半导体系列：IP空间有望翻番，国产替代带来发展良机.pdf

本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 1 Table_Summary 报告摘要： IP助力芯片简易开发，空间有望翻倍增长 IP帮助降低芯片开发的难度、缩短芯片的开发周期并提升芯片性能，是集成电路产业链上游关键环节。随着芯片复杂度提升叠加多元化应用增加 ，半导体 IP需求 市场将有望 增长 。据 IBS数据， 预计全球 半导体 IP市场将从 2018年的 46亿美元增至 2027年的 101亿美元，增长率高达 120%， 年均复合增速达 9.13。 其中，版税收费模式仍将继续盛行，处理器 IP仍将是占比最大的种类，但受益数据中心、云计算等应用发展， 接口 IP将有望 成为增速最快的 种类。从下游应用领域看，消费电子和汽车行业的 IP市场将快速增长 ，从地区分布看， 2019年亚太 地区占比最大达 37%，预计未来仍将保持全球最高增速。 竞争格局高度集中，龙头企业稳步发展 全球 IP市场主要被 英美 企业垄断，集中度高，呈现一超多强的竞争格局。行业龙头英国 ARM占据超过 40%以上的全球市场份额，排名第二、第三的企业美国 Synopsys、美国 Cadence分别占据超过 18%和接近 6%的全球市场份额。全球 CR3高达 65%， CR10达 78.1%。分析全球巨头的发展可见，聚焦细分领域做强 +推出新产品 /外延并购是实现增长的主要策略。 ARM以处理器 IP打天下，借助智能手机飞速发展壮大，并逐步推出一系列相互关联的产品线，技术绝对领先、龙头地位稳固。 Synopsys和Cadence聚焦 EDA，并围绕“一站式”战略， 通过外延并购不断壮大 。 CEVA、 Rambus、eMemory等企业则通过专注于细分领域提高自身竞争优势，成为细分龙头。 IP国产迫切，本土企业亟待发展 全球前十强企业中仅排名第 7的芯原股份为大陆企业，全球市占率为 1.8%，且大陆企业目前仍无法提供包括 CPU IP等在内的关键 IP单元， 国内市场主要被 英美 企业垄断。 现阶段，除芯原股份 外，大陆企业寒武纪、华大九天、橙科微、 IP Goal和 Actt等厂商 已积极布局 IP环节，有望推动大陆 IP产业发展。其中，芯原 2019年全球排名第七、大陆排名第一，企业 管理层技术背景深厚 ，多年持续大力投入研发，目前已能提供包括 GPU IP、 NPU IP、 VPU IP、 DSP IP和 ISP IP的 5大处理器 IP及 1400多个数模混合 IP和射频 IP， GPU IP（含 ISP）和 DSP IP市场占有率均排名全球前三 ， 客户包括全球众多顶级厂商如博通、 NXP、亚马逊等。寒武纪作为全球智能芯片领域的先行者，其 IP业务主要聚 焦智能处理器 IP业务，已为华为等巨头提供产品。 Table_Invest 推荐 维持评级 Table_QuotePic 行业与沪深 300 走势比较 资料来源： Wind，民生证券研究院 Table_Author 分析师：王芳 执业证号： S0100519090004 电话： 021-60876730 邮箱： wangfangmszq Table_docReport 相关研究 1. 金宏气体（ 688106.SH）：大陆民营气体龙头，国产替代正当时 2. 半导体代工系列：大洋育鲲鹏，代工出巨头 3. 动态报告：美国对华为限制升级，国产替代需加速进行 4. 行业动态：大基金二期继续加码支持半导体产业发展 5. 半导体存储系列： 长鑫引领大陆 DRAM自制浪潮，产业链有望充分受益 -45%5%55%105%19/7/4 19/10/4 20/1/4 20/4/4 20/7/4沪深 300 电子 (中信 ) Table_Title 电子 行业研究 /深度报告 半导体系列： IP空间 有望 翻番，国产 替代带来发展良机 深度研究报告 /电子 2020 年 07 月 06 日 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 2 Table_Page 深度研究 /电子 投资建议 大陆 IP产业发展势必将推动大陆半导体产业发展，建议关注半导体设备、材料、设计、封测环节具备国产化替代的优质公司，推荐材料公司深南电路 、金宏气体 ，设计商兆易创新、澜起科技、韦尔股份、卓胜微、汇顶科技，封测商深科技、通富微电。 建议关注： 1）半导体设备：中微公司、北方华创、至纯科技、华峰测控、精测电子、晶盛机电等。 2）半导体材料：华特气体、江丰电子、鼎龙股份、沪硅产业、上海新阳、安集科技等。 3）设计：北京君正、卓胜微、圣邦股份等。4）封测：长电科技、华天科技、晶方科技、太极实业。 4）制造：三安光电。 风险提示 行业需求不及预期，国际贸易争端加剧，行业竞争加剧 。 Table_ProfitDetail 盈利预测与财务指标 代码 重点公司 现价 EPS PE 评级 7 月 3 日 2019 2020E 2021E 2019 2020E 2021E 002916 深南电路 169.02 3.63 5.05 6.32 46.56 33.47 26.74 推荐 688106 金宏气体 49.17 0.49 0.55 0.71 100.35 89.40 69.25 推荐 603986 兆易创新 234.41 1.89 3.47 4.38 124.03 67.55 53.52 推荐 688008 澜起科技 101.80 0.83 0.92 1.18 122.65 110.65 86.27 推荐 603501 韦尔股份 208.39 0.54 1.71 2.18 385.91 121.87 95.59 推荐 300782 卓胜微 400.90 4.97 7.73 9.53 80.66 51.86 42.07 推荐 603160 汇顶科技 227.22 5.08 5.75 7.16 44.73 39.52 31.73 推荐 000021 深科技 22.77 0.24 0.41 0.54 94.88 55.54 42.17 推荐 002156 通富微电 25.54 0.02 0.37 0.60 1277.00 69.03 42.57 推荐 688012 中微公司 227.80 0.35 0.50 0.73 650.86 455.60 312.05 未评级 002371 北方华创 180.16 0.63 0.99 1.45 285.97 181.98 124.25 未评级 603690 至纯科技 44.63 0.43 0.74 1.13 103.79 60.31 39.50 未评级 688200 华峰测控 308.28 2.22 2.29 3.17 138.86 134.62 97.25 未评级 300567 精测电子 74.35 1.10 1.45 1.97 67.59 51.28 37.74 未评级 300316 晶盛机电 25.51 0.50 0.71 0.91 51.02 35.93 28.03 未评级 688268 华特气体 92.20 0.60 0.86 1.11 153.67 107.21 83.06 未评级 300666 江丰电子 61.77 0.29 0.37 0.47 213.00 166.95 131.43 未评级 300054 鼎龙股份 16.03 0.03 0.27 0.40 534.33 59.37 40.08 未评级 688126 沪硅产业 -U 31.98 (0.05) 0.00 0.03 / 25280.87 1172.33 未评级 300236 上海新阳 62.36 0.72 0.29 0.37 86.61 215.03 168.54 未评级 688019 安集科技 385.68 1.24 1.66 2.45 311.03 232.34 157.42 未评级 300223 北京君正 102.64 0.29 0.31 0.57 353.93 331.10 180.07 未评级 300661 圣邦股份 297.01 1.70 1.69 2.40 174.71 175.75 123.75 未评级 600584 长电科技 34.10 0.06 0.41 0.74 568.33 83.17 46.08 未评级 002185 华天科技 14.23 0.10 0.22 0.29 142.30 64.68 49.07 未评级 603005 晶方科技 79.40 0.47 1.54 2.18 168.94 51.56 36.42 推荐 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 3 Table_Page 深度研究 /电子 600667 太极实业 12.35 0.30 0.32 0.41 41.17 38.59 30.12 未评级 600703 三安光电 25.28 0.32 0.42 0.56 79.00 60.19 45.14 未评级 资料来源： 公司公告、民生证券研究院，“未评级”公司使用 wind 一致预期 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 4 Table_Page 深度研究 /电子 目 录 一、 IP 助力芯片简易开发，空间有望翻倍增长 . 5 （一）产业链上游关键环节，助力芯片简易开发 . 5 （二）芯片复杂度提升叠加 多元化应用增加驱动 IP 需求提升，空间有望翻倍增长 . 8 二、竞争格局高度集中，龙头企业稳步发展 . 14 三、 IP 国产迫切，本土企业亟待发展 . 18 （一） IC 设计国产化率低，未来有望持续提升 . 18 （二）国产 IP 影响力小， 本土企业已积极布局 . 20 1、芯原股份：全球第七、大陆第一大半导体 IP 企业，管理层技术背景深厚 . 21 2、寒武纪：全球智能芯片领域的先行者 . 31 四、投资建议 . 37 五、风险提示 . 38 插图目录 . 39 表格目录 . 40 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 5 Table_Page 深度研究 /电子 一、 IP 助力芯片简易开发， 空间 有望翻倍增长 （一） 产业链上游关键环节，助力芯片简易开发 IP 帮助降低芯片开发的难度 、 缩短芯片的开发 周期并提升芯片性能 ，是集成电路产业链上游关键环节 。 半导体 IP（ Intellectual Property）指在集成电路设计中，经过验证的、可重复使用且具备特定功能的集成电路模块，通常由第三方开发。 IP 位于集成电路产业链上游，主要客户是设计厂商。 独立 IP 厂商的出现主要源于半导体设计行业的分工。设计公司无需对芯片 的 每个细节进行设计，通过购买成熟可靠的 IP 方案，实现某个特定功能。设计人员以 IP 核为基础进行设计，类似搭积木的开发模式，可大大降低芯片的设计难度、缩短芯片的设计周期并提升芯片性能。 图 1:IP 位于 集成电路产业链 上游 资料来源：芯原股份 招股说明书 ，民生证券研究院 按开发完成度 分类 ， IP 商提供软核、固核和硬核三种，助力芯片开发。 如果将 IP 核比作“芯片图纸”，则软核相当于 楼房的设计图纸，包括设计理念、单元分布、电梯分布、房间大小等，但不涉及建筑材料等；固核相当于楼房的渲染效果图，可见楼房建成后的效果，包括墙壁颜色、厚度等细节，但固核依然不能保证设计商能建设出合格的楼房；硬核相当于大楼施工图，可详细到管线排布、楼梯和墙壁的材料、尺寸等参数，只要按图施工，就一定能成功，但可能存在特定场景实用性的能耗等问题（如骁龙 810）。可见，三种方式的设计完成度由低到高，对设计商的要求由高到低，设计商的发挥空间也由高到低。 按收费方式 分类 ， IP 商提供 许可和版税两种模式， 其中 版税占据较大份额 。 在 许可（ Licensing）模式 下，设计商 按 IP 授权次数 付费 ， 是一次性产品授权费。在 版税（ Royalty）模式下，设计商 按 制造的 芯片 数量付费，是跟产品销量挂钩的授权费 。 2019 年 版税 收费 方式 占比近 半 ， 由于 未来 市场技术 更新 迭代迅速， 预计 版税模式 仍将 盛行 。 从 全球 IP 龙头ARM 公司 的 收入 结构 来看， 约 2/3 为版税收入，而许可收入仅占 1/3 左右。 此外， ARM 的营本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 6 Table_Page 深度研究 /电子 收还 包括软件工具以及技术支持的服务收入。一般来说，一次性技术授权费用在 100 万-1000 万美元之间，版税提成比例在 1%-2%之间 。 图 2:ARM 公司的收费主要以版税为主，授权费为辅 资料来源： EDA365，民生证券研究院 图 3:按 收费 方式 划分的市占率情况 资料来源： ARM analysis，民生证券研究院 表 1: 部分 IP 产品的应用场景 IP 大类 定义 IP 产品 应用场景 主要供应商 处理器 IP 一种数字电路，用于完成取指令、执行指令及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作 CPU IP 计算机、智能手机、智能电视、游戏设备 ARM、 Synopsys、 Cadence GPU IP 可穿戴 &物联网、智能手机、平板电脑、汽车电子、 PC ARM、芯原股份 NPU IP 可穿戴 &物联网、智能手机、平板电脑、医疗电子、汽车电子、服务器级 芯原股份、寒武纪 VPU IP 可穿戴 &物联网、 IP 摄像头、车载摄像头智能手机机顶盒、监控摄像头平板电脑、 4K电视及视频摄像头 ARM、芯原股份 0%20%40%60%80%100%2017 2018 2019 2020E 2021E 2022E 2023E 2024E许可 版税 服务 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 7 Table_Page 深度研究 /电子 DSP IP 可穿戴 &物联网、传感器、语音 /音频、监控、无线、成像 /视觉 Cadence、 CEVA、芯原股份 接口 IP 集成了基于协议的功能，其最大份额来自于以数据为中心的应用 USB IP 计算机、智能手机、智能电视、平板电脑、语音 /音频、汽车电子 Synopsys、 Cadence、芯原股份 SATA IP 计算机、传感器、存储器、数据中心、服务 器 CEVA HDMI IP 计算机、存储器、数据中心、服务器 Synopsys、 Cadence 内存控制器 IP等 计算机、存储器、数据中心、服务器 ARM、 Cadence 物理 IP 主要用于模拟及混合信号、物理接口、存储单元和其他的数字IP 数模混合 IP SoC 子系统、人机界面、电源管理、单元库与存储 Synopsys、芯原股份 射频 IP 低功耗蓝牙 IP(BLE IP) 、窄带物联网 IP(NB-IoT IP) Synopsys、芯原股份 资料来源： IPnest， Oschain，芯原股份招股说明书，民生证券研究院 按产品种类分类， IP 商提供包括处理器 IP、有线接口 IP、物理 IP 等不同产品。 处理器 IP 是一种数字电路，用于完成取指令、执行指令及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作，主要包括中央处理器 IP（ CPU IP）、图形处理器 IP（ GPU IP）、神经网络处理器IP（ NPU IP）、视频处理器 IP（ VPU IP）、数字信号处理器 IP（ DSP IP）、图像信号处理器 IP（ ISP IP）六大类。接口 IP 集成了基于协议的功能，其 最大份额 来自于 以数据为中心的应用 ，主要包括通用串行总线（ USB IP）、串行高级技术附件（ SATA IP）、高清多媒体接口 /显示端口（ HDMI/DP IP）等。物理 IP 主要用于模拟及混合信号、物理接口、存储单元 和 其他的数字 IP，主要包括数模混合 IP、射频 IP 等。根据 IPnest 数据， 2017 年 CPU IP 占据 了 约 42.2%的份额，为最大 的 IP 品类。 图 4:2017 年 CPU IP 占比达 42.2% 资料来源： IPnest，民生证券研究院 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 8 Table_Page 深度研究 /电子 （二） 芯片复杂度提升叠加多元化应用增加 驱动 IP 需求提升，空间有望翻倍增长 IP 市场随 IC 设计市场蓬勃发展。 过去十年，随着全球 IC 产业景气度提升， IC 设计市场也快速增长。据 IC Insights 数据 显示 ，全球 IC 设计行业销售规模从 2008 年的 438亿美元增至 2018 年的 1139 亿美元，年均复合增速达 10.03%。由于 IC 设计成本提升和对效率及定制化要求 提高 ，精细化分工趋势愈加明显，半导体 IP 业务因其性能高、功耗优、成本适中、可缩短设计周期等特点，迎来了蓬勃发展。 根据 IPnest 数据， 2019 年全球半导体 IP 行业实现收入 39.38 亿美元，同比增长 5.21%， 2015-2019 年的复合增速为 7.10%。 图 5:2008-2019 年全球 集成电路 及 IC 设计市场规模 情况 资料来源： IC Insights，民生证券研究院 图 6:2015-2019 年全球半导体 IP 市场 规模情况 资料来源： IPnest，民生证券研究院 31.46% 31.77% 31.30% 32.67% 29.14% 28.96% 26.00%27.00%28.00%29.00%30.00%31.00%32.00%33.00%05001,0001,5002,0002,5003,0003,5004,0004,5002013 2014 2015 2016 2017 2018 2019全球 IC市场规模（亿美元） 全球 IC设计产业市场规模 (亿美元 ) IC设计 /IC 0%2%4%6%8%10%12%0510152025303540452015 2016 2017 2018 2019IP市场规模 (亿美元 ) YOY本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 9 Table_Page 深度研究 /电子 芯片 设计的 复杂度、难度、 成本、风险 将持续 提升 。 1）高集成度促使设计复杂度提升 。 随着超大规模集成电路设计、制造技术的发展，集成电路设计步入 SoC 时代，设计变得日益复杂。为了加快产品上市时间，以 IP 复用、软硬件协同设计和超深亚微米 /纳米级设计为技术支撑的 SoC已成为当今超大规模集成电路的主流方向。当前国际上绝大部分 SoC都是基于多种不同 IP 组合进行设计的， IP 在集成电路设计与开发工作中已是不可或缺的要素。 2）终端多样性促使设计难度增加 。 近年来随着终端电子产品的复杂多样，芯片设计难度快速提升，研发资源和成本持续增加，促使全球半导体产业分工继续细化，芯片设计 行 业进一步拆分出半导体 IP 产业。 3） 先进工艺带来设计成本增加 。 先进工艺节点使设计的复杂度不断增加，从而提高了设计成本。随着先进制程的演进，线宽的缩小使得芯片中晶体管数量大幅提升，使得单颗芯片中可集成的 IP 数量也大幅增加。根据 IBS 报告，以28nm 工艺节点为例，单颗芯片中已可集成的 IP 数量为 87 个。当工艺节点演进至 7nm 时，可集成的 IP 数量达到 178 个。单颗芯片可集成 IP 数量的增多为更多 IP 在 SoC 中实现可复用提供新的空间，从而推动半导体 IP 市场进一步发展。根据 IBS 报告，以先工艺节点处于主流应用时期的设计成本为例，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，设计成本则快速升至约 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。较高的设计成本，给芯片设计公司带来了设计挑战。 4）先进工艺带来设计风险增加 。 先进工艺发展也会提升晶圆厂相应产线的开发成本和搭建成本，从而增加 了 芯片设计的样片流片成本，使得芯片设计公司的设计风险进一步增加。 图 7:不同工艺节点下的芯片所集成的硬件 IP 的数量（平均值） 资料来源： IBS Design Activities and Strategic Implications，民生证券研究院 10 14 20 28 38 50 64 81 102 126 4 5 11 19 27 37 49 62 76 92 050100150200250180nm 130nm 90nm 65nm 45nm 28nm 16nm 10nm 7nm 5nm数字 IP 数模混合 IP 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 10 Table_Page 深度研究 /电子 图 8:不同工艺节点处于各应用时期的芯片设计成本（百万美元） 资料来源： IBS Design Activities and Strategic Implications，民生证券研究院 独立 IP 可有效降低芯片设计公司的运营成本、使其专注于核心优势领域，同时专业化分工背景下规模效应更显著 。 1） IP 授权 可 降低芯片设计公司的运营成本、使其专注核心优势领域 。 近 年来， 全球排名前十芯片设计公司的研发费用占 营收的 比例 基本 维持在 20%-30%。随着产业升级，集成电路设计的成本和难度还将不断加大，通过 IP 授权模式可大幅降低芯片设计公司的运营成本，使其得以专注于自身核心竞争力的发展，如市场需求挖掘、产品定义、差异化实现、精准营销等。 2） 专业化分工 下 规模效应 更加显著 ， 降低设计 成本和 风险 。 在专业化 分工的背景下 ，大规模产销量 可 降低单位生产成本，且半导体IP 厂商凭借其丰富的设计经验还可有效降低设计风险。 预计 2027 年全球半导体 IP 市场空间 可达 101 亿美元，较 2018 年增长 120%。 根据 IBS预测 ，预计 2027 年全球半导体 IP 市场空间可达 101 亿美元，较 2018 年增长 119.57%， 年均复合增速为 9.13。 图 9:预计 2027 年全球 半导体 IP 市场 规模 可达 101 亿美元，较 2018 年增长 120%（十亿美元） 65nm 40nm 28nm 22nm 16nm 10nm 7nm 5nm早期应用时期 28.0 36.6 50.2 57.1 99.6 162.1 270.3 497.6主流应用时期 22.2 30.9 41.0 46.4 80.8 128.7 222.3 426.3成熟应用时期 13.2 18.9 26.1 30.2 52.3 86.4 143.0 251.70.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0-2.04.06.08.010.012.02018 2019 2020E 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E 2027E处理器 数模混合 射频 存储 其他