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中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期

日期:05-21 10:40 来源:互联网 编辑 : 小狐 阅读人数:116

摘要中芯国际为国内晶圆代工龙头厂商,市占率全球第五。公司具有稳定量产能力,公司产品涵盖逻辑电路、MCU、射频、储存等多个领域,公司深耕研发推动工艺进步,制程技术涵盖0.35um至14nm,其中成熟制程

摘要

中芯国际为国内晶圆代工龙头厂商,市占率全球第五。公司具有稳定量产能力,公司产品涵盖逻辑电路、MCU、射频、储存等多个领域,公司深耕研发推动工艺进步,制程技术涵盖0.35um至14nm,其中成熟制程良率优异,先进制程14nm顺利量产并贡献营收。

2019年中芯国际14nm Fin FET正式量产,爬坡速度快于预期,先进制程节点有望取得更好的竞争地位。14nm市场需求景气向上,带来更广阔市场空间。同时,由于突破Fin FET工艺,“N+1”“N+2”代先进工艺推进有望超出预期,中芯国际在先进制程节点不断突破,缩小与国际先进大厂的差距,有望成为二线厂商前列。成熟制程在5G周期的带动下,维持较高景气度和产能利用率,28nm盈利能力改善,毛利率有提升趋势,部分抵消Fin FET折旧带来的影响。

长期而言,公司是除台积电、英特尔、三星以外全球唯一一家追赶先进制程的晶圆代工厂,也是国内稀缺标的。随着国家战略导向下半导体政策密集颁布,产业基金加速投资,同时本土IC设计企业快速发展,晶圆代工市场供需不平衡,公司有望迎来发展黄金时期。公司拟于科创板上市,为长期发展资金储备。公司持续高CAPEX投资,未来前景向好。

我们预计中芯国际2020/2021的EPS为0.055/0.045美金,目标P/B为2.2X我们看好大陆半导体产业链转移给公司带来的机会,同时公司在逐渐缩小先进工艺制程上与国际领先公司的差距,看好中芯国际中长期发展,给予“买入”评级。

正文

一、政策扶持,需求崛起,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期

政策密集颁布,产业基金持续投资

政策密集颁布,各地方大力发展集成电路产业。2014年,工业和信息部、发展改革委、科技部、等多部门联合发布的《国家集成电路产业发展推进纲要》中,明确了我国集成电路的发展目标。2015年,发布的《中国制造2025》中提出中国芯片自给率要在2020年达到40%,2025年达到70%。此外《国家集成电路产业发展推进纲要》《集成电路产业“十三五”发展规划》等国家级政策相继颁布。从地方看,长三角、京津冀、珠三角、中西部等地区均出台产业政策,打造集成电路产业集群。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图1)

大基金一期重点投资制造环节,二期蓄势待发。二期国家大基金一期于2014年由工信部和发起和设立,总计投资超过1400亿,投向约70个项目,其中集成电路制造占67%,设计占17%,封测占10%,装备材料类占6%,撬动地方及社会资金5000多亿,目前一期已进入回收期。国家大基金二期于2019年10月成立,注册资金2041.5亿,二期资金预计向刻蚀机、薄膜设备、设备和清洗设备等半导体设备和材料领域倾斜。预计二期规模将超过一期,制造环节仍为二期的主要投资方向,相关公司有望持续受益。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图2)

本土晶圆代工市场快速成长,供给需求严重不匹配

全球和中国半导体市场处于从低谷爬升阶段,WSTS预估今年重回增长。根据全球半导体贸易统计协会(WSTS)数据,2018年全球半导体额为4687.8亿美元,同比增长13.7%。2019年,全球固态存储、智能需求增长放缓,产品库存高企,导致全球半导体需求市场下滑,同时全球贸易摩擦升温,半导体市场收到较大冲击。根据Gartner预测,2019年全球半导体收入预计为4290亿美元,同比2018年的4750亿美元下滑9.6%。WSTS预计,预估数据中心用设备投资回复、5G 导入带动各种服务扩大,以及车辆持续电子化,叠加贸易摩擦暂时缓和,预估2020年全球半导体额有望重回增长,预估将同比2018年增加5.4%。

分季度看,全球半导体市场于2019Q1开始进入负增长,Q2和Q3下滑加速,Q4开始有所回暖。分区域看,中国半导体市场基本与中国以外周期同步,但表现较优,市场基本在2019Q2-Q3达到低谷,Q4开始回暖。我们看好今年半导体市场进一步回暖,拉动产业链中游晶圆制造(含IDM和Foundry)需求。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图3)

从产业链看,半导体产业,尤其是IC产业拥有严格的上下游分工。从上游至下游分别是:芯片设计、芯片制造、芯片封装、零部件整机以及支持性行业(半导体设备、半导体材料、IP和EDA)其经营模式主要分为两种:垂直整合(IDM)模式和垂直分工模式。IDM模式即一家公司完全承担设计+制造+封装,其优势是内部资源整合、不存在工艺对接问题、整体利润率较高,缺点是投资规模大和市场反应慢。垂直分工模式即有芯片设计公司设计,将晶圆制造和封装外包,由此衍生出Fabless、Foundry和OSAT等专业度较高的公司,如高通(Fabless)台积电(Foundry)和日月光(OSAT)

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图4)

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图5)

全球纯晶圆代工市场快速增长。根据IC Insight,2015年全球纯晶圆代工市场规模约362亿美元,至2018 年达576亿美元,同比2017年增长5%,2015-2018年CAGR=8.1%。其中,2015年我国纯晶圆代工市场规模约43.3亿美元,至2018年达106.9亿美元,CAGR=35.2%,复合增速远高于全球水平。

中国纯晶圆代工厂额大幅增长,推动全球纯晶圆代工市场增长,产业向中国专业趋势明显。2017年,中国纯晶圆代工厂的额增长30%,达76亿美元,而当年全球纯晶圆代工市场仅增长9%。2018年,中国的纯晶圆代工厂额大增41%,高出2017年全球晶圆代工市场总额增长7倍,由此,中国在2018年纯晶圆代工市场市占率扩大5 pct,达19%。而美国和晶圆制造产业小幅下滑,晶圆制造产业逐步向中国大陆转移。随着中国在纯晶圆代工市场份额迅速增加,外资纯晶圆代工厂计划在中国建厂或扩产,前七大纯晶圆代工厂都计划增加在中国的产量,包括台积电、格芯(Global Foundries)联电(UMC)PowerChip和Tower Jazz五家非中国大陆Foundry。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图6)

本土IC设计公司兴起,晶圆代工需求外溢。2018年中国IC设计产值达2519亿元,同比增长21.46%。国内IC设计产业受益于下游通讯、消费电子、计算机、多媒体等需求的增长(分别占比40.6%、24.0%、14.0%和7.3%)过去几年一直保持20%以上的成长速度。分地区看,根据IC Insights,中国IC设计全球市场份额达到了16%,而IDM和整体IC市场份额占比很低,造成了大量IC设计公司的晶圆代工需求外溢。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图7)

本土晶圆代工能力与IC设计公司晶圆代工需求严重不匹配。以2017年为例,国内晶圆制造产值760亿中约320亿由IDM模式创造,其中大部分为诸如SK海力士、Intel、TI等外资IDM厂商,本土IDM厂商占比很小(全球市占率约1%)中国晶圆代工需求中,又有16%需求被台积电等厂商满足,留给本土代工厂中芯国际、华虹、华润上华、华力微、武汉新芯和上海先进等的代工需求约370亿。然而,本土晶圆代工厂有近一半产值由为外资IC设计公司代工获得,因此实际满足本土IC设计公司代工需求的能力非常有限。

本土晶圆代工缺口不断扩大,本土晶圆代工厂替代空间和发展空间巨大。2013年中国本土晶圆代工规模248亿元,其中46%为本土IC设计公司服务,2013年中国IC设计公司对晶圆代工需求323亿,本土晶圆代工缺口65%。2017年中国本土晶圆代工规模370亿元,其中51%为本土IC设计公司服务,2017年中国IC设计公司对晶圆代工需求481亿,本土晶圆代工缺口72%。随着中国晶圆制造产业的不断扩大,和IC设计公司快速兴起,本土晶圆代工缺口预计继续扩大,这对于本土晶圆代工厂如中芯国际、华虹等是巨大的发展机会。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图8)

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图9)

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图10)

中国大陆新建的8英寸晶圆厂数量小于12英寸,多数8英寸晶圆厂已经运行多年,部分新建/扩建项目将在未来2-3年内陆续投产。相关的企业有华虹宏力、台积电、和舰科技、上海先进等专业代工厂,也有士兰微、华润微电子、燕东微电子等国内IDM企业,产品主要涉及MEMS、IGBT、电源IC等产品。

预计12英寸晶圆厂产能将持续增加,以满足市场对逻辑器件、存储器件的代工需求,8英寸晶圆厂由于成熟制程需求强劲,在现有存量基础上继续升级和扩建,但占比下降。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图11)

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图12)

晶圆代工产业集中度高,先进制程资金壁垒高企

全球晶圆代工产业集中在度较高,CR6达到91%,台积电一家独大。其中,台积电凭借领先的技术在全球占据59%的市场份额,其在中国同样占据了56%的市场份额,一家独大。此外,格芯、电、中芯国际、力晶等在全球也占有较高的市场份额。从中国市场看,除台积电外,中芯国际占有18%份额,其后华虹半导体、联华电子、格芯和武汉新芯等均占有较高市场份额,CR6达到96%。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图13)

考虑三星部分对外晶圆代工业务,截至2019Q3,前十晶圆代工厂营收如下表所示,2019Q3行业景气度处于低谷,除台积电和三星外,营收同比均出现下滑,头部效应明显。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图14)

就技术竞争而言,台湾厂商、美系厂商领先,大陆厂商处于追赶阶段。台积电处于最领先位置,其2018年率先量产7nm工艺(7nm实现93亿美元)并且长期与苹果、华为等厂商合作。5nm于2020H1量产,并应用于苹果新一代A14处理器。三星也于2018H2宣布量产7nm制程,可能于今年继台积电之后量产5nm。从10nm开始,越是成熟的制程,晶圆代工参与者越多,国内中芯国际的最先进技术节点处于14nm/12nmFin FET。

先进制程设计成本不断上升,仅少数厂商能负担得起转向高级节点的费用。根据Gartner,16nm /14nm芯片的平均IC设计成本约为8000万美元,而28nm体硅制程器件约为3000万美元,设计7nm芯片则需要2.71亿美元。IBS的数据显示:28nm体硅器件的设计成本大致在5130万美元左右,而7nm芯片需要2.98亿美元。对于多数客户而言,转向16nm/14nm的Fin FET制程非常昂贵。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图15)

就单位芯片成本而言,制程提升,晶圆制造成本显著爬升。根据IBS,90nm晶圆制造成本约3000美元,32/28nm晶圆制造成本约6000美元,而14nm晶圆制造成本急剧增加至16000美元,制程提升,晶圆制造成本显著爬升,这给IDM厂商和晶圆代工厂商带来了巨大的资本投入压力。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图16)

虽然高端市场会被5nm 、7nm、10nm以及14nm/16nm工艺占据,但40nm、28nm等并不会退出。如28nm~16nm工艺现在仍然是台积电营收的重要组成部分,其在中国大陆建设的代工厂以16nm为主。28nm优势明显,将保持较长生命周期,一方面,相较于40nm及更早期制程,28nm工艺在频率调节、功耗控制、散热和尺寸压缩方面具有明显优势。另一方面,由于16nm/14nm及更先进制程采用Fin FET技术,维持高参数良率以及低缺陷密度难度加大,每个逻辑闸的成本都要高于28nm制程。目前,业内的28nm制程主要由台积电、GF(格芯)联电、三星、中芯国际、华力微电子(华虹半导体旗下)等几家掌握。

先进制程成为国际大厂营收增长主要驱动力,国产晶圆代工步入14nm。14nm制程主要用于中高端AP/SoC、GPU、矿机ASIC、FPGA、汽车半导体等制造。对于各厂商而言,该制程是收入的主要,对于英特尔,14nm是其目前的主要制程工艺,持续的14nm制程与台积电10nm大致同级,并且10nm也已顺利量产,预计2021年之后推出7nm。台积电则专注于20nm-7nm,其先进制程为其近年来营收的主要驱动力。三星于2015年宣布正式量产14nm Fin FET制程,先后为苹果和高通代工高端手机处理器,其14nm产能市占率仅次于英特尔和台积电,其10nm、7nm制程均已量产,但明显滞后于台积电,使得苹果、华为、AMD、英伟达的7nm制程大客户订单转移至台积电。中国大陆本土的晶圆代工厂方面,中芯国际14nm芯片已经进入准备接单,华虹正在14nm制程技术,距离量产时间不远。

1.4 下游市场需求持续增长,结构上向先进制程转移

根据IHS Markit,全球晶圆代工需求将持续增长,到2021年达到754亿美元,2016-2021年CAGR=9.1%。从制程需求来看,先进制程(一般指小于28nm)快速增长,预计从2015年的147亿美元增长至2021年的422亿美元,CAGR=19%,而成熟制程(一般指大于28nm)需求基本维持不变,约330亿美元左右。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图17)

二、中芯国际,大陆优质Foundry龙头,积极追赶一流梯队

大陆稀缺标的,深耕技术稳居国内Foundry龙头

中芯国际是大陆Foundry龙头,市占率全球前五。公司主营晶圆代工业务,同时具备8吋及12吋生产能力,产品覆盖全面,拥有逻辑、MCU、RF、嵌入式闪存、CIS、MEMS等量产能力,公司深耕研发推动工艺进步,制程技术涵盖0.35um至14nm,其中成熟制程良率优异,先进制程14nm顺利量产并贡献营收。中芯国际作为国内代工龙头,其技术水准始终处于大陆前沿并正在追赶国际一流梯队,公司28nm HKC+与14nm Fin FET分别于2018年、2019年在大陆率先实现量产,第二代Fin FET工艺也已进入客户导入阶段。根据2020年第一季度营收数据,中芯国际收入约8.48亿美元,全球市占率4.7%,位列第五。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图18)

晶圆代工是半导体产业链关键环节,与前道设计,后道封测共同构成芯片完整生产过程。其中芯片设计是通过指令集从理论上定义芯片寄存器级的逻辑设计与物理设计,最终形成验证通过的电路板图;晶圆制造则基于电路版图通过抛光、镀膜、光刻、电镀、再抛光等一系列工序在晶片上加工制作出相应电路结构,以实现特定电性功能,其采用的纳米工艺制程将决定芯片的性能指标;封测环节利用金属导线或电性树脂将晶片焊接点与基板引脚相连实现芯片与外界的电性互连,并用外壳将晶圆整体封装并进行最终的成品,制成满足特定功能的独立芯片。

晶圆代工行业中,台湾处于领先地位,其中台积电是全球Foundry龙头,其7nm制程已经成熟,5nm工艺即将量产,凭借技术优势,台积电市场份额接近50%,大陆以中芯国际为最高水准代表,虽起步晚于海外但近年发展迅速,目前14nm工艺已经量产,先进工艺研发与业务进展顺利,14nm Fin FET良率稳定爬坡,预计年底达产1.5万片/月,同时N+1代工艺预计在年底有限量产。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图19)

国资背景雄厚,产能布局科学

中芯国际由张汝京先生创办于2000年,2001年进入阶段。2002年公司上海8英寸晶圆厂投产,同年0.18微米逻辑制程通过验证并实现量产。2004年于纽约证券交易所和香港联合交易所同时上市。上市之后公司在成熟制程领域快速发展,2006年90nm制程量产,2008年45nm芯片成功验证,2009年65nm量产,2011年55nm量产。2012年公司40nm首次量产,同时公司与IBM展开合作,正式拉开28nm及以下先进制程的发展帷幕,2015年28nm量产,同时获得国家大基金投资。2016年收购欧洲LFoundry切入汽车电子赛道,同年扩建上海12寸产线,着手打造公司首条14nm产线。2018年公司成功研发28nm HKC+工艺,2019年14nm Fin FET实现量产并于第四季度贡献营收。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图20)

中芯国际前三大股东均为国资背景,合计持股约40%。截止2019年12月31日,中芯国际前两大股东依次为大唐电信、国家集成电路产业投资基金,持股占比分别为17.0%、15.76%。其中大唐电信是中国电信科学技术研究院全资控股的中央企业,国家集成电路产业投资基金则是由政府成立专用于扶持国内优质半导体企业的投资主体。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图21)

公司产能布局合理,依托北上天深四大生产基地辐射全球。其中北京有两座12吋晶圆生产厂,制程分别为0.18um~55nm和40nm~28nm,目前实际月产能约当8吋分别约为117K和112.5K。上海有一座8吋厂和一座12吋厂,分别为0.35um~90nm制程和40nm~14nm制程,目前实际月产能约当8吋分别为115K和0.45K。深圳有一座8吋厂,制程为0.18um~0.13um,目前实际月产能为55K。天津基地用于8吋晶圆生产,制程为0.35um~0.15um,规划月产能60K,目前实际月产能约58K。中芯南方用于12吋先进制程生产,目标产能35K,目前产能9K。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图22)

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图23)

产品全面覆盖,工艺延伸至14nm先进制程

公司专注于晶圆代工,但同时具备掩膜制造、能力。公司业务涵盖全面,除晶圆代工以外,还设计、掩膜制造及等服务。晶圆代工是公司核心产业,营收占比约95%。公司同时具备8吋和12吋晶圆代工能力,两者收入基本相同,各贡献约50%的营收。从2019年的产品制程结构来看,0.15 / 0.18um占比最高,2019年为40%,55 / 65nm占比51%,40/45nm约为15%,其余节点28nm,90nm,0.11 / 13um,0.25 / 0.35 um较小,每个为2%-7%。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图24)

基于成熟制程到14nm Fin FET的逐步量产,公司产品涵盖逻辑电路、MCU、射频、储存等多个领域。其中,在逻辑电路领域,公司能够0.35um~14nm范围内的全部代工;MCU领域则能够55nm代工,且40nm制程代工已经进入研发阶段;射频领域能够40nm及以上制程代工服务,28nm制程代工正在研发中;NOR Flash领域65nm代工已经量产,55nm代工在2019Q4进入量产;NAND闪存领域38nm制程量产,24nm制程正在研发。此外,中芯国际还能够功率芯片、MEMS、CIS等多种芯片代工服务。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图25)

研发占比远高同业,积极追赶第一梯队

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图26)

公司研发投入占收入比重居于行业领先水平。公司成立较晚,目前仍处于依赖研发投入进行技术积累的发展期,若要实现对龙头的追赶,高比重研发资金投入必不可少。从公司公告可知,中芯国际目前已经掌握14nm Fin FET并实现量产,在整个行业中,14nm工艺仅落后最先进7nm工艺两代,在现阶段足以满足多数应用场景需求,在晶圆代工市场中具备足够竞争力。中芯国际坚持着眼未来继续加码研发投入,基于14nm制程技术储备攻克更先进工艺,努力追赶行业龙头。自2015年以来,公司研发占收入比重始终居于行业领先,2019年达到22%的历史高位。

依托高额研发实现技术积累,推动公司营收复合增长居于行业前列。2011年至2018年期间,中芯国际营收复合增长约14.3%,而同时期台积电CAGR约11.6%,联华电子CAGR约为2.2%,公司营收增长居行业前列。2011年中芯国际营收13.3亿美元,仅为联华电子的三分之一,台积电的十分之一,随后公司加码研发力度,迅速完成从40nm到14nm的技术跨越,基于不断扎实的技术积累,公司核心竞争力显著提升,带动营收快速增长,2018年公司收入达到34亿美元,为联合电子的四分之三,公司与行业领先梯队的差距正在逐渐缩小。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图27)

盈利能力与台积电仍有差距,但与联电等领先者差距明显缩小,部分指标已经反超。从毛利率来看,台积电优势明显,维持在50%附近,中芯国际毛利率虽有波动,但总体仍在攀升。2011年以前,联电毛利率始终高于中芯国际,2012年中芯国际毛利率实现对联电的反超。净利率方面,中芯国际同样实现对联电的反超,但较台积电仍有显著差距,2018年台积电净利率达到35.2%,而中芯国际仅为2.3%,联电则为1.8%。

高额研发引致后续折旧,中芯国际毛利率和净利率等盈利端有所承压。在晶圆代工行业,设备折旧年限一般 5-7年,中芯国际对8 英寸产线用6年折旧,12 英寸为7年。公司近年加快对先进工艺的技术攻坚,不可避免需要购置大量设备用于技术以及产线建设,因此折旧负担相对较重,盈利端也相应承压,这在晶圆代工领域属于普遍现象,但中芯国际由于资本支出及研发费用占营收比重更大,因此折旧压力也相应较高。

台积电拥有远高于同业的盈利能力,主要原因来自于三点:(1)7nm以下先进制程属于稀缺资源,在市场中议价能力极强,能够凭借先进工艺获得显著溢价;2)台积电折旧规则十分激进,计提折旧时限为5年,其10nm以上制程折旧计提接近完成,对盈利端负担将越来越小;3)在代工技术中,台积电始终走在行业前列,相同工艺台积电至少比同行多出1-2年量产经验,因此工艺更加成熟,并以此积累了大量优质客户,成为台积电获取高额利润的扎实基础。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图28)

三、推荐逻辑下游需求稳定增长,先进制程打开市场空间

3.1 Fin FET先进制程节点取得突破,打开广阔市场空间

3.1.1 14nm Fin FET正式量产,爬坡速度快于预期,先进制程节点有望取得更好的竞争地位

中芯国际14nm Fin FET工艺芯片正式量产,并于2019年第四季度开始贡献收入,四季度14nm收入占比1%。同时,12nm Fin FET进行风险试产,第二代Fin FET研发稳步推进,客户导入进展顺利。按规划达产后,中芯南方厂将建成两条月产能均为3.5万片的集成电路先进生产线。

2019年第四季度14纳米Fin FET从阶段转入生产阶段,并开始贡献收入,四季度贡献总收入比例的1%。相比于2015Q3,28nm量产的第一季度贡献总收入比例的0.1%,14nm产能爬坡快于预期,体现公司较高的产能及良率控制能力。2020年有望实现第一代Fin FET稳健上量、第二代Fin FET持续客户导入,Fin FET14/12制程将扩大目标市场,催化公司业绩增长。

目前14纳米应用包括高端消费产品,高性能计算,媒体应用,应用处理器,人工智能和汽车。大客户导入顺利,计划Fin FET制程将于2020年从3k/月扩产到15k/月,预计将为2020年贡献3.5%的收入。下一代 N+1 工艺与 14nm 相比,性能将有 20%的提升,功耗降低 57%, 逻辑面积缩小 63%,SoC 面积减少 55%,N+1 新平台已开始有客户导入。目前N+1和N+2的技术都是基于DUV,因此ASML EUV光刻机的延期供应并不会对公司造成影响。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图29)

随着联电和格罗方德的退出,中芯国际在14nm以下先进制程节点,将面临更少的竞争者。当前全球晶圆制造市场可分为三个梯队:第一梯队为台积电、Intel、三星,拥有先进制程和技术,并推动“一年一代”的先进制程研发。第二梯队为联华电子、中芯国际、格罗方德,处在追赶先进制程的过程中,并在成熟制程水平与第一梯队持平,取得了一定的市场份额。第三梯队为华虹半导体、Tower Jazz、力晶等,以稳定的成熟制程的生产能力,面向利基型市场,从而获得稳定的部分市场份额。

台积电各制程迭代周期稳定,引领全球最先进工艺。台积电为全球晶圆代工行业龙头,市场份额达到50%以上。从各个制程产品的收入占比可以看出,台积电各制程工艺的生命周期表现相当稳定,大概每2-3年就有新一代制程实现量产。随着新制程的推出,呈现出新制程产能爬坡时间越来越短,而制程间隔时间逐步拉长的趋势。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图30)

高性能先进制程产品具有旺盛市场需求。台积电2008年推出40nm工艺,40nm/45nm制程的产能占比从0提升到20%耗时9个季度;2011年推出28nm工艺,产能占比提升到20%耗时7个季度;16nm制程耗时5个季度;而10nm只耗时 3个季度。台积电各个制程从开始量产到20%以上高比例营收占时间越来越短。表明台积电对产品生命周期具有强大的把控能力,对良率和产能的控制也越来越强,同时也说明客户对于高性能、低功耗的先进制程产品的具有旺盛的需求。

工艺制程演进放缓,第二梯队具有追赶的可能性。45nm到28nm之间相隔9个季度,28nm到16nm之间相隔11个季度,16nm到 10nm之间相隔12个季度。由于摩尔定律逼近极限,先进制程的研发成本极其高昂,工艺研发的门槛越来越高,在芯片制程演进到一定程度时,对晶圆制造厂来说来说继续缩微处理器中的晶体管不再经济。龙头厂商工艺制程演进放缓,意味着第二梯队的厂商的制程工艺与国外领先的造芯技术之间的差距将会因时间的流逝而被缩小,也带给了中芯国际能够积极追赶龙头厂商的可能性。

联电聚焦28nm以上制程,退出14nm市场。联电和台积电并称“台湾晶圆双雄”台积电 0.13 微米制程之后,二者的差距逐渐拉大。目前,28nm、40/45nm是联电的重点业务版块。2018年,联电宣布退出12nm以下先进制程市场,一个原因为研发费用过于高昂,另外则是因为台积电、三星和英特尔在先进制程节点具有领先的技术优势,他们的市场需求也面临较大的不确定性。联电认为,28nm将是最具性价制程工艺,并将具有长期的生命周期,联电将在28nm市场争取更高的市场份额。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图31)

中芯国际始终坚持突破先进制程,处于积极追赶阶段。与行业龙头台积电相比较,中芯国际的产品生命周期并不是特别清晰。0.15-0.18微米的成熟制程一直都是中芯国际收入的主要贡献,近年来55/65nm,40/45nm占比放量,28nm先进制程的收入占比仍处于较低水平。但中芯国际始终坚持突破先进制程,坚定研发投入,具有明确的制程迭代路线图,以及强大的执行能力。14nm Fin FET已经开始取得收入,12nm也进入风险试产阶段,7nm的研发正在推进当中。

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尽管中芯国际与台积电和联电仍存在差距,但是差距正在缩小。从新的技术节点收入贡献的时间而言,中芯国际与联电在90nm的技术差距为9个季度,55 / 65nm为7个季度,在40nm为6个季度,28nm为5个季度。另一方面,中芯国际与台积电的差距为90nm的6个季度,55 / 65nm的10个季度,40 / 45nm的11个季度和28nm的15个季度,14nm相差15个季度,12nm相差12个季度,在先进制程方面的差距在缩小。在14nm以下先进制程市场,中芯国际有望获得更好的竞争地位。

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突破Fin FET工艺,12nm及7nm先进工艺推进有望超出预期

新团队集中力量突破Fin FET技术。中芯国际于2017年组建了新的团队,相继任命赵海军博士和梁孟松博士为公司的联合首席执行官及执行董事。梁孟松博士曾经在台积电和三星担任过关键职位,对于Fin FET有深入研究,新的团队致力于推进Fin FET制程的研发,缩短与国际先进水平的差距。

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14nm Fin FET是3D结构的第一个技术节点,28nm以上制程为2D平面结构,因此,Fin FET技术难度大,制程推进也更加缓慢。2017年以来,中芯国际的研发费用率从2015年的10.6%大幅提升到2018年16.6%,突破了Fin FET技术上的难题,与2019Q4实现14nm Fin FET量产。

随着半导体工艺不断微型化,催生了三维结构Fin FET工艺。在集成电路的内部,最小的功能单元是平面横向导电的MOS FET。其由三个电极:G栅极、D漏极和S源极组成。Gate栅极的宽度,也就是沟槽宽度或者线宽,也就是90nm、65nm、45nm、32nm、22nm等工艺制程所指代的几何尺寸。越先进的制程意味着越小的沟槽宽度,更好的性能以及更低的功耗。

随着半导体工艺不断的向着微型化发展,基于传统平面MOS FET结构的晶胞单元不断的缩小,漏、源的间距也不断的减小,G极下面的接触面积越来越小,G极的控制力就不断的减弱,带来不加栅极电压时漏源极的漏电流增加,导致器件的性能恶化,同时增加了静态的功耗。因此,半导体厂商采用新的结构,如三维结构,来增加G极面积,催生了Fin FET工艺。

Fin FET结构能够减少漏电流,并大幅缩减栅极宽度。Fin FET称为鳍式场效应晶体管(Fin Field-Effect Transistor)是由美籍华人科学家胡正明教授提出的,其中的Fin在构造上与鱼鳍非常相似,所以称为“鳍式”而FET的全名是“场效电晶体”传统晶体管结构是平面的,所以只能在闸门的一侧控制电路的接通与断开。但是在Fin FET架构中,闸门被设计成类似鱼鳍的叉状3D架构,可于电路的两侧控制电路的接通与断开。这种叉状3D架构不仅能改善电路控制和减少漏电流,同时让晶体管的闸长大幅度缩减。

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中芯国际第一代Fin FET工艺技术打造14nm芯片,已于2019年第四季度实现量产并已创收;12nm Fin FET是14nm的增强版本,已经开始客户导入,第二代Fin FET工艺从2019年开始进入客户导入阶段,有望在2020年实现有限生产。中芯国际在12nm和14nm的速度要快于其28nm HKC和PolySiON工艺,并进一步缩短了与国际先进制程的差距。

Fin FET结构在12nm、7nm以及5nm制程仍为主导工艺,中芯国际在14nmFin FET技术上取得突破,在12nm及 7nm工艺升级迭代将以更快的速度推进,并进一步推动公司未来的业绩增长。

3.1.3 14nm以下技术能够更好承接市场需求,带来更广阔的市场空间

中芯国际切入14nm市场,将带来潜在市场空间增长32%。28nm以下先进技术节点目前占晶圆制造市场的49%,主要以CPU、GPU、FPGA、/BP/SoC为主。晶圆制造的市场空间增长主要来自于先进制程。随着中芯国际Fi FET量产,将切入14nm市场,预计潜在市场空间将从2019年的405亿美元增长32%,到2020年达到534亿美元,到2021年将再增长8%。

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14nm芯片下游市场应用主要包括中端/BP/SoC,中端CPU、GPU等,随着智能手机和市场迎来增长,14nm下游需求景气度提升。

智能手机行业受益于通信技术和手机零部件的不断升级带来的历次换机潮,目前维持着稳定增长的趋势。随着5G时代的到来,2019年至2022年,全球智能手机年平均出货稳步增长至15亿台。5G产业链逐步成熟,5G手机成本下降,将提升5G手机渗透率,并开启新一轮换机周期。同时受益于全球经济增长和企业数字化转型的驱动,全球市场平稳增长。云计算和数据中心业务进一步推动市场向超大规模计算、云化和虚拟化转型。预计2020年,中国市场将重回增长轨道,2020-2022年出货量分别为345万,380万,400万台。在下游智能手机和的高景气度之下,14nm市场需求将保持较好的增长趋势。

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成熟制程下游需求维持高景气,28nm盈利能力改善

中芯国际在28nm以上成熟制程节点维持较高的景气度,产能利用率和盈利能力均得到提升,28nm制程的利润率也得到改善。2019年全年中芯国际的收入结构中,0.15 / 0.18um占比最高,2019年为40%,55 / 65nm占比51%,40/45nm约为15%,其余节点28nm,90nm,0.11 / 13um,0.25 / 0.35 um较小,每个为2%-7%。

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其中,28nm主要下游应用为低端手机应用处理器、机顶盒和电视芯片,40/45nm,/55/65nm主要下游应用Wi-Fi芯片,蓝牙,NFC,ZigBee,NB-IoT等,以及消费类电子产品如电视,机顶盒,游戏机,耳机和IoT等, 90nm以上的8吋厂主要生产模拟(电源IC)CIS(CMOS图像传感器)和指纹识别芯片等。

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3.2.1 28nm需求及良率改善,对利润的负向影响减小

中芯国际为国内第一家28nm制程代工企业,高通、海思、联芯为28nm最大客户。中芯国际是中国大陆第一家28nm先进工艺制程的纯晶圆代工企业,于2015年第三季度量产28纳米技术。中芯国际的28nm技术是业界主流技术,包含传统的多晶硅(PolySiON)和后闸极的高介电常数金属闸极(HKMG)制程。中芯国际28nm PolySiON主要客户为高通,生产低端手机应用处理器(AP)28nm HKC主要客户为华为海思,生产机顶盒和电视芯片,28nm HKC另一大客户为联芯科技(Leadcore)生产低端智能手机及消费级集成芯片(SoC)

28nm市场供大于求,台积电凭借成本及良率优势打价格战。28nm工艺制程主要应用于智能手机、平板电脑、电视、机顶盒和互联网等移动计算及消费电子产品领域。28nm制程过去为半导体制程技术突破的第一个分水岭,晶圆代工厂纷纷为28nm规划较多产能。在Fin FET结构出现后,大幅提升芯片性能,28nm失去原有性能优势,同时由于终端应用如智能手机、等高端运算效能需求,使AP、GPU、CPU、ASIC等芯片陆续往先进制程发展,28nm产品下游需求放缓。

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中芯国际在2018年28nm制程毛利面临较大压力,对整体利润有所拖累。中芯国际的28nm PolySiON从2015Q3开始量产,第二阶段HKMG制程从2017Q2开始量产,第三阶段是HKC制程在2018年实现量产。从28nm取得收入的爬坡情况来看,前六个季度40/45nm的增长速度接近,但慢于55/65nm增长速度。主要原因在于,中芯国际2018年投入量产HKC时,28nm Poly/SiON和HKMG都已经是对手的成熟制程。中芯国际在28nm制程上与台积电的差距为15个季度,而40/45nm则为11个季度,28nm制程与台积电的差距在拉大。中芯国际在28nm爬坡的过程中,台积电的28nm收入已经呈现下降趋势,市场需求增长放缓。

在中芯国际大幅提高28nm产能时,28nm市场已经供过于求。因此目前28nm产品的价格对中芯国际的压力非常大,导致这部分产品的产能爬坡过程给总体毛利率带来很大。2011-2013年,中芯国际导入40nm时期,公司的整体毛利率水平与产能利用率同步增长,40/45nm产能爬坡并未给公司利润造成较大影响。然而在2017-2018年,中芯国际导入第三阶段28nm HKC制程期间,尽管公司的产能利用率由2017Q3的83.9%提高到了2018Q3的94.7%,公司整体的毛利率却从2017Q3的23%下降到了2018Q3的20.5%,主要是受到28nm制程毛利率较低的拖累。

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3.2.2 40/45nm及55/G周期带动下,下游需求持续增长

40nm和55/65nm属于成熟制程,下游应用包括:Wi-Fi芯片,蓝牙,NFC,ZigBee,NB-IoT等,以及消费类电子产品如电视,机顶盒,游戏机,耳机和IoT等。中芯国际40nm和55 /65nm的主要客户包括Broadcom,HiSilicon,中兴微电子,Rockchip(瑞芯微)展讯,RDA(锐迪科)等。中芯国际还在其55/65nm上为GigaDevice(兆易创新)等客户生产Nor Flash。

Wi-Fi、蓝牙芯片:随着物联网的发展迎来较快增长

随着智能家居、智能支付终端、可穿戴设备等物联网领域的迅速发展,物联网无线通信芯片领域迎来了良好的发展时期,实现了较快的增长。Wi-Fi、蓝牙等成熟无线通信技术的不断完善与发展也将推动该细分行业的产品迭代升级,以满足下游设备厂商或解决方案商的需求。

Techno Systems Research 报告显示,使用 Wi-Fi 技术连接的物联网设备数量将从 2016 年的 27.37 亿台上升至 2018 年的 31.21 亿台,使用蓝牙技术连接的物联网设备数量将从 2016 年的 39.60 亿台上升至 2018 年的48.83 亿台,预计 2022 年使用 Wi-Fi 和蓝牙技术连接的物联网设备总计将达到110.36 亿台,下游设备数量的持续增长将为物联网无线通信芯片的发展强大支撑。

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Nor Flash:TWS耳机、汽车电子带动下游市场需求旺盛

Nor Flash芯片应用在、机顶盒、网络设备及物联网设备等领域,随着AMOLED、TDDI、汽车电子、TWS耳机市场的发展,尤其是TWS耳机呈现爆发式增长,Nor Flash需求较为旺盛。由于具备了语音唤醒、通话降噪等多种功能,Air Pods内置128M Nor Flash,三星的Galaxy Buds和华为的Freebuds也内置了大容量的Nor Flash。TWS耳机需求爆发带动Nor Flash下游市场需求旺盛,加上降噪/语音操控等带动NOR往高容演进,2020年可穿戴单机NOR需求迎来量价齐升。汽车电子和AMOLED对于Nor Flash也有较大需求。ADAS中的行车记录、导航、影像、车道偏移警示等功能,普遍需要采用512Mb的Nor Flash。同时AMOLED和TDDI也为Nor Flash市场带来较大增量。其中中芯国际在55/65nm产线上承接兆易创新Nor Flash订单,并建立深厚的战略合作关系。

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吋晶圆:工艺及管控水平先进,下游需求旺盛

8吋晶圆厂主要用户制造90nm以上成熟制程节点,包括模拟(电源IC)CIS(CMOS图像传感器)和指纹识别芯片等。中芯的制造过程与技术符合最高的业界标准;与一般的晶圆代工业界标准都兼容。中芯国际的8寸厂拥有世界级的缺陷管控,可和全球的合作伙伴一起完整的一站式服务。

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模拟芯片:在电源、信号转换、汽车电子带动下,需求稳定增长

随着5G及物联网等新兴应用领域的发展,电子产品的升级迭代催生对于更高的精度、更快的速度、稳定清晰的声音、生动绚丽的图像、更长的电池使用时间等多方面的需求,以放大器、转换器、电源等为代表的模拟芯片技术 成为电子产业创新的一个新引擎。据 IC Insights 预估,在电源、讯号转换与汽车电子三大应用的带动下,模拟芯片市场在2018~2023 年的复合年增率 (CAGR)将达到 7.4%,优于整体 IC 市场的 6.8%。预估到 2023 年时,全球模拟芯片市场规模将达到 839 亿美元。

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中芯国际电源和模拟技术包括双极晶体管、高压LDMOS晶体管、精密模拟无源器件和eFuse/OTP/MTP非易失性存储器,同时有竞争力的Rds(on)功率器件,应用于智能手机、平板电脑及消费电子产品,如电池,DC-DC,AC-DC,PMIC,快速充电器,电机控制器,以及汽车和工业应用。

CIS:摄像头升级带动图像传感器(CMOS)市场高速增长

根据Counterpoint的预测,全球三摄渗透率在2021年将达到50%。根据Yole的预测,2020年的部分主流旗舰手机将采用前三(含TOF)后四或后五(含TOF)的摄像头配置方案。三摄及四摄的加速渗透将进一步推动光学创新升级,为光学产业链业绩增长动能。

CMOS市场是摄像头的重要组成部分,它的作用是利用光电器件的光电转换功能,将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号。到2024年,随着车载应用、机器视觉、人脸识别与安防监控的快速发展,以及多摄像头手机广泛普及,CMOS图像传感器市场规模将继续不断扩大,达到208亿美金,年均复合增长率达到9.2%。

格科微电子(Galaxycore)是中芯国际CIS芯片的主要国内客户,格科微在智能手机中低像素图像传感器CIS方面具有良好的增长,随着双摄/三摄趋势,智能手机中低端摄像头的需求将继续增长。

中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图48)

国内市场收入增长,半导体国产化趋势下与国内客户合作加深

半导体国产化趋势下,国内客户收入增长成为重要推动力

中芯国际来自中国区客户的收入及占比大幅增长。中芯国际来自中国区的收入贡献从2010年的29%增长到2019年的59.4%,收入复合年增长率为20%。2019年国内收入占比逐季显著提升,由19Q1的53.9%提升至Q4的65.1%,季度收入从3.6亿美金增长至5.5亿美金。

半导体国产化趋势加剧,带来巨大成长机遇。未来,随着半导体国产化趋势,中国IC设计公司在新的技术领域不断成熟,如AI、智能驾驶ASIC等,下游市场空间不断增长。同时,国内客户也在通过增加从国内供应商采购来增加供应安全,避免供应风险。如海思半导体等,积极推动与国内半导体公司的深入合作,进一步推动了半导体国产化的趋势。作为中国最大、制程最先进的晶圆代工厂,中芯国际有望迎来巨大成长机遇。

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中信建投,也是国内稀缺标的,本土晶圆代工行业迎来黄金发展期(图50)

产能持续满载,启动新一轮CAPEX投资

公司产能持续满载,四季度产能利用率98.8%,接近历史最高水平。2020年一季度产能利用率98.5%,接近历史最高水平,为了更好满足客户需求,2020全年资本开支上调11亿至43亿美金,主要用于上海12吋产线扩产以及成熟制程工艺。

公司启动新一轮资本开支,处于快速扩张期。2020年公司启动新一轮资本开支43亿美金,相比2019年20亿美金同比增长115%。近年来中芯国际的资本开支及资本投资密度呈现提升趋势,公司处于快速扩张的投入阶段,体现了公司对于未来需求以及订单的信心,以及追赶先进制程的坚定决心。2020年5月15日,中芯国际发布公告,国家大基金二期与上海集成电路基金二期同意分别向附属公司中芯南方注资15亿美元、7.5亿美元。注资完成后,中芯南方的注册资本将由35亿美元增加至65亿美元。中芯控股、国家大基金二期及上海集成电路基金二期要在2020年年底前完成其所有出资。大基金的资金支持将为中芯国际未来的CAPEX投资强劲的资本动力。

本文相关词条概念解析:

制程

制程,专指事物运作程序的处理过程。常指计算机芯片框架的运算速度量。

代工

OEM,英文全称OriginalEquipmentManufacturer,原指由采购方提供设备和技术,由制造方提供人力和场地,采购方负责销售,制造方负责生产的一种现代流行的生产方式。OEM生产,即代工生产,也称为定点生产,俗称代工,基本含义为品牌生产者不直接生产产品,而是利用自己掌握的关键的核心技术负责设计和开发新产品,控制销售渠道,具体的加工任务通过合同订购的方式委托同类产品的其他厂家生产。之后将所订产品买断,并直接贴上自己的品牌商标。这种委托他人生产的合作方式简称OEM,承接加工任务的制造商被称为OEM厂商,其生产的产品被称为OEM产品。

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