2024年2月6日发(作者:宝蕙兰)
Chiplet:破局后摩尔时代,重塑半导体产业链价值
[Table_Industry]
半导体
[Table_ReportDate]
2022年10月30日
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134****2818 *******************
91
100031
[Table_Title]
Chiplet:破局后摩尔时代,重塑半导体产业链价值
[Table_ReportDate]
2022年10月30日
[Table_Summary]
[Table_Summary]
➢ 半导体工艺节点持续推进,传统异构多核SoC难以为继。先进工艺节点下晶体管单位成本不断下降,但IC设计复杂度及设计成本不断提升,设计复杂度的提升也将对芯片良率产生影响,间接提高了整体制造成本;此外,制程升级对芯片性能提升的边际收益缩窄,通常在15%左右,传统异构多核SoC方案下,摩尔定律走向瓶颈。
➢ Chiplet技术改道芯片业,实现超越摩尔定律。Chiplet将满足特定功能的裸片通过die-to-die内部互联技术,实现多个模块芯片与底层基础芯片的系统封装,实现一种新形式的IP复用。基于裸片的Chiplet方案将传统SoC划分为多个单功能或多功能组合的芯粒,在一个封装内通过基板互连成为一个完整的复杂功能芯片,是一种以裸片形式提供的硬核IP。在当前技术进展下,Chiplet方案能够实现芯片设计复杂度及设计成本降低,且有利于后续产品迭代,加速产品上市周期。
➢ 中美半导体产业博弈升级下国内先进制程发展受限,Chiplet为实现弯道超车的逆境突破口之一。继《瓦森纳协议》限制国内晶圆厂对EUV光刻设备的采购后,2022年8月美国签署《芯片与科学法案》继续限制中国芯片制造业发展,国内晶圆厂在先进制程升级上受阻。此外,中国大陆部分IC设计企业被美国列入“实体清单”,无法在台积电、三星等晶圆代工厂进行先进制程代工。国内半导体产业在先进制程发展受限的情况下,可将Chiplet视为另一条实现性能升级的路径和产业突破口之一。
➢ 随着Chiplet技术生态逐渐成熟,国内厂商通过自重用及自迭代利用技术的多项优势,推动各环节价值重塑。产业链优质标的将在激增需求下获得崭新业绩增长空间,我们看好IP/EDA/先进封装/第三方测试/封测设备/IC载板优质标的受益于Chiplet浪潮实现价值重估。
➢ 投资评级:看好。
➢ 风险因素:Chiplet研发进展不及预期;下游需求不及预期。
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目 录
后摩尔时代下Chiplet技术改道芯片业,架构设计&先进封装双重驱动 ....................................... 4
Chiplet重塑传统半导体产业链,细分赛道龙头迎来破局点 ........................................................... 7
IC封测:测试需求快速提升,OSAT加速布局先进封装技术高地........................................ 9
IC载板:先进封装应用对载板需求拉动显著 ........................................................................ 11
EDA/IP:3D IC封装技术发展开辟国内EDA/IP新机遇 ....................................................... 12
风险因素 ............................................................................................................................................ 13
表 目 录
表1:主流Chiplet设计方案 ...................................................................................................................................6
表2:主流Chiplet底层封装技术 .........................................................................................................................7
表3:Chiplet产业链关注标的(数据截止2022年10月27日,wind一致预期) ........................9
表4:全球部分先进封装解决方案(2D/2.5D/3D) ................................................................................... 11
表5:全球主要提供Chiplet封装厂商解决方案汇总 ................................................................................. 11
图 目 录
图 1:不同工艺节点处于各应用时期的芯片设计成本(百万美元) ....................................................4
图 2:先进制程及先进封装发展情况 .................................................................................................................4
图 3:Chiplet通过die-to-die内部互联实现新形式IP复用 ....................................................................5
图 4:Chiplet在显著提高芯片良率的同时降低制造成本 ..........................................................................5
图 5:Chiplet的实现为架构设计与先进封装两侧的共同作用 .................................................................6
图 6:2020-2024E基于Chiplet技术半导体器件销售收入及增速(百万美元,%) ......................8
图 7:2024E 前五大Chiplet应用终端营收结构(%) ................................................................................8
图 8:台积电分技术节点销售结构(%) ..........................................................................................................8
图 9:台积电分地区销售结构(%) ....................................................................................................................8
图 10:Chiplet技术重塑传统半导体产业链 ....................................................................................................9
图 11:基于Chiplet技术的方案显著提升封测需求 .................................................................................. 10
图 12:大陆及全球芯片测试服务市场空间预测(亿元) ...................................................................... 10
图 13:伟测科技主要客户情况 .......................................................................................................................... 10
图 14:2021年伟测科技前五大客户营收占比(%) ................................................................................ 10
图 15:先进封装市场空间及增速预测(百万美元,%) ......................................................................... 10
图 16:2021-2026E IC封装基板全球市场空间(百万美元) ............................................................... 12
图 17:2017-2022E国内EDA/IP市场空间及增速(亿元,%) ........................................................... 13
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后摩尔时代下Chiplet技术改道芯片业,架构设计&先进封装双重驱动
异构多核SoC成传统大规模集成电路主流趋势。随着先进工艺节点不断推进,芯片线宽缩小下单颗芯片可容纳的晶体管数量不断提升,7nm工艺节点下80mm²裸片晶体管数量增长至近70亿个。传统大规模集成电路主流趋势为异构多核SoC,微处理器、模拟IP、数字IP、存储器等以同一种工艺制造方式被集成在单一芯片上,实现芯片体积缩小及性能、可靠性的提高。
先进工艺节点下晶体管单位成本不断下降,但IC设计复杂度及设计成本不断提升。以先进工艺节点处于主流应用时期设计成本为例,工艺节点为28nm时,单颗芯片设计成本约为0.41亿美元,而工艺节点为 7nm 时,设计成本快速提升至2.22亿美元。即使工艺节点达到成熟应用时期,设计成本大幅度下降的前提下,相较同一应用时期的上一代先进工艺节点,仍存在显著提升;此外,设计复杂度的提升也将对芯片良率产生影响,间接提高了整体制造成本。
图 1:不同工艺节点处于各应用时期的芯片设计成本(百万美元)
600100065nm40nm28nm主流应用22nm16nm10nm7nm5nm早期应用成熟应用100%50%0%设计成本较上一代制程成长250%200%150%资料来源:IBS,芯原股份招股说明书,信达证券研发中心
此外,在工艺节点不断推进下,制程升级对芯片性能提升的边际收益缩窄,通常在15%左右,而先进封装技术迭代速度快于制造端。
图 2:先进制程及先进封装发展情况
资料来源:Yole,信达证券研发中心
Chiplet将满足特定功能的裸片通过die-to-die内部互联技术,实现多个模块芯片与底层基础芯片的系统封装,实现一种新形式的IP复用。基于裸片的Chiplet方案将传统SoC划分为多个单功能或多功能组合的芯粒,在一个封装内通过基板互连成为一个完整的复杂功能芯片,是一种以裸片形式提供的硬核IP。
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图 3:Chiplet通过die-to-die内部互联实现新形式IP复用
资料来源:集成电路材料研究,SIP与先进封装技术,《后摩尔时代Chiplet技术的演进与挑战》,信达证券研发中心
在当前技术进展下,Chiplet方案能够实现芯片设计复杂度及设计成本降低。IC设计阶段将SoC按照不同功能模块分解为多个芯粒,部分芯粒实现模块化设计并在不同芯片中重复使用,能够实现设计难度降低,且有利于后续产品迭代,加速产品上市周期。
Chiplet的运用也将大幅提高大型芯片良率的同时降低芯片制造成本。高性能计算等领域巨大运算需求推动逻辑芯片运算核心数量上升,配套SRAM容量、I/O数量随之提升。Chiplet设计分割不同功能模块进行独立制造,提升良率的同时降低不良率造成的额外制造成本。根据Linley测算,7nm方案下Chiplet良率改善0.8x,制造成本降低至传统方案的0.87倍。
图 4:Chiplet在显著提高芯片良率的同时降低制造成本
资料来源:Linley Group,信达证券研发中心
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我们认为,Chiplet的实现需要架构设计与先进封装两侧的共同作用。架构侧为实现“分”的关键,需要考虑访问频率、缓存一致性等;先进封装侧为“合”的关键,功耗、散热、整体成本为主要影响因素。
图 5:Chiplet的实现为架构设计与先进封装两侧的共同作用
资料来源:云岫资本,AMD,TSMC,Samsung,CSDN,半导体行业观察,信达证券研发中心
目前主流架构设计方案可分为两类:(1)基于功能划分多个Chiplet,通过不同Chiplet组合封装,实现不同类型产品,典型代表为Lego、AMD Zen2/3;(2)单一Chiplet包含独立完整功能集合,通过多个Chiplet组合实现性能线性增长,典型代表为Apple M1 Ultra及Intel Sappire Rapids。苹果方案通过自研封装技术堆叠两颗M1
Max芯片,两颗芯片间具备超过2.5TB/s带宽且极低延时互联能力,使M1 Ultra获得两倍算力,同时在软件层面将M1 Ultra作为完整芯片,从而不增加额外软件修改和调试负担。
表1:主流Chiplet设计方案
类型 典型代表 方案概述 图示
Lego
基于功能划分到多个Chiplets,单个Chiplet不包含完整功能集合,通过不同Chiplets组合封装实现不同类型的产品
AMD Zen 2/3
采用compute die和I/O die组合的形式进行不同Chiplets功能拆解。在compute die(CPU/AI)设计时采用先进工艺,获得顶级的算力和能效,在I/O
die设计时采用成熟工艺,在面积与先进工艺差别不大的情况下获得成本收益。并且不同的Chiplets的数量和组合形式都可以灵活搭配,从而组合出多种不同规格的云端高性能处理器产品。
采用CCD和CIOD组合的形式进行不同Chiplets功能拆解。在CCD设计时采用最先进工艺,获得顶级的算力和能效,在CIOD设计时采用成熟工艺,在面积与先进工艺差别不大的情况下获得成本收益。并且CCD本身按照两个4C8T cluster组合的形式设计,可以适应AMD从Desktop到Server的架构需求,根据场景选择CCD数量和设计对应的CIOD即可,灵活度非常高。
通过Apple自研封装技术堆叠两颗M1 Max芯片,使两颗芯片间拥有超过2.5TB/s带宽且极低延时的互联能力,使M1 Ultra直接获得两倍M1 Max算力,同时在软件层面依然可以将M1 Ultra当做一个完整芯片对待,而不会增加额外的软件修改和调试的负担。
单个Chiplet包含较为独立完整的功能集合,通过多个Chiplets级联获得性能的线性增长
Apple M1 Ultra
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通过两组镜像对称的相同架构的building blocks组合4个Chiplets,获得4倍性能和互联带宽。每个基本模块包含计算部分、memory interface部分、I/O部分。通过将上述高性能组件组成基本的building block,再通过EMIB技术进行Chiplet互联,可以获得线性性能提升和成本收益。
Intel Sappire Rapids
资料来源:中微创芯科技,半导体芯闻,复睿微,信达证券研发中心
支持Chiplet技术的主流底层封装技术目前主要由台积电、ASE、Intel主导。目前三种方案中,Intel主导的EMIB技术实现的集成度和制造良率更高,但EMIB需要封装工艺配合桥接芯片,技术门槛和复杂度较高。
表2:主流Chiplet底层封装技术
底层技术类型 方案概述
通过封装基板走线将多个芯片互联。走线距离和范围在10mm~25mm,线距线宽大约10mm量级,单条走线带宽大约10Gbit/s量级。由于MCM可以通过基板直接连接各个芯片,通常封装的成本会相对较低,但是由于走线的线距线宽比较大,封装密度相对较低,接口速率相对较低,延时相对较大。
基础CoWoS技术,可支持超高集成密度,提供不超过两倍掩膜版尺寸的硅中介层,通常用于集成HBM等高速高带宽内存芯片。
图示
MCM(Multi-Chip Module)
CoWoS-S
CoWoS
(Chip-on-Wafer-on-Substrate)
CoWoS-R
基于CoWoS-S技术引入InFO技术中的RDL,RDL 中介层具有相对机械柔韧性,增强了封装连接的可靠性,并允许新封装可以扩大其尺寸以满足更复杂的功能需求,从而有效支持多个Chiplets之间进行高速可靠互联。
在CoWoS-S和InFO技术的基础上,引入LSI技术,LSI 芯片在每个产品中可以具有多种连接架构,也可以重复用于多个产品,提供更灵活和可复用的多芯片互联架构。
使用多个嵌入式包含多个路由层的桥接芯片,同时内嵌至封装基板,达到高效和高密度的封装。由于不再使用interposer作为中间介质,可以去掉原有连接至interposer所需要的TSVs,以及由于interposer尺寸所带来的封装尺寸的限制,可以获得更好的灵活性和更高的集成度。
CoWoS-L
EMIB(Embedded Multi-die
Interconnect Bridge)
资料来源:中微创芯科技,半导体芯闻,复睿微,信达证券研发中心
Chiplet重塑传统半导体产业链,细分赛道龙头迎来破局点
高性能计算需求推动Chiplet市场空间激增,呈现异军突起之势。根据Gartner预测,基于Chiplet方案的半导体器件收入将在2024年达到505亿美元左右,2020-2024年间CAGR达98%,而用于服务器的器件销售收入为占比最大的应用终端,在2024年达到约为33%。
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图 6:2020-2024E基于Chiplet技术半导体器件销售收入及增速(百万美元,%)
6112022E2023E2024EMPU集成基带/AP分立AP/多媒体处理器yoy(右轴,%)DRAMNAND闪存其他
图 7:2024E 前五大Chiplet应用终端营收结构(%)
150%33%100%50%0%服务器,双路CPU插槽笔记本电脑高端智能手机入门级智能手机其他应用终端资料来源:Gartner,集微咨询,天天IC,信达证券研发中心
台式电脑资料来源:Gartner,集微咨询,天天IC,信达证券研发中心
中美半导体产业博弈升级下国内先进制程发展受限,Chiplet为实现弯道超车的逆境突破口之一。继《瓦森纳协议》限制国内晶圆厂对EUV光刻设备的采购后,2022年8月美国签署《芯片与科学法案》继续限制中国芯片制造业发展,国内晶圆厂在先进制程升级上受阻。此外,中国大陆部分IC设计企业被美国列入“实体清单”,无法在台积电、三星等晶圆代工厂进行先进制程代工,19Q3-22Q2,台积电对中国大陆销售比例从20%降低至12%,但当前中国大陆28nm以下制造比例仍处于较低位置。国内半导体产业在先进制程发展受限的情况下,可将Chiplet视为另一条实现性能升级的路径和产业突破口。
图 8:台积电分技术节点销售结构(%)
100%80%60%40%
图 9:台积电分地区销售结构(%)
100%80%60%40%20%0%20%22%22%21%22%17%17%15%13%12%15%12%20%0%20Q35nm28nm0.11/0.13μm20Q421Q121Q221Q321Q422Q122Q27nm40/45nm0.15/0.18μm16nm65nm0.25μm+20nm90nm北美中国大陆亚太EMEA日本资料来源:TSMC,信达证券研发中心
资料来源: TSMC,信达证券研发中心
随着Chiplet技术生态逐渐成熟,国内厂商通过自重用及自迭代利用技术的多项优势,推动各环节价值重塑。产业链优质标的将在激增需求下获得崭新业绩增长空间,我们看好IP/EDA/先进封装/第三方测试/封测设备/IC载板优质标的受益于Chiplet浪潮实现价值重估。
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图 10:Chiplet技术重塑传统半导体产业链
资料来源:云岫资本,信达证券研发中心
表3:Chiplet产业链关注标的(数据截止2022年10月27日,wind一致预期)
分类 公司
收盘价(元)
净利润(亿元)
2022E 2023E 2024E 2022E
PE
2023E 2024E 2022E
PS
2023E 2024E
IP
EDA
先进封装
第三方测试
封测设备
IC载板
芯原股份-U
概伦电子
华大九天
长电科技
通富微电
C伟测
利扬芯片
长川科技
华峰测控
兴森科技
52.51
35.06
106.62
23.36
18.56
108.30
33.50
60.13
251.19
11.98
0.95
0.49
1.90
32.44
11.30
1.61
5.65
5.96
6.98
1.80
0.67
2.58
36.75
14.34
2.09
8.51
8.14
8.84
2.88
0.93
3.51
42.78
17.60
2.52
11.59
10.80
11.21
274.63 145.38 90.72 9.42
53.21
72.11
1.20
1.24
8.71
12.69
18.75
3.39
7.27
37.10
53.34
1.07
1.02
6.96
8.89
13.66
2.71
5.70
26.48
39.91
0.95
0.86
5.62
6.78
10.37
2.20
309.99 227.22 162.77
305.24 224.70 165.15
12.82
21.83
28.57
64.28
38.38
29.01
11.31
17.21
22.04
42.69
28.09
22.89
9.72
14.01
18.23
31.35
21.18
18.05
资料来源:wind,信达证券研发中心
IC封测:测试需求快速提升,OSAT加速布局先进封装技术高地
由于Chiplet将传统SoC划分为多个单功能或多功能组合的芯粒,相较于传统方案,芯片测试、测试机需求将快速提升。根据台湾地区工研院的统计,集成电路测试成本约占设计营收的 6%-8%。2021年中国大陆测试服务市场规模在300亿元左右,全球的市场规模为892亿元,Gartner预计2025年全球测试服务市场将达到1094亿元,其中,中国市场将达到 550 亿元,占比50.3%,5年内存在超过250 亿元的巨量增长空间。
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图 11:基于Chiplet技术的方案显著提升封测需求
1600800
图 12:大陆及全球芯片测试服务市场空间预测(亿元)
612023E2025E2027E2030E资料来源:芯原股份,大象研究院,信达证券研发中心
大陆芯片测试服务市场全球芯片测试服务市场资料来源:伟测科技招股说明书,Gartner,信达证券研发中心
我们关注第三方测试行业优势供应商伟测科技,公司重点突破6nm-14nm先进制程芯片、5G射频芯片、高性能CPU、高性能计算芯片、FPGA、复杂SoC芯片等各类高端芯片的测试工艺难点,成为中国大陆各大芯片设计公司高端芯片测试的国产化替代的重要供应商之一。
图 13:伟测科技主要客户情况
图 14:2021年伟测科技前五大客户营收占比(%)
4.12%4.81%6.16%16.01%14.12%资料来源:伟测科技招股说明书,信达证券研发中心
中兴微电子资料来源:伟测科技招股说明书,信达证券研发中心
客户A晶晨股份安路科技兆易创新
先进封装方面,根据Yole,2021年先进封装市场收入达321亿美元,预计2027年将实现572亿美元,复合年增长率为10%,其中国内龙头OSAT占据重要地位,且有望伴随Chiplet浪潮迎来强势增长。
图 15:先进封装市场空间及增速预测(百万美元,%)
61000002021FOWLCSP16%14%12%10%8%6%4%2%0%2022E2023E2024EFCBGA2025EFCCSP2026ESiP2027Eyoy(右轴,%)2.5D/3D资料来源:Yole,半导体行业观察,信达证券研发中心
为了抢占先进封装技术高地,全球主要封测厂、晶圆厂和IDM厂商都加紧布局先进封装,包含OSAT、晶圆厂及IDM。其中,Foundry由于其先具有的工艺技术,在先进封装领域具备先发优势。
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表4:全球部分先进封装解决方案(2D/2.5D/3D)
先进封装方案
FOWLP
INFO
FOPLP
EMIB
CoWoS
HBM
HMC
Wide-IO
Foveros
Co-EMIB
TSMC-SoIC
X-Cube
年份
2009
2016
2017
2018
2012
2015
2012
2012
2018
2019
2020
2020
2D/2.5D/3D
2D
2D
2D
2D
2.5D
3D+2.5D
3D
3D
3D
3D+2D
3D
3D
功能密度
低
中
中
中
中
高
高
中
中
高
非常高
高
应用
智能手机、5G、AI
iphone、5G、AI
移动设备、5G、AI
Graphics、HPC
高端服务器、HPC
Graphics、HPC
高端服务器、HPC
高端智能手机
高端服务器、HPC
高端服务器、HPC
5G、AI、可穿戴或移动设备
5G、AI、可穿戴或移动设备
主要生产商
Infineon/NXP
TSMC
SAMSUNG
Intel
TSMC
AMD/NVIDIA/Hynix/Intel/SAMSUNG
Micron/SAMSUNG/IBM/ARM/MicroSoft
SAMSUNG
Intel
Intel
TSMC
SAMSUNG
资料来源:CEIA电子智造,李杨《先进封装与异构集成》,信达证券研发中心
我们总结全球主要提供Chiplet封装厂商晶圆级解决方案如下,国内龙头OSAT积极布局Chiplet相关技术,长电科技XDFOI平台以2.5D无TSV为基本技术平台,采用RDL First技术,具备成本优势,可实现2D/2.5D/3D集成;而通富微电利用次微米级硅中介层以TSV将多芯片整合于单一封装,已顺利实现7nm节点量产。
表5:全球主要提供Chiplet封装厂商解决方案汇总
公司 平台/方案 主要特点 目前公司可支持工艺节点
7nm量产,5nm完成研发即将量产
4nm
通富微电
VISionS
晶圆级TSV,利用次微米级interposer以TSV将多芯片整合于单一封装
长电科技
XDFOI
以2.5D无TSV为基本技术平台,具备成本优势,可实现2D/2.5D/3D集成
将2.5D/3D先进封装相关技术整合为3DFabric平台;前段技术3D SoIC台积电
3DFabric
利用芯片间直接铜键合,具有更小间距;后段技术2.5D方面,CoWos扩展至三种不同转接板技术,InFO将封装凸块直接连接到再分配层
X Cube
三星
I Cube
芯片互连方面使用成熟TSV工艺,目前能够将SRAM芯片堆叠在三星生产的7nm EUV工艺的逻辑芯片上
将一个或多个逻辑die和多个HBM die水平放置在硅中介层进行异构集成,支持增强热管理及稳定的电源供应
扇出封装FC排列于BGA上,具备RDL允许在多个芯片之间构建更短的die-to-die互连,能够实现封装内部多个chiplet互联
日月光
FOCoS
资料来源:各公司官网、公告等,信达证券研发中心整理
IC载板:先进封装应用对载板需求拉动显著
先进封装应用增加封装载板层数,对载板需求拉动显著。根据Prismark预测,2021-2026年全球PCB行业的复合增长率为4.8%,从产品结构而言,IC封装基板、HDI板仍将呈现优于行业的增长表现,预期2026年IC封装基板、HDI板的市场规模将分别达到214.35亿、150.12亿美元,2021-2026年的复合增长率分别为8.6%、4.9%。其中,预期2026年中国市场IC封装基板行业整体规模将达到40.19亿美元,2021-2026年复合增长率为11.6%,将高于行业平均水平。
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图 16:2021-2026E IC封装基板全球市场空间(百万美元)
25021资料来源:Prismark,兴森科技公告,信达证券研发中心
8.6%2026E
2022H1,兴森科技IC封装基板业务实现营业收入3.75亿元、同比+26.80%,实现毛利率27.16%、同比提升6.36个百分点。现有CSP封装基板产能为3.5万平方米/月,其中,广州基地2万平方米/月的产能满产满销,盈利能力保持稳定;珠海兴科项目于二季度建成1.5万平方米/月的新产能,三季度量产爬坡,受投产初期的人工成本、试生产费用等拖累,亏损3,176.04万元。FCBGA封装基板业务是公司新启动的重点投资项目,目前进展顺利,公司预计珠海FCBGA项目于年底之前完成产线建设。
EDA/IP:3D IC封装技术发展开辟国内EDA/IP新机遇
Chiplet架构下,不同芯片供应商、代工厂生产的芯粒之间需具备互操作性,对EDA/IP厂商提出了更高要求。由于国内普遍缺乏Chiplet实践经验,需要有定义完整的设计流程和配套的设计辅助工具,EDA厂商需为此提供跨平台工具,以有效地整合不同来源的芯片。另外,Chiplet生态系统也意味着不同的公司必须相互共享芯片IP,目前国内仍然十分依赖国外EDA巨头和半导体IP供应商提供的一站式解决方案。
异构集成的3D IC先进封装已经成为延续摩尔定律的最佳途径之一,使用传统的脱节的点工具和流程对设计收敛会带来巨大的挑战,而对信号、电源完整性分析的需求也随着垂直堆叠的芯片而快速增长。3D IC所需要考虑的物理因素更为复杂,对EDA工具提出了新的需求,包括IC/封装的协同优化,TSV通孔、硅中介层等的引入都会产生新的约束,需要着眼于系统整体性能进行综合;此外,不同裸片高密度细节距互连,对于布局及布线规划也需要开发新的工具以实现最优化。
我们认为,Chiplet发展下3D IC制造封装技术的兴起将开辟国内EDA/IP新机遇。目前,Chiplet主要仍为单一公司完成全系统,但未来多厂商合作的新型Chiplet模式将打破传统SoC流程,并在IP建模、互连架构分析等系统级性能、功耗、功能验证方面,提出新验证需求,实现全新的Chiplet产业结构。在这一机遇下,国内具备先发优势的厂商加快技术追赶,或将实现业绩超预期增长。
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图 17:2017-2022E国内EDA/IP市场空间及增速(亿元,%)
1420212022E市场空间(亿元)yoy(右轴,%)18%16%14%12%10%8%6%4%2%0%资料来源:国家智能传感器创新中心,中国电子报,赛迪顾问,信达证券研发中心
风险因素
Chiplet研发进展不及预期;
下游需求不及预期。
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[Table_Introduction]
研究团队简介
莫文宇,毕业于美国佛罗里达大学,电子工程硕士,2012-2022年就职于长江证券研究所,2022年入职信达证券研发中心,任副所长、电子行业首席分析师。
机构销售联系人
区域
全国销售总监
华北区销售总监
华北区销售副总监
华北区销售
华北区销售
华北区销售
华北区销售
华北区销售
华东区销售总监
华东区销售副总监
华东区销售
华东区销售
华东区销售
华东区销售
华东区销售
华东区销售
华东区销售
华东区销售
华东区销售
华东区销售
华东区销售
华南区销售总监
华南区销售副总监
华南区销售副总监
华南区销售
华南区销售
华南区销售
华南区销售
姓名
韩秋月
陈明真
阙嘉程
祁丽媛
陆禹舟
魏冲
樊荣
秘侨
杨兴
吴国
国鹏程
李若琳
朱尧
戴剑箫
方威
俞晓
李贤哲
孙僮
贾力
石明杰
曹亦兴
王留阳
陈晨
王雨霏
刘韵
胡洁颖
郑庆庆
刘莹
手机
139****6534
156****0398
185****0410
130****4933
176****9919
183****0155
155****1225
185****2185
137****3208
158****6582
156****8383
131****6887
187****3656
135****4975
187****8359
187****8223
150****7872
186****6885
159****5777
152****5608
133****8928
135****0620
159****9987
177****1880
136****5606
137****0158
135****4204
151****3256
邮箱
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分析师声明
负责本报告全部或部分内容的每一位分析师在此申明,本人具有证券投资咨询执业资格,并在中国证券业协会注册登记为证券分析师,以勤勉的职业态度,独立、客观地出具本报告;本报告所表述的所有观点准确反映了分析师本人的研究观点;本人薪酬的任何组成部分不曾与,不与,也将不会与本报告中的具体分析意见或观点直接或间接相关。
免责声明
信达证券股份有限公司(以下简称“信达证券”)具有中国证监会批复的证券投资咨询业务资格。本报告由信达证券制作并发布。
本报告是针对与信达证券签署服务协议的签约客户的专属研究产品,为该类客户进行投资决策时提供辅助和参考,双方对权利与义务均有严格约定。本报告仅提供给上述特定客户,并不面向公众发布。信达证券不会因接收人收到本报告而视其为本公司的当然客户。客户应当认识到有关本报告的电话、短信、邮件提示仅为研究观点的简要沟通,对本报告的参考使用须以本报告的完整版本为准。
本报告是基于信达证券认为可靠的已公开信息编制,但信达证券不保证所载信息的准确性和完整性。本报告所载的意见、评估及预测仅为本报告最初出具日的观点和判断,本报告所指的证券或投资标的的价格、价值及投资收入可能会出现不同程度的波动,涉及证券或投资标的的历史表现不应作为日后表现的保证。在不同时期,或因使用不同假设和标准,采用不同观点和分析方法,致使信达证券发出与本报告所载意见、评估及预测不一致的研究报告,对此信达证券可不发出特别通知。
在任何情况下,本报告中的信息或所表述的意见并不构成对任何人的投资建议,也没有考虑到客户特殊的投资目标、财务状况或需求。客户应考虑本报告中的任何意见或建议是否符合其特定状况,若有必要应寻求专家意见。本报告所载的资料、工具、意见及推测仅供参考,并非作为或被视为出售或购买证券或其他投资标的的邀请或向人做出邀请。
在法律允许的情况下,信达证券或其关联机构可能会持有报告中涉及的公司所发行的证券并进行交易,并可能会为这些公司正在提供或争取提供投资银行业务服务。
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评级说明
投资建议的比较标准
本报告采用的基准指数 :沪深300指数(以下简称基准);
时间段:报告发布之日起 6 个月内。
股票投资评级
买入:股价相对强于基准20%以上;
增持:股价相对强于基准5%~20%;
持有:股价相对基准波动在±5% 之间;
卖出:股价相对弱于基准5%以下。
行业投资评级
看好:行业指数超越基准;
中性:行业指数与基准基本持平;
看淡:行业指数弱于基准。
风险提示
证券市场是一个风险无时不在的市场。投资者在进行证券交易时存在赢利的可能,也存在亏损的风险。建议投资者应当充分深入地了解证券市场蕴含的各项风险并谨慎行事。
本报告中所述证券不一定能在所有的国家和地区向所有类型的投资者销售,投资者应当对本报告中的信息和意见进行独立评估,并应同时考量各自的投资目的、财务状况和特定需求,必要时就法律、商业、财务、税收等方面咨询专业顾问的意见。在任何情况下,信达证券不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任,投资者需自行承担风险。
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2024年2月6日发(作者:宝蕙兰)
Chiplet:破局后摩尔时代,重塑半导体产业链价值
[Table_Industry]
半导体
[Table_ReportDate]
2022年10月30日
[Table_ReportType]
[Table_StockAndRank]
[Table_Author]
134****2818 *******************
91
100031
[Table_Title]
Chiplet:破局后摩尔时代,重塑半导体产业链价值
[Table_ReportDate]
2022年10月30日
[Table_Summary]
[Table_Summary]
➢ 半导体工艺节点持续推进,传统异构多核SoC难以为继。先进工艺节点下晶体管单位成本不断下降,但IC设计复杂度及设计成本不断提升,设计复杂度的提升也将对芯片良率产生影响,间接提高了整体制造成本;此外,制程升级对芯片性能提升的边际收益缩窄,通常在15%左右,传统异构多核SoC方案下,摩尔定律走向瓶颈。
➢ Chiplet技术改道芯片业,实现超越摩尔定律。Chiplet将满足特定功能的裸片通过die-to-die内部互联技术,实现多个模块芯片与底层基础芯片的系统封装,实现一种新形式的IP复用。基于裸片的Chiplet方案将传统SoC划分为多个单功能或多功能组合的芯粒,在一个封装内通过基板互连成为一个完整的复杂功能芯片,是一种以裸片形式提供的硬核IP。在当前技术进展下,Chiplet方案能够实现芯片设计复杂度及设计成本降低,且有利于后续产品迭代,加速产品上市周期。
➢ 中美半导体产业博弈升级下国内先进制程发展受限,Chiplet为实现弯道超车的逆境突破口之一。继《瓦森纳协议》限制国内晶圆厂对EUV光刻设备的采购后,2022年8月美国签署《芯片与科学法案》继续限制中国芯片制造业发展,国内晶圆厂在先进制程升级上受阻。此外,中国大陆部分IC设计企业被美国列入“实体清单”,无法在台积电、三星等晶圆代工厂进行先进制程代工。国内半导体产业在先进制程发展受限的情况下,可将Chiplet视为另一条实现性能升级的路径和产业突破口之一。
➢ 随着Chiplet技术生态逐渐成熟,国内厂商通过自重用及自迭代利用技术的多项优势,推动各环节价值重塑。产业链优质标的将在激增需求下获得崭新业绩增长空间,我们看好IP/EDA/先进封装/第三方测试/封测设备/IC载板优质标的受益于Chiplet浪潮实现价值重估。
➢ 投资评级:看好。
➢ 风险因素:Chiplet研发进展不及预期;下游需求不及预期。
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目 录
后摩尔时代下Chiplet技术改道芯片业,架构设计&先进封装双重驱动 ....................................... 4
Chiplet重塑传统半导体产业链,细分赛道龙头迎来破局点 ........................................................... 7
IC封测:测试需求快速提升,OSAT加速布局先进封装技术高地........................................ 9
IC载板:先进封装应用对载板需求拉动显著 ........................................................................ 11
EDA/IP:3D IC封装技术发展开辟国内EDA/IP新机遇 ....................................................... 12
风险因素 ............................................................................................................................................ 13
表 目 录
表1:主流Chiplet设计方案 ...................................................................................................................................6
表2:主流Chiplet底层封装技术 .........................................................................................................................7
表3:Chiplet产业链关注标的(数据截止2022年10月27日,wind一致预期) ........................9
表4:全球部分先进封装解决方案(2D/2.5D/3D) ................................................................................... 11
表5:全球主要提供Chiplet封装厂商解决方案汇总 ................................................................................. 11
图 目 录
图 1:不同工艺节点处于各应用时期的芯片设计成本(百万美元) ....................................................4
图 2:先进制程及先进封装发展情况 .................................................................................................................4
图 3:Chiplet通过die-to-die内部互联实现新形式IP复用 ....................................................................5
图 4:Chiplet在显著提高芯片良率的同时降低制造成本 ..........................................................................5
图 5:Chiplet的实现为架构设计与先进封装两侧的共同作用 .................................................................6
图 6:2020-2024E基于Chiplet技术半导体器件销售收入及增速(百万美元,%) ......................8
图 7:2024E 前五大Chiplet应用终端营收结构(%) ................................................................................8
图 8:台积电分技术节点销售结构(%) ..........................................................................................................8
图 9:台积电分地区销售结构(%) ....................................................................................................................8
图 10:Chiplet技术重塑传统半导体产业链 ....................................................................................................9
图 11:基于Chiplet技术的方案显著提升封测需求 .................................................................................. 10
图 12:大陆及全球芯片测试服务市场空间预测(亿元) ...................................................................... 10
图 13:伟测科技主要客户情况 .......................................................................................................................... 10
图 14:2021年伟测科技前五大客户营收占比(%) ................................................................................ 10
图 15:先进封装市场空间及增速预测(百万美元,%) ......................................................................... 10
图 16:2021-2026E IC封装基板全球市场空间(百万美元) ............................................................... 12
图 17:2017-2022E国内EDA/IP市场空间及增速(亿元,%) ........................................................... 13
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后摩尔时代下Chiplet技术改道芯片业,架构设计&先进封装双重驱动
异构多核SoC成传统大规模集成电路主流趋势。随着先进工艺节点不断推进,芯片线宽缩小下单颗芯片可容纳的晶体管数量不断提升,7nm工艺节点下80mm²裸片晶体管数量增长至近70亿个。传统大规模集成电路主流趋势为异构多核SoC,微处理器、模拟IP、数字IP、存储器等以同一种工艺制造方式被集成在单一芯片上,实现芯片体积缩小及性能、可靠性的提高。
先进工艺节点下晶体管单位成本不断下降,但IC设计复杂度及设计成本不断提升。以先进工艺节点处于主流应用时期设计成本为例,工艺节点为28nm时,单颗芯片设计成本约为0.41亿美元,而工艺节点为 7nm 时,设计成本快速提升至2.22亿美元。即使工艺节点达到成熟应用时期,设计成本大幅度下降的前提下,相较同一应用时期的上一代先进工艺节点,仍存在显著提升;此外,设计复杂度的提升也将对芯片良率产生影响,间接提高了整体制造成本。
图 1:不同工艺节点处于各应用时期的芯片设计成本(百万美元)
600100065nm40nm28nm主流应用22nm16nm10nm7nm5nm早期应用成熟应用100%50%0%设计成本较上一代制程成长250%200%150%资料来源:IBS,芯原股份招股说明书,信达证券研发中心
此外,在工艺节点不断推进下,制程升级对芯片性能提升的边际收益缩窄,通常在15%左右,而先进封装技术迭代速度快于制造端。
图 2:先进制程及先进封装发展情况
资料来源:Yole,信达证券研发中心
Chiplet将满足特定功能的裸片通过die-to-die内部互联技术,实现多个模块芯片与底层基础芯片的系统封装,实现一种新形式的IP复用。基于裸片的Chiplet方案将传统SoC划分为多个单功能或多功能组合的芯粒,在一个封装内通过基板互连成为一个完整的复杂功能芯片,是一种以裸片形式提供的硬核IP。
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图 3:Chiplet通过die-to-die内部互联实现新形式IP复用
资料来源:集成电路材料研究,SIP与先进封装技术,《后摩尔时代Chiplet技术的演进与挑战》,信达证券研发中心
在当前技术进展下,Chiplet方案能够实现芯片设计复杂度及设计成本降低。IC设计阶段将SoC按照不同功能模块分解为多个芯粒,部分芯粒实现模块化设计并在不同芯片中重复使用,能够实现设计难度降低,且有利于后续产品迭代,加速产品上市周期。
Chiplet的运用也将大幅提高大型芯片良率的同时降低芯片制造成本。高性能计算等领域巨大运算需求推动逻辑芯片运算核心数量上升,配套SRAM容量、I/O数量随之提升。Chiplet设计分割不同功能模块进行独立制造,提升良率的同时降低不良率造成的额外制造成本。根据Linley测算,7nm方案下Chiplet良率改善0.8x,制造成本降低至传统方案的0.87倍。
图 4:Chiplet在显著提高芯片良率的同时降低制造成本
资料来源:Linley Group,信达证券研发中心
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我们认为,Chiplet的实现需要架构设计与先进封装两侧的共同作用。架构侧为实现“分”的关键,需要考虑访问频率、缓存一致性等;先进封装侧为“合”的关键,功耗、散热、整体成本为主要影响因素。
图 5:Chiplet的实现为架构设计与先进封装两侧的共同作用
资料来源:云岫资本,AMD,TSMC,Samsung,CSDN,半导体行业观察,信达证券研发中心
目前主流架构设计方案可分为两类:(1)基于功能划分多个Chiplet,通过不同Chiplet组合封装,实现不同类型产品,典型代表为Lego、AMD Zen2/3;(2)单一Chiplet包含独立完整功能集合,通过多个Chiplet组合实现性能线性增长,典型代表为Apple M1 Ultra及Intel Sappire Rapids。苹果方案通过自研封装技术堆叠两颗M1
Max芯片,两颗芯片间具备超过2.5TB/s带宽且极低延时互联能力,使M1 Ultra获得两倍算力,同时在软件层面将M1 Ultra作为完整芯片,从而不增加额外软件修改和调试负担。
表1:主流Chiplet设计方案
类型 典型代表 方案概述 图示
Lego
基于功能划分到多个Chiplets,单个Chiplet不包含完整功能集合,通过不同Chiplets组合封装实现不同类型的产品
AMD Zen 2/3
采用compute die和I/O die组合的形式进行不同Chiplets功能拆解。在compute die(CPU/AI)设计时采用先进工艺,获得顶级的算力和能效,在I/O
die设计时采用成熟工艺,在面积与先进工艺差别不大的情况下获得成本收益。并且不同的Chiplets的数量和组合形式都可以灵活搭配,从而组合出多种不同规格的云端高性能处理器产品。
采用CCD和CIOD组合的形式进行不同Chiplets功能拆解。在CCD设计时采用最先进工艺,获得顶级的算力和能效,在CIOD设计时采用成熟工艺,在面积与先进工艺差别不大的情况下获得成本收益。并且CCD本身按照两个4C8T cluster组合的形式设计,可以适应AMD从Desktop到Server的架构需求,根据场景选择CCD数量和设计对应的CIOD即可,灵活度非常高。
通过Apple自研封装技术堆叠两颗M1 Max芯片,使两颗芯片间拥有超过2.5TB/s带宽且极低延时的互联能力,使M1 Ultra直接获得两倍M1 Max算力,同时在软件层面依然可以将M1 Ultra当做一个完整芯片对待,而不会增加额外的软件修改和调试的负担。
单个Chiplet包含较为独立完整的功能集合,通过多个Chiplets级联获得性能的线性增长
Apple M1 Ultra
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通过两组镜像对称的相同架构的building blocks组合4个Chiplets,获得4倍性能和互联带宽。每个基本模块包含计算部分、memory interface部分、I/O部分。通过将上述高性能组件组成基本的building block,再通过EMIB技术进行Chiplet互联,可以获得线性性能提升和成本收益。
Intel Sappire Rapids
资料来源:中微创芯科技,半导体芯闻,复睿微,信达证券研发中心
支持Chiplet技术的主流底层封装技术目前主要由台积电、ASE、Intel主导。目前三种方案中,Intel主导的EMIB技术实现的集成度和制造良率更高,但EMIB需要封装工艺配合桥接芯片,技术门槛和复杂度较高。
表2:主流Chiplet底层封装技术
底层技术类型 方案概述
通过封装基板走线将多个芯片互联。走线距离和范围在10mm~25mm,线距线宽大约10mm量级,单条走线带宽大约10Gbit/s量级。由于MCM可以通过基板直接连接各个芯片,通常封装的成本会相对较低,但是由于走线的线距线宽比较大,封装密度相对较低,接口速率相对较低,延时相对较大。
基础CoWoS技术,可支持超高集成密度,提供不超过两倍掩膜版尺寸的硅中介层,通常用于集成HBM等高速高带宽内存芯片。
图示
MCM(Multi-Chip Module)
CoWoS-S
CoWoS
(Chip-on-Wafer-on-Substrate)
CoWoS-R
基于CoWoS-S技术引入InFO技术中的RDL,RDL 中介层具有相对机械柔韧性,增强了封装连接的可靠性,并允许新封装可以扩大其尺寸以满足更复杂的功能需求,从而有效支持多个Chiplets之间进行高速可靠互联。
在CoWoS-S和InFO技术的基础上,引入LSI技术,LSI 芯片在每个产品中可以具有多种连接架构,也可以重复用于多个产品,提供更灵活和可复用的多芯片互联架构。
使用多个嵌入式包含多个路由层的桥接芯片,同时内嵌至封装基板,达到高效和高密度的封装。由于不再使用interposer作为中间介质,可以去掉原有连接至interposer所需要的TSVs,以及由于interposer尺寸所带来的封装尺寸的限制,可以获得更好的灵活性和更高的集成度。
CoWoS-L
EMIB(Embedded Multi-die
Interconnect Bridge)
资料来源:中微创芯科技,半导体芯闻,复睿微,信达证券研发中心
Chiplet重塑传统半导体产业链,细分赛道龙头迎来破局点
高性能计算需求推动Chiplet市场空间激增,呈现异军突起之势。根据Gartner预测,基于Chiplet方案的半导体器件收入将在2024年达到505亿美元左右,2020-2024年间CAGR达98%,而用于服务器的器件销售收入为占比最大的应用终端,在2024年达到约为33%。
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图 6:2020-2024E基于Chiplet技术半导体器件销售收入及增速(百万美元,%)
6112022E2023E2024EMPU集成基带/AP分立AP/多媒体处理器yoy(右轴,%)DRAMNAND闪存其他
图 7:2024E 前五大Chiplet应用终端营收结构(%)
150%33%100%50%0%服务器,双路CPU插槽笔记本电脑高端智能手机入门级智能手机其他应用终端资料来源:Gartner,集微咨询,天天IC,信达证券研发中心
台式电脑资料来源:Gartner,集微咨询,天天IC,信达证券研发中心
中美半导体产业博弈升级下国内先进制程发展受限,Chiplet为实现弯道超车的逆境突破口之一。继《瓦森纳协议》限制国内晶圆厂对EUV光刻设备的采购后,2022年8月美国签署《芯片与科学法案》继续限制中国芯片制造业发展,国内晶圆厂在先进制程升级上受阻。此外,中国大陆部分IC设计企业被美国列入“实体清单”,无法在台积电、三星等晶圆代工厂进行先进制程代工,19Q3-22Q2,台积电对中国大陆销售比例从20%降低至12%,但当前中国大陆28nm以下制造比例仍处于较低位置。国内半导体产业在先进制程发展受限的情况下,可将Chiplet视为另一条实现性能升级的路径和产业突破口。
图 8:台积电分技术节点销售结构(%)
100%80%60%40%
图 9:台积电分地区销售结构(%)
100%80%60%40%20%0%20%22%22%21%22%17%17%15%13%12%15%12%20%0%20Q35nm28nm0.11/0.13μm20Q421Q121Q221Q321Q422Q122Q27nm40/45nm0.15/0.18μm16nm65nm0.25μm+20nm90nm北美中国大陆亚太EMEA日本资料来源:TSMC,信达证券研发中心
资料来源: TSMC,信达证券研发中心
随着Chiplet技术生态逐渐成熟,国内厂商通过自重用及自迭代利用技术的多项优势,推动各环节价值重塑。产业链优质标的将在激增需求下获得崭新业绩增长空间,我们看好IP/EDA/先进封装/第三方测试/封测设备/IC载板优质标的受益于Chiplet浪潮实现价值重估。
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图 10:Chiplet技术重塑传统半导体产业链
资料来源:云岫资本,信达证券研发中心
表3:Chiplet产业链关注标的(数据截止2022年10月27日,wind一致预期)
分类 公司
收盘价(元)
净利润(亿元)
2022E 2023E 2024E 2022E
PE
2023E 2024E 2022E
PS
2023E 2024E
IP
EDA
先进封装
第三方测试
封测设备
IC载板
芯原股份-U
概伦电子
华大九天
长电科技
通富微电
C伟测
利扬芯片
长川科技
华峰测控
兴森科技
52.51
35.06
106.62
23.36
18.56
108.30
33.50
60.13
251.19
11.98
0.95
0.49
1.90
32.44
11.30
1.61
5.65
5.96
6.98
1.80
0.67
2.58
36.75
14.34
2.09
8.51
8.14
8.84
2.88
0.93
3.51
42.78
17.60
2.52
11.59
10.80
11.21
274.63 145.38 90.72 9.42
53.21
72.11
1.20
1.24
8.71
12.69
18.75
3.39
7.27
37.10
53.34
1.07
1.02
6.96
8.89
13.66
2.71
5.70
26.48
39.91
0.95
0.86
5.62
6.78
10.37
2.20
309.99 227.22 162.77
305.24 224.70 165.15
12.82
21.83
28.57
64.28
38.38
29.01
11.31
17.21
22.04
42.69
28.09
22.89
9.72
14.01
18.23
31.35
21.18
18.05
资料来源:wind,信达证券研发中心
IC封测:测试需求快速提升,OSAT加速布局先进封装技术高地
由于Chiplet将传统SoC划分为多个单功能或多功能组合的芯粒,相较于传统方案,芯片测试、测试机需求将快速提升。根据台湾地区工研院的统计,集成电路测试成本约占设计营收的 6%-8%。2021年中国大陆测试服务市场规模在300亿元左右,全球的市场规模为892亿元,Gartner预计2025年全球测试服务市场将达到1094亿元,其中,中国市场将达到 550 亿元,占比50.3%,5年内存在超过250 亿元的巨量增长空间。
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图 11:基于Chiplet技术的方案显著提升封测需求
1600800
图 12:大陆及全球芯片测试服务市场空间预测(亿元)
612023E2025E2027E2030E资料来源:芯原股份,大象研究院,信达证券研发中心
大陆芯片测试服务市场全球芯片测试服务市场资料来源:伟测科技招股说明书,Gartner,信达证券研发中心
我们关注第三方测试行业优势供应商伟测科技,公司重点突破6nm-14nm先进制程芯片、5G射频芯片、高性能CPU、高性能计算芯片、FPGA、复杂SoC芯片等各类高端芯片的测试工艺难点,成为中国大陆各大芯片设计公司高端芯片测试的国产化替代的重要供应商之一。
图 13:伟测科技主要客户情况
图 14:2021年伟测科技前五大客户营收占比(%)
4.12%4.81%6.16%16.01%14.12%资料来源:伟测科技招股说明书,信达证券研发中心
中兴微电子资料来源:伟测科技招股说明书,信达证券研发中心
客户A晶晨股份安路科技兆易创新
先进封装方面,根据Yole,2021年先进封装市场收入达321亿美元,预计2027年将实现572亿美元,复合年增长率为10%,其中国内龙头OSAT占据重要地位,且有望伴随Chiplet浪潮迎来强势增长。
图 15:先进封装市场空间及增速预测(百万美元,%)
61000002021FOWLCSP16%14%12%10%8%6%4%2%0%2022E2023E2024EFCBGA2025EFCCSP2026ESiP2027Eyoy(右轴,%)2.5D/3D资料来源:Yole,半导体行业观察,信达证券研发中心
为了抢占先进封装技术高地,全球主要封测厂、晶圆厂和IDM厂商都加紧布局先进封装,包含OSAT、晶圆厂及IDM。其中,Foundry由于其先具有的工艺技术,在先进封装领域具备先发优势。
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表4:全球部分先进封装解决方案(2D/2.5D/3D)
先进封装方案
FOWLP
INFO
FOPLP
EMIB
CoWoS
HBM
HMC
Wide-IO
Foveros
Co-EMIB
TSMC-SoIC
X-Cube
年份
2009
2016
2017
2018
2012
2015
2012
2012
2018
2019
2020
2020
2D/2.5D/3D
2D
2D
2D
2D
2.5D
3D+2.5D
3D
3D
3D
3D+2D
3D
3D
功能密度
低
中
中
中
中
高
高
中
中
高
非常高
高
应用
智能手机、5G、AI
iphone、5G、AI
移动设备、5G、AI
Graphics、HPC
高端服务器、HPC
Graphics、HPC
高端服务器、HPC
高端智能手机
高端服务器、HPC
高端服务器、HPC
5G、AI、可穿戴或移动设备
5G、AI、可穿戴或移动设备
主要生产商
Infineon/NXP
TSMC
SAMSUNG
Intel
TSMC
AMD/NVIDIA/Hynix/Intel/SAMSUNG
Micron/SAMSUNG/IBM/ARM/MicroSoft
SAMSUNG
Intel
Intel
TSMC
SAMSUNG
资料来源:CEIA电子智造,李杨《先进封装与异构集成》,信达证券研发中心
我们总结全球主要提供Chiplet封装厂商晶圆级解决方案如下,国内龙头OSAT积极布局Chiplet相关技术,长电科技XDFOI平台以2.5D无TSV为基本技术平台,采用RDL First技术,具备成本优势,可实现2D/2.5D/3D集成;而通富微电利用次微米级硅中介层以TSV将多芯片整合于单一封装,已顺利实现7nm节点量产。
表5:全球主要提供Chiplet封装厂商解决方案汇总
公司 平台/方案 主要特点 目前公司可支持工艺节点
7nm量产,5nm完成研发即将量产
4nm
通富微电
VISionS
晶圆级TSV,利用次微米级interposer以TSV将多芯片整合于单一封装
长电科技
XDFOI
以2.5D无TSV为基本技术平台,具备成本优势,可实现2D/2.5D/3D集成
将2.5D/3D先进封装相关技术整合为3DFabric平台;前段技术3D SoIC台积电
3DFabric
利用芯片间直接铜键合,具有更小间距;后段技术2.5D方面,CoWos扩展至三种不同转接板技术,InFO将封装凸块直接连接到再分配层
X Cube
三星
I Cube
芯片互连方面使用成熟TSV工艺,目前能够将SRAM芯片堆叠在三星生产的7nm EUV工艺的逻辑芯片上
将一个或多个逻辑die和多个HBM die水平放置在硅中介层进行异构集成,支持增强热管理及稳定的电源供应
扇出封装FC排列于BGA上,具备RDL允许在多个芯片之间构建更短的die-to-die互连,能够实现封装内部多个chiplet互联
日月光
FOCoS
资料来源:各公司官网、公告等,信达证券研发中心整理
IC载板:先进封装应用对载板需求拉动显著
先进封装应用增加封装载板层数,对载板需求拉动显著。根据Prismark预测,2021-2026年全球PCB行业的复合增长率为4.8%,从产品结构而言,IC封装基板、HDI板仍将呈现优于行业的增长表现,预期2026年IC封装基板、HDI板的市场规模将分别达到214.35亿、150.12亿美元,2021-2026年的复合增长率分别为8.6%、4.9%。其中,预期2026年中国市场IC封装基板行业整体规模将达到40.19亿美元,2021-2026年复合增长率为11.6%,将高于行业平均水平。
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图 16:2021-2026E IC封装基板全球市场空间(百万美元)
25021资料来源:Prismark,兴森科技公告,信达证券研发中心
8.6%2026E
2022H1,兴森科技IC封装基板业务实现营业收入3.75亿元、同比+26.80%,实现毛利率27.16%、同比提升6.36个百分点。现有CSP封装基板产能为3.5万平方米/月,其中,广州基地2万平方米/月的产能满产满销,盈利能力保持稳定;珠海兴科项目于二季度建成1.5万平方米/月的新产能,三季度量产爬坡,受投产初期的人工成本、试生产费用等拖累,亏损3,176.04万元。FCBGA封装基板业务是公司新启动的重点投资项目,目前进展顺利,公司预计珠海FCBGA项目于年底之前完成产线建设。
EDA/IP:3D IC封装技术发展开辟国内EDA/IP新机遇
Chiplet架构下,不同芯片供应商、代工厂生产的芯粒之间需具备互操作性,对EDA/IP厂商提出了更高要求。由于国内普遍缺乏Chiplet实践经验,需要有定义完整的设计流程和配套的设计辅助工具,EDA厂商需为此提供跨平台工具,以有效地整合不同来源的芯片。另外,Chiplet生态系统也意味着不同的公司必须相互共享芯片IP,目前国内仍然十分依赖国外EDA巨头和半导体IP供应商提供的一站式解决方案。
异构集成的3D IC先进封装已经成为延续摩尔定律的最佳途径之一,使用传统的脱节的点工具和流程对设计收敛会带来巨大的挑战,而对信号、电源完整性分析的需求也随着垂直堆叠的芯片而快速增长。3D IC所需要考虑的物理因素更为复杂,对EDA工具提出了新的需求,包括IC/封装的协同优化,TSV通孔、硅中介层等的引入都会产生新的约束,需要着眼于系统整体性能进行综合;此外,不同裸片高密度细节距互连,对于布局及布线规划也需要开发新的工具以实现最优化。
我们认为,Chiplet发展下3D IC制造封装技术的兴起将开辟国内EDA/IP新机遇。目前,Chiplet主要仍为单一公司完成全系统,但未来多厂商合作的新型Chiplet模式将打破传统SoC流程,并在IP建模、互连架构分析等系统级性能、功耗、功能验证方面,提出新验证需求,实现全新的Chiplet产业结构。在这一机遇下,国内具备先发优势的厂商加快技术追赶,或将实现业绩超预期增长。
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图 17:2017-2022E国内EDA/IP市场空间及增速(亿元,%)
1420212022E市场空间(亿元)yoy(右轴,%)18%16%14%12%10%8%6%4%2%0%资料来源:国家智能传感器创新中心,中国电子报,赛迪顾问,信达证券研发中心
风险因素
Chiplet研发进展不及预期;
下游需求不及预期。
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[Table_Introduction]
研究团队简介
莫文宇,毕业于美国佛罗里达大学,电子工程硕士,2012-2022年就职于长江证券研究所,2022年入职信达证券研发中心,任副所长、电子行业首席分析师。
机构销售联系人
区域
全国销售总监
华北区销售总监
华北区销售副总监
华北区销售
华北区销售
华北区销售
华北区销售
华北区销售
华东区销售总监
华东区销售副总监
华东区销售
华东区销售
华东区销售
华东区销售
华东区销售
华东区销售
华东区销售
华东区销售
华东区销售
华东区销售
华东区销售
华南区销售总监
华南区销售副总监
华南区销售副总监
华南区销售
华南区销售
华南区销售
华南区销售
姓名
韩秋月
陈明真
阙嘉程
祁丽媛
陆禹舟
魏冲
樊荣
秘侨
杨兴
吴国
国鹏程
李若琳
朱尧
戴剑箫
方威
俞晓
李贤哲
孙僮
贾力
石明杰
曹亦兴
王留阳
陈晨
王雨霏
刘韵
胡洁颖
郑庆庆
刘莹
手机
139****6534
156****0398
185****0410
130****4933
176****9919
183****0155
155****1225
185****2185
137****3208
158****6582
156****8383
131****6887
187****3656
135****4975
187****8359
187****8223
150****7872
186****6885
159****5777
152****5608
133****8928
135****0620
159****9987
177****1880
136****5606
137****0158
135****4204
151****3256
邮箱
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分析师声明
负责本报告全部或部分内容的每一位分析师在此申明,本人具有证券投资咨询执业资格,并在中国证券业协会注册登记为证券分析师,以勤勉的职业态度,独立、客观地出具本报告;本报告所表述的所有观点准确反映了分析师本人的研究观点;本人薪酬的任何组成部分不曾与,不与,也将不会与本报告中的具体分析意见或观点直接或间接相关。
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评级说明
投资建议的比较标准
本报告采用的基准指数 :沪深300指数(以下简称基准);
时间段:报告发布之日起 6 个月内。
股票投资评级
买入:股价相对强于基准20%以上;
增持:股价相对强于基准5%~20%;
持有:股价相对基准波动在±5% 之间;
卖出:股价相对弱于基准5%以下。
行业投资评级
看好:行业指数超越基准;
中性:行业指数与基准基本持平;
看淡:行业指数弱于基准。
风险提示
证券市场是一个风险无时不在的市场。投资者在进行证券交易时存在赢利的可能,也存在亏损的风险。建议投资者应当充分深入地了解证券市场蕴含的各项风险并谨慎行事。
本报告中所述证券不一定能在所有的国家和地区向所有类型的投资者销售,投资者应当对本报告中的信息和意见进行独立评估,并应同时考量各自的投资目的、财务状况和特定需求,必要时就法律、商业、财务、税收等方面咨询专业顾问的意见。在任何情况下,信达证券不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任,投资者需自行承担风险。
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