完善中，5G终端形态及设备类型将继续保持增长趋势。

根据博鳌亚洲论坛联合德勤发布的《博鳌亚洲论坛2019年年会-会前报告》显示，2020-2035年期间全球5G产业链投资额预计将达到约3.5万亿美元，其中中国约占30％。与此同时，由5G技术驱动的全球行业应用将创造超过12万亿美元的销售额。

根据全球移动通信协会发布的报告显示，到2025年，全球5G用户规模预计达到13.6亿，其中，中国5G用户总量 4.54亿，全球居首。根据中国信通院的数据，预计 2020-2025 年期间，我国 5G 商用间接拉动的经济总产出约 24.8 万亿元，间接带动的经济增加值达 8.4 万亿元，并带动 5G 手机、智能家居、可穿戴设备等产品消费。

整体来看，无论从投资端、需求端还是产值来看，5G通信产业都将迎来爆发式增长。尽管短期内新冠肺炎疫情对我国5G建设中的设备生产制造、物流运输、安装调试、业务测试等环节都造成一定程度的延期，但是我国5G建设速度并不会因此受阻，大部分证券研究机构和业内人士对我国2020年5G发展还是持乐观态度。