走近大陸晶圓代工龍頭 全面解讀中芯國際

　　我們也知道，推動(dòng)集成電路前進(jìn)的主要?jiǎng)恿χ皇枪饪坦に嚦叽绲目s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(shí)，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(huì)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(kuò)大，這就造成了20/22nm無論從設(shè)計(jì)還是生產(chǎn)成本上一直無法實(shí)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(shí)間類的關(guān)鍵工藝節(jié)點(diǎn)。

　　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(diǎn)是成本地，工藝簡單，適合對性能要求不高的手機(jī)和移動(dòng)設(shè)備。HKMG的優(yōu)點(diǎn)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(tái)積電是目前全球28nm市場的最大企業(yè)，產(chǎn)能達(dá)到155000片/月，占整個(gè)28nm代工市場產(chǎn)能的62%;三星，GlobalFoundry，聯(lián)電的產(chǎn)能分別達(dá)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(dá)79.6%，并且將延續(xù)到2017年。根據(jù)賽迪顧問統(tǒng)計(jì)，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(qiáng)勁，2017年的市場需求為38.6萬片/月，而以臺(tái)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(cuò)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(jī)應(yīng)用處理器和基帶。2017年之后，28nm工藝雖然在手機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用有所下降，但在其他多個(gè)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(hào)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(jī)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(cuò)配，因此，這個(gè)gap中芯國際就有可能來填上。主要邏輯是臺(tái)積電、三星和GF都在比拼先進(jìn)制程，并沒有在28nm上擴(kuò)產(chǎn)的計(jì)劃。，市場需求轉(zhuǎn)好的時(shí)候，二線晶圓代工廠的產(chǎn)能利用率將隨著臺(tái)積電的產(chǎn)能滿載而持續(xù)走高，因此很多IC設(shè)計(jì)廠商開始接觸中芯國際尋求調(diào)配產(chǎn)能分散風(fēng)險(xiǎn)。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(dá)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(jìn)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(jìn)入多項(xiàng)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(jì)服務(wù)團(tuán)隊(duì)以及多家第三方IP合作伙伴的100多項(xiàng)IP，可為全球集成電路(IC)設(shè)計(jì)商提供多種項(xiàng)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(jī)、平板電腦、電視、機(jī)頂盒和互聯(lián)網(wǎng)等移動(dòng)計(jì)算及消費(fèi)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(dòng)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(rèn)為，28nm在市場需求和供給錯(cuò)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(xiàng)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(jì)未來3年28nm產(chǎn)能的情況將實(shí)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(jì)算，28nm全年?duì)I收為10.8億美元，預(yù)計(jì)將占到全年?duì)I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(jìn)行研發(fā)。如啟動(dòng)14nm研發(fā)，預(yù)計(jì)2018年投入風(fēng)險(xiǎn)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(diǎn)，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(shí)國王訪華時(shí)，華為、高通、中芯國際及比利時(shí)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(zhǔn)備的，預(yù)計(jì)最早2018年投入風(fēng)險(xiǎn)性試產(chǎn)。

　　上海的12英寸晶圓廠不止會(huì)上14nm工藝，未來還會(huì)升級(jí)10nm以及7nm工藝。

　　臺(tái)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(jìn)、同時(shí)也是大陸最先進(jìn)的制造工藝。新的12吋生產(chǎn)線項(xiàng)目預(yù)計(jì)總投資超過100億美元，將通過合資方式建設(shè)未來每個(gè)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(shí)現(xiàn)突破。

　　另外，45/40nm進(jìn)軍PRAM存儲(chǔ)，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(zhǔn)邏輯制程提供低漏電(LL)器件平臺(tái)，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(jì)要求。40納米邏輯制程結(jié)合了最先進(jìn)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(shí)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(jī)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(fèi)和通信設(shè)備芯片。

　　40nm工藝組件選擇

　　攜手Crossbar，進(jìn)入PRAM存儲(chǔ)領(lǐng)域。公司與阻變式存儲(chǔ)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(dá)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(chǔ)器組件。這將幫助客戶將低延時(shí)、高性能和低功耗嵌入式RRAM存儲(chǔ)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(fèi)電子、工業(yè)及汽車電子市場需求。

　　價(jià)格競爭加劇和固定資產(chǎn)加速折舊，2017年?duì)I收占比預(yù)降1-2%。我們估計(jì)在2017/18年，45 / 40nm將占銷售額的24%/ 24%。由于價(jià)格競爭激烈和固定資產(chǎn)的加速折舊，我們預(yù)計(jì)2017年45 / 40nm工藝將同比下降1-2個(gè)百分點(diǎn)。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(jìn)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(xì)分領(lǐng)域技術(shù)，同時(shí)堅(jiān)持投資先進(jìn)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(tái)、IoT Solutions、混合信號(hào)/射頻工藝技術(shù)、面板驅(qū)動(dòng)芯片(DDIC)、CMOS 微電子機(jī)械系統(tǒng)以及非易失性存儲(chǔ)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(shí)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(dòng)設(shè)備和汽車應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)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(jì)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(yùn)動(dòng)相機(jī)似乎已經(jīng)達(dá)到市場上限，但是新的應(yīng)用，如無人機(jī)、機(jī)器人、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)等，正促使CMOS圖像傳感器市場煥發(fā)新的生機(jī)。

　　與此同時(shí)，汽車攝像頭市場已經(jīng)成為CMOS圖像傳感器的一個(gè)重要增長領(lǐng)域。先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)的發(fā)展趨勢進(jìn)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(jì)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(dá)23%。因此，我們認(rèn)為2021年之前，全球CMOS圖像傳感器的市場增長不會(huì)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(diǎn)，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(yàn)。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(shí)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(qiáng)。

　　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(yàn)，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(shí)適用于鋁和銅后端金屬化工藝，可廣泛應(yīng)用于攝像手機(jī)、個(gè)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(jìn)入試生產(chǎn)階段，未來幾個(gè)月后也將在其200和300毫米芯片生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。