晶圓代工廠是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的重要組成部分,這也是我國臺灣和歐美企業(yè)所擅長的領(lǐng)域,但在中芯國際等企業(yè)的努力下,中國大陸的代工產(chǎn)業(yè)也有了很長足的進步。
世界領(lǐng)先的集成電路晶圓代工企業(yè)
中芯國際是世界領(lǐng)先的集成電路晶圓代工企業(yè)之一,也是中國內(nèi)地規(guī)模最大、技術(shù)最先進的集成電路晶圓代工企業(yè)。中芯國際向全球客戶提供0.35微米到28納米晶圓代工與技術(shù)服務(wù),包括邏輯芯片,混合信號/射頻收發(fā)芯片,耐高壓芯片,系統(tǒng)芯片,閃存芯片,EEPROM芯片,圖像傳感器芯片及LCoS微型顯示器芯片,電源管理,微型機電系統(tǒng)等。
2004年公司在港交所和納斯達克完成上市。另外,公司擁有多樣化的實驗室和工具,可用于化學(xué)和原材料分析、產(chǎn)品失效分析、良率改進、可靠性檢驗與監(jiān)控,以及設(shè)備校準等。在整個制作過程及從研發(fā)到量產(chǎn)的全程服務(wù)中,中芯整合了全面的品質(zhì)與控制系統(tǒng)。
中芯國際的發(fā)展歷程
公司是一家全球性半導(dǎo)體廠商,目前擁有多家全球化的制造和服務(wù)基地。公司成立于2000年,總部位于上海,晶圓廠主要設(shè)在大陸。此外,中芯國際在美國、歐洲、日本和臺灣地區(qū)設(shè)立營銷辦事處、提供客戶服務(wù),同時在香港設(shè)立了代表處。
中芯國際在全球的制造和服務(wù)基地
公司主營業(yè)務(wù)多元化、客戶優(yōu)質(zhì)、應(yīng)用廣泛。從制程節(jié)點看,40nm以上成熟工藝占絕大多數(shù);從客戶構(gòu)成來看,一半以上客戶來自中國大陸地區(qū),公司前10大客戶,5家來自中國,3家來自美國,2家來自歐洲;從應(yīng)用產(chǎn)品來分,通訊類產(chǎn)品占半壁江山,第二位是消費類產(chǎn)品。
公司現(xiàn)在擁有高產(chǎn)能利用率+持續(xù)擴產(chǎn),其產(chǎn)能利用率維持高位。自2015-2016年期間,公司產(chǎn)能利用率一直維持較高水平。2011-2016年期間,公司產(chǎn)能利用率遠高于行業(yè)產(chǎn)能利用率,其中2015年期間公司滿產(chǎn)運行,較14Q1年上升16 %。
而擴產(chǎn)還在繼續(xù)。2015年10月,中芯國際連續(xù)宣布新廠投資計劃,在上海和深圳分別新建一條12英寸生產(chǎn)線,天津的8英寸生產(chǎn)線產(chǎn)能預(yù)計將從4.5萬片/月擴大至15萬片/月,成為全球單體最大的8英寸生產(chǎn)線,未來中芯國際將聯(lián)合創(chuàng)新,帶動中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展穩(wěn)步前進。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上移疊加產(chǎn)能利用率持續(xù)高位有望進一步提升公司的盈利水平。
對中芯國際來說,正處于最好的時代,營收凈利潤持續(xù)放大,毛利凈利改善。公司2016年銷售額增至29.2億美元,比2015年大增31%,市占率提升1個百分點至6%。2011年以來,中芯國際營收從12.2億美元大幅增長至2016年的29.21億美元,以19%的年復(fù)合增長率快速增長,表現(xiàn)出強大的增長趨勢。我們判斷中芯國際現(xiàn)在處于一個最好的時間點,營收規(guī)模逐漸擴大,在毛利率也持續(xù)上升的水準下,給投資者帶來持續(xù)的正回報。
中芯國際2002到2015業(yè)績
盈利能力逐步增強。公司盈利拐點出現(xiàn)后的2012-2015期間的毛利率保持上行態(tài)勢,證明公司的盈利能力正在逐步增強。同時,公司的凈利潤每年持續(xù)上升,給股東的“賺錢 ”能力正在變強。
中芯國際2012到2015的毛利率和凈利率
專注成熟工藝開發(fā),劍指世界第二
目前的中芯國際設(shè)計產(chǎn)能大陸第一,以45nm以上成熟工藝為主。中芯國際現(xiàn)有3座12寸晶圓廠,4座8寸晶圓廠,合計約當(dāng)于8寸設(shè)計產(chǎn)能為486K/月,其中45nm以上的成熟工藝產(chǎn)能為362K/月,占總產(chǎn)能比重為75%。
中芯在上海建有一座300mm晶圓廠和一座200mm晶圓廠;在北京建有一座300mm晶圓廠和一座控股的300mm先進制程晶圓廠;在天津和深圳各建有一座200mm晶圓廠;在江陰有一座控股的300mm凸塊加工合資廠;在意大利有一座控股的200mm晶圓廠。
中芯國際各廠產(chǎn)能分布
對比臺積電,中芯國際更專注于成熟工藝的開發(fā)。臺積電的成熟工藝占總產(chǎn)能的比重為55%,而中芯國際則高達86%。對比2016年中芯國際和臺積電的產(chǎn)能,臺積電的總產(chǎn)能是中芯國際總產(chǎn)能的5倍,而成熟工藝方面,臺積電產(chǎn)能是中芯國際的3.5倍。
中芯國際和臺積電差能對比
從技術(shù)路徑上來看,未來半導(dǎo)體產(chǎn)品的發(fā)展會將分化為More Moore和More than Moore兩條路線。
More Moore是縱向發(fā)展的路徑,要求芯片不斷的遵從摩爾定律,不斷往比例縮小制程的路徑上走。需要滿足摩爾定律的芯片,主要以數(shù)字芯片為主,包括AP\CPU\存儲芯片等。在制程上,需要最先進的節(jié)點來滿足性能要求。目前最先進的邏輯芯片代工制程是16/14nm,供應(yīng)商為臺積電,客戶有高通,蘋果,英偉達等客戶。產(chǎn)品占到了50%左右的市場。
More than Moore是橫向發(fā)展的路線,芯片發(fā)展從一味追求功耗下降及性能提升方面,轉(zhuǎn)向更加務(wù)實的滿足市場的需求。這方面的產(chǎn)品包括了模擬/RF器件,無源器件、電源管理器件等,大約占到了剩下的那50%市場。這其中的代工供應(yīng)商有中芯國際,臺聯(lián)電,臺積電等。
摩爾定律路徑
然而,時至今日,摩爾定律正在逐漸失效。半導(dǎo)體的技術(shù)發(fā)展也似乎走到了一個十字路口。行業(yè)的發(fā)展不會再像之前那樣似乎還能按照摩爾定律的節(jié)奏繼續(xù)往下走。按照2015年最新的國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖給出的預(yù)測,半導(dǎo)體技術(shù)在10nm之后將會逐步停滯。
摩爾定律走向極限
同時,摩爾定律的經(jīng)濟效應(yīng)也不再明顯,原因是因為:追求摩爾定律要求復(fù)雜的制造工藝,該工藝高昂的成本超過了由此帶來的成本節(jié)約。新工藝越來越難,投資額越來越大,下圖可見,目前建一個最新制程的半導(dǎo)體工廠成本達120億美元之多,而賺回投資額的時間將會很漫長。
最新制造的Fab成本
具體到每個晶體管的制造成本,起初隨著摩爾定律的發(fā)展,制程的進步會帶來成本的下降,從130nm-28nm,每個晶體管的制造成本相對上一代都有下降。但是,下降的幅度在收窄。到了20nm以后,成本開始逐步提高。這也意味著,發(fā)展先進制程在成本方面不再具有優(yōu)勢。
制程成本比較
顯而易見,在先進制程制造成本不斷攀升,發(fā)展先進制程也不再具有成本優(yōu)勢的情況下,晶圓制造會越來越壟斷地集中在幾家手上。也只有巨頭才能不斷地研發(fā)推動技術(shù)的向前發(fā)展。擁有20nm代工能力的廠家,只有臺積電、三星、Intel等寥寥幾家。在晶圓制造方面,集中度越來越高。
晶圓制造寡頭壟斷
中芯國際已經(jīng)構(gòu)建相對完整的代工制造平臺。從工藝技術(shù)角度看,中芯國際引入了8代工藝技術(shù),分別是28nm、40nm、65/55nm先進邏輯技術(shù);90nm、0.13/0.11μm、0.18μm、0.25μm、0.35μm成熟邏輯技術(shù)以及非揮發(fā)性存儲器、模擬/電源管理、LCD驅(qū)動IC、CMOS微電子機械系統(tǒng)等產(chǎn)品線。特別是在28nm工藝上,中芯國際現(xiàn)在仍是中國大陸唯一能夠為客戶提供28nm制程服務(wù)的純晶圓代工廠。此外,對于更先進的14nm工藝制程,中芯國際也一直在持續(xù)開發(fā)。
2014到2015各工藝制程收入占比
成熟工藝,中芯國際的護城河
成熟制程制程是指90nm, 0.13/0.11μm, 0.18μm, 0.25μm, 0.35μm以及公司獨有的SPOCULL。2015Q1-2016Q2年期間,成熟邏輯技術(shù)業(yè)務(wù)收入占比55%以上,是公司主要業(yè)務(wù)來源,為公司業(yè)績提供了安全邊際。
成熟邏輯制程收入占比
現(xiàn)在的成熟邏輯技術(shù)包括了90nm, 0.13/0.11μm, 0.18μm, 0.25μm, 0.35μm,我們來看一下中芯在上面的布局。
1)90nm
中芯國際的300毫米晶圓廠已有多個90納米工藝的產(chǎn)品進入大規(guī)模的生產(chǎn),中芯國際擁有豐富的制程開發(fā)經(jīng)驗,可向全球客戶提供先進的90納米技術(shù)。中芯90納米制程采用Low-k材質(zhì)的銅互連技術(shù),生產(chǎn)高性能的元器件。
利用先進的12英寸生產(chǎn)線進行90納米工藝的生產(chǎn)能確保成本的優(yōu)化,為客戶未來技術(shù)的提升提供附加的資源。同時,中芯90納米技術(shù)可以滿足多種應(yīng)用產(chǎn)品如無線電話,數(shù)字電視,機頂盒,移動電視,個人多媒體產(chǎn)品,無線網(wǎng)絡(luò)接入及個人計算機應(yīng)用芯片等對低能耗,卓越性能及高集成度的要求,此外,中芯國際的90納米技術(shù)可以為客戶量身定做,達到各種設(shè)計要求,包括高速,低耗,混合信號,射頻以及嵌入式和系統(tǒng)集成等方案。
在90納米技術(shù)上,中芯國際向客戶提供生產(chǎn)優(yōu)化的方案,以期竭盡所能地為客戶產(chǎn)品的性能的提升,良率的改善和可靠性的保證提供幫助。對于90納米相關(guān)的單元庫,IP及輸入/輸出接口等可通過中芯國際的合作伙伴獲得。
2)0.13/0.11μm
中芯國際的0.13微米制程采用全銅制程技術(shù),從而在達到高性能設(shè)備的同時,實現(xiàn)成本的優(yōu)化。中芯國際的0.13微米技術(shù)工藝使用8層金屬層寬度僅為80納米的門電路,能夠制作核心電壓為1.2V以及輸入/輸出電壓為2.5V或3.3V的組件。中芯國際的高速、低電壓和低漏電制程產(chǎn)品已在廣泛生產(chǎn)中。中芯國際通過標(biāo)準單元庫供應(yīng)伙伴,提供0.13微米的單元庫,內(nèi)存編譯器,輸入輸出接口和模擬IP。
0.13/0.11μm性能優(yōu)異。和0.15微米器件的制程技術(shù)相比,中芯國際的0.13微米工藝能使芯片面積縮小25%以上,性能提高約30%。與0.18微米制程技術(shù)比較,芯片面積更可縮小超過50%,而其性能也提高超過50%。
3)0.18μm
中芯的0.18微米為消費性、通訊和計算機等多種產(chǎn)品應(yīng)用提供了在速度、功耗、密度及成本方面的最佳選擇。此外,它也在嵌入式內(nèi)存、混合信號及CMOS射頻電路等應(yīng)用方面為客戶提供靈活性的解決方案及模擬。此工藝采用1P6M(鋁)制程,特點是每平方毫米的多晶硅門電路集成度高達100,000門以及有1.8V、3.3V和5V三種不同電壓,供客戶選擇。中芯國際在0.18微米技術(shù)節(jié)點上可提供低成本、經(jīng)驗證的智能卡、消費電子產(chǎn)品以及其它廣泛的應(yīng)用類產(chǎn)品。
公司的 0.18微米工藝技術(shù)包括邏輯、混合信號/射頻、高壓、BCD、電可擦除只讀存儲器以及一次可編程技術(shù)等。這些技術(shù)均有廣泛的單元庫和智能模塊支持。目前0.18um工藝產(chǎn)品仍然是公司業(yè)務(wù)收入的主體來源。
0.18um工藝產(chǎn)品收入占比
4) 0.25μm
中芯國際的0.25微米技術(shù)能實現(xiàn)芯片的高性能和低功率,適用于高端圖形處理器、微處理器、通訊及計算機數(shù)據(jù)處理芯片。中芯國際同時提供0.25微米邏輯電路和3.3V和5V應(yīng)用的混合信號/CMOS射頻電路。
5)0.35μm
中芯提供成本優(yōu)化及通過驗證的0.35微米工藝解決方案,可應(yīng)用于智能卡、消費性產(chǎn)品以及其它多個領(lǐng)域。中芯國際的0.35微米制程技術(shù)包括邏輯電路,混合信號/CMOS射頻電路、高壓電路、BCD、 EEPROM和OTP芯片。這些技術(shù)均有廣泛的單元庫和智能模塊支持。
SPOCULL
SPOCULLTM是中芯國際的一種特殊工藝技術(shù)。SPOCULLTM中包括兩個工藝平臺: 95HV和95ULP。95HV主要是支持顯示驅(qū)動芯片相關(guān)的應(yīng)用,而95ULP主要支持物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)方面的應(yīng)用。The SPOCULLTM技術(shù)提供了在8寸半導(dǎo)體代工技術(shù)中最高的器件庫密度和最小的SRAM。同時SPOCULLTM技術(shù)還具有極低的漏電流,低功耗和低寄生電容的優(yōu)秀的半導(dǎo)體晶體管特性。
SPOCULLTM工藝平臺和技術(shù)
另外,中芯國際還有65/55nm工藝,這種融合高性能低功耗、仍是主力工藝平臺。
中芯國際65納米/55納米邏輯技術(shù)具有高性能,節(jié)能的優(yōu)勢,并實現(xiàn)先進技術(shù)成本的優(yōu)化及設(shè)計成功的可能性。65/55nm仍然是主力工藝平臺、2014-2015年收入占比均維持在24%。 65/55nm技術(shù)工藝元件選擇包含低漏電和超低功耗技術(shù)平臺。此兩種技術(shù)平臺都提供三種閾值電壓的元件以及輸入/輸出電壓為1.8V, 2.5V和 3.3V的元件,而形成一個彈性的制程設(shè)計平臺。此技術(shù)的設(shè)計規(guī)則、規(guī)格及SPICE模型已完備。55納米低漏電/超低功耗技術(shù)和65納米低漏電技術(shù)重要的單元庫已完備。
中芯國際65nm/55nm技術(shù)平臺進展和規(guī)劃
中芯國際65納米/55納米射頻/物聯(lián)網(wǎng)的知識產(chǎn)權(quán)組合能夠支持無線局域網(wǎng)、全球定位系統(tǒng)、藍牙、近距離無線通訊和ZigBee有關(guān)的產(chǎn)品應(yīng)用。特別是已有的嵌入式閃存和射頻技術(shù),使中芯國際55納米無線解決方案能很好的符合與物聯(lián)網(wǎng)有關(guān)的無線連接需求。
65nm/55nm無線連接知識產(chǎn)權(quán)組合
28nm需求強勁,中芯增長的重要動力
我們也知道,推動集成電路前進的主要動力之一是光刻工藝尺寸的縮小。目前28nm采用的是193nm的浸液式方法,當(dāng)尺寸縮小到22/20nm時,傳統(tǒng)的光刻技術(shù)已無能為力,必須采用輔助的兩次圖形曝光技術(shù),然而這樣會增加掩模工藝次數(shù),從而導(dǎo)致成本增加和工藝循環(huán)周期的擴大,這就造成了20/22nm無論從設(shè)計還是生產(chǎn)成本上一直無法實現(xiàn)很好的控制,其成本約為28nm工藝成本的1.5-2倍左右。因此,綜合技術(shù)和成本等各方面因素,28nm將成為未來很長一段時間類的關(guān)鍵工藝節(jié)點。
28nm制程工藝主要分為多晶硅柵+氮氧化硅絕緣層?xùn)艠O結(jié)構(gòu)工藝(Poly/SiON)和金屬柵極+高介電常數(shù)絕緣層(High-k)柵結(jié)構(gòu)工藝(HKMG工藝)。Poly/SiON工藝的特點是成本地,工藝簡單,適合對性能要求不高的手機和移動設(shè)備。HKMG的優(yōu)點是大幅減小漏電流,降低晶體管的關(guān)鍵尺寸從而提升性能,但是工藝相對復(fù)雜,成本與Poly/SiON工藝相比較高。
截止2016年底,臺積電是目前全球28nm市場的最大企業(yè),產(chǎn)能達到155000片/月,占整個28nm代工市場產(chǎn)能的62%;三星,GlobalFoundry,聯(lián)電的產(chǎn)能分別達到了30000片/月,40000片/月和20000片/月。從供應(yīng)端來看,全球28nm的產(chǎn)能供給為25萬片/月。
28nm產(chǎn)能占比
從需求端來看,隨著28nm工藝的成熟,市場需求呈現(xiàn)快速增長的態(tài)勢。從2012年的91.3萬片/年到2014年的294.5萬片/年,年CAGR達79.6%,并且將延續(xù)到2017年。根據(jù)賽迪顧問統(tǒng)計,2012-2020年28nm市場需求如下。
28nm產(chǎn)能需求(萬片/年)
28nm的市場需求仍然保持強勁,2017年的市場需求為38.6萬片/月,而以臺積電,聯(lián)電等為首的供給端為25萬片/月,有接近13.6萬片/月的供給-需求錯配,對于中芯國際來說,潛在的市場空間很大。
從應(yīng)用端來看,28nm工藝目前主要應(yīng)用領(lǐng)域仍然為手機應(yīng)用處理器和基帶。2017年之后,28nm工藝雖然在手機領(lǐng)域的應(yīng)用有所下降,但在其他多個領(lǐng)域的應(yīng)用則迅速增加,目前能看到的應(yīng)用領(lǐng)域有OTT盒子和智能電視領(lǐng)域。在2019-2020年,混合信號產(chǎn)品和圖像傳感器芯片也將規(guī)模使用28nm工藝。
目前28nm應(yīng)用主要以手機處理器和基帶為主
在28nm上,明年來看,市場需求和供給之間有13.6萬片/月左右的錯配,因此,這個gap中芯國際就有可能來填上。主要邏輯是臺積電、三星和GF都在比拼先進制程,并沒有在28nm上擴產(chǎn)的計劃。,市場需求轉(zhuǎn)好的時候,二線晶圓代工廠的產(chǎn)能利用率將隨著臺積電的產(chǎn)能滿載而持續(xù)走高,因此很多IC設(shè)計廠商開始接觸中芯國際尋求調(diào)配產(chǎn)能分散風(fēng)險。在28nm上,中芯國際主要競爭對手為聯(lián)電。
一座晶圓廠的投資,必須達到4萬片的產(chǎn)能,產(chǎn)能利用率75%,才能盈虧平衡。
中芯國際是中國大陸第一家提供28納米先進工藝制程的純晶圓代工企業(yè)。中芯國際的28納米技術(shù)是業(yè)界主流技術(shù),包含傳統(tǒng)的多晶硅(PolySiON)和后閘極的高介電常數(shù)金屬閘極(HKMG)制程。中芯國際28納米技術(shù)于2013年第四季度推出,現(xiàn)已成功進入多項目晶圓(MPW)階段,可依照客戶需求提供28納米PolySiON和HKMG制程服務(wù)。
來自中芯國際設(shè)計服務(wù)團隊以及多家第三方IP合作伙伴的100多項IP,可為全球集成電路(IC)設(shè)計商提供多種項目服務(wù),目前已有多家客戶對中芯國際28納米制程表示興趣。28納米工藝制程主要應(yīng)用于智能手機、平板電腦、電視、機頂盒和互聯(lián)網(wǎng)等移動計算及消費電子產(chǎn)品領(lǐng)域。中芯國際28納米技術(shù)可為客戶提供高性能應(yīng)用處理器、移動基帶及無線互聯(lián)芯片制造。
我們在這里要討論28nm給中芯國際帶來的業(yè)績增長彈性。我們認為,28nm在市場需求和供給錯配的情況下,將是未來中芯國際業(yè)績增長彈性的主要推手。
目前中芯國際在28nm上的產(chǎn)能為1.7萬片/月,其中北京廠產(chǎn)能為1萬片/月,上海廠產(chǎn)能為7000片/月。在工藝技術(shù)方面,向客戶提供包括28nm多晶硅(PolySiON)和28nm高介電常數(shù)金屬閘極(HKMG)在內(nèi)的多項代工服務(wù)。主要客戶有高通等。
從營收角度來看,2016年28nm工藝營收占總體營收的比重為1%左右,體量還非常小。
我們預(yù)計未來3年28nm產(chǎn)能的情況將實現(xiàn)快速的增長,從2016年的1.7萬片/月,到2018年的6萬片/月,CAGR為88%。以2018年的產(chǎn)能來計算,28nm全年營收為10.8億美元,預(yù)計將占到全年營收的30%。
中芯國際28nm產(chǎn)能(萬片/月)
布局新技術(shù),未來的成長來源
現(xiàn)在的中芯國際也正在新技術(shù)上進行研發(fā)。如啟動14nm研發(fā),預(yù)計2018年投入風(fēng)險性試產(chǎn),突破國際技術(shù)封鎖,自力更生尋出路。
目前一代的FinFET工藝中,TSMC是16nm節(jié)點,三星、Intel各自開發(fā)了14nm FinFET工藝,GlobalFoundries則使用了三星的14nm工藝授權(quán)。由于受到出口限制,我們只能選擇自己開發(fā),15年中比利時國王訪華時,華為、高通、中芯國際及比利時微電子中心宣布合作開發(fā)14nm工藝,中芯國際現(xiàn)在建設(shè)的12英寸晶圓廠就是為此準備的,預(yù)計最早2018年投入風(fēng)險性試產(chǎn)。
上海的12英寸晶圓廠不止會上14nm工藝,未來還會升級10nm以及7nm工藝。
臺積電、三星和中芯國際制程概況
2016年四季,公司宣布在上海開工建設(shè)新的12英寸晶圓廠,投資超過675億人民幣,明年底正式建成,這座工廠將使用14nm工藝,這是中芯國際最先進、同時也是大陸最先進的制造工藝。新的12吋生產(chǎn)線項目預(yù)計總投資超過100億美元,將通過合資方式建設(shè)未來每個月可容納7萬片的產(chǎn)能規(guī)模。公司董事表示,在加速研發(fā)過程中,力爭在2018年底實現(xiàn)突破。
另外,45/40nm進軍PRAM存儲,蠶食三星份額。
中芯國際是中國大陸第一家提供40納米技術(shù)的晶圓廠。40納米標(biāo)準邏輯制程提供低漏電(LL)器件平臺,核心組件電壓1.1V,涵蓋三種不同閾值電壓,以及輸入/輸出組件 2.5V電壓(超載 3.3V, 低載1.8V)以滿足不同的設(shè)計要求。40納米邏輯制程結(jié)合了最先進的浸入式光刻技術(shù),應(yīng)力技術(shù),超淺結(jié)技術(shù)以及超低介電常數(shù)介質(zhì)。此技術(shù)實現(xiàn)了高性能和低功耗的完美融合,適用于所有高性能和低功率的應(yīng)用,如手機基帶及應(yīng)用處理器,平板電腦多媒體應(yīng)用處理器,高清晰視頻處理器以及其它消費和通信設(shè)備芯片。
40nm工藝組件選擇
攜手Crossbar,進入PRAM存儲領(lǐng)域。公司與阻變式存儲器(RRAM)技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者Crossbar,共同宣布雙方就非易失性RRAM開發(fā)與制造達成戰(zhàn)略合作協(xié)議。作為雙方合作的一部分,中芯國際與Crossbar已簽訂一份代工協(xié)議,基于中芯國際40納米CMOS制造工藝,提供阻變式存儲器組件。這將幫助客戶將低延時、高性能和低功耗嵌入式RRAM存儲器組件整合入MCU及SoC等器件,以應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備、平板電腦、消費電子、工業(yè)及汽車電子市場需求。
價格競爭加劇和固定資產(chǎn)加速折舊,2017年營收占比預(yù)降1-2%。我們估計在2017/18年,45 / 40nm將占銷售額的24%/ 24%。由于價格競爭激烈和固定資產(chǎn)的加速折舊,我們預(yù)計2017年45 / 40nm工藝將同比下降1-2個百分點。2017/18年 45 / 40nm產(chǎn)能的減少將轉(zhuǎn)化為28nm產(chǎn)能增加。
重視技術(shù)落地,應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬
中芯國際精通技術(shù)移植的應(yīng)用、多領(lǐng)域解決方案陸續(xù)推出。該公司同行專注于在先進的數(shù)字邏輯部分的競爭,而中芯國際的戰(zhàn)略是有選擇的研發(fā)突破并領(lǐng)導(dǎo)相應(yīng)細分領(lǐng)域技術(shù),同時堅持投資先進的數(shù)字邏輯技術(shù)。公司將其制程工藝廣泛應(yīng)用于CMOS圖像傳感器 (CIS)、多元化eNVM技術(shù)平臺、IoT Solutions、混合信號/射頻工藝技術(shù)、面板驅(qū)動芯片(DDIC)、CMOS 微電子機械系統(tǒng)以及非易失性存儲器等領(lǐng)域。公司通過陸續(xù)推出新技術(shù),鞏固已有市場份額,同時獲得新的市場份額。
技術(shù)移植的應(yīng)用
陸續(xù)推出新的應(yīng)用產(chǎn)品
1)CMOS圖像傳感器 (CIS)
CMOS圖像傳感器產(chǎn)業(yè)保持高速增長。在移動設(shè)備和汽車應(yīng)用的驅(qū)動下,2015年~2021年,CMOS圖像傳感器(CIS)產(chǎn)業(yè)的復(fù)合年增長率為10.4%,預(yù)計市場規(guī)模將從2015年的103億美元增長到2021年的188億美元。運動相機似乎已經(jīng)達到市場上限,但是新的應(yīng)用,如無人機、機器人、虛擬現(xiàn)實(VR)和增強現(xiàn)實(AR)等,正促使CMOS圖像傳感器市場煥發(fā)新的生機。
與此同時,汽車攝像頭市場已經(jīng)成為CMOS圖像傳感器的一個重要增長領(lǐng)域。先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)的發(fā)展趨勢進一步提高對傳感器供應(yīng)商的壓力,以提升其傳感技術(shù)能力。圖像分析是新興需求,并且人工智能的早期應(yīng)用正吸引眾人的目光。預(yù)計2015年-2021年,汽車CMOS圖像傳感器市場的復(fù)合年增長率將高達23%。因此,我們認為2021年之前,全球CMOS圖像傳感器的市場增長不會出現(xiàn)放緩的趨勢。公司作為CMOS頭像傳感器晶圓制造企業(yè),是產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵節(jié)點,未來將受益于行業(yè)增長,分享行業(yè)紅利。
中芯國際的CMOS圖像傳感器增長狀況
公司擁有十年以上在CMOS圖像傳感器(CMOS Image Sensor, CIS)的制造經(jīng)驗。目前,中芯國際為客戶提供1.75微米/1.4微米像素尺寸的背面照射和1.75微米像素尺寸的正面照射技術(shù)。同時我們也可以為客戶提供從晶片、 彩色濾光片、微透鏡到封裝測試的一站式服務(wù)。
公司已于2016年成功開發(fā)0.11微米CMOS 圖像傳感器(CIS)工藝技術(shù),在此工藝下生產(chǎn)的 CIS 器件,其分辨率、暗光噪聲和相對照度都將得到增強。
公司在國內(nèi)提供完整的 CIS 代工服務(wù),基于其豐富的領(lǐng)域經(jīng)驗,該0.11微米 CIS 技術(shù)能力可以為客戶提供除0.15,0.18微米以外領(lǐng)先的解決方案及有競爭力的成本優(yōu)勢。該高度集成、高密度 CIS 解決方案,同時適用于鋁和銅后端金屬化工藝,可廣泛應(yīng)用于攝像手機、個人電腦、工業(yè)和安全市場等領(lǐng)域。公司在該技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)開始進入試生產(chǎn)階段,未來幾個月后也將在其200和300毫米芯片生產(chǎn)線上實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。
2)推出多元化eNVM技術(shù)平臺
公司早在2013年推出多元化嵌入式非揮發(fā)性記憶體(eNVM)平臺。目前公司擁有公認的制造能力,可以提供具有成本競爭力的嵌入式非揮發(fā)性記憶體平臺。公司提供了完整的嵌入式非揮發(fā)性存儲技術(shù)與廣泛IP支持,可應(yīng)用于智能卡、MCU和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。這些嵌入式非揮發(fā)性存儲技術(shù)提供高性能,低功耗與卓越的耐久性和資料保存性能。
這些工藝可提供客戶制造出具有成本效益,低功耗,高可靠性的產(chǎn)品,和更具經(jīng)濟效益的解決方案。包括OTP、MTP、0.18微米和0.13微米(μm)eEEPROM(嵌入式EEPROM)技術(shù)和0.13微米低功耗(LL)的嵌入式閃存(eFlash)技術(shù),以及正在進行的新型非揮發(fā)性存儲技術(shù),如相變化存儲技術(shù)、阻變式存儲技術(shù)和磁阻式存儲技術(shù)。
公司eNVM平臺適用于消費者、工業(yè)產(chǎn)品、汽車電子等廣泛的產(chǎn)品應(yīng)用,諸如MCU (微控制器)、觸控屏;以及一系列的智能卡應(yīng)用領(lǐng)域(涵蓋SIM卡、社會保障、交通運輸和銀行卡等)。通常這些應(yīng)用對性能、可靠性、尺寸、功耗具有較高的要求。公司現(xiàn)已與諸多業(yè)界知名企業(yè)在eNVM平臺上合作,目前該平臺處于量產(chǎn)階段。
3)IoT Solutions
公司提供完整的一站式IoT技術(shù)平臺打造智能、安全的物聯(lián)世界通過不斷優(yōu)化成熟工藝平臺,公司提供完整的一站式物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things, IoT)工藝、制造和芯片設(shè)計服務(wù)。并攜手集成電路生態(tài)鏈合作伙伴,為設(shè)計公司生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)智能硬件相關(guān)芯片產(chǎn)品,用于智能家居、能源、安防、工業(yè)機器人、可穿戴式設(shè)備、汽車、交通、物流、環(huán)境、智能農(nóng)業(yè)、健康監(jiān)護及醫(yī)療等多個領(lǐng)域。
作為中國內(nèi)地規(guī)模最大、技術(shù)最先進的集成電路晶圓代工企業(yè),公司能夠提供專業(yè)、安全、完整的本土化服務(wù),幫助設(shè)計公司縮短入市時間,降低成本,在蓬勃發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)市場中占據(jù)有利地位。
8寸和12寸技術(shù)平臺均已完備 – 55納米低漏電嵌入式閃存平臺已進入穩(wěn)定量產(chǎn)
物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品通常具有功能多樣性以及快速的上市響應(yīng)等特點,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以傳感、微處理、存儲、互聯(lián)為主,注重微小體積和超低功耗?;诠镜?.18微米到28納米的低功耗邏輯及射頻工藝,結(jié)合外置高容量存儲器,設(shè)計公司可選擇用于智能家居、可穿戴式設(shè)備、智慧城市等各類物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品;0.13微米和55納米低漏電嵌入式閃存(embedded Flash)工藝進一步整合內(nèi)置存儲器。采用公司55納米低功耗嵌入式閃存技術(shù)的智能卡芯片已成功進入穩(wěn)定量產(chǎn)。
卓越的SPOCULLTM 95ULP超低功耗和55納米超低功耗技術(shù)平臺
公司推出了SPOCULL 95ULP超低功耗技術(shù)平臺。此8’’工藝平臺提供業(yè)界最高密度最小面積的SRAM,極低的漏電流、功耗和寄生電容。在12’’工藝平臺上, 公司同時也推出55納米ULP超低功耗技術(shù)平臺。以95ULP和55納米ULP為主要超低功耗技術(shù)節(jié)點,通過進一步降低產(chǎn)品操作電壓、工藝器件優(yōu)化和IP設(shè)計優(yōu)化,極大減低產(chǎn)品的動態(tài)功耗和靜態(tài)功耗,延長系統(tǒng)待機時間和使用效率,并通過整合射頻和嵌入式存儲器技術(shù),優(yōu)化成本結(jié)構(gòu)和安全性能。
公司提供微機電系統(tǒng)(MEMS)傳感的技術(shù)平臺
公司還提供微機電系統(tǒng)(MEMS)傳感器技術(shù)平臺,能夠打造集射頻、基帶、微處理器、嵌入式閃存、微機電系統(tǒng)傳感器于一體的單芯片系統(tǒng)(SoC)、系統(tǒng)級封裝(SiP)、晶圓級封裝(WLP)、2.5D封裝等一站式服務(wù),有助于縮短產(chǎn)品入市周期,優(yōu)化產(chǎn)品成本和結(jié)構(gòu)形態(tài)。
全面的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)IP生態(tài)系統(tǒng)
除了自身的工藝技術(shù)平臺以外,公司還積極創(chuàng)建全面的物聯(lián)網(wǎng)IP生態(tài)系統(tǒng)。通過與國內(nèi)外眾多IP合作伙伴建立的良好合作關(guān)系,公司可在射頻、基帶、嵌入式閃存、CPU 和DSP IP核、基礎(chǔ)單元庫IP、電源管理類IP、信息安全類IP和模擬接口類IP等方面提供完備的、高質(zhì)量的IP和設(shè)計服務(wù)。
4)混合信號/射頻工藝技術(shù)
公司提供與邏輯工藝兼容的混合信號/射頻工藝技術(shù)。通過與國際領(lǐng)先EDA工具供應(yīng)商的合作, SMIC提供精確的RF SPICE 模型和完整的PDK 工具包,涵蓋從0.18微米工藝到28納米PolySiON 工藝。 這一系列工藝技術(shù)用于射頻和無線互聯(lián)芯片制造并被廣泛應(yīng)用于消費電子,通信,計算機以及物聯(lián)網(wǎng)等市場領(lǐng)域。
5)面板驅(qū)動芯片(DDIC)
公司高壓工藝為計算機和消費類電子產(chǎn)品以及無線通訊LCD驅(qū)動等廣泛應(yīng)用領(lǐng)域提供一個經(jīng)濟有效的平臺。公司同時提供95納米 SPOCULL 高壓平臺,該平臺的技術(shù)性能優(yōu)越,具備超低功耗的特性來支持可穿戴式設(shè)備的應(yīng)用,具備eNVM來支持in-cell面板的技術(shù),可廣泛應(yīng)用于面板驅(qū)動,in-cell面板及AMOLED面板等。
6)CMOS 微電子機械系統(tǒng)
公司的MEMS方案主要集中在兩大主流應(yīng)用領(lǐng)域:第一種為MEMS麥克風(fēng),是開放式結(jié)構(gòu),目前已經(jīng)進入量產(chǎn);第二種慣性傳感器,是封閉式結(jié)構(gòu),于2016年2Q進入小量量產(chǎn)。
兩個平臺的主要工藝技術(shù)
7)非易失性存儲器
公司擁有公認的制造能力,可以提供具有成本競爭力的嵌入式閃存技術(shù)。公司提供了完整的嵌入式閃存技術(shù)與廣泛IP支持,可應(yīng)用于智能卡,MCU和單芯片。這些嵌入式閃存技術(shù)IP提供快速的程序設(shè)計和擦除時間,低功耗與卓越的可靠性和資料保存性能。公司還提供了ETOX NOR閃存技術(shù)解決方案,涵蓋從0.18微米到65納米。這些工藝可提供客戶制造出具有低成本效益,低功耗,高可靠性和耐久性的產(chǎn)品。
集成電路產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的“雁行模式”給中芯帶來的機遇
集成電路的最初形態(tài)為垂直整合的運營模式,系統(tǒng)企業(yè)內(nèi)設(shè)集成電路的制造部門,僅用于滿足企業(yè)自身產(chǎn)品的需求。美國的AT&T是最先采用垂直整合模式的企業(yè),隨后IBM的集成電路制造部門為IBM自行生產(chǎn)的大型計算機提供處理器。隨著集成電路技術(shù)的擴散,日本日立、NEC、富士通、東芝等企業(yè),歐洲的西門子、飛利浦等電子公司都采用了這種模式。
IDM是繼垂直整合模式之后的新模式,由集成電路制造商自主設(shè)計與銷售由自己的生產(chǎn)線加工、封裝、測試后的成品芯片。與垂直整合模式不同的是,IDM企業(yè)的產(chǎn)品是滿足其他系統(tǒng)廠商的要求,最典型的例子就是美國的Intel公司。IDM模式的優(yōu)點在于IDM廠商可以根據(jù)市場特點制造綜合發(fā)展戰(zhàn)略,可以更加精細地對設(shè)計、制造、封測每個環(huán)節(jié)進行質(zhì)量控制。IDM模式不需要外包且利潤較高,但其劣勢在于投資額加大、風(fēng)險較高,要有不斷推出優(yōu)勢產(chǎn)品作保證,而且IDM模式的技術(shù)跨度較大,橫跨了三個環(huán)節(jié),企業(yè)不僅需要考慮每個環(huán)節(jié)的技術(shù)問題,而且還要綜合協(xié)調(diào)三大環(huán)節(jié),加大了企業(yè)的運營難度。
隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的不斷演變,國際IDM大廠外包代工的趨勢也日益明顯,逐漸催化了Fabless+Foundry+OSAT模式。
半導(dǎo)體制造在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈里具有卡口地位。制造是產(chǎn)業(yè)鏈里的核心環(huán)節(jié),地位的重要性不言而喻。在半導(dǎo)體價值鏈里,占據(jù)最為重要的一環(huán)。統(tǒng)計行業(yè)里各個環(huán)節(jié)的價值量,制造環(huán)節(jié)的價值量是最大的,因為Fabless+Foundry+OSAT的模式成為趨勢,F(xiàn)oundry在整個產(chǎn)業(yè)鏈中的重要程度也逐步提升,可以這么認為,F(xiàn)oundry是一個卡口,產(chǎn)能的輸出都由制造企業(yè)所掌控。
產(chǎn)業(yè)鏈概況
“made in china”品牌下 整機制造領(lǐng)域滲透率已經(jīng)提升到邊際增長曲線斜率趨緩階段。中國制造經(jīng)過這些年的發(fā)展,在下游整機制造半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的下游應(yīng)用市場,中國占42%,是非常主要的市場。其中智能手機占全球28%,LCD TV占全球24%。 PC/Notebook占全球 21%. 平板》21%。這幾個數(shù)據(jù)說明,全球各類電子類產(chǎn)品的下游應(yīng)用需求,中國是重中之重。
國內(nèi)電子整機商
“中國制造”要從下游往上游延伸,在技術(shù)轉(zhuǎn)移路線上,半導(dǎo)體制造是“中國制造”尚未攻克的技術(shù)堡壘。中國是個“制造大國”,但“中國制造”主要都是整機產(chǎn)品,在最上游的“芯片制造”領(lǐng)域,中國還和國際領(lǐng)先水平有很大差距。在從下游的制造向“芯片制造”轉(zhuǎn)移過程中,一定會涌現(xiàn)出一批領(lǐng)先的代工企業(yè)。
日本經(jīng)濟學(xué)家赤松要在1956年提出了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“雁行模式”,認為日本的產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了進口、進口替代、出口、重新進口四個階段。從這個角度來看,中國的集成電路正在經(jīng)歷當(dāng)年日本所經(jīng)歷過的路線。
世界的集成電路經(jīng)過了兩次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,第一次在20世紀70年代末,從美國轉(zhuǎn)移到了日本,造就了富士通、日立、東芝、NEC等世界頂級的集成電路制造商;第二次在20世紀80年代末,韓國與臺灣地區(qū)成為這一次轉(zhuǎn)移過程中的受益者,崛起了三星和臺積電這樣的制造業(yè)巨頭。
集成電路產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移也包含著一定的技術(shù)特征,轉(zhuǎn)移路徑按照勞動密集型產(chǎn)業(yè)—〉資本技術(shù)密集產(chǎn)業(yè)—〉技術(shù)密集與高附加值產(chǎn)業(yè)。第一階段的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移為封裝測試環(huán)節(jié),美國很多半導(dǎo)體企業(yè)或?qū)⒆陨淼姆鉁y部門賣出剝離,或是將測試工廠轉(zhuǎn)移到東南亞,在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移過程中,中國臺灣地區(qū)的很多封測企業(yè)開始崛起,比如日月光和矽品等。第二階段的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移為制造環(huán)節(jié),這和集成電路產(chǎn)業(yè)分工逐漸細分有關(guān)系。集成電路的生產(chǎn)模式由原先的IDM為主轉(zhuǎn)換為Fabless+Foundry+OSAT,產(chǎn)業(yè)鏈里的每個環(huán)節(jié)都分工明確。在制造轉(zhuǎn)移的過程中,臺灣的TSMC崛起成為現(xiàn)在最大的代工廠。
目前,憑借巨大的市場需求,較低的人工成本,大陸的OSAT和Foundry正有接力臺灣,成為未來5年產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的重點區(qū)域。
本土半導(dǎo)體市場需求和供給仍然錯配,有潛力去進行國產(chǎn)替代。中國大陸地區(qū)的半導(dǎo)體銷售額占全球半導(dǎo)體市場的銷售額比重逐年上升,從2008年的18%上升到1H2016的31%,同時半導(dǎo)體制造產(chǎn)能僅為全球的12%,需求和供給之間存在錯配。
中國整機商品牌提升,“本土化”提供完整產(chǎn)業(yè)鏈機會。以智能手機為例,除了三星蘋果之外,越來越多的本土品牌開始在市場上滲透,并逐漸有了話語權(quán)。國產(chǎn)手機包括華為、OPPO\VIVO等,年出貨量都已經(jīng)超過了1億部,并且還保持了可觀的增速。在智能手機領(lǐng)域,越來越多的國產(chǎn)品牌正在浮出水面。從這個維度來看,我們看好國內(nèi)從整機到上游的價值傳導(dǎo)。
國內(nèi)從上游的芯片設(shè)計制造到下游的整機已經(jīng)形成完整產(chǎn)業(yè)鏈,帶來可期待的產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同效應(yīng)。我們看到大陸正在形成從整機到上游芯片完整產(chǎn)業(yè)鏈的布局,這一點同臺灣地區(qū)美國韓國不同,中國臺灣的電子集中在上游的芯片,從Fabless+Foundry+OSAT,但是欠缺下游的整機品牌,同時芯片環(huán)節(jié)沒有形成規(guī)模的集群效應(yīng),芯片每個環(huán)節(jié)只有一兩家龍頭企業(yè);美國在芯片設(shè)計領(lǐng)域是全球最強,但是下游的整機品牌數(shù)量正在被中國逐漸超過;韓國和中國臺灣的格局有些類似,有一些大而全的企業(yè),但是缺乏完整的集群效應(yīng)。只有中國,憑借廣闊的下游市場和完整的集成電路產(chǎn)業(yè)鏈,正在逐漸崛起。
中國大陸的設(shè)計公司崛起給本土制造商帶來驅(qū)動效應(yīng),本土虛擬IDM構(gòu)建會成為產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移趨勢下的主旋律。從2011年開始,受益于下游整機市場的興起,本土的設(shè)計企業(yè)開始迅速崛起,增速遠大于全球設(shè)計公司的CAGR。我們看到全球設(shè)計業(yè)的CAGR為3%,而中國的這一數(shù)據(jù)為22%,遠高于全球設(shè)計業(yè)的水準。在中國設(shè)計公司快速增長的過程中,大陸的制造企業(yè)龍頭中芯國際自然享受成長紅利,我們看到從2011-2015年里,伴隨著設(shè)計企業(yè)的崛起,中芯國際在中國大陸地區(qū)的CAGR達到了25%。這和中國大陸地區(qū)的設(shè)計公司快速增長息息相關(guān)。