近日，美国商务部公布对华半导体出口管制最终规则，计划阻止美国芯片公司向中国出口先进的AI芯片，这就意味着美国对我国算力发展的进一步遏制，发展国产芯片势在必行。在大国芯片博弈下，半导体再次站上风口浪尖。
半导体自首次被发现至今已经100余年，从20世纪中后期开始快速发展，到2022年全球半导体市场规模已达5735亿美元。那么，半导体是如何发展起来的？我国国产替代化进程如何？有哪些投资机会？
一、 半导体是如何诞生的？
半导体的发现可以追溯到1833年，被誉为“电学之父”的英国物理学家法拉第在实验中发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，即电阻随着温度上升而降低，半导体特性被首次发现。
在之后的五十年里，光生伏特效应、光电导效应、整流效应也相继被欧洲科学家发现，这便是半导体的四大特性，而总结出半导体四大特性的工作一直到1947年才由贝尔实验室完成，也是这一年，锗材料晶体管诞生，半导体材料真正登上历史舞台。
二、 半导体是如何发展起来的？当前国产替代化进程如何？
从2015年开始，智能手机处于快速渗透期，消费电子需求旺盛，叠加后期5G终端规模不断扩大、数据中心需求增加等因素，全球半导体市场蓬勃发展。
据世界半导体贸易统计协会（WSTS）数据，全球半导体行业市场规模从2015年的3353.75亿美元提升至2022年的5740.84亿美元，复合年均增长率（CAGR）为7.98%。
图：全球半导体产业规模（亿美元）
数据来源：世界半导体贸易统计协会，2015-2022年
同时，随着新能源车、光伏逆变器、5G基站、PD快充等应用领域不断发展，对半导体材料性能的要求逐渐增加，当前第三代半导体材料逐步受到应用领域的重视，市场发展空间广阔。
纵观全球半导体产业的发展历程，经历了由美国向日本、韩国、中国台湾地区以及中国大陆的几轮产业转移。我国半导体行业市场规模从2017年的554.18亿美元增长至2022年的2745.15亿美元，约占全球半导体行业市场规模二分之一。
来源：智研咨询，2017-2022年
近年来，我国逐步深化芯片自给，首先对国产模拟芯片、国产射频芯片、国产存储芯片和国产CMOS芯片进行倾斜采购，其次国内芯片企业转移代工链，直接带动国产晶圆厂和封测厂的加速发展。
此外，我国还在努力实现针对刻蚀等美系技术的替代，国产替代目前处在放量阶段，半导体板块将在细分板块具备分化的成长性。我国半导体将在尽可能内循环的基础上依赖外循环，实现双循环体系。
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三、 费城半导体指数是什么？如何判断全球半导体行业景气度？
说到半导体，绕不开“全球半导体产业晴雨表”——费城半导体指数。
费城半导体指数由美国费城证券交易所在1993年创立，囊括了全球芯片产业链上核心的30家龙头代表性企业，代表了全球半导体行业的景气度。该指数每个成份股的权重根据其市值和流通股数确定，较大的成份股在指数中影响更大，指数每年调整一次，一般在9-10月，每次调整的成份股数量在2-4个。由于费城半导体指数涵盖了半导体上游（设计环节）、中游（集成电路制造、晶圆制造）、下游（集成电路封装测试、模组）和销售等整个产业链，因此受到投资者的高度关注。
从全球半导体出货量来看，一个完整的半导体周期的持续长度为平均40个月左右。
图：全球半导体出货量趋势
数据来源：Bloomberg，WSTS，西南证券整理，1989-2029年
通过比较费城半导体指数股价的历史表现与全球半导体订单市场规模，可以看出该指数与半导体行业呈现较高的关联度。当该指数处于高位时，表明半导体行业基本面强劲，经济处于持续增长状态；而当指数下跌时，预示着行业处于收缩状态，经济增长将持平甚至下降，市场或面临调整。
数据来源：iFinD，2009.06.15-2023.10.19
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目前来说，半导体行业正处于周期转折的关键期，随着半导体企业去库存的行动持续推进，2023年末困扰行业的高库存问题或将得到有效缓解。同时，AI模型的参数量和复杂程度不断增长，算力基础设施愈发重要，加上美国对AI算力的封锁，国产替代化迫在眉睫，投资者可密切关注相关领域，选择合适的时机入场。
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