报告正文
1、IC设计:多领域快速崛起,国产替代空间广阔
1．1 国产替代逻辑不变,看好国产IC百花齐放
中美贸易摩擦与华为禁令影响下,芯片加速国产化进程刻不容缓。美国商务部于2020年5月15日升级对华为禁令,受禁令影响华为自研芯片已无法代工流片,而自2018年中兴事件以来,美方的一系列行为均彰显其对国产半导体产业打压的决心。IC设计作为半导体核心环节之一,国产替代进程刻不容缓。我们认为未来半导体国产替代逻辑不变,在国家政策支持与产业链去美化共振下,国产IC设计厂商将进入快速成长通道。
加大研发进入成长快车道,Fabless推动国产IC设计百花齐放。国内IC设计公司大多采取Fabless模式,投资回报周期短,便于轻资产、小规模的设计公司进入。对于采用Fabless的IC设计厂商而言,最重要的成本即研发成本,高研发投入有利于IC设计公司紧跟下游创新需求,保持强竞争力。看好国内IC细分行业龙头凭借领先市场份额获得收益,加大研发投入将发挥强者恒强效应,走上成长快车道。
1．2 计算芯片:国产化、5G数字化仍为未来明确方向
2020年我国进入5G新基建大规模部署阶段,将全面开启5G数字化转型。据赛迪智库发布的《5G终端产业白皮书》数据显示,我国预计将建成5G基站653-816万座,截至2020年9月底,我国累计建设5G基站69万座,预计2020年5G基站带动直接投资约2600亿元,2019-2026年间全国5G基站累计直接拉动投资将超过2．6万亿元人民币。作为新型基础设施,5G将推动智能家居、工业互联以及车联网等多个领域市场规模提升。5G建设周期进入高峰期+国产替代进程加速,国产厂商发展空间广阔。据三大运营商公布数据,类比4G基站历史建设周期,我们预测未来三年将会是5G基站建设的高峰期,因此我们认为2021年随着5G建设的深入,“5G+”应用会不断渗透,将带动半导体产业发展。而在中美摩擦的大背景下,国产替代进程将不断加速,伴随华为产业链回迁,国产厂商将迎来历史发展机遇。
计算芯片作为终端产品的核心芯片,将优先受益行业技术发展,迎来量价齐升。如数字化催生服务器需求拉动CPU、GPU(景嘉微)等芯片增长;5G+AI推动人工智能芯片FPGA(紫光国微)、ASIC(寒武纪)不断发展;AIoT推动下游市场如智能家居、智能安防等市场发展,应用处理器APU(全志科技、瑞芯微、晶晨股份、富瀚微)厂商迎发展契机。
1．2．1服务器:5G带动服务器市场需求强劲
服务器是计算产业的基础产品,为全球计算产业提供强大的算力支持,也是推动数字经济的重要载体。据《鲲鹏计算产业白皮书》数据显示,2023年全球服务器市场空间将达到1121．3亿美元,5年复合增长率3．7%。其中,中国服务器市场空间339．7亿美元,5年复合增长率12．4%,占比超过全球市场的30%。从需求侧看,未来增量主要为5G带来的数据增长将推动数据中心数量、服务器出货量不断增加。
5G带来新一轮数据增长。随着新基建的逐步推进,万物互联时代将真正来临。5G可以为网络信息体系提供海量的终端接入能力、超低的网络延时和超高的网络速率,从而使万物互联、海量数据传输、端边云高效协同成为可能。而由5G催生出的超高清视频、AR/VR等新兴应用也将成为数据增长的有力引擎。
数据中心需求不断提高。4K/8K超高清视频等新业务的快速普及使得通信网络的数据流量每五年增长10倍。据华为智简网络白皮书数据,进入5G时代,万物互联将带来6．7倍的流量增长。预计到2022年,全球将有60+亿台智能电话,人均月流量将超过12GB。根据IDC预测,全球数据规模将会从2019年的41ZB增长到2024年的149ZB。面对爆炸式的流量增长,企业纷纷实施数字化转型,大数据成为发展趋势,而企业的数据中心正是关键的价值所在。据中国IDC圈数据显示,2019年全球IDC行业的市场规模约逼近800亿美元大关。
数据中心规模飞速扩张,催生服务器需求增长。流量增长推动数据中心基建加速,各大互联网厂商Capex投入也相应增加,不断新建或扩容其数据中心。目前,互联网厂商数据中心服务器建设量每年以50%-100%爆发式增长。据IDC数据显示,2020二季度全球服务器出货量320万台,较19年同比增长18．5%。
从下游验证角度来看,云服务厂商资本开支数据大幅提升,预示着服务器采购规模迎来增长。云服务的数据中心是服务器的重要应用领域,且服务器占据了数据中心资本开支的绝大部分,提供云服务的厂商的资本开支数据(CAPEX)可反应服务器市场的发展情况。据Bloomberg,美国前四大互联网服务供应商:亚马逊、微软、谷歌、脸书的2020年第一季度资本性支出较去年同期增长40%,其中微软和亚马逊增幅较大,说明其对于服务器购买量在近期大幅增长。
我们预计2021年服务器市场出货量将保持增长态势,重点推荐澜起科技。公司的主要产品内存接口芯片应用于服务器内存模组,内存模组主要依赖于服务器需求增长未来前景广阔。澜起科技深耕内存接口芯片市场十余年,始终保持行业领先地位,已成为全球领先的巨头,将坐享寡头垄断红利。未来受益于服务器市场规模增长,公司有望凭借先进的技术继续扩大市占率。
1．2．2人工智能领域:商业化加速,AI计算芯片迎发展机遇
人工智能技术核心是算法。以算法为基础向外延伸,形成了依托于各类算法的技术,最终将技术应用在各个领域中。当前人工智能技术已经步入商业化的阶段,并为各行业的生态带来了三方面的变革:人力变革(改变用工成本)、企业变革(改变企业运营模式)和行业变革(改变行业的产业链)。据德勤咨询预测,全球人工智能市场的复合年均增长率为26．2%,并预期将在2020年达到6800亿人民币的规模。中国人工智能市场的复合年均增长率为44．5%,预计在2020年达到710亿人民币的规模。
人工智能技术已逐渐进入商业化阶段。随着投资者对于人工智能技术的越来越了解,资本市场对于人工智能的投资也更为理性。在2015年后,资本市场更多关注于易落地、回报较快、前景明朗的人工智能应用,这标志着人工智能技术已经逐渐进入商业化阶段。
人工智能技术的应用离不开GPU、FPGA、ASIC等计算芯片的支撑。AI芯片主要可分为GPU、FPGA、ASIC三类,其中GPU占据了云端训练芯片市场的主导地位。在深度学习算法方面,GPU可以快速执行海量数据的并行计算,在训练阶段具备优势,是业界在模型训练方面的首选解决方案。近年来我国人工智能生态不断完善,对深度学习训练的需求日益增加,未来AI云端训练芯片的市场前景广阔,GPU相比其他AI云端训练芯片较为成熟,目前已在早期项目中广泛使用,成为AI云端训练芯片的主流。
在云端训练芯片市场,FPGA芯片已成为市场中的重要组成部分。云端训练模型的更新迭代迅速加快,芯片先进的高性能计算能力是其支撑性基础,但目前半导体设计周期远落后于AI模型的更替速度,基于FPGA半定制AI芯片是重要的解决方案之一。与其他计算芯片相比,FPGA芯片在云端训练芯片市场有着独一无二的灵活性优势,这使得FPGA芯片能够较快地根据算法变化而调整。
随着人工智能技术算法的复杂化,使用全定制的ASIC芯片成为了一种更恰当的选择。随着人工智能技术的不断发展,训练算法越来越复杂。而在处理这种复杂度较高的云端算法时,采用全定制的ASIC芯片会在相对降低厂商的芯片成本和芯片能耗的基础上,有效地提高云端训练的性能。目前市场上表现最出色的云端训练ASIC芯片是谷歌的Cloud TPU。Cloud TPU比同时期的GPU或CPU平均提速15～30倍,能效比提升30～80倍。
1．2．3嵌入式IoT:下游渗透率提升,应用处理器前景广阔
2020作为5G商业元年,5G、AI、物联网等技术快速发展,我们认为2021年其下游应用将会越来越场景化和多样化,5G的商用将驱动物联网的应用与落地,AI的发展也将使智能技术渗透到人们的生活当中:智能家居、智能安防、智慧城市等将全面兴起。据IDC预测全球将构建万亿规模计算产业空间。中国作为全球第二大经济体,近年来AI、物联网、5G、边缘计算等技术创新接近甚至领先全球。因此在行业飞速发展以及国产替代进程加速双重背景下,国产应用处理器(APU)厂商将迎来历史发展机遇。
趋势一:物联网时代,APU应用多点开花
伴随5G与物联网等技术发展,智能家居市场渗透率不断提高,前景广阔。智能家居市场的产品主要包括智能照明、智能音箱、智能开关等智能单品和扫地机器人、智能家电等智能设备。近年来,随着无线连接技术以及低功耗芯片设计技术的发展与成熟,智能家居的价格逐渐开始减低,消费市场渐渐接受,智能家居行业也开始真正快速发展。根据IDC全球智能家居数据报告显示,2022年全球智能家居出货量将达到13亿台,行业规模将达到2769．82亿美元。
我国智能家居市场空间广阔。相较于欧美智能家居市场,我国智能家居市场方兴未艾,市场空间巨大,近年来随着国家政策的鼓励支持、行业技术的成熟发展,智能家居市场的渗透率以及市场规模将会不断扩大。预计2020年我国智能家居渗透率将持续上升,市场规模达到6000亿元。
智能机顶盒:机顶盒作为智能家居中不可缺少的终端硬件,会在超高清视频的趋势下得以快速发展。自数字时代以来,我国4k电视机渗透率逐年递增,预计到2021年底达到70%的渗透率。为应对4k电视的全面普及,机顶盒需从单一解码设备向集成众多功能于一身的智能终端进行转变从而来满足对超高清视频的转化。
未来机顶盒对内部APU的技术要求会逐步升高,从而来满足机顶盒智能化、平台化的趋势发展。随着物联网、5G产业的不断发展,机顶盒将成为电视、网络和程序之间的智能设备,并配合各类应用终端来扩展基于家庭通信、娱乐和生活应用的各项服务,例如高清机顶盒的多媒体应用功能,高清解码功能以及录像功能等。
智能平板:后疫情时代,在线教育火爆,平板电脑市场迎新增长点。2020年第二季度,中国平板电脑市场出货量约661万台,同比增长17．7%,其中消费市场出货约561万台,占比高达85%。疫情期间因在线教育产生的需求得到延续,智能平板迎来新增长点,进入发展快车道。
学生平板市场表现良好,出货量大增。2020年二季度中国学生平板电脑市场出货量约63万台,同比增长29．9%,其中步步高、读书郎、优学派、小霸王以及好记星分别占据行业前五份额。目前主流学生平板大多使用高通骁龙处理器芯片以及联发科APU芯片,而随着在线教育持续发展渗透,学生平板出货量有望进一步提升,将会积极推动APU放量。
智能安防:安防行业从模拟化到数字化,高清化到智能化,安防芯片厂商格局重塑。近年来,我国安防视频监控行业呈现快速发展趋势,视频监控设备放量推动处理器芯片增长。据Statista数据显示,2019年全球视频监控摄像市场规模236亿美元,2025年将会达到440亿美元。随着视频监控智能化、网络化的发展,网络摄像机以及模拟高清摄像机替代趋势明显,应用于其中的IPC SoC芯片以及ISP芯片未来5年将会取得快速增长。
趋势二:中美贸易战加速RISC-V生态成熟
国产半导体自主可控进程加速,RISC-V大有可为:在中美摩擦背景下,核心芯片国产化进程提速,RISC-V开源的特点有利于国产芯片实现自主可控。中国作为RISC-V阵营的中坚力量,一直致力于RISC-V生态体系建设。近年来,国产厂商相继发布多款基于RISC-V指令集的产品,包括兆易创新、全志科技、北京君正等企业。我们认为在ARM断供华为以及英伟达或将收购ARM等事件刺激下,国内RISC-V将会迎来历史发展机遇。
物联网应用兴起推动RISC-V发展:RISC-V指令集是基于精简指令集原理建立的开放指令集架构(ISA),具有开源免费、精简、模块化等优点。1)RISC-V架构预留了大量编码空间及用户指令,能够让用户自由修改、扩展以满足其不同应用需求;2)具有模块化指令集特点,开发者可以快速选择不同组合来满足不同的应用,简洁、模块化、可扩展,能够满足 AIoT 万亿级市场的差异化需求,在万物智联时代,前景极其广阔。
1．3 连接芯片:把握IoT时代新机遇
在5G等新兴技术推动下,2021年物联网行业有望快速成长。根据IoT Analytics数据,2019年全球联网终端节点数量达到194亿个,其中IoT物联网节点达83亿台,Non-IoT联网节点达111亿台。受新冠疫情影响,2020年物联网增速放缓,下游渗透率不及预期,上半年智能家居、智能音箱等产品出货量受到冲击,而伴随海内外疫情逐步缓解,产业链库存消化,基本面改善,我们预计2021年将延续物联网行情,Wi-Fi与蓝牙等无线连接芯片迎来新机遇。
1．3．1Wi-FiMCU:万物互联风口到来,Wi-FiMCU大有可为
Wi-Fi是全球应用最广的局域网连接通信协议,在手机、电脑、平板电脑等主流消费电子终端已经成为标准配置。随着芯片成本的快速下降,Wi-Fi物联网应用领域得到广泛的应用,包括智能扫地机器人、空调、智能摄像头、智慧插座等。根据IDC数据,全球WiFi芯片出货量在2022年将达到49亿颗,占据各大主流互联方案出货量的40%以上,是物联网最主要的连接方式之一。
Wi-Fi芯片海量市场规模。随着物联网的兴起,越来越多的设备和移动终端需要搭配Wi-Fi芯片完成网络连接,以实现万物互联、智能管理。物联网Wi-Fi适用于室内场景。相比于其他无线传输手段,Wi-Fi拥有传播速度适中、通信距离合理、较低功耗等优点,更容易实现低成本、低功耗、高可靠性的建网目标。Wi-Fi标准已经更新多代,随着802．11 b/g/n/ac/ah/ax六代标准的不断发展,物联网Wi-Fi的发展也越来越健全。Wi-Fi芯片的下游市场十分丰富,主要涉及智能家居、智能照明、智能支付终端、智能可穿戴设备、传感设备及工业控制等物联网领域。
物联网推动Wi-Fi出货量快速成长。根据Techno Systems Research数据,全球物联网Wi-Fi芯片 2019年出货量约为5亿片,保持40%以上高速成长。Wi-Fi MCU主要应用分布于智能家居中的家用电器设备、家庭物联网配件(例如电灯和插座)、工业物联网等。根据Techno Systems Research的行业调查报告,家用WIFI产品占物联网应用的69%,工业应用占比17%。
智能家居:Wi-Fi MCU助力家居智能化转型
在5G+AIoT持续赋能下,全屋智能家居系统将成为发展趋势。5G的高宽带、低延迟等特点将有助于促进物联网建设。此外,5G将为全屋智能家居系统提供更加全面的网络通信保障和安全防护保障,在5G技术加持下,智能家居产品的连接速度、稳定性和安全性都能得到二次提升。
疫情或将催化智能家居渗透率提升。在疫情冲击下,国内外对无接触智能家居的需求都有明显提高,智能社区、智能买菜等服务的重要性得到体现。据Statista数据显示,2021年全球智能家居产品数量将会达到2．59亿个,作为未来确定的方向,我们预计伴随海外疫情缓解,市场景气度将会逐步回升。
我国智能家居市场发展迅速,前景广阔。根据 IDC 发布的中国智能家居设备跟踪报告,预计 2020 年规模将达到5819．3亿元,年均复合增长率超过27%。单个家庭在智能家居上的平均消费金额也在不断增加。根据Statista数据,2017年一个家庭的智能家居平均消费金额在35美元。预测在2022年,这个数字将上升到122美元,年均复合增长率达到28%。
智能音箱:Wi-FiMCU助力家居智能化转型
智能音箱是近年来市场增速最快的智能产品之一。智能音箱市场在亚马逊、苹果、谷歌、阿里巴巴、百度、京东、小米等互联网巨头的强力推广下,一个新的智能语音交互生态系统已经形成雏形。据Strategy Analytics数据显示,2016年智能音箱全球出货量约为590万台,2019年出货量增至1．47亿台,增幅近25倍。预计到2020年底,美国的智能音箱普及率将会达到50%,成为世界上首个达到这一级别的国家,未来四年将会有八个欧美国家达到这一门槛。我国智能音箱市场普及率仍然较低,2019年约为10%,与发达国家差距明显,市场发展空间巨大。
1．3．2 BLE SoC:智能音频风口,蓝牙SoC迎风起
随着物联网的应用逐渐受到关注,成本低廉、应用广泛的蓝牙(Bluetooth)技术也格外瞩目。蓝牙(Bluetooth)由蓝牙技术联盟(SIG)主导技术标准,以2．4至2．485 GHz的ISM频段来进行通讯,主攻个人局域网络(PAN)。相较WiFi传输,蓝牙传输的优点是成省电、安全性高、兼容性高、有效距离更远、成本低,但缺点则是网速较慢。
目前,从智能手机、平板电脑、汽车、音频娱乐设备、智能家居,到智能楼宇、智能工业等应用都有蓝牙技术的身影。预计未来三年各蓝牙解决方案领域出货量都将大幅上涨。其中,数据传输将成为出货量最大的蓝牙解决方案领域。根据ABI Research的报告分析,预计到2022年蓝牙产品的出货量将会增长到52亿。
根据蓝牙技术联盟报告指出,未来蓝牙市场将在几大领域呈现新发展优势:
1．在音频及娱乐方面,通过蓝牙音频的变革,未来蓝牙音频市场将呈现巨幅的增长态势。预计仅在2020年内,蓝牙音频及娱乐设备出货量就将达到15亿台。
2．在汽车方面,无钥匙开锁系统、轮胎压力监测和状态警报等解决方案,成为近期在汽车领域的热门及创新应用,这些用例都在创造并提升了对无线传感器的需求。预计未来每辆汽车中将加装4至6个蓝牙传感器。
3．在手机、平板电脑及个人电脑方面,未来室内导航、寻物、地标信息等解决方案,将成为智能手机体验中不可或缺的一部分。至2024年,蓝牙位置服务将覆盖超过18亿部手机应用于位置服务。
4．在互联设备方面,随着位置服务对日常生活的影响力日益提升,用于寻物、人员及宠物追踪的标签使用也日益增长。至2024年,用于定位和位置服务的标签年出货量将增长3．4倍。
智能可穿戴
可穿戴设备爆发、物联网布局驱动低功耗蓝牙市场需求释放。根据IDC数据,预计2019年全年可穿戴设备出货量有望超过2．23亿台,2023年出货量将增加至3．02亿台,年复合增长率达到7．9%。
可穿戴设备增长主要来自腕式设备和耳戴式设备,其中腕式设备出货量占比超过60%,主要为智能手表和手环,常用于健康、运动等场景,作为手机等移动终端的外国设备,数据传输是其主要功能,对功耗有很高要求。预计2023年全球低功耗蓝牙(BLE)芯片市场将达到65亿美元。
对于智能手环、智能手表来说,许多必要的功能都必须依托于蓝牙才能使用,可以说蓝牙技术就是它们的核心。目前主流的智能手表、智能手环的厂商有华为、小米、华米等,他们的代表产品荣耀手环5、小米手环4、AMAZFIT米动等等。
蓝牙音频
蓝牙音频设备主要分为三类:无线耳机、无线扬声器及车载系统。其中蓝牙耳机是最早面试的无线音频设备,已经从带衬垫的耳机发展到如今的真正的无线耳塞,成为了手机的必需品;无线扬声器随着人们对于扬声器便携性要求的提高以及智能音箱的普及,已经成为了快速发展的潜在市场;而车载系统主要用来配合驾驶员的智能手机使用,实现无线音频传输和免提通话。
根据蓝牙技术联盟的数据,2018年蓝牙音频传输设备的年出货量已经高达9．1亿台,2014-2018年同比增长率均高于10%。同时蓝牙技术联盟预计未来蓝牙音频传输设备的年出货量将继续保持增长,有望在2023年达到12．7亿台/年的出货量,2019-2023年CAGR约达7%。
蓝牙技术联盟统计,目前出售的耳机中,半数已经采用了蓝牙,预计到2023年,9成的扬声器将采用蓝牙,蓝牙耳机的出货量将超过7．2亿,而出货的蓝牙设备中39%将支持音频传输,蓝牙音频市场未来可期。
1．4 存储芯片:关注NOR Flash涨价行情
半导体各分支中,最重要的方向莫过于存储器,其应用领域广泛,几乎所有常见的电子设备都需要使用存储器。根据WSTS估计,2019-2021年半导体存储器的市场规模分别为1064、1224、1361亿美元,为半导体近年来增速最快的子行业。2021存储器市场将继续发展,年增速为11．2%,并将为投资者带来较多投资机会。
半导体存储器有较多种类,具体可分为:
按照停电后数据是否可继续保存在器件内,半导体存储器可分为掉电易失和掉电非易失器件;
易失存储器在过去的几十年里没有特别大的变化,依然是以静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)为主;
非易失存储器从早期的不可擦除PROM,到后来的光可擦除EPROM、电可擦除EEPROM,到现在的主流的Flash,技术在不断的更新、进步。现在RAM领域还出现了铁电存储器(FRAM)、相变存储器(PRAM)、磁存储器(MRAM)和阻变存储器(RRAM)等非易失静态存储器。
市场规模上来看:
DRAM和NAND Flash是最主流的半导体存储器,市场规模占比超过95%,价格受需求与供给的影响呈现较为明显的周期性,2019年下半年价格下落至低点后企稳回升,目前在服务器等下游需求的刺激下,价格正处于向上反弹的阶段。
NOR Flash是除DRAM和NAND Flash之外最大规模的利基型存储,其市场曾随着功能手机的消亡而逐步萎缩,目前凭借着其“芯片内执行”的特点在物联网、TWS耳机、5G、车载等领域广泛应用,市场规模整逐步恢复,到2025年市场规模有望超过40亿美元。
1．4．1 NORFlash短期需求旺盛,长期增长动力足
2006年之后的10年间,NOR Flash的市场空间随着功能手机数量的减少而逐年降低。虽应用领域广泛,但除功能手机外类似于电脑BIOS的应用领域使用的存储空间较小,一般在1MB – 32MB左右,单芯片价值较低,2015年之前的电子产品数量又不足以弥补其ASP低的缺点,所以其市场空间一路走低。根据CINNO Research,2018年的NOR Flash的总销售额为25．96亿美元,而这一规模在2006年已超过70亿美元。经过十余年的发展,在通货膨胀的背景下,NOR Flash的市场空间未增反降。
现NOR Flash的市场空间下行已成为历史,新兴领域的发展正为NOR Flash带来新的机遇。在物联网、可穿戴设备、屏幕以及车载电子等下游领域的推动下,NOR Flash将重拾增势,进入新的增长期。
物联网是NOR Flash发展的核心推动力
物联网设备的特点是具备简单的网络连接功能与计算能力,若采用传统的处理器芯片+DRAM+NAND Flash的方案,不仅增加一颗芯片,而且价格昂贵的DRAM也不能满足低成本的要求。
与手机、计算机等设备相比,一般的物联网模块的系统更简单,处理数据更少,对存储空间要求较少,一般在几兆至几百兆之间。此时,采用NOR Flash替代DRAM与NAND Flash是最优的选择,得益于芯片内执行的特点,处理器可直接从NOR Flash里调用系统代码并运行,同时满足存储与运行内存的要求。目前主流的物联网模块一般包括处理器(通常为MCU或SoC形式的AP芯片)、NOR Flash以及传感器和通信器件。
NOR Flash应用场景广泛,传统家电、新兴的设备还有各种智能设备都将成为NOR Flash下游应用场景。任何一个以上所述领域单独的市场空间都不大,但将各种细分品类相加后就会有一个非常可观的数量。
设备的功能也越来越强大,NOR Flash的存储空间的需求正在日益增长。功能的增加对存储空间的要求也逐步提升。将来伴随着IoT模块功能的增加,系统所使用的数据量会随之增加,所以使用的NOR Flash的存储空间也会逐步变大。存储空间的增加会导致单颗芯片售价增加,从而带动市场空间的提升。
TWS耳机助力NOR Flash市场发展
TWS是True Wireless Stereo的缩写,即真正的无线立体声。2016年苹果公司推出的AirPods为第一款TWS耳机,随后TWS耳机逐渐开始风靡。根据前瞻产业研究院数据,2016-2018年TWS耳机出货量分别为918万/2000万/4600万副,每年销量都几乎呈现翻番的趋势。
在突破了苹果的相关专利之后,其他厂商逐渐开始跟进,并于2019年开始爆发。同时,苹果公司于2019年先后推出AirPods 2与AirPods Pro,TWS耳机市场被彻底引爆。2012年全年TWS耳机销售量预计突破2．3亿副,相对于2019年依然呈现翻番趋势。
TWS耳机市场的火爆也给NOR Flash市场带来可观的增量空间。由于采用双耳无线蓝牙连接,多数耳机还兼顾入耳监测、语音助手等功能,已不是仅仅具备处理音频的简单系统,因此系统对存储芯片的要求便逐渐增加。
苹果方面,目前AirPods采用128M SPI NOR Flash。我们预计,若2021年推出的新款AirPods具备心率检测等功能,对存储空间的要求将进一步增加,有可能采用256M的NOR Flash;
非苹果品牌方面,不同品牌采用不同的内存方案。如索尼降噪豆WF-1000X采用华邦128M NOR Flash,BOSE NC700采用美光128M NOR Flash,华为Free Buds 3采用华邦64M NOR Flash,漫步者TWS5采用兆易创新64M NOR Flash。
综合各项数据,我们测算了TWS耳机为NOR Flash带来的市场空间增量,到2021年,NOR Flash在TWS耳机领域的市场空间将达到20亿人民币。
车载系统领域,NOR Flash具备优势
车载电子功能的增多推动NOR Flash市场需求。随着汽车功能的日渐增多,车内电子系统的设计越来越复杂,开始支持GUI(图形用户界面)、语音识别、高级数据处理等功能。ADAS(高级辅助驾驶系统)、仪表盘系统、HVAC(暖风、通风和空调系统)、信息娱乐系统等系统都将产生大量数据存储需求,且与NAND Flash相比,NOR Flash具备许多优势,因此车载电子将成为其重要的新兴增长点。
根据测算,汽车电子的NOR Flash未来市场空间将超过百亿人民币,是NOR Flash市场的重要组成部分。目前Cypress是汽车市场的领导者,2019年市占率为65%,但兆易创新已成功迈入汽车市场,已依据AEC-Q100标准认证了GD25全系列产品,是目前唯一的全国产化车规闪存产品,有望在此快速发展的市场分到一席之位。
5G基建拉动大容量NOR Flash需求
5G基站未来将成为NOR Flash的重要推动力。NOR Flash 提供5G基站中FPGA/SoC启动配置支撑。具有可编程特点的FPGA和互补式片上系统(SoC)在5G基础设施上得到广泛的应用。NOR Flash在初始响应和启动FPGA与SoC时能够提供高可靠性,且读取数据速度快,数据保存时间长,因此主要用于FPGA、SoC的固件镜像存储。
NOR Flash工作温度范围广,其低功耗特性利于无线基础设施户外高温环境散热;有些NOR Flash还添加安全功能,确保特有IP安全性,保证网络持续安全可用。每座5G基站中需大约4-6颗左右的512Mbit/1Gb的NOR Flash。据预测,2022年NOR Flash在5G基站领域的市场空间将达3亿人民币。
智能电表拉动NOR Flash需求增长
智能电表新标准带动NOR Flash需求提升。新标准对有功功率和无功功率的读取时间间隔进行了调整,并使数据量存储期限延长至一年。这大大提升存储芯片的容量需求,新标准将分为两个独立模块,各自配置MCU和存储IC,因此电表的存储IC会切换为两颗128M及以上容量的NOR Flash。
智能电表进入更换周期,招标量持续三年增长,带来1．5亿美元新市场。我国首批安装的智能电表已进入更换周期,自2017年起连续三年快速增长。2019年国网和南网招标量总和突破了7000万只,投资额接近180亿元,预计2020年将会保持增长。据预测,NOR Flash在智能电表领域的市场空间将达到1．5亿美元。
综上所述,我们认为NOR Flash已经告别过去数十年的市场空间下行历史,在新兴应用的推动下,市场规模将重回增长。短期看,目前市场正处于需求极度火爆的状态;长期看,根据Knowledge Sourcing Intelligence Analysis的数据,未来NOR Flash在新兴应用的推动下,2025年市场规模将突破40亿美元。
1．4．2服务器与智能手机齐发力,DRAM 2021年迎涨价周期
像所有存储器一样,DRAM价格变化呈现周期性趋势。DRAM主要应用在服务器、个人计算机及消费电子领域。其中智能手机和服务器为DRAM下游应用的主要部分,将成为决定未来其价格的决定性因素。
2021年DRAM的市场需求量将会持续增长。从2018年开始,在供需失衡的情况下,高昂的价格抑制了下游的需求,因此价格便一路下滑至2019年。2020年由于新冠疫情的影响,电子消费市场遭遇短暂的低迷期,但企业远程办公,学校远程教育等需求陡然增加,同时拉动了云服务的消费增长,因此2020年个人计算机、笔记本以及服务器的销量均出现同比增长的情况。展望2021年,个人计算机、笔记本有可能在疫情恢复之后销量出现下滑,但服务器和智能手机则有望保持较高增速,整体上2021年的DRAM需求将保持在高位。
供给方面,美光和南亚尚未看到增产计划,三星与海力士有望在2021年分别扩产3万片/月、1万片/月,合肥长鑫将迎来快速增产的阶段,有望从2020年3季度的4万片/月到2021年4季度增产至8．5万片/月。
综合供给与需求的变化,预计2021年DRAM价格呈稳步向上的趋势。
整体来看,各类型的DRAM都有望在2021年实现不同幅度的涨幅。
1．4．3产品扩容迅速,NAND单价将下降
近期以来,随着SK Hynix与Intel大连厂收购案的成形,为NAND Flash产业并购开启序幕。但供应商竞争态势依然激烈,并未改变供应商扩产积极的态势,以致全年供过于求。NAND Flash叠堆技术突破100层后,2021年将继续往150层以上推进,单芯片容量也将自256/512Gb推进至512Gb/1Tb,通过成本改善吸引客户升级容量。因此未来NAND Flash单位容量的价格将持续下降。
需求方面,NAND Flash在2021年的整体容量需求将提升37%,其中游戏产生的需求增速最快,达到111%,其次为服务器所带来的需求,2021年的增速将达到45%。
供给方面,各厂商扩产的步伐将稳步推进,其中三星扩产最为积极,未来每个季度都有望增加1．5万片-2．5万片的月产能。
综合以上扩产与需求的变化,预计明年各类型NAND Flash的单位价格将持续下降。
市场竞争格局方面,半导体存储器件的主要市场由海外巨头公司掌握,国产公司处于相对落后的位置,但已经在各个细分行业展开追赶,并已获得显著的进展。
DRAM市场由三星、美光、海力士垄断了95%的份额,目前国产厂商合肥长鑫已经开始量产并在官网上架了相关产品,紫光集团也已建立DRAM事业部准备建厂。此外国内还有较多DRAM设计企业,包括收购了ISSI的北京君正等,兆易创新也正在开展DRAM的研发工作;
NANDFlash的市场由三星、西数、铠侠等6家企业垄断。目前NAND Flash的发展方向是3D堆叠,国外先进企业均已纷纷开发出100层以上堆叠的NAND Flash。国产厂商长江存储已宣布128层产品研发成功,与国外先进企业的差距越来越小,已成为存储国产自主化的中坚力量。国内还有SLC NAND的设计企业,包括北京君正、兆易创新等;
NORFlash市场上我国企业已不落人后,兆易创新的市占率已位居全球前三,仅次于华邦和旺宏。武汉新芯拥有自主的NOR Flash产能,此外,国内设计企业还包括普冉半导体、芯天下等。
1．5 模拟芯片:国产替代市场空间广阔1．5．1模拟芯片市场规模大,国内企业成长空间广阔
半导体领域中,模拟芯片是不可忽视的组成部分,2020年半导体领域市场规模达到4259．66亿美元,其中模拟芯片贡献了508．08亿美元,这一数字将预计将在2021年达到538．09亿,增速为5．9%。观察历史数据可以发现,模拟芯片市场的变化波动率比半导体整体市场更小,说明模拟芯片市场的需求增长更稳定。
从区域占比角度看,中国市场占全球的比例超过1/3,中国是全球模拟芯片市场规模最大的区域。
面对如此广阔的市场空间,国内模拟芯片企业的规模却普遍偏小。截止目前,国内营收规模达到10亿人民币的模拟芯片企业寥寥无几。在2019年,全球营收排名第一的德州仪器的营业额已超过100亿美元,同年大陆最大的模拟IC企业圣邦股份营收额刚超过1亿美元,仅为德州仪器的1%。此外,国内本土公司相关产品的年营收合计不足50亿人民币,占全球市场份额的比例不到2%,国内自给率不超过5%。
国产替代的历史进程下,本土模拟企业成长空间巨大。在中美贸易摩擦的背景下,中国正掀起了国产替代的潮流,国内相关企业正迎来历史的发展机遇:正常情况下,下游厂商会选择更成熟的海外厂商作为供应商,相对落后的国内厂商无法通过“获得客户→盈利→继续研发提高产品性能”的循环获得成长;而在国产替代的趋势下,下游客户有更强烈的意愿培植国内供应商,因此这些企业将迎来历史的发展机遇。展望未来,国内有望走出数家可站在全球舞台上的模拟IC企业,在当前时间节点下,国内的模拟芯片企业将具有较大的投资价值。
1．5．2种类多且杂,应用多且广
模拟芯片的一大特点就是种类繁杂。按照传输弱电信号和强电能量的角度分,模拟芯片分为信号链模拟芯片与电源管理模拟芯片。其中信号链类又可分为放大器、数据转换器、模拟开关、接口、小逻辑芯片等,电源管理类可分为交直流转换器、LED驱动器、电机驱动器、开关稳压器、LDO线性稳压器等,而在这些细分之下又可进一步细分为各类产品。这些种类繁杂的模拟芯片可以执行信号放大、转换、设备驱动等功能,是各类电子产品必不可缺的零部件。
从下游角度看,随着模拟芯片技术的不断发展和革新,模拟芯片产品的下游应用不断丰富。现在模拟芯片在日常生活中可谓无处不在,模拟芯片已经广泛应用于通信、汽车、家用电器、智能家居、消费类电子等领域。
具体来看,通信领域在模拟芯片各应用领域中占比最高,占比超过1/3,未来伴随着5G建设的加速进行,模拟芯片在通信领域的应用空间将不断扩展;此外,汽车领域的应用也已成为模拟芯片的一大增长点,新能源车的推广及自动驾驶技术的不断升级,使得车载电子系统的复杂程度越来越高,因此对模拟芯片的需求也正持续增加,其占比从2017年的第三位超过工业应用成为仅次于通信领域的下游领域。
1．5．3竞争格局:海外龙头领先,本土企业迎头追赶
由于模拟芯片类型繁杂,目前尚未出现能统领全球的领先企业。全球前十大模拟芯片公司在不同的领域各自处于领先地位,其中,德州仪器是电源管理和运算放大器这两个领域的龙头企业;亚德诺在数据转换器领域领先多年;英飞凌是著名的汽车电子厂商;思佳讯在射频领域突出;恩智浦、安森美、瑞萨均是实力较强的汽车电子厂商,美信则更专注于工业领域,微芯科技在模拟产品外,较为偏重于数字领域的MCU。
国内公司方面,现在已经在多个细分领域涌现出了一批优秀的公司,某些产品的性能甚至已处于全球领先的水平。例如,圣邦股份产品多而全;芯朋微的电源管理新产品在家电领域已处于领先地位;思瑞浦的信号链产品已成为国内通信大客户的重要供应商;芯海科技的ADCs芯片精度已达全球先进水平;晶丰明源的LED驱动处于市场领先的位置。未来随着国产化进程的进一步推进,这些深耕各自领域的模拟芯片厂商将继续成长,成为国产模拟芯片的中坚力量。
1．6 分立器件篇:功率器件传统应用需求稳定,新兴领域为行业赋能
1．6．1半导体功率器件是最重要的细分产品,进口替代是行业发展主题
半导体产品可划分为集成电路、分立器件和其他类,其中半导体功率器件是分立器件的重要部分,主要包括二极管、三极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等多类产品。集成电路是把多种基础电路元件整合在一个小型晶片上然后封装起来形成具有多功能的单元,主要实现对信息的处理、存储和转换;分立器件是指具有单一功能的电路基本元件,主要实现电能的处理与变换。
功率器件技术发展受下游需求驱动,从性能、结构、材料等方面改良迭代以应对更广的应用场景。早期二极管、三极管主要应用于工业和电力系统;晶闸管实现可控性改良;功率MOSFET和IGBT等器件实现高频率、低损耗性能大幅提升;超结MOSFET打破传统“硅限”以满足大功率和高频化的应用需求;在硅基器件逐渐开发到极限,开始使用第三代半导体材料SiC、GaN替代硅材。
功率器件应用领域极其广泛,新兴应用领域是行业增长点。功率器件与用电息息相关,几乎用于所有电力电子制造业,包括计算机、网络通信、消费电子、汽车电子、工业电子等领域。行业未来看点在于新能源汽车/充电桩、智能装备制造、物联网、可再生能源发电等新兴应用领域所带来的巨量需求缺口。
国内功率半导体市场规模达千亿元,全球前十企业垄断60%的市场。根据IHS Markit数据显示,2019年全球功率半导体市场规模约404亿美元,中国市场规模约144亿美元。功率半导体又可分为功率IC和功率器件及模块,其中根据Omdia统计,2019年功率分立器件及模块市场规模在210亿美元,整体占功率半导体市场一半左右。功率分立器件及模块市场,排名前十的公司除被闻泰科技收购的安世半导体外均是海外企业,其中龙头英飞凌独占19%的份额,前十合计占比58．3%,马太效应明显。
中国功率半导体市场中电源管理IC、MOSFET和IGBT是最主要的产品,分别占2018年中国功率半导体总市场的60．98%、20．21%与13．92%。其中功率MOSFET和IGBT是增速最快的细分产品,2016-2018年复合增速分别为15%和12%。
功率MOSFET和IGBT市场增速快,下游应用中新能源汽车是主要驱动力。根据Yole数据预测, IGBT和MOSFET在新能源车和工业控制领域增速最快,预计2023年新能源车领域市场空间达37亿美元,工业领域达25亿美元。得益于工业自动化中伺服电机变频器,电动汽车电动机用逆变器及充电桩相关设施的蓬勃发展,汽车和工业市场将成为功率半导体行业增速最快的两个细分领域,年复合增长率将达到8．2%和3．8%。
1．6．2百亿增量市场助力行业发展,宽禁带材料丰富技术延伸方向
(1)新能源汽车有望带来百亿级增量市场
整车电动化趋势+电动车市场渗透率增大驱动车用功率半导体市场需求高速增长。随着汽车电气化程度逐步提高,从微混型仅用于启停功能,到全电动车所需能量回收及车载充电,对功率器件需求量增大。电动车用功率半导体器件主要有电机逆变器、DC/DC变换、辅助驱动、OBC充电逆变和车用电池管理ICs。
将汽车按燃油车、插电混动车和纯电动车归类,对比物料成本占比,由于插电和纯电车引入电力系统作为动力源,电控系统成本占比大幅度提升。传统燃油车功率组件用量大概为50美元/辆,电动车根据车型划分功率组件用量从48V轻混75美元/辆增至纯电动车455美元/辆。
根据最新《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》修正,假设新能源汽车销售量占比2025年达到20%, 2030年为35%。汽车市场总销售增速较慢,每年假设只有1%增速,但渗透率在政策驱动下有望提速,我们测算2025年中国新能源车销售量有望达550万辆,2030年达1000万辆。今年受疫情影响汽车市场承压,中长期看国内新能源汽车有望进入高速成长期,测算结果未来10年复合增速为24．3%。
由于各车型有较大差别,纯电动车EV随级别从A00到C类车单车用量逐渐增多,插电混动车PHEV是在燃油动力系统上外挂一套电动系统。我们测算国内新能源车用功率器件增量市场空间预测2025年达125亿元,2030年达225亿元。
(2)配套基础设施充电桩与新能源车协同发展
"充电桩+新能源车"类比"传统燃油车+加油站",充电桩建设进度要与新能源车协同发展,不然会造成车桩比失衡。充电桩按接口类型可分为两类:交流慢充和直流快充。由于直流充电桩输出功率高,功率半导体器件用量高于交流充电桩,直流桩是未来行业发展的主要细化方向。
我国充电桩市场未来趋势:1)目前充电车保有量与充电桩保有量车桩比约3:1,预期未来有望进一步下降到2:1。2)私人桩大部分采用交流充电模式,由于部分车主没有固定车位、物业管理困难等原因,预期未来公共充电桩是主流,私人桩限于拥有固定车位的车主。3)目前公共桩交/直流占比约6:4,随着大功率直流充电的成本逐渐降低,预期交/直流占比有望趋向1:1。
按充电类别可分为直流和交流,其中直流桩预计是未来增长最快的一部分。目前公共直流与交流桩比为4:6,2030年有望达到1:1。根据假设,我们测算公共直流充电桩2025年累计达210万个,2030年达750万个。
直流充电采用的是大功率充电,系统对功率半导体用量高于普通交流模式,其中对功率器件需求非常大。仅根据成本假设,我们测算未来10年直流充电桩建设对功率器件累计需求超过500亿元。
(3)可再生能源发电对高可靠性国产功率器件需求有望增大
光伏发电是将太阳能转化成电能并导入电网的过程,需要配置光伏逆变器将直流电转换成符合电网要求的交流电,IGBT是逆变器系统中的核心器件。光伏逆变器有两个基本的功能:1)完成DC/AC转换的电流连接到电网;2)提高优化光伏系统的能量转化效率。
风力发电机是将风能转换为电能的过程,由于风能的不稳定产生非固定频率的交流电,需要通过变频器系统调节成可入网电流。一个完整的变频器系统分两部分,主电路和控制电路,主电路部分会用到大量的功率半导体元件,如IGBT、MOSFET、GTO等。
光伏发电技术降低成本空间大、技术进步快、产业化确定性强,是未来主要发展的低成本清洁能源发电方式之一。2019年中国光伏新增装机量30GW,根据中国光伏产业发展路线图估计未来五年新增装机量年复合增速约9．9%,2025年新增装机量保守估计达65GW,乐观估计可达80GW。
为实现最大经济效益,光伏电站设计采用更高容配比,我们测算2025年中国光伏逆变器市场需求为75GW。根据CPIA统计,2019年国内光伏逆变器加权平均成本大约是0．2元/W,2025年有望降至0．15元/W。中国光伏逆变器用功率半导体需求2025年为9．61亿元,国内未来五年累计需求约50亿元。
根据GWEC公布的全球风电发展报告预测,中国风电2020年累计装机量为238GW,2024年达328GW,未来新增装机量保持在20GW以上。风电变流器主要原材料包括功率元器件、控制器件、通用元器件、功率电气件、金属材料以及电线等,各种电力电子器件占其成本50-55%左右,IGBT占比约为10%。根据我们测算结果,每年中国风电用IGBT市场需求大约5-10亿元。自2019年开始未来5年累计需求约37亿元。
(4)为满足更多新兴领域性能需求,宽禁带半导体材料加速产业化
硅基半导体材料性能开发已接近极限,为满足更多需求,以SiC和GaN为代表的宽禁带半导体材料正在快速进入产业化。因为第三代材料具有禁带宽度更大、电子饱和漂移速度更高等特点,具有光电性能优异、高速、高频、大功率、耐高温和耐高辐射特征,器件在光电、射频和电力电子领域极具发展潜力。
SiC具有耐高温、高频、大功率、高压等特性,主要应用于高压、驱动领域,如光伏逆变器、新能源汽车、充电桩等。
GaN在高频下具有较高的功率输出和较小的面积,主要用于射频领域;GaN有望大幅改进中低压领域电源管理、发电和功率输出等应用,GaN功率市场主要由快充带动。
新能源和5G通信两大新兴市场需求是推动宽禁带材料快速发展的核心驱动力。第三代半导体材料主要应用于光电子、电力电子和微波射频三个领域,SiC主要对应的是中、高功率电力电子器件,GaN则是光电子、中低功率电力电子和射频器件。1)节能革命是人们长期重点关注的问题,新材料在电力电子领域的优异性能有望替代掉一部分Si基材料市场,同时新能源汽车、光伏等新兴市场应用提供增量。2)通信互联是指5G网络建设拉动海量硬件需求,其中光电子器件和射频微波器件预计大量使用第三代材料。第三代半导体材料主要应用于光电子、电力电子和微波射频三个领域,SiC主要对应的是中、高功率电力电子器件,GaN则是光电子、中低功率电力电子和射频器件。
受益于下游新能源车、5G、消费电子领域需求强劲,未来几年全球SiC和GaN器件市场有望以25%-40%速度增长。根据亚化咨询预测,2019年SiC功率器件市场约为5亿美元,2025年市场规模将达到35亿美元;2019年,GaN射频市场约为6．42亿美元,GaN功率器件市场约为0．9亿美元,2025年射频器件市场规模将超过30亿美元,功率器件市场将达到4亿美元。
海外公司在SiC材料领域实力领先,但是我国具备全产业链布局,是国际上为数不多可在各环节均紧随国际先进水平的国家,具备产业化基础。Cree、英飞凌和Rohm三家公司占据了近全球碳化硅市场约70%的份额,而全球碳化硅晶圆市场几乎由Cree一家主导。国内SiC晶片供应商有天科合达、山东天岳,器件企业有士兰微、三安集成等。
GaN方面目前也是以海外企业为主,国内企业在衬底外延和设计制造领域都逐渐开始涉足,如GaN衬底制造厂苏州纳维、东莞中镓;GaN外延制备商苏州晶湛;GaN-on-Si制造企业英诺赛科、耐威科技;GaN 晶圆代工企业海特高新;IDM企业三安集成、安世半导体等。
1．6．3国内功率器件行业进入黄金期,龙头企业优先受益
在市场需求、政策、人才、资金和技术多因素催化下,国内功率半导体行业未来3-5年有望进入黄金发展期。从技术追赶难度、产业化布局进度、外部因素冲击等多角度分析,功率半导体都是未来可预见的国产替代进度最快的细分领域之一。在外部环境冲击相对较小的情况下,技术差距缩短+产能扩张为进口替代趋势保驾护航。目前国产功率器件在中低端产品上替代进度很快,未来将会持续向中、高端领域延伸。
整个功率器件行业有四个主要发展趋势:
行业集中度提升,内生+外延式发展趋势。目前,分立器件行业海外头部厂商占全球一半的市场且格局稳定,国内行业格局处于体量小、数量多且分散、技术和产品布局单一。国内行业发展必然趋势是少数具备核心竞争优势的企业通过持续技术积累和自主创新扩大产品知名度和市场占有率,并向制造和封装端延伸 。
除新市场高增速外,国内企业有望受益于潜在的巨大于进口替代空间。近几年我国在中低端领域发展迅速,中高端产品市场尚未打开,未来国内行业内优秀企业将凭借地缘、技术和成本等方面的优势获得更多的发展机会。
产品性能需求驱动模块化、集成化发展。分立器件行业发展受需求驱动,为解决更高电能转换效率、稳定性、高压大功率及复杂度需求,组装模块化和集成化成为技术发展主流趋势,设计难度更高。
新兴宽禁带材料处于产业化初期,国内追赶难度相对较小。以SiC、GaN为代表的宽禁带材料具有突破传统硅材器件性能极限的优势,具有极强的战略性和前瞻性。技术壁垒在材料的制备,国内外技术差距在不断缩小。
