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读懂芯片设计、IP授权、EDA软件技术核心

旺材芯片 2019-07-29 10:24 次阅读

来源:平安证券

芯片设计:美国领先地位明显,中国升至第三

IP授权、EDA软件属于利基市场

半导体IP授权属于半导体设计的上游。IP主要分为软IP、固IP和硬IP。软IP是用Verilog/VHDL等硬件描述语言描述的功能块,不涉及具体电路元件。固IP是以电路元件实现的功能模块。硬IP提供设计的最终阶段产品—掩膜。

IP授权的出现源自半导体设计行业的分工,设计公司无需对芯片每个细节进行设计,通过购买成熟可靠的IP方案,实现某个特定功能。

这种类似搭积木的开发模式,缩短了芯片开发的时间,提升了芯片的性能。全球半导体IP市场在2018年整体市场规模为49亿美元。其中ARM公司是IP领域绝对龙头,占41%市场份额。

EDA设计软件包括电路设计与仿真工具、PCB设计软件、IC设计软件、PLD设计工具等。

目前EDA设计软件领域集中度较高,Synopsys、CadenceMentorGraphics三巨头占据了EDA设计软件市场95%以上的市场份额,Synopsys、Cadence等公司将自己的软IP集成在设计软件中,进一步增加了用户黏性,也提高了行业壁垒。

芯片设计国内进步较快,未来潜力最大

芯片设计过程可以粗略的分为确定项目需求、系统级设计、逻辑设计、硬件设计四部分。IC设计行业中少数巨头企业占据了主导地位,其中美国IC设计行业处于领先地位。

从营收规模来看,全球前十大芯片设计公司总营收规模达到810亿美元,同比增长12%。其中博通同比增长15.6%,以217.54亿美元营收居首;高通同比下降了4.4%,以164.50亿美元继续位居第二。

从地区分布来看,2018年美国在全球芯片设计领域拥有59%的市场占有率,居世界第一;中国台湾地区市场占有率约16%,居全球第二;中国大陆则拥有12%的市场占有率,位居世界第三。日本、欧洲半导体公司以IDM模式居多。

以毛利率和营收规模两个维度来看,国内芯片设计上市公司与全球前十差距仍然较大。

根据2018年ICInsights数据,2018年国内半导体设计公司销售收入约385亿美金,海思和紫光展锐(均未上市)合计销售额超过了100亿美金,占国内市场规模的26%,剩余1700余家半导体设计公司产生了280亿美金的收入。

尽管差距明显,国内的芯片设计行业仍在高速成长,从过去二十年来看,国内半导体设计行业年复合增长速度超过40%,2018年的成长速度也达到了21.5%,相较于2007-2017年全球芯片市场4.4%的增长率,中国芯片市场的增长率一直在维持在20%以上。

晶圆代工:台积电一枝独秀,三星开始发力代工

2018年,全球芯片代工产业市场规模为627亿美金,同比增长5.72%。国内芯片代工产业市场规模为60.16亿美元,同比增长11.69%。预计未来三年国内增速仍将领先全球,市场份额的快速增长表明目前全球集成电路产能正向大陆转移。

从企业来看,2018年台积电以54.39%的市场占有率处于绝对领先的地位,在三星将晶圆代工部门从系统LSI业务部门中独立出来后,统计口径的改变让三星一跃成为第二。格罗方德和联华电子分列第三、第四。国内厂商中芯国际暂列第五。

从制程工艺来看,顶尖工艺(7nm+10nm)目前占据13%的市场份额,主要用于CPUGPU等超大规模逻辑集成电路的制造。主要用于存储芯片制造的14nm-28nm工艺占据了34%的市场份额;MCU/MPU、模拟器件、分立器件和传感器主要使用40nm以上工艺,占据了剩余的41%市场份额。

移动设备主导的半导体市场,更加注重功耗的降低。移动设备受锂电池续航所限,CPU功耗变得尤为重要。

2011年左右,随着智能手机渗透率的迅速提高,消费电子的重心开始从PC端向移动端倾斜,传统PC芯片巨头英特尔在移动端的举步不前也导致了其制程发展在近5年放慢了脚步。

台积电、三星得益于智能手机芯片庞大出货量,在制程工艺方面拼命追赶。从2011年落后英特尔一代制程到15年赶上,最终在17年实现反超。

2019年4月台积电宣布5nm工艺已经准备就绪,将在2020年进行量产。三星则宣布2021年5nm量产,并且未来十年(2020-2030)将投资1200亿美金加强晶圆代工和系统LSI方面的竞争力。

反观此前代工市场份额第二、第三的格罗方德和联华电子均宣布暂缓10nm以下制程的研发。目前顶尖制程的竞争就只剩下台积电和三星两家。

领先厂商通过提前量产获取订单,分摊工厂折旧,进而继续研发下一代工艺,使得后进厂商在先进制程工艺上的投资低于预期回报而放弃竞争,以此扩大市场份额、形成壁垒。未来芯片代工领域马太效应会愈加明显。

封测:并购整合获得扩张,长电实力位列第一梯队

半导体封测的技术含量相对较低,国内企业最早以此为切入点进入集成电路产业。国内封测企业通过外延式扩张获得了良好的产业竞争力,技术实力和销售规模已进入世界第一梯队。

近年来,国内封测厂商借助并购潮进入了实力显著提升。2018年国内封测三巨头长电科技、华天科技、通富微电在全球行业中分别排名第三、第六、第七。

在全球封测行业市场中,中国台湾地区、中国大陆和美国占据整个封测市场81%的份额,形成了三足鼎立的格局。

在芯片制造产能向大陆转移的大趋势下,国内封测企业近水楼台,抢占了中国台湾、美国、日韩封测企业的份额。

国内企业实现了远超同行增长率的快速壮大。预计未来三年,随着中国芯片封装市场规模的提升,国内企业的销售规模和技术水平也会得到进一步提升。

半导体材料:日欧垄断,国内自给率较低

半导体材料可分为制造材料和封装材料。制造材料可以分为以下几类:硅片,靶材,CMP抛光材料、光刻胶、高纯试剂、电子特种气体、(光掩膜)。

硅片、气体、光掩模和光刻胶四种材料占整体比例67%以上,其中硅片是半导体材料的核心。

我国半导体材料在国际分工中多处于中低端领域,高端产品市场主要被美、日、欧、韩、台湾地区等少数国际大公司垄断,国内大部分产品自给率较低,基本不足30%,主要依赖于进口。

半导体制造设备:制造产能国内转移趋势利好国产设备商

在2018年全球半导体设备市场区域分布情况中,中国市场逐步崛起:从半导体装备销售额情况看,从2014年开始,北美半导体设备投资逐年减少,日本基本维持稳定,整个半导体制造的产能转移到了韩国、中国台湾地区和中国大陆。随着众多晶圆代工厂在大陆投建,大陆设备市场增速将超过全球增速水平。

半导体制造过程复杂,涉及到的设备包括硅片制造设备、晶圆制造设备、封装设备和辅助检测设备等。在制造设备中,光刻机、刻蚀机和薄膜沉积设备为核心设备,分别占晶圆制造环节的约21%、18%和18%。

光根据各细分设备市场占有率统计数据,在光刻机、PVD、刻蚀机、氧化/扩散设备上,CR3达90%以上。

光刻机是半导体制造设备中价格占比最大,也是最关键的设备,被誉为是半导体产业皇冠上的明珠,每颗芯片诞生之初,都要经过光刻技术的锻造。光刻决定了半导体线路的精度,以及芯片功耗与性能。

以核心设备光刻机为例,荷兰公司阿斯麦(ASML.O)是全球最大的半导体光刻机设备及服务提供商,在细分领域具备垄断地位,在高端光刻机市场占据75%以上份额。

半导体设备技术难度高、研发周期长、投资金额高、依赖高级技术人员和高水平的研发手段,具备非常高的技术门槛。

目前国内厂商离全球领先企业差距较大。除中微半导体在蚀刻机领域成为全球一线供应商外,其他领域在三年内达到世界领先水平的可能性较低。

国内半导体产业政策支持力度较大,但是通过产业政策支持获取的进口替代、自主可控需要经过较长时间的演进才能实现。目前半导体进口替代是国内资本市场较为火热的主题,短期估值偏高。我们建议关注细分领域内具有较强实力、市场份额有望进一步提升的标的。芯片设计:汇顶科技、紫光国微;晶圆代工:中芯国际、华虹半导体和台积电;封装测试领域:长电科技、日月光;在半导体设备方面:北方华创。

原文标题:行业 | 半导体产业链细分行业梳理

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随着电路规模不断扩大,以及竞争带来的上市时间的压力,越来越多的电路设计者开始利用设计良好的、经反复验证的电路功能模块来加...
发表于 11-04 07:40 112次 阅读
什么是IP核保护技术?

使用EDA工具进行功率RF晶体管的恒定失配分析

This Article wirtten by John Pritiskutch and Craig Rotay (STMicroelectronics)  describes a Constant ...
发表于 11-01 09:14 116次 阅读
使用EDA工具进行功率RF晶体管的恒定失配分析

如何才能提供全球领先的APGA技术及芯片?

虽然格林斯潘称危机已经触底,但对产业而言,危机带来的影响或正渗透。对于半导体业而言,灵活的高性能、低成本解决方案无疑更具...
发表于 11-01 08:12 130次 阅读
如何才能提供全球领先的APGA技术及芯片?

基于EDA技术的FPGA设计计算机有哪些应用?

对传统电子系统设计方法与现代电子系统设计方法进行了比较,引出了基于EDA技术的现场可编程门阵列(FPGA)电路,提出现场可编...
发表于 11-01 07:24 124次 阅读
基于EDA技术的FPGA设计计算机有哪些应用?

如何设计基于EDA技术的自动门控制系统?

门和人类文明是孪生的,它伴随着人类文明的发展而跃动。21世纪的今天,门更加突出了安全理念,强调了有效性:有效地防范、通行、...
发表于 11-01 06:50 122次 阅读
如何设计基于EDA技术的自动门控制系统?

如何设计嵌入式SoCIC?

      随着微电子技术和半导体工业的不断创新和发展,超大规模集成电路和集成度和工艺水平不断提高,深亚微...
发表于 10-30 07:55 76次 阅读
如何设计嵌入式SoCIC?