手机芯片行业研究报告.docx

1、手机芯片行业研究报告金地毯手机芯片行业研究报告摘要：在手机芯片行业按照生产工序可以分为芯片架构，芯片设计，晶圆制造，封装测试四个领域，每个领域的市场格局各不相同。在手机芯片行业中，两种商业模式IDM与垂直代工并存。目前，国内手机芯片行业已经进入成熟期，但由于消费升级以及海外市场的扩张，手机芯片行业仍能保持增长。由于先进制程的换代，手机芯片代工产能变得紧张，给了国内厂商更多机会。在成熟期的背景下，市场结构发生变化，行业下游终端厂商开始打造自研芯片整合资源。在制程工艺技术方面，28纳米将长时间保持主流。在将来的5G时代，手机芯片将会不断发展。结合行业背景以及国家产业大基金，金地毯建议重点关注晶圆制

2、造以及虚拟IDM产业整合两个领域作为投资重点。1.手机芯片行业的定义芯片（chip）是集成电路的载体，由硅晶圆切割而成，负责电子设备中存储与运算的功能，是电子产品的大脑。目前市场上主流的手机芯片大体上由4个基本部分组成：（1）基带处理芯片（BP）。负责通信过程中数字信号（在手机内部的电路中传输）与模拟信号（声音）之间的转换，是通信技术中最复杂的部分之一。（2）射频芯片（RF）。负责基带信号与射频信号（电磁波）之间的接收与发射。（3）中央处理单元（CPU）负责命令的执行，运行所有与用户交互的软件或应用。其性能直接决定了手机软件的运行速度。（4）图像处理芯片（GPU）负责图像的处理与显示，其性能决

3、定了游戏与视频播放的速度与画面质量。此外，手机中其他功能也会有对应的应用处理芯片（AP），例如：指纹识别，图像处理，加速度测量等等。手机芯片行业按照产品流程，可以分为四大领域：IC设计，晶圆制造以及封装测试。在后三个环节，设备以及材料费用构成成了主要部分。晶圆制造消耗了绝大数的制造成本。2015年晶圆制造所需设备费用为287.8亿美元，占芯片制造全部设备费用的79%。1.1行业格局现状1.1.1芯片架构设计ARM一家独大目前全球共有三家公司从事芯片架构设计以及指令集研发，分别是ARM，Intel，Mips公司。而市场占有率最大的是ARM公司，凭借着其ARM简单指令集的低成本，低能耗的特点，几乎

4、全部占领了手机芯片市场。2015年ARM公司全年营收达到14.89亿美元。根据ARM2015年财报显示，截止到2015年全球包括高通、三星、联发科等在内的全球1384家移动芯片制造商都采用了ARM的架构，全球有超过85%的智能手机以及移动PC端都在使用ARM的处理器。2016年第一季度，ARM实现营收3.98亿美元，利润增长14%至1.98亿美元，预期2016年全年营收可达到16.5亿美元。与之相比，国内公司在这一领域的占有率不足3%。故在该领域主要介绍ARM公司。ARM公司本身并不做芯片的设计以及制造，它主要通过向下游芯片设计商授权芯片指令集以及架构的知识产权以收取少量专利费用。其授权模式主

5、要有两种：其一是ARM指令集授权。指令集是存储在CPU内部的中央处理器命令集合，对CPU运算进行指导和优化的硬程序。苹果、高通等公司通过ARM的授权实现了自主研发的芯片架构Swift以及Krait；另一种授权模式则被更多的下游手机处理器厂商采用，即是CPU内核设计方案授权。华为，联发科（MTK）等芯片厂商在此基础上添加应用处理系统（AP）即可设计出完整的SoC系统。简单的说：架构即是框架、构图。标示着芯片内部的结构和各部分是如何协调工作的，其指令集，简单的说就是芯片指挥说的话（命令）。架构一直是手机芯片设计的底层，尽管利润不是最高，但在行业中的地位却最重要，因为在指令集和授权架构的基础上，下游

6、手机中央处理器厂商才能构建自己的芯片设计方案。不像多数芯片厂商直接去生产芯片，ARM是通过制定芯片规则来生存，这种独特的商业模式既成就了ARM在移动互联网时代的垄断地位，又给其带来了丰厚又稳定的盈利收入。1.1.2逻辑、电路、图形设计群雄并起对于手机芯片行业，技术、资金、规模是其发展的三大要素，这已经在PC芯片领域得到了印证：当初AMD与Intel在芯片技术方面不分伯仲，各有千秋，但正是在资金和规模上的短板，使其在竞争中一步一步落后，只能屈居行业第二，只占有近20%的市场，而Intel占据了近七成市场。在现在的移动端芯片领域，高通就是移动端的Intel，真正同时具备了技术、规模、资金的三个要素

7、。技术上，高通在与手机芯片功能密切相关的应用处理器、与通信质量相关的基带芯片以及SoC系统集成能力都有着其他对手难以企及的巨大优势；在规模上，高通的基带芯片以及应用处理器芯片的市场份额和营收都排在首位且遥遥领先第二位的联发科。专利授权业务和手机芯片业务是高通的两大支柱性收入来源。这个从1989年开始积累CDMA专利和技术的公司，曾在2015年前连续5年保持着20%以上的营收增幅。靠着专利壁垒和绝对的技术领先，高通牢牢霸住无线芯片商第一的宝座，并远远甩开了包括英特尔在内的几乎所有竞争对手。高通的芯片价格几乎是联发科最高端芯片的一倍以上。在处理器品牌方面，高通对于市场有着绝对的统治力，基本市场一半

8、的手机都采用的是高通的芯片。2016年上半年，高通芯片占据了芯片市场近半壁河山（49.27%）。从2G时代起，MTK便以其独特的Turn Key（交钥匙）模式养活了华北一大批山寨厂家，联发科为下游手机厂商提供一整套从基带通信模块到应用处理器模块的芯片解决方案，手机厂商只需要将芯片组装到电路板上就可以制造出一部手机。低廉的成本以及快速的组装速度，使得联发科在功能机时代飞速发展，一举成为全球第二大芯片供应商。从那时起，高通芯片占据高端芯片市场，联发科芯片占据中低端市场的市场格局就已经形成并延续至今。进入3G时代以后高通发布了QRD平台模式，QRD包含了预测试、预集成、预优化和预验证的硬件元器件(内

9、存、感应器、触摸屏、摄像头、显示屏、射频等)和软件元器件，与Turn Key不同的是，高通将QRD模式覆盖到了高、中、低端，但现阶段因为成本的原因，QRD模式还无法与Turn Key直接抗衡。但可以预见，联发科在将来仍然会受到高通QRD模式的进一步冲击。国内芯片设计的龙头企业则是紫光集团以及华为海思。2014年，紫光集团集成电路业务销售收入超过90亿元，旗下展讯通信和锐迪科微电子在移动通信芯片领域分列第一位和第二位。2015年，紫光集团旗下的芯片设计企业展讯和锐迪科当年在全球卖出了6.5亿套芯片，年增长率达到20%，全球市场占有率达到27%，在移动芯片设计领域稳居世界第三。经过多年的投入，海思

10、也取得了傲人的成绩，2014年收入为26.5亿美元，到2015这个数字则上升到31.2亿美元。2016年海思芯片的芯片将达到9000万颗。2016年上半年，海思芯片占安卓手机市场的5.79%。1.1.3晶圆制造台积电一家独大，国内落后甚远在晶圆代工领域，台企与外企始终保持着绝对的主导地位，国内厂商无论是市场规模还是技术实力都相差甚远。以国内最大的芯片代工厂中芯国际为例。2014年台积电营收为7628亿台币，获利2639亿台币，在全球晶圆代工市占率达五成，高居世界第一，也一直是台股市值最大的企业。而国内最大的晶圆代工厂中芯国际营收只有约600亿台币，是台积电的12分之一，其盈利更是台积电的70分

11、之一。在技术上，台积电的16纳米制程工艺已经成熟并为iPhone A10芯片量产；而中芯国际目前最小的制程只有28纳米。而全球80%的28纳米产能都流向了台积电。通过对比2013-2015年国内外晶圆代工营收可以直观的看到国内外之间的差距。然而需要看到的是，由于这些巨大的差距，给了国内二线代工厂商更多的成长空间。2016年受台湾地震的影响，台积电产能严重不足，芯片设计厂商于是将更多的订单转到中芯国际等国内二线厂商，以降低风险。继高通骁龙410处理器在中芯上海厂成功量产后，今年6月，高通骁龙425和MDM9x07两颗新产品又实现在中芯国际北京厂的量产。目前中芯国际平均月产能为34.26万片，预计

12、2016年全年产能将能够增长20%。鉴于产能的巨大缺口以及与国外企业的巨大差距，国家集成电路产业基金（简称大基金）优先选择了晶圆制造领域作为国家集成电路发展的突破口，据国家工信部公布，近六成的大基金将投入晶圆制造领域。2015年6月，大基金投资31亿港元入股中芯国际，成为第二大股东（11.54%），2014年12月，投资中微半导体4.8亿人民币。后者是国内芯片设备制造商，主要产品有等离子刻蚀机等；2015年7月投资生产测试机以及分拣器的杭州长川科技；2015年12月份，投资2.7亿人民币沈阳拓荆科技用于生产化学气相沉积设备这些投资举动表面了国家对于集成电路制造领域的战略侧重。这也必将带动国内芯

13、片制造行业长足的发展。1.1.4封装测试国内不落下风，有望进一步增强根据中国半导体封装协会统计数据以及金地毯行业研究团队的预估，自2011年以来，国内IC封装测试行业的销售收入一直保持着两位数的增长，2013年开始突破1000亿元大关，预计到2017年后封测领域的销售收入将会达到2000亿人民币。与手机芯片产业链的设计、制造环节相比，我国的封装测试行业发展较早，与国外厂家差距较小。随着2015年原本全球排名第六的长电科技收购了星科金朋，其世界排名跃居第三，仅次于日月光和安靠，市场占有率为9.8%。中国企业在封测领域占比约为20%。由于封测领域技术门槛较低，有利于后来者在该领域做出突破，我国一直

14、以来都将封测行业视作集成电路产业的突破口之一。随着国家新一轮产业大基金扶持，国内厂商纷纷在行业内以及海外进行资产并购，以整合资源并以并购直接获得海外厂商的技术优势。2014年12月2日，华天科技4600万美元收购美国封测企业FCI公司；2015年10月南通富通微电子出资约3.7亿美元收购AMD旗下封测业务。随着国内企业逐步消化其收购的海外资产与技术，国内封测行业竞争力将进一步增强。1.2商业模式IDM与垂直分工在集成电路领域，主要有两种商业模式：一种是IDM模式（Integrated Devices Manufacture），即产线涵盖IC设计、晶圆制造、封装测试甚至终端电子产品；另一种就是垂

15、直分工模式，即IC设计公司没有自己的产线，将设计方案提供给代工厂完成晶圆制造，最后将产品移交到封测厂，完成最后的封测环节。两种商业模式都有各自的优缺点，但国际主流的模式仍然是IDM模式。对于IDM模式而言，其优点在于：（1）内部整合效率高，成本消耗少在垂直分工模式中，上游的IC设计公司难以及时的与代工厂完成工艺对接，通常从IC设计公司完成设计到代工厂完成流片（即晶圆光刻环节）通常需要6-9个月的间隔；而IDM模式中则设计与制造可以完全对接，缩短了新产品的上市时间。（2）利润率高根据微笑曲线原理，最上游的产品的设计研发以及最末端的品牌营销具有最高的利润率，而中间部分的生产制造由于需要的成本较高，

16、导致利润率下降。据花旗银行统计，美国上市的IDM公司平均毛利率是44%，净利率为9.3%；而代工厂的毛利率是15%，净利率为0.3%；封测厂的数字则为22.6%和1.9%。可以看出，IDM公司的利润远远超出下游的代工厂和封测厂。IDM模式的缺点在于投资成本太高，需要同时在智力与资金两大方面进行大规模投入。而垂直分工模式则将对技术要求高的设计和对资金要求高的代工厂独立，在各自领域内提高了生产效率，降低了投资门槛。此外，由于IDM公司的规模较大，导致其设计部门对于市场的灵敏度下降。在手机芯片领域，国外典型的IDM公司有Intel、三星、德州仪器等，而垂直分工模式有高通、联发科、台积电等。由于我国目

17、前手机芯片行业发展较晚，目前并没有形成IDM公司，但紫光集团接连收购IC设计的展讯、锐迪科，制造的新芯，入股封测的力成，正在意图打造国内的全产业链集团。国内垂直分工模式的企业则是主流，著名的有设计端的展讯、海思；代工端的华虹、中芯国际；封测端的长电科技。2.手机芯片的发展现状2.1行业进入成熟期，淘汰赛越发激烈手机芯片行业的发展与智能机的发展息息相关。自2007年苹果公司推出划时代的IPhone智能机，手机芯片作为手机的核心，也随之获得了长足的发展。2011年至2014年，手机市场经历了多年的两位数爆发式增长。2015年中国智能手机芯片出货量超过3亿套，占全球市场份额的20%以上。然而根据金地

18、毯行业研究团队估计，手机芯片市场将重新进入增长率低于10%的稳定期。预计2016年到2019年之间，手机芯片的年复合增长率将只有6.7%。在此背景下，许多行业巨头在激烈的芯片升级竞赛中掉队，选择退出手机芯片领域或者干脆被其他竞争对手所收购。2012年9月TI宣布退出移动芯片市场。2014年7月，博通公司遣散2500名员工，退出手机芯片市场。2013年3月18日，在经过三个月苦苦寻觅买家未果的情况下，意法爱立信宣布关闭公司，并由爱立信接收了其LTE芯片业务。9月，爱立信公司正式决定停止移动芯片研发业务。2014年5月，英伟达公司决定退出智能机市场。2016年5月英特尔发言人对媒体证实，原定在20

19、16年推出的移动处理器Atom的两个版本将会取消发布，这意味着英特尔很可能将会退出智能手机芯片市场。2.2换机需求仍然保存，手机芯片仍然保持增长2016年第一季度，联发科手机芯片营业业务同比增长17.5%，主要来自中低端手机芯片。目前国内产能已经不足，带动手机芯片增长的是智能手机新一轮换机风潮，这是因为随着国内消费者消费水平的提升，消费者开始寻求配置更好的手机，而非之前普及阶段中追求手机的低价。而手机厂商将软件、硬件、系统相结合的策略给了消费者更好的体验，引发了新的一轮换机风潮。此外，不断引入的新技术，例如指纹识别、虚拟现实、也给消费者带来新的用户体验，带动芯片市场继续平稳增长。2.3芯片制造

20、产能紧张，国内份额持续增长目前由于指纹识别、双摄像头，物联网等新功能的引入，以及手机新品的密集发布，芯片制造代工厂的产能严重紧缺。台积电不仅28纳米制程产能交期拉长至16周以上，近期包括40、55纳米制程产能交期亦持续拉长，甚至连联电、中芯、GlobalFoundries旗下28、40、55纳米产能也全被订购一空。目前国内集成电路产业基金投入大量资金在此环节。根据SEMI World Fab Forecast的统计数据表明，国内的芯片制造产能正在逐年上升。2.4国内下游终端设备公司打造自研芯片，垂直整合产业链华为1991年成立集成电路设计中心以来，一直在芯片领域积累，2004年成立海思分公司，

21、主管芯片事宜。2005年，海思成功研发通信基带。2012年推出K3V2，2014年6月推出Kirin 920，至此正式打入高端芯片市场。2014年11月，大唐电信旗下的联芯科技有限公司将其开发并拥有的SDR1860平台技术以人民币1.03亿元的价格许可授权给小米公司。这标志着小米也正式进入自研芯片领域。2015年小米又从ARM公司授权了全套内核方案。2015年10月底，中兴手机在AXON天机战略发布会上宣布中兴OS+迅龙芯计划，并开发Pre-5G芯片。2016年5月，格力公司也透露格力已经在研制自己的手机芯片。自研芯片可以带来多个方面的利益：（1）降低手机厂商的供应链成本。由于手机芯片市场相对

22、封闭，几大寡头已经牢牢把控了手机芯片的供应，由此产生的版税压力让下游的手机厂商不堪重负。根据野村证券的报告，智能手机平均成本在10美元以上的零部件包括：应用处理器、基带芯片、NAND闪存以及屏幕等等。芯片一直被视为是影响手机成本的重要因素。使用自研芯片，无疑会大大降低手机成本，提高市场竞争力，尤其在中国市场的价格战上。例如小米手机入股联芯，就是为了进一步降低成本，推出面向印度、东南亚市场的低端机型，以其价位在399或499的红米手机达到其设定的1亿销量的目标。（2）供应链可控程度变高，降低风险。近年来由于手机芯片研发难度越来越大，手机芯片设计商经常会推迟新品的推出，进而影响下游手机产品的新品发

23、布。例如小米5手机就由于高通骁龙810芯片的过热问题而不得不推迟发布，极大影响了小米手机的市场销量和形象。（3）个性化功能的定制更加自由，形成差异化竞争。华为手机主打的两个特点：待机时间长、通信信号好这其中都有其自研麒麟芯片的贡献。（4）提高手机厂商面对国外芯片巨头的话语权。在三星自主研发成功Exynos芯片后，高通主动对三星的授权费降价，以挽留客户。（5）强化品牌认知。一直以来，媒体都有一种“自有XX”的创新情结，国产厂商在芯片、操作系统等终端产业链制高点领域的任何突破或卡位都会引发追捧与超预期关注，对其产品也会注入更多的民族情怀。从而使得其品牌获得更多的知名度。然而值得注意的是，随着智能手

24、机市场饱和成为红海，自研芯片的优势也会逐渐稀释。联发科认为，如果厂商年出货量不到1亿只，手机厂商自研芯片将会难以获利。此外，随着手机芯片进入10纳米制程时代，新的芯片开发成本剧增，更加使得自研芯片的利润减少。未来，选择自研芯片的手机厂商不会出现爆炸式的增长。毕竟不是每一个手机厂商都能有足够的手机销量以平摊研发芯片日益增长的成本。过去30年，高通在研发上累计投入370亿美金，每年坚持把超过20%的收入都放到研发上。华为海思也是积累了20多年，投入研发人员5000人，才在近2年初见成效。国内终端厂商的自研之路，还有很长一段路要走。2.5第三世界国家发展迅速，成为新的快速增长点印度的4G网络普及落后

25、于中国，近年来印度出现了从功能机换代到智能机的浪潮。印度功能手机用户比例依然高达60%，接近7000至8000万印度功能手机客户将换用廉价智能手机。根据市调公司Counterpoint的统计，今年一季度，印度智能手机增长了23%。在智能手机用户规模方面，印度已经超过了美国、仅次于中国位居全球第二名。由于印度国民消费能力较低，价格低于200美元的低价安卓手机受到消费者欢迎，销量占到了印度智能手机销量的八成左右。这一升级热潮也给许多中国高性价比安卓手机厂商带来了宝贵的机会，几乎所有的中国手机厂商都开始针对印度出口手机，甚至在印度本地展开制造。2015年展讯在印度智能机平台的占比达到17.1%，在功

26、能机平台的占比达到了65%以上。2016年上半年，东南亚跟印度市场的智能机的整体存量增加了10%，其中4G手机的占比由10%上升到了30%。2.6市场结构发生变化随着智能手机的普及，用户购买新手机的驱动力正在改变：以往追求从零到有的消费者，现在开始追求品牌影响、用户体验、个性表达等因素，市场结构也由原先的低端机销量大，旗舰机销量小的金字塔型变成了如今的低端、高端两头小，中端产品占主流的纺锤型。为了应对市场形势的变化，各大芯片厂商也对产品做出调整。高通公司为了将产品线下移，推出了QRD平台模式，为手机厂商提供从处理器到整机一揽子方案，大大增加了高通对于中低端手机厂商的吸引力。此外还推出了骁龙42

27、5与骁龙435两款低端芯片。与高通相反，原本主打低端产品的联发科则发力向更高端产品，推出了Helio X20芯片，应用在OPPO、联想、小米手机上。2.7 28纳米工艺长时间保持主流60年前仙童半导体创始人摩根摩尔提出的摩尔定律，时至今日仍然继续推动着芯片技术的发展。而智能手机由于其使用环境，性能要求的特殊性，对于手机芯片线宽减小的驱动力更为强大。智能手机区别于PC端的几个重要特征就是小尺寸以及低能耗，与此同时还应追求尽可能高的影音娱乐、基础通信性能。而手机芯片制程的减小，就能够在单位面积的晶圆中集成更多的芯片，实现更复杂、更多样的手机功能。此外，更小的芯片制程也意味着手机功耗的降低。手机芯片

28、的的尺寸减小以及能耗降低，将反过来促进提升下游手机厂商的产品利润以及市场竞争力。这就是芯片厂商不断追求新制程工艺的驱动力。伴随着手机芯片线宽的降低，整个产业链所将要面临的压力也愈来愈大。一般而言，手机芯片流片的成本是随着制程工艺的先进性指数级增长的。半导体工艺制程为22nm/20nm时，它的建厂费用45亿美元60亿美元；工艺研发费用10亿美元13亿美元；产品设计费用1亿美元1.5亿美元；掩膜(套)费用500万美元800万美元，因此要实现财务平衡，产品的出货量至少在1.0亿片以上。除此之外，受限于工艺，技术挑战将越来越大，芯片设计团队必须对芯片制造过程有深入的了解，要求芯片设计与制造与IP等厂商

29、紧密结合，这也将拉高设计成本。下一代技术费用(亿美元)90-65nm32/28nm22/20nmIC设计费用0.15-0.20.6-0.71-1.5建厂费用25-3035-4045-60工艺研发费用2-46-810-13集成电路技术节点及其对应研发和建厂费用从1995年至今，手机芯片的制程工艺从0.5微米、0.35微米发展到现在的28纳米、14纳米，推动制程工艺提高的动力是制造成本的降低：通常每两年推进一个工艺节点，可以使芯片的成本减少50%。而发展到28纳米，则成为集成电路发展的一个拐点。因为14纳米的成本不会下降反而会较28纳米上升。出于性价比以及应用领域的考量，28纳米工艺将会在将来的5

30、-6年内继续保持主流地位。在2017年到达需求量顶峰后继续保持较高的需求量。虽然28纳米芯片应用在手机应用处理器和基带中的比例将会在1-2年后逐渐减小，但由于在射频、图像处理等领域的发展，28纳米工艺依旧保持需求总量的稳定。摩尔定律在28纳米处发展的延缓，为国内晶圆制造厂商的追赶赢得了宝贵的时间。以往国内晶圆制造企业与国外同行的技术差距通常在一代以上。2009年台湾第二大代工厂联电量产40纳米芯片，中芯国际直到2013年才开始量产；而在28纳米产线，二者差距缩小到一年。当国外厂商开始新的工艺节点量产后，其上一代技术才被允许流入国内进行量产。而自2015年中芯国际量产28纳米制程芯片后，国内代工

31、厂商开始有机会抢夺联发科的订单，高通骁龙410处理器已经在中芯国际28纳米产线上量产。上海华力微电子与联发科合作开发的28纳米技术也已经流片，即将进入量产环节。随着国家集成电路产业基金的扶持以及国家战略的重视，国内将有越来越多的代工厂有能力站到28纳米的起跑线上并同时向14纳米或7纳米迈进。3手机芯片的发展前景目前各大芯片厂商以及通信运营商都在积极投入研发资源，迎接第五代通信技术（5G）的到来。5G时代，随着高速且无处不在的连接，真正实现了万物互联。作为物联网流量的路口，智能手机在5G时代将会有着新的发展。其一，海量终端的互联，对于连接速率提出了更高的要求。对比4G商用网络百兆量级的峰值速率，

32、5G的数据速度可能会达到5Gbps或者10Gbps，每个用户也都能享受到百兆甚至千兆级别的传输速度。由此，就需要芯片的传输速度得到质的飞越。通常传统的芯片采用半导体中电子的流动传递信号，速度始终存在极限；而随着光通信技术的成熟，越来越多的芯片设计、制造厂商开始采用光通信芯片。2015年光通信芯片市场增长4%，未来5年的复合年增长率达8%，到2018年，光芯片及其封装器件市场将达到105亿美元。光传输市场仍然是其最大的市场，数据中心市场增长最快，将以22%的复合年增长率增长，2018年将达45亿美元。其二，芯片设计的细分。近年来，智能手机在完成基础的通信和数据传输功能的基础上，添加了许多新的功能，例如快速充电、指纹识别、高清拍照、语音识别等等。这就对手机芯片中负责处理多媒体功能的应用处理器提出了更多的要求，越来越多实现不同功能的模块要求集成在应用处理器芯片中，其设计难度将会越来越大，工作量也会剧增。因此，在芯片设计领域就开始细分，一大批专注特定功能的芯片设计公司得到了迅速的发展。例如，NVIDIA公司主