追上 UMC!全球第三,是中芯国际近在眼前的任务与目标
 
 
中芯国际深度研究报告 
 
 
 
 

 

 
 
2017 年,由于中芯国际联合首席执行官和执行董事发生更替,参考现管理层过往的领导能力,对未来公司的发展可以有较高期待。
 
 
 
 
 
 

 

 
 
 
 
 
 
1.6 服务链:一站式解决方案及第三方合作支持
中芯国际为客户提供全方位的晶圆代工解决方案,以一站式服务满足客户的不同需求:从光罩制造、IP 研发及后段辅助设计服务到外包服务(包含凸块服务、晶圆片探测,以及最终的封装、终测等)。同时中芯国际在各服务阶段都有其第三方合作伙伴提供技术支持和代工服务,务求能最有效缩短产品上市时间,同时最大降低成本。
 
其中第三方合作包括:IP 联盟,可以提供可靠丰富的 IP 选择组合满足客户多样化的项目需求; EDA 联盟,为客户提供一个黄金的设计流程和丰富的 PDK 选择;超过 10 家的全球设计服务联盟,运用高端设计能力消除设计障碍,拓展服务从 RTL 到全面外包,依靠当地设计团队支持,节约设计资源和运营成本,降低设计成本,优化面积和性能。
 
 
 
 
 

 

 
 
1.10 工业与汽车营收增加
汽车与工业用芯片对产品的稳定性要求更高,随着汽车电子化和工业自动化的需求日益加大,汽车与工业相关芯片在公司营收中的占比提升,未来前景良好。
 
2017Q4 中芯国际汽车和工业相关收入提高,四季度环比提高 11.11%、同比提高 23.21%,2017 年全年在汽车和工业相关收入同比提高 117.95%。
 
 
 
2.1.1 从半导体指数来看行业增长
2008 年以来,著名半导体指数皆有较高幅度上涨,其中申万半导体指数、费城半导体指数和台湾半导体行业指数 15 年至今三年内 CAGR 分别达 18%、35%和 21%。其中台湾与美国半导体涨幅高于国内且更加平稳。一方面,体现了半导体全球性的行情,另一方面体现出国内的滞后性以及未来补涨的可能性。尤其是在国家集成电路产业基金的大力扶持下(一期 1387 亿以及二期预计 1500-2000 亿元),国家意志与产学研共赢将是我国半导体的助推力。
 
同时,半导体的周期性逐渐减弱,成长性凸显。
 
 
 
 

 

2.1.3 半导体设备 BB 值回暖,行业景气度提高
半导体设备 BB 值即接单出货比(Book-to-Bill Ratio),是判断下游制造行业的趋势变化的重要指标,通常有提前半年的的预判作用。虽然 SEMI 宣布自 2017 年起停止公布北美半导体 BB 值及接单金额,但其出货额仍然对外公布,从 2013 年至今一直持续增加,接近 2010 年高位。
 
同时,从全球半导体销售角度来看,产品需求持续增长,其周期性逐渐消退,成长性明显。
 
 
 
 
 
2.1.5 中国半导体行业急需加速前进
中国半导体严重依赖进口:进口金额与原油相比不相上下,近几年甚至超过原油。自己能力不足,导致进出口逆差巨大,2017 年 12 月单月达到 210.54 亿美元。以手机为例,中国手机产量占全球约 6-7 成,但自主芯片占比却不足 5%。2011 年起国家出台《集成电路产业推进纲要》、成立国家集成电路产业基金(半导体大基金),并将“做大做强集成电路产业”写入国家“十三五”战略性新兴产业发展规划。对半导体产业的长期目标是能够实现相当程度的自给自足。“中国制造 2025”中给中国集成电路自给率的指标为 2020 年达到 40%,2025 年达到 70%。从 2017 年底不足 25%的自给率来看,仍有非常大的差距,时间紧迫,因此大基金的助推作用在近几年愈加明显。
 
 

 

2.1.6 大基金布局全产业链,重点投资龙头企业
大基金一期 1387 亿元基本投资完毕,涉及 64 家企业。根据 DIGITIMES,大基金实际出资部分直接带动社会融资 3500 多亿元,实现近 1∶5 的放大效应。二期拟募集 1500-2000 亿元人民币,据集微网,中央财政直接出资 200-300 亿,国开 300 亿,中国烟草总公司 200 亿,中国移动等国企出资 200 亿左右,中国保险投资基金出资 200 亿元左右,国家出资不低于 1200 亿元。
 
大基金在制造、设计、封测、装备材料等环节全面覆盖,占比为 63%、20%、10%、7%。二期投资重心将由芯片制造转向设计。
 
侧重支持龙头企业,在产业链各环节前三位企业的投资占比达到 70%以上,有力推动了龙头企业核心竞争力提升。
 
 
2.2 摩尔定律局限带来新机遇
摩尔定律(Moore‘s Law):集成电路上容纳的元器件数目,约每隔 18-24 个月会增加一倍,性能也将提升一倍。
 
摩尔定律的限制:由于:1)无法承受的能耗密度, 2)原子尺度的物理限制, 3)制程、器件的不稳定性和偏差 ,4)比例缩小并没有带来实质的性能提升, 5)高昂的研发和制造成本等原因,目前已经达到原子级的芯片可能即将达到摩尔定律的极限。
 
未来的方向和机遇:在摩尔定律即将失效的客观条件下,为维持高速的发展,主要有两大处于探索阶段的研究方向:More than Moore 和 Beyond Moore(More Moore);从近期来看,处于领先地位的芯片制造龙头企业,如 Intel、Samsung 等仍然优势明显。但第二梯队中 GlobalFoundry 和 UMC 等,都将因芯片制造技术的进步速度放慢和制程水平差距逐渐缩小等原因,导致其技术优势被削弱,陷入被后来者赶超的危机。因此,中芯国际有望迎来新机遇,在行业发展瓶颈的助力下向前跟进一步。
 
 
2.3 半导体制程发展路径
为了追求在同样面积内制造更多的晶体管,以提高元器件性能,制成更小的尺寸。因此跟随摩尔定律的脚步,栅极引线宽度逐渐变小。从毫米级进入纳米级。台积电和三星电子 7nm 制程有望在 2018 年量产。
 
关键技术升级是推动栅极尺寸缩小的关键,其中比较重要的包括:光刻技术、掺杂工艺、栅极材料和栅极结构等。
 
因此晶圆制造在半导体产业中扮演着至关重要的角色。从传统三年一个周期,到 More than Moore 的演进,半导体元器件的缩小困难重重,因此研发投入越来越高。投资一条先进制程的生产线成本从 130nm 的 10 亿美元到 22 纳米的 65 亿美元,呈线性上升。
 
晶圆制造最早以 IDM 形式存在,既综合型厂商,既包括设计、制造,也包括封装和测试。但成本上升以及技术难度的大幅增加,IDM 拆散开来,出现 Foundry 等专业商进行专业分工。
 
 
 

 

2.4 晶圆制造:IDM 与专业供应商并存
半导体产业链较长,半导体产品属上游器件。因其固定投资及研发金额巨大。在 Intel、Samsung 等 IDM(综合厂商)后,出现众多专业型厂商。其中自台积电开辟 Foundry(晶圆代工厂)以来,Foundry 所代表的半导体最先进技术已成为行业前进的中坚力量。整个行业格局形成一超多强,台积电以过半的市场份额遥遥领先,并且在 2017 年保持高增长。前十大晶圆厂中仅三星和 Powerchip 为 IDM。
 
 
2.5 晶圆厂资本支出增加:中国地区位列第二
国际半导体产业协会(SEMI)指出, 2017、18 年晶圆厂设备投资相关支出将上修至 570 亿和 630 亿美元。SEMI 统计的全球 296 座晶圆厂中,有 30 座设备支出超过 5 亿美元。2017 年设备支出预计达到 570 亿美元,同比增长 41%,同时预测 2018 年再涨 11%达到 630 亿美元。
 
从各地区支出金额来看:两年的主要增长分别来自韩国和中国,而美国、中国台湾(其中台积电多条线已折旧完毕)保持稳定高投入。2017 年的韩国半导体设备激增主要来自三星(80 亿美元 -> 180 亿美元)与 SK 海力士(32 亿 -> 55 亿美元);国内方面,中芯国际以 23 亿美元的资本支出继续领跑内资晶圆厂。
 
资本支出方面,据 IC Insight 数据,2017 年全球资本支出(含晶圆厂及封测厂)达 809 亿美元,较 2016 年 673 亿美元成长 20%。同时,集中度继续保持高位,资本支出 CR15 达 83%。
 
 
3. 先进制程:抓住 28nm 甜蜜节点,奋力突破 14nm
核心逻辑:
1. 中芯国际在先进制程的研发上奋力推进,引入梁孟松博士后,2018 年将是公司过渡、加速前进以及整合的一年,将获得与三星、联电在先进制程方面的竞争实力,与台积电的差距进一步加速缩小。与国家集成产业基金合资成立中芯南方,将专注于 14nm 及以下技术的研发。
 
2. 在 28nm 节点深挖护城河,从 POLY-SiON 到 HKMG 再到 KHC+。公司提供多种低漏电技术,为客户提供一站式服务,提供包括 28nm MASK、凸块加工等服务。
 
3.1 14nm:产业基金助力研发升级
14nm 研发计划:中芯国际正研发高端的 14 纳米晶圆技术,集团占 50.1%权益的中芯南方,便是为了发展 14 纳米晶圆业务。中芯南方注册资本 35 亿美元,预期于 2018 年 6 月和 12 月再进行外部注资,涉及逾 10 亿美元。集团新任联席首席执行官梁孟松介绍,目标于 2019 年上半年投产,产品将有更高效能表现,成本较低,容易转移技术及融入设备中使用。
 
中芯南方:中芯南方是配合本公司 14 纳米及以下先进制程研发和量产计划而建设的具备先进制程产能的 12 英寸晶圆厂。 2018 年 1 月 30 日,中芯国际、国家集成电路基金、上海集成电路基金订立协议,对联营企业中芯南方进行增资。投资总额估计为 102.4 亿美元,订约方将以注资方式出资合共 35 亿美元的投资总额。中芯南方将主要从事集成电路芯片制造、针测及凸块制造,与集成电路有关的技术 开发、设计服务、光掩膜制造、装配及最后测试,并销售自产产品。中芯南方预期将成立及建立庞大产能,并专注 14 纳米及以下工艺和制造技术,目标是产能达致每月 35,000 片晶圆。
 
 

 

3.2 28nm
3.2.1:突破关键技术节点,产能性能蒸蒸日上
中芯国际是中国大陆第一家提供 28 纳米先进工艺制程的纯晶圆代工企业。
 
中芯国际的 28 纳米技术是业界主流技术,包含传统的多晶硅(Poly-SiON)和后闸极的高介电常数金属闸极(HKMG)制程。中芯国际 28 纳米技术于 2013 年第四季度推出,现已成功进入多项目晶圆(MPW)和量产阶段,可依照客户需求提供 28 纳米 PolySiON 和 HKMG 制程服务。中芯国际 28 纳米技术可为客户提供高性能应用处理器、移动基带及无线互联芯片制造。28nm 的出货量已于 2017 年 Q4 达到总销售额的 11.3%,呈稳健上升态势。
 
8 纳米技术是半导体制程进步的一个关键节点。Monolithic 3D CEO 指出,28nm 将会是摩尔定律下的最小单位成本制程点,同时进一步减小制程在对于不同产品如嵌入式 SRAM 的性能提升效率。GlobalFoundary 研究表明,POLY-SiON 28nm 将会将晶体管成本降至最低,而其他技术 double litho, HKMG, FinFET 将会使成本大幅上升。
 
 
 
3.2.2 HKMG 与 POLY-SiON 均具有竞争优势
中芯国际 28 纳米 HKMG 的优势:中芯国际 28 纳米 HKMG 是一种高介电常数在前,金属闸极在后的高性能应用。提供 1.8V 和 2.5V 输入 / 输出组件。28 纳米 HKMG 比 40 纳米技术速度强化约 40% ,闸极密度是 40 纳米的 2 倍,静态存储器元件尺寸比 40 纳米缩减了 50%。
 
中芯国际 28 纳米 POLY-SiON 的优势:28nm 成本较低,中芯国际 28 纳米 POLY-SiON 提供标准阙值电压,低阙值电压和超低阙值电压(附加选择)。28 纳米 POLY-SiON 比 40 纳米技术速度强化约 20%,闸极密度是 40 纳米的 2 倍,静态存储器元件尺寸比 40 纳米缩减了 50%。
 
 
 
3.2.3 IP 平台、光罩制造与封装和凸块加工服务
附加服务和产品:丰富的 28 纳米工艺制程 IP 组合 。 与第三方供应商的战略联盟,为客户设计提供支持。28 纳米 HKMG IP 平台包含以下应用:移动计算,电子家居,移动储存和数据中心。28 纳米 POLY-SiON IP 平台主要集中应用于移动计算领域。
 
28 纳米 MASK 制造服务中芯国际内部提供包括 28 纳米 HKMG 和 POLY-SiON 在内的光罩制造服务。已在 2013 年下半年成功交付客户的所有光罩关键层。中芯国际的光罩厂目前可以提供 20 纳米技术服务。
 
28 纳米封装和凸块加工解决方案:与中国内地规模最大的封装服务公司——江苏长电科技股份有限公司成立合资公司(中芯长电),为客户提供 300mm 凸块加工服务。中芯长电拥有全球首个 12 英寸纯中段硅片生产线,提供先进的高密度凸块加工、晶圆测试、DPS、倒装芯片封装、硅片级尺寸封装、扇出型硅片级封装、三维芯片集成加工技术以及相关生产和服务。
 
 
 
3.3 40nm:高性能和低功耗的完美融合
中芯国际是中国大陆第一家提供 40 纳米技术的晶圆厂。40 纳米标准逻辑制程提供低漏电(LL)器件平台,核心组件电压 1.1V,涵盖三种不同阈值电压,以及输入 / 输出组件 2.5V 电压(超载 3.3V, 低载 1.8V)以满足不同的设计要求。40 纳米逻辑制程结合了最先进的浸入式光刻技术,应力技术,超浅结技术以及低介电常数介质。此技术实现了高性能和低功耗的完美融合,适用于所有高性能和低功率的应用,如手机基带及应用处理器,平板电脑多媒体应用处理器,高清晰视频处理器以及其它消费和通信设备芯片。
 
 
 

 

3.3 40nm:高性能和低功耗的完美融合
中芯国际是中国大陆第一家提供 40 纳米技术的晶圆厂。40 纳米标准逻辑制程提供低漏电(LL)器件平台,核心组件电压 1.1V,涵盖三种不同阈值电压,以及输入 / 输出组件 2.5V 电压(超载 3.3V, 低载 1.8V)以满足不同的设计要求。40 纳米逻辑制程结合了最先进的浸入式光刻技术,应力技术,超浅结技术以及低介电常数介质。此技术实现了高性能和低功耗的完美融合,适用于所有高性能和低功率的应用,如手机基带及应用处理器,平板电脑多媒体应用处理器,高清晰视频处理器以及其它消费和通信设备芯片。
 
 
4. 成熟制程与应用平台:差异化竞争者
核心逻辑:
 
公司技术支持范围非常广,成熟制程所应用的产品非常多。中芯国际致力于成为差异化市场的领导者,再加上物联网、汽车电子、非易失闪存、电源管理等产品的需求非常大。公司在此领域提供多平台、多技术互相支持,为客户尽可能节省成本,提高产品性能。
 
4.1 成熟制程:多维产品同时发力,应用范围不断扩大
中芯国际的成熟制程主要包括 90 纳米、0.13/0.11 微米、0.15/0.18 微米、0.25 微米、0.35 微米以及公司独有的 SPOCULL 特殊工艺。从前文产量分析图可以看出,2016 年以来年中芯国际的成熟制程业务收入占比达 50%以上,这是公司主要业务来源,为公司业绩提供了安全边际。
 
同业者竞争集中在先进的数字逻辑市场,中芯国际的战略是在差异化市场作领导者,在先进数字逻辑技术谨慎投资。 加上成熟制程在物联网、汽车电子、非易失闪存、电源管理等终端市场均有着极大的需求与竞争优势,因此该部分营收具有巨大的成长空间。
 
 
4.2 中芯国际:eNVM- 为智能卡与单片机服务
中芯国际 eNVM 包括 0.18μm,0.13μm 和 55nm 嵌入式闪存(eFlash)与 0.18μm 和 0.13μm(提供高速低漏电技术)嵌入式 EEPROM。嵌入式闪存(eFlash)和嵌入式 EEPROM 技术主要应用于智能卡和微控单元(MCU)。
 
一、55nm eFlash 平台
降低功耗和提高性能,成功开发中国市场第一个 55nm 智能卡。
 
通过 Cu-BEoL 提高性能和可靠性。
 
可为物联网微控单元提供更低能耗和更快速度。
 
二、0.13um 与 0.18um eEEPROM
eEEPROM 主要面向中国快速增长的双界面金融 IC 卡市场,非接触式智能卡的全球市场等提供。
平台是兼容逻辑过程,可重复使用。
 
0.13um eEEPROM 平台功耗较 0.18um 平台要低 50%,并且提供更高的速度和更低的漏电。
 
 

 

4.3 中芯国际:汽车领域前沿
智能汽车的兴起已经成为时代的趋势,预计国内智能汽车市场在 2020 年将达到 1214 亿元,相比 2014 年的 228 亿元,年复合增长率 32%。
 
智能汽车的必备 IC 系统中的信息娱乐(IVI),ADAS,远程信息处理,人体 / 便捷,电机驱动,电源管理和传感界面均离不开相关的技术支持。涵盖汽车三大领域的汽车半导体产品:
 
一、数字域:
ADAS,信息娱乐和远程信息处理
 
55nm 技术及以下(包括 eNVM)
 
二、模拟域:
用于接口、总线(LIN、can)和电源驱动器
 
90nm 技术和以上包括 BCD
 
三、传感领域:
高端 CIS,TOF、激光雷达和 SPAD
 
 
4.4 中芯国际:乘上物联网时代的快车
工业界对芯片设计的要求已从单纯追求高性能、小面积转为对性能、面积、功耗的综合要求,中芯国际的物联网技术平台将为各领域中的集成电路组件带来技术革新。
 
一、低功耗逻辑与射频技术
使集成电路制程从 0.18um 降到 28nm,适应于目前物联网时代的智能家居、保健医疗、智能电网、照明、环境、农业、工业机器人、汽车、交通、安全、后勤等各个领域。
 
二、嵌入式闪存技术
中芯国际的 0.13um 乃至 55nm 低功耗嵌入式闪存(eFlash)技术为集成电路的内存优化提供了解决方案。
 
三、ULP(Ultra Low Power)技术
中芯国际 SPOCULL™ 95nm ULP 和 55nm ULP 技术将使产品的工作电压降低,优化装置及 IP 设计,大大降低产品的动态和静态的功耗,延长待机时间和系统的电源使用效率,优化成本结构与性能。
 
四、MEMS 传感器技术平台
中芯国际的 MEMS 传感器技术目前支持两种应用:声学和惯性传感器。
 
声学传感器:在智能手机,可穿戴设备、语音控制车辆系统、智能家居、自动语音识别等新兴领域,离不开通过 MEMS 麦克风接收外界声音信息。巨大的应用市场,让 MEMS 麦克风在中国 MEMS 产值市场的份额仅位于压力传感器之后,位列第二名。据 Yole 的数据,2014~2020 年 MEMS 麦克风的复合年增长率为 17.8%,产值预计将从 2014 年的 7600 万美元增至 2020 年的 2.03 亿美元。
 
惯性传感器:单片 CMOS MEMS 解决方案为运动传感器市场提供了有竞争力的性能,包括智能手机中的加速度计、陀螺仪 IMU 解决方案、可穿戴和物联网部分。
 
展望未来,中芯国际计划将其 MEMS 功能扩展到光学、生物技术、射频、化学和电力应用平台。
 
五、物联网产品的一站式解决方案
中芯国际通过整合射频、基带、单片机、嵌入式闪存和 MEMS 传感器集成来实现一站式解决 SOC,SIP,WLP 和 2.5D 包装,帮助客户缩短生产周期、优化产品成本。
 
 

 

4.5 行业情况:智能卡市场前景明朗
智能卡是一种内嵌集成电路芯片并且芯片中带有微处理器、存储单元以及芯片操作系统的卡片的通称,又称 IC 卡。它具有良好的数据存储、命令处理以及数据安全保护等功能,其中主要智能卡类别有:电信卡、金融 IC 卡、ID 卡等。智能卡在移动通信、金融支付、公共事业等领域应用前景及全球市场规模前景良好:
 
金融支付:创新支付模式与金融 IC 卡的融合将进一步推动金融 IC 卡的发卡量;
 
移动通信:经历了 2G、3G 至 4G 的发展,预计 5G 技术将在 2020 年正式进入商用,届时将迎来一波更换智能卡的浪潮;针对目前工作的需求,越来越多的人选择双卡双待,乃至一人多机的搭配模式,对智能卡的需求将会稳步上涨;
 
2014 年至 2020 年的全球智能卡市场规模年复合增长率将达到 9%,2020 年将达到 119.86 亿美元的市场规模,市场前景良好。
 
 
4.6 行业情况:MCU 前景一片光明
微控制单元(Microcontroller Unit;MCU) ,又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer )或者单片机,是把中央处理器(Central Process Unit;CPU)的频率与规格做适当缩减,并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D 转换、UART、PLC、DMA 等周边接口,甚至 LCD 驱动电路都整合在单一芯片上,形成芯片级的计算机。
 
国内 MCU 市场保持上升势头。 MCU 主要应用集中在消费电子领域,据统计,中国 MCU 国内市场将从 2010 年 218.5 亿上涨到 2018 年 363.5 亿,复合增长率为 6.5%。
 
计算机网络和汽车电子也是 MCU 应用的重要领域,尤其是高端汽车在汽车电子和智能驾驶方面的快速投入都将提升汽车电子化的消费需求。新能源汽车的快速发展也直接拉动了汽车电子 MCU 芯片的市场需求。同时受益于物联网行业腾飞, MCU 作为物联网产业上游环节已进入高速发展通道。
 
 
5. 财务分析与对比
核心逻辑:
 
公司在营收增速上直追台湾联电(UMC)。重视研发投入,2013-2017 年 CAGR 达~33.8%。在经过近几年的大规模扩产后,折旧增加明显。资本开支处于较高位置。
 
公司在行业上地位稳固,应收账款周期明显小于应付账款周期。融资能力强。
 
5.1 中芯国际:扩产与研发并行,困难既是机会
 
营收体量上,UMC(联电)是中芯国际下一个追赶的目标。从近 5 年总营收来看,中芯国际增速明显高于 UMC。最新公布 2017 年四季度财报后,全年营收达到 31 亿美金,但距离 UMC 之 50.9 亿美金仍有一定距离。
 
从毛利率和净利率来看,中芯国际毛利率主要受到较快的扩产所带来的折旧影响。同时,由于较高的研发费用增长,中芯国际的净利率 2017 年处于近 5 年之低位。但可以观察到,中芯国际研发费用已经接近 UMC,主要系由于公司在 28nm HKC+和 14nm FinFET 上的研发加快。
 
 

 

5.2 中芯国际:研发是立命之本,激烈的先进制程竞赛
前台积电、三星电子技术大将梁孟松与 2017 年 10 月加入中芯国际担任 co-CEO。全面接受中芯的研发 TD 部门,第一全力研发 28nm HKC+和 14/10nm 制程,第二是组建更完备的人才梯队。
 
资本支出方面,在 2016 年扩张期后有所下降,预计 18 年 19 亿美元,其中 5 亿美元和 4 亿美元分别用于北京 12”厂扩产和天津新厂。
 
 
5.3 中芯国际:融资能力强、行业地位稳固
中芯国际在资本市场以及行业内地位显著,融资能力强,应付账款周期远大于应收账款周期。
 
2017 年由于受到手机等行业增速下降、扩产后折旧加大以及公司在先进制程的持续研发投入,ROA 与 ROE 均有所下滑。我们认为 2018 年公司仍将处于整合过度期,因此 ROE 偏低,但基于其在国内的龙头地位来看,长期前景看好。
 
 
5.3 中芯国际:融资能力强、行业地位稳固
中芯国际在资本市场以及行业内地位显著,融资能力强,应付账款周期远大于应收账款周期。
 
2017 年由于受到手机等行业增速下降、扩产后折旧加大以及公司在先进制程的持续研发投入,ROA 与 ROE 均有所下滑。我们认为 2018 年公司仍将处于整合过度期,因此 ROE 偏低,但基于其在国内的龙头地位来看,长期前景看好。
 
 
6.2 财务模型