走近大陸晶圓代工龍頭 全面解讀中芯國際

　　28nm需求強勁，中芯增長(cháng)的重要動(dòng)力

　　我們也知道，推動(dòng)集成電路前進(jìn)的主要動(dòng)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，當尺寸縮小到22/20nm時(shí)，傳統的光刻技術(shù)已無(wú)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，從而導致成本增加和工藝循環(huán)周期的擴大，這就造成了20/22nm無(wú)論從設計還是生產(chǎn)成本上一直無(wú)法實(shí)現很好的控制，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(lái)很長(cháng)一段時(shí)間類(lèi)的關(guān)鍵工藝節點(diǎn)。

　　28nm制程工藝主要分為多晶硅柵+氮氧化硅絕緣層柵極結構工藝(Poly/SiON)和金屬柵極+高介電常數絕緣層(High-k)柵結構工藝(HKMG工藝)。Poly/SiON工藝的特點(diǎn)是成本地，工藝簡(jiǎn)單，適合對性能要求不高的手機和移動(dòng)設備。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(chǎng)的最大企業(yè)，產(chǎn)能達到155000片/月，占整個(gè)28nm代工市場(chǎng)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。從供應端來(lái)看，全球28nm的產(chǎn)能供給為25萬(wàn)片/月。

　　28nm產(chǎn)能占比

　　從需求端來(lái)看，隨著(zhù)28nm工藝的成熟，市場(chǎng)需求呈現快速增長(cháng)的態(tài)勢。從2012年的91.3萬(wàn)片/年到2014年的294.5萬(wàn)片/年，年CAGR達79.6%，并且將延續到2017年。根據賽迪顧問(wèn)統計，2012-2020年28nm市場(chǎng)需求如下。

　　28nm產(chǎn)能需求(萬(wàn)片/年)

　　28nm的市場(chǎng)需求仍然保持強勁，2017年的市場(chǎng)需求為38.6萬(wàn)片/月，而以臺積電，聯(lián)電等為首的供給端為25萬(wàn)片/月，有接近13.6萬(wàn)片/月的供給-需求錯配，對于中芯國際來(lái)說(shuō)，潛在的市場(chǎng)空間很大。

　　從應用端來(lái)看，28nm工藝目前主要應用領(lǐng)域仍然為手機應用處理器和基帶。2017年之后，28nm工藝雖然在手機領(lǐng)域的應用有所下降，但在其他多個(gè)領(lǐng)域的應用則迅速增加，目前能看到的應用領(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模使用28nm工藝。

　　目前28nm應用主要以手機處理器和基帶為主

　　在28nm上，明年來(lái)看，市場(chǎng)需求和供給之間有13.6萬(wàn)片/月左右的錯配，因此，這個(gè)gap中芯國際就有可能來(lái)填上。主要邏輯是臺積電、三星和GF都在比拼先進(jìn)制程，并沒(méi)有在28nm上擴產(chǎn)的計劃。，市場(chǎng)需求轉好的時(shí)候，二線(xiàn)晶圓代工廠(chǎng)的產(chǎn)能利用率將隨著(zhù)臺積電的產(chǎn)能滿(mǎn)載而持續走高，因此很多IC設計廠(chǎng)商開(kāi)始接觸中芯國際尋求調配產(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(chǎng)的投資，必須達到4萬(wàn)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)，包含傳統的多晶硅(PolySiON)和后閘極的高介電常數金屬閘極(HKMG)制程。中芯國際28納米技術(shù)于2013年第四季度推出，現已成功進(jìn)入多項目晶圓(MPW)階段，可依照客戶(hù)需求提供28納米PolySiON和HKMG制程服務(wù)。

　　來(lái)自中芯國際設計服務(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)設計商提供多種項目服務(wù)，目前已有多家客戶(hù)對中芯國際28納米制程表示興趣。28納米工藝制程主要應用于智能手機、平板電腦、電視、機頂盒和互聯(lián)網(wǎng)等移動(dòng)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(hù)提供高性能應用處理器、移動(dòng)基帶及無(wú)線(xiàn)互聯(lián)芯片制造。

　　我們在這里要討論28nm給中芯國際帶來(lái)的業(yè)績(jì)增長(cháng)彈性。我們認為，28nm在市場(chǎng)需求和供給錯配的情況下，將是未來(lái)中芯國際業(yè)績(jì)增長(cháng)彈性的主要推手。

　　目前中芯國際在28nm上的產(chǎn)能為1.7萬(wàn)片/月，其中北京廠(chǎng)產(chǎn)能為1萬(wàn)片/月，上海廠(chǎng)產(chǎn)能為7000片/月。在工藝技術(shù)方面，向客戶(hù)提供包括28nm多晶硅(PolySiON)和28nm高介電常數金屬閘極(HKMG)在內的多項代工服務(wù)。主要客戶(hù)有高通等。

　　從營(yíng)收角度來(lái)看，2016年28nm工藝營(yíng)收占總體營(yíng)收的比重為1%左右，體量還非常小。

　　我們預計未來(lái)3年28nm產(chǎn)能的情況將實(shí)現快速的增長(cháng)，從2016年的1.7萬(wàn)片/月，到2018年的6萬(wàn)片/月，CAGR為88%。以2018年的產(chǎn)能來(lái)計算，28nm全年營(yíng)收為10.8億美元，預計將占到全年營(yíng)收的30%。

　　中芯國際28nm產(chǎn)能(萬(wàn)片/月)

　　布局新技術(shù)，未來(lái)的成長(cháng)來(lái)源

　　現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節點(diǎn)，三星、Intel各自開(kāi)發(fā)了14nm FinFET工藝，GlobalFoundries則使用了三星的14nm工藝授權。由于受到出口限制，我們只能選擇自己開(kāi)發(fā)，15年中比利時(shí)國王訪(fǎng)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(kāi)發(fā)14nm工藝，中芯國際現在建設的12英寸晶圓廠(chǎng)就是為此準備的，預計最早2018年投入風(fēng)險性試產(chǎn)。

　　上海的12英寸晶圓廠(chǎng)不止會(huì )上14nm工藝，未來(lái)還會(huì )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(kāi)工建設新的12英寸晶圓廠(chǎng)，投資超過(guò)675億人民幣，明年底正式建成，這座工廠(chǎng)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(xiàn)項目預計總投資超過(guò)100億美元，將通過(guò)合資方式建設未來(lái)每個(gè)月可容納7萬(wàn)片的產(chǎn)能規模。公司董事表示，在加速研發(fā)過(guò)程中，力爭在2018年底實(shí)現突破。

　　另外，45/40nm進(jìn)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(chǎng)。40納米標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(mǎn)足不同的設計要求。40納米邏輯制程結合了最先進(jìn)的浸入式光刻技術(shù)，應力技術(shù)，超淺結技術(shù)以及超低介電常數介質(zhì)。此技術(shù)實(shí)現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用，如手機基帶及應用處理器，平板電腦多媒體應用處理器，高清晰視頻處理器以及其它消費和通信設備芯片。

　　40nm工藝組件選擇

　　攜手Crossbar，進(jìn)入PRAM存儲領(lǐng)域。公司與阻變式存儲器(RRAM)技術(shù)領(lǐng)導者Crossbar，共同宣布雙方就非易失性RRAM開(kāi)發(fā)與制造達成戰略合作協(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(hù)將低延時(shí)、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，以應對物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設備、平板電腦、消費電子、工業(yè)及汽車(chē)電子市場(chǎng)需求。

　　價(jià)格競爭加劇和固定資產(chǎn)加速折舊，2017年營(yíng)收占比預降1-2%。我們估計在2017/18年，45 / 40nm將占銷(xiāo)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，我們預計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)能的減少將轉化為28nm產(chǎn)能增加。

　　重視技術(shù)落地，應用領(lǐng)域不斷拓寬

　　中芯國際精通技術(shù)移植的應用、多領(lǐng)域解決方案陸續推出。該公司同行專(zhuān)注于在先進(jìn)的數字邏輯部分的競爭，而中芯國際的戰略是有選擇的研發(fā)突破并領(lǐng)導相應細分領(lǐng)域技術(shù)，同時(shí)堅持投資先進(jìn)的數字邏輯技術(shù)。公司將其制程工藝廣泛應用于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)、面板驅動(dòng)芯片(DDIC)、CMOS 微電子機械系統以及非易失性存儲器等領(lǐng)域。公司通過(guò)陸續推出新技術(shù)，鞏固已有市場(chǎng)份額，同時(shí)獲得新的市場(chǎng)份額。

　　技術(shù)移植的應用

　　陸續推出新的應用產(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(cháng)。在移動(dòng)設備和汽車(chē)應用的驅動(dòng)下，2015年~2021年，CMOS圖像傳感器(CIS)產(chǎn)業(yè)的復合年增長(cháng)率為10.4%，預計市場(chǎng)規模將從2015年的103億美元增長(cháng)到2021年的188億美元。運動(dòng)相機似乎已經(jīng)達到市場(chǎng)上限，但是新的應用，如無(wú)人機、機器人、虛擬現實(shí)(VR)和增強現實(shí)(AR)等，正促使CMOS圖像傳感器市場(chǎng)煥發(fā)新的生機。

　　與此同時(shí)，汽車(chē)攝像頭市場(chǎng)已經(jīng)成為CMOS圖像傳感器的一個(gè)重要增長(cháng)領(lǐng)域。先進(jìn)駕駛輔助系統(ADAS)的發(fā)展趨勢進(jìn)一步提高對傳感器供應商的壓力，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用正吸引眾人的目光。預計2015年-2021年，汽車(chē)CMOS圖像傳感器市場(chǎng)的復合年增長(cháng)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(chǎng)增長(cháng)不會(huì )出現放緩的趨勢。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)鍵節點(diǎn)，未來(lái)將受益于行業(yè)增長(cháng)，分享行業(yè)紅利。

　　中芯國際的CMOS圖像傳感器增長(cháng)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(hù)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(hù)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(kāi)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(hù)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，可廣泛應用于攝像手機、個(gè)人電腦、工業(yè)和安全市場(chǎng)等領(lǐng)域。公司在該技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入試生產(chǎn)階段，未來(lái)幾個(gè)月后也將在其200和300毫米芯片生產(chǎn)線(xiàn)上實(shí)現商業(yè)化生產(chǎn)。