读懂芯片设计、IP授权、EDA软件技术核心

来源：平安证券

芯片设计:美国领先地位明显，中国升至第三

IP授权、EDA软件属于利基市场

半导体IP授权属于半导体设计的上游。IP主要分为软IP、固IP和硬IP。软IP是用Verilog/VHDL等硬件描述语言描述的功能块，不涉及具体电路元件。固IP是以电路元件实现的功能模块。硬IP提供设计的最终阶段产品—掩膜。

IP授权的出现源自半导体设计行业的分工，设计公司无需对芯片每个细节进行设计，通过购买成熟可靠的IP方案，实现某个特定功能。

这种类似搭积木的开发模式，缩短了芯片开发的时间，提升了芯片的性能。全球半导体IP市场在2018年整体市场规模为49亿美元。其中ARM公司是IP领域绝对龙头，占41%市场份额。

EDA设计软件包括电路设计与仿真工具、PCB设计软件、IC设计软件、PLD设计工具等。

目前EDA设计软件领域集中度较高，Synopsys、Cadence和MentorGraphics三巨头占据了EDA设计软件市场95%以上的市场份额，Synopsys、Cadence等公司将自己的软IP集成在设计软件中，进一步增加了用户黏性，也提高了行业壁垒。

芯片设计国内进步较快，未来潜力最大

芯片设计过程可以粗略的分为确定项目需求、系统级设计、逻辑设计、硬件设计四部分。IC设计行业中少数巨头企业占据了主导地位，其中美国IC设计行业处于领先地位。

从营收规模来看，全球前十大芯片设计公司总营收规模达到810亿美元，同比增长12%。其中博通同比增长15.6%，以217.54亿美元营收居首;高通同比下降了4.4%，以164.50亿美元继续位居第二。

从地区分布来看，2018年美国在全球芯片设计领域拥有59%的市场占有率，居世界第一;中国***地区市场占有率约16%，居全球第二;中国大陆则拥有12%的市场占有率，位居世界第三。日本、欧洲半导体公司以IDM模式居多。

以毛利率和营收规模两个维度来看，国内芯片设计上市公司与全球前十差距仍然较大。

根据2018年ICInsights数据，2018年国内半导体设计公司销售收入约385亿美金，海思和紫光展锐(均未上市)合计销售额超过了100亿美金，占国内市场规模的26%，剩余1700余家半导体设计公司产生了280亿美金的收入。

尽管差距明显，国内的芯片设计行业仍在高速成长，从过去二十年来看，国内半导体设计行业年复合增长速度超过40%，2018年的成长速度也达到了21.5%，相较于2007-2017年全球芯片市场4.4%的增长率，中国芯片市场的增长率一直在维持在20%以上。

晶圆代工:台积电一枝独秀，三星开始发力代工

2018年，全球芯片代工产业市场规模为627亿美金，同比增长5.72%。国内芯片代工产业市场规模为60.16亿美元，同比增长11.69%。预计未来三年国内增速仍将领先全球，市场份额的快速增长表明目前全球集成电路产能正向大陆转移。

从企业来看，2018年台积电以54.39%的市场占有率处于绝对领先的地位，在三星将晶圆代工部门从系统LSI业务部门中独立出来后，统计口径的改变让三星一跃成为第二。格罗方德和联华电子分列第三、第四。国内厂商中芯国际暂列第五。

从制程工艺来看，顶尖工艺(7nm+10nm)目前占据13%的市场份额，主要用于CPU、GPU等超大规模逻辑集成电路的制造。主要用于存储芯片制造的14nm-28nm工艺占据了34%的市场份额;MCU/MPU、模拟器件、分立器件和传感器主要使用40nm以上工艺，占据了剩余的41%市场份额。

移动设备主导的半导体市场，更加注重功耗的降低。移动设备受锂电池续航所限，CPU功耗变得尤为重要。

2011年左右，随着智能手机渗透率的迅速提高，消费电子的重心开始从PC端向移动端倾斜，传统PC芯片巨头英特尔在移动端的举步不前也导致了其制程发展在近5年放慢了脚步。

台积电、三星得益于智能手机芯片庞大出货量，在制程工艺方面拼命追赶。从2011年落后英特尔一代制程到15年赶上，最终在17年实现反超。

2019年4月台积电宣布5nm工艺已经准备就绪，将在2020年进行量产。三星则宣布2021年5nm量产，并且未来十年(2020-2030)将投资1200亿美金加强晶圆代工和系统LSI方面的竞争力。

反观此前代工市场份额第二、第三的格罗方德和联华电子均宣布暂缓10nm以下制程的研发。目前顶尖制程的竞争就只剩下台积电和三星两家。

领先厂商通过提前量产获取订单，分摊工厂折旧，进而继续研发下一代工艺，使得后进厂商在先进制程工艺上的投资低于预期回报而放弃竞争，以此扩大市场份额、形成壁垒。未来芯片代工领域马太效应会愈加明显。

封测:并购整合获得扩张，长电实力位列第一梯队

半导体封测的技术含量相对较低，国内企业最早以此为切入点进入集成电路产业。国内封测企业通过外延式扩张获得了良好的产业竞争力，技术实力和销售规模已进入世界第一梯队。

近年来，国内封测厂商借助并购潮进入了实力显著提升。2018年国内封测三巨头长电科技、华天科技、通富微电在全球行业中分别排名第三、第六、第七。

在全球封测行业市场中，中国***地区、中国大陆和美国占据整个封测市场81%的份额，形成了三足鼎立的格局。

在芯片制造产能向大陆转移的大趋势下，国内封测企业近水楼台，抢占了中国***、美国、日韩封测企业的份额。

国内企业实现了远超同行增长率的快速壮大。预计未来三年，随着中国芯片封装市场规模的提升，国内企业的销售规模和技术水平也会得到进一步提升。

半导体材料:日欧垄断，国内自给率较低

半导体材料可分为制造材料和封装材料。制造材料可以分为以下几类:硅片，靶材，CMP抛光材料、光刻胶、高纯试剂、电子特种气体、(光掩膜)。

硅片、气体、光掩模和光刻胶四种材料占整体比例67%以上，其中硅片是半导体材料的核心。

我国半导体材料在国际分工中多处于中低端领域，高端产品市场主要被美、日、欧、韩、***地区等少数国际大公司垄断，国内大部分产品自给率较低，基本不足30%，主要依赖于进口。

半导体制造设备:制造产能国内转移趋势利好国产设备商

在2018年全球半导体设备市场区域分布情况中，中国市场逐步崛起:从半导体装备销售额情况看，从2014年开始，北美半导体设备投资逐年减少，日本基本维持稳定，整个半导体制造的产能转移到了韩国、中国***地区和中国大陆。随着众多晶圆代工厂在大陆投建，大陆设备市场增速将超过全球增速水平。

半导体制造过程复杂，涉及到的设备包括硅片制造设备、晶圆制造设备、封装设备和辅助检测设备等。在制造设备中，光刻机、刻蚀机和薄膜沉积设备为核心设备，分别占晶圆制造环节的约21%、18%和18%。

光根据各细分设备市场占有率统计数据，在光刻机、PVD、刻蚀机、氧化/扩散设备上，CR3达90%以上。

光刻机是半导体制造设备中价格占比最大，也是最关键的设备，被誉为是半导体产业皇冠上的明珠，每颗芯片诞生之初，都要经过光刻技术的锻造。光刻决定了半导体线路的精度，以及芯片功耗与性能。

以核心设备光刻机为例，荷兰公司阿斯麦(ASML.O)是全球最大的半导体光刻机设备及服务提供商，在细分领域具备垄断地位，在高端光刻机市场占据75%以上份额。

半导体设备技术难度高、研发周期长、投资金额高、依赖高级技术人员和高水平的研发手段，具备非常高的技术门槛。

目前国内厂商离全球领先企业差距较大。除中微半导体在蚀刻机领域成为全球一线供应商外，其他领域在三年内达到世界领先水平的可能性较低。

国内半导体产业政策支持力度较大，但是通过产业政策支持获取的进口替代、自主可控需要经过较长时间的演进才能实现。目前半导体进口替代是国内资本市场较为火热的主题，短期估值偏高。我们建议关注细分领域内具有较强实力、市场份额有望进一步提升的标的。芯片设计:汇顶科技、紫光国微;晶圆代工:中芯国际、华虹半导体和台积电;封装测试领域:长电科技、日月光;在半导体设备方面:北方华创。