半导体赛道梳理10——晶圆制造行业

一、行业

1、集成电路产线愈加昂贵加剧头部企业集中趋势

在摩尔定律的推动下，元器件集成度的大幅提高要求集成电路线宽不断缩小， 导致生产技术与制造工序愈为复杂，制造成本呈指数级上升趋势。当技术节点向 5 纳米甚至更小的方向升级时，普通光刻机受其波长的限制，其精度已无法满足 工艺要求。因此，集成电路的制造需要采用昂贵的极紫外光刻机，或采用多重模 板工艺，重复多次薄膜沉积和刻蚀工序以实现更小的线宽，使得薄膜沉积和刻蚀 次数显著增加，意味着集成电路制造企业需要投入更多且更先进的光刻机、刻蚀 设备和薄膜沉积设备等，造成巨额的设备投入。

根据 IBS 统计，随着技术节点的不断缩小，集成电路制造的设备投入呈大幅 上升的趋势。以 5 纳米技术节点为例，其投资成本高达数百亿美元，是 14 纳米 的两倍以上，28 纳米的四倍左右。

2、主要流程

二、中芯国际

1、2021年年报披露

本集团实现主营业务收入 35,080.6 百万元，同比增加 30.0%。其中晶圆代工业 务营收为 32,134.3 百万元，同比增长 34.0%。

从客户来看，SMIC涵盖国内外主流设计公司，自2021年以来国内占比逐渐提升。中芯国际既面向华为海思、紫光展锐、兆易创新等国内头部设计公司，也面向海外如高通、博通、FPC等大客户。受中美贸易摩擦和全球疫情带来的供应链不确定性，很多国内客户为保证供应链安全而更多选择国内供应商，中芯国际国内营收占比在2021年逐渐提升，在21Q4达到68.3%。SMIC同时在欧洲和北美设有销售中心，自20Q4以来，欧亚地区营收占比稳中有升，但北美地区营收占比从20Q4的27.7%逐季下降至21Q4的19.6%。

从下游领域来看，智能手机和消费电子应用贡献过半营收，模拟、射频、MCU等产品需求保持旺盛。1）手机和消费电子由于部分大客户营收占比较高，SMIC在历史上的智能手机业务营收占比维持45%以上，但自20Q3开始，公司被美国列为“实体清单”，影响与智能手机大客户的业务开展，因此智能手机收入占比自20Q3起逐渐下降至21Q4的31.2%。同时受消费电子景气度下滑影响，客户拿货不积极，公司消费电子占比在21Q4达23.7%，环比下降0.4ppt，公司预计2022年手机和消费电子将成为存量市场，供需达到平衡。但目前中芯国际面对的手机客户占全球市场份额60%以上，客户希望有一定量在中国生产，SMIC预计长期将增大智能手机收入占比；2）IoT及面板、电动工具等领域公司预计2022年电动车、IoT等领域存在结构性产能缺口，射频、MCU、PMIC等平台需求依然旺盛。汽车端，代工业目前大约仅5%的总产能用于汽车，但长期来看，公司预计2023年或2024年初汽车业务迎来增长拐点。

从制程来看，成熟制程特色工艺取得多项突破，14/28nm占比逐季提升。21Q4公司14/28nm制程收入为2.94亿美元，环比+14%，占晶圆代工收入的18.6%，自20Q4以来保持逐季占比提升态势，主要系部分流片项目陆续进入量产，产能利用率不断提高；公司实现40nm射频、40nm MCU、40nm及55nm高压显示驱动、40nm CIS以及55nm利基存储等特色工艺上的突破，21Q4 40-65nm收入合计占比42%；公司0.18-0.11um主要面向特殊存储领域，21Q4合计占比32%。公司90-22nm设备机型基本一致，可以根据下游订单情况灵活进行产能调配，以满足产能最紧张产品需求。

2、招商报告

在半导体景气度长期向好、国产替代持续情况下，中芯国际作为本土第一大代工厂，持续发展成熟制程，先进制程未来市场空间广阔，同时在特殊工艺和先进封装上实现突破，未来可期。

（1）产能全球8寸产能预计相对稳定，12寸产能有望在22H2/2023年迎来大幅增长

中芯国际在北京、天津、上海、深圳四地全资+合资共有6座代工厂达产，同时兴建中芯京城、上海临港、中芯深圳（12寸）三条新产线。

公司21Q4产能爬坡至折合8寸62.1万片/月，2021年总资本支出为45亿美元，指引2022年资本支出达50亿美元，预计2022/2023年8寸产能相对稳定，12寸产能预计将有较大提升。①8寸截至21Q4，中芯国际8寸产能大约30万片/月，2021年共扩产超过4.5万片/月，考虑到8寸设备供应紧张，并且在2023年及之后行业景气度有下滑可能，因此8寸产能预计未来保持相对稳定；②12寸截至21Q4，中芯国际共有12寸产能大约12-14万片/月，2021全年扩产超1万片/月，公司指引2022年折合8寸总产量增加13-15万片/月，考虑到中芯京城和中芯深圳在2022下半年投产，设计产能分别为10万片/月和4万片/月，因此预计产能增量将主要用于12寸。长期来看，中芯京城和中芯深圳未来产能爬坡，上海临港已于2022年初动工，预计2024年左右达产，设计产能大约10万片/月，因此预计未来中芯国际12寸产能有望增长较多。

全球8寸产能预计相对稳定，12寸产能有望在22H2/2023年迎来大幅增长。1）8寸高景气行情下成熟制程产能紧缺，8寸晶圆供不应求，但由于此前厂商纷纷扩产12寸产能，8寸设备逐渐不再生产，目前8寸设备多为二手，厂商扩产不利，2021和2022年全球主流代工厂预计扩产8寸产能较少。根据SEMI预计，2021/2022年全球将共新建29座晶圆厂，其中仅有7座为8寸晶圆厂；2）12寸根据我们统计，全球主流代工厂纷纷加码12寸产能，按照扩产节奏来看，12寸产能有望在22H2/2023年迎来大幅增长。

高景气行情下，2021年全球成熟制程代工厂产能利用率保持满载。展望2022年，产能紧张将有所缓解，但代工厂产能利用率预计仍维持高位根据Gartner预计，全球12寸产能预计在2022下半年迎来供需平衡，SMIC在21Q4法说会表示，全球晶圆产能紧张情况已经由全线紧张转为结构性紧张；根据华虹21Q4法说会，2022年8寸产线预计保持满载，12寸产线努力维持满载状态，根据SMIC 21Q4法说会，2022年将有针对性的扩产紧缺产能，整体产能利用率有望维持高位。

（2）中芯国际成熟制程持续加码

中芯国际目前制程覆盖0.35um~14nm，14nm FinFET技术为目前中国大陆最先进制程水平。

在成熟逻辑工艺领域，中芯国际是中国大陆第一家提供0.18/0.15um、0.13/0.11um、90nm、65/55nm、45/40nm和28nm技术节点的代工厂。

成熟制程持续加码，未来2-3年内中芯国际成熟制程有望大幅扩产。中芯国际2021年成熟制程8寸产能增加超4.5万片/月，12寸产能增加1万片/月，2022年预计总折合8寸产量增加13-15万片/月，并且扩充的产能均为成熟制程。中芯国际目前在北京、上海临港、深圳建设的三条12寸新产线均面向28nm及以上成熟制程，总设计产能达24万片/月，中芯京城、中芯深圳12寸产线预计在2022下半年实现投产，上海临港产线在2022年初开始动工，有望在2024年左右实现投产。

中芯国际FinFET技术长期发展向好。随着制程进步，FinFET支出将越来越多，中芯国际在19Q4业绩说明会上表示，FinFET每1000片投资大约在1.5亿美元（EUV方案）至2.5亿美元（非EUV方案）间，英特尔表示，使用金属钴的7nm（非EUV方案）每1000片投资大约在2.8亿美元。根据IC Insights数据，2019年全球前五大资本支出企业支出占比提升到大约为68%，这意味着每一代或每几代制程进步后，逐渐有企业落伍。根据中芯国际2020年企业社会责任报告，目前全球拥有14nm及以下FinFET技术的代工厂仅有4家，而拥有实际收入的仅有3家，中国大陆仅剩中芯国际一家还在追赶。中芯国际目前SN1（即中芯南方上海FinFET工厂一期）为14nm制程主要承载主体，尽管目前SMIC先进制程发展受制于美国实体清单等因素影响，但中芯南方在资本投入方面拥有长期规划，并且在人才与技术上相较其他中国大陆厂家具有一定优势，拥有丰富的客户资源和应用平台，长期发展向好。

（3）中芯国际特色工艺具备较强竞争力，覆盖下游主要应用领域

芯国际代工覆盖下游主要大赛道，产品工艺具备较强竞争力。中芯国际特色工艺覆盖电源/模拟芯片、DDIC、IGBT、存储、射频等，制程覆盖0.35um~24nm，下游领域涵盖手机、快充等消费电子，白电、工业变频、轨交等工业领域，电动汽车、智能电网等新能源领域和无线通讯、IoT等通领域。中芯国际在高压DDIC、电源管理IC领域实力尤其强劲，达到国际领先水平；在CIS、特殊存储等领域收入增长较快

高压DDIC国际领先，深圳产线扩产贡献长期动力。显示驱动IC是OLED屏幕中核心元器件，涨价及新兴需求带来全球OLED DDIC增量市场。AMOLED显示技术凭借其在功耗、柔性、显示效果等方面的优势，逐渐实现了向新兴电子应用领域的渗透，其市场份额逐步提升。根据CINNO Research数据，2020年全球OLED驱动IC市场规模为55亿元，其中国内AMOLED DDIC市场规模为22亿元。一方面可穿戴设备等增量拉动市场规模增长，另一方面显示驱动IC供不应求情况下涨价明显，预计2021年全球显示驱动IC市场规模将达80亿元。高压DDIC结合高压+模拟制程，需要很深厚的技术积累，代工进入门槛较高，符合条件代工厂较少。国内下游AMOLED厂家积极扩产，中芯国际高压驱动IC营收在21H1实现高增长，并加速进行制程升级和产线转移。AMOLED长期为韩国和中国台湾厂商垄断，但中国大陆厂商也在积极进入AMOLED市场，加速追赶。京东方和TCL华星分别投资数百亿元建设AMOLED器件，面向智能手机/平板/车载显示器等下游应用，和辉光电于2021年5月在科创板上市，募资80亿元建设两条AMOLED显示屏产线。在下游OLED行业加速扩产条件下，中芯国际0.15um、55nm和40nm的高压DDIC快速成长，21Q1实现营收翻倍，21Q2营收环比增加56%。与此同时，中芯国际高压驱动IC在8寸到12寸产线转移方面稳步推进，中芯深圳12寸产线扩产主要规划用于55nm高压大屏驱动、0.15um电源驱动和40/28nm高压大屏驱动IC的生产，规划月产能4万片，为中芯国际高压驱动IC后续发展注入长期动力。

PMIC技术全球领先，90nm BCD工艺通过客户验证。BCD工艺可大幅降低功率耗损，提高系统性能，节省电路封装费用，并具有更好的可靠性，目前成为光芯片（Photonic Integrated Circuit，PIC）的主流制造工艺。意法半导体最早开发BCD平台，目前为全球BCD工艺领头羊。中芯国际电源管理PMIC技术国际领先，90nm BCD工艺平台持续研发。中芯国际PMIC主要由8寸产线代工， PMIC技术基于低功耗逻辑平台，包括双极晶体管、高压LDMOS晶体管、精密模拟无源器件等，同时配有具有良好导通电阻的功率器件。国内BCD工艺领先企业包括中芯国际、华虹、士兰微等，其中华虹90nm BCD平台已经量产，中芯国际PMIC主要采用BCD工艺，制程主要为0.18um和0.15um，其90nm BCD平台第一阶段中低压器件的性能开发和可靠性验证已完成，进入首批客户进行产品设计并准备进入小批量试产，将用于智能化电源管理高端领域、音频放大器、智能电机驱动等。

eNVM技术广泛用于智能IC及MCU市场，中芯国际嵌入式存储结合低功耗技术。中芯国际特殊存储面向中低容量，嵌入式存储为低功耗提供支持。中芯国际传统特殊存储包括90/65nm的NOR和38/24nm的NAND，主要面向中低容量，采用特殊工艺。嵌入式存储方面，中芯国际实现eNVM工艺全覆盖，推出了95nm超低功耗技术平台95ULP，在8寸工艺平台上提供行业内最高密度最小面积的SRAM，在12寸平台上提供55nm超低功耗技术，进一步降低产品电压、优化工艺器件和IP设计，从而降低产品动态和静态功耗，延长系统待机时间和使用效率。公司的0.13um和55nm低漏电嵌入式内存（embedded Flash）整合内置存储器，采用公司55nm低功耗技术的智能卡芯片已经进入稳定量产。

中芯国际参股中芯宁波和中芯绍兴，实现射频前端和功率器件工艺突破。中芯宁波拥有射频前端自主知识产权，为客户提供E2E、可定制、全套本土化射频模组解决方案。中芯宁波RF SOI技术平台转移自中芯国际，0.13um平台依托于上海8寸产线生产，55nm平台依托于北京12寸产线，主要面向移动通4G/5G中。中芯宁波自主工艺平台射频前端自主工艺平台支持BAW量产，打破国外垄断。绍兴中芯集成为中芯国际子公司，布局微机电及功率器件领域，与中芯国际协同发展。

（4）先进封装助力超越摩尔定律，中芯国际持续布局先进封装

封装经过5个阶段的发展，目前进入到先进封装时代。第一个阶段自20世纪50年代的零级芯片封装，后又分别于60年代和70年代进入一级和二级封装；第二个阶段为通孔插装时代，最大安装密度为10引脚/cm²；第三个阶段是20世纪80年代的表面封装器件时代，代表是小外形封装（SOP）和四边引脚扁平封装（QFP），大大提高引脚数和组装密度，最大引脚数达到300，安装密度达到10-50引脚/cm²；第四个阶段为20世纪90年代的焊球阵列封装（BGA）和芯片尺寸封装（CSP）时代，封装类型主要有BGA、CSP、圆片级芯片尺寸封装（WLCSP）和系统级封装（SiP）等类型；第五个阶段为20世纪90年代末期开发的三维叠层封装（3D）时代，3D封装不改变封装体安装面积，在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上的芯片，意味着“通过封装来实现超越摩尔定律”。

Chiplet新型封装技术国内外差距不大，中芯国际在Chiplet方面有望获得更多机会。Chiplet（小芯片技术）是不同于2.5D/3.5D封装和Fan-out封装技术的另一种先进封装技术，将满足特定功能的die（模块芯片）通过die-to-die内部互联技术与底层基础芯片封装在一起，构成多功能异构System in Package（SiPs）芯片的模式。SoC芯片将系统所需的存储器、处理器、模拟电路模块、数模混合号等高度集成在一颗芯片中，Chiplet模式的异构功能应用在SoC中可能成为延续摩尔定律的另一种方式。目前国外AMD、Intel等厂商积极布局Chiplet，由于Chiplet刚刚起步，国内厂商在此技术上与国外差距不大，长电科技布局的多维扇出集成技术XDFOI(X-Dimensional Fan-out Integration)是一种以2.5D TSV-less为基本技术平台的封装技术，能够提供Chiplet及异构封装的系统封装解决方案；通富超威与AMD在Chiplet等领域已展开深度合作，2021上半年通富超威苏州完成AMD 6个新产品的导入，支持5nm产品导入工作；中芯国际一直致力于扇出型封装等晶圆级尺寸先进封装工艺的研发，未来有望借助本土封装技术，在先进封装领域实现更大发展。

3、风险分析

（1）2023年之后成熟制程产能过剩风险

由于2021年以来，全球产能紧缺，代工厂纷纷扩产，由于全球大部分扩产产能集中于成熟制程，据统计，2022下半年和2023年将迎来产能集中释放期。据Gartner预计，2022年下半年12寸晶圆将达供需平衡，SMIC于21Q4法说会预计2022年全球产能为结构性紧缺，UMC预计2023年以后全球28nm产能有过剩风险。考虑到2023年行业景气度有下滑可能性，因此2023年及之后全球成熟制程产能有一定过剩风险。

（2）设备交付不及预期

2021年以来，由于下游需求旺盛，晶圆厂扩产带动设备厂商积极扩产，但在2021下半年出现一定设备交期延长情况。UMC 2021资本支出此前指引为23亿美元，受设备交期影响实际资本支出为18亿美元，有5亿美元延后到2022年支出。考虑到中芯国际在2022和2023年积极扩产，如果设备交期不及预期，可能将对中芯国际产能爬坡产生一定不利影响。

（3）受实体清单影响加剧，先进制程NTO项目进展不及预期

2020年12月，美国商务部将中芯国际列入实体清单，否认中芯国际10nm以下先进制程需求。

自20Q4以来，受到美国实体清单影响，中芯国际先进制程发展遇到一定阻力，虽然中芯国际目前拥有14nm FinFET及N+1/N+2等技术积累，但仅能供应14nm及以上制程节点，一旦实体清单影响加剧，中芯国际先进制程发展及在开展中的十余个14nm NTO项目均有可能受阻。

（4）下游需求结构性下滑的风险

2017-2019年，由于智能手机及消费电子产品需求疲软，中芯国际整体营收增长缓慢。自21H2以来，中芯国际智能手机和消费类产品营收占比持续下滑，同时中芯国际于21Q4法说会预计智能手机及消费电子产品在2022年将达供需平衡，考虑到目前40/55nm等制程节点产能尤为紧缺，中芯国际在2022年针对产能紧缺的节点进行针对性扩产，一旦下游需求结构性下滑，预计可能将对中芯国际营收及利润情况造成不利影响。