头图来自视觉中国
有一种机器，被称为现代制造业的珠穆朗玛峰。如果没有它，不管你是三星还是英特尔，也不管你有多少资本，你都没办法生产出最先进的芯片。每一个芯片公司甚至是每一个国家，都在苦苦的研发，希望能够早一天攻克。一台顶尖的机器动辄上亿美金，比波音的大飞机还贵。但即便如此，如果一个上市公司能买到一台这样的机器，股价都得大涨好几天。它的技术难度是如此之高，以至于到目前为止，只有两个国家（荷兰和日本）能够掌握最先进的制造技术。要知道，全世界拥有原子弹的国家都有多达9个，所以有人说造这台机器比造原子弹还难，这种说法并不夸张。
这个机器就是光刻机，半导体芯片产业链中最核心的晶圆制造设备，它所在的赛道就是我们今天要讲的半导体设备行业。如果说半导体是绝对的核心科技，那么生产半导体要用到的半导体设备绝对是核心科技中的核心科技。
芯片产业链非常复杂，半导体设备属于中间产业链，也可以看作是芯片行业的“卖水人”。除了刚才提到的晶圆制造，半导体设备还应用于封装测试环节。不过，说是卖水人也不太准确，因为它卖的远不止是“水”那么简单，而是非常高附加值的重型武器，半导体设备的投资一般能占到整个半导体生产线投资的75%-80%，是占比最大的一个领域。
一、半导体设备的供给和需求
按照惯例，我们还是从需求和供给两端来拆解一下这个行业。
从需求端来看，这是一个高成长性的行业，处于技术周期带来的景气度向上阶段。
一方面，半导体设备的需求和芯片制程有很大的关系，而芯片制程在快速进步。
所谓制程，就是指在芯片中，晶体管最小可以做到多少纳米的尺寸。制程越小，整体功耗越低，性能越高，对制造设备的要求会更高，投资需求也会越大。以台积电为例，16nm制程1万片产能投资15亿美元，而7nm制程1万片产能投资估计30亿美元，5nm制程1万片产能投资估计50亿美元。每个节点的投资额都是加速攀升的。
另一方面，下游的5G、人工智能、物联网等新应用渗透率不断提升，推动芯片需求快速增长，很多晶圆厂产能吃紧。
尤其是2020年以来为了应对各种芯片缺货，大型晶圆厂均有扩产计划，加大对设备的投资。
2021年台积电资本支出金额将达250亿至280亿美元，创历史新高纪录；
联电资本支出将达15亿美元，年增5成；
中国大陆的华虹半导体、长江存储、广州粤芯等厂商也在加大设备采购力度。
正是在技术变革的推动下，半导体设备的市场进入了高景气周期。在2016年之前的十多年时间里，半导体设备市场规模一直稳定在300-400亿美元。但2017年后，随着全球晶圆厂和存储器对先进制程的投资增加，半导体设备的市场规模迅速攀升至500-630亿美元区间，增速达到10%-20%。国际半导体产业协会（SEMI）预计全球晶圆厂资本开支还将继续保持10%左右的增长。
从供给端来看，这是一个竞争格局非常清晰且高度集中的行业，龙头有绝对的话语权。行业整体的高增长并不代表就一定有投资价值，如果行业内部竞争格局混乱，其中的企业也很难赚到钱。而半导体设备是一个典型的高成长、弱竞争的行业。半导体设备尤其是晶圆制造设备技术门槛高，单台价值量大，客户间长期合作了带来极高的壁垒，垄断程度高，细分市场基本上是一家独大。2020年行业整体CR3（AMAT、ASML、Lam）市场份额约占47%，CR5市场份额约占66%。
尤其是大家熟悉的光刻机领域，荷兰的ASML完全垄断了EUV光刻机设备，市占率几乎是100%，Intel、台积电、三星用来加工14/16nm芯片的光刻机都来自ASML。
刻蚀设备方面，美国Lam全球占比53%，与AMAT和TEL CR3市场份额占比90%以上。
薄膜设备方面，在PVD领域，AMAT占据了近85%的市场份额。CVD占30%。
显影设备方面，TEL市占率达到87%。
离子注入机和CMP方面，AMAT市占率达到70%。
测试设备方面，泰瑞达和爱德万双寡头垄断了84%的市场份额。
如此高度集中的竞争格局，使得半导体设备行业的龙头公司能够比较舒服的赚钱。
此外，作为一个“卖水人”行业，半导体设备的业绩确定性也相对较高。芯片产业是重资产投入，对于这个赛道的公司来讲，这是一场风险很大的豪赌。无论是设计、制造还是封测的厂商，最终能不能赚到钱，还要看生产出来的芯片能不能让下游客户买单。但无论下游的芯片厂商哪个能成功，大家总要购买设备和原材料进行生产。因此，芯片设备和芯片材料一样，只要芯片行业在发展，那么需求肯定会越来越大，业绩的确定性也相对更高一些。
二、国内半导体设备行业现状
不过，国内半导体设备行业相对落后，基本完全被国外巨头把控，国产化率非常低；但反过来说这也是国产替代需求最为迫切的行业，未来国内的市场成长空间很大。2019年底新出台的瓦森纳协议对进口高端光刻机EUV、浸润式，以及EUV计算光刻软件、14nm制程以内的大硅片加工技术管控升级。华为、中芯国际等国内芯片厂商均受到美国技术管控，半导体设备国产化压力骤增。而另一方面国内需求还在增长，2020年中国大陆首次成为全球最大的设备市场，同比增幅高达39%。这导致国内的供需缺口越来越大，国产设备扩产势在必行。
但从现状来看，由于国内厂商起步较晚，2000年之后才开始进入，所以与国际水平基本相差20年左右，规模上和国际龙头更是没法比。一些技术难度高的关键设备，如光刻机，国内基本没有公司可以做，这一方面国产化率仍不足2%。国内成膜设备国产化率也不足10%。目前中国的半导体设备商的设备业务营收体量较小，且盈利能力表现相对较弱，平均盈利规模只有3亿左右，还处于初期阶段，基本上都处于同一水平线，后续谁能突破国外垄断，谁就有望成为最大的赢家。
半导体设备分为晶圆设备、封装设备和测试设备。从价值量来看，晶圆制造环节的难度远高于封测的难度，因此晶圆制造环节需要的设备价值也远高于封测，在半导体设备销售额中占比超过80%，封装设备占比7%，测试设备占比9%。晶圆制造的核心设备主要有光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备，分别占晶圆制造设备成本的30%、25%和25%。封装测试环节需要的设备主要有切割设备、测试机、分选机、探针台等。从主要公司的业绩来看，晶圆制造设备企业的盈利能力要普遍好于封测设备企业。
在晶圆制造设备环节中，北方华创和中微公司是大陆厂商中的龙头。其中，北方华创对标AMAT，是国内唯一的平台型半导体设备企业，实现了刻蚀设备、PVD和CVD设备、以及氧化扩散设备的产业化。公司的毛利率达到40%，和AMAT接近。不过在2017年之前，公司的业绩连续3年下滑，一直在1亿元以下波动。直到2017年后北方华创首次实现国产14纳米设备与国外设备同步验证，成功进入国际供应链企业，2017-2020年的销售收入平均增速达到35%，业绩增速也大幅提升至56%。
另一家设备龙头中微公司对标Lam Research，介质刻蚀工艺技术上已达到Lam同等技术，已应用于全球最先进的7纳米和5纳米生产线，但是介质刻蚀不如北方华创主攻的硅刻蚀应用领域广。公司的另一个优势是2017年之后推出技术和性能更好的LED芯片核心设备MOCVD，成为公司60%以上的营收的主要来源。目前公司MOCVD设备全球市占率已经超过60%。以MOCVD为主的产品结构虽然导致毛利率下降了4个百分点，但净利率却大幅提高了15个百分点到18%。因此公司在2017年首次扭亏为盈后，业绩一直保持较快增长，平均增速能达到150%。
当然，晶圆制造设备中最重要的还是光刻机。作为晶圆制造工艺最核心设备，光刻机相当于半导体的火车头，ASML一台EUV光刻机的价值就能达到1.2亿美元。2020年全球销售了413台光刻机，ASML销售258台，占比62%。按销售额计算，ASML的光刻机销售额占比达到91%，基本接近垄断。尤其是半导体EUV光刻机，可以用于10纳米以下的先进制程，技术壁垒极高，全球只有ASML制造销售。
我国光刻机尤其是高端光刻机基本上还是空白，原来只有芯源微在做光刻工序上的涂胶显影设备，只是光刻机的配套。2020年4月，芯碁微装登陆科创板，被看作是国产光刻设备第一股。光刻机板块技术壁垒比较高，因此公司的毛利率提升较快，2020年达到43%。2018-2020年归母净利润复合增速达到60%以上。不过，芯碁微装主要产品是PCB和面板环节的光刻设备，还没有涉及到技术含量更高的g线、i线、ArF、KrF等光刻胶配套的光刻设备。目前盈利规模也比较小，还是需要看能不能在技术上有所突破。
在测试设备中，测试机价值量最大，市场规模占比为63%。华峰测控和长川科技是国内测试设备的两家龙头。华峰测控核心产品是测试机，对标泰瑞达和爱德万，目前在国内测试机领域市占率超过6%，其中模拟芯片方向国内市占率40%以上，国际市占率10%左右。2016-2019年公司的归母净利润复合增长率达到25%，处于持续稳定增长的趋势中。检测设备相对于中前道的光刻、刻蚀设备来说，制造技术难度相对较低，国产厂商更容易突破，但由于涉及到度量衡标准，因此品牌壁垒，以及推广难度还是较高的。在模拟测试机这一块，国内厂商差距都不大，关键是谁和封测厂配合的更好。在这一方面华峰测控具有先发优势。长川科技的第一大品牌是分选机，和华峰测控相比，综合毛利率比较低，只有50%，而华峰测控达到80%，这说明华峰测控的市场地位和议价能力更强。
最后总结一下，作为芯片行业的卖水人，半导体设备是大科技板块中比较优质的赛道之一。需求端的高成长性以及供给端相对清晰的竞争格局奠定了这个行业的价值基础。不过，国内厂商起步较晚，技术和规模体量和国外龙头相比还是有很大差距。
我们给大家梳理了目前国内晶圆制造和封装测试设备领域的行业格局：短期来看，其中的龙头公司2017年后业绩增速都很快，毛利率水平也在提高；不过，长期来看，只有这些厂商能够真正打破外国厂商的技术垄断，解决技术卡脖子问题，才有望实现业绩的持续增长。
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