作为IC晶圆生产直接的原材料，全球硅片行业经历了从6寸向12寸的迭代，同时生产中心由美国转移到了日本。目前日本凭借半导体产业分工带来的机遇占据硅片行业50%以上份额，但尺寸迭代和产业转移仍在继续，中国企业能否成为下一个产业中心？从过去15年的硅片价格变化来看，价格曲线受供需影响出现过两次涨价周期，目前处于第三轮涨价周期的初期，这为中国企业产能建设提供了难得的友好供需环境。在此次周报专题中，我们从全球硅片产业变迁出发，探讨硅片投资新周期和国产化进程。

一、全球半导体硅片行业变迁

1.1 尺寸变化：代际更迭为新进入者创造机遇

就半导体产业而言,芯片是最为人熟知和关注的领域,而对于行业起着支持作用的材料和设备领域却相当低调,但低调不等于不重要,如半导体制造的基础——硅晶圆,在行业中的地位就不容忽视。

硅晶圆又称硅片，是制作集成电路的重要材料，通过对硅片进行光刻、离子注入等手段，可以制成集成电路和各种半导体器件。单晶硅是硅的单晶体，是一种比较活泼的非金属元素，具有基本完整的点阵结构。其不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。光伏级单晶硅的纯度要求达到99.9999%，而半导体级单晶硅对纯度的要求甚至达到99.9999999%。采用西门子法可以制备高纯多晶硅，然后以多晶硅为原料，采用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。单晶硅圆片按其直径主要分为6英寸、8英寸、12英寸及18英寸等。

在摩尔定律的驱动下，硅片尺寸呈现从6寸—8寸—12寸的路径变化。据SEMI的数据，4英寸硅片产生于1986年，6英寸于1992年，8英寸于1997，12英寸于2005年。业界较为公认的说法，1980年代是4英寸硅片占主流，1990年代是6英寸占主流，2000年代是8英寸占主流，2002年，英特尔与IBM首先建成12英寸生产线，到2005年12英寸硅片的市场份额已占20%，2008年其占比上升至30%，而8英寸硅片占比已下降至54%，6英寸硅片占比下降至11%。

根据SEMI的预测，12英寸硅片的市占率将逐步提升，而八英寸和六英寸硅片的市占率逐渐萎缩。到2020年，12英寸硅片的占比上升到约80%，8英寸硅片的占比降至8%左右，6英寸及以下硅片降至2%左右。

根据全球300mm（12英寸）和450mm（18英寸）晶圆Fab的产品和数量预测，在未来15到25年里，300mm晶圆Fab在半导体制造业内保持主流地位，因此300mm硅片在未来至少25年的时间里，也将继续保持发展的态势。根据预测，12英寸硅片在2022年左右达到市场份额的峰值。在摩尔定律的驱动下，随着18寸硅片的生产技术逐渐成熟，市场化进程加速，12英寸将朝着18英寸过渡。

但实际上，18英寸（450mm）的硅片对于全球半导体产业仍然还是一个悬而未决的课题，其中的关键因素是半导体设备供应商，包括应用材料等企业缺乏研发和生产的积极性，主要原因在于生产450mm硅片不是简单地把腔体的直径放大，而是需要重新设计和制造相应的设备，面对巨大的资本开支和高端技术人才的引进等难题，企业需要慎重考虑未来的市场是否有足够的投资回报率，以寻找成熟的时机进入市场。

1.2 地域演变：日本硅片产业崛起的启示

目前，全球主要的半导体硅片供应商包括日本信越化学（Shin-Estu）、日本三菱住友（SUMCO）、德国Siltronic、韩国SK Siltron以及中国台湾的环球晶圆、合晶科技等公司。全球硅片行业存在较高的垄断性，据IC insights的统计数据，五大硅片供货商的全球市占率达到了92%,其中日本信越化学市占率27%，日本三菱住友市占率26%，台湾环球晶圆市占率为17%，德国Silitronic市占率13%，韩国LG Siltron市占率9%。

从市场份额来看，硅晶圆市场基本上被日韩台垄断，尤其是日本的SUMCO和Shin-Etsu两家公司，近十年来所占的市场份额都在60%左右。由于中国台湾的环球晶圆以及韩国LG Siltron等公司通过兼并收购等方式来扩大产能，以充分发挥规模效应，大举抢占硅片市场，两家日本企业的市占率近年来有所下降。

通过探讨全球硅片企业的市场份额，前五大硅片厂商没有一家是来自美国的企业，美国作为全球半导体产业的巨头在硅晶圆领域却如此薄弱，然而实际上，硅晶圆这一工业却是由美国首先开创的，曾经美国的雷神公司（Raytheon）和孟山都公司（Monsanto）等都是业内的佼佼者，但最后由于相关业务不断亏损，无法跟上时代的脚步而相继退出该业务。我们通过分析和探讨半导体硅片产业由美国创立向日本转移的历史背景并究其缘由，深刻认识半导体硅片行业发展的历史规律。

纵观硅晶圆产业发展历程，在过去的二十年左右，全球主要的硅晶圆供应商从20多家，逐渐兼并为现在的5家，形成寡头市场。硅晶圆企业的兼并&收购有其必然原因，对于硅片厂商而言，其面对巨大的资本开支，规模优势显得尤为重要，厂商只有通过大规模生产，才能降低固定成本，提升盈利能力；其次，通过兼并收购，厂商可以提高市场集中度，提升产业链的议价能力，以维持相对稳定的盈利能力。

SUMCO是由Sumitomo、三菱材料和Komatsu三家公司在2002年和2006年合并而成，而Shin-Etsu在1999年并购了日立的硅片公司。中国台湾的环球晶圆于2008年收购美商GlobiTech Incorporated公司，2012年收购全球排名第六的日商Covalent公司旗下有关半导体硅晶圆业务的子公司Covalent Silicon Corporation，2016年7月正式收购丹麦Topsil的半导体事业部，同年12月顺利完成收购SunEdison Semiconductor。环球晶圆通过一系列的并购案，一举跃升为全球第三大硅晶圆制造商。

美国企业退出硅片产业的另外一个原因是，相对于产业链下游的芯片设计，硅片行业的利润较薄。我们通过对比美国在芯片领域的代表性公司高通（Fabless厂商）和英特尔（IDM厂商）与日本硅片行业龙头SUMCO和Shin-Etsu的毛利率，可以发现芯片公司的毛利率远大于硅片企业。从经济效益来分析，美国退出硅片领域而转向更高端的芯片设计，能带来更大的收益。

由此分析，我们认为硅片产业从美国创立到日本崛起的转移，主要可以归结于两个个原因：一是由于硅晶圆市场兼并收购的必然趋势，导致市场开始形成高度的垄断性和地域性；二是由于硅片制造的资本开支和技术难度都较高，而收益却非常薄，随着全球化进程、国际化分工的发展趋势以及集成电路产业的蓬勃发展，美国企业剥离中低端的制造加工环节并将其分配给亚洲新兴企业，自身选择布局盈利能力更强的芯片设计环节。

二、日本半导体与硅片产业

2.1日本半导体产业：萌芽—崛起—衰退

从全球半导体产业的发展进程来看，起源于上世纪50年代的美国，1970s-1980s完成了第一次由美国到日本的产业转移。

在产业转移期间，日本由政府牵头，企业和研究机构共同协力取得了巨大的技术成果，在成本和技术的优势下，日本企业借机迅速成长扩张，到1980s，日本已占据全球存储芯片超过50%的市场份额，到1990s，日本企业在全球十大半导体企业中占据了六个席位。90年代后，伴随着第二及第三次的半导体产业转移，日本技术及成本优势丧失，市场份额迅速跌落。

萌芽：日本半导体业的崛起以存储器为切入口，主要是DRAM（Dynamic Random Access Memory，动态随机存取记忆体）。1972年，日本企业能生产1K比特的DRAM，而当时IBM推出的新系统需要比1K比特大出1000倍的1M比特的产品，日本企业一度陷入绝望。为了将容量从1K提升到1M，日本政府采取“官产学”的模式，成立“超LSI技术研究组合”企业联合体，政府拨款大量资金致力于半导体产业中。在这个过程中，日本的半导体产业飞速发展。

鼎盛：到上世纪80年代，步入存储器、大型主机的时代，日本汽车产业和全球大型计算机市场的快速发展，DRAM的需求剧增，而日本当时在DRAM方面已经取得了技术领先，日本企业此时凭借其大规模生产技术，取得了成本和可靠性的优势，并通过低价促销的竞争战略，快速渗透美国市场，并在世界范围内迅速取代美国成为DRAM主要供应国。

衰退：到上个世纪90年代，进入PC时代，手提电脑的出现导致半导体零部件的需求变得更加旺盛。由于研发难度和设备投资剧增，水平分工的生产方式在PC时代成为主流，而日本企业的垂直分工体系愈发显得格格不入，研发和生产无法同时照顾周全。又因为该时期日本的半导体产品较为单一，过于集中在DRAM上，且产品附加值较低。韩国、台湾等地通过技术引进掌握了核心技术，采用水平分工的生产方式，并通过劳动力成本优势，很快取代日本成为了主要的供应商。截止2000年，日本DRAM份额已跌至不足10%，日企纷纷败退。

2.2日本半导体材料：借助产业优势延续昔日辉煌

虽然日本半导体芯片份额已经萎缩，但是日本在半导体材料领域延续了半导体昔日的辉煌，在全球始终保持着大范围的市场份额。日本企业在硅晶圆、合成半导体晶圆、光罩、光刻胶、药业、靶材料、保护涂膜、引线架、陶瓷板、塑料板、TAB、COF、焊线、封装材料等14种重要材料方面均占有50%及以上的份额。日本半导体材料行业在全球范围内长期保持着绝对优势，是全球最大的半导体材料生产国。

作为全球最大的半导体材料生产国，2017年日本国内的半导体材料消费占全球的15%，达到70亿美元的规模，消费量次于中国台湾地区，与中国大陆、韩国平分秋色。日本同时也是全球最主要的半导体材料输出国。大部分半导体材料出口到了亚太地区的其他国家。半导体产业开始第三次转移的趋势明显，逐步转移到以中国为主的更具备生产优势的地区。

2.3日本硅片行业的竞争优势

日本硅片企业的竞争优势主要体现在两个方面。第一是日本企业在硅片领域有先发优势。由于半导体硅片行业具有成本高、周期长、专利壁垒和技术壁垒四个特征，因此对于新进入的企业，不仅需要海量资金还要引进现金技术和高端人才，行业壁垒较大。第二个原因是，日本厂商充分发挥了硅片行业的规模效应。硅片的大规模生产，可以降低固定成本，提高毛利率水平，从而提高盈利水平。

日本信越化学的毛利率近年来都处于行业领先水平。而环球晶圆于2011年从SAS集团中完成分拆，通过兼并收购日本Colvalent硅片公司、丹麦Topsil半导体部门，也充分发挥了规模效应，因此毛利率处于较高水平。相比较台湾合晶，由于硅片行业壁垒高，企业起步较晚，主要产品是8英寸以下硅片，其毛利率就较低。

2.4日本信越化学（Shin-Etsu）

信越化学工业株式会社作为日本半导体材料行业的龙头企业之一，是全球最大的半导体硅片供应商，2017年在全球半导体硅片市场中占有27%的份额。

目前信越化学的单晶硅已经可以达到纯度99.999999999%（11个9）的生产水平，技术远超其他企业。它是最早成功研制300mm硅片及实现了SOI硅片的产品化的企业。

通过分析公司的主营业务收入情况，我们可以发现公司的半导体硅片业务步入复苏和扩张的通道。Shin-Etsu半导体硅片业务收入占比从2013年起逐年提升，从2013年18%上升到2017年的22%。信越化学的半导体硅片业务收入在2007年达到高峰，之后受金融危机影响出现断崖式下跌，并且一度处于低谷期，从2013年开始，收入增速由负转正，业务收入状况逐渐修复，2017年实现约28亿美元的营收，同比增速达20%左右。

2.5日本三菱住友（SUMCO）

日本三菱住友（SUMCO）公司主营半导体硅材料料业务，是全球硅片龙头企业。2002年年三菱硅材料料公司与住友金金属工业的硅制造部门、联合硅制造公司合并，并于2005年年更更名为SUMCO公司。主营产品包括单晶硅锭、抛光硅片、退火硅片、外延片、SOI硅片等，是全球最大的12英寸硅片供应商之一，其SOI硅片也可提供8英寸产品。

过去几年来，SUMCO一直是全球第二大的硅片企业。2018年第一季度，SUMCO营业收入为7.1亿美元，同比增速高达39%，实现大幅增长。

SUMCO的营业收入的变化趋势与Shin-Etsu大致相同，同样在2009年跌入谷底，从13年开始，收入增速由负转正，进入复苏通道。SUMCO营业收入的增速势头远大于信越化学，呈现出后来者居上的赶超趋势。