集微咨询：研发与利润：揭开半导体设备供应商的“财富密码”

集微咨询（JW insights）分析认为：

- 全球顶尖的半导体设备供应商基本和营收排名前10名的半导体企业（IDM和Fabless）在研发/营收占比上齐头并进，均维持在14.5%左右；

- 半导体设备供应商的研发占比下降有风向标的意义，2019年的全球半导体产业总营收下滑是典型案例；

- 综合过去五年数据，只有ASML和KLA基本能保持年均两位数的研发投入增长率，仅从研发/营收占比这个数据上看，两家企业也同样领先同行；

- 后道设备商的总的研发投入增长度低于前端设备商，净收益起伏波动大。

在全球半导体的历史上，从未有哪个时刻如当今这般赋予设备领域的增速有如此多的附加意义。每个产品线工艺节点的市场规模和应用场景，代工厂的订单量和交付时间，甚至缺货和产能过剩在极短时间范围内的微妙转换，都和每个月、每个季度的设备的出货量息息相关。风潮之下，甚至二手设备市场也充当了某种程度的产能指示灯。按照世界半导体行业协会（SEMI）7月份的计算模型，全球原始设备制造商的销售额预计将在几年同比增长34%至953亿美元（去年为711亿美元），预计明年将超过1000亿美元，创下新高。

集微咨询（JW insights）认为，检寻全球领先的半导体设备企业研发状况，从上游端“俯视”整个半导体产业链，有助于增进我们对产能和市场需求的理解。

本文选取全球领先的四家WFE晶圆制造前道设备供应商ASML、应用材料（以下简称为AMAT）、泛林科技（以下简称为Lam）和科磊（以下简称为KLA），以及后道检测设备的龙头企业泰瑞达和爱德万作为对比，对其研发状况、营收和毛利率逐一分析，初步评估设备领域和整个半导体产业走势和动态的相关性。

需要说明的是，由于这几家最有代表性的半导体设备企业的自然年和财年的时间跨度互有差异，本文不再对其做特别区分，也不对选取的时间跨度（2016年-2020年）区间内的动态汇率做加权换算（比如ASML财报采用欧元计算，爱德万则是日元），出于客观性考虑，只强调和突出纵向的研发投入增长率和占比，且本文所有有关研发支出、研发支出/营收占比、净收入（net income）的数据均来自企业公开财报，数据的可靠性可以得到有效保障。

根据全球半导体知名分析机构IC Insights的数据，全球半导体企业的总研发支出在2020年创下历史最高的684亿美元，今年有望继续以4.7%的年增率增至714亿美元，这个数字差不多等同于2020年全球半导体设备的总销售额，该报告还指出了半导体行业研发总支出和销售额的正相关联，比如研发支出占全球行业销售额的百分比从2019年的14.6%下滑至 2020 年的14.2%，当时全球半导体总研发支出下降了1%，半导体行业总收入下降了12%。

然而，如果拉长足够长的时间段，这个研发占比与整个半导体行业销售额的关系则显得比较复杂，多数情况下，较低的研发与销售比率更多地与总收入增长的力量有关，而未必能代表半导体供应商的研发支出呈疲软态势。

根据各家企业公布的公开财报的数据，我们把这几家头部半导体设备公司的研发占比、研发总投入增长率、以及净收益（net income）做图如下：

我们可以从图中总结出如下现象：

一，2020年全球半导体前10名的研发/销售比率（包含所有IDM和Fabless企业）为14.5%，而2019年为 15.0%，所以总体来看，设备供应商基本和这些前10名的企业在这个数据上大体上齐头并进，没有明显的差异；

二，半导体设备供应商的研发占比下降有风向标的意义，在2019年全球半导体企业研发占比反常性下降之前（1970年来该现象只发生过四次），2018年设备商就已经集体性出现下降，无论是偏重前端WFE设备的4家企业还是主打后道检测的两家企业，研发/营收占比都有不同程度的下降，反映出了从上游到下游传递的时间差；所以说，无论从研发支出占比，还是从净收益上看，2019年全球半导体都处于一个相对的低潮期；

三，综合过去五年数据，只有ASML和KLA基本能保持年均两位数的研发投入增长率，仅从研发/营收占比这个数据上看，两家企业也同样领先同行。

值得注意的是，在自己的核心竞争力领域，ASML和KLA有着相当高的市场份额（前者EUV超过80%，后者过程控制接近70%）且近乎于垄断。ASML首席财务官兼执行副总裁Roger Dassen在4月底的财报会议中透露，该季度ASML共交付了9套EUV光刻机系统，并从7套系统中获得了11亿欧元，约占光刻系统销售额的36%；各大晶圆厂在前沿节点制造工艺以及领先的设计公司的制程方面进行比拼，推高了ASML的研发动力，Roger Dassen还预计2021年公司的研发费用将占营收的14%-15%，这也是该公司近五年的一个平均值。

按照知名半导体分析机构Gartner的WFE市场概览，KLA占晶圆制造环节检测设备市场58%的销售额份额，并且在前道检测多数环节的销售额市占率超40%。目前半导体行业几乎所有的5纳米光罩都由KLA的检测系统检测。KLA的下一代基于电子束的掩模检测平台已开始为3纳米及以下应用提供客户资格。

KLA的重要客户三星的主要资本支出将重点砸向新架构的GAA和3D结构，需要新材料的高性能、更复杂的光罩和复杂的工艺步骤。KLA的过程控制和良率检测在很大程度上是终端市场半导体制造的先决条件。该企业的营收占比中的两大客户分别是台积电和三星，均超过了10%，这两家的逻辑代工和存储的产能扩充成为上游半导体设备市场蓬勃发展的关键所在，这就是为何KLA能在2019年这个低谷期依然保持相对强势的原因，即维持住了过程良率控制（metrology）近乎“赢者通吃”局面。

四、后道设备商的总的研发投入度低于前端设备商，净收益起伏波动大。ASML、应用材料、泛林和KLA五年来研发总投入分别增长200%、145%、154%、179%，相比之下爱德万和泰瑞达均增长130%左右，即便如此，后两者的净收益5年内分别增长了800%和490%。主要原因是后两者的主打业务是 SoC 测试系统和分选机，技术演进路径相对稳定，所需的耗材演化周期长，很显然，和前道工艺相比，并不突出的研发总投入和占比率就可以取得相当不错的财务业绩。

余论

半导体设备供应商过去五年来虽然研发投入占比总体相当稳定，起伏不大，但净利润均有不同程度的起伏，2019年前后出现了零增长和大面积的负增长，究其原因，有一点不可忽视，即受到了存储类芯片的生产周期的影响。ASML 2020年营收的逻辑芯片类占比为52.8%，而这个数字在2016年为34%，存储芯片（包括NAND和DRAM）设备供应从2016年的高达42%跌至2020年的31%，是众多设备类供应商中受存储产业周期相对最小的一个，而应用材料、泛林和KLA的营收占比中，存储类芯片的营收均超过40%，而这几家企业，2018-2019年存储类利润率均超过150%的同比下跌，这也可以解释，为何在研发占比增长甚至恒定的情况下，利润率依然会出现较大起伏。（萨米）

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