前沿科普丨快速讀懂芯片產業鏈，尋找下一個英偉達

來源：雪球App，作者： 港股投研所，（https://xueqiu.com/5028847775/280453531）

近期，科技圈被OpenAI最新發布的文生視頻模型Sora刷屏，盛況堪比去年Chatgpt問世之時。

據官方介紹，Sora使用Transformer架構，可以深度模擬真實物理世界，能夠根據文本指令、靜態圖像創建近似現實且富有想象力的場景，生成多種風格、不同畫幅、最長為一分鐘的高清視頻。

從官方發布的Sora演示視頻來看，該模型生成的視頻畫質精美，推進流暢。盡管后續在大眾火眼金睛之下，發現了一些構圖及邏輯上的不完善之處，但是作為初代產品，這樣的成果已經足夠震撼。

AI技術的發展速度遠遠超出了人們的預期，科技對于各行各業的賦能越來越強。因此，盡管近兩年港A股多數板塊泥沙俱下，人們卻展現出對AI賽道的堅定信仰。其中，芯片的角色十分關鍵，是堪稱“大腦”的存在，日前全球AI芯片龍頭英偉達(NVDA.US)創下歷史新高，市值一度突破2萬億美元，僅用9個月便實現從1萬億美元到2萬億美元市值的躍升。

根據美國半導體產業協會（SIA）預測，由于產業各領域對芯片的需求增加，2024年全球半導體銷售額將大幅反彈13.1%，來到近六千億美元，創歷史新高。厘清芯片產業鏈，了解產業鏈上下不同環節的價值所在及缺位情況，將成為尋找下一個英偉達的先導要素。

生產流程

首先，需要理清一個概念，半導體≠芯片。

我們日常中提到的芯片，是集成電路芯片的簡稱，主要是由半導體材料制成。1958年，全球第一枚芯片，由美國德州儀器公司的杰克·基爾比（Jack Kilby）研制出來，將所有的電子組件制造在一個小的硅片上。在此之前，電子設備需要通過連接數百或數千個單獨的電子元件來構建，不僅復雜、耗時，而且容易出錯。

基爾比的發明促使電子設備向更小巧、高效、低成本方向發展，同時提高了性能和可靠性。為微電子工業的迅速發展奠定了基礎。在這之后僅僅過去幾個月，英特爾創始人羅伯特·諾伊斯（Robert Noyce）也獨立發明了一種類似的集成電路，他對基比爾的集成電路進行了改進，使用金屬導線連接電路中的元件，使電路更加穩定和高效。

基爾比和諾伊斯的發明被廣泛認為是現代電子工程學的重要里程碑，為計算機、智能手機等他電子設備的出現打下基礎。

芯片生產主要涉及設計研發、制造、封裝和測試等環節。

設計和研發：主要包括需求分析與規劃、架構設計、邏輯設計、電路設計、物理設計、驗證、測調等步驟，涉及復雜的電子工程技術和軟件工具。這一環節不僅決定了芯片的性能和功能，還直接影響到生產成本和效率，是芯片創新的源頭。

晶圓制造：將設計轉化為實際的硅芯片，主要包括硅晶圓制備、光刻、蝕刻、摻雜、沉積、化學機軸拋光、多層互連、測檢、晶圓切割等步驟。這一環節高度精密復雜，對技術要求極高。這其中涉及到的主要材料是硅，主要設備是能夠在硅片上精確制作電路圖案的光刻機，對先進制程技術的掌握是競爭力的關鍵。

封裝和測試：主要包括封裝選擇、芯片裝配、引線連接、封裝，以及對電性能、功能、環境、老化等多個維度的檢測，以確保芯片產品達到設計要求和市場標準，高效的封裝和全面的測試確保了芯片在實際應用中的穩定性和性能符合預期。

芯片生產是一個高度全球化、復雜互聯的系統，它依賴于多學科專業知識的融會貫通、技術和資本的巨量積累，并隨技術進步和市場需求的變化不斷演進。

產業鏈價值

從技術創新和長期影響來看，越往上游，芯片產業鏈的技術門檻越高，通常具有更高的價值。

設計和研發：芯片設計環節高度復雜而且技術密集，直接決定了芯片的性能、功耗、成本和市場定位，高性能和低功耗的設計可以顯著提升芯片的市場競爭力。舉個例子，相較7納米芯片，5納米芯片能耗效率能夠提高約30%、運算速度提高約20%，配適更為高端的市場領域如服務器、高性能計算和先進的消費電子產品等。

英偉達(NVDA.US)、高通(QCOM.US)、博通(AVGO.US)、ARM(ARM.US)幾大公司占據該領域絕大部分市場份額，根據TrendForce的數據顯示，這四家公司2023年Q3的全球市占率分別達到36.9%、16.5%、16.1%、13.0%。其中，英偉達的市占率排名近幾年提升非常迅速，由2020年的第三提升至第一，2023年Q3英偉達凈利率高達42.1%。

圖：英偉達盈利能力關鍵指標

圖片來源：富途牛牛

與此同時，對這一環節起到輔助作用的芯片設計軟件和工具，例如Cadence(CDNS.US)、Synopsys (SNPS.US)等也因其能夠幫助縮短產品上市時間和提高設計質量，也能夠享有不錯的利潤。

圖：新思科技盈利能力關鍵指標

資料來源：富途牛牛

晶圓制造：制造環節是芯片價值鏈中技術要求最高、資本投入最大的環節，尤其是當前芯片制程技術進入納米級別，摩爾定律日漸失效、芯片制造難度和成本急劇上升，擁有先進制程技術自然能夠享受較高的利潤空間。

這個環節不得不提到光刻機，簡而言之，光刻機的技術水平決定了芯片制造的上限。高端光刻機的研發和制造技術難度大、成本極高，導致全球能夠生產高端光刻機的企業數量非常有限。該領域，荷蘭的ASML(ASML.US)占據主導地位，在高端EUV光刻機方面堪稱完全壟斷。

制造方面，臺積電(TSM.US)、三星(SEO:005930)、英特爾（INTC.US）等公司在市場上占據領先地位，中國臺灣的臺積電在市占率上更是一騎絕塵，根據最新數據顯示，2023年其在晶圓代工領域的市占率已經超過66%。

圖：臺積電盈利能力關鍵指標

資料來源：富途牛牛

封裝和測試：該環節在價值鏈中的價值相對較低，但隨著IC性能的提升和多樣化需求的增長，高端封裝技術（如2.5D/3D封裝）的重要性逐漸提升。高端封裝可以提供更好的性能和功耗表現，對于某些特定的高性能計算和存儲應用尤為關鍵。這個領域，中國大陸和中國臺灣匯集了諸多頭部企業。

圖：2022年全球前十大集成電路封裝測試企業

不過，隨著技術的進步和市場需求的變化，在某些特定階段，一些環節的相對價值會有所改變。例如，最近發布了Sora平臺，抬升市場對于高性能和高效率的芯片需求預期，進而可能進一步提升芯片研發設計環節的價值，帶動相關板塊的階段性上沖。

另一方面，更高性能的芯片設計亦將對制造環節提出更高的要求，加速制造技術的進步，頭部制造企業之間的競爭也會變得更加激烈。

但是基于芯片上游環節投資、研發、設備、專業人才、技術方面的高門檻，短時間內行業格局難以打破。

國內芯片產業現狀與機會

近些年我國在芯片領域奮起直追，在一些領域確實取得了顯著的進展，但是在高端領域依然還要繼續再超越。

根據TechInsights的數據，2022年全球芯片市場價值約為5286億美元，而中國生產的芯片僅為300億美元，僅相當于全球芯片市場規模的5.7%。

具體來看，我們在芯片生產的各環節均有叫得出名字的企業，例如，設計領域有海思半導體，晶圓制造領域有中芯國際（00981.HK/688981.SH），芯片封裝上更是有長電科技（600584.SH）、通富微電(002156.SZ)、華天科技(002185.SZ)等多家頭部企業。

不過，也能客觀地看到，我們在高端設計、先進制程技術、關鍵材料和設備等方面依然有所掣肘，而且由于多核心技術和設計都受到國際專利保護，這使得中國企業在進行芯片技術開發和應用時需要考量更多方面的因素。另外，國際貿易環境也存在較大的不確定性，這也對我國芯片產業的產生了一定的影響。

那么，突破的方向在哪里呢？

一方面，積極面對這些挑戰，在芯片領域加大投入，特別是在上游環節給予激勵和支持，加速技術積累并開展更廣泛的國際合作。

另一方面，突破傳統芯片的物理瓶頸，走出一條自己的芯片之路未必不可行。據悉，清華大學研究團隊已經研制出國際首個全模擬光電智能計算芯片（簡稱ACCEL），經實測，該芯片在智能視覺目標識別任務方面的算力可達目前高性能商用芯片的3000余倍。

盡管當下，我們的芯片產業鏈在高端領域存在差距，但可通過加強研發、另辟蹊徑、深化合作、加大并購等策略，有效把握發展機遇，持續加強產業鏈的整體水平。而且，中國是世界上最大的半導體市場，芯片銷售規模約占全球的1/3，巨大的本土市場規模也為國內芯片產業注入發展動能。

此外，我國在5G、物聯網、自動駕駛等新技術的發展十分迅速，為芯片產業帶來了新的增長點。以上領域為切入點，我們將具體深挖國內芯片產業機遇，尋找下一個英偉達。

$英偉達(NVDA)$ $臺積電(TSM)$ $中芯國際(00981)$

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