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深度报告:华为芯片谁来制造?

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自主创芯·产业报国

上周,我国大陆晶圆代工双雄——中芯国际和华虹集团(包括华虹宏力和华力微电子)先后发布了2018年财报。


从数据来看,中芯国际在过去的一年里营收为33.6亿美元,同比增长了8.3%。而2018年的毛利率为22.2%,较2017年的23.9%略有下降。来自中国地区客户的收入增长占2018年不含技术授权总收入的57.0%,较2017年的47.3%,同比增长了24.3%。

华为海思的芯片经过20年的发展已经在众多领域达到世界顶级水平,甚至在部分领域领跑全球。

华虹方面,2018年,华虹半导体销售收入总额达9.303亿美元,较2017年增长15.1%,创下历史新高,毛利率为33.43%。这得益于该公司提供的特色工艺平台,尤其是在嵌入式非易失性存储器和分立器件技术平台方面。中国区仍然是华虹半导体营收最大的市场,占比为56.4%,营收同比增长17.7%。

但是,海思只参与了芯片的设计环节。

可以看出,中芯国际在我国大陆晶圆代工老大的地位不可动摇,但是,其年收入增长情况以及毛利率不容乐观,特别是毛利,绝对数值就不算高,而且相较2017年还略有下降。这也是这么多年一直困扰该公司发展的主要障碍所在:先进制程发展相对迟缓,使得毛利率一直没能提升上去。

芯片设计只是装个产业链的一个环节,还需要上游的芯片架构+芯片EDA的支持。

反观华虹,该公司的收入水平距离中芯国际依然具有较大差距,但其年收入增长,以及毛利率情况还是可以的,这也是得益于其稳健的发展策略,特别是侧重于特色制程工艺,显得更加专注一些。

芯片产业链全景图

无论是中芯国际,还是华虹,收入的主要来源都是大陆地区,而且所占比例很相近,而且同比增长情况都比较乐观。这也充分体现了最近两年我国大陆半导体产业的增长势头和活跃程度,特别是本土IC设计公司的大量涌现,给晶圆代工企业带来了不少利润增长。据CSIA统计,目前,中国大陆的IC设计公司不少于1300家,发展势头迅猛,这给我国本土晶圆代工业带来了绝佳的发展契机。

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从2019第一季表现展望全年

更为重要的是,设计好的芯片需要制造代工环节,这才是半导体的命门和最大门槛!

上周,拓墣产业研究院公布了全球晶圆代工厂商在2019年第一季度的排名,重点介绍了前10位的营收情况。

目前华为的高端芯片制造几乎全部交由台积电完成,模拟芯片的制造也几乎被海外巨头垄断。

从排名来看,2019年第一季度晶圆代工厂商排名与去年同期相比变化不大,仅力晶(Powerchip)因为12英寸代工需求下滑,被高塔半导体(TowerJazz)反超。而包括台积电、三星(Samsung
LSI)、格芯(GLOBALFOUNDRIES)、联电、中芯国际、力晶(Powerchip)等在内的厂商,因12英寸晶圆代工市场需求疲软,导致第一季度营收较去年同期下滑幅度均达到了两位数。

所以,未来华为的芯片由谁来制造?

可以看出,排名前5位的厂商营收同比都大幅衰减,而中芯国际衰退近22%,幅度仅次于力晶的26.4%,处在第二高位,这对其28nm制程的成熟度,以及14nm导入量产带来了更大的压力。

1、先进代工:中芯国际、华力微

中芯国际表示,其已经完成了28纳米HKC+,以及14纳米FinFET技术的研发,并开始相关客户导入的工作。预计于2019年内实现量产。同时,该公司也成功开发出了国内第一套14纳米级光罩,具备了国内先进的光罩生产能力,今年可为客户提供14纳米光罩制造服务。

2、IDM:闻泰科技、三安集成

据悉,中芯国际28nm制程的收入贡献从2016年的1.6%增至2017年的8.0%,2018年Q3略降至7.1%,主要原因在于其28nm以较为低端的PolySion工艺为主,HKMG产能及良率尚不高,同时,全球28nm产能处于过剩状况。中芯国际28nm
HKMG的升级工艺HKC+,对标台积电的28nm
HPC+,该工艺可以显著提升性能、降低功耗,有望开拓部分智能手机及物联网应用市场。

3、成熟代工:华虹半导体、和舰

若以拓墣产业研究院的统计为准,那么2019开年,大家的业绩都不乐观,这主要是产业发展动力不足,特别是以手机为代表的消费类电子市场疲软造成的。而对于中芯国际来说,2019全年的业绩表现,就看其28纳米HKC+及14纳米FinFET的客户导入及量产情况了,这将在很大程度上决定其不甚理想的毛利水平。

4、特色:士兰、台基、捷捷、杨杰

而在拓墣产业研究院的这份榜单中,华虹成为了一个亮点,其悄然成为了前10中营收增幅最大的厂商,而这与其在IC
Insights的2017年全球前八大晶圆代工厂的营收增长态势保持一致,如下图所示,彼时,销售额增幅最大的也是华虹,达到了18%,其旗下有华虹宏力和上海华力微电子这两家晶圆代工厂,华虹宏力以8英寸晶圆代工为主,上海华力则以12英寸为主。

5、存储:长江存储、兆易、君正

华虹能保持稳健的正增长,一是基于其多年的技术积累,在相关特种工艺方面比较成熟,也比较适合本土客户的胃口;另外,就是得益于这几年大陆IC设计业及相关企业的迅速发展,赢得了不少商机。

本文来自于6月1日外发60页重磅深度报告

高毛利的诱惑

《半导体自主可控全景研究》

上周末,从中芯国际传来了一个重磅消息,该公司宣布将以约1.13亿美元的价格,将其持有的意大利工厂LFoundry的股权出售给中科君芯。中芯控股合资公司LFoundry是一家领先的专业晶圆代工厂。LFoundry总部位于意大利,主要提供先进的模拟芯片代工服务,晶圆月产量超过4万片。2016年,中芯国际以约5500万美元的价格将LFoundry收入了麾下。

报告PDF全文,请联系西南电子团队

据中芯国际介绍,出售LFoundry所得款项,将用于先进制程工艺技术及特色成熟工艺。

半导体制造——产能制程落后,中芯为首齐发力

显然,中芯国际的这一举措,就是要将更多的精力、财力和资源用于先进制程的研发和量产上面,发展目标对准台积电和三星半导体的指向性更加明确。如果发展情况良好的话,这可以提升其毛利率和营收水平,使其财务状况更加健康。

半导体制造主要分为逻辑芯片、存储芯片制造等。逻辑芯片领域,台积电、三星等承接产业转移的机遇,建立了较强的先发优势,但中芯国际、华虹半导体等大陆晶圆代工企业正在加速追赶,产线规模不断扩大、制程技术不断提高。存储芯片领域长期为三星、海力士、美光等企业垄断,进入壁垒高,国内以长江存储、合肥长鑫为代表的企业已经建立产线、全力攻坚产能爬坡与良率提升。射频芯片方面,尽管Skyworks、Qorvo等国际巨头瓜分了大部分市场,但唯捷创芯、慧智微、中科汉天下等国内企业已经实现阶段性技术突破,市场份额也在逐步提升。

华虹方面,在专注于特色制程工艺的基础上,该公司并没有放弃先进制程的开发。2018年12月11日,华虹集团旗下的12英寸晶圆代工厂上海华力与联发科共同宣布:基于上海华力28nm低功耗工艺平台的一颗无线通讯数据处理芯片成功进入量产阶段。

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至此,除了中芯国际之外,又有一家大陆晶圆代工厂具备了28nm制程的量产能力。

1.1逻辑芯片:产能两头在外,先进制程落后

而就在上个月的SEMICON China
2019上,据华力微电子研发副总裁邵华透露,今年底华力微电子将量产28nm
HKC+工艺,2020年底则会量产14nm
FinFET工艺。如果能如期实现,这将是国内第二家量产14nm工艺的代工厂。

在半导体芯片行业,企业模式主要分三种,IDM、Foundry和Fabless。IDM被称为垂直设计和制造企业,是指从设计到制造、封装测试以及投向消费市场一条龙全包的企业,这种模式在逻辑芯片的代表性厂商有英特尔,在存储芯片的代表性厂商有三星、海力士、美光等。Foundry是代工厂,是指不做设计和下游营销,专注加工工艺的整合和产能的提升,最典型的是台积电。而有的公司专注设计,没有加工工厂,业务基本外包给代工厂,称为Fabless,在逻辑芯片领域有AMD、高通、博通等。纳米制程是针对IDM和Foundry而言,Fabless没有工厂,不需要担心纳米制程的问题。他们只需要选择合作对象,给他们设计的芯片进行代工,所以更先进的制程是IDM和Foundry执着追求的目标,一旦掌握了最先进制程技术,意味着可以最早占领市场,形成先发优势,对后进入者可以实施价格打压,维护自己的垄断地位。

华虹的这些举措,无疑也是瞄向更高毛利率的。

半导体制造环节资金壁垒高。产能的扩张需要新建大量厂房和引进大量设备,一般新建一个12英寸生产线需要上百亿元的资本投入。产线建设完成后也需要经过长时间的产能爬坡才能达到大规模生产,因此在厂线使用初期,高额的折旧摊销也会对利润带来侵蚀,因此半导体制造资金壁垒高。半导体制造环节由最初的IDM模式向当今的晶圆代工演化,这使得相当多的公司可以从大量的设备投入、研发费用中解放出来,专注半导体的设计。

晶圆代工助攻本土IDM发展

半导体制造环节技术壁垒高。在半导体制造环节,除了半导体设备本身极具技术难度之外,各个环节设备之间的工艺配合以及误差控制需要大量的经验积累。一般集成电路生产需经过几十步甚至上千步的工艺,在20nm技术节点,集成电路产品的晶圆加工工艺步骤约1000步,在7nm时将超过1500步,任何一个步骤的误差放大都会带来最终芯片良率的大幅下滑,因此半导体制造行业是一个高度精密的系统工程。因此,在建立先进制程生产线时,需要投入高额的研发费用。

中芯国际将LFoundry出售给了中科君芯,据悉,江苏中科君芯科技有限公司是一家专注于IGBT及高速整流二极管等新型电力电子芯片研发的中外合资企业,这与LFoundry的模拟芯片代工服务类型很吻合,在得到LFoundry后,中科君芯在原有设计能力的基础上,也具备了芯片制造能力,这是向IDM方向发展的重要一步。

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我国要大力发展半导体产业,制造业是重中之重,而与国际先进地区相比,我国大陆缺乏的就是以IDM为代表的制造业,因此,国家在最近几年一直在大力扶持本土的IDM及半导体制造业。

据IHS
Markit统计,2017年全球纯晶圆代工市场营收为530亿美元,较上年增长7.1%。随着无生产线的Fabless商业模式的流行及越来越多的IDM公司对纯晶圆代工厂的先进节点产品制造上的依赖,领先的纯晶圆代厂的营收将持续性增长。预计到2021年,纯晶圆代工市场营收将达到754亿美元,2016年到2021年的年复合增长率为9.1%,超过同期全球半导体市场的2.8%。从技术节点演变角度来看,28/22纳米及以上相对成熟制程凭借高性价比依然拥有较大的市场规模,存量上基本保持不变或轻微下降,但是由于28/22纳米以下先进制程的市场规模逐渐扩大,成熟制程的市场占比会不断下降。总的来说,目前代工市场还是主要以成熟制程为主,先进制程占比不断提高,2017年28/22纳米及以下先进制程市场占比仅38%,预计到2021年可以达到56%。

因此,各种模式和类型的IDM企业不断涌现,除了中科君芯这种演进模式以外,还有以青岛芯恩为代表的CIDM(Commune
IDM——共有、共享式IDM),以及以粤芯半导体为代表的虚拟IDM。

由于第二次产业转移中国台湾承接了代工业务,因此台湾贡献了全球最大的代工产能。仅台积电一家在2018年上半年就占据了全球晶圆代工市场的56.1%,联华电子市占率为8.9%,两者加起来总共占据了65%的市场规模。格罗方德是从美国AMD公司亏损后拆分出来的晶圆厂与阿布达比创投基金合资成立,目前也拥有9%的代工市场。三星最初是和英特尔一样,是典型的IDM厂商,晶圆代工厂主要服务自身的芯片供应,多余产能也会外接其他订单。2016
年三星代工业务营收45亿美元,市场占比约7.7%,位居全球第四。为进一步提高代工业务盈利能力,2017年5月三星正式宣布代工业务部与系统LSI业务部分离,开始自立门户。

虽说这些新的IDM模式更多地还处于概念推广阶段,但这些想法的产生是基于我国半导体产业处于发展初期的现实,虽然整体水平不高,但是有更多的想象和发展空间。实现IDM是有很大难度的,但它们确实抓住了产业、特别是我国产业的痛点,发展好了,是可以为本土半导体业添砖加瓦的。

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而在发展本土IDM方面,晶圆代工厂也发挥着不可忽视的作用,以中芯国际为例,虽然该公司历史不如华虹悠久,但其发展规模已是大陆晶圆代工一哥,另外,虽然该公司在过去20年的发展过程当中,出现过不少问题,但其对我国大陆的半导体制造,特别是IDM的发展贡献了不少力量:如最近的将LFoundry出售给中科君芯,以及大陆存储巨舰——长江存储和合肥长鑫的高层,都是出自中芯国际,而青岛芯恩的掌舵人张汝京行业资历深厚,更是与中芯国际有着颇深的渊源,相信芯恩的人才储备也会有中芯国际的贡献。

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这样看来,中芯国际颇有点儿中国大陆半导体制造业黄埔军校的意味。

中芯国际是大陆最大的晶圆代工厂,占据大陆晶圆代工市场的58%,也是大陆唯一一个可以提供28纳米先进制程的晶圆代工厂。华虹半导体是全球领先的200mm纯晶圆代工厂,主要面向1微米到90纳米的可定制服务,根据IHS的数据,按2016年销售收入总额计算,华虹半导体是全球第二大200mm纯晶圆代工厂。

结语

我国集成电路制造业2017年销售额达1390亿元,预计2018年更多新厂实现规模量产,销售额将进一步攀升至1767亿元。主要表现为12英寸集中扩建,8英寸订单满载,6英寸面临转型升级。从产能供给角度来看,2016年我国大陆地区晶圆制造产能仅为全球的10%左右,由于国内半导体市场需求巨大且逐年稳步增长,供需关系明显失衡,我国内地将成为半导体制造厂商的必争之地。

作为我国大陆半导体制造业的领路者,中芯国际和华虹或多或少地将台积电和联电作为了发展和追赶的目标,而在全球产业发展乏力,而中国相对有活力的当下,似乎出现了更多的机遇,期待两年后能出现更好的局面。

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目前我国晶圆代工的局限主要体现在两方面,一方面,从产能端来看,“两头在外”现象严重,另一方面,从制程端来看,与海外巨头有2-3技术代的差距。

产能端:我国的晶圆代工企业和本土设计公司在产值方面出现严重的不匹配。华润微电子将这种现象定义为“两头在外”,一方面本土晶圆制造代工厂给国外设计商做代工,同时国内设计公司也在依靠海外代工厂去生产。

2013年,中国整个晶圆代工产业规模为297亿元,其中中国本土晶圆代工规模248亿元,外资在国内设立晶圆代工厂产业规模为49亿元。中国本土IC设计公司占据中国本土晶圆代工营收规模中的114亿元,占比高达46%。2013年中国IC设计公司对晶圆产值需求约323亿元,中国本土晶圆代工厂提供给本土IC设计公司的产能按照产值仅满足35.3%,还存在209亿元的晶圆代工缺口。

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2017年,中国整个晶圆代工产业规模为440亿元,其中中国本土晶圆代工规模370亿元,外资在国内设立晶圆代工厂产业规模为70亿元。中国本土IC设计公司占据中国本土晶圆代工营收规模中的190亿元,占比高达51%。2017年中国IC设计公司对晶圆产值需求约671亿元,中国本土晶圆代工厂提供给本土IC设计公司的产能按照产值仅满足28.3%,还存在481亿元的晶圆代工缺口,比2013年增加了130%,因此,“两头在外”现象更加显着。

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从晶圆代工工艺角度来看,目前国内晶圆代工厂在特色工艺领域(BCD等模拟工艺、射频、e-NVM、功率器件等)同国外晶圆代工厂差别不大,基本能满足国内设计公司要求,同时也承接了大规模海外设计公司的需求。国内晶圆代工厂难以满足国内设计公司对主流工艺和高性能模拟工艺的需求,2017年国内设计公司到外资晶圆代工厂代工规模达481亿元。

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