模块二：大科技行业 02 芯片：“一沙一世界”的纳米级艺术

从核心行业到龙头公司，开启我的股票自选计划。欢迎来到《我的股票计划Pro》（行业分析版），我是朱振鑫。

一、芯片——一个足以让苹果浑身难受的核心科技

2019年是5G手机的元年，这一年，全球卖出了近1900万部5G手机。华为和三星一马当先，占据了其中的70%，紧接着是VIVO、小米，甚至连LG都卖了90万部，唯独不见一个巨头的身影，那就是苹果。

这种罕见的缺席一直持续到了2020年的10月，支持5G的iPhone12才姗姗来迟，而且中间还一度难产。

不是苹果不着急，是因为它也被别人卡了脖子：没有支持5G的芯片。在我们印象中，都是国内的企业被卡脖子，没想到连全世界最不可一世的、市值超过10万亿的苹果也逃不掉，谁这么牛呢？答案是高通，全球最领先的手机芯片供应商。

以前苹果一直用的是高通的芯片，2017年两家闹了别扭，原因是苹果觉得高通的芯片太贵了，收费不合理，平时都是苹果挤压别人的利润，它怎么能容忍被别人坐地起价呢？

一气之下，苹果不仅放弃了高通的芯片，还直接起诉了高通。所以2018年的iPhone XS就没用高通的芯片，而是用的英特尔。不过，英特尔在高端芯片的性能上还是比不上高通。如果大家细心的话，会发现XS运行并不算流畅。

双方大战的结果大家都知道了，苹果不仅没能胜诉，而且在5G手机上大幅落后于竞争对手，最后只能灰溜溜地回去找高通，这才有了搭载高通5G芯片的iPhone12。伴随着iPhone12的上市，高通成为最大赢家，2020年第四财季利润暴增485%。

这就是芯片的威力，一个足以让苹果都浑身难受的核心科技。

二、芯片的概念

所谓芯片，就是用半导体材料制成的微电路的集合，所以也经常等同于“集成电路”，在中国台湾又叫“积成电路”。

这里面有三个大家经常听到的概念：半导体、集成电路、芯片，很多时候他们被当做一个概念使用，但其实还是有区别的。

如果把半导体比作建房子用的钢筋水泥，那么集成电路就是用钢筋水泥砌起来的不同结构的墙体组合，而最终形成的一座完整的房子就是芯片。

从范围上说，半导体＞集成电路≈芯片。半导体分为集成电路、光电器件、分立器件、传感器等子行业。

三、芯片的特征

如果说要找一个最能代表核心科技的行业，我一定会选择芯片。很多人称之为“现代工业的珠穆朗玛峰”、“皇冠上的明珠”，因为芯片几乎完美地符合核心科技的所有特征。

第一，处于产业链的最顶端位置，核心中的核心。大家此时此刻就可以做个测试，看看你身边有没有芯片？答案一定是有，因为你正在使用手机，而手机的大脑就是靠芯片来支撑的。

当然，你身边的芯片远不止在手机里。如果你在路上，那坐的汽车、共享单车、高铁或者飞机里都有芯片。如果你在公司，你身边的电脑、打印机里也都有芯片。如果你在家里，那你家的电视、冰箱、空调里都有芯片在工作。如果你在医院，那你身边的医疗设备里也少不了芯片。

从来没有一个行业像芯片这样卡住如此多的下游产业。目前按终端用途来看，通信类（含智能手机）占31.5%，PC/平板占29.5%、工业/国防占13.9%、消费电子占13.5%、汽车电子占11.6%。其中增长最快的就是智能手机、工业、汽车电子。

从这组数据就可以看出，如果没有芯片，不仅我们的生活将寸步难行，国家的战略安全也无法得到保障。

第二，技术难度大，工程精度高，有非常深的护城河。苹果为什么从2017年就开始和高通撕，到现在还没能实现芯片的自主化？不是它不想搞，而是这事实在太难了，能烧钱只是入门条件，研发周期才是绕不过去的坎。

就像库克说的，“即使现在开始投资，实现上市也要3到4年时间”。为什么这么难？我给大家讲三个数字，你就明白了。

第一个数字是118亿。一个芯片只有指甲盖那么大，但里面却有数以亿计的晶体管，比如iPhone12搭载的A14芯片里就有多达118亿个晶体管，这相当于在北京五环内铺满iPad大小的地砖，所以有人说是“一沙一世界”，一个芯片里就是一个世界。

第二个数字是5nm。这是目前量产的最精密的晶体管的宽度，正是有了如此精细的纳米级电路，在指甲盖上才能放下百亿个晶体管。一根头发丝的宽度是0.1毫米，5nm相当于头发丝的两万分之一。

我们经常听到的几nm制程是什么呢？比如5nm制程就相当于在每平方毫米放1.8亿个左右的晶体管，而且这个精度还在不断提升。

第三个数字是99.999999999999%。小数点后面12个9，一个都不能少。芯片的基础材料是硅，这是从沙子里提取出来的一种物质，99.999999999999%就是英特尔、AMD等国际顶尖厂商使用的硅的纯度，这相当于几万吨的硅里杂质含量只有大约几十毫克，差不多是一根成年人头发丝的重量。

其实这些夸张的数字只是芯片技术的一个基础，在这些数字背后还有很多更复杂的技术问题，比如光把这么多的电路铺出来还不行，还要考虑长时间工作的耐热性，元件能够承受的能量密度等等，那就更是难上加难了。

第三，附加值高，商业空间大。虽然前期投入大，但一旦获得突破，这么高的技术壁垒一定是赚钱的。此前苹果之所以和高通闹掰，就是因为高通给苹果收的钱太多了。

除了买芯片的钱，还要收技术的专利费，每卖出一部iPhone手机，高通就要收4%的专利费。苹果手机一年卖上亿部，高通光靠专利费就能收几十亿美元，还不算卖芯片本身赚的钱。

这就是典型的高附加值产业，苹果不爽也没办法，就像高通老板说的，如果不是依靠高通的核心技术，苹果的iPhone不可能如此成功，也不可能占据整个智能手机行业超过90%的利润。

第四，技术还在不断进步，目前还没看到极限。核心科技一定是不断进步的，而芯片技术完美符合。

英特尔的创始人戈登·摩尔提出了一个著名的摩尔定律：一块芯片中可容纳的晶体管数量每隔18到24个月就会增加一倍，性能也会提升一倍，而价格将会下降一半。

虽然现实没有摩尔说得这么快，但摩尔预判的方向是对的。自1965年摩尔定律提出以来，芯片的性能基本是每5年增长10倍，每10年增长100倍，现在依然没有看到终点。

比如芯片制程从20年前的100nm以上已经发展到5nm，下一步就是3nm的量产。芯片每前进1nm，性能将提升30%-60%。

又比如咱们平时用的U盘，二十年前U盘基本是1M十块钱，主流的是32M以内的产品，当时就觉得很大很贵了，现在的U盘动辄几十个G的存储量，而价格还不到1G一块钱，差不多是二十年前的万分之一。

最后，很关键的一点，芯片几乎被国外巨头垄断，国产化率很低，分分钟被“卡脖子”。美国是全球芯片市场的绝对霸主，根据国际分析机构IC Insights的统计，2019年美国在全球芯片市场的份额高达55%，然后是韩国，占比21%，两个国家合计占据了全球近80%的市场份额，非常集中。

然后是欧洲和中国台湾，分别占了7%和6%，上世纪曾经的半导体老大日本因为美国的制裁和韩国的挤压，也已经只剩下6%的份额。

而我们中国大陆只有5%左右的份额，虽然提升速度很快，但绝对份额还是非常小的，基本谈不上自主可控。

矛盾的是，中国的芯片需求占全球的34%，基本是全球最大的市场，供需不匹配让我们严重依赖进口。

2019年，这个小小的芯片让我们花了超过2万亿人民币去进口，逆差1.4万亿，非常容易被别人卡脖子。

所以，未来十年芯片这块硬骨头是我们必须要啃的。往大了说，这是中国经济往发达国家迈进的过程中绕不过去的关键一战。往小了说，这也是关乎中国芯片行业生死存亡的十年。有人说投资芯片在某种程度上也是在投国运，这并不夸张。

当然，对于这个赛道的公司来讲，这是一场风险很大的豪赌，成败很难说，但是可以确定的是，这个赛道一定是中国未来十年最具成长性的赛道之一。

四、芯片的产业链

接下来，就让我们来一起看看，这个赛道上具体有哪些玩家。

芯片虽小，但产业链极其复杂，涉及50多个行业、2000-5000道工序，大致包括设计、晶圆代工、封测三个环节。大家可以这么理解，芯片设计就像房地产的图纸设计，晶圆代工就像施工建设，封测就像装修装饰。

在这个过程中，还需要用到专门的芯片生产制造设备和相关材料。所以，我们可以把芯片产业链分成五大领域：芯片设计、芯片制造、芯片封测、芯片设备和芯片材料。其中设备和材料属于间接产业链，今天的课程先不讲，我们主要讲前三个直接环节。

1.芯片设计

根据终端的需求设计芯片的电路结构，这个过程要靠EDA，也就是电子设计自动化软件来实现，相当于给房子设计图纸，但是这个难度比设计房子大得多，因为涉及到数以亿计的线路，既要捋顺前端的逻辑关系，还要做好后端的布线设计，这也是整个产业链上最重要的一环，产值大概占整个产业链的40%。

设计是我们国内厂商最大最强也是增长最快的一个环节，2019年设计销售额是3063.5亿元，同比增长21.6%。

从全球来看，美国市场份额超过60%，博通、高通、英伟达排前三，华为海思目前可以排到第四，可能很快会超过英伟达，挤进前三。华为海思的麒麟芯片在通信类芯片里算是非常领先的，不过整个高端通用芯片市场上，华为基本是孤军奋战，以一敌多。

国内比较强的是一些专用芯片的设计公司，在各自的细分领域还算不错，比如设计摄像头CIS芯片的韦尔股份、功率芯片的闻泰科技、CPU芯片的北京君正、存储芯片的兆易创新、射频芯片的卓胜微等等。

此外，还有一家很特殊的公司，就是比特大陆，它是做挖矿机芯片的，前几年因为比特币暴涨而迅速崛起，不过后来随着比特币的暴跌也遭遇业绩大幅下滑。

2.芯片制造

把芯片设计公司设计的电路图在晶圆上制造出来，这就是芯片制造环节。以前设计和制造都是厂商自己做，这种叫IDM模式，意思是设计制造一体化。

比如，英特尔和三星都有设计和制造能力，但由于芯片各个环节的技术要求越来越高，所以一家公司很难在前后端都投入那么多资金和精力来提升工艺，也就很难和专业分工的厂商竞争，所以现在设计公司一般不自己制造，而是委托外包。

上游这种只做设计的厂商就叫fabless模式，也就是无厂模式，而制造环节就叫晶圆代工，简单来说就是芯片的施工队。晶圆就是施工的地基，主要材料是硅，大名鼎鼎的“硅谷”就是因为半导体产业里的硅而得名。又因为硅晶片主要是圆形的，所以叫晶圆。

施工环节不比设计的难度小，大家经常听到的几nm制程就是指制造环节的精度，14nm是一个分水岭。现在全球能做到14nm以下的厂商一共就6家，最领先的是台积电和三星，都已经实现5nm量产，未来两年可能会量产3nm。

咱们的中芯国际也是六家之一，但目前只能做到14nm的量产，落后大概三代，所以还满足不了华为麒麟芯片的要求。

从市场格局来看，芯片制造的市场份额非常集中。台积电一马当先，常年占据一半以上的份额，制程也最为领先。另一个实现量产5nm制程的巨头三星排在第二，占大概20%份额。这两家各自形成一个梯队，其他的厂商份额都相对较小。

前10名里除了台积电，还有3家中国台湾的厂商，包括联电、力晶、世界先进。而大陆的话目前就只有两家，一家是大家熟悉的中芯国际，大概排在第5名，市场份额5%左右。另一家是在港股上市的华虹半导体，目前市场份额1%左右，排在第9名。

整个中国大陆在这个环节还是偏弱，也是目前最卡脖子的一个环节，目前的规模和增速也都低于设计环节，2019年销售额为2149.1亿，同比增长18.2%。

但往后看，越是薄弱的地方也是增长空间越大的地方，中芯国际能不能成为中国大陆的台积电？我们拭目以待。

3.芯片封测

制造环节相当于完成了房子的毛坯架构，接下来就是封装，把芯片保护起来，比如我们在电脑主机里经常见到的黑色蜈蚣一样的小黑盒子就是用来封装的，封装完最后再进行测试。这是我国在芯片领域最强的环节，已掌握了非常领先的封装技术。

但从整个产业链来看，芯片封测的技术难度和门槛要比设计和制造环节低得多，属于劳动密集型产业，毛利率并不高。目前在国内发展相对成熟，增长速度自然也比不上设计和制造，2019年的增速仅为7.1%。

从全球来看，前10名里有8家中国公司，其中中国台湾5家，大陆3家。集中度远没有制造环节那么高，台湾地区的日月光全球最大，差不多20%的份额。

长电科技是大陆的第一，全球第三，全球市场占有率也超过10%，它和中芯进行了合资合作，形成了“中芯-长电”国产芯片产业链。

通富微电国内第二、全球第六，是全球排名前十的芯片公司美国AMD的主要供应商。华天科技国内第三、全球第七，也受益于国产替代，和长电、通富并称“封测三巨头”。

但从业绩和股价表现来看，封测的这几家龙头都没有特别突出，主要还是自身业绩不太扎实，营收虽然在持续增长，但行业竞争格局一般，导致毛利率很低。

以上就是我们这节课的主要内容，听完之后大家应该明白芯片对于未来十年的中国有多么重要，这对于投资者来说，也绝对是一个不容错过的赛道。

感谢大家的收听，今天的课程就讲到这里。

编辑丨刘欣如   审核丨杨笛