中芯國際（上）：論龍頭的攻 “芯” 術

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2020，中芯國際乘着科創板的東風回大 A 上市。作為中國大陸最知名的晶圓製造公司，中芯國際擁有領先生產能力和工藝製程能力，揹負着半導體行業期待和願景的同時，也讓公司身處在中美科技摩擦的最前沿。

近年來，“中美摩擦”、“美方制裁” 等內容頻繁出現於公眾的視線中，而處在第一線的便是華為和中芯國際。

先是華為，2020 年 5 月 15 日美國商務部進行對華為芯片供應的許可管制；接着 8 月 17 進一步限制華為芯片的採購，並於 9 月 15 日開始生效。

對於中芯國際，特朗普政府將它加入實體清單中，特別限制 10nm 及以下先進工藝所需的設備採購；拜登政府簽署行政命令，延續對中芯國際限制實體的認定。

幾輪國際較量下來，中芯國際業績和明顯受損，進而壓制資本市場表現。譬如在業績上，華為此前是公司大客户，一度給中芯國際貢獻了 20% 以上的營收額。

隨着去年 9 月中旬華為限制令的生效，華為趕在生效日前大幅拉貨，提高採購量。對應中芯國際的業績，公司 14/28nm（華為主採製程段）的收入佔比在三季度大幅提升，之後一個季度再嚴重下滑，毛利率也同樣在 Q4 出現較大幅度的下滑。受美國實體清單影響，中芯國際客户和產能結構都發生了調整。

數據來源：公司公告，海豚投研

而體現在資本市場走勢上，中芯國際與制裁、國際關係預期強相關（如下），今年六月在對待中芯國際上，拜登確定性延續前任政策，對中芯國際執行雙清單限制後，中芯國際並沒有體現出國內同行應有的上漲彈性，整體表現持續低迷。

數據來源：Wind，海豚投研

而海豚君對於中芯國際的系列研究，希望通過分析行業情況、中芯地位和競爭展望，去嘗試理解中芯國際會持續 “趴着”，還是有反轉的機會。

為了回答這個問題，海豚君主要關心以下幾個問題：

1、中芯國際的競爭優勢到底在哪裏？

2、晶圓製造擴產的投入產出到底有多少？

3、中芯國際的投資價值及估值如何判斷？

一、中芯國際：芯芯之火，漸趨起勢

中芯國際創立於逆境之中，從 2002 年第一條 8 寸線量產，到 2005 年第一條 12 寸線量產，再到目前上海、深圳、北京等多條 8 寸/12 寸晶圓產線。

20 年下來，在製程工藝上，它佈局了 14nm-0.35um 的各節點製程；
產能上一共建有 3 座 8 寸晶圓廠、4 座 12 寸晶圓廠。其中 8 寸產能共計約 27 萬片/月，12 寸產能共計約 11.8 萬片/月，總產能逾 54 萬片/月（摺合 8 寸）。
在 2021Q1 的全球晶圓代工廠營收中，中芯國際實現 11.04 億美元，全球排名第 5，中國大陸排名第 1。

整體無論是節點佈局、產能體量還是創收規模，都是當之無愧的國內行業一哥。

在具體的收入構成上：中芯國際核心是晶圓業務、另外附帶晶圓相關的光罩製造&晶圓測試及其他收入構成。

晶圓業務中涵蓋 8 寸晶圓產線、12 寸晶圓產線以及先進製程晶圓產線。光罩製造、晶圓測試及其他收入中涵蓋設計服務與 IP 支持、光掩模製造和凸塊加工及測試。

數據來源：公司公告，海豚投研

目前的業務結構中，晶圓業務佔比 90% 上下，光罩製造、晶圓測試及其他收入的收入佔比相對較小。

而在晶圓業務按尺寸細分，8 寸晶圓營收佔比雖有下滑但仍有 40% 以上，12 寸晶圓受益於國內客户合作的推進，佔比達到 54%；先進製程端實現了量產突破。

1）8 寸晶圓產線主要有上海 Fab S1、天津 Fab7 以及深圳 Fab15 產線，其產品主要面向 0.11/0.13um、0.15/0.18um 和 0.25um/0.35um。

8 寸晶圓適用領域主要有功率器件（常用於汽車和工業應用等領域）、PMIC、LED 驅動等模擬 IC、智能卡芯片等領域；

2）12 寸晶圓產線主要有上海 Fab S2、北京 Fab B1、深圳 Fab16 以及中芯北方 Fab B2 和 B3，產品主要是面向 90nm 及以下製程工藝。

12 寸晶圓適用領域主要有 Nor Flash、CIS、WiFi 藍牙芯片等射頻 IC、機頂盒芯片、可穿戴 AP 等領域；

3）先進製程產線，主要佈局於中芯南方，主要面向 14nm 及以下的工藝節點。先進製程晶圓產品主要適用領域有 GPU、FPGA、礦機 ASIC、平板 AP 等領域。

數據來源：公司公告，海豚投研

以上產業佈局，很多人可能還是很難理解背後的意味。海豚君這裏就介紹晶圓的尺寸演進路徑。

從產品演進路徑來看，在摩爾定律的影響下，集成電路的集成度只會一路上行。提升集成電路集成度的方式主要有增大芯片面積、縮小器件特徵尺寸、改進電路及結構設計等措施。

增大芯片面積：生產電路用的硅片直徑的不斷增大，導致生產效率大幅度提高，主流硅片的直徑尺寸已達到 12 英寸；
縮小器件特徵尺寸：加工精度、自動化程度和可靠性的提高。
晶圓尺寸的擴大，提升了生產效率：由於硅片外圍存在不平整和缺陷，主要利用晶圓片中間部分，硅片直徑從 200mm（8 寸晶圓）到 300mm（12 寸），單硅片上可用面積更大，一片晶圓可生產的芯片越多，可以提升效率降低成本。

同時設備成本和時間成本，減緩了晶圓尺寸邁向 18 英寸的腳步。雖然 450mm 晶圓的面積是 300mm 的 2 倍多，但生產時間上要遠大於 2 倍時長。

SEMI 曾預測每個 450mm 晶圓廠將耗資 100 億美元，但單位面積芯片成本只下降 8%。高額的資金壓力，以及並不顯著的良率和效率的提升，使得行業減緩了向 450mm 邁進的步伐。

數據來源：海豚投研

二、中芯國際如何擔得起 “行業一哥”？

以上從產線、製程佈局和營收體量上可以清晰得看到中芯國際在國內的一哥地位。但是這個地位是如何形成的，對於我們理解未來中芯地位的持續性至關重要。要回答這個問題，我們就先看一下國內半導體目前的行業情況。

國內市場：嚴重的供不應求

需求側：中國坐擁全球半導體最大的半導體銷售市場。2021Q1，中國半導體銷售規模達到 434 億美元，全球佔比達 35%。2016 至今，中國半導體銷售市場長期佔有 30% 以上的份額；

供給側：晶圓製造市場中，中國地區的佔比呈現逐年上升的態勢，從 2015 年不到 10% 的市佔率提升至 2020 年的 15%。雖然中國晶圓製造全球佔有率提升，但仍低於中國台灣、韓國、日本等地區，僅列第 4。

在全球 35% 的半導體銷售市場中，中國地區內僅僅供應全球 15% 的晶圓，中國市場存在巨大的供需缺口。

更甚的是，即使是中國地區製造的晶圓，也有 60% 以上的產能其實是由外資在國內建廠來貢獻的，中國本土企業的產能只佔不到 40% 左右。

數據來源：Wind，IC Sights，波士頓諮詢，海豚投研

2.2 行業壁壘，構築國內龍頭優勢

在國內供給不足的情況下，工藝領頭、產能第一、資金准入壁壘高等，在海豚君看來，構成了中芯國際在國內的相對龍頭優勢。具體來看：

1）晶圓製程工藝端

全球晶圓廠的製程工藝一直由英特爾、台積電、三星等一線廠商引領，中芯國際於 2006 年首次開始生產 90nm 工藝生產，而在此的前一年英特爾和聯電已經產出了 65nm 芯片。

此後中芯國際開始了工藝製程的追趕。公司在陸續突破 65nm/45nm/28nm 製程節點後，2019 年實現 14nm 的成功量產，工藝研發上不斷追趕一線廠商的步伐。

目前僅有 3 家晶圓廠能進行 10nm 以下的工藝製程，聯電於 2018 年就宣佈放棄 12nm 及以下的投資。2020 年中芯國際完成了 N+1 先進工藝的芯片流片和測試。

將中芯國際的 N+1 工藝和 14nm 相比，性能方面提升 20%、功耗降低 57%、邏輯面積縮小 63%，SoC 面積縮小 55%。而 7nm 性能的市場基準大約比 14nm 提升 35%，N+1 工藝低於市場基準，大約類似於台積電、三星的 10nm。

來源：各大官網，海豚投研整理

中芯國際是中國大陸首家提供 14nm 技術節點的晶圓代工企業，同時也是中國大陸技術最先進、覆蓋技術節點最廣的晶圓代工企業。

在中國大陸的晶圓製造技術演進中，中芯國際一直引領着整個行業，在 0.18/0.15um、0.13/0.11um、90nm、65/55nm、45/40nm 和 28nm 都實現了中國大陸第一的突破。

國內第二的華虹集團於 2019 年量產突破 28nm 工藝節點，時間上落後於中芯國際，兩者在工藝研發的差距大約有 3 年左右。

從中芯國際與全球一線廠商的追趕歷程來看，中芯國際在製程工藝方面的領先構築了大陸晶圓代工的技術壁壘。

2）產能規模端

中芯國際從 2002 年建立第一條 8 寸線開始，開啓了產能的擴充之路。在不到 20 年的發展時間內，中芯國際的月產能從 3 萬片（等效 8 寸片）成長至 2021Q1 的 54 萬片月產能（等效 8 寸片），產能規模增長了將近 20 倍。

公司產能規模遙遙領先於國內其他廠商，已經成為中國大陸晶圓代工行業的標杆龍頭。

來源：公司公告，海豚投研

經歷多年的技術研發以及產能擴充，中芯國際的地位迅速上升。在今年一季度的全球晶圓代工廠中，中芯國際位列前五，並於第 6 位廠商拉開顯著差距。

從規模上看，台積電和三星處於晶圓代工廠的第一梯隊，而中芯國際、聯電和格芯市佔率分別為 5%、7% 和 6%，處於第二梯隊，不斷追趕晶圓製造領先廠商。

而在中國大陸，中芯國際的規模處於遙遙領先的位置。同樣，在一季度的晶圓代工廠收入中，大陸僅有 2 家廠商進入榜單的 top 10，中芯國際和華虹半導體，其中中芯國際的收入體量已經是華虹半導體的 3 倍有餘。

從國內主要晶圓代工廠的產能情況來看，中芯國際的產能構成只有 12 寸和 8 寸，並且 12 寸晶圓佔比已達 50% 以上。而華虹半導體雖然也有 12 寸晶圓，但是產能佔比仍較小。華潤微和上海先進的產能集中在 8 寸和 6 寸晶圓。

以等效 8 寸片來計，中芯國際的晶圓總產能大於華虹半導體、華潤微、上海先進的三家總和，產能規模在中國大陸絕對領先。

來源：IC Sight，各大官網及資料整理，海豚投研

3）資金壁壘端

晶圓製造行業還具有明顯的高資金壁壘特點。國內主要晶圓代工廠目前量產 12 寸晶圓的有中芯國際和華虹半導體。

12 寸晶圓主要用於 90nm 以下的製程工藝，即使是 90nm 製程產線，每5 萬片的產能對應的設備投資就需要 21.34 億美元，對行業中其他公司構建了高資金門檻。同時隨着製程工藝的演進，越先進的晶圓產線對產線的設備投資額有更高的需求。

目前中芯國際在製程工藝端遙遙領先大陸其他晶圓代工廠，在先進工藝研發上也至少領先華虹 3 年。而在 14/16nm 上的投資承受鉅額的設備投資，每 5 萬片晶圓產能需要的設備投資將達 62.72 億美元。

來源：中芯國際招股書，海豚投研

製程工藝的領先、產能的絕對優勢以及高資金壁壘，構建了中芯國際在中國大陸的龍頭地位。目前中國大陸晶圓代工廠的 12 寸晶圓產能大多數都來自於中芯國際，如果其他廠商想進入或擴產，都將面臨每 5 萬片產能對應 30 億美元的設備投資，高額的資金壁壘減緩了其他廠商進入的步伐，構建了中國大陸第一晶圓代工廠的優勢地位。

通過近 20 年的工藝研發以及產能擴充，中芯國際已經形成了從 14nm-0.35um 各製程節點的量產能力，90nm 及以下的工藝製程佔比呈現逐步上升的態勢。

相對先進工藝製程的佔比提升，對應的資金門檻進一步提高，中芯國際在發展中鞏固自身的領先地位。

來源：公司公告，海豚投研

三、晶圓擴產情況

晶圓產線的擴產大約都在 2 年左右，其中大致要經歷編制可行性報告、確定資金籌措方案、設備佈置工程設計、採購設備、人員技術培訓、生產設備搬入、生產線安裝調試、投產準備和試生產以及批量生產環節。

“華虹七廠於 2018 年 3 月啓動建設，同年實現主廠房結構封頂，2019 年 6 月首批光刻機順利搬入，9 月已完成 1 萬片產能所需的設備安裝和調試，2019 年年內實現量產。同樣士蘭集昕 8 英寸集成電路芯片一期的執行期 2019 年 1 月到 2020 年 12 月。“

結合這兩家情況來看，建廠執行到量產至少一年到一年半，再加上前期的規劃、設計與採購，兩年屬合理判斷。

根據 IBS 的數據，擴產 1 千片晶圓，14nm 需要投入 1.2 美元；28-90nm 大約需要 6.5 千萬美元，90nm 以上大約需要 1 千萬美元。

超長的建設週期 + 超高的資金投入，導致這個行業的准入壁壘和追趕壁壘均較高，而且產能擴張期和需求擴張期很容易錯配，導致整個行業呈現出典型的週期性。

從投入產出比上來看，結合 14nm、28-90nm、90nm 以上產品的出貨均價情況，測算出 14nm/28-90nm/90nm 以上的產能擴充的投入產出比分別約為 40%/30%/60%。

即使是相對成熟的製程，不算材料人工製造等其他成本，僅僅設備的回本週期都長達 2-4 年，這種投資不僅是資金問題，還需要有前瞻和判斷。

來源：BSI，行業數據整理，海豚投研

中芯國際招股書中有公司 “12 英寸芯片 SN1 項目 “，總投資 90.59 億美元，規劃月產能 3.5 萬片。由於 SN1 項目面向 14nm 及以下的先進工藝，此前已類比公司的 N+1 技術大致為市場的 10nm 技術。

由於 10nm 的技術要求更高，所以所需要的設備投資等支出都將提升。假設每片出貨價格 4000 美元，那麼 3.5 萬片達產後對應的年產出約為 16.8 億美元，對應的投入產出比約為 18.54%。

先進工藝製程的擴產不一定有較高的投入產出比，同時由於新增擴產的緣故帶來公司折舊增加從而影響公司當下的毛利率水平。但是更先進工藝製程的擴產能顯著提升公司晶圓出貨 ASP 水平，為公司未來的中長期發展做了鋪墊。

在剔除掉折舊影響後的毛利水平（出貨均價 - 其他製造費），更先進工藝產能方面明顯高於原有產能，併為公司中長期的毛利率提升奠定基礎。

中芯國際在製程工藝佈局上領先於華虹半導體，從 2020 四季度的數據中看，在剔除掉折舊後中芯國際的毛利率水平明顯高於華虹半導體。

來源：公司公告，海豚投研

四、總結

本篇海豚君主要帶大家梳理了中芯國際各業務線的情況、高壁壘構築中芯國際的優勢地位以及晶圓製造擴產的投入產出情況。

中芯國際的收入來源主要來自於晶圓製造，其中 8 寸晶圓和 12 寸晶圓大約都有 50% 的佔比情況。12 寸方面，近年來中芯國際在先進製程的投入獲得了量產突破。

製程工藝的領先、產能的絕對優勢以及高資金壁壘，構建了中芯國際在中國大陸的龍頭優勢：a. 中芯國際的 N+1 製程的流片突破，在製程工藝上緊追全球第一梯隊廠商，遙遙領先於中國大陸其他廠商。

b. 中芯國際的產能規模已經達到全球位列第二梯隊，大於中國大陸主要晶圓代工廠的產能總和。

c. 12 寸晶圓製造端的高額支出，構建了高資金壁壘，鞏固中芯國際在中國大陸的長期以來的龍頭地位。

d. 晶圓製造的擴產往往需要 2 年的時間，越為先進的製程產線，越是需要高額的資本支出。相同產能的產線，14nm 的資本投入是 90nm 以上產線的 10 倍以上。

從投入產出比的角度看，14nm 及先進製程產線的投入產出比並不突出，但為公司中長期發展和盈利水平提升奠定基礎。

下篇海豚君將主要解決第三個問題中芯國際的投資價值和估值判斷。