美股掘金整体系统解决方案供应商AMAT，持续受益于晶圆扩产

作者：昨辰

摘要：马太效应下，半导体设备市场将继续呈寡头垄断格局

核心看点：

1、作为半导体产业的基石，半导体设备是推动集成电路技术创新的引擎，通常半导体设备的研发需要领先半导体工艺 3-5 年；
2、半导体设备市场被美日欧垄断，CR5≥65%，马太效应推动集中度提升，而由于晶圆代工产能持续吃紧，大规模扩产之下，产业链上游半导体设备明显受益，作为全球最大的半导体设备商，AMAT营收快速增长，营收增速实现V型反转；
3、作为全球平台型半导体设备龙头，AMAT致力于为客户提供从单体设备到解决方案的全品类服务，并通过持续高研发投入，保持行业领先地位，且常年在三星、台积电、英特尔等全球领先的IC制造商中占有相当的份额；
4、半导体系统部门是公司最核心的业务，也是公司营收的最主要来源，几乎覆盖半导体设备的全品类，在PVD、离子注入和CMP等领域具有绝对垄断地位；
5、作为前道制造三大主设备之一，薄膜沉积设备在晶圆产线各类设备中的价值占比稳定在20%以上，未来市场空间增量较大，而AMAT由薄膜沉积设备起家，到2018年，公司的薄膜沉积产品占全球PVD和CVD设备市场份额分别为85%和30%；
6、在EUV光刻机商用后，晶圆产线对刻蚀工艺的精度要求依然在提高，刻蚀设备在晶圆制造中仍占据相当的重要性，AMAT、泛林和东京电子三大厂家在薄膜沉积和刻蚀设备领域均具备垄断地位，且在马太效应之下继续趋于寡头垄断格局；
7、归功于领先优势、独特的产品和组合、产品的加速升级，AMAT将持续从提供解决方案中受益，AGS已成为占据公司营收 20%以上的重要部门，且已将很大一部分的AGS业务收入从按需服务转变为长期服务协议形式的订阅模式；
8、由于指引一般，AMAT短期可能震荡回调，但从长期来看，解决了零组件供应问题的AMAT，将在马太效应下的寡头垄断格局，近两年半导体设备投资额的增长，长期服务协议形式的订阅模式下稳定的现金流收入中受益。
作为半导体产业的基石，半导体设备是推动集成电路技术创新的引擎，通常半导体设备的研发需要领先半导体工艺 3-5 年。半导体设备的技术迭代带来设备更新换代的需求，同时，设备厂商的技术进步也进一步推动了半导体行业的发展。据Gartner，集成电路制造设备投资一般占总资本支出的70%-80%，且随着工艺制程的提升，设备投资占比也将相应提高。

晶圆制造设备在半导体设备总支出中占比最大。2020年全球半导体设备销售额同比增19.15%至约712亿美元，其中，前中道晶圆制造设备市场规模为 613亿美元，占比86.1%。前道制造三类主设备薄膜沉积设备、刻蚀机、光刻机为核心设备，技术难度最大，2020年这三类设备全球市场规模分别为161亿美元、128亿美元、122亿美元，占比分别为22.6%、18%、17.1%。


晶圆代工产能持续吃紧，大规模扩产之下，产业链上游半导体设备明显受益

在5G、IoT、AI、自动驾驶及数据中心伺服器等市场驱动下，叠加疫情加速全球数字化趋势，市场对半导体的需求激增，晶圆代工厂商纷纷扩产，半导体行业进入新一轮的上升周期，处于产业链上游的半导体设备，明显受益于此轮半导体超级周期。据SEMI，全球将在21、22年两年新建29座晶圆厂（21年增加19座，22年增加10座），并于23-24 年陆续投产。新晶圆厂落地后，必将大量采购相关半导体设备用于生产。因此，全球半导体设备投资额将保持高增长。另外，12月14日，SEMI发布《年终总半导体设备预测报告》，预计21年全球半导体设备销售总额将同比增44.7%至1030亿美元，创历史新高，相较此前预测的953亿美元上调了77亿美元，22年全球晶圆厂设备支出将扩大到1140亿美元，或将实现罕见的连续三年增长。


半导体设备市场被美日欧垄断，CR5≥65%，马太效应推动集中度不断提升

半导体设备是晶圆厂的底盘，而美系设备商约占Fab产线50%的份额（光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备等），AMAT、LAM、ASML、KLAC都是全球垄断级别的半导体设备巨头，在先进节点工艺上依旧无可替代。其中，作为全球最大的半导体设备商，AMAT在半导体超级周期的加持下，营收快速增长，营收增速实现V型反转。FY21应用材料净营收同比增34%至230.63亿美元；净利润同比增63%至58.88亿美元；摊薄后每股收益同比增63%至6.4美元。

截止21年12月17日收盘，应用材料年内涨幅为70.56%，大幅跑赢同期纳指100ETF(QQQ：23.12%)、标普500指数ETF(SPY：24.64%)及费城半导体指数(SOXX：36.98%)的涨幅。

作为全球平台型半导体设备龙头，AMAT致力于为客户提供从单体设备到解决方案的全品类服务。应用材料（AMAT）成立于 1967 年，总部位于美国加利福尼亚，1972年在纳斯达克上市，1992年公司营收达7.5亿美金，成为全球最大的半导体设备厂商，并一直保持至今。作为整体系统解决方案供应商，公司涵盖12类设备、10种工作平台以及11种解决方案，为客户提供从单体设备到解决方案的全品类服务。


持续高研发投入，保持行业领先地位

由于工艺制程的进步，客户和设备逐步减少，因此，半导体设备商必须尽可能利用好现有的设备模组，同时还要不断研发新的制程技术以绑定全球领先的晶圆代工厂商。AMAT在研发费用投入方面不遗余力，近十年（FY12-FY21）累计研发投入（每年研发费用率达 10%以上）达175.45亿美金，不断更新产品型号，以适应更复杂的晶圆加工要求，产品毛利率和净利率也得到了改善，呈稳步上升趋势。


提前的市场布局让AMAT抢占了产业转移的先机

一个优秀的半导体设备供应商，必须要有一个全球支持的系统，以随时响应客户需求，强化同市场的联系，拉动内生增长。跟随半导体产业三次转移的步伐，AMAT逐步完成了从美国到日本，从日本到欧洲、韩国、中国台湾、新加坡，再到中国大陆的全球化市场布局。其中，公司已连续多年成为台积电的最大半导体设备供应商。另外，在AMAT的核心市场中，2021年晶圆代工厂约60%的支出为晶圆生产设备的支出，预计未来几年内将继续保持当前水平甚至更高。


作为晶圆制造重要的制程环节，能否进入主流大厂的供应链，决定着半导体设备厂商的生死存亡，而AMAT常年在三星、台积电、英特尔等全球领先的IC制造商中占有相当的份额。在技术的不断演进过程中，仅有少数龙头IC制造厂能够承担技术演进带来的巨大资本支出并赶上技术量产的时程，半导体设备商也是如此。据VLSI Research，半导体设备厂商研发12寸晶圆线制造技术和设备模组的过程耗时极久，研发费用达8寸晶圆线的9倍，投资回收周期所需时间更长。尽管12寸晶圆面积约为8寸的2.25倍，但设备售价却增加不到1倍，且随着12寸晶圆产线在良率、稳定性及生产率方面的逐步改善，1座12寸厂最后的产出，相当于同等规模8寸厂的4-5倍，设备需求却相对8寸减少。
注：空白表示占比低于10%

半导体系统部门是公司最核心的业务，也是公司营收的最主要来源

AMAT的三大主营业务分别为半导体系统、应用材料全球服务（AGS）、显示及相关市场。在刻蚀、薄膜沉积、离子注入、CMP、热处理以及检测等半导体设备领域中，AMAT都是行业中的佼佼者，且在PVD、离子注入和CMP等领域具有绝对垄断地位。

随着工艺制程的升级，浸没式光刻机受波长限制，14nm及以下的逻辑器件微观结构加工将通过薄膜沉积和等离子体刻蚀的工艺组合——“多重模板效应”来实现，使得相关设备的加工步骤设备增多，刻蚀设备和薄膜沉积设备逐步成为更关键且投资占比最高的半导体设备。

AMAT刻蚀和薄膜沉积设备领域占据垄断地位，未来市场空间增量较大

AMAT由薄膜沉积设备起家，经过几十年的发展，2018年，公司的薄膜沉积产品占全球PVD（物理气相沉积）和CVD（化学气相沉积）设备市场份额分别为85%和30%。

作为前道制造三大主设备之一，薄膜沉积设备在晶圆产线各类设备中的价值占比稳定在20%以上，未来市场空间增量较大。据Maximize Market Research，20 年全球薄膜沉积设备市场规模约为 172 亿美元，CAGR达11.2%。未来，随着集成电路制造业产能扩张、产品升级和工艺制程节点的突破，薄膜沉积设备市场规模将迎来高速增长期，25 年市场规模有望达到 340 亿美元，7年CAGR为11.9%。
由于不同沉积设备技术差异较大，在子类别中存在明显的市场格局的差异，因此，市场上呈现多家供应商共存的局面，每家供应商都有其擅长的技术领域。PVD 和 CVD 是主要的薄膜设备，基于 CVD 发展的ALD 是产业技术发展趋势。其中，CVD 市场为AMAT、泛林半导体和东京电子三大寡头垄断，PVD 市场是AMAT一家独大，市占率长期占据约 80%以上，ALD 市场则东京电子和 ASM 两家公司占比最高。

AMAT、泛林和东京电子三大厂家在薄膜沉积和刻蚀设备领域均具备垄断地位，且在马太效应之下继续趋于寡头垄断格局。薄膜沉积可视为刻蚀的逆过程，且同样应用等离子体技术，因此，沉积和刻蚀技术存在一些技术交集，沉积和刻蚀设备也多出自同一批厂商。据 Gartner，全球刻蚀领域三大巨头分别为 Lam Research（拉姆研究）、TEL和AMAT，合计市占率超90%。
刻蚀设备市场超过 130 亿美元，是晶圆设备占比第二高的市场。2011 年以来，刻蚀在晶圆设备的占比从11%逐渐提升到 20%左右。2020 年全球刻蚀设备市场规模为 136.9 亿美元，2022 年有望达到 183.9 亿美元。

通过多重刻蚀的方式，除了提高光刻机精度以外，还可以实现更小关键制程的器件制造。在 EUV 光刻机商用之前，晶圆制造厂采用多重刻蚀的方式将芯片制程缩小到 7nm，远小于浸没式 DUV 光刻机的最小分辨率，刻蚀设备的市场价值占比也逐年提升；在阿斯麦推出EUV光刻机后，先进制程的制造效率得到了提升，多重刻蚀的使用也相对减少，刻蚀设备价值占比继续提升的可能性不大，但晶圆产线对刻蚀工艺的精度要求依然在提高，因此刻蚀设备在晶圆制造中仍占据相当的重要性。
归功于领先优势、独特的产品和组合、产品的加速升级，AMAT将持续从提供解决方案中受益。全球服务部门主要提供一系列提高晶圆厂效率的解决方案以及软件服务。基于“设备制造商比客户更了解客户需求”的理念，AMAT在1987 年革命性地推出了第一款单晶圆-多反应腔平台 Applied Precision 5000 平台，并在随后的时间里不断收集客户面临的问题，研发特定设备，提供相应的解决方案，以帮助客户提效降本。如今，AGS已成为占据公司营收 20%以上的重要部门。基于AMAT强大的产品路线图以及深入的客户接触，FY21 AGS（应用材料全球服务）营收同比增20.6%至50.13亿美元。实际上，AGS 在FY21Q4有超过 43.3 亿美元的积压订单。其中有 72% 是期限为 1- 3 年的订阅业务，而65% 的新订阅预订是多年期。

当前，AMAT已将很大一部分的AGS业务收入从按需服务转变为长期服务协议形式的订阅模式。此前，三季度公司60%的经常性收入便来自订阅，并计划在24年达到70%。2020 年公司拥有 1.4 W台机台的服务订阅量（subscription），超过 0.4W台连接到AMAT服务器上。目前，公司装机超过4W台机台，并拥有近1.5W台受长期服务协议覆盖的机台的服务订阅量，同比增12%。订阅模式下的客户价值主要看两个方面：续订率和协议期限。AMAT的续订率约为90%；而公司签订的平均协议期限从20年底的1.9年增至如今的2.3年。
在此前的财报电话会议中，AMAT表示，市场需求依旧强劲，产能也不是问题，如果没有部分零组件供应的限制，公司FY21Q4的销售额本应能增加3亿美元，而这种限制或将持续影响2022财年的业绩。AMAT的设备涉及数千个零组件，公司正在密切跟踪其中约100个零组件的供应情况，预计FY22，供应问题将逐季好转。
展望未来，因芯片短缺导致供应链放缓，AMAT预计FY22Q1净营收在59.1-64.1亿美元之间，低于预期的64.6亿美元。Non-GAAP摊薄后每股收益预计在1.78-1.92美元之间。其中，半导体系统收入约为44.6亿美元，同比增25.5%；AGS收入约为13.3亿美元，同比增15.2%；显示及相关市场达3.5亿美元左右，同比降14.8%。
由于指引一般，AMAT短期可能震荡回调，但从长期来看，解决了零组件供应问题的AMAT，将在马太效应下的寡头垄断格局，近两年半导体设备投资额的增长，长期服务协议形式的订阅模式下稳定的现金流收入中受益。