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1、 - 1 - 敬请参阅最后一页特别声明 市场价格(人民币) : 元 市场数据市场数据( (人民币人民币) ) 沪深 300 指数 4763 郑弼禹郑弼禹 分析师分析师 SAC 执业编号:执业编号:S01 一站式服务平台一站式服务平台,赋能,赋能芯片设计芯片设计创新创新 公司基本情况公司基本情况( (人民币人民币) ) 项目项目 2018 2019 2020E 2021E 2022E 营业收入(百万元) 1,057 1,340 1,577 1,928 2,330 营业收入增长率 -2.08% 26.71% 17.67% 22.26% 20.86% 归母净利润(百万元) -6
2、8 -41 3 65 129 归母净利润增长率 -47.09% -39.28% n.a 2415.63% 98.29% 摊薄每股收益(元) n.a -0.095 0.006 0.149 0.296 每股经营性现金流净额 n.a -0.17 -0.52 0.04 0.18 ROE(归属母公司)(摊薄) -39.62% -4.28% 0.09% 2.29% 4.42% 来源:公司年报、国金证券研究所 投资逻辑投资逻辑 在芯片设计难度增大、设计成本增加的背景下,IP 授权和芯片定制顺应半导体产 业分工细化的趋势。我们预计未来十年,IP 授权市场复合增速约 9%,芯片定制 渗透率有望从 2019 年的
3、 2%提升到 2029 年的 15%,复合增速约 28%。IP 授权 和设计服务业都需要长时间投入完善 IP 储备和积累芯片定制的各类解决方案, 因此前期较长时间难以实现盈利。芯原作为 SiPaaS模式龙头,具有五大优势: 晶圆厂中立,晶圆厂中立,FinFET 和和 FD-SOI 并重并重:公司是唯一一家获得几乎所有晶圆 厂支持的晶圆厂中立设计服务公司,公司同时具有 28/22nm FD-SOI 及 14/10/7nm FinFET 工艺的设计能力,能使客户产品性能与晶圆厂工艺特性 达到最优匹配。 提供从规格定义到量产的一站式定制服务提供从规格定义到量产的一站式定制服务:公司芯片定制业务涵盖从
4、规格定 义、前端设计、到后端设计、芯片量产管理的完整环节,能满足客户芯片设 计服务的所有潜在需求,最大限度挖掘客户价值。 依托明星依托明星 IP 核,打造一体化核,打造一体化 IP 组合组合:芯原是少数同时拥有 GPU IP、DSP IP、VPU IP和 NPU IP 这四大类关键 IP的供应商。并且 GPU IP、DSP IP 和视频处理 IP三大明星均排名世界前三,NPU IP排名国内第三。通过深度整 合明星 IP,芯原形成独具优势的一体化方案。 IP 授权和芯片定制相互协同:授权和芯片定制相互协同:IP 业务和芯片定制业务能互相导入客户,自 有 IP能提高设计业务毛利率,IP业务能为芯片
5、定制业务建立客户关系。 主营业务主营业务利润厚积薄发:利润厚积薄发:公司特许权使用费收入占比有望从 2019 年的 7% 提升到 2024 年的 12%,量产业务收入占比有望从 2019 年的 40%提升到 44%,从而使研发费用率从 2019 年的 32%下降到 25%。 投资建议投资建议 作为首家国内上市的营收规模最大的设计服务公司,未来三年营收复合增速 有望超过 20%,同时公司毛利率提升、费用率下降将大幅改善公司的盈利水 平,首次覆盖,给予“买入”评级给予“买入”评级。使用分部估值,参考海外可比公司,考 虑到科创板的议价,我们给用 2022 年 IP 业务 50 倍 PS、芯片定制业务
6、 20 倍 PS,目标价 144 元。 风险风险提示提示 下游客户自研 IP的风险;无法取得 EDA授权等原材料风险;汇率波动风险 2020 年年 08 月月 09 日日 创新技术与企业服务研究中心创新技术与企业服务研究中心 芯原股份 (688521.SH) 买入(首次评级) 公司深度研究公司深度研究 证券研究报告 公司深度研究 - 2 - 敬请参阅最后一页特别声明 内容目录内容目录 一、五大核心优势 .5 1.晶圆厂中立,FinFET和 FD-SOI并重 .5 2.提供从规格定义到量产的一站式定制服务 .7 3.依托明星 IP核,打造一体化 IP组合 .7 4.IP授权和芯片定制业务协同.1
7、0 5.主营业务利润厚积薄发 . 11 二、IP授权:现代半导体设计的“砖石” .13 1.产业分工细化,“轻设计”应运而生 .13 2.IP市场规模预计保持稳定增长 .14 3.CPU IP高度垄断,细分领域百花齐放 .15 4.以史为鉴:ARM的称霸之路.16 三、芯片定制服务的星辰大海 .17 1.芯片需求和供给的变局 .17 2.定制服务的三大优势.20 3.芯原与其他芯片定制公司的比较 .21 4.芯片定制服务的星辰大海.22 四、一站式服务平台,赋能芯片设计创新 .24 1.二十年深耕半导体设计服务领域 .24 2.打造一站式芯片设计服务平台.25 3.先进制程设计能力和齐备的 I
8、P组合 .26 4.聚集大量专精于芯片设计人才.29 5.成本结构及下游客户.30 6.募投项目 .32 五、盈利预测与投资建议 .32 1.营收及毛利率关键假设 .32 2.盈利水平的同业比较.33 3.投资建议 .34 六、风险提示 .35 图表目录图表目录 图表 1:公司前五大晶圆厂供应商(万元).5 图表 2:平面场效应管、FD-SOI和 FinFET 的工艺比较 .6 图表 3:FinFET 和 FD-SOI应用场景比较 .6 图表 4:芯原在 GF22FDX上模拟和数模混合 IP(截止 2017 年底) .7 图表 5:数字芯片设计流程 .7 图表 6:全球主要 IP供应商技术储备
9、情况.8 图表 7:半导体 IP授权的同业比较 .9 nMoRqQtMsNpNxPpQnRpQtQ9P8Q8OoMmMtRnNfQnNzRjMqRoO8OnMsNuOmOmMxNnRoR 公司深度研究 - 3 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 8:公司芯片定制业务和 IP授权业务的协同效应 .10 图表 9:芯原与恩智浦合作历程 . 11 图表 10:公司 IP授权收入结构(2019 年) . 11 图表 11:公司芯片定制收入结构(2019 年) . 11 图表 12:ARM的 IP授权收入结构(2019 年) .12 图表 13:CEVA的 IP授权收入结构(2019 年).12 图表
10、14:创意电子收入结构(2019 年) .12 图表 15:世芯收入结构(2019 年) .12 图表 16:IP授权和芯片定制商业模式的投入与产出曲线 .13 图表 17:全球半导体产业的三次转移 .13 图表 18:IP技术是 SoC 实现的基础.14 图表 19:基于 ARM架构的 SoC 系统.14 图表 20:全球半导体 IP市场规模(十亿美元).14 图表 21:单颗 80mm2芯片可容纳晶体管(百万个) .15 图表 22:不同工艺节点芯片集成硬件 IP的数量(均值).15 图表 23:IP按照壁垒分类 .15 图表 24:全球前十 IP公司及收入(百万美元).16 图表 25:
11、ARM的发展历史 .17 图表 26:2018 年全球半导体按照细分市场划分.18 图表 27:不同类型芯片挖矿效率比较 .18 图表 28:2010-2019 年我国芯片设计企业数量变化 .19 图表 29:SoC 成本构成.20 图表 30:不同工艺节点的芯片设计成本(百万美元).21 图表 31:全球主要芯片定制服务公司梳理(2019 年) .21 图表 32:不同芯片定制服务公司毛利率比较.22 图表 33:全球集成电路设计行业市场规模 (亿美元).23 图表 34:基于技术节点的规划中设计项目 .23 图表 35:芯原一站式芯片定制服务和半导体 IP授权服务的发展历程 .24 图表
12、36:芯原设计服务能力及其应用的演进.25 图表 37:芯原股份股权结构(20200331).25 图表 38:芯原股份收入结构(万元) .26 图表 39:芯原 2019 年主营收入按行业应用领域构成情况(万元).26 图表 40:公司实现流片项目按制程分类.27 图表 41:芯原设计业务流片数和在执行项目数 .27 图表 42:芯原股份 IP业务核心技术情况 .28 图表 43:芯原数模混合 IP组合 .28 图表 44:芯原在不同晶圆厂不同工艺节点开发的数模混合 IP .29 图表 45:公司核心技术人才背景 .29 图表 46:公司研发人员及投入情况.30 公司深度研究 - 4 - 敬
13、请参阅最后一页特别声明 图表 47:半导体设计公司人均薪酬比较.30 图表 48:2019 年公司主要原材料采购占比情况(万元).30 图表 49:公司主营收入按地区构成.31 图表 50:2019 年公司前五大客户销售情况.31 图表 51:2019 年芯片设计业务前五大客户.32 图表 52:2019 年芯片量产业务前五大客户.32 图表 53:2019 年芯片 IP授权前五大客户.32 图表 54:2019 年特许权使用费业务前五大客户.32 图表 55:募集资金拟投资项目.32 图表 56:公司营收及毛利率预测 .33 图表 57:毛利率和营业利润率的同业比较 .34 图表 58:公司
14、估值的同业比较(未注明货币单位的默认为人民币).35 公司深度研究 - 5 - 敬请参阅最后一页特别声明 一、一、五五大核心优势大核心优势 1.晶圆厂中立,晶圆厂中立,FinFET和和 FD-SOI 并重并重 在设计服务公司行业,芯原是获得所有晶圆厂支持的晶圆厂中立设计服务 公司,是中国唯一一家与包括中芯国际、华虹宏力、IBM、台积电、 Global foundries 、三星、联电、JazzTower 等在内的几乎全球所有晶圆厂全面合作的 设计服务公司。 晶圆厂中立晶圆厂中立政策是站在设计服务者角度的最优解。政策是站在设计服务者角度的最优解。集成电路设计需要的工 艺技术与工艺节点丰富多样,往
15、往少有一家晶圆厂能支持所有的需求。虽然依 托晶圆厂的设计服务公司能在短期获得较大营收,也更容易获得晶圆代工的价 格优惠,但同时也将受制于所依托晶圆厂自身的技术水平和生产能力。而晶圆 厂中立的设计服务公司,能给客户提供更大的选择空间和设计灵活度,使客户 产品性能与晶圆厂工艺特性达到最优匹配。 图表图表1:公司前五大晶圆厂供应商:公司前五大晶圆厂供应商(万元)(万元) 供应商名称供应商名称 采购金额采购金额 占比占比 2019 年 中芯国际 23824 45.4% 景盛电子(三星代理商) 13869 26.4% 格罗方德 5530 10.5% 三星电子 5155 9.8% 台积电 1233 2.4
16、% 2018 年 中芯国际 31278 78.8% 格罗方德 2575 6.5% 三星电子 2396 6.0% 华虹宏力 1352 3.4% 台积电 947 2.4% 2017 年 中芯国际 30464 60.5% 格罗方德 9587 19.0% 华虹宏力 3903 7.8% 三星电子 3061 6.1% 台积电 1219 2.4% 来源:招股说明书、国金证券研究所 FD-SOI 跟跟 FinFET 一样,是一样,是 28nm 以下缩小线宽的核心技术以下缩小线宽的核心技术。当晶体管 的线宽逐步缩小到 28nm 以下时,由于短沟道效应和泄漏电流的影响,传统的 平面场效应管的尺寸很难继续缩小,Fi
17、nFET (鳍式场效应晶体管)和 FD-SOI (全耗尽绝缘衬底上的硅)是晶体管进一步缩小所发展的核心工艺。FD-SOI 器件具有几大优点:由于氧化物层隔离,漏/源寄生电容减小,器件的延迟和动 态功耗更低;阈值电压较不依赖于背栅极偏置;SOI 器件的次阈值特性更好, 漏电流较小;SOI 器件没有闩锁问题。但是由于 FD-SOI 衬底制作工艺的不成 熟,限制了 FD-SOI 市场的发展;而 Intel 和台积电在商业化 FinFET 上取得的 巨大成功,使得 FinFET 成为 28nm 以下制程的主要技术选择。2012 年之后, 几大晶圆厂在 FD-SOI 技术的布局开始扩大:意法半导体在 2
18、012 年推出了 28nm FD-SOI;三星获得意法的 28nm FD-SOI 工艺许可,创建了自己的 28nm FDS 工艺;GlobalFoundries 的 22nm FD-SOI 工艺于 2017 年投入生 产,12nm FDS 工艺在研。 公司深度研究 - 6 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表图表2:平面场效应管、:平面场效应管、FD-SOI和和FinFET的工艺比较的工艺比较 来源:Semiconductor Engineering、国金证券研究所 FD-SOI 在物联网、射频、汽车电子和消费电子等领域具有较大发展潜力。在物联网、射频、汽车电子和消费电子等领域具有较大发展潜力。
19、 FinFET 相对具有更高的集成度和较快的速度,适合高性能以及大规模计算的产 品。FD-SOI 能够超低电压运行,寄生电容少,因此在物联网/可穿戴市场、射 频/模拟器件上具有优势;有更低的软错误率,在 ADAS等汽车领域具备更高可 靠性;能大幅降低漏电流,能优化集成射频 SoC 的功耗表现。 图表图表3:FinFET和和FD-SOI应用场景比较应用场景比较 来源:国金证券研究所整理 芯原在先进芯原在先进制程制程 FinFET 和和 FD-SOI 上都具备设计能力。上都具备设计能力。除了拥有 14nm/10nm/7nm FinFET 工艺节点的成功流片经验,芯原从 2013 年就与意法 在 2
20、8nm FD-SOI 上合作、2014 年开始和三星在 SEC28nm FD-SOI 上合作、 2015 年开始和 GF 在 GF22nm FD-SOI上合作,现在能够在 28nm和 22nm提 供 IP平台和设计服务。IP方面,芯原联合 GlobalFoundries 和三星联合开发了 包括 MIPI、USB 等接口 IP, ADC、收发器等模拟产品,甚至温度传感器 IP 等。 公司深度研究 - 7 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表图表4:芯原在:芯原在GF22FDX上模拟和数模混合上模拟和数模混合IP(截止截止2017年底年底) 来源:中国 FD-SOI 论坛、国金证券研究所 2.提供提
21、供从规格定义到从规格定义到量产量产的一站式定制的一站式定制服务服务 芯原提供从芯片规格定义、前端设计、IP 开发、后端设计、流片到封装、 测试、工程平台开发、固件开发和量产芯片的一站式解决方案,客户可以根据 自身需求采购芯原任意单个或多个环节,或从芯片定义到量产出货的全部环节。 大部分设计服务公司的业务往往集中在提供后端的设计服务上,但是对于中小 规模的 IC 设计企业,由于时间和资源有限,很少能从一开始能打造完整的设计 团队,因此在设计上往往不仅需要后端的设计支持,还需要在前端设计上提供 技术指导与设计服务。而对于有芯片定制化需求的系统厂商或者互联网企业, 尽管对芯片规格特性有明确的要求,但
22、对芯片设计和量产过程知之甚少,需要 设计代工企业能提供从头至尾的一站式服务,最后交付合乎要求的集成电路。 芯原的一站式解决方案使其具备更全面的服务能力,满足客户多种需求, 最大限度挖掘客户价值,包括前期 IP 授权、芯片设计到量产之后的量产收入和 特许权使用费。而对于客户来说,选择一站式方案,减少了开发时间和降低了 开发成本。在提供一站式服务中,通过获取设计费用覆盖相关设计成本,后期 按照客户订单数量完成量产阶段的生产管理工作并向客户交付芯片,并不直接 面向终端市场,因此无需承担终端产品可能发生的库存风险及相应费用,并且 不用承担终端客户的技术支持。 图表图表5:数字芯片设计流程:数字芯片设计
23、流程 来源:国金证券研究所整理 3.依托明星依托明星 IP核,打造核,打造一体化一体化 IP组合组合 IP 核(intellectual property core) ,是指在集成电路的设计中预先设计好 的功能模组。芯原是少数同时拥有 GPU IP、DSP IP、视频处理 IP和神经网络 公司深度研究 - 8 - 敬请参阅最后一页特别声明 IP 这四大类关键 IP的供应商。并且 GPU IP、DSP IP 和视频处理 IP三大明星 均排名世界前三。通过深度整合明星 IP,芯原将形成独具优势的一体化方案。 图表图表6:全球主要:全球主要IP供应商技术储备情况供应商技术储备情况 ARM 心思 科技
24、 铿腾 电子 SST Imagination CEVA 芯原 中央处理器 数字信号处理器 图形处理器 图像信号处理器 接口模块 通用模拟 IP 基础库 嵌入式非挥发性存 储器 内存编译器 射频 IP 周边 IP 来源:招股说明书、国金证券研究所 1) Vivante GPU IP 全球领先的全球领先的 GPU IP 供应商。供应商。根据 IPnest 报告,芯原 GPU IP(含 ISP) 市场占有率排名全球前三, 仅次于 ARM 和 Imagination。芯原 GPU IP 在汽车 电子、安防监控和物联网领域具有较强的优势,全球前十汽车 OEM 厂商中大 部分都在车载信息娱乐系统中采用了芯
25、原 GPU IP。众多国产 CPU 如北京君正 也采用了了芯原的高性能 IP。芯原 GPU的产品主要包括 GPU Nano IP 系列, 适用于物联网应用,还拥有小尺寸矢量图形 IP 和显示控制 IP;GPU Arcturus 图形 IP满足 3D 图形渲染和计算所需的最佳功耗、性能、面积需求。 在主要 IP 类别里,公司除了 CPU 类(跟 ARM 合作) 、存储器类和内存编 译器类 IP外,已经具有较齐全的 IP储备,客户可以一站式满足 IP需求。 2) 数字信号 ZSP IP核 芯原在 DSP IP 的市场占有率排名世界前三,仅次于 CEVA和 Cadence。 在无线通信市场上主要是
26、CEVA和芯原两家的 DSP,在音频、语音等多媒体处 理上,则三家都比较活跃。CEVA 是基于 DSP 发展多种应用,甚至包括高清视 频、视觉处理;ZSP 重点放在通信、语音及音频处理。公司的 DSP IP 起初来 自于 2006 年收购的 LSI Logic 的 ZSP 部门,基于精简指令集计算机架构、业 界唯一采用超标量(superscalar)体系处理方案。在传统的音频和音效处理方 面,ZSP在高清音频上占有主导地位,基于 ZSP的音频产品线已经出货超过 5 亿。在新兴的、自然的人机界面和互动的环节,手机、蓝牙耳机等设备的语音 和降噪方案都需要引入 DSP,ZSP可以提供完整的窄带和宽带
27、语音处理和增强 软件,结合 ZSP 的语言增强技术以及基于深度学习的处理器技术,芯原将给用 户提供完整的自然人机交互方案。 3) 高清视频 Hantro IP 核 芯原的 Hantro 视频 IP 用于视频编码和解码处理,在视频领域与 CCEVA专注于数字信号处理器 IP。 图表图表24:全球前十:全球前十IP公司及收入公司及收入(百万美元)(百万美元) 公司公司 2018 2019 增长率增长率 2019 份额份额 ARM(Softbank) 1,610.0 1,608.0 -0.1% 40.8% Synopsys 629.8 716.9 13.8% 18.2% Cadence 188.8
28、232.0 22.9% 5.9% SST(Microchip 子公司) 104.8 115.0 9.7% 2.9% Imagination 124.6 101.1 -18.9% 2.6% Ceva 77.9 87.2 11.9% 2.2% 芯原微 66.3 69.8 5.3% 1.8% Achronix 52.5 50.0 -4.8% 1.3% Rambus 49.9 48.8 -2.2% 1.2% eMemory Technology 47.9 46.8 -2.3% 1.2% 前十合计前十合计 2,952.5 3,075.6 4.2% 78.1% 其它 790.2 862.4 9.1% 21
29、.9% 合计合计 3,742.7 3,938.0 5.2% 100.0% 来源:Ipnest、国金证券研究所 4.以史为鉴:以史为鉴:ARM 的称霸之路的称霸之路 精简指令集+授权费模式”+生态,成就 ARM 的坚固护城河。ARM 的精简 指令集处理器架构,由于节能的特点,很好地适应智能手机对低功耗的要求,得 以迅速发展。授权费+特许权使用费”收费模式,使得 ARM 生态的进入门槛降 低。在发展从 ARM 6 到最新 64 位 ARM指令集 V8 的过程中, ARM 围绕架构、围绕架构、 IP 授权、验证、软件支持、物理支持等各个环节不断做并购授权、验证、软件支持、物理支持等各个环节不断做并购
30、,从而给各环节客 户提供服务支持。目前 ARM在全球客户超过 500 家,形成了以 ARM为核心的 生态体系。ARM 的移动设备 CPU 架构生态的建立,使得竞争对手难以打破 ARM 的垄断地位获得突破。因此对于芯原,除与 ARM 进行合作外,积极参与 RISC-V、MIPS 和 PowerPC 等开放指令集生态体系的建设有利于完善芯原的 竞争力。 公司深度研究 - 17 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表图表25:ARM的发展历史的发展历史 来源:ARM 历年年报、国金证券研究所 三、三、芯片芯片定制定制服务服务的星辰大海的星辰大海 芯片定制服务是指向客户提供平台化的芯片定制方案,并可以接受
31、委托完 成从芯片设计到晶圆制造、封装和测试的全部或部分服务环节。 芯片定制服务具体可分为芯片设计业务和芯片量产业务。芯片定制服务具体可分为芯片设计业务和芯片量产业务。芯片设计业务即 根据客户对芯片在功能、性能、功耗、尺寸及成本等方面的要求进行芯片规格 定义和 IP 选型,通过设计、实现及验证,逐步转化为能用于芯片制造的版图, 并委托晶圆厂根据版图生产工程晶圆,封装厂及测试厂进行工程样片封装测试, 从而完成芯片样片生产,最终将经过公司技术人员验证过的样片交付给客户的 全部过程。在设计阶段,通常以里程碑的方式进行结算。芯片量产业务即芯片 设计完成并通过验证之后,根据客户需求委托晶圆厂进行晶圆制造、
32、委托封装 厂及测试厂进行封装和测试,并提供生产管理服务,最终交付给客户晶圆片或 者芯片的过程。 1.芯片芯片需求和供给的变局需求和供给的变局 终端应用场景终端应用场景多样化,芯片需求碎片化多样化,芯片需求碎片化。过去半导体终端市场主要是智能 手机、PC、通信和车用半导体,而随着云计算、人工智能、物联网技术的发展, 图像识别、语音识别、智能驾驶等多种类型的新型应用场景对半导体硬件需求 增加,使半导体终端应用场景呈现多样化。在 PC 和智能手机时代,半导体供 给主要被全球大型芯片设计公司垄断,而随着 AIOT 时代的到来,智能手表/手 环/耳机等可穿戴设备、智能家居等终端产品使市场需求变得更加多样化和碎片 化,并且单一市场较小。 -20% -10% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 主营业务收入(百万美元) 增速(%) 1998年发布ARM10内核;产品授权给HP、 IBM、Matsushita、Seiko Epson 和 Qualcomm;同年上市 2004年发布ARMv7架构,收购Artisan (标 准单元库)、Axys Design(ESL设计工具) 2011年发布ARMv8架 构,首款支持64位指令集 1997年发布ARM9,首次