国产替代，从“头”开始

文：东子

编：祺然

8月9日，美国总统签署了《2022年芯片与科学法案》，其中就有限制美国企业在中国等国家扩建关键芯片制造、10年内大幅增产先进制程芯片的针对性条令。同月，美国又连续颁布了4条针对我国半导体行业限制政策。这也是今年以来美国对我国半导体行业最为集中的一次“围堵”。

这次风波过后，再次引发了社会对于国产半导体行业的担忧：美国对我国“卡脖子”技术的步步紧逼，是否还会重演2018年的中兴通讯和近几年的华为事件呢？

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工欲善其事，必先利其器

提到“卡脖子”的技术瓶颈，出现频率最高的词语必然是“光刻机”。纵观半导体产业链，光刻机也只是产业链“头部”的一个环节。在半导体产业链中，下游应用端主要是通讯、新能源汽车、消费电子等等企业，在日常生活中处处都有芯片应用的覆盖；中游制造端，从半导体的设计到制造，最终以封装测试收尾，是半导体企业数量较为集中的环节，国内外龙头主要有做IC设计的高通、海思半导体，做晶圆加工制造的台积电、中芯国际，封测环节的日月光控股、长电科技。

而最为重要、技术壁垒最高的是半导体产业链上游的材料及设备端。上游产业主要包括整个产业链需要的硅片、光刻胶、光掩膜、特种气体等等材料以及设备。我们常说的光刻机就属于半导体设备产业。如果将半导体产业链比作化工厂，再先进的工艺也只是锦上添花，如果没有足够精密调控的设备和高品质的原材料，很难生产出品质优越的化工产品，所以化工厂最有价值的资产是设备。正所谓“工欲善其事，必先利其器”。同样属于制造业的半导体产业链，其核心也在于半导体的上游材料与设备。

图片来源：拓荆科技招股书

半导体设备又可以分为前道制造设备和后道封测设备，前道制造设备主要包括光刻设备、刻蚀设备、薄膜沉积设备、扩散设备、离子注入设备、清洗设备、机械抛光设备等等，而后道封测设备主要以检测设备为主。在半导体设备产业中，市场规模的80％属于前道制造设备，其中最核心的三样便是光刻设备、刻蚀设备和薄膜沉积（CVD）设备，在2021年三者加起来占了前道设备总市场规模的62％。

数据来源：壹DU财经根据公开资料整理

光刻机高达26％的市场规模占比却只有3％的国产替代率，也确实对得起“卡脖子”的称号。想要找到光刻机“卡脖子”的原因所在，就必须了解其技术原理。

光刻、刻蚀、薄膜沉积技术作为半导体工艺的核心，其原理可以形象的理解为“画图、描边和装裱”，光刻机通过特点定的光照射，激活光刻胶的光敏成分，将光掩膜上的电路图“画”到光刻胶上，最后通过显影剂把图像显现出来。接下来，刻蚀机通过干法刻蚀（等离子体）或湿法刻蚀（液态化学品）将光刻胶未覆盖的地方选择性去除，“描出来”预设好的图像。再经过一些工序后，通过薄膜沉积（物理气相），在晶圆上“镀一层膜”来扩展半导体不同的功能材料层。

图片来源：中芯国际招股书

而想要画出更“复杂、精美的画作”，就需要有“更细的画笔”。目前全球光刻机几乎被ASML、佳能和尼康垄断，而ASML在市场上表更是一家独大，2021年销量占市场总量的65％，销售额占比高达85．5％。ASML最新的EUV（极紫外）光刻机已经能达到3 nm制程，全球领先。但是很遗憾，受制于《瓦森纳协定》，我国受到了美国等西方国家的出口管制，无法进口先进制程光刻机。光刻机结构的精密复杂，据有关报道，一台ASML的光刻机拥有近80000个零件，注定了很难由一家乃至几家公司完成，而我国目前很难做到这种技术的整合，这也是我国光刻机领域国产化替代率低的原因所在。

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国产替代正在路上

自10月11日最低点至11月1日，信创软件指数（886013．TI）累计大涨超过30％。二十大报告全文中提到要加快发展数字经济，促进数字经济和实体经济深度融合，对于信创板块是绝对利好，自然引起了信创概念股的大涨。

但炒概念热度只是一个助燃剂，部分国产替代的成功才是上涨的根源。根据公开报道，操作系统方面部分产品已完成自主研发与生产，进入规模化阶段；数据库在阿里云、腾讯云、华为、中兴通讯以及众多数据库厂商共同努力下，逐渐打开了国内市场，成长空间逐步扩大；中间件方面，东方通、普元信息、宝兰德、中创中间件、金蝶天燕五大国产厂商已经稳占国内市场总份额的15％。而未来政府、金融、电信领域持续增长的需求为市场带来了巨大的潜力空间。

在软件方面，国产替代已经在进行中，作为基础的硬件设备自然也不会落下太远。在芯片制造中同样重要的刻蚀机，我国已经实现了部分的国产替代。2020年和2021年，中微公司和北方华创刻蚀设备营收达到了国内市场规模的9．19％和10．48％，在刻蚀这一重要步骤上实现了国产立足。中微公司的Primo AD－RIE已被广泛用于40－14 nm的后段制程，子产品Primo AD－RIE－e更是可以应用于5 nm前段和中段的掩膜层刻蚀的开发及量产。北方华创NMC612G 12英寸刻蚀机采用了更低能、可控的ICP（Inductive Coupled Plasma，电感耦合等离子体）刻蚀机，更适应如今越来越小而精的芯片刻蚀（多重曝光刻蚀）技术（中微公司也在近两年推出了Primo nanova ICP刻蚀机）。

图片来源：中微半导体官网

技术的突破使得国产刻蚀机企业站稳了脚跟，在业绩上也取得了较大飞跃。北方华创近五年的发展相当迅速，营收从五年前的22．23亿元增长3倍到了2021年的100．66亿元，归母净利润更是增长了惊人的8倍之多。今年三季报告显示，北方华创营收100．12亿元，同比增长62．19％，归母净利润16．86亿元，同比增长高达156．13％，三个季度实现了去年全年1．5倍的净利润！

中微公司的整体市场规模虽然不如北方华创，但是归母净利润却是指数级增长的，连续5年超过百分百，五年内增长了30多倍。

数据来源：壹DU财经根据公开资料整理

刻蚀设备国产替代的加速离不开企业强大的研发能力。北方华创、中微公司两家公司的研发能力都相当强劲，研发人员占比分别为25．07％、39．60％，其中作为研发主力的研究生占比更是高达62．38％和49．16％。

同样在研发上，两家企业均拿出超过20％的收入进行研发，高额的研发投入也是其他行业无法比拟的，也让我们看到了国产替代的决心。

数据来源：壹DU财经根据公开资料整理

正因为这些企业不断努力地“反突围”，最终成功实现部分国产替代并使得西方放弃了封锁刻蚀技术，没有与光刻机共同陷入“卡脖子”的困境。

03

国产替代未来光明

经历了近些年的坎坷与困境，社会上对于国产替代的意见逐渐达成一致，坚定了“自主研发代替购买”的信念。国产半导体设备行业可谓“天时地利人和”，未来有着无限可能。

“天时”——据有关报道预测，2019年我国消费了全球52．93％的半导体产品，预计到2030年中旬将达到60％，下游市场的强大需求带动着中游IC设计／晶圆制造厂的扩产向中国大陆转移。截至2019年12月，我国大陆装机晶圆产能为27．09万片／月，占比13．90％，位列全球第四，至2024年我国将持续扩建产能，保持着较高的产能增长率。晶圆制造厂的产能扩建进一步带动上游设备的订单量，在北方华创的互动问答中也披露，公司二季度在手的订单饱满，也意味着潜在的业绩增长。

“地利”——近年来，我国大力支持半导体产业发展。2014年9月24日，由国开金融、中国烟草、亦庄国投、中国移动、上海国盛、中国电科、紫光通信、华芯投资等企业联合发起成立了国家集成电路产业投资基金（下称大基金），重点投资集成电路芯片产业链。在北方华创和中微公司的十大股东中，大基金分别位列第三位、第五位（大基金二期）。

此外，政策的扶持也对半导体集成电路企业有着很大帮助。在国家战略层面，2015年引发的《中国制造2025》对集成电路及专用设备的发展提出了要求并加大扶持力度，以提升我国集成电路自主设计水平；2016年《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》，将先进高端芯片制造列为重要发展对象，进而带动上游半导体设备、材料和下游封装测试的发展；2021年的《“十四五”国家信息化规划》中提出了要加快集成电路技术攻关，推动高端芯片、关键材料以及特色工艺的突破，加强关键前沿领域的战略研究布局和技术融通创新。

此外，财政部、商务部等等部委也颁布了如《关于做好2022年享受税收优惠政策的集成电路企业或项目、软件企业清单制定工作有关要求的通知》、《关于促进集成电路产业和软件产业高质量发展企业所得税政策的公告》等等若干税收优惠政策，从财政上支持集成电路半导体行业。

“人和”——随着各种“制裁”的出台，社会上对于科技兴国的认识越来越深刻，半导体行业的发展也得到了越来越多人民群众的认可与支持。近年来许多大学响应，开设了集成电路、微电子等等专业，录取分数线也一年比一年高。比较有代表性的北大软微集成电路（工程）专业，在2020年及之前还是300分，近两年暴涨数十分，达到了360和345分。

分数线的上涨表明越来越多的学子愿意投身半导体集成电路行业，“新鲜血液”的不断注入对于半导体行业来说是绝对的“人和”利好。

数据来源：壹DU财经根据公开资料整理

技术上一时的“卡脖子”并不要紧，从卡脖子技术的背后找寻到根源并解决问题，这才是我们所需的。“亡羊补牢，未为晚也”，国产替代，正从“头”开始。

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