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小明投资笔记-海外7:中芯国际,大周期的底部

小明投资笔记-海外7:中芯国际,大周期的底部 AlphaMasters
2017-10-08
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导读:中芯国际凭借物联网等带动的中低端制程长节点需求+大陆市场,只要在良率和成本管控上取得突破,会站稳中低端,尝试高端,公司处于自身大周期的底部,向下空间极有限,向上的路径十分清晰

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中芯国际:大周期的底部

我们认为中芯国际目前正处于公司自身发展的大周期的底部,向下空间极有限,向上的路径十分清晰,从现在往后看一年,我们推测28nm良率会取得突破,14nm会启动动作,先看到1000-1200亿港币的市值。

  • 摆在公司成长面前的拦路虎就是28nm的良率,一旦未来6-12个月内取得突破,则收入利润的确定性就夯实了,同时市场会增加它14nm成功的信心。

  • 与此同时,随着摩尔定律逼近极限,晶圆代工的竞争力将从制程上的领先转为能管控成本的规模化+因应少量客制化需求的生产管理 Know-how,我们判断这个转化时间在未来3-5年。

  • 产业的这个转化趋势下,我们判断联电和格罗方德逐步落伍,台积电三星联手垄断高端制程。

  • 与此同时,大陆半导体产业正处于类似5年前消费电子零部件时的位置,材料、设备、IC设计、代工、封装,各个环节开始积极挖人才、并购等动作,产业上的积极进取叠加了下游需求的爆发,高端芯片的客户智能手机厂大陆前五有三,中低端芯片的需求目前在安防等领域大陆都是第一,未来智能家电、智能汽车等物联网需求起来,大陆依然是需求全球第一。

  • 中芯国际凭借物联网等带动的中低端制程长节点需求+大陆市场,只要在良率和成本管控上取得突破,会站稳中低端,尝试高端。而只要站稳中低端,千亿市值则可以看到。

1、半导体晶圆代工历史回顾

1)台积电开创了晶圆代工模式

早期,半导体公司多是从IC设计、制造、封装、测试到销售都一手包办的整合元件制造商(IntegratedDevice Manufacturer, 俗称IDM),如英特尔 (Intel)德州仪器 (TI)、摩托罗拉(Motorola)、三星 (Samsung)、菲利普 (Philips)、东芝 (Toshiba),以及中国台湾的华邦、旺宏。

在台积电(TSMC)成立之前,基本上所有的半导体厂商都是IDM模式。然而,由于摩尔定律的关系,半导体晶片的设计和制作越来越複杂、花费越来越高,单独一家半导体公司往往无法负担从上游到下游的高额研发与制作费用,因此到了1980年代末期,半导体产业逐渐走向专业分工的模式──有些公司专门设计、再交由其他公司做晶圆代工和封装测试。

由于一家公司只做设计、制程交给其他公司,容易令人担心机密外泄的问题(比如若高通和联发科两家彼此竞争的IC设计厂商若同时请台积电晶圆代工,等于台积电知道了两家的秘密),故一开始台积电并不被市场看好。

然而,台积电本身没有出售晶片、纯粹做晶圆代工,更能替各家晶片商设立特殊的生产线,并严格保有客户隐私,成功证明了专做晶圆代工是有利可图的。

代工模式可以更高效的利用产线,并且减少了产品设计的泄密风险,是半导体行业发展的一个里程碑。

2)晶圆加工竞争格局

目前晶圆加工可以分为三个梯队:

  • 第一梯队:台积电、三星、Intel,掌握了10nm高端制程量产技术

  • 第二梯队:格罗方德(GlobalFoundries)、联电(UMC),在高端14nm上有小规模的量产,28nm制程算是完全成熟

  • 第三梯队:中芯国际,28nm寻求量产良率的突破,40nm制程完全成熟

2003130nm制程是台积电腾飞,甩开竞争对手联电,坐稳行业第一的转折点。2003年,台积电 130nm自主制程技术惊艳亮相,客户订单营业额将近 55 亿元,联电则约为 15 亿元,两者先进制程差异拉大,台积电一路跃升为晶圆代工的霸主,一家独秀。从此台积电在晶圆代工领域确立了制程技术优势。

  • 随著半导体元件越来越小、导线层数急遽增加,使金属连线线宽缩小,导体连线系统中的电阻及电容所造成的电阻/电容时间延迟 (RC Time Delay),严重的影响了整体电路的操作速度

  • 要解决这个问题有二种方法──一是采用低电阻的铜当导线材料;从前的半导体制程采用铝,铜的电阻比铝还低三倍。二是选用Low-K Dielectric (低介电质绝缘)作为介电层之材料。在制程上,电容与电阻决定了技术。

  • 2000IBM发表了铜制程与Low-K材料的130nm的新技术,找上台积电与联电兜售,台积电回绝了IBM的技术,自主研发130nm制程,并在2003年发布技术的同年拿到55亿订单,联电则选择向 IBM 买下技术合作开发然而IBM的技术强项只限于实验室,在制造上良率过低、达不到量产

28nm制程技术是台积电历史上又一个转折点,当时三星与格罗方德同时选择了先闸极(Gate-first)方案,而台积电独自选择了后闸极(Gate-last)方案,这一次又是130nm的翻版,选对技术、及时量产的台积电将三星与格罗方德远远地甩在身后,拥抱了移动互联网的大潮。至今,台积电的28nm制程仍占据着全球三分之二的市场份额,远超台积电2016年在晶圆代工整体的市占率58%

  • 台积电与三星的争斗,需要回顾一下苹果的产品。从第一代iPhone开始,苹果一直向三星采购ARM架构的芯片。直到2011年苹果正式起诉三星,力推去三星化的政策,三星又在20nm制程上迟迟无法突破,导致台积电于iPhone6上首度拿下A8的全部订单。而三星本来困在20nm良率上的问题不能量产,突然就从28nm直接跨越20nm,领先台积电搞出了14nm的制程,在A9上重新拿回部分份额。2014年业绩报告会上,张忠谋亲承16nm技术让三星超前。

  • 但台积电通过品质与技术,将制程优势重新夺回,苹果A9的芯片门事件就很好的体现了这一点。台积电的第一代16nm制程,性能的确不如三星。但第二代也就是用于iPhone 6s处理器的16FFP,已与三星不分轩轾;第三代的16FFC,就通吃iPhone 7处理器订单。

Intel的晶圆加工技术一直是行业最强,但从不对外代工,由于其他fabless厂商也会担心其公司陷入类似联电客户的情况(联电在代工的同时,自己还开发DRAM,被指偷窃技术),所以在晶圆代工中,Intel的并没有明显优势。

2、中芯国际当前面临的挑战

1)台积电20nm折旧计提完在即,面临降价压力

回顾台积电的历史,在每个制程中都靠着三点:

领先的制程赚取超额利润

  • 之前回顾中的130nm28nm都是如此,世界第二大IC设计公司博通,时任CFO的布兰特(Eric Brandt),在2011年法说会上,他担心台积电把对手甩得太远,结果在28纳米制程,“很可能我们只有一个(代工)选择”。

靠折旧完的制程大打成本优势

  • 2015年底,格罗方德与联电逐渐在低阶版的28nm制程上开始侵蚀台积电市占率,这时已基本折旧完28nm的台积电猝然进行价格战,联电订单大量流失,格罗方德的订单全部被夺走。2016年,台积电28nm的收入仍占总体的25%

  • 台积电20nm制程2011年研发,2013年投产,机械设备折旧5年,预计最迟在2018年折旧完毕,中芯国际即将面临着台积电的冲击。

靠规模玩转差异定价

  • 台积电通过规模可以拿到大量的订单,在某个制程通过研发做出不同的性能分层年年进步,同一制程不同分层都有足够的分层订单来摊薄研发投入,获取更多的利润的同时也提高了其他晶圆厂进入的壁垒。

  • 比如28nm,台积电就有28ULP28LP28HP28HPL28HPM28HPC这么多系列,每个系列之间性能都有明显的差异。

2)自身28nm良率迟迟不突破,拖累收入和利润

中芯国际自身的28nm的产品规格还是处在Poly/SiON的低端技术,相当于台积电的28LP技术,高端的28nm HKMG制程良率不及预期,目前约在40%附近。

芯片向高端制程迁移,虽然整体晶圆加工的蛋糕在增长中,但低端制程的市场规模增速降低或不再增长,而毛利逐渐降低,而中芯国际依然没有实现技术突破,这已经严重影响到了公司的效益。

从台积电的制程分布可以看出,16-65nm仍是营收的大头,但整体逐渐向更高制程迁移,毛利率也保持在48-50%逐渐增加。

 

3、中芯国际面对挑战,积极应对

1)判断:梁孟松如果入职,则28nm良率突破在即

9月,多家半导体业界媒体报道,梁孟松以中科院顾问的形式入驻中芯国际,甚至有媒体报道梁孟松已经担任中芯国际联席CEO

  • 梁孟松是台积电的研发核心人员,在台积电17年间,几乎参与了台积电每一代制程技术的研发工作。也是台积电近五百个专利的发明人,远多于其他主管。梁孟松对于台积电先进制程掌握的广度与深度,以及从研发到制造整合的熟悉度,在公司少人能及。之前提到的130nm转折点,台湾行政院表扬台积电研发团队,当时负责先进模组的梁孟松名列第二,功劳仅次于资深研发副总蒋尚义(已退休,在中芯国际不担任技术岗位)。

  • 2009年,梁孟松因为人事升迁问题离开台积电,隔年即到韩国三星赞助的韩国成均馆大学任教。自此,三星的45/32/28nm技术突飞猛进,20112月台积电对他的竞业禁止期间届满,向台积电领取遵守此规定的新台币4600万元股利之后,同年7月就改任三星晶圆代工部门技术长。三星的技术原本源于IBM,其电晶体是圆盘U状,而非台积电特有的菱形结构,但到了14nm时,在结构上与台积电几乎无异。

我们并不能直接认定梁孟松对三星的技术提供了极大的助力,但可以判断他一定是缩短三星与台积电制程技术差距的关键人物。因为:

  • 根据之前的历史介绍,台积电在130nm28nm时先后选择了与当时主要竞争对手联电、三星和格罗方德不同的技术路线,梁孟松哪怕什么机密都不泄露,只要三星选择技术方向时,梁孟松提醒一下,这个方向你们不用走了,他们就可以少花很多物力、时间,通过在选择路线时的Know-how已经可以缩减许多时间差距。

  • 虽然时间上看不是梁孟松直接把台积电20nm以下的技术带到三星,但20nm所采取的finfet技术并不是突然出现的,早在90年代就由美国加州大学的胡正明教授发表,梁孟松的研发团队属于世界顶尖水准,在当时研发先进制程其实是基本与台积电处于同一起跑线上。

  • 甚至,20nm内普遍采取的FinFET技术,也是梁孟松的强项之一。台积电诉状特别强调,“梁孟松深入参与台积电公司FinFET的制程研发,并为相关专利发明人。”同时,梁孟松的恩师与博导,正是FinFET的发明人胡正明教授。


因此,我们作出大胆的推测:媒体报道的梁孟松入职中芯国际一事如果属实,他将带领团队3-6个月集中攻克技术难关,将3-6个月内将良品率从现有的40%附近提高到85%以上

2)如果梁入职属实,将解决研发各自为政局面,有助于未来向14nm突破

原本中芯国际的研发团队有两个,一个是中芯国际内部的全资子公司,负责进行28nm制程的研发;另一个是与华为海思、高通合资的中芯国际集成电路新技术研发(上海)有限公(ATD),负责进行14nm制程的研发。

晶圆制程工艺一般都是在原有技术上添加新的技术,65nm是在原有技术上引入Ge strained的沟道技术;45nm引入了高k值绝缘层/金属栅极;28nm是选择了HKMG(gatefirst/last),第二代LK材料Al22nm 使用W替代Al作为金属栅极,第三代LK材料;16nm使用了FinFETW的金属栅极、ALD技术引入……

看晶圆加工的历史,新的工艺制程是前序制程上加入新的技术进行改造开发,现在中芯国际将两个公司合并,可以极大地提高研发效率,减少重复和无效开发,退一步说,假设梁孟松已经完全不懂10nm制程工艺,那至少在28/20/14nm的制程上,中芯国际也再也不用走弯路,可以减少试错投资和极大缩短与台积电的时间差距。

3)中低端芯片市场大,大陆大,足以提供收入利润弹性

中低端制程的需求并不会因为高端制程而减少很多,28nm是长节点。

  • 从下图可以发现,从2010年开始每年低端制程(40nm以上)的绝对规模并没有太大变化,这是因为综合考虑到成本、性能与用途,并不是每个种类、每个应用场景的芯片都需要最高的制程,只要合适的制程就好。

  • IC设计时,一般是在满足需求的情况下选择成本最低的方案。所以在并不特别计较功耗与芯片大小的情况下,通常芯片制程会采取更成熟、成本更低的相对低端的制程。

  • 比如存储器所需要的制程不会有逻辑电路高,目前电源IC的制程90nm以上就能满足。上图是各个不同的芯片所横跨的制程范围,可以发现只有逻辑芯片和模拟芯片需要相对最先进的制程,摄像头的image sensor40nm的制程中已经足够使用了,并且已没有了向更高端制程开发的动力。比如普通的射频如门禁、鼠标里的芯片,需要的制程就很低。

大陆的市场需求大,如果中芯国际28nm良率过关,这个市场足以提供大的收入弹性,不用担心产能利用率问题。

  • 如下图所示,到2020年全球半导体消费需求的2300亿美金中,大约45%是来自中国大陆,中国大陆需求将达到1050亿美金,高端制程(20nm内)大约占了35%。中国大陆市场将有394亿美金(2300*0.45*0.35)的中低端市场,这么大的市场已经超过了台积电的全部营收,对于中芯国际来说,收入的弹性空间是很大的。

随着2019年开始5G步入商用,物联网将逐步爆发,会带来更多的需求,而很多物联网应用场合,如智能家电、智能汽车,其芯片并不需要像手机芯片那样要求高端制程,多数集中在中低端制程。

  • 根据麦肯锡的研究,在2025年,物联网将带来3.9万亿美元的市场。结合之前论述的中低端需求来说,在生活区域(房屋)内的设备如冰箱、扫地机器人、鼠标等,由于这些设备本身并不大,并且时刻与房屋内的电源连接,所以对于功耗与芯片大小的要求很低,这样对于制程的要求也是极低的。

  • 而移动端的设备(手机)其实是物联网量产的特例。手机对于大小的需求极为苛刻,手机的电池电量又极为有限,同时对性能的要求又很高,所以满足以上三个条件,移动端的设备才会对高端制程有那么大的要求。

  • 而对于汽车来说就又是另一回事,汽车在大小和功耗方面要求很低,芯片的耗电量对于电动车电池来说是九牛一毛的,汽车中的芯片对于性能和稳定性的要求更高,所以除了核心部件(如自动驾驶的芯片)外,对于多媒体、后视影像等部件的芯片需求较低。

4、盈利预期和估值

1)盈利预期

通过市场规模与市占率的角度来预测:

  • 假设中芯国际在2018Q128nm良率能够得到突破,2019年能够28nm各个层次的技术都能成功量产。

  • 假设中芯国际在中国业务占中国总市场的比例逐年提升:从2017年开始为16%21%24%27%

  • 2016年中芯国际中国业务收入占总收入收入的49.7%,假设到2020年中国业务收入占比每年增加2%

  • 2016年中芯国际的毛利率为29.16%17Q1Q2的毛利下降至27.84%26.87%。假设毛利率每季度减少1%28nm良率攻克后良率提升至30%,然后每隔一年推出一代新28nm技术提高毛利率3%

测算中芯国际2017-2019EPS0.03520.06970.0979美元,或0.25770.51820.7328港币。

 

2)估值

从传统估值法来看,我们认为中芯国际作为港股通标的,作为半导体产业链上晶圆代工环节唯一的大陆标的,可以给到30X2018PE,对应15港币目标价。

从市值来看,我们判断认为未来5年晶圆代工的竞争格局会向有利于中芯国际的方向发展,我们判断台积电维持行业老大地位,三星在高端制程紧追不舍,而联电格罗方德向上空间被台积电三星封杀,中低端制程逐步被中芯国际赶上后会逐步没落。

相对台积电1.2万亿的市值,中芯国际第一市值目标看到1000-1200亿。

  • 由于摩尔定律逼近极限,让过去台积电能仰赖在制程上甩脱对手一个世代、降低成本绑住订单,藉以维持高毛利的作法将日益困难。

  • 加上晶片越做越小、漏电流发生的可能越大,良率也势必跟著下跌;因此未来朝向能管控成本的规模化,以及因应少量客制化需求的生产管理 Know-how,将成为未来晶圆代工厂竖立竞争力的方向。

  • 台积电与三星7nm量产后,高端制程的客户再迁移订单的可能性将变得非常的小,这将封杀联电和格罗方德向上追赶的空间,而中芯国际如果能取得14nm28nm的成功,则会逐步蚕食他们的中低端制程份额。

 

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