中美科技脱钩愈演愈烈，为什么要更坚定投资中国半导体芯片

新领域的突破非常困难，但存在弯道超车的机会，一旦做好，可能就会引领整个行业的发展。

文丨经纬创投 ID：matrixpartnerschina

作者丨经纬创投

1983年，美国和日本的半导体贸易协商代表团坐在谈判桌前，在焦灼的争吵中，美国人的矛头指向日本政府的产业导向政策，严重损害了美国企业的利益。
这次谈判无疾而终，“美日半导体摩擦”继续。第二年，洛杉矶奥运会开幕，拉动了电视机/录像机的巨大消费需求，再次让日本半导体企业腾飞。 当时，日本半导体企业在国家产业政策的扶持下异军突起，令很多美国公司陷入低迷或亏损。1985年，微软针对日本7家半导体厂商的DRAM开始反倾销诉讼，“贸易摩擦”上升为“贸易战”。1986年，日本通产省被迫与美国商务部签订《日美第一次半导体协议》，限制日本半导体对美出口、扩大美国半导体在日本的市场份额。 从此之后，日本基本退出半导体制造领域，战略退缩到半导体设备和材料。韩国抓住机会抢占日本半导体市场份额，趁势崛起。美国仍然占据半导体设计和制造高地，主导行业发展。 半导体芯片是现代社会经济的基石，它已存在于从汽车、洗衣机到导弹、宇宙飞船的所有产品中。如果说数据是新的石油，那么半导体芯片就是“内燃机”，它将数据转化为有用的“动力”。 如今，中国每年要从海外进口超过3000亿美元的芯片，这比用于进口原油的支出还要大。半导体产业链经历了多年的发展，已经非常庞大且复杂，在一些尖端环节，中国的国产化率几乎为零。 历史不会重演，但会惊人的相似——与日本类似，如今中国正站在一个关键的发展节点，正在努力发展半导体产业，但美国也在此时反制中国，从晋华、中兴、华为到中芯国际，技术封锁逐渐蔓延。 国产替代的“冲锋号”已然吹响，半导体本来不是VC关注的主流赛道，但在这样大的产业势能背景下，将诞生无数的投资机会。5000亿美元的全球半导体市场已然是存量竞争期，但国内半导体行业依然在成长期，增速高于20%，国产化率仅25%左右。 我们无比欢迎这个领域的优秀创业者，愿意的话，都可以和我们聊聊，我们也会知无不言我们所获得的，对这个行业更为整体与全局的趋势看法与判断。 中美科技战为何在此刻打响？
半导体对GDP的推动远超想象： 2008年金融危机以来，在全球化分工深化的趋势下，凭借劳动力优势和广阔的市场，中国已经承接了全球电子产业的下游，从手机、PC到电视机，大部分都是在中国大陆组装，并且在品牌厂商层面也占了全球一半。 在此基础上，广阔的市场给了国产芯片厂商一个很好的机会，不少公司因此成长起来。从2014年第一期1000亿人民币的国家集成电路基金开始，2015年《中国制造2025》计划发布，要求在2025年实现半导体产业核心环节国产化率达到70%。 半导体已经广泛渗透于通信、计算机、消费电子、汽车等各行各业，根据IMF测算，每1美元半导体芯片的产值可带动相关电子信息产业10美元产值，并带来100美元的GDP，这种价值链的放大效应奠定了半导体行业在国民经济中的重要地位。 半导体行业的增速波动与一国的GDP互相影响。2019 年中国半导体进口3055亿美元，占2019年中国GDP（99万亿人民币）的2.2%，远超原油进口2387亿美元。过去10年间半导体进口额扩大2.4倍，原油进口额扩大1.8倍。根据国信证券测算，如果半导体进口全部国产化能使中国GDP总额增加3.2%。 如果仅仅做电子产业的组装环节，人均GDP可能到达5000美元就结束了，很难继续突破。而中国如今走到了1万美元的节点，正是因为往半导体等上游高附加值行业多走了几步。 欧美的一批高科技公司，占据了多数行业的高附加值产业环节，所以欧美国家可以达到6万美元的人均GDP。 半导体行业是全球化分工最细致的一个行业，每个国家与地区都各有擅长： 从最上游的原材料，包括硅片、各种各样的气体、设备，到设计公司、中间的制造厂（Foundry），再到最后的封装、测试，再加上集成设计与制造的IDM企业，这是一条非常长的产业链。 目前每个国家与地区都有自己擅长的部分，比如美国占据了高附加值的IDM、设计、EDA、设备等，日本强于半导体材料，中国台湾地区则是晶圆制造，韩国在存储器方面比较有优势。 在形成这样的格局之前，半导体产业经历了两次全球产业转移，第一次是从美国向日本转移，日本通过技术创新和蓬勃发展的家电产业相结合，吸收了很多美国的技术、封装和测试环节，并随着80年代PC兴起的机遇，快速实现了DRAM（动态随机存取存储器）量产及成为全球DRAM龙头。 第二次是从日本向韩国、中国台湾地区转移，因为90年代日本发生了经济泡沫破裂，难以继续支持DRAM技术升级和晶圆厂建设的资金需求，再加上日美半导体贸易战的影响，韩国开始崛起，逐渐确立PC芯片领域的龙头地位，并向手机延伸。 而中国台湾地区则是利用纯晶圆代工Pure-Foundry的优势探索出新的商业模式。这一阶段的转移主要是制造环节的转移，半导体的生产模式从原先的IDM转换为Fabless（不涉及晶元生产的设计等环节）、Foundry（晶元代工）和OSAT（封装和测试的外包），全球分工愈加细化。 这两次产业转移基本奠定了当前美、韩、台占据优势的全球半导体产业格局：美国垄断IC设计，涌现出高通、博通等优质企业；韩国深耕存储芯片领域，不断创新DRAM、Flash存储技术；中国台湾地区擅长晶圆代工，持续提升芯片制程等级。全球前三大半导体企业分别是美国IDM企业英特尔、韩国存储芯片厂商三星、中国台湾地区的晶圆代工厂商台积电。 中国大陆在承接第三次产业转移： 客观上来说，中国走到了一个重要关口——我们正在承接第三次全球半导体产业转移，凭借低廉的劳动力成本，获取了相对低端的封测、制造等业务，完成最原始的积累。 消费电子、汽车等产品销量的爆发式增长，也给半导体产业带来了巨额需求。据SEMI预估，2017-2020年全球62座新投产的晶圆厂中，有27座来自中国大陆。 从历史规律来看，前两次转移具有三大相似特点：一是新的技术趋势例如第一次转移中日本的家电、第二次中韩国和中国台湾地区的PC、手机等；二是下游客户的国产化及需求提升；三是强大的资源投入，包括政府产业政策及各种来源的资金投入，例如日本当年也是举国之力发展半导体产业。 现阶段，中国恰好处于技术更替的时间节点。智能手机市场逐渐饱和，以5G为首的AI、IOT、智能汽车等新兴技术，将是半导体产业发展的新动力，而华为5G技术已经在全球处于领先地位，新兴技术会催生出新的市场需求，成为新动力。 在资本方面，2014年国家集成电路产业投资基金（一期）总投资额达1387亿元，投资范围涵盖全产业链，其中制造领域占比67%，设计和封测环节分别占比17%、10%，装备与材料占比6%。如果目标能实现，那么产业结构将从“大封测─中制造─小设计”向“大设计─中封测─中制造”转型，也就是从低端走向高端，势必要挤占美国企业的市场份额。 所以中美科技战在此刻打响。从2018年中兴事件开始，美国几次加码，最新的禁令是禁止华为购买基于美国软件或技术，来开发或生产“零件”、“组件”或“设备”，新禁令较之前禁止使用美国软件和技术“设计或制造”为华为供货的芯片又进一步。 多次禁令升级基本阻断了华为中高端芯片外采之路，如果禁令执行时间较长，那么华为主要的收入来源消费者业务将首先遭到打击，政企业务的硬件方面会受到影响，而运营商业务也会因为研发成果无法在芯片上迭代而落后。 此时，“国产替代”的冲锋号已然吹响。 “All in” 国产替代
芯片的产业链非常长： 首先是上游的原材料供应商、中游的芯片制造产业，以及下游的行业应用产业。其中，中游的产业链大体分为芯片设计、制造及封装测试三大子产业群。设计是高度技术密集型，制造是资本及技术密集型，封装测试是劳动密集型。 在芯片开始制造之前，首先要取得相关IP授权，然后使用EDA软件完成芯片结构的布局设计。EDA软件是用来画版图的，因为芯片布局非常复杂，复杂的产品有数百亿个晶体管，无法通过人工完成，需要专门的软件来设计、修改和调试。 然后送到代工厂生产，其中需要一系列半导体设备的复杂制程来完成晶圆制造，材料和设备都是关键要素，例如光刻机、刻蚀机、光刻胶、电子特气等等。最后送到封测厂完成封装、测试及出货。 全球化分工广，但主流厂商较集中： 在全球分工合作的背景下，如今主要有两种业务模式，第一是传统的集成制造（IDM）模式，一家公司把上下游都做了，代表企业为三星和英特尔；另一种是垂直分工模式，分为芯片设计商（Fabless）、芯片制造厂（Foundry）和芯片封测厂（Package&Testing）。 毫无疑问，EDA设计、半导体设备等环节是“根技术”，很多环节国产化率几近于零，并且由于高技术高资金门槛，市场份额极为集中。例如在EDA方面，三家美国公司Synopsys、Cadence、Mentor Graphic把控了全球70%的市场，美国在EDA领域技术封锁，则所有中下游都会受到影响。 而在光刻机、PVD、刻蚀机、氧化/扩散等半导体设备上，全球市场前三名占据了90%以上的市场份额，光刻机中荷兰公司阿斯麦（ASML.O），一家占据了75%的全球市场。 而在半导体材料中，中国在国际分工中多处于中低端，高端产品主要被美、日、欧、韩等少数国际型公司垄断，国内大部分产品自给率较低（不足30%），主要依赖进口。 半导体材料主要分为两部分：制造材料和封装材料。例如在重要的材料光刻胶方面，随着摩尔定律的发展，集成电路的尺寸越来越小，这就要求光刻胶的分辨率等性能也不断提高，东京应化、JSR、住友化学等日本企业在这方面占据了绝对优势，全球市场份额占比高达70%。 若未来中美科技战升级到制造端，材料行业可能是下一个风口浪尖，美国仅需联合日本对中国进行半导体材料封锁，即可起到“四两拨千斤”的效果，所以对于那些国产化率低、增长空间大、已导入或正在导入期的品类非常值得投资布局。 中美芯片走向“脱钩化“，经纬布局逻辑： 在2018年以前，半导体并不是VC们主要关心的赛道：上游很多环节体量本身不大，并且还全球高度垄断。 EDA就是典型例子，被三家公司垄断了全球市场，并且甲方企业也无动力使用新公司的产品，因为在EDA工具的选择中，后发企业很难弯道超车。例如在高端芯片的一次流片中，需要千万美元，而按成本算EDA工具可能只有1%，选择新EDA产品，如果流片失败，整个投入都会打水漂，所以新公司很难获取客户。反过来，新的EDA企业由于缺乏客户一次又一次的流片验证，也几乎毫无可能达到成熟企业的性能及可靠性水平。 另一方面，中下游的晶圆厂或封装厂，都是重资产投资，VC也很少涉足。 但2018年以来，美国开始逐渐“卡”中国的芯片，后来因为中国发展迅速，以各种可以预期的手段，完全封锁已经很难。美国开始逐步加大制裁力度，不断尝试遏制中国增长及高端化，逐渐把技术封锁往上游延伸，涉及到了EDA、半导体材料、设备等各个“卡脖子”环节，这意味着中美正在走向科技“脱钩”，原本半导体产业链的全球分工合作将分崩离析。 这将带来一个影响未来几十年的结果——全球将出现两条技术链，一条是以原来美系为核心的生态链，另一条将是以中国市场为核心，强调自主可控的中系生态链。 这给资本的投资策略也带来翻天覆地的变化，在“国产替代”的大逻辑下，越是国产化率低的短板环节，越具备投资价值。 这种策略的底气来源于两点，一是中国市场足够广阔，在半导体的应用市场中，全球超过三分之一的消费量都在中国大陆。二是中国大陆正在承接第三次全球产业转移，一些环节例如封装测试和中低端芯片设计，已经具备了参与全球竞争的能力。 在设备和材料领域，由于细分环节众多，存在很多单产品市场规模不小，且没有重要国内供应商的领域，但这些都是整个产业发展所必须的，是很好的投资机会。 例如在半导体材料领域，这是一个500亿美元的市场，但其中70%-80%产品都还未有中国公司涉足，几乎每个细分赛道都由海外4-5家企业供应，其中有30%-40%的品类都由日本企业供应。 对于一个典型的被外企垄断的领域，很多公司的毛利率高达50%~70%，中国企业大概率会以比外企低10%以上的毛利率进入。一般来说，如果有两、三个中国公司参与竞争，一般会令毛利率下降到40%以下；如果有十家中国公司参与竞争，那就需要看到30%以下。所以产业内的供应商数量及先发优势十分重要。 从公司发展角度看，经纬正在积极布局有潜力成为首个国内供应商的公司。其他重要的考虑因素包括：需求端有机会成长为大市场；现有的供应商是稀缺的，最好仅3-5家外企；主要的客户群为国内企业，且在快速占领原属于外企市场份额的公司。 所有芯片公司的发展都需要跨过两道门槛。一是要把芯片成功做出来，并达到基础性能及可靠性的门槛，其中面临流片费用高、创业企业少量几次流片失败就会有倒闭风险的问题，多数公司会因此而倒下。 第二是要能把芯片卖出去。芯片的性能是基础，同时可靠性也非常重要，这是进入下一阶段的重要门槛。 芯片市场是典型的倒金字塔结构。一般的行业是正金字塔结构，低端产品占据大部分市场份额，高端产品虽然利润率高，但市场份额低。而芯片市场有一个奇特的现象：技术水平最高的产品，反而是性价比最高的产品，并且在很多时候也是销量最高。这给后发企业带来了巨大的发展障碍，后发企业在低端市场很难获得利润，也就很难获得人才及技术升级。 另一方面则是生态，大家都喜欢用英特尔的CPU，就是因为x86上的指令集堆积了我们的一切，电脑上面的软件、邮件系统等，最开始的底层都是英特尔的指令集，这种生态上的优势也是一个巨大的门槛。 所以新公司想把芯片卖出去很难。3C是变化最快的，但一款芯片产品依然要用至少一年以上，汽车芯片的要求更加严格，所以稳定性格外重要。 不过中国的机会点在于，我们拥有庞大的应用市场，如果下游的成熟模组公司愿意率先使用，那么上游的芯片公司就能逐步打开局面。 对于经纬来说，较早布局“新智造“等行业，也将客户需求反哺上游芯片厂商；同时投后团队也将为芯片创业公司的招聘、PRGR、市场、融资等，带来成体系化的帮助与赋能。 国产化率与国内供应商个数、稳定的供应链，对这个领域的新公司来说都至关重要： 除了市场之外，从技术革新角度来看，摩尔定律受制于材料的限制，一定程度上有所失效，这也是令巨头所担心的事情。如果不能一直在技术进步上拉开差距，会给后发者（例如中国）以技术追赶的时间窗口： 从团队角度来看，由于大部分技术路径比较确定， 最终芯片产品是需要硬碰硬的，所以PPA（Performance，Power，Area）要好，工程能力要强，例如一次流片成功、一次性过车规，要求的是团队有丰富的经验，例如经纬投资的芯驰科技就符合这样的标准。 经纬中国投资经理童倜认为，在具体投资中，国产化率和既有国内供应商个数也是我们看重的指标，国产化率低、行业第一名除以行业第二名比率大的细分领域，是我们优先考虑的。有些赛道虽然前景很广，但已经有了十家甚至几十家初创公司，过于拥挤的赛道也不是优良的机会，因为半导体专业化分工明显，一个细分赛道最终能生存下来并获得可观利润的，可能也就是2-3家公司。 另一个投资视角来源于供应链安全，在此次新冠疫情中，很多只有一两家海外供应商的大公司，都不得不忍受断供停产的危机。一些中国公司受益于此，如果能成为全球第4、5家有技术、能量产的公司，就能在后疫情时代获得长远发展，因为所有大公司都在强调供应链安全。 所以，在中美科技“脱钩”的大背景下，即便很难，国产替代也势在必行，“All in”国产替代是时代机遇。 国内创业公司的新兴机会在哪里？
我们将进入PC、移动互联网之后的第三阶段： 如今，全球半导体行业正处于一个旧有市场遇到瓶颈，发展动力将出现更迭的关键时刻。 半导体是一个波动向上发展的行业，每一次向上的突破，都源自下游出现了大的新产品拉动需求。 从费城半导体指数（SOX）的几个大周期来看，基本可以划为三大阶段： 第一阶段是PC互联网时代（1994-2009），技术进步驱动了PC电脑和宽带网络技术，但随着互联网泡沫的破灭，随后出现了大幅下滑。潮起潮落中，培育出了诸多半导体龙头，如三星、英特尔、德州仪器等。 第二阶段是移动互联网时代（2009-2018），随着移动互联网通信技术（4G）的突破，智能手机接棒PC成为新的增长动力，这一阶段实现了近10年的长期增长，全球半导体产值达到3000亿美元以上。全球半导体产业链也出现了更加精细的分工，设计、设备、材料、制造、代工等环节均出现了垄断性巨头。微软与英特尔形成了系统与芯片绑定的模式，安卓与高通在移动端也形成了强大联盟。 第三阶段就是我们正在经历的时代（2018年以后），此前全球半导体的增长主要依赖智能手机等消费电子的需求，但这些需求正逐渐饱和，因为用户发现智能手机的新型号比旧型号差距越来越小。未来，5G、无人驾驶、人工智能、物联网等新技术将提供新的增长动力。 各类别电子设备半导体收入增长率（2017年-2022年）；数据来源：Gartner，德勤 在这一历史进程中，汽车智能化将扮演举足轻重的角色。 汽车行业经历了长期发展，如今已经非常成熟，但这是在机械层面。在汽车智能化和电动化方面，才刚刚开始。 智能化和电动化带来了半导体成本占比的提升。从2007年到2017年期间，汽车电子成本占比从约20%上升至40%左右。而半导体成本（即电子系统零部件的成本）已经从2013年的每车312美元，增加到了如今约400美元。据德勤预测，到2022年半导体成本将达到每车近600美元。 经纬在汽车芯片领域亦有积极布局，投资了车规级芯片研发商芯驰科技和琻捷电子，以及高速车载以太网芯片的景略半导体，我们看好有技术沉淀的公司： 不过，汽车芯片并非一蹴而就，其技术导入周期很长。一般情况下，从做出车规级的芯片到最终量产，至少需要3年时间。首先，需要一个富有经验的团队，前后花1.5-3年时间把芯片做出来，再去通过汽车厂商的测试，中国比较快需要1年，海外车企更慢需要2-3年，最终到芯片量产还需要1-2年。漫长的过程需要技术和资本支持，这令很多想进入这个领域的初创公司不得不放弃，在这一领域创业或投资都需要耐心。 除了汽车芯片外，如果按场景来划分，芯片的应用面太广了。经纬中国合伙人王华东认为，这也是芯片领域创业和投资的一大特点——你不知道现在的一些冷门产品在未来会不会突然爆发。 例如做低端存储芯片的兆易创新，原本是在抢占一些该领域的国产替代市场，但苹果突然推出了Airpods，带动了2019年整个真无线耳机的大爆发，而真无线耳机恰好需要低端存储芯片，兆易创新也一下子增加了大几亿营收，焕发了第二春。 类似的案例在芯片领域屡见不鲜，这种由下游产品突然爆发驱动的机会难以预测。经纬中国合伙人王华东认为，面对这种情况，我们选择的策略是去投真正有技术沉淀的公司，并时刻在市场中感受水温。有时候虽然反馈周期很长，但只要是技术积累最好的公司，肯定能在资本的支持下等到市场爆发的一天。 半导体产业的另一大投资新方向是AI芯片： AI芯片是人工智能技术链条的核心，对人工智能算法处理尤其是深度神经网络至关重要。 一颗传统数字芯片仅有30%的时间用于计算，另70%用于内存读取，所以AI芯片的核心作用在于提升内存读取效率。这在摩尔定律逐渐失效的当下，意义重大，因为我们已经无法通过物理办法很快的提升芯片性能。 AI芯片的应用场景很广阔，简单来说，如果某个地方有大量的AI算法计算，同时又可以由芯片来承载，那么这就是AI芯片可以运用的场景。 首先摄像头（智能安防）就是一个巨大的应用市场，通过AI算法去识别人脸或人流，并且技术导入周期不长。其次是汽车，包括高级辅助驾驶、车载信息娱乐系统等。这两方面是最大的市场。 另外在推荐系统（比如“千人千面”）中，每位用户都会对应一个推荐算法模型，不断根据输入反馈来训练，模型很小但量却很大，这方面也有大量AI芯片需求，但整个市场可能会被巨头瓜分，最终市场空间只能支撑除巨头外的1-2家公司。 但从2018年开始，AI芯片的进步也在趋缓，因为计算潜能已经逐渐被挖掘到极致，核心公司的商业化效果也不及预期。并且AI芯片的技术壁垒不算太高，更多是一个生态的游戏，一端是开源的项目数量，另一端是开发者的数量，当两方面都突破到一定量级，就可以自然地滚动起来，其背后逻辑类似于滴滴的交易平台属性，这主要是巨头的游戏。 一些人开始尝试另辟蹊径，用新方式来做AI计算，比如光芯片、数模混合芯片、忆阻器芯片等等。经纬在这方面投资了光学AI芯片公司Lightelligence，沈亦晨团队希望通过光子技术进行AI计算，有望将现有AI芯片的计算能力提升1000倍，同时将能耗降低至百分之一。 但这些新概念离量产还比较遥远，目前还没有一种能在产品上赶超传统数字芯片。从投资的角度来说，我们认为需要有前瞻性的眼光和布局，但也不能过度为技术概念买单。 随着消费类电子产品需求饱和，半导体行业的新增长将来源于新兴领域，特别是汽车和人工智能的半导体应用。新领域的突破非常困难，但存在弯道超车的机会，一旦做好，可能就会引领整个行业的发展。

总结

综上，我们认为中国半导体芯片行业正经历一个巨大的势能，在中美“脱钩”的大背景下，未来可能形成以中国为核心的另一个生态圈。 从费城半导体（SOX）指数看，半导体经历了PC（个人电脑）、移动互联网（智能手机）、5G/AIOT（穿戴设备、车物联网），在产业链各个环节诞生了无数伟大的巨头。 中国作为后发国家，“国产替代”的技术路径是确定的，因为前人已经把路走了一遍，从这层意义上说，在这一领域的追赶确定性较高，并且肉眼可见的投资机会正在迅速减少，需要及时布局。 而在AI芯片或是某些领先的细分领域中，我们也能看到越来越多的中国公司站在全球前沿，他们若能成长起来将引领全球的发展方向。 如今，我们已经站在了全球第三次产业转移的关口，并且中国大陆已经占据了全球半导体消费总量的35%。若半导体进口全部国产化能令中国GDP直接增加恐怖的3.2%。 二十年后再回望如今的中美科技战，肯定是无比震撼的，我们将在未来十年“All in”其中，想想，这也是一件令人激动的事情。

参考资料：

1、《半导体：从EDA，半导体设备和日本经验看全球半导体价值链的投资机会》，中金公司

2、《2020年半导体行业展望：国产化和上行周期的投资机会》，中金公司

3、《电子行业专题研究：中国半导体核心发展趋势与投资机遇》，中信证券

4、《半导体商业模式要“去全球化”》，国信证券

5、《行业景气向上，国产替代边际加速，继续看好半导体产业链机会》，广发证券

6、《半导体自主可控全景研究：半导体自主可控全景研究》，西南证券

7、《半导体行业景气周期全景图》，平安证券