【公司研究】芯原股份-一站式服務平臺賦能芯片設計創新-20200809[38頁].pdf

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1、 - 1 - 敬請參閱最后一頁特別聲明 市場價格（人民幣） ： 元 市場數據市場數據( (人民幣人民幣) ) 滬深 300 指數 4763 鄭弼禹鄭弼禹 分析師分析師 SAC 執業編號：執業編號：S1130520010001 一站式服務平臺一站式服務平臺，賦能，賦能芯片設計芯片設計創新創新 公司基本情況公司基本情況( (人民幣人民幣) ) 項目項目 2018 2019 2020E 2021E 2022E 營業收入(百萬元) 1,057 1,340 1,577 1,928 2,330 營業收入增長率 -2.08% 26.71% 17.67% 22.26% 20.86% 歸母凈利潤(百萬元) -6

2、8 -41 3 65 129 歸母凈利潤增長率 -47.09% -39.28% n.a 2415.63% 98.29% 攤薄每股收益(元) n.a -0.095 0.006 0.149 0.296 每股經營性現金流凈額 n.a -0.17 -0.52 0.04 0.18 ROE(歸屬母公司)(攤薄) -39.62% -4.28% 0.09% 2.29% 4.42% 來源：公司年報、國金證券研究所 投資邏輯投資邏輯 在芯片設計難度增大、設計成本增加的背景下，IP 授權和芯片定制順應半導體產 業分工細化的趨勢。我們預計未來十年，IP 授權市場復合增速約 9%，芯片定制 滲透率有望從 2019 年的

3、 2%提升到 2029 年的 15%，復合增速約 28%。IP 授權 和設計服務業都需要長時間投入完善 IP 儲備和積累芯片定制的各類解決方案， 因此前期較長時間難以實現盈利。芯原作為 SiPaaS模式龍頭，具有五大優勢： 晶圓廠中立，晶圓廠中立，FinFET 和和 FD-SOI 并重并重：公司是唯一一家獲得幾乎所有晶圓 廠支持的晶圓廠中立設計服務公司，公司同時具有 28/22nm FD-SOI 及 14/10/7nm FinFET 工藝的設計能力，能使客戶產品性能與晶圓廠工藝特性 達到最優匹配。 提供從規格定義到量產的一站式定制服務提供從規格定義到量產的一站式定制服務：公司芯片定制業務涵蓋從

4、規格定 義、前端設計、到后端設計、芯片量產管理的完整環節，能滿足客戶芯片設 計服務的所有潛在需求，最大限度挖掘客戶價值。 依托明星依托明星 IP 核，打造一體化核，打造一體化 IP 組合組合：芯原是少數同時擁有 GPU IP、DSP IP、VPU IP和 NPU IP 這四大類關鍵 IP的供應商。并且 GPU IP、DSP IP 和視頻處理 IP三大明星均排名世界前三,NPU IP排名國內第三。通過深度整 合明星 IP,芯原形成獨具優勢的一體化方案。 IP 授權和芯片定制相互協同：授權和芯片定制相互協同：IP 業務和芯片定制業務能互相導入客戶，自 有 IP能提高設計業務毛利率，IP業務能為芯片

5、定制業務建立客戶關系。 主營業務主營業務利潤厚積薄發：利潤厚積薄發：公司特許權使用費收入占比有望從 2019 年的 7% 提升到 2024 年的 12%，量產業務收入占比有望從 2019 年的 40%提升到 44%，從而使研發費用率從 2019 年的 32%下降到 25%。 投資建議投資建議 作為首家國內上市的營收規模最大的設計服務公司，未來三年營收復合增速 有望超過 20%，同時公司毛利率提升、費用率下降將大幅改善公司的盈利水 平，首次覆蓋，給予“買入”評級給予“買入”評級。使用分部估值，參考海外可比公司，考 慮到科創板的議價，我們給用 2022 年 IP 業務 50 倍 PS、芯片定制業務

6、 20 倍 PS,目標價 144 元。 風險風險提示提示 下游客戶自研 IP的風險；無法取得 EDA授權等原材料風險；匯率波動風險 2020 年年 08 月月 09 日日 創新技術與企業服務研究中心創新技術與企業服務研究中心 芯原股份 (688521.SH) 買入（首次評級） 公司深度研究公司深度研究 證券研究報告 公司深度研究 - 2 - 敬請參閱最后一頁特別聲明 內容目錄內容目錄 一、五大核心優勢 .5 1.晶圓廠中立，FinFET和 FD-SOI并重 .5 2.提供從規格定義到量產的一站式定制服務 .7 3.依托明星 IP核，打造一體化 IP組合 .7 4.IP授權和芯片定制業務協同.1

7、0 5.主營業務利潤厚積薄發 . 11 二、IP授權：現代半導體設計的“磚石” .13 1.產業分工細化，“輕設計”應運而生 .13 2.IP市場規模預計保持穩定增長 .14 3.CPU IP高度壟斷，細分領域百花齊放 .15 4.以史為鑒：ARM的稱霸之路.16 三、芯片定制服務的星辰大海 .17 1.芯片需求和供給的變局 .17 2.定制服務的三大優勢.20 3.芯原與其他芯片定制公司的比較 .21 4.芯片定制服務的星辰大海.22 四、一站式服務平臺，賦能芯片設計創新 .24 1.二十年深耕半導體設計服務領域 .24 2.打造一站式芯片設計服務平臺.25 3.先進制程設計能力和齊備的 I

8、P組合 .26 4.聚集大量專精于芯片設計人才.29 5.成本結構及下游客戶.30 6.募投項目 .32 五、盈利預測與投資建議 .32 1.營收及毛利率關鍵假設 .32 2.盈利水平的同業比較.33 3.投資建議 .34 六、風險提示 .35 圖表目錄圖表目錄 圖表 1：公司前五大晶圓廠供應商（萬元）.5 圖表 2：平面場效應管、FD-SOI和 FinFET 的工藝比較 .6 圖表 3：FinFET 和 FD-SOI應用場景比較 .6 圖表 4：芯原在 GF22FDX上模擬和數?；旌?IP(截止 2017 年底) .7 圖表 5：數字芯片設計流程 .7 圖表 6：全球主要 IP供應商技術儲備

9、情況.8 圖表 7：半導體 IP授權的同業比較 .9 nMoRqQtMsNpNxPpQnRpQtQ9P8Q8OoMmMtRnNfQnNzRjMqRoO8OnMsNuOmOmMxNnRoR 公司深度研究 - 3 - 敬請參閱最后一頁特別聲明 圖表 8：公司芯片定制業務和 IP授權業務的協同效應 .10 圖表 9：芯原與恩智浦合作歷程 . 11 圖表 10：公司 IP授權收入結構（2019 年） . 11 圖表 11：公司芯片定制收入結構（2019 年） . 11 圖表 12：ARM的 IP授權收入結構（2019 年） .12 圖表 13：CEVA的 IP授權收入結構（2019 年）.12 圖表

10、14：創意電子收入結構（2019 年） .12 圖表 15：世芯收入結構（2019 年） .12 圖表 16：IP授權和芯片定制商業模式的投入與產出曲線 .13 圖表 17：全球半導體產業的三次轉移 .13 圖表 18：IP技術是 SoC 實現的基礎.14 圖表 19：基于 ARM架構的 SoC 系統.14 圖表 20：全球半導體 IP市場規模（十億美元）.14 圖表 21：單顆 80mm2芯片可容納晶體管（百萬個） .15 圖表 22：不同工藝節點芯片集成硬件 IP的數量（均值）.15 圖表 23：IP按照壁壘分類 .15 圖表 24：全球前十 IP公司及收入（百萬美元）.16 圖表 25：

11、ARM的發展歷史 .17 圖表 26：2018 年全球半導體按照細分市場劃分.18 圖表 27：不同類型芯片挖礦效率比較 .18 圖表 28：2010-2019 年我國芯片設計企業數量變化 .19 圖表 29：SoC 成本構成.20 圖表 30：不同工藝節點的芯片設計成本（百萬美元）.21 圖表 31：全球主要芯片定制服務公司梳理（2019 年） .21 圖表 32：不同芯片定制服務公司毛利率比較.22 圖表 33：全球集成電路設計行業市場規模 （億美元）.23 圖表 34：基于技術節點的規劃中設計項目 .23 圖表 35：芯原一站式芯片定制服務和半導體 IP授權服務的發展歷程 .24 圖表

12、36：芯原設計服務能力及其應用的演進.25 圖表 37：芯原股份股權結構（20200331）.25 圖表 38：芯原股份收入結構（萬元） .26 圖表 39：芯原 2019 年主營收入按行業應用領域構成情況（萬元）.26 圖表 40：公司實現流片項目按制程分類.27 圖表 41：芯原設計業務流片數和在執行項目數 .27 圖表 42：芯原股份 IP業務核心技術情況 .28 圖表 43：芯原數?；旌?IP組合 .28 圖表 44：芯原在不同晶圓廠不同工藝節點開發的數?；旌?IP .29 圖表 45：公司核心技術人才背景 .29 圖表 46：公司研發人員及投入情況.30 公司深度研究 - 4 - 敬

13、請參閱最后一頁特別聲明 圖表 47：半導體設計公司人均薪酬比較.30 圖表 48：2019 年公司主要原材料采購占比情況（萬元）.30 圖表 49：公司主營收入按地區構成.31 圖表 50：2019 年公司前五大客戶銷售情況.31 圖表 51：2019 年芯片設計業務前五大客戶.32 圖表 52：2019 年芯片量產業務前五大客戶.32 圖表 53：2019 年芯片 IP授權前五大客戶.32 圖表 54：2019 年特許權使用費業務前五大客戶.32 圖表 55：募集資金擬投資項目.32 圖表 56：公司營收及毛利率預測 .33 圖表 57：毛利率和營業利潤率的同業比較 .34 圖表 58：公司

14、估值的同業比較（未注明貨幣單位的默認為人民幣）.35 公司深度研究 - 5 - 敬請參閱最后一頁特別聲明 一、一、五五大核心優勢大核心優勢 1.晶圓廠中立，晶圓廠中立，FinFET和和 FD-SOI 并重并重 在設計服務公司行業，芯原是獲得所有晶圓廠支持的晶圓廠中立設計服務 公司，是中國唯一一家與包括中芯國際、華虹宏力、IBM、臺積電、 Global foundries 、三星、聯電、JazzTower 等在內的幾乎全球所有晶圓廠全面合作的 設計服務公司。 晶圓廠中立晶圓廠中立政策是站在設計服務者角度的最優解。政策是站在設計服務者角度的最優解。集成電路設計需要的工 藝技術與工藝節點豐富多樣，往

15、往少有一家晶圓廠能支持所有的需求。雖然依 托晶圓廠的設計服務公司能在短期獲得較大營收，也更容易獲得晶圓代工的價 格優惠，但同時也將受制于所依托晶圓廠自身的技術水平和生產能力。而晶圓 廠中立的設計服務公司，能給客戶提供更大的選擇空間和設計靈活度，使客戶 產品性能與晶圓廠工藝特性達到最優匹配。 圖表圖表1：公司前五大晶圓廠供應商：公司前五大晶圓廠供應商（萬元）（萬元） 供應商名稱供應商名稱 采購金額采購金額 占比占比 2019 年 中芯國際 23824 45.4% 景盛電子（三星代理商） 13869 26.4% 格羅方德 5530 10.5% 三星電子 5155 9.8% 臺積電 1233 2.4

16、% 2018 年 中芯國際 31278 78.8% 格羅方德 2575 6.5% 三星電子 2396 6.0% 華虹宏力 1352 3.4% 臺積電 947 2.4% 2017 年 中芯國際 30464 60.5% 格羅方德 9587 19.0% 華虹宏力 3903 7.8% 三星電子 3061 6.1% 臺積電 1219 2.4% 來源：招股說明書、國金證券研究所 FD-SOI 跟跟 FinFET 一樣，是一樣，是 28nm 以下縮小線寬的核心技術以下縮小線寬的核心技術。當晶體管 的線寬逐步縮小到 28nm 以下時，由于短溝道效應和泄漏電流的影響，傳統的 平面場效應管的尺寸很難繼續縮小，Fi

17、nFET （鰭式場效應晶體管）和 FD-SOI （全耗盡絕緣襯底上的硅）是晶體管進一步縮小所發展的核心工藝。FD-SOI 器件具有幾大優點：由于氧化物層隔離，漏/源寄生電容減小，器件的延遲和動 態功耗更低；閾值電壓較不依賴于背柵極偏置；SOI 器件的次閾值特性更好， 漏電流較??；SOI 器件沒有閂鎖問題。但是由于 FD-SOI 襯底制作工藝的不成 熟，限制了 FD-SOI 市場的發展；而 Intel 和臺積電在商業化 FinFET 上取得的 巨大成功，使得 FinFET 成為 28nm 以下制程的主要技術選擇。2012 年之后， 幾大晶圓廠在 FD-SOI 技術的布局開始擴大：意法半導體在 2

18、012 年推出了 28nm FD-SOI；三星獲得意法的 28nm FD-SOI 工藝許可，創建了自己的 28nm FDS 工藝；GlobalFoundries 的 22nm FD-SOI 工藝于 2017 年投入生 產,12nm FDS 工藝在研。 公司深度研究 - 6 - 敬請參閱最后一頁特別聲明 圖表圖表2：平面場效應管、：平面場效應管、FD-SOI和和FinFET的工藝比較的工藝比較 來源：Semiconductor Engineering、國金證券研究所 FD-SOI 在物聯網、射頻、汽車電子和消費電子等領域具有較大發展潛力。在物聯網、射頻、汽車電子和消費電子等領域具有較大發展潛力。

19、 FinFET 相對具有更高的集成度和較快的速度，適合高性能以及大規模計算的產 品。FD-SOI 能夠超低電壓運行，寄生電容少，因此在物聯網/可穿戴市場、射 頻/模擬器件上具有優勢；有更低的軟錯誤率，在 ADAS等汽車領域具備更高可 靠性；能大幅降低漏電流，能優化集成射頻 SoC 的功耗表現。 圖表圖表3：FinFET和和FD-SOI應用場景比較應用場景比較 來源：國金證券研究所整理 芯原在先進芯原在先進制程制程 FinFET 和和 FD-SOI 上都具備設計能力。上都具備設計能力。除了擁有 14nm/10nm/7nm FinFET 工藝節點的成功流片經驗，芯原從 2013 年就與意法 在 2

20、8nm FD-SOI 上合作、2014 年開始和三星在 SEC28nm FD-SOI 上合作、 2015 年開始和 GF 在 GF22nm FD-SOI上合作，現在能夠在 28nm和 22nm提 供 IP平臺和設計服務。IP方面，芯原聯合 GlobalFoundries 和三星聯合開發了 包括 MIPI、USB 等接口 IP, ADC、收發器等模擬產品，甚至溫度傳感器 IP 等。 公司深度研究 - 7 - 敬請參閱最后一頁特別聲明 圖表圖表4：芯原在：芯原在GF22FDX上模擬和數?；旌仙夏M和數?；旌螴P(截止截止2017年底年底) 來源：中國 FD-SOI 論壇、國金證券研究所 2.提供提

21、供從規格定義到從規格定義到量產量產的一站式定制的一站式定制服務服務 芯原提供從芯片規格定義、前端設計、IP 開發、后端設計、流片到封裝、 測試、工程平臺開發、固件開發和量產芯片的一站式解決方案，客戶可以根據 自身需求采購芯原任意單個或多個環節，或從芯片定義到量產出貨的全部環節。 大部分設計服務公司的業務往往集中在提供后端的設計服務上，但是對于中小 規模的 IC 設計企業，由于時間和資源有限，很少能從一開始能打造完整的設計 團隊，因此在設計上往往不僅需要后端的設計支持，還需要在前端設計上提供 技術指導與設計服務。而對于有芯片定制化需求的系統廠商或者互聯網企業， 盡管對芯片規格特性有明確的要求，但

22、對芯片設計和量產過程知之甚少，需要 設計代工企業能提供從頭至尾的一站式服務，最后交付合乎要求的集成電路。 芯原的一站式解決方案使其具備更全面的服務能力，滿足客戶多種需求， 最大限度挖掘客戶價值，包括前期 IP 授權、芯片設計到量產之后的量產收入和 特許權使用費。而對于客戶來說，選擇一站式方案，減少了開發時間和降低了 開發成本。在提供一站式服務中，通過獲取設計費用覆蓋相關設計成本，后期 按照客戶訂單數量完成量產階段的生產管理工作并向客戶交付芯片，并不直接 面向終端市場，因此無需承擔終端產品可能發生的庫存風險及相應費用，并且 不用承擔終端客戶的技術支持。 圖表圖表5：數字芯片設計流程：數字芯片設計

23、流程 來源：國金證券研究所整理 3.依托明星依托明星 IP核，打造核，打造一體化一體化 IP組合組合 IP 核（intellectual property core） ，是指在集成電路的設計中預先設計好 的功能模組。芯原是少數同時擁有 GPU IP、DSP IP、視頻處理 IP和神經網絡 公司深度研究 - 8 - 敬請參閱最后一頁特別聲明 IP 這四大類關鍵 IP的供應商。并且 GPU IP、DSP IP 和視頻處理 IP三大明星 均排名世界前三。通過深度整合明星 IP,芯原將形成獨具優勢的一體化方案。 圖表圖表6：全球主要：全球主要IP供應商技術儲備情況供應商技術儲備情況 ARM 心思 科技

24、 鏗騰 電子 SST Imagination CEVA 芯原 中央處理器 數字信號處理器 圖形處理器 圖像信號處理器 接口模塊 通用模擬 IP 基礎庫 嵌入式非揮發性存 儲器 內存編譯器 射頻 IP 周邊 IP 來源：招股說明書、國金證券研究所 1) Vivante GPU IP 全球領先的全球領先的 GPU IP 供應商。供應商。根據 IPnest 報告，芯原 GPU IP（含 ISP） 市場占有率排名全球前三, 僅次于 ARM 和 Imagination。芯原 GPU IP 在汽車 電子、安防監控和物聯網領域具有較強的優勢，全球前十汽車 OEM 廠商中大 部分都在車載信息娛樂系統中采用了芯

25、原 GPU IP。眾多國產 CPU 如北京君正 也采用了了芯原的高性能 IP。芯原 GPU的產品主要包括 GPU Nano IP 系列， 適用于物聯網應用，還擁有小尺寸矢量圖形 IP 和顯示控制 IP；GPU Arcturus 圖形 IP滿足 3D 圖形渲染和計算所需的最佳功耗、性能、面積需求。 在主要 IP 類別里，公司除了 CPU 類（跟 ARM 合作） 、存儲器類和內存編 譯器類 IP外，已經具有較齊全的 IP儲備，客戶可以一站式滿足 IP需求。 2) 數字信號 ZSP IP核 芯原在 DSP IP 的市場占有率排名世界前三，僅次于 CEVA和 Cadence。 在無線通信市場上主要是

26、CEVA和芯原兩家的 DSP，在音頻、語音等多媒體處 理上，則三家都比較活躍。CEVA 是基于 DSP 發展多種應用，甚至包括高清視 頻、視覺處理；ZSP 重點放在通信、語音及音頻處理。公司的 DSP IP 起初來 自于 2006 年收購的 LSI Logic 的 ZSP 部門，基于精簡指令集計算機架構、業 界唯一采用超標量（superscalar）體系處理方案。在傳統的音頻和音效處理方 面，ZSP在高清音頻上占有主導地位，基于 ZSP的音頻產品線已經出貨超過 5 億。在新興的、自然的人機界面和互動的環節，手機、藍牙耳機等設備的語音 和降噪方案都需要引入 DSP，ZSP可以提供完整的窄帶和寬帶

27、語音處理和增強 軟件，結合 ZSP 的語言增強技術以及基于深度學習的處理器技術，芯原將給用 戶提供完整的自然人機交互方案。 3) 高清視頻 Hantro IP 核 芯原的 Hantro 視頻 IP 用于視頻編碼和解碼處理，在視頻領域與 CCEVA專注于數字信號處理器 IP。 圖表圖表24：全球前十：全球前十IP公司及收入公司及收入（百萬美元）（百萬美元） 公司公司 2018 2019 增長率增長率 2019 份額份額 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% 前十合計前十合計 2,952.5 3,075.6 4.2% 78.1% 其它 790.2 862.4 9.1% 21

29、.9% 合計合計 3,742.7 3,938.0 5.2% 100.0% 來源：Ipnest、國金證券研究所 4.以史為鑒：以史為鑒：ARM 的稱霸之路的稱霸之路 精簡指令集+授權費模式”+生態，成就 ARM 的堅固護城河。ARM 的精簡 指令集處理器架構，由于節能的特點，很好地適應智能手機對低功耗的要求,得 以迅速發展。授權費+特許權使用費”收費模式，使得 ARM 生態的進入門檻降 低。在發展從 ARM 6 到最新 64 位 ARM指令集 V8 的過程中, ARM 圍繞架構、圍繞架構、 IP 授權、驗證、軟件支持、物理支持等各個環節不斷做并購授權、驗證、軟件支持、物理支持等各個環節不斷做并購

30、，從而給各環節客 戶提供服務支持。目前 ARM在全球客戶超過 500 家，形成了以 ARM為核心的 生態體系。ARM 的移動設備 CPU 架構生態的建立，使得競爭對手難以打破 ARM 的壟斷地位獲得突破。因此對于芯原，除與 ARM 進行合作外，積極參與 RISC-V、MIPS 和 PowerPC 等開放指令集生態體系的建設有利于完善芯原的 競爭力。 公司深度研究 - 17 - 敬請參閱最后一頁特別聲明 圖表圖表25：ARM的發展歷史的發展歷史 來源：ARM 歷年年報、國金證券研究所 三、三、芯片芯片定制定制服務服務的星辰大海的星辰大海 芯片定制服務是指向客戶提供平臺化的芯片定制方案，并可以接受

31、委托完 成從芯片設計到晶圓制造、封裝和測試的全部或部分服務環節。 芯片定制服務具體可分為芯片設計業務和芯片量產業務。芯片定制服務具體可分為芯片設計業務和芯片量產業務。芯片設計業務即 根據客戶對芯片在功能、性能、功耗、尺寸及成本等方面的要求進行芯片規格 定義和 IP 選型，通過設計、實現及驗證，逐步轉化為能用于芯片制造的版圖， 并委托晶圓廠根據版圖生產工程晶圓，封裝廠及測試廠進行工程樣片封裝測試， 從而完成芯片樣片生產，最終將經過公司技術人員驗證過的樣片交付給客戶的 全部過程。在設計階段，通常以里程碑的方式進行結算。芯片量產業務即芯片 設計完成并通過驗證之后，根據客戶需求委托晶圓廠進行晶圓制造、

32、委托封裝 廠及測試廠進行封裝和測試，并提供生產管理服務，最終交付給客戶晶圓片或 者芯片的過程。 1.芯片芯片需求和供給的變局需求和供給的變局 終端應用場景終端應用場景多樣化，芯片需求碎片化多樣化，芯片需求碎片化。過去半導體終端市場主要是智能 手機、PC、通信和車用半導體，而隨著云計算、人工智能、物聯網技術的發展， 圖像識別、語音識別、智能駕駛等多種類型的新型應用場景對半導體硬件需求 增加，使半導體終端應用場景呈現多樣化。在 PC 和智能手機時代，半導體供 給主要被全球大型芯片設計公司壟斷，而隨著 AIOT 時代的到來，智能手表/手 環/耳機等可穿戴設備、智能家居等終端產品使市場需求變得更加多樣化和碎片 化，并且單一市場較小。 -20% -10% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 主營業務收入（百萬美元） 增速（%） 1998年發布ARM10內核；產品授權給HP、 IBM、Matsushita、Seiko Epson 和 Qualcomm；同年上市 2004年發布ARMv7架構，收購Artisan （標 準單元庫）、Axys Design（ESL設計工具） 2011年發布ARMv8架 構，首款支持64位指令集 1997年發布ARM9，首次