全球硅片產(chǎn)業(yè)變遷的下一站是中國？

　　作為IC晶圓生產(chǎn)直接的原材料，全球硅片行業(yè)經(jīng)歷了從6寸向12寸的迭代，同時生產(chǎn)中心由美國轉(zhuǎn)移到了日本。目前日本憑借半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)分工帶來的機遇占據(jù)硅片行業(yè)50%以上份額，但尺寸迭代和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移仍在繼續(xù)，中國企業(yè)能否成為下一個產(chǎn)業(yè)中心?從過去15年的硅片價格變化來看，價格曲線受供需影響出現(xiàn)過兩次漲價周期，目前處于第三輪漲價周期的初期，這為中國企業(yè)產(chǎn)能建設(shè)提供了難得的友好供需環(huán)境。在此次周報專題中，我們從全球硅片產(chǎn)業(yè)變遷出發(fā)，探討硅片投資新周期和國產(chǎn)化進程。

　　一、全球半導(dǎo)體硅片行業(yè)變遷

　　1.1尺寸變化：代際更迭為新進入者創(chuàng)造機遇

　　就半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)而言,芯片是最為人熟知和關(guān)注的領(lǐng)域,而對于行業(yè)起著支持作用的材料和設(shè)備領(lǐng)域卻相當(dāng)?shù)驼{(diào),但低調(diào)不等于不重要,如半導(dǎo)體制造的基礎(chǔ)——硅晶圓,在行業(yè)中的地位就不容忽視。

　　硅晶圓又稱硅片，是制作集成電路的重要材料，通過對硅片進行光刻、離子注入等手段，可以制成集成電路和各種半導(dǎo)體器件。單晶硅是硅的單晶體，是一種比較活潑的非金屬元素，具有基本完整的點陣結(jié)構(gòu)。其不同的方向具有不同的性質(zhì)，是一種良好的半導(dǎo)材料。光伏級單晶硅的純度要求達到99.9999%，而半導(dǎo)體級單晶硅對純度的要求甚至達到99.9999999%。采用西門子法可以制備高純多晶硅，然后以多晶硅為原料，采用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長出棒狀單晶硅。單晶硅圓片按其直徑主要分為6英寸、8英寸、12英寸及18英寸等。

　　在摩爾定律的驅(qū)動下，硅片尺寸呈現(xiàn)從6寸—8寸—12寸的路徑變化。據(jù)SEMI的數(shù)據(jù)，4英寸硅片產(chǎn)生于1986年，6英寸于1992年，8英寸于1997，12英寸于2005年。業(yè)界較為公認的說法，1980年代是4英寸硅片占主流，1990年代是6英寸占主流，2000年代是8英寸占主流，2002年，英特爾與IBM首先建成12英寸生產(chǎn)線，到2005年12英寸硅片的市場份額已占20%，2008年其占比上升至30%，而8英寸硅片占比已下降至54%，6英寸硅片占比下降至11%。

　　根據(jù)SEMI的預(yù)測，12英寸硅片的市占率將逐步提升，而八英寸和六英寸硅片的市占率逐漸萎縮。到2020年，12英寸硅片的占比上升到約80%，8英寸硅片的占比降至8%左右，6英寸及以下硅片降至2%左右。

　　根據(jù)全球300mm(12英寸)和450mm(18英寸)晶圓Fab的產(chǎn)品和數(shù)量預(yù)測，在未來15到25年里，300mm晶圓Fab在半導(dǎo)體制造業(yè)內(nèi)保持主流地位，因此300mm硅片在未來至少25年的時間里，也將繼續(xù)保持發(fā)展的態(tài)勢。根據(jù)預(yù)測，12英寸硅片在2022年左右達到市場份額的峰值。在摩爾定律的驅(qū)動下，隨著18寸硅片的生產(chǎn)技術(shù)逐漸成熟，市場化進程加速，12英寸將朝著18英寸過渡。

　　但實際上，18英寸(450mm)的硅片對于全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)仍然還是一個懸而未決的課題，其中的關(guān)鍵因素是半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商，包括應(yīng)用材料等企業(yè)缺乏研發(fā)和生產(chǎn)的積極性，主要原因在于生產(chǎn)450mm硅片不是簡單地把腔體的直徑放大，而是需要重新設(shè)計和制造相應(yīng)的設(shè)備，面對巨大的資本開支和高端技術(shù)人才的引進等難題，企業(yè)需要慎重考慮未來的市場是否有足夠的投資回報率，以尋找成熟的時機進入市場。

　　1.2地域演變：日本硅片產(chǎn)業(yè)崛起的啟示

　　目前，全球主要的半導(dǎo)體硅片供應(yīng)商包括日本信越化學(xué)(Shin-Estu)、日本三菱住友(SUMCO)、德國Siltronic、韓國SKSiltron以及中國臺灣的環(huán)球晶圓、合晶科技等公司。全球硅片行業(yè)存在較高的壟斷性，據(jù)ICinsights的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，五大硅片供貨商的全球市占率達到了92%,其中日本信越化學(xué)市占率27%，日本三菱住友市占率26%，臺灣環(huán)球晶圓市占率為17%，德國Silitronic市占率13%，韓國LGSiltron市占率9%。

　　從市場份額來看，硅晶圓市場基本上被日韓臺壟斷，尤其是日本的SUMCO和Shin-Etsu兩家公司，近十年來所占的市場份額都在60%左右。由于中國臺灣的環(huán)球晶圓以及韓國LGSiltron等公司通過兼并收購等方式來擴大產(chǎn)能，以充分發(fā)揮規(guī)模效應(yīng)，大舉搶占硅片市場，兩家日本企業(yè)的市占率近年來有所下降。

　　通過探討全球硅片企業(yè)的市場份額，前五大硅片廠商沒有一家是來自美國的企業(yè)，美國作為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的巨頭在硅晶圓領(lǐng)域卻如此薄弱，然而實際上，硅晶圓這一工業(yè)卻是由美國首先開創(chuàng)的，曾經(jīng)美國的雷神公司(Raytheon)和孟山都公司(Monsanto)等都是業(yè)內(nèi)的佼佼者，但最后由于相關(guān)業(yè)務(wù)不斷虧損，無法跟上時代的腳步而相繼退出該業(yè)務(wù)。我們通過分析和探討半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)由美國創(chuàng)立向日本轉(zhuǎn)移的歷史背景并究其緣由，深刻認識半導(dǎo)體硅片行業(yè)發(fā)展的歷史規(guī)律。

　　縱觀硅晶圓產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程，在過去的二十年左右，全球主要的硅晶圓供應(yīng)商從20多家，逐漸兼并為現(xiàn)在的5家，形成寡頭市場。硅晶圓企業(yè)的兼并&收購有其必然原因，對于硅片廠商而言，其面對巨大的資本開支，規(guī)模優(yōu)勢顯得尤為重要，廠商只有通過大規(guī)模生產(chǎn)，才能降低固定成本，提升盈利能力;其次，通過兼并收購，廠商可以提高市場集中度，提升產(chǎn)業(yè)鏈的議價能力，以維持相對穩(wěn)定的盈利能力。

　　SUMCO是由Sumitomo、三菱材料和Komatsu三家公司在2002年和2006年合并而成，而Shin-Etsu在1999年并購了日立的硅片公司。中國臺灣的環(huán)球晶圓于2008年收購美商GlobiTechIncorporated公司，2012年收購全球排名第六的日商Covalent公司旗下有關(guān)半導(dǎo)體硅晶圓業(yè)務(wù)的子公司CovalentSiliconCorporation，2016年7月正式收購丹麥Topsil的半導(dǎo)體事業(yè)部，同年12月順利完成收購SunEdisonSemiconductor。環(huán)球晶圓通過一系列的并購案，一舉躍升為全球第三大硅晶圓制造商。

　　美國企業(yè)退出硅片產(chǎn)業(yè)的另外一個原因是，相對于產(chǎn)業(yè)鏈下游的芯片設(shè)計，硅片行業(yè)的利潤較薄。我們通過對比美國在芯片領(lǐng)域的代表性公司高通(Fabless廠商)和英特爾(IDM廠商)與日本硅片行業(yè)龍頭SUMCO和Shin-Etsu的毛利率，可以發(fā)現(xiàn)芯片公司的毛利率遠大于硅片企業(yè)。從經(jīng)濟效益來分析，美國退出硅片領(lǐng)域而轉(zhuǎn)向更高端的芯片設(shè)計，能帶來更大的收益。

　　由此分析，我們認為硅片產(chǎn)業(yè)從美國創(chuàng)立到日本崛起的轉(zhuǎn)移，主要可以歸結(jié)于兩個個原因：一是由于硅晶圓市場兼并收購的必然趨勢，導(dǎo)致市場開始形成高度的壟斷性和地域性;二是由于硅片制造的資本開支和技術(shù)難度都較高，而收益卻非常薄，隨著全球化進程、國際化分工的發(fā)展趨勢以及集成電路產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，美國企業(yè)剝離中低端的制造加工環(huán)節(jié)并將其分配給亞洲新興企業(yè)，自身選擇布局盈利能力更強的芯片設(shè)計環(huán)節(jié)。