中科创星解析2021科技创新趋势及半导体早期投资方法论

投资界综合2021-03-19 21:51事业线
中科创星是中科院旗下的早期硬科技投资孵化平台。目前已投资布局了超过100家半导体产业链企业。

近日,由宁波鄞州区政府联合清科创新中心主办的「清科“City+”产业落地计划」——硬科技产业线上路演专场圆满落幕。本次会议特别邀请到了中科创星董事总经理卢小保先生,就国内半导体产业发展进行了深度分享。

中科创星是中科院旗下的早期硬科技投资孵化平台。目前已投资布局了超过100家半导体产业链企业,其中超80%项目取得了后续轮次融资。

下文为清科创新中心整理的主题演讲实录,特分享给大家。

一、半导体行业发展历程回顾

回顾一下2020年开始半导体行业变得特别火爆,半导体投资也同样火爆,是什么促成了如此火爆的投资局面?我们尝试简单梳理了过去几年中国半导体产业的发展。

首先,中国的产业发展模式呈现从低到高、农村包围城市的特点,最初从基础原材料、到基础工业品、到初中级工业品再发展到目前的高级工业品阶段,中国目前在很多高级工业品领域,如手机、汽车、飞机、机器人、人工智能等方面开始引领全球发展。站在自身产业发展的角度,追求更高的产业利润和更大的产业话语权,发展核心技术和核心元器件刻不容缓。

第二,中国本身是全球最大的芯片消费市场,集成电路产品消费量占据全球近50%。因此降低成本,包括进一步提升在产业链中的影响力和话语权是必然趋势。半导体消费占比很大,必然会有芯片国产替代的需求,同时国家的产业政策也加大了对半导体产业的发展支持。

另一方面,随着中国在科技方面加大投入,中国的科技产业如半导体产业发展速度加快,中 美科技竞争态势日趋显现,这种情况随着美国出手打压并制裁中国科技类企业,比如2018年制裁中兴、2019年制裁华为等,打碎了很多人的侥幸心理,而在美国打压中国科技企业方面,半导体产业是重中之重,这对中国的产业发展和国民经济影响非常大。在此背景下,集成电路成为了“卡脖子”产品,成为重中之重,同时被打压制裁的企业如华为等也释放出来大量的芯片需求,客观上也加速了芯片国产替代的进程,原本正常按照市场规律发展,芯片的国产替代可能会需要更长时间,但在美国制裁的形势下,半导体国产替代急切要解决“卡脖子”问题。

为进一步加速半导体及其他新兴产业的快速发展,为了鼓励商业资本加大在科技赛道的投入,中国推出了科创板,为科技企业尤其是半导体企业资本的退出开辟了绿色通道。我们看到科创板上市企业中近三分之一都是半导体相关企业,大量半导体企业上市后,引发了二级市场的投资热情,并进一步传导到一级市场的投资热度,资本开始大规模进入。2019年之前其实长期投半导体的机构不多,但到了2019年这种情况迅速改变,尤其是2020年,整个资本圈几乎无人不投半导体,很大程度上是来自芯片国产替代的加速和科创板推出,以及半导体企业上市之后市值高涨引发的。

美国制裁中兴华为,加速了国内芯片企业的国产替代进程,很多应用领域国产芯片都在加速导入,其实某种意义上来看,芯片卡脖子没有想象中的那么严重,很多领域还是有解决方案的。但是美国制裁中芯国际之后,我们会发现芯片被“卡脖子”虽然很多时候是有解决方案的,但是芯片的上游,更底层的半导体制造装备和半导体材料领域,国内的积累过于薄弱,完全依赖于美国的设备和材料,这个领域国内产业可以说是不堪一击的。所以在2020年,芯片国产替代的概念进一步延伸到了上游更底层的半导体装备、半导体材料领域,并进一步延伸到一些新兴科技领域,如量子科技、光芯片等创新领域。

美国发起的对中国电子终端企业如华为中兴,以及对芯片生产企业如中芯国际的制裁,严重伤害了全球半导体产业链的分工合作模式,损害了全球分工合作的信心基础。到目前为止,半导体产业是全球分工合作最为成功的案例没有之一。半导体产业既是全球合作,又是全球竞争,在这种竞争合作交织的条件下,半导体产业的投入是最高效的,可以说是一个低投入、高产出的典范。半导体行业以约全球0.5%的GDP产值,引发了全球信息技术革命的巨大浪潮,为全球经济技术发展带来了巨大的发展红利。

但2020年底,美国出手制裁SMIC,打出了半导体装备跟材料禁运的底牌,使得全球产业链分工合作模式面临巨大挑战,各国半导体产业不可控的危机感都在加深。不仅中国要大力发展半导体产业,韩国也提出保障半导体产业安全,欧洲也提出半导体自主可控,包括美国也开始要求半导体生产制造环节要回归到美国本土。2020年是半导体产业风云激荡的一年,全球产业链面临巨大变化和挑战,在产业变化的过程中,一定也会产生巨大的发展机遇,也会带来巨大的投资机会。

同时,新一代科技革命,如人工智能、物联网以及近两年已经逐步进入到落地阶段的新能源、自动驾驶、新一代卫星通信等领域都在发展成熟,这些新技术也都蕴含着巨大的半导体产业投资机会。

二、2021半导体产业关键词

伴随着2020年整个半导体产业的火爆发展,半导体产业面临着新的变化,我们也对半导体产业尤其是国内半导体产业未来的发展变化做出了自己的思考,并尝试通过几个关键词来表述我们对于未来几年,尤其是2021年半导体发展方向和趋势的判断。

第一个关键词:产能

从2020年下半年尤其是接近2020年底开始,半导体产业链产能变得极为紧俏,可以说整个行业一“片”难求,各种芯片都在涨价,包括汽车电子芯片等高附加值的芯片都产能不足,甚至因此导致全球汽车产业严重减产,甚至出现了台积电客户同一批货涨两次价的火爆局面。出现这种情况,原因是多方位的。

首先,产能紧张最主要的原因还是来自需求端的快速增长,这个我们在后面会详细阐述。

其次,半导体产业正在为过去长期投入不足的问题买单,为什么出现这种情况?比较核心的原因之一是半导体晶圆加工环节长期亏损,可以说全行业除了台积电之外,整个晶圆代工行业企业几乎没有能长期盈利的,包括连GlobalFoundry大股东中东主权基金这样的大金主都亏不起要退出了。晶圆厂长期亏损,投入自然不足。

第三,摩尔定律——加量不加价的模式为整个集成电路行业、整个信息行业带来了巨大的红利效应,随着工艺的发展,芯片功能越来越强大但硅片面积基本不增加,基本上不增加硅片消耗。但摩尔定律更多是在数字集成电路领域产生效果,但本身随着越来越紧接物理极限,集成度增加越来越困难,同时生产设备投入越来越大,单位面积硅片成本大幅提升,用得起先进工艺的产品越来越少,摩尔定理对产业的影响在降低;其次目前用量急速增加的功率芯片、射频器件、光芯片、包括各种分立器件等越来越多的芯片使用成熟工艺,对工艺线宽不敏感,无法快速的缩减芯片面积,要使用更多的功能就要消耗更大的硅片面积,对于晶圆厂产能的消耗也会越来越多。

第四,半导体全球分工合作供需产业链弱平衡被打破。在全球分工、全球合作条件下,供应端产能较少过剩,需求端也是一样,供需处于微弱的平衡,但近些年全球供需开始出现变化主要表现为中国市场供应端弱,需求端增长则非常强劲,相对应来讲,国外市场供应相对较多,需求端则略疲软,这就导致国外的晶圆厂在不停的关闭,而国内晶圆厂始终产能较为紧张;另外再加上美国对华为、中兴、大疆等企业的制裁,华为短期囤货也造成供应链波动,包括后来华为被迫让出大部分手机市场,这也给了oppo、vivo、小米等手机企业更大的出货机会,也会导致华为供应商减产而其他手机企业供应商增产,一增一减造成的供应链需求变化也会对供应链的弱平衡造成很大的冲击。

第五,2020年因疫情的特殊情况,国外半导体企业开工不足,影响到部分产能。

第六,产能紧张引发踩踏效应,大家都去抢产能,造成恐慌效应,也进一步加剧了产能紧张。

我们认为,未来几年,整个半导体产业产能紧张的局面不会缓解,2021年将会是产能为王的情况,尤其是中国的半导体产业,短时间内是没有办法缓解产能紧张的情况。这个观点主要基于以下几个方面的思考:一是芯片国产替代,国家提出芯片自给率从20%提升到70%,即使需求量不增长,也将是3.5倍体量放大,而同时中国半导体产业还是全球需求增长最快的地区,没有之一,就意味着这70%的基数仍在以每年10~20%的比例高速增长。

从另外一个角度看,中国晶圆产能占全球晶圆产能不足10%,这个数据相对来说比较准确,因为是从硅片全球消耗的产能来去反推,中国硅片消耗量占全球不足10%,要增加到70%都自给,5年后,国内晶圆产能要比现在增加5~6倍以上。

同时,由于晶圆生产设备严重依赖美国企业供应,包括大多数的半导体生产材料也受制于美国企业的控制,国内即使想要快速增加产能,也会严格受制于美国的装备和材料的制约,有钱也扩不到足够多的产能。

最后,即使有足够多的资金投入,也能买到足够的设备,并且上游原材料也没有受到限制,但国内在半导体生产技术积累、工艺能力、人才储备方面的厚度均不足,要在几年内将产能增加到目前的5倍以上,这个难度一定是极高的。

我们认为,未来国内整个半导体产业将面临比较严重洗牌,原来很多低毛利的企业尤其是芯片设计企业可能会失去生存空间,因为整个产业链条从下到上都会涨价,这会倒逼一部分原来低毛利的产品做不下去,同时也会倒逼企业投入产品创新和科技创新,去追求更高的毛利,这样即使上游涨价,自己仍有利润空间,这有利于提升整个半导体行业的利润水平。同时产能紧张的局面也会倒逼下游有利润的企业、有资金的企业,如设计公司、系统工程等投入资金或者投入产能,去反哺上游的晶圆生产制造企业。

需求端为什么快速增加?

方方面面的半导体需求都在增加。

首先是汽车电子,汽车的电动化需要用到大量的功率器件如IGBT、SIC等,另外还有大量的电池管理系统、各种传感器芯片等;汽车的自动驾驶化需要增加大量的处理器、各种传感器;汽车的信息化需要更多的通信总线、娱乐媒体处理设施等;而传统的燃油汽车也在加速推进电气化,越来越多的电动天窗、电动座椅、通风加热、多温区空调等都需要用到很多的功率器件、电源芯片等。

其次是算力需求,十年前整个数据中心业务体量还不是很大,而目前各个大的互联网企业数据中心的规模都已经非常大,每年需要数百万计的服务器,要用到非常大量的芯片,如CPU、GPU、网络处理器(DPU)、SSD控制器&存储芯片等,这些都是大颗粒的芯片,非常消耗晶圆厂的产能;另外包括虚拟货币火爆也导致挖矿机大卖,这也消耗了大量先进工艺的芯片产能;

还有存储器需求的大增:手机、传统机械硬盘转SSD等存储器都要消耗大量芯片产能;穿戴及其它新兴智能设备:TWS耳机、智能手表、手环、眼镜,后视镜、音箱、智能门锁等各种智能设备;

手机终端方面,数量虽然没有大幅增加,但4G升级5G,要引入新的通信频段+多发多收通信机制,手机的射频前端用量增加了2~3倍,滤波器增加了3~5倍;还有光学传感器现在要用4~5个,还有加入3D Sensor,另外指纹识别也是大颗粒的芯片非常消耗产能,同时手机还在引入新兴传感器如陀螺仪、加速度计、气压计,包括很多厂商也在考虑引入温湿度、红外、气味等传感器;

基站&WIFI6方面:4G升级5G,基站数会从100万增加到500万台,而MIMO技术引入也导致基站端的TR&PA&滤波器&功率器件数量都倍增,WIFI6则从2.4G单频段变为2.4G+5.8G双频,同时TS流从2~4个增加为4~8个,都需要消耗大量的芯片和滤波器;

新能源方面:包括国网的柔性直流输电,包括光伏发电、风能、储能都会大量用到功率器件及各种传感器,这些都是大颗粒的芯片,非常消耗晶圆厂产能;另外传统家电也在升级:空调、冰箱、洗衣机、烟机、风扇、空净等都在变频化、智能化、联网化,要使用大量的功率器件、传感器、通信模块;包括物联网各种各样的应用,开始慢慢开始进入实际应用当中,包括智能城市、智能家居、智能园区、智能医疗、智能饲养等等引入大量传感器、通信等等;

另外工业互联网,包括新基建也都引入很多传感器、联网芯片、功率芯片、电源芯片;还有卫星通信,这个目前还没有全面推开,但未来很快卫星通信设备也会消耗大量芯片,一个终端会用到几十颗到两百颗TR通信芯片,这个芯片消耗量也会非常的大。

总之,芯片几乎是目前一切新兴科技的基础,芯片在生产生活各个领域的应用都在增加,半导体产业对硅片的消耗量的增加是远超出产业界的预期的,这是目前半导体产业产能全面紧张的核心原因。一句话,整个世界的“含硅量”在急剧增加。

第二个关键词:跨界

之前海思、apple、三星这些手机大厂都已经在跨界自己做芯片设计,去年开始如OPPO、TCL、格力、大疆等众多大型终端企业都开始自己设计芯片;同时芯片设计企业也开始自己做fab,像MPS、韦尔、格科微、汇顶等都在自己建fab厂;而fab厂开始跨甲做封装,包括台积电、SMIC等顶级fab都在做先进封装,半导体产业链各个链条间的界限越来越模糊。

从本身半导体的合作模式来看,最早很多系统企业就自己设计和生产芯片企业,比如IBM、东芝、富士通、松下等,包括三星一直是终端企业,也自己设计和生产芯片;后来发展到IDM模式,自己设计芯片、自己也生产芯片;再后来到20世纪90年代以后,才兴起了专业分工的合作模式,有芯片设计公司,有fab代工生产、有专业封测企业。未来,会不会进一步回归到系统内芯片生产企业,甚至这类企业占据行业很大份额?我们认为这不是没有可能的。

在目前半导体各个链条企业相互渗透、跨界的情况下,有利于增加对半导体产业的投资,同时产业整合也会加剧,有利于芯片项目的并购机会。

第三个关键词:创新

刚才提到,中国产业的发展是从低到高,目前我们已经全面进入到核心元器件,包括核心装备,器件材料这个阶段,甚至进一步会延伸到发展核心装备的核心零部件,下一步一定会延伸到从零到一的颠覆性技术创新的发展阶段。

集成电路项目投资传统意义上都是投国产替代,国产替代基本上可以说是无风险投资,为什么这么讲呢,我们的技术在国外都是已经走通过的,是没有技术风险的,客户也都是现成的不用担心做出来没有客户,甚至很多产品都是团队在原来国外已经做过的,无非是到国内重新再做一次出来。所以从技术端、应用端到客户端都是没有风险的,所以我们称之为“无风险的投资”。

但是,随着美国对华为、中兴这样企业的禁令,极大加速了芯片的国产替代,同时芯片国产替代的时间窗口也在快速缩短,所以半导体投资,至少我们会认为半导体早期投资已经要从传统的投资国产替代芯片,往投资产品创新甚至技术创新,也就是颠覆性的技术去投资。当然投资颠覆性的技术本身就是风险投资的主流,只是之前在国内的政策环境、产业环境下,投资颠覆性的技术创新项目实在太难成功。

什么是产品创新?我们的定义是不再简单依赖于技术实现,而是在技术能力的基础上,你能做出来客户更需要的东西,跟其他人的产品不同,更升级,更符合客户需求的产品,这个称之为“产品创新”。

整个半导体的国产替代肯定还是存在的,但是我们会认为已经进入到了半导体国产替代中高级阶段或者说是国产替代的深水区,包括上游半导体材料、半导体装备、核心零部件仍然处于国产替代阶段,中游芯片主要在高端模拟,工业级芯片、汽车芯片,以及高可靠的芯片等,用量不是特别大,但是又特别难做的芯片,包括一些光芯片、大功率芯片等等,这些仍然以国产替代的角度为主。

而很多领域的芯片,尤其像消费类芯片、通信类芯片等,国内的技术能力和技术团队都已经比较强了,单纯技术稀缺性在快速下降,这些领域的竞争不再是单看技术,而是要更懂得客户,更能把握客户需求,能做出来客户更需要的产品。

我们认为投资技术创新,尤其从零到一的原创颠覆性的创新技术,也就是真正意义上的硬科技技术,正在迎来黄金的投资周期。之前,在国内投颠覆性的技术可能血本无归的风险,但是目前外界环境变化导致投资颠覆性创新技术有了更好的发展机遇。

这个可以从几个方面来看,一个是下游终端客户,如华为、OPPO、大疆、海康等公司,已经开始引领全球产业发展,已经走到自己领域的无人区,本身就需要产品不断创新,因此他们也需要上游核心元器件的创新来支持他们去做产品的创新;第二,国家在政策上的鼓励和支持;第三,经过这些年的技术积累和科研投入,国内很多企业,包括很多科研单位已经积累了很多很好的技术,有能力在一些领域做出来一些与众不同的颠覆性技术;第四,很关键的一点是资本也会更加友好,随着科技创新氛围的形成包括科创板的开板,后续会有越来越多的VC愿意接盘。最后,就是国内对知识产权的保护在加强,对知识产权侵权的容忍度在降低,比如华为这样的企业,是很难容忍他的供应商有知识产权瑕疵的。

目前,我们对于投资的理解来讲,整合半导体产业链条,包括下游的整机和更下游的信息产业,这些越底层、越处于国产替代这样的阶段,比如半导体的装备、材料、包括核心零部件,以及一部分难度很高的芯片领域比如汽车电子,仍然要处于国产替代的阶段。这些领域体量小,但重要性确是非常高,国产替代的迫切性仍然非常强烈;往上一些,比如一部分的芯片领域比如消费类的芯片等,包括整机领域,我们整体上都进入了产品创新的阶段,甚至一部分领域,已经进入到生态创新的阶段,比如产品创新和技术创新的地步,再往上游电子整机,甚至到了生态创新的阶段,比如微信、抖音、大疆无人机,我们在全球范围之内已经做到了领先的位置。

颠覆性的技术创新,更多是以处于更底层的技术为主,在半导体领域主要是一些新的芯片架构、新材料、新工艺、新器件、新方法、新原理等,比如像人工智能各种XPU、存储器领域如MRAM&RRAM,显示领域如Microled等。

三、半导体行业未来发展展望

展望未来,我们认为半导体产业有望进入加速成长周期。

在人工智能+物联网双驱动下,所有的物品都在半导体化,以后桌椅板凳都会带传感器、联网,具备人机交互能力,甚至自主行动能力,海量的终端物品都会往智能化、联网化去演进,会具备探知、感知、通信、计算、存储、反馈、呈现、执行的能力。

我们认为半导体芯片正在从信息时代的高级工业品变成智能时代日常生产和生活当中的基础工业品,甚至是基础消费品,逐渐会变成与石油和电力一样不可或缺的存在。

我们认为未来10-20年内,半导体产业会进入加速成长周期。就半导体产业发展来讲,80年代之前,基本上是军工时代,主要是大型计算机;80年代到2000年,已经进入到办公时代,主要产品是PC,一个办公室用一台;2000年以后进入到消费时代,一人一部手机,包括家里各种各样的家电,一个家庭一辆汽车等;2020年之后进入到人工智能和物联网时代,发展趋势是所有的物品都在数字化、智能化,这些都要有各种各样的芯片去配套,所以芯片用量会急速增加,所以我们认为未来10~20年,电子终端的数量,或者说对应的芯片的使用量会比目前增加数十倍甚至上百倍,集成电路也有望从不足全球GDP的0.5%左右增长至1%以上。

未来很多集成电路产品的竞争要素也会发生变化,低成本+低功耗+小体积会逐渐成为关键因素,在性能达标的基础上,成本功耗体积瓶颈点一旦被突破,就有可能会被快速的应用,得到大规模的普及。

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