(报告出品方/作者:信达证券,方竞、李少青)
一、华虹半导体:中国大陆半导体特色工艺纯晶圆代工龙头
1.1、公司背景:专注半导体特色工艺代工,行业地位特殊
华虹半导体的前身华虹半导体微电子成立于年,经过20多年的发展,华虹半导体已成为国内第二大晶圆代工企业,同时也是国内最大的特色工艺晶圆代工企业。公司的主营业务为向半导体fabless厂商提供晶圆代工服务,年晶圆销售额约占营收的96.4%,年交付晶圆.1万片(折合8英寸晶圆)。
与台积电、三星半导体、联电、格罗方德、中芯国际等晶圆代工龙头厂商不同的是,公司专注于提供较高毛利的特色工艺代工服务,至今已形成功率分立器件、嵌入式非易失性存储器、模拟与电源管理、逻辑与射频、独立式非易失性存储器五大代工产品线,覆盖1.0μm至55nm的工艺制程。据TrendForce统计,在年第一季度全球晶圆代工厂营收排名中,华虹半导体的营收位列全球第九位,大陆第二位。
华虹半导体由华虹半导体NEC和上海宏力半导体合并发展而来,如今在上海金桥和张江拥有3座8英寸晶圆厂(华虹半导体一厂、华虹半导体二厂和华虹半导体三厂),并在无锡拥有一座12英寸晶圆厂(华虹半导体七厂)。年“”工程的主体承担单位——上海华虹半导体微电子有限公司正式成立,年华虹半导体NEC成立并开工建设,年完工并投产。
年华虹半导体NEC转型foundry厂商,开始提供晶圆代工服务,同年开始生产第二代居民身份证芯片。年,经国务院批准,华虹半导体在香港成立,并作为华虹半导体NEC的母公司开始运营。年3月,华虹半导体集团完成战略重组,成为上海国资控股企业。年,华虹半导体NEC和宏力半导体完成合并,成立上海华虹半导体宏力半导体制造有限公司,年华虹半导体在港交所挂牌上市。
年,华虹半导体制造业务走出上海,与国家集成电路产业基金(大基金)、无锡锡虹联芯合资设立华虹半导体(无锡)有限公司,华虹无锡项目一期工程开工(华虹半导体七厂)。华虹无锡一期项目在原有8英寸产线的基础上扩展12英寸,计划投资25亿美元,设计产能4万片/月(约当12英寸晶圆),覆盖90~55nm工艺节点。年华虹无锡12英寸生产线建成投片,建设周期16个月,是中国大陆第一条12英寸功率分立器件生产线。年底华虹无锡投片量已达2万片/月,预计年底产能将达到6.5万片/月。
华虹半导体专注于特色工艺晶圆代工,功率分立器件、嵌入式非易失性存储器(eNVM)制造技术处于行业领先水平。公司的晶圆代工产线拥有丰富的工艺组合,eNVM平台工艺技术能力和规模全球领先,提供超低功耗eFlash、EEPROM、单栅MCU技术、低成本MCU解决方案,IC卡芯片晶圆制造规模全球最大;CMOS图像传感器制造技术先进,拥有全球前列的市场规模;功率半导体工艺制造能力和规模全球领先,积累了一流的深沟槽超级结工艺技术,车规级的IGBT生产技术;公司掌握射频、BCD和MEMS等领先的特色工艺技术。
1.2、财务表现:12英寸产能快速扩张,业绩迎来爆发期
华虹半导体年营收9.61亿美元,再创历史新高,同比增长3.08%,-年四年间CAGR为7.44%,营收稳步增加。分产线来看,年8英寸产线贡献8.63亿美元营收,华虹无锡12英寸产线贡献万美元营收。今年第一季度,华虹半导体收入销售收入达3.05亿美元,同比增长50.3%,超出市场预期。这主要得益于今年半导体行业极高的景气度,功率分立器件、CIS、MCU需求旺盛,8英寸产线满载,同时公司12英寸产能迅速上量,承接8英寸溢出需求,带来营收大幅增长。1Q21营收中,华虹半导体8英寸产线贡献收入约2.50亿美元,同比增加24.7%,环比增加2.4%。
华虹无锡12英寸产线贡献约万美元营收,占总收入的17.9%,环比增加53.1%,对收入的贡献在加快增长。华虹无锡12英寸厂产能扩张迅速,已由去年年底的2万片/月增长至今年年中的接近5万片/月,预计在年底将达到6.5万片/月,1Q20、2Q20、3Q20、4Q20、1Q21分别贡献营收万美元、万美元、万美元、万美元、万美元,处于快速增长期。
盈利端来看,公司历史毛利率长期维持在行业较高水平,-年间均保持30%以上的毛利率。进入年,毛利率下降至24.4%,较年下降5.9个百分点,这是由于华虹无锡12英寸厂产能处于爬坡阶段,产能利用率较低,公司人员开支及折旧费用快速上升。同时受疫情影响,市场对需求预期不足,导致上半年订单减少。公司年净利润为万美元,同比下降38.71%,净利率为10.42%,较年下降6.77个百分点,这是华虹无锡厂产能爬坡,折旧及研发费用增加所致。
分产线来看,8英寸产线1Q20-1Q21均维持在27%左右,盈利能力较为稳定。而12英寸产线在高额的折旧压力下2Q20、3Q20毛利率分别为-12.7%、-18%,至4Q20公司投片量增大至2万片/月后才转为6.5%。随着12英寸产线产能和投片量进一步扩张,毛利率在1Q21也进一步改善,达到7.3%。我们预计12英寸的扩产上量和晶圆代工的高景气度会使12英寸产线毛利率进一步提升,改善公司整体盈利水平。
分业务技术类型来看,年公司五大特色代工业务占晶圆收入超过99%。其中功率分立器件占比36.8%,嵌入式非易失性存储器占比34.8%,模拟与电源管理占比14.1%,逻辑与射频占比13.0%,独立式非易失性存储器占比1.2%。年功率分立器件、嵌入式非易失性存储器代工是公司营收的主要来源,其中嵌入式非易失性存储器业务下的MCU产品成长性较好,而功率器件营收同比持平。得益于CIS的需求增加,逻辑与射频代工业务营收快速增长37.3%。模拟与电源管理芯片营收同比增长9.4%。
进入年,第一季度功率分立器件收入1.亿美元,同比增长44.6%,这主要是因为IGBT、通用型MOSFET、超级结产品出货量增加,收入占比略降至35.9%。嵌入式非易失性存储器收入万美元,同比增长28.8%,受益于MCU及智能卡芯片的需求增长,收入占比降为31%。逻辑与射频收入万美元,同比增长.2%,主要是CIS产品的需求增加。独立式非易失性存储器收入万美元,同比增长.2%,主要得益于NORFlash的需求增加。模拟与电源管理收入万美元,同比增长25%。
按终端市场来看:公司营收中占比最大的是消费电子市场。年公司在消费电子市场收入5.94亿美元,占全年营收的61.8%,同比增长2.2%,主要是智能卡、MCU、嵌入式存储器的营收支撑。营收占比第二大的市场是工业和汽车电子市场,占比为21.2%,营收2.04亿美元,同比减少4.0%,主要是因为年汽车市场减产。占营收三、四名的是通信市场、计算市场,分别占比为13.3%、3.7%,其中通信市场营收增长最快,年营收1.27亿美元,同比增长28%,计算市场营收万美元,同比减少9.5%。
进入年,第一季度消费电子收入同比增长50.8%,达到1.89亿美元,收入占比达到62.0%,这主要是得益于MCU、通用MOSFET、NORFlash、智能卡芯片、超级结已经电源管理类芯片需求增加。工业及汽车电子收入万美元,同比增长19.8%,这是由于IGBT和通用MOSFET出货量增加。收入增长最快的仍然是通信类产品,第一季度收入万美元,同比剧增.4%,这是由于CIS需求量大增。计算类产品收入万美元,同比增长32.4%,这主要是得益于MCU及MOSFET需求上升。
分制程来看,公司营收主要来自于8英寸成熟制程产品。年0.35μm及以上制程营收4.66亿美元,占比48.5%。0.25μm、0.15/0.18μm、0.11/0.13μm制程营收分别占比1.7%、14.7%、24.0%。华虹无锡12英寸厂去年开始产能爬坡,制程主要覆盖90nm-55nm节点,年90/95nm、55/65nm营收贡献分别为1.0亿美元、万美元,营收占比10.4%、0.7%。进入到1Q21,由于华虹无锡12英寸厂产能释放,下游需求旺盛,营收快速增长,对收入的贡献越来越大,90/95nm、55/65nm营收占比分别增长至14.8%、4.2%,主要得益于NORFlash、逻辑产品、CIS智能卡芯片、MCU的需求量增加。
1.3、股权结构:国资强势入股,彰显国家力量
华虹半导体股权结构中国资背景深厚,彰显国家对集成电路产业的大力支持。根据公司年第一季度末最新数据,华虹半导体前三大持股股东均为国资背景企业,合计持股58.3%。其中华虹半导体集团持股26.9%,鑫芯(香港)投资有限公司持股16.9%,Sino-AllianceInternational,Ltd(联和国际集团控股有限公司)持股14.5%。
国资强势入股华虹半导体,支持华虹半导体的全面发展。上海华虹半导体国际母公司为上海华虹半导体集团,上海华虹半导体集团最大股东为上海市国资委控股的上海联合投资有限公司;鑫芯(香港)投资有限公司为国家集成电路产业基金全资控股子公司;Sino-AllianceInternational,Ltd(联和国际集团控股有限公司)是上海联合投资有限公司的海外投资平台,也是由上海国资委全资控股。
分厂区来看,华虹半导体在上海拥有三座8英寸晶圆厂,华虹半导体(无锡)是华虹半导体部分控股的12英寸晶圆厂。位于上海的三座8英寸晶圆厂是华虹半导体全资控股,位于无锡的华虹半导体七厂是由华虹半导体、国家集成电路产业基金、无锡地方*府设立的投资公司三方共同投资建设的,帮助公司将业务拓展至12英寸产线,支持公司向外、向上发展。
1.4、技术研发:特色工艺积累深厚,不角逐摩尔定律
华虹半导体专注于半导体成熟制程特色工艺代工,不参与角逐摩尔定律和追求先进制程。公司和业内其他代工厂有很大不同,公司提供特色工艺,经过十几年的磨练,已形成功率分立器件、嵌入式非易失性存储器、模拟与电源管理、逻辑与射频、独立式非易失性存储器五大技术平台,制程覆盖1μm至55nm各节点,其中智能卡芯片、IGBT等功率半导体、eFlash芯片等代工水平国际领先,并具备丰富的车规级芯片的量产经验。
嵌入式非易失性存储器包括智能卡芯片和MCU两大类。从MCU来看,受益于智能化趋势和物联网应用的铺开,华虹半导体开发的0.11μm及90nm低功耗及超低漏电eFlash工艺平台收到全球客户的广泛认可,新产品导入数量增长动力强劲,应用在通用型MCU、TypeC接口控制芯片、OIS、触控芯片、智能电表控制芯片等领域。12英寸55nm高速MCU嵌入式闪存工艺平台正在稳步开发。客户主要包括紫光国微、华大半导体、复旦微、博通集成等。
功率分立器件技术平台包括IGBT、超级结MOSFET、DMOS、SGT四大类。从低压、中压、高压到IGBT,华虹半导体在所有foundry厂中拥有最大的功率分立器件产能。其中IGBT技术水平一流,具有电流密度高、功耗低、高可靠性等优点,在电动汽车逆变器、充电桩等领域具有极强的竞争实力。客户主要包括新洁能、斯达半导等。
模拟与电源管理技术平台主要应用于电源管理芯片、LEDDriver等,公司开发的用于低压产品的BCD工艺平台技术指标达到业界先进水平,90nmBDC工艺平台在12英寸产线上成功实现量产;用于高压的-VBCD工艺平台在照明控制及家用电机驱动芯片领域为公司拓展了市场,带来增量空间。主要客户有MPS、晶丰明源、艾为电子等。
逻辑与射频业务公司有CIS、RFCMOS、RFSOI、SiGe等工艺平台,其中CIS出货量强劲,主要客户包括卓胜微、格科微等。
独立式非易失性存储器主要生产NORFlash,客户有兆易创新等。
公司加大资本支出,在8英寸产线的基础上扩展12英寸产线。公司12英寸产线建设以来,CAPEX一路走高,年CAPEX为9.2亿美元,年CAPEX为10.9亿美元,主要用于晶圆厂的建设及设备购买。公司今年CAPEX预计为13.5亿美元,主要用于12英寸产线65/55nm制程的扩产,目标在今年年底形成6.5万片等效12英寸晶圆月产能。
1.5、战略规划:8英寸产线成熟技术延伸转移至12英寸
华虹半导体立足于现有的8英寸成熟产线,将成熟制程技术平台延伸转移至12英寸产线。华虹半导体积极扩张12英寸产线,年1月,在无锡市*府、国家集成电路产业基金、华虹半导体三方共同出资下,成立华虹半导体(无锡)有限公司,一期项目于年3月开工建设,是为华虹半导体七厂。华虹无锡集成电路项目计划总投资亿美元,一期项目投资约25亿美元,目标形成一条月产能4万片的12英寸晶圆代工产线。
华虹半导体七厂于年9月顺利投片,年第四季度已达到2万片/月投片量。年华虹半导体七厂再投资52亿元对产线进行扩产,目标在年底达到月产能6.5万片。当前晶圆代工市场景气度高涨,产能供不应求,华虹半导体后续还将根据市场需求情况继续加大投资,对华虹无锡现有12英寸产线进行扩产,预计在年年中月产能将达到8万片等效12英寸晶圆。
12英寸产线扩张是公司营收和利润增长的长期动力。华虹无锡12英寸产线利用现有的8英寸产线成熟技术,将功率分立器件、嵌入式非易失性存储器、模拟与电源管理、逻辑与射频特色平台部分产品顺利导入进来,承接了8英寸产线外溢需求,缓解了8英寸产能不足问题,同时根据下游市场客户需求,新增CIS、NORFlash产品代工业务。华虹无锡12英寸晶圆厂目前处于产能爬坡的关键阶段,五大特色工艺平台正在稳步推进,客户导入也在有条不紊的进行。根据市场长期需求乐观展望,华虹无锡还规划了二期、三期项目,长期来看可能达到20万片/月等效12英寸晶圆产能。
二、行业分析:晶圆代工市场景气度高涨,成长机遇来临
2.1、半导体行业需求大增,晶圆代工产能供不应求
半导体行业结构性需求改善,全球半导体市场景气度极高。由于5G手机的渗透率逐渐提高,电动汽车的出货量不断提升,ADAS不断发展,数据中心和PC持续增长,IOT稳步推进等产业趋势带动,半导体需求有了结构性改善,全球半导体行业进入高景气周期,同时对全球晶圆代工、封装测试的产能需求大增。加上年疫情结束后需求集中释放,中美关系紧张带来的全行业恐慌性备货抢占产能,综合各种因素短时间内共同震荡,导致了这一轮半导体行业需求旺盛。
半导体行业下游需求中,计算机、通讯、消费占据前三大市场,据ICInsights统计,年这三类市场占比分别为35.6%、35.6%、11.8%。
通信市场来看,全球手机市场需求在复苏,随着5G通信的商业化应用,5G智能手机的渗透率也不断提高,而5G手机相较于4G手机硅含量平均提升了70%,大大增加了手机行业对芯片的需求量。
计算机市场来看,疫情使得人们的学习、生活方式发生了改变,远程网课、居家办公、在线娱乐使得人们对平板、PC、游戏机的需求增加,且数字货币挖矿火爆,这些因素均推动了全球计算机需求的增长,年第一季度全球PC出货量达万台,同比增长达55.2%。平板电脑、服务器出货量环比均有增长。
缺芯带动晶圆代工行业景气度高涨。年下半年以来,缺芯成为了笼罩整个半导体行业的乌云,至今挥之不去。缺芯直接带动了晶圆代工价格上涨,除已经订下的产能外,联电、格芯、世界先进等多家晶圆代工厂商对8英寸晶圆代工急单与新增订单涨价约10-15%,带动8英寸晶圆ASP提升。年一季度,12英寸晶圆代工价格也随之上涨,不仅联电在年初决定调涨部分12英寸晶圆代工价格,台积电也将一直以来针对大客户的5%订单折扣取消,并预期芯片缺货潮将至少持续到年上半年。据ICInsights披露数据,全球晶圆代工产业市场规模在年出现小幅下滑后,年预计增长19%,达到亿美元,年预计增长12%左右,并预计-年CAGR为9.8%,高于半导体市场整体增速。
缺芯直接影响到下游终端市场的正常出货,产能供不应求。据IHS预计,年一季度由于芯片短缺,全球汽车市场减产67.2万辆,二季度受汽车芯片工厂遭受火灾、暴雪等灾害影响,缺芯愈演愈烈,预计二季度全球汽车将减产万辆。汽车芯片的交付周期目前极大拉长,以车用MCU为例,MCU的正常交付周期是8周左右,现在由于芯片短缺,交期普遍延长到25周以上。
2.2、8英寸:全球产能格局已定,产能紧缺预计延续至年
全球8英寸晶圆代工产能格局已定,晶圆代工厂商扩产意愿不高。据ICInsights统计,年末全球8英寸晶圆月产能达到千片等效8英寸晶圆,全球8英寸晶圆代工前八大企业分别是台积电、联电、中芯国际、格罗方德、世界先进、华虹半导体、力积电、高塔半导体。
基于成本和投资效益考虑,长期以来8英寸晶圆代工厂扩产动力不足,8英寸晶圆产能增量十分有限。由于12英寸晶圆是8英寸晶圆面积的2.25倍,所以在良率相同的情况下,适度增加材料和工艺成本,单片12英寸晶圆可切割的裸die数量是8英寸晶圆的2.25倍,芯片成本可下降40%以上。从投资效益上来讲,建设一条5万片/月产能的nm8英寸产线需要投资约14亿美元,而建设一条5万片/月产能的90nm12英寸产线需要21亿美元,等效8英寸产能的情况下,投资90nm12英寸产线效益更高,因此晶圆代工厂商更愿意扩建12英寸厂,8英寸产能扩产幅度极小。据Omdia统计,全球8英寸晶圆代工产能-年复合增长率仅为3%,扩产进度缓慢。
从设备供给来看,由于晶圆厂倾向于投资12英寸产线,晶圆制造设备供应商已经停止生产8英寸设备。因此目前8英寸晶圆厂很难增加产能,扩产主要是通过购买二手设备,或者对现有产线进行升级改造。二手设备供应商SurplusGlobal表示,行业需要-台新的或翻新8英寸设备来满足8英寸晶圆厂的需求,但可用8英寸设备不到台。另外,据ICInsights数据,全球年以来关闭或改建晶圆厂数量高达家,其中8英寸25家,但更多的则是6英寸及4英寸等晶圆厂,这些被关停的产线其需求向8英寸产线转移,也造成了8英寸产能紧张。
由于全球8英寸晶圆代工产能格局已定,产能持续紧缺,目前各大厂商产能均处于满载状态。从年Q2开始,联电、中芯国际、世界先进、华虹半导体等主要8英寸晶圆代工厂产能利用率处于历史高位,特别是华虹半导体8英寸产线在年Q4产能利用率达到%。根据SΜMCO在年Q4业绩说明会上的指引,年8英寸晶圆需求预计将达年的峰值,即万片/月,而扩产进度不及预期,产能紧张情况将会持续到年。
从下游需求来看,8英寸晶圆主要用于生产CIS、功率分立器件、MCU、模拟器件、电源管理芯片、显示驱动芯片、指纹识别传感器等特殊工艺以及成熟制程芯片,其中CIS的占比最大,达到22%,其次是模拟器件占比19%。从终端市场来看,8英寸晶圆制造主要为智能手机、汽车、IOT、工业、消费电子等终端市场服务,其中汽车电子占比最大,达到33%,其次是工业市场和智能手机,分别占比27%、19%。
2.3、12英寸:先进制程产能紧缺有所缓解,成熟制程扩产空间长存
12英寸晶圆先进制程产能紧张有所缓解,而45-90nm成熟制程产能缺口仍存。5-7nm先进制程由于技术难度大、所需投资金额大,目前只有台积电、三星两家龙头厂商参与竞争。此前由于台积电5nm产能处于爬坡阶段,在年Q4仅有6万片左右的月产能,而三星为高通代工的骁龙旗舰手机SoC良率不足50%,限制了其产能释放,因此5nm制程芯片供给存在制约。此前台积电宣布计划到年Q4将5nm产能扩产至12万片/月,而三星的骁龙代工良率也有所提升,目前全球5nm/7nm产能已有所缓解。
10-20nm制程产能紧缺亦有所缓解。提供14nm制程芯片代工服务的厂商包括台积电、三星、格罗方德、中芯国际、联电,该段制程在12英寸先进制程中产能占比最大,据ICinsights数据,10-20nm产能占比38.4%,在这一轮缺芯潮中紧张程度较低。14nm芯片主要用于生产4G手机SoC、中低端显卡、服务器CPU、网络交换芯片、安防芯片、物联网芯片等,未来随着5G手机的渗透率提高,以及各大厂商对14nm制程的稳步扩产,该段制程的产能紧缺亦会缓解。
12英寸成熟制程产能紧缺仍存,长期维持供需紧平衡。40-90nm制程工艺主要用来生产MCU、CIS、WIFI、蓝牙、NORFlash、显示驱动、电源管理等芯片,主要用于手机摄像头模组、显示面板、降噪耳机、物联网、汽车电子等。随着CIS芯片面积不断增大,物联网、TWS耳机、显示面板出货量不断增长,12英寸成熟制程需求将长期稳定增长。据SEMI统计,全球12英寸晶圆代工产能在年将增长8.8%至超过k/月等效12英寸晶圆,其中大部分增量集中于先进制程,成熟制程仍将维持供需紧平衡。
三、公司产能情况:产能格局特殊,增长空间长存
华虹半导体旗下拥有三座8英寸晶圆代工厂,总产能约18万片/月等效8英寸晶圆,运营时间均超过15年,主要提供嵌入式非易失性存储器、功率分立器件、模拟与电源管理芯片、逻辑与射频芯片等特色工艺平台代工。华虹半导体在无锡还拥有一座12英寸晶圆厂,运营主体为华虹无锡,华虹无锡是由华虹半导体、无锡锡虹联芯投资公司、国家集成电路产业基金共同出资设立的,在年第四季度已达到2万片/月投片量。华虹无锡厂目标在年底达到月产能6.5万片。
3.1、8英寸:公司产能供不应求,结构改善有望助推营收增长
由于下游需求旺盛,产能供不应求,华虹半导体的8英寸产线去年来一直维持高产能利用率。华虹半导体的三座8英寸晶圆代工厂运营时间均超过15年,扩产空间极小,仅剩数千片月产能的扩产空间。去年以来,智能手机、汽车电子、消费电子、工业等终端需求旺盛,导致MCU、电源管理芯片、显示驱动芯片、IGBT、MOSFET等相应产品需求大增,华虹半导体的8英寸产线一直保持超过%的产能利用率。
8英寸产线营收稳步增长,动力源自晶圆ASP提升。虽然公司8英寸产线难以扩产,但由于晶圆代工行业的高景气度和产品组合的改善,公司8英寸晶圆ASP有所提升,1Q20-1Q21公司8英寸晶圆ASP分别为.0、.9、.2、.2、.5美元。当前全球晶圆代工产能供不应求,华虹半导体在年后对客户进行了普涨,具体视合作情况而定,对不同合作程度的客户涨价幅度也不同。
去年开始,华虹无锡12英寸晶圆厂产能快速爬坡,公司将一部分8英寸成熟制程的产品,例如智能卡类产品、追求先进制程的逻辑类产品转移到12英寸产线上,空出来的8英寸产能做价格更高、毛利率更好的产品,改善了8英寸晶圆产品结构,从而带动8英寸晶圆ASP提升。我们预计在8英寸产能长期供不应求的情况下,今年8英寸晶圆ASP将会不断上行。
3.2、12英寸:承接8英寸产能转移,收入增长主要驱动力
面对半导体行业长期的需求增长和原有8英寸产线扩产困难的情况,华虹半导体早在年就着手推进12英寸晶圆厂的建设。建设12英寸晶圆厂是华虹半导体未来长期的战略规划,目的是扩大生产规模,利用8英寸优秀的技术平台和积累优势,将嵌入式非易失性存储器、功率分立器件、模拟与电源管理、逻辑与射频的部分产品导入到12英寸生产线上,以满足客户需求,同时降低生产成本,又根据客户需求导入背照式CIS、NORFlash、BCD电源管理芯片等新技术平台,丰富12英寸产品线。
12英寸产线的机台搬入进度、技术研发进度、客户拓展进度均大幅领先原计划,嵌入式闪存、功率分立器件、逻辑与射频三大平台已经成功量产出货。12英寸从产能开始爬坡以来,产能利用率一路走高,1Q20-1Q21产能利用率分别为6.9%、38.3%、56.4%、75.5%、.8%,带动营收增长。
进入年无锡12英寸产线产能迅速释放,1Q21晶圆出货量达到5.7万片,环比增长54%,主要是功率器件、CIS在放量;营收达到万美元,环比增长53.1%,对收入增长的贡献超过76%,是收入增长最主要的动力;ASP在1Q21环比小幅增长至.6美元,主要是产品组合在改善,智能卡类价格比较好的产品从8英寸转向12英寸;毛利率方面,由于12英寸厂目前处于产能爬坡阶段,公司首要目标是提升产能利用率,毛利率处于较低水平。公司EBITDA在1Q21已经转正,未来随着12英寸产线产品组合改善,高ASP、高毛利的产品占比将会增大,12英寸毛利率将会逐步提升,并带动公司整体盈利提升。
3.3、国产Fabless厂商增长快速,深入合作推动增长
中国集成电路行业成长快速,未来可期。中国大陆集成电路行业起步较晚,但凭借着巨大的市场需求、丰富的人才供给、有力的*策支持,中国集成电路行业快速发展。据中国半导体行业协会统计,中国集成电路产业销售额由年的2,亿元增长到年的亿元,年均复合增长率达19.29%,高于全球平均水平。
自上世纪八十年代晶圆代工模式诞生以来,晶圆代工市场经过30多年发展,已成为全球半导体产业中不可或缺的核心环节。中国大陆晶圆代工产业起步较晚,但发展势头迅猛,据中国半导体行业协会统计,中国大陆晶圆代工行业销售额由年的亿元增长至年的亿元,复合增长率达23%,实现高速稳定增长,预期包括华虹半导体在内的大陆晶圆代工龙头公司未来成长性依旧良好。
中国集成电路设计企业增长快速,助推上游晶圆代工行业。据中国半导体行业协会统计,年我国集成电路设计行业销售额为亿元,同比增长23.3%,占我国半导体行业总销售额的42.7%,在半导体设计、制造、封测三业中占比最大。半导体设计行业销售额从年的.74亿元增长到年的亿元,CAGR为26%。随着我国半导体企业设计技术的日渐提高和半导体国产化进程的推动,预计到年,国内集成电路设计市场规模将突破00亿元,这将直接带动我国本土晶圆代工厂商成长。
国产半导体设计企业数量不断增长,与华虹半导体的合作日趋紧密。据ICCAD统计,年我国IC设计企业达到家,比去年的家增多家,增长率达24.6%,预计有家IC设计企业的销售超过1亿元,比年的家增加51家,增长21.4%;人数超过0人的IC设计企业达到29家,比上年增加了11家。
我国主要的半导体设计企业有海思半导体、紫光展锐、韦尔股份、智芯微、比特大陆、华大半导体、汇顶科技、士兰微、格科微等,其中多数与华虹半导体有深度合作关系。特别是新兴市场热度较高的功率半导体设计龙头企业斯达半导和新洁能,立足于华虹半导体的特色功率分立器件平台,与华虹半导体的战略合作使双方互惠共赢,共同成长。
四、特色工艺细分平台需求旺盛,打开未来想象空间
4.1、头部玩家追赶先进制程,特色工艺机遇凸显
摩尔定律预言了半导体工艺制程每隔18-24个月就会微缩一倍,但随着半导体工艺节点进入14nm及以下先进制程,开发新工艺的资本支出、技术难度都越来越大,单个节点的研发费用、建厂成本大幅上升,参与角逐的厂商也越来越少。14nm制程尚有台积电、三星、英特尔、联电、格罗方德、中芯国际几个玩家,进入7nm及以下,仅有台积电、三星、英特尔仍然参与竞争,格罗方德在年宣布放弃7nm研发,联电在年宣布放弃12nm以下(即7nm及以下)的先进制程投资。受美国禁令影响,中芯国际在14nm以下制程节点的推进也举步维艰。
台积电在一季度业绩说明会宣布年将上调资本支出至亿美元,其中80%用于5nm制程,三星也在年初就宣布今年在晶圆代工的资本支出约93亿美元,其中大部分将用于5/3nm制程的扩产和研发。台积电作为绝对的行业龙头,其收入的49%来自于5/7nm先进制程;联电虽然放弃14nm以下制程的研发,但是仍然有20%的收入来自于28nm节点;中芯国际作为先进制程的追赶者,也有7%的收入来自28/14nm节点。
在这种情况下,头部玩家全力追赶先进制程,华虹半导体抓住机遇,专注于投资自己的成熟制程特色工艺代工产线,制定与自身发展水平、战略定位相匹配的“8+12”战略,不仅继续深化打磨现有技术,也积极开拓CIS、NORFlash等特色工艺新产线,加大自身在成熟制程方面的营收。
4.2、功率分立器件:国产替代空间广阔
功率半导体是控制电力设备电能变换和进行电路控制的核心半导体器件,可对电路进行整流、分流、变压、逆变、稳压、变频、功率控制等,其下游应用十分广泛,涵盖汽车、高铁为代表的交通工具,手机、基站为代表的通信设备,光伏、风电为代表的新能源设备,电视、空调为代表的消费产品等。功率半导体器件按集成类别主要可以分为功率IC、功率模组、功率分立器件三大类,功率IC主要用于将功率分立器件与外围驱动、控制、保护等电路集成,功率模组是将功率分立器件根据下游应用的特定需求封装组成特定的模块,而功率分立器件是对电路特定进行变化的核心。年全球功率分立器件、功率模组、功率IC占功率半导体市场份额分别为32%、13%、55%。
年全球功率分立器件市场规模约为亿美元。功率半导体的主要应用领域为汽车电子(占比35%)、工业(占比27%)、消费电子(占比13%),主要增长动力为5G的商业化、新能源设备的出货量增长、电动汽车的渗透率提升等。5G的商业化带动了5G基站、5G手机的出货量增长,由于MassiveMIMO技术的使用,AAU功耗增加,5G基站单站的功耗约是4G单站的2.5-3.5倍,对功率器件的需求也大增。
由于减少碳排放需求的增加,新能源设备的出货量保持稳定增长,新能源发电、新能源汽车将带动功率器件的需求大增。根据StrategyAnalytics和英飞凌统计,传统内燃机汽车单台功率分立器件用量仅71美金,而新能源汽车单台用量约为美金,是传统汽车用量的5倍左右。如果从整台汽车半导体用量的角度去看,新能源汽车的用量也将会是传统汽车的2倍以上的增长,而随之配套的充电桩出货量的增长也将带动功率半导体需求增长。
功率器件国产替代空间广阔,年中国功率分立器件有5家公司进入全球前20。据IHS统计,中国是全球最大的功率半导体消费国,年市场需求规模达到亿美元,占全球需求比例高达35%。但是中国功率半导体自给率较低,欧洲、美国、日本的功率器件厂商占据了全球70%的份额,年全球功率器件营收排名前十的龙头企业是英飞凌、安森美、意法半导体、三菱电机、东芝、威世、富士电机、瑞萨、罗姆、赛米控,前十大企业占据了全球60%以上的份额。
在功率分立器件领域,国产厂商进步明显,年中国有5家公司进入全球前20,分别是安世半导体(排名第9)、扬州扬杰(排名第13)、华润微(排名第15)、士兰微(排名第17)、吉林华微(排名第20)。据Omdia统计,年全球IGBT模组前十大厂商中斯达半导进入前十,MOSFET分立器件市场中则有华润微进入前十,国内功率厂商在销售规模上已有明显进步,但从体量上来说还是与国外厂商有着绝对的差距,国产替代空间广阔。以斯达半导、新洁能为代表的国内IGBT/MOSFET龙头厂商均为Fabless模式,其与华虹半导体有着深度的合作关系。
华虹半导体代工的功率分立器件主要分为TrenchMOSFET、SGTMOSFET、超级结MOSFET、IGBT,经过长达十几年的深厚积累,拥有国内外领先的生产技术,积累了一批优质客户,其中超级结技术已经接近国际大厂英飞凌,IGBT技术正在迎头赶上。
(1)TrenchMOSFET导通电阻小,工作频率高,耐压性一般,一般为低压产品,出货量目前保持稳定,主要用于消费电子,大客户主要为新洁能;
(2)超级结MOSFET在trenchMOSFET的基础上进一步提高了耐压性与输出功率,它的结构决定了它的特性主要位于普通的MOSFET跟IGBT之间,主要用于工业照明等。客户主要是东微半导体等。
(3)SGTMOSFET比普通沟槽简单,开关损耗小,而且SGT比普通沟槽工艺挖掘深度深3-5倍,可以横向使用更多的外延体积来阻止电压,这也使得SGT的内阻比普通MOSFET低2倍以上。与传统沟槽型场效应管相比,在同一功耗下SGTMOSFET芯片面积可减少40%甚至更多。并且由于SGTMOSFET具有较深的沟槽深度,可以利用更多的硅体积来吸收EAS能量。所以SGT在雪崩时可以做得更好,更能承受雪崩击穿和浪涌电流。越来越多客户从普通MOSFET向SGTMOSFET发展,大客户主要是新洁能,
(4)IGBT一般用在高压功率产品上,电压范围一般V-6V,电流范围为2A-3A;MOSFET应用电压相对较低,从十几伏到0V。由于IGBT的延迟时间大于MOSFET,因此IGBT一般应用在切换频率低于25kHz的场景,而MOSFET可以应用于切换频率大于kHz的场景。IGBT主要用于汽车电子、工业控制、智能电网、新能源应用等,客户主要是斯达半导。
华虹半导体与斯达半导携手打造的高功率车规级IGBT已通过终端车企产品验证,广泛进入了动力单元等汽车应用市场。今年6月,华虹半导体与斯达半导签署了战略合作协议,双方在多年的合作中充分发挥了各自的优势,在汽车电子、变频器、逆变焊机、UPS、光伏/风力发电、白色家电等多个领域潜心研发生产IGBT。目前已有V、V、V、1V、1V等多个电压的系列产品通过终端客户考核,实现批量生产,性能水平达到业界一流。斯达半导在华虹半导体代工的12英寸IGBT产品主要用于工业控制、汽车电子领域,双方合作IGBT累计出货量已超过25万片等效8英寸晶圆。
4.3、嵌入式非易失性存储器:汽车、IOT引领MCU长期需求增长
华虹半导体的嵌入式非易失性存储器(eNVM)业务是营收的主要来源之一,仅次于功率分立器件。主要包括MCU产品和智能卡类产品,目前MCU类占比最大。在智能化趋势、IOT、汽车电子的需求带动下,华虹半导体的eFlashMCU在年的营收保持双位数增长,由于在MCU领域多年的耕耘和积累,形成了一定的技术壁垒,华虹半导体正在开发12英寸55nm高速eFlash技术世界领先,公司的eNVM平台将会保持很强的竞争力。MCU制造难度比模拟器件、功率器件大,华虹半导体的8英寸MCU制造能力处于世界顶尖水平,台积电、中芯国际、联电等大多选择将MCU放在12英寸产线上生产。由于车规级MCU认证难度大,目前华虹半导体的MCU仍然主要在8英寸产线生产,预计将在第四季度看到12英寸产线MCU量产。
MCU即微控制器,也称单片机,MCU将CPU的频率与性能精简,集成RAM、ROM、clock、timer等外设于单一芯片上形成芯片级计算机,专为嵌入式应用而设计。MCU具有相对高性能、可编程、低功耗等特点,主要用于手机、PC外围、消费电子、工业控制、汽车电子、智能家居、安防监控、物联网等领域。汽车是全球MCU第一大应用领域,占比为33%,其次是工业控制、医疗、计算机网络、消费电子等领域。
全球MCU市场规模增长稳步。据ICInsights统计,年全球MCU出货量达亿个,市场规模达亿美元,并预计将在年达到亿美元,-年CAGR为4.5%。主要增长动力是:
(1)汽车的电动化和智能化驱动汽车电子对MCU的需求大增。汽车上需要用到大量的MCU,随着汽车的电动化和智能化,新能源汽车在电机驱动控制系统、充电逆变系统、电池管理系统、车身控制系统、智能驾驶辅助系统、车载娱乐系统、照明系统等都需要用到MCU。其中又可分为8位和32位MCU,8位MCU用于车窗、雨刷、座椅、后视镜、空调、车门控制等功能简单的控制系统,32位MCU主要用于汽车传动系统、车身控制系统、智能驾驶辅助系统、安全系统等较为高端复杂的系统。未来随着新能源汽车的渗透率提高和汽车智能化程度的提升,MCU的单车需求量可达百颗。
(2)IOT市场空间巨大,物联网设备连接数增长将带动MCU出货量上升。扫地机器人、智能音箱、智能摄像头、智能路由器等智能家居的渗透率提升,联网设备保持增长势头。年全球物联网连接数达到了亿个,预计到年,物联网连接数将增长至亿。MCU是物联网设备的核心控制器件,随着物联网设备的普及以及传感器+通信模组+MCU集成的物联网通信方案发展,MCU的需求量将会保持长期稳定增长。
汽车MCU的需求增长带动eNVM长期增长。eNVM在车规芯片中主要用于存储,比如存储MCU中需要高速运算的代码等,目前常见的eNVM有eFlash,eMRAM以及RRAM,eMRAM具有多样性以及快速的读写时间等特点,但因为其存储单元为磁性隧道结(MTJ),极易受到电磁干扰的影响,目前还没有应用到车规芯片中;RRAM作为一种eNVM,能够在改变电压的情况下,通过改变电解质的电阻进行存储。其可实现较快的读写速度,但非常依赖温度和电压来存储数据,在汽车电子的应用中并不可靠;eFlash的可靠性相对于其他eNVM来说非常出色,因为其优良的可靠性以及数据保存能力,eFlash在汽车电子上的应用具有极强的优势。
华虹半导体的智能卡芯片生产技术水平一流,12英寸扩产有望引导客户回流,带动营收增长。智能卡类芯片一直是华虹半导体的主要代工产品之一,主要包括SIM卡、银行卡、智能门卡、公交卡、社保卡等,出货量常年保持高位水平,巅峰时期曾占到全球出货量的1/3。华虹半导体的eNVM技术平台在五年前占比第一大的是SIM卡,随着生产技术成熟和银行卡芯片的国产替代趋势来临,三年前银行卡类芯片占比达到最大,SIM卡居次。
由于卡类产品读、写、擦除等功能包含逻辑部分,这部分功能比较追求摩尔定律,随着技术愈发成熟、市场格局逐渐稳固,客户追求降低成本、提高性价比,逐渐将卡类代工业务转向其他代工厂的12英寸代工产线,导致部分客户流失,如今eNVM平台占比第一大的为MCU类产品。但随着华虹无锡的12英寸产线顺利量产,公司自主开发的90nmeFlash在相关智能卡领域顺利转移到12英寸产线量产,智能卡芯片生产技术保持较强的竞争力,有望引导智能卡类客户回流,继续提升eNVM平台营收。国内智能卡类龙头厂商均在华虹半导体有代工业务,主要包括华大半导体、同方微电子、复旦微等。
4.4、模拟与电源管理:历久弥新,产品结构改善
模拟与电源管理平台是华虹半导体第三大营收来源,公司主要生产驱动芯片、电压变换芯片、电池管理芯片等。驱动芯片包括LCDdriver、LEDdriver、音频驱动、马达驱动等,主要用于面板显示、LED照明等;电压变换芯片主要包括AC-DC、DC-DC等,主要用于家电、充电器、消费电子、汽车电子等;电池管理芯片主要为SoC、CPU等主控的外围电池管理系统芯片,主要用于消费电子、汽车电子等。年全球电源管理芯片市场规模约为亿美元,年将达到亿美,CAGR9.7%。
华虹半导体的模拟与电源管理平台主要有CMOS工艺、DMOS工艺、BCD工艺。BCD是一种单片集成工艺技术,这种技术能够在同一芯片上集成双极管(bipolar)、CMOS和DMOS器件,因此称为BCD工艺,它可以综合上述三种器件各自的优点,具有高速、高垮导、强负载驱动力、低功耗、高集成度的特性,提高系统性能,增强系统可靠性。
由于模拟芯片不追求摩尔定律,对制程不敏感,华虹半导体开发的90nmBCD工艺已处于业界先进水平,主要生产数字电机驱动、数字电源等产品,覆盖低中高压,但高压产品生产难度比较大,目前出货仍以中低压产品为主,BCD工艺未来将朝着高压、高功率、高密度的方向发展,目前公司的研发进展顺利。
模拟与电源管理芯片营收在华虹半导体占比较小,公司将致力于是改善产品结构,专注于高APS、高毛利的产品。经过多年的调整,模拟与电源管理平台留存的许多中小客户体量不大,华虹半导体可以有较强的议价权,优先选择高ASP、高毛利的产品进行生产。例如驱动芯片、低端模拟类产品价格、毛利都较低,华虹半导体将减少生产此类产品,目前主要专注于充电管理芯片、马达驱动等毛利较好的产品。模拟与电源管理平台客户主要有海外的MPS,以及国内的晶丰明源、艾为电子等,未来随着产品结构的改善,该技术平台的毛利率将会有较好的提升。
4.5、逻辑与射频:CIS新平台驱动营收快速增长
华虹半导体逻辑与射频技术平台主要生产CIS、RF前端芯片、蓝牙芯片,其中CIS是12英寸产线的新技术平台。CIS即CMOS图像传感器,CMOS图像传感器芯片采用了CMOS工艺,可将图像采集单元和信号处理单元集成到同一块芯片上,通常由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成,这几部分通常都被集成在同一块硅片上。其工作过程一般可分为复位、光电转换、积分、读出几部分。
近年来,随着手机摄像头数量的增加,CIS的需求量在年出现了爆发式的增长,短时间内产能供不应求,使得CIS成为年最为炙手可热的芯片品类。与此同时,汽车和安防市场发展迅速,这两个应用领域对于CIS的需求量也非常可观。
得益于CIS产品放量,华虹半导体的逻辑与射频技术平台年第一季度营收大幅增长.2%,达到万美元。华虹半导体CIS平台主要用90nm制程生产,多为前照式CIS,像素包含2m、5m、8m等,用于像素要求不高的摄像头模组;未来公司将在更先进的制程生产像素更高的背照式CIS传感器,可用于高端手机摄像头模组、高清监控等。随着CIS市场需求的持续上升和公司生产技术的突破,CIS有望带动公司营收进一步增长。公司CIS的主要客户为格科微等。
华虹半导体的RF芯片生产技术主要有RFCMOS、RFSOI、锗硅等射频相关工艺,主要用来生产功率放大器PA、低噪放大器LNA、LTEFEM、蓝牙芯片、协议控制芯片等,国内客户众多,大客户有卓胜微等。
4.6、独立非易失性存储器:NORFlash新平台助推12英寸起航
华虹半导体的独立非易失性存储器平台主要生产NORFlash芯片。NORFlash支持随机存取,带有通用的SRAM接口,可以与CPU的地址、数据总线直接相连,且具有芯片内执行和高可靠性的特点,非常适合小块数据的纳秒级随机读取,其在1~16Mb的小容量应用方面具有很高的成本效益。但与NAND相比,NOR的容量小,单位比特相对成本高,擦除和写入速度慢,一般用于功能手机、电视、机顶盒、USBKey等小容量代码存储。
随着TWS耳机销量火爆、AMOLED屏幕在智能手机的渗透率提升、汽车智能化、5G基站的数量提升,NORFlash的应用范围和市场规模正在不断扩大。据咨询机构CINNO的数据,年NORFlash市场规模约为24.1亿美元,而年市场有望成长至37.2亿美元。
华虹半导体NORFlash平台提供55/65nm制程的代工业务,公司主要客户是兆易创新。兆易创新作为行业领先的存储公司,深耕NORFlash多年,在技术和制程层面不断跨越。随着美光和Cypress分别在年和年开始淘汰中低端NORFlash芯片产能,NORFlash市场在TWS耳机、智能移动终端、汽车电子等领域的推动下稳健成长,兆易创新等厂商的份额提升,据咨询机构CINNO的数据,1Q20兆易的市场份额已达18%,位居行业第三。
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