半导体行业跟踪报告之十五：芯片设计服务空间广阔，中芯国际助力灿芯股份持续成长

一、芯片设计服务行业空间广阔 随着芯片产业在制程工艺方面的发展、芯片生命周期的缩短与设计企业数量的增加，芯片设计企业在市场竞争、开发成本、设计难度与流片风险等方面面临的挑战大幅加剧，芯片设计效率与一次流片成功率成为芯片设计公司在激烈的市场竞争中保持竞争优势的关键因素。同时随着芯片产业升级，产业链分工日益精细，集成电路设计产业的参与者逐渐细分为芯片设计公司，以及其上游的芯片设计服务公司、半导体IP供应商与EDA工具供应商等。集成电路设计服务行业属于集成电路设计产业，芯片设计服务公司在开展一站式芯片定制业务时亦需要运用覆盖芯片设计流程的完整设计技术以完成芯片设计业务并进入产品量产阶段。 芯片设计服务公司主要服务于芯片设计公司与系统厂商等客户，并满足其芯片定制需求。与芯片设计公司相比，芯片设计服务公司亦主要从事芯片设计工作，但芯片设计服务公司并不通过销售自有品牌芯片产品实现收入，而是依托自身芯片设计能力为客户提供一站式芯片定制服务，并最终形成客户品牌产品。 对于芯片设计公司而言，一方面，主流芯片设计服务公司具有半导体IP设计开发与定制能力，能够为其在设计之初提供生产工艺及半导体IP选型的完整方案；另一方面，随着晶圆代工厂在先进工艺上的设计规则越来越复杂，其与晶圆代工厂之间的技术衔接与匹配也变得越来越困难，而芯片设计服务公司基于自身核心技术及对晶圆代工厂多工艺节点的丰富设计经验，能够帮助芯片设计公司提高设计效率及流片成功率，使其能够专注于自身优势领域的拓展。 对于系统厂商而言，其往往基于芯片设计公司提供的标准化芯片产品进行系统集成、制造与销售。系统厂商虽然对于终端场景需求、产品功能有着较为深刻的理解，但由于其在芯片设计、验证、测试等方面欠缺相关技术能力与设计经验，往往无法独立开发芯片。拥有完整芯片设计能力的芯片设计服务公司能够依据其需求提供一站式芯片定制方案，助力其快速实现产品开发与迭代。 根据上海市集成电路行业协会研究显示，随着全球数据中心、智能物联网设备等领域蓬勃发展的情况下，芯片设计公司、系统厂商等对设计服务的需求有望不断上升。 2021年全球集成电路设计服务市场规模约为193亿元，自2016年以来的年均复合增长率约为10.6%。随着设计服务的需求不断增大，预计到2026年全球集成电路设计服务市场规模将达到283亿元。 经过多年发展，中国大陆已是全球最大的电子设备生产基地，也是全球最大的集成电路市场。随着5G、自动驾驶、数据中心、物联网等下游市场需求的涌现与政府良好的产业政策，中国大陆集成电路设计服务产业发展迅速。根据上海市集成电路行业协会研究显示，2021年中国大陆集成电路设计服务市场规模约为61亿元，自2016年以来的年均复合增长率约为26.8%，增速显著高于全球市场。随着本土芯片设计公司的快速发展与系统厂商芯片定制需求的增长，预计到2026年中国大陆集成电路设计服务市场规模将达到130亿元。 图表1：全球集成电路设计服务市场规模（单位：亿元） 图表2：中国大陆集成电路设计服务市场规模（单位：亿元） 根据上海市集成电路行业协会报告显示，2021年度灿芯股份占全球集成电路设计服务市场份额的4.9%，位居全球第五位。 图表3：2021年全球前五大公司市场排名和份额 图表4：创意电子（3443.TW）历史股价涨幅达数十倍（单位：新台币） 图表5：世芯电子（3661.TW）历史股价涨幅达数百倍（单位：新台币） 图表6：灿芯股份和五家竞争对手比较 二、中芯国际：中国晶圆代工龙头为灿芯股份第二大股东 中芯国际是世界领先的集成电路晶圆代工企业之一，也是中国大陆集成电路制造业领导者，拥有领先的工艺制造能力、产能优势、服务配套，向全球客户提供8英寸和12英寸晶圆代工与技术服务。 根据全球各纯晶圆代工企业最新公布的2023年销售额情况排名，中芯国际位居全球第四位，在中国大陆企业中排名第一。 除集成电路晶圆代工外，中芯国际亦致力于打造平台式的生态服务模式，为客户提供设计服务与IP支持、光掩模制造等一站式配套服务，并促进集成电路产业链的上下游协同，与产业链中各环节的合作伙伴一同为客户提供全方位的集成电路解决方案。 中芯国际2023年实现主营业务收入人民币445.93亿元，同比减少8.8%。其中，晶圆代工业务营收为人民币408.75亿元，同比减少9.8%。 2023年，28纳米超低功耗平台项目、40纳米嵌入式存储工艺汽车平台项目、4X纳米NOR Flash工艺平台项目、55纳米高压显示驱动汽车工艺平台项目等已完成研发，进入小批量试产。 图表7：中芯国际2022年和2023年集成电路晶圆制造代工收入占比 中芯国际主要子公司为中芯上海、中芯北京、中芯天津、中芯北方、中芯深圳、中芯南方、中芯京城、中芯东方及中芯西青。 图表8：中芯国际子公司 中芯国际2024Q1销售收入为17.5亿美元，环比增长4.3%；毛利率为13.7%，环比下降2.7个百分点；归属于公司的应占利润为0.72亿美元。收入拆开来看，出货179万片8英寸当量晶圆，环比增长7%，平均销售单价因产品组合变动等因素环比下降3%。 2024Q1销售收入以地区分类来看，中国、美国、欧亚区占比分别为82%、15%和3%，占比相对稳定；以服务类型分类来看，晶圆收入占比93%，其他收入占比7%；晶圆收入以应用分类来看，智能手机、电脑与平板、消费电子、互联与可穿戴、工业与汽车占比分别为31%、18%、31%、13%和7%；晶圆收入按尺寸分类来看，8英寸和12英寸收入占比分别为24%和76%。 中芯国际2024Q2销售收入预计环比增长5%~7%，毛利率预计在9%~11%。 三、灿芯股份：中国芯片服务巨头加速成长 灿芯股份是一家专注于提供一站式芯片定制服务的集成电路设计服务企业。灿芯股份定位于新一代信息技术领域，自成立至今一直致力于为客户提供高价值、差异化的芯片设计服务，并以此研发形成了以大型SoC定制设计技术与半导体IP开发技术为核心的全方位技术服务体系。 依托完善的技术体系与全面的设计服务能力，灿芯股份不断帮助客户高质量、高效率、低成本、低风险地完成芯片设计开发与量产上市。2020年1月1日~2023年6月30日，公司成功流片超过530次，其中在 65nm 及以下逻辑工艺节点成功流片超过220次，在BCD、EFLASH、HV、SOI、LCOS、EEPROM等特色工艺节点成功流片超过140次。公司为客户提供芯片设计服务最终转化为客户品牌的芯片产品被广泛应用于物联网、工业控制、消费电子、网络通信、智慧城市、高性能计算等行业。公司是国家级专精特新“小巨人”企业，并入选建议支持的国家级专精特新“小巨人”企业名单（第二批第一年）。公司凭借技术和服务的优异表现，获得了“中国半导体创新产品和技术奖”、“中国半导体市场最佳设计企业奖”、“上海市浦东新区科学技术奖”、“2021年度最具影响力IC设计企业”等多项荣誉奖项，并被权威媒体《电子工程专辑》（EE Times）评选为“全球60家最受关注的半导体初创公司”。 灿芯股份基于自身全面的芯片设计能力、深厚的半导体IP储备与丰富的项目服务经验，为客户提供一站式芯片定制服务，包括芯片定义、IP选型及授权、架构设计、逻辑设计、物理设计、设计数据校验、流片方案设计等全流程芯片设计服务。公司在为客户提供芯片设计服务后，根据客户需求可继续为其提供芯片量产服务。 灿芯股份在长期为客户提供一站式芯片定制服务的过程中，了解并捕捉到了不同行业应用领域对于半导体IP的差异化需求，并因此逐渐开发形成了一系列高性能半导体IP（YouIP），提升了公司一站式芯片定制服务的综合竞争力。 由于集成电路产业中不同行业领域客户技术禀赋、产品需求各不相同，公司基于自身核心技术可在芯片设计全流程为客户提供技术支持，并根据客户需求提供相应设计服务。从服务类型来看，公司为客户提供的一站式芯片定制服务主要可分为芯片全定制服务与芯片工程定制服务。 图表9：公司为客户提供的一站式芯片定制服务 公司具备从产品定义到流片方案设计及验证的全方面设计能力，在芯片全定制服务中能够完成产品定义、IP选型及工艺选择、架构设计与IP集成、数字电路设计及验证、模拟电路设计及验证等任意设计工作，同时关注芯片的电路实现以及物理实现；公司在芯片工程定制服务中则主要从设计数据校验环节介入并完成余下的全部设计工作，更关注芯片的物理实现，区分公司芯片全定制服务与芯片工程定制服务的分界点系设计数据校验环节。 公司2023年实现营收13.41亿元，同比增长3%，实现归母净利润1.70亿元，同比增长80%；2024Q1实现营收3.41亿元，同比下滑3%，实现归母净利润0.56亿元，同比下滑4%。在具体收入拆分方面，2023H1，公司芯片全定制服务和芯片工程定制服务分别实现营收3.69和2.98亿元，营收占比为55%和45%。 图表10：灿芯股份2019-2024Q1营收及同比增速 图表11：灿芯股份2019-2024Q1归母净利润及同比增速 图表12：灿芯股份收入拆分（单位：万元） 一站式芯片定制服务主要内容包括芯片全定制服务和芯片工程定制服务。 1）芯片全定制服务 芯片全定制服务是指公司根据客户对于芯片功能、性能、功耗、面积、应用适应性等要求，借助自身全面的芯片定制能力及丰富的设计经验，根据客户需求完成芯片定义、IP及工艺选型、架构设计、前端设计和验证、数字后端设计和验证、可测性设计、模拟电路设计和版图设计、设计数据校验、流片方案设计等设计环节，并根据客户需求提供量产服务。 同时，为了更好更快地满足客户需求，帮助客户提高一次流片成功率并缩短其产品上市时间，公司自主研发形成了由高清音视频DSP平台、物联网微控制器平台、高性能异构计算平台等一系列行业应用解决方案组成的系统级芯片设计平台，以“标准化方案+差异化设计”的模式快速满足客户在消费电子、工业控制、人工智能、智慧城市等众多领域的芯片定制需求。 2）芯片工程定制服务 芯片工程定制服务主要指公司根据客户需求，完成工艺制程及半导体IP选型、设计数据校验、IP Merge、光罩数据验证、流片方案设计及工艺裕量优化、系统性能评估及优化、封装及测试硬件设计、测试程序开发等设计服务，并根据客户需求整合晶圆代工厂与封测厂等第三方厂商资源向客户提供晶圆制造、芯片封测等量产服务。 与芯片全定制服务更为侧重于产品功能及性能的设计优化相比，在芯片工程定制服务中，公司更为关注设计数据与物理结构、工艺特性的一致性。而由于芯片设计流程较为复杂，各设计步骤间相关性较强，任一环节的设计或验证失误均有可能直接导致设计数据无法正常交付或流片失败。因此，为了降低客户设计风险与设计迭代次数，公司需要结合客户产品特性与技术需求，从工艺制程及IP选型阶段即提供技术支持，并帮助客户在关键设计节点评估设计方案成果转化风险。 基于公司芯片工程定制服务形成的客户产品已被广泛应用于物联网、高性能计算与工业互联网等关键场景。 一般而言，工艺制程越小、在同一面积晶圆片上可集成的晶体管越多、集成度越高，应用先进工艺制程的芯片往往设计规模较大、设计密度更高、功能更复杂，因此导致设计难度更高。公司拥有基于中国大陆自主先进工艺进行芯片定制的能力。2020年1月1日~2023年6月30日，公司芯片定制项目主要集中在 65nm 及以下工艺节点，且 65nm 及以下工艺节点收入呈现整体上升趋势。 从制程工艺来看，公司具备中国大陆自主先进工艺的设计能力并在先进工艺实现自研高速接口IP及高性能模拟IP布局。作为全球第五大、境内第二大芯片设计服务企业，公司紧跟自主先进工艺的发展进行芯片设计，是境内少数具有先进工艺全流程设计能力并有成功芯片定制经验的企业。 同时，除先进逻辑工艺设计能力外，公司还具备覆盖高压工艺、非挥发性存储器工艺、微电子和光电子集成工艺等先进特色工艺设计能力。特色工艺不完全依赖缩小晶体管特征尺寸，而是聚焦新材料、新结构、新器件的研发与运用以满足现实世界不同的