芯片失效分析赵工 半导体工程师 2022-07-22 8:28
市场表现
目前，半导体企业市值回归理性，护城河深的企业仍受青睐。
过去一年，二级市场半导体企业市值犹如过山车：从2021年中开始，半导体公司业绩因全球半导体产业“缺芯”而高速增长，股价也随之大涨；但是，从2021年底开始，半导体公司市值普遍开始下滑，一路大跌，跌到了今年的 4 月份；从 4 月份开始，股价又开始继续回升，尤其是设备、材料和设计领域，这些公司的市值基本回到了去年年底的水平。
今年 4 月份之前，新闻媒体很关注的是半导体上市新股破发的现象。今年 1 到 4 月上市的 14 支半导体新股中有 7 支首日破发，未盈利的企业 100% 会破发。但是从 5 月份开始，半导体的新股就基本没有出现破发的情况了，整体股价还是回归理性，而且有一些稀缺性高和盈利能力很强的公司是逆势增长的，比如拓荆科技、纳芯微和龙芯中科，纳芯微最新的市值已经超过 400 亿。
另外，半导体企业上市非常活跃，推高了科创板的筹资额。今年上半年科创板 54 家 IPO 企业里面，半导体占到了1/3。科创板整体的募资额首次超过了主板。从细分领域来看，科创板的半导体公司有一半是设计公司，设备和材料也占到较高份额。
从一级市场来看，据IT桔子统计，今年上半年，半导体行业完成318起投融资交易，融资规模近800亿元人民币，可见投资热度依旧。从下游市场来看，则是冰火两重天，智能手机出货量预计下降严重，而新能源汽车出货量将高速增长，带动汽车芯片规模扩大，如今汽车缺芯仍非常严重。
总结来看，未来半导体投资要关注三个热点：第一个热点是汽车芯片，一方面，智能汽车出货量增长带来新增汽车芯片需求，另一方面，中国汽车供应链需要国产芯片，带来了国产芯片需求增长。第二个热点是Chiplet，它是摩尔定律放缓带来的产业革命和技术革命。第三个热点是半导体设备和材料，其国产化率还非常低，有很大的国产高端产品替代的机会。
汽车芯片
如今，中国汽车行业发生了非常大的变化，整体销量从下降转为增长，而且国产自主品牌比例大幅增加。今年上半年，新能源乘用车销量前 15 大厂商中有 12 家都是自主品牌。这些自主品牌汽车销量的高速增长会带来供应链的国产化，而供应链国产化对中国的芯片公司是一个巨大的利好。
自动驾驶芯片是智能汽车的大脑。随着汽车电子电气架构从分布式架构转向中央计算式架构、传感器数量不断增加、车企陆续推出很多软件订阅服务以增加收入，车企开始通过预埋硬件来满足汽车全生命周期产品升级的需求。主流的车企都配置了大算力自动驾驶芯片，最高算力已超过 1000 TOPS，主流算力在 400-500 TOPS，特斯拉是 144 TOPS。
另外，异构 SoC 会成为自动驾驶芯片架构主流。SoC 芯片包括 CPU、GPU、XPU及其他功能模块，异构IP配置是自动驾驶SoC芯片的核心，芯片厂商力争不断加强核心IP自研能力以提高竞争力，不断追求更大算力、更高带宽、更低功耗、丰富的外设和开放的生态。
英伟达是自动驾驶芯片的头部玩家，很多汽车选用了英伟达的芯片。华为已开始给关系紧密车厂供货。值得注意的是，地平线的芯片出货量在高速增长，目前有将近 50 个车型都使用了地平线的芯片，这也说明在智能汽车出货增长与全球汽车缺芯的情况下，这个赛道有机会出现营收高速增长的芯片巨头。
智能座舱如今已成为消费者购车的重要考量，用户购车前五大因素中，第三个就是智能科技。座舱智能科技配置在新车中的渗透率是逐渐增长的，且中国市场高于全球。各种与智能座舱相关的功能，车联网导航、道路救援、远程启动、全液晶仪表盘、 OTA 升级等等都已经有非常高的渗透率。
智能座舱芯片对算力的要求也在逐渐提升，手机芯片厂商相较于传统汽车芯片厂商具有迭代速度快、AI性能强等优势，快速主导智能座舱SoC芯片市场，目前高通 8155、8195 还有 8295 是市场选择的主流，国产芯片也在奋起直追。从性能来看，高通和华为智能座舱芯片的性能是非常强的。
另外，汽车不同位置会用到 8 位、16位和 32 位 MCU，由于供应紧张，MCU在2021年的平均销售价格上涨12%，现在虽有所缓解，但需求仍居高不下，未来 32 位 MCU 机遇很大。
目前，国内的汽车 MCU 厂商市占率还非常低，市场还存在巨大的国产替代空间，国内上市公司兆易创新、非上市公司芯旺微等表现出色，未来将继续向汽车中更高端的领域突破。
模拟芯片市场规模巨大。过去主要是消费电子驱动，但是未来汽车电子会是模拟芯片市场增长的主要驱动因素。
车规级模拟芯片的壁垒非常高，芯片供应商需要形成良性循环。全球最大的两家模拟芯片厂商 TI 和 ADI 产品种类有几万种，而国内厂商产品种类还比较少。并且车规模拟芯片验证周期长，要求很严苛，因此汽车模拟芯片壁垒非常高。但是一旦能够形成良性循环，这些车厂未来不管是收入还是毛利，增长都是非常确定的。所以我们可以看到二级市场车规芯片公司的市盈率都非常高，如斯达半导体、纳芯微等，其核心还是护城河很深，未来的市场空间很大，想象空间就很大。
汽车传感器种类繁多。首先来看图像传感器，汽车智能化推动了汽车 CIS 需求，新能源品牌旗舰车中使用的 CIS 数量最多可达到 15 颗。CIS 数量增加以及单颗芯片分辨率提高推动市场高速增长。
手机和汽车 CIS 的区别在于，手机追求的是高像素，而汽车追求的是稳定性和安全性。所以在单价上，汽车 CIS 要比手机 CIS 高一倍以上。并且汽车 CIS 的产能缺口也非常大，预计到 2025 年还有三倍的产能缺口。
激光雷达是汽车传感器非常重要的一部分。近年来，激光雷达加速上车，21年只有少数车型搭载激光雷达，到了2022 年，很多高端车型都搭载了激光雷达，但是总体的渗透率还是不到3%，激光雷达市场未来仍有高速增长的空间。
从技术路径来看，激光雷达可以分成机械式、半固态和固态三类，他们各有优缺点。目前主流方案是半固态激光雷达，未来固态激光雷达还是有很多机会，但是要解决很多基础问题。
从激光雷达结构拆解可以看到，激光器和探测器是激光雷达的关键部件，激光器有EEL、VCSEL、光纤激光器三类主要方案，探测器有PD、APD、SPAD三类主要方案，目前市场应用仍以APD为主，SPAD有望实现更远的探测距离，但是存在点云噪声、高温性能减弱等问题有待解决。
另外，毫米波雷达也是一个热点，今年的热点其实还是在 4D 毫米成像。一些高端自动驾驶汽车都会配 4D 毫米“波”成像，尤其像特斯拉的全视觉方案是不配激光雷达的，但是未来如果自动驾驶的要求变得更高，需要更多信息输入的话，4D 毫米波成像会是一个比较好的选择。毫米波雷达芯片有巨大的国产化空间，目前这类芯片还是国外厂商供应为主。
另外，磁传感器也在汽车中的关键位置发挥巨大作用，芯片占据磁传感器60%以上成本，供应商以国外厂商为主，仍有很大的国产替代空间。
MEMS 传感器在车内应用也很广泛，如压力传感器、加速度计、陀螺仪、温度计、湿度计等，因MEMS传感器具有特殊结构，IDM成为MEMS传感器厂商的主流模式。
车载以太网正成为新一代的汽车通信网络，传统的 CAN 总线通信速率在 1 Mb/s，而车载以太网的通信速率可以达到 1000 Mb/s以上。高传输速率对传输大量传感器数据和中控数据帮助非常大，以太网芯片需求随之增长。
同时，汽车存储需求也随着汽车数据量的增加而增加，存储芯片市场也在高速增长，国内存储龙头积极突破。
汽车今年另外一个投资热点是功率半导体。竞争格局来看，全球前五大厂商市场份额占了70%，其中没有一家是中国厂商，中国功率半导体企业的想象空间是非常大的。功率半导体企业需要具备设计、制造和封装全方位的技术能力，因此IDM模式是突破技术壁垒的关键。二级市场的士兰微、斯达半导体等公司市值和市盈率都很高，他们在汽车上的业务进展也很快。
碳化硅是未来汽车功率半导体重要的发展方向，最近一年，很多车厂都积极采用碳化硅器件，未来碳化硅器件的用量会越来越大。从 2021 年到 2027 年，全球碳化硅功率器件的市场规模会增长477%。
碳化硅整个产业链中，除了芯片设计之外，衬底和外延的投资机会非常大，衬底占产业链规模47%，外延占23%。衬底逐步向大尺寸突破，从 6 寸转到 8 寸，量率也要逐步提升，另外国内产能扩张积极，中国大陆在建和已建成项目总投资超过 300 亿人民币，规划每年 200 万片的产能。
汽车芯片相关标的，SoC如芯砺智能、爱芯元智、地平线都是头部厂商， MCU如芯旺微表现出色，传感器芯片中光大芯业发展迅速。
Chiplet
Chiplet是半导体的产业革命。摩尔定律在逐渐失效，很难看清未来先进制程会再如何演进，而先进封装技术的演进更容易落地，在未来 15 年的规划清晰。全球大型半导体公司已经把先进封装作为一个重点发展方向，比如英特尔推出了 IDM 2.0 战略，战略指出未来一半研发投入要放在先进封装上，计划通过 Chiplet技术打造产业新生态。Chiplet 能有效减小芯片面积，提升制造良率，降低成本，是后摩尔时代半导体产业的最优解。
Chiplet 设计的核心思想是先分后合。“分”是指先解决怎么把大规模芯片拆分好，架构设计是“分”的关键，需要考虑访问频率，缓存一致性等。“合”是指将功能比较重要的部分合成一颗芯片，先进封装是“合”的关键，需要考虑功耗、散热、成本等。每款用Chiplet技术实现的大芯片一定是两者共同作用的产物。
国际巨头相继布局 Chiplet，标准协议是其中的重要部分，今年 UCIe 标准的推出对Chiplet行业起到了非常大的推动作用，各大厂商可以用同一个协议快速迭代。未来Chiplet 产业会逐渐成熟，形成包括互联接口、架构设计、制造和先进封装的完整产业链，中国厂商面临巨大发展机遇。
Chiplet技术诞生的初衷是为了节约大芯片制造综合成本，但小芯片的形式还带来了快速迭代和高可扩展的好处，这些好处都会加速Chiplet生态的完善和发展，而更开放和发达的生态又可以反过来作为其发展的支撑。
放眼未来，随着Chiplet技术的生态逐渐走向成熟，半导体产业将会迎来一次革命。短期内，各Chiplet厂商会“各自为营”地通过自重用和自迭代利用这项技术的多项优势，而在接口、协议、工艺都更加开放和成熟的未来，产业链的各环节都将迎来换血，“晶体管级复用”的新时代正向我们走来。
国内公司如超摩科技、芯砺智能、赛昉科技等在Chiplet领域发展迅速。
半导体设备和材料
设备和材料是半导体产业链的关键上游，随着半导体制造市场的增长而增长。中芯国际今年会投入 50 亿美元在半导体制造上，而台积电会投入 300 亿美元，三星也有 300 亿美元的资本支出。当前半导体设备的国产化率还非常低，而中国大陆半导体制造占全球比重很高，因此半导体设备还有很大的国产替代空间。
第三代半导体的快速增长也带来了相关设备投资的窗口。衬底和外延占据三代半价值量制高点，相应的衬底制造设备和外延生长设备具备投资价值。
半导体材料国产化率仍然很低。虽然大硅片在国内已经有一些头部公司和上市公司，但是电子气体作为第二大半导体材料，国内头部公司稀缺，尤其是市场最大的电子大宗气体，国产化率还很低，宏芯气体作为国内电子大宗气体龙头企业，近年来发展迅速。
2022年展望
云岫资本对于 2022 年中国半导体投资有如下观点：首先，智能汽车是中国半导体巨大的市场机遇，电动汽车出货量前 15 家有12 家是自主品牌，他们会带动国产供应链，给国产芯片带来巨大市场机遇。第二，摩尔定律放缓，Chiplet是半导体产业的革命，未来半导体产业继续向前推进的功劳将来自先进封装和 Chiplet。第三，半导体设备和材料在高端领域有巨大的国产替代机会，这些领域国产化率都很低，但是对国家和半导体产业链都很重要。
在半导体这波大潮之前，中国半导体在全球还很落后，创新领域都由国外大厂主导，而如今面对创新领域，中国厂商和国外厂商处在同一起跑线，相差不远。比如在智能汽车领域，中国出现了一批专业的半导体团队，以及大量的资金支持，使得中国半导体也在智能汽车芯片领域出现了地平线等龙头企业，这些公司的产品已经可以和国外厂商同台竞争了。2021 年全球增速最快的 20 家芯片公司中，19家来自中国，所以依托中国的巨大市场和全球顶级的团队，未来中国芯片设计公司会迎来一个长期的高速增长，而且会不断地涌现出优质的创业公司。
来源：IC咖啡
