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详解华为芯片供应链,半导体产业机遇挑战并存

2019-05-30 10:45:55

注:本文节选自5月27日招商证券研究所已公开发布的研究报告《半导体行业深度专题之八:详解华为芯片供应链,半导体产业机遇挑战并存》,具体内容详见完整版报告。作者: 鄢凡团队。

核心观点

本篇报告回顾了中美贸易纠纷历程对A股电子板块的影响。探讨了华为对于中国硬科技发展的重要引领作用,以及公司面对美方禁运令的应对措施。同时,我们通过拆机等方式对华为的手机及基站供应链予以分析,目前射频及FPGA芯片的短板依旧明显,不过国内厂商正迅速跟进,不必过于悲观。此外不可忽视软件系统、EDA、IP等领域缺失的长线风险。华为事件再次敲响了国产替代的警钟,看好半导体产业的长线发展。

1、贸易纠纷再起波澜,自主可控重要性凸显:中美贸易纠纷是宏观环境的重要影响因子。自5月5日以来,美方态度发生急转,无端提升税率、对华为实施禁运等一系列举措均为已渐趋和解的中美关系蒙上了一层阴影,贸易纠纷波澜再起。从征税角度看,前期2000亿美元税单对电子产业影响不大。新增的3000亿美元或将促使消费电子对美出口的成品组装业务产能对外转移。相较征税,技术禁运的影响更为深远,在中美贸易纠纷的大背景下,半导体自主可控的迫切性凸显。

2、华为引领硬科技发展,沉着应对禁运令重压:华为历经三十余年耕耘拼搏,构建了运营商业务,企业业务,消费者业务三大板块。2018年公司营收7212亿人民币,研发投入率达14.1%,全球专利申请数第一。或许正是感受到了华为引领的中国科技力量的威胁,5月16日美国商务部将华为列入“实体名单”内,实施禁运。面对断供威胁,华为一方面提前预备了半年到一年的库存,同时通过自研及导入国内供应商的方式,打造了“备胎”计划。同时公司还得到了全球其他国家供应链及下游客户的支持。

3、华为供应链分析:短板依旧明显,但不必过于悲观。手机终端和基站设备为华为公司最重要的产品。通过拆机分析华为手机供应链可知,海思在手机处理器,电源芯片方面已基本实现自给。而汇顶科技,豪威科技等国产厂商的突破亦有力支撑了进口替代。存储器芯片方面虽依赖进口,但日韩厂商可满足需求。唯有射频领域对美系供应商高度依赖。射频作为模拟芯片皇冠上的明珠,门槛最高。虽然近两年国产射频芯片厂商逐步起量,但距离进口替代仍有较大缺口。目前国产射频PA厂商主要有唯捷创芯(2018年打入华为供应链),慧智微(正在多家国内龙头厂商处验证),中科汉天下等。而射频开关及LNA厂商主要有卓胜微。

基站侧,缺芯现象进一步凸显。由于基站产品需要高可靠性及高精确度,所以芯片自给率较低。目前高度依赖美系供应商的主要有中射频芯片,FPGA两大类产品。由于微基站对于体积大小有严格要求,所以中射频芯片逐步由分立方案改为射频ADDA或Transceiver两类单芯片方案。这一趋势提升了技术门槛。据产业链验证,海思早已开始射频Transceiver的研发,但前期测试结果相对不太理想。而FPGA在基站中主要用在数字前端实现数据压缩,加速等功能。目前FPGA市场主要被Xilinx及Altera垄断,大陆公司有紫光国芯,安路科技等,但距离在基站上大规模商用仍有距离。

其他方面,安卓停止了对华为的GMS服务授权,或将影响公司海外市场。而ARM的禁令短期内影响不大,但一旦v9版本推出,公司产品的竞争力将受到影响。EDA方面,华为也与供应商签署了长期合同,但缺失了技术服务会影响开发效率。此外25%的长臂管辖亦值得关注。

华为事件敲响国产替代警钟,半导体产业机遇与挑战并存:

对于华为公司而言,2018年华为芯片采购额为210亿美元。而海思半导体营收为73亿美元。虽已是全球第七大Fabless芯片设计公司,但要满足公司所有需求仍远不足。我们统计了华为前70大美国供应商,其中半导体供应商就有39家之多。可见国内ICT产业对于美国芯片供应商的依赖度依旧较高,国内半导体产业机遇挑战并存。

目前,国内IC设计呈现数量多、规模小的特点。2018年国内共有1698家IC设计企业,其中只有208家营收过亿,绝大部分公司仍处于起步阶段。无论是TI模式的收并购整合,还是稳步内生发展,都值得本土的芯片设计公司借鉴。在国内终端厂商的大力支持下,未来长线发展空间巨大。同时可预见的是,政府亦将加大对半导体产业的扶植力度,相关利好政策有望陆续落地,这将从国家政策角度推动半导体产业的进一步发展。

投资建议:在过去多年间,中国从微笑曲线中附加值最低的代工开始,逐渐切入下游,树立了以华为,ZTE,小米,格力等全球知名品牌。但位于整个产业链微笑曲线上游的半导体、软件系统乃至于基础材料都有显著不足。产业缺乏自上而下自主化体系。

而本次华为事件再次敲响了半导体产业的警钟。在当前的国际局势下,华为公司乃至于中国科技产业,对于半导体自主可控均有迫切需求,只有在半导体领域站稳脚跟,我们才能真正意义上具备高科技核心竞争力。

从A股投资角度来看,目前电子板块已调整至2018年10月初的位置,市场已将悲观预期充分释放,有较多优质个股均有明显低估。当下我们认为需自下而上,基于中长线逻辑把握住能够积极应对调整,并逆势构建自身竞争力的优质公司。同时关注自主可控大逻辑催化下的半导体板块表现。我们仍坚定看好中国电子产业的长线发展,相关优质个股在市场系统调整中的中长线建仓价值凸显。

一、 贸易纠纷再起波澜,自主可控重要性凸显

中美贸易纠纷源自2017年8月开始的“301调查”。2018年3月22日,美国贸易代表办公室(USTR)公布了“301调查”结果,认定在中国存在不合理关税,、强制技术转让、投资限制等问题。同日,美国总统特朗普签署总统备忘录,将根据“301调查”对中国进口商品大规模征收关税,意在逆转中美之间的贸易逆差。至此贸易纠纷正式拉开帷幕。

据美国商务部统计,2017年全年美国自中国进口5055亿美元;出口至中国1299亿美元。逆差达3756亿美元。但过去一年中,经历了多轮的互征关税后。2018年全年美国自中国进口不降反增至5395亿美元,同比增长6.7%。与此同时,美国对中国出口却下降至1203亿美元,同比下降7.4%。逆差达4192亿美元。可见关税征收并未有助于减少中美之间贸易逆差,无端征税反倒使得美国进口的商品价值量提升,最终由美国消费者承担。

但不可否认的是,中美之间关系波动,从互征关税到技术禁运,对全球电子产业发展产生较大影响。半导体景气度在2018年有明显下行,人民币汇率波动较大,供应链亦有一定转移的压力。这些均很大程度上影响了经济宏观环境。市场情绪也不可避免地受到影响,A股电子板块在2018年内波动明显。但整体来看其边际影响在2018年内是递减的。2018年9月18日,2000亿征税清单落地当日,市场单日反倒有1.40%的反弹。

经历了一年多的冲突后,中美关系在2018年12月的G20峰会后略有缓和,市场情绪有所改善,推动了年初以来电子板块的行情。但是近期美方态度发生急转,无端提升税率、对华为实施禁运等一系列举措均为已经渐趋和解的中美关系蒙上了一层阴影,贸易纠纷波澜再起。

从征税角度看,前期2000亿美元税单进一步提升税率,但由于该板块主要涉及家电业务及部分安防产品,所以对电子产业影响不大;而新增的3000亿美元包括手机、笔记本电脑、耳机等消费电子相关产品,或将促使消费电子对美出口的成品业务产能对外转移;而零组件业务不直接受关税影响,此前不少优质公司早有海外布局,中美贸易摩擦将进一步加速优质公司的全球化工厂布局,产能协调及管控能力望一步提升,推动行业发展。

安防板块方面,前期2000亿清单已涵盖部分模拟摄像机,但占安防板块出口美国的业务比例仅有25%。如3000亿美元进一步落地,则对美出口的安防产品都将被征税。不过由于海康大华等海外龙头均已开始在海外布局,海康成立了印度的生产中心;大华成立了墨西哥的全球转运中心。可以有效对冲关税增加带来的影响。

LED板块方面,由于3000亿美元清单涉及销量最大的LED灯泡、灯丝灯等,将直接冲击终端成品。下游厂商下单时或将更为谨慎,以应对库存风险。不过部分大陆LED厂商此前已在海外有所布局,比如木林森在Ledvance基础上已在美国或墨西哥设生产线等。

相较征税,技术禁运的影响更为深远,美方利用自身产业链的优势地位,通过禁运或技术封锁,压制中国ICT行业的龙头厂商。其中最为有效的手段便是软件系统封锁及半导体禁运。在中美贸易纠纷的大背景下,半导体自主可控的迫切性凸显。而华为事件更是进一步推动了市场对于半导体板块的关注。

受贸易纠纷及华为禁令影响,A股电子板块前期再度出现系统调整,5月6日单日内有8.26%的跌幅。但我们对A股投资并不悲观,目前电子板块已调整至2018年10月初的位置,市场已将悲观预期充分释放,有较多优质个股均有明显低估。而且参照2018年的趋势,接下来即使贸易纠纷再有波折,对A股影响也会边际递减。

当下,我们认为需自下而上,基于中长线逻辑把握住能够积极应对调整,并逆势构建自身竞争力的优质公司。同时关注自主可控大逻辑催化下的半导体板块表现。我们仍坚定看好中国电子产业的长线发展,相关优质白马在市场系统调整中的中长线建仓价值凸显!

二、华为引领硬科技发展,沉着应对禁运令重压

风云三十年,华为终成国际ICT巨头

华为于1987年在深圳创立,公司自交换机代理商业务起步,从农村包围城市,逐步突破通信设备。并于1997年引入IBM的IPD(集成产品开发),ISC(集成供应链)等八大管理变革项目。极大优化了公司内部管理流程。为后续的全球化布局及海外扩张铺平道路。在运营商业务大力突破的同时,华为进一步拓展自身的业务边界,全面布局云管端领域。华为于2003年成立终端公司,后改组为消费者业务BG;2011年成立企业业务BG。三大领域齐头并进,推动了华为近十年来的高速成长。

2018年,华为实现营收7212亿人民币,同比增长19.5%。公司连续五年保持营业收入增速大于15%。净利润593亿元,同比增长25.1%。

目前华为三大板块营收分别为:运营商业务2940亿元,消费者业务3366亿元,企业业务收入744亿元。2018年公司消费者业务实现45.1%的增速,营收规模首次超过运营商业务,营收占比48.4%。

在研发投入领域,华为坚持每年将10%以上的销售收入投入研发,近十年累计研发投入高达4850亿元。单2018年,公司研发费用支出达1015亿元,占全年收入的14.1%,同比增长13.2%。

公司目前现有研发人员8万多名,约占公司总人数的45%。截至2018年底,华为在全球累计获得授权专利87805件,其中美国授权专利11152件。根据世界知识产权组织(WIPO)公布的数据,2018年华为共计提交5405份专利申请,全球排名第一。

公司近年来的连续高增长,以及云管段的全面布局,使其营收规模远远甩开了同为通信业巨头的诺基亚、爱立信等,和微软谷歌等传统IC巨头并驾齐驱。作为对比,华为在2012年世界五百强排名仅为351名,落后爱立信42名。而2018年华为世界五百强排名跃居72名,而爱立信则下降至第500名。

华为助力我国信息技术产业发展,产业链带动效应强

自改革开放,我国以来积极发展本土代工制造业,逐步成为世界工厂。但是过去中国的本土制造业更多聚焦于低附加值的组装业务,位于整个产业链微笑曲线上游的基础材料、基础零部件、基础工艺和产业技术基础较为缺失。产业缺乏自上而下自主化体系。

为了改变这一现状,提升我国产业综合竞争力,应对全球新一轮科技革命和产业变革。2014年,由工信部牵头,共计20多个国务院有关部门协同起草了《中国制造2025》,并于2015年5月19日印发。目标通过十年时间,迈入制造强国行列。到2035年,我国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平。并在新中国成立一百年时,综合实力进入世界制造强国前列。制造业主要领域具有创新引领能力和明显竞争优势,建成全球领先的技术体系和产业体系。

为了实现这一目标,国家制定了五大工程,十大领域。其中无论是工业强基工程,还是新一代信息技术产业,均凸显了发展下一代信息网络,以及核心元器件自给自足的重要性。

近期科创板的落地,则是从资本角度对《中国制造2025》予以呼应。从科创板的产业分类来看,新一代信息技术产业为首要的重点方向,内容包括半导体和集成电路、电子信息、下一代信息网络、人工智能、大数据、云计算、新兴软件、互联网、物联网和智能硬件等。

在国家政策的推动下,我国ICT产业发展迅猛,华为作为行业龙头更是持续引领了行业发展。华为的崛起夯实了国家在通信、半导体等核心领域的竞争力,并塑造了华为手机这一终端品牌。从产业链角度带动了上下游的本土化需求,另一方面也为国内产业提供人才的摇篮。足见公司对于我国硬科技发展的重要性。

以集成电路芯片设计为例。华为自04年设立海思半导体以来,持续大力投入,基于自身庞大营收体量及芯片需求,为其发展提供土壤。据中半协统计,2017年,海思实现营收303亿元,遥遥领先国内其他芯片设计公司,更是具备全球竞争力,位列全球第七。进入2018年,海思进一步高速成长,实现营收503亿元。

从产业链角度来看,海思每年芯片的制造及封装需求巨大。过去由于大陆产业链不完善,公司更多将代工放在台湾台积电、矽品等厂商。同时,海思也常年维持着和大陆厂商如中芯国际、长电科技的密切技术交流。并在相关厂商能力具备之后,积极转单至大陆供应链。从而有效带动了中国半导体制造封装产业的发展。

面对重压,华为积极应对,启动“备胎”计划

或许正是感受到了华为引领的中国科技力量的威胁。5月16日,美国商务部将华为和70家子公司添加到所谓的实体名单中,将禁止华为在未经美国政府批准的情况下从美国公司购买零部件。5月20日,美商务部宣布对华为公司的禁令做出“有限豁免”,旨在减轻对现有客户的影响,但华为仍不能购买用于生产新产品的美国零部件。

“实体清单”是美国商务部工业与安全局(BIS) 公布的个体名单,于1997年2月由美国商务部首次发布。被认为危害美国国家安全或影响美国海外利益的实体会列入清单,以此明确告知出口商,在未得到许可证时,不得帮助这些实体获取受本条例管辖的任何物项,同时,有关许可证的申请应按照《出口管理条例》(美国)第744 部分规定的审查标准接受审查,且向此类实体出口或再出口有关物项不适用任何许可例外的规定。此前中兴通信和福建晋华等厂商均曾被列入“Entity List”。除Entity List外,美国商务部还发布过Unverified list,称为未经核实的实体清单,出口商在出口任意物项之前,需向商务部额外提交详细记录。该清单约束力相较Entity List更轻。2019年4月,三安光电被列入“Unverified list”。

但事实上,面对美国潜在的断供威胁,华为在多年前就已做出了极限生存的假设。并积极开始短期和长期的两手准备。

(1)短期应对方面:自2018年孟女士事件后,华为开始开始向村田、东芝、京瓷、罗姆等供应商增加零部件采购,增加台湾地区的采购量,如大立光等订单明显增加。同时据产业链调研,对于美国半导体企业产品,华为亦准备了6-12个月的库存。足以在近期保证生产的正常进行。从而给予华为供应链切换的缓冲期。

(2)长期策略方面:华为对内持续加大海思的研发投入,海思的快速成长为华为的三大业务板块提供了坚实的保障:手机端有麒麟SOC处理器,巴龙基带处理器;基站端有天罡芯片;企业网业务有AI处理器昇腾310和910等。同时近期华为还计划在英国剑桥等地设立晶圆厂,预计于2021年前营运。

海思总裁何庭波在一封公开信中称“预计有一天,所有美国的先进芯片和技术将不可获得,华为仍将持续为客户服务。为了这个以为永远不会发生的假设,数千海思儿女,走上了科技史上最为悲壮的长征,为公司的生存打造‘备胎’”。这些“备胎计划”就是华为创始人任正非为应对挑战早早定下的策略。

除此之外,华为还在积极寻找替代供应商,实行去A策略。一方面放宽对国内供应商的认证资格条件,加大对国内潜在供应商的发掘与培育。京东方,豪威科技等国内龙头厂商在华为处业务有显著增长。

在自主开发操作系统上,华为消费者事业部总裁余承东于5月17日称,除自研芯片外,华为还具备操作系统的核心能力。早在2012年华为便开始开发自己的操作系统,预计将于2019年Q3-2020年Q1面世,该OS打通了手机、平板电脑和个人电脑,并有望兼容全部安卓应用和Web应用。

最新进展:供应链鼎力相助,欧洲客户发声支持

华为禁运事件之后,高通、英特尔、TI、安森美、泰瑞达等华为的硬件供应商都收到美国商务部的函件。要求相关供应商禁止向华为供货,暂停所有新订单等。但由于5月20日美商务部对华为公司的禁令做出的“有限豁免”,目前相关供应商的供货有少量恢复,可短期内支持部分老客户的产品维护。

同时,华为也在积极争取非美国供应商的支持。公司已要求其亚洲顶级供货商维持交付,台积电表示,虽然正在评估美国这一决定的影响,仍会维持向华为的供货,群创光电也表示对华为的供货安排将保持不变。

欧洲国家也明确表明了对华为业务的支持,今年3月份,华为在比利时布鲁塞尔开设了欧洲网络安全中心,罕见的向外界开放产品与源代码。展现了华为对外合作的诚意,赢得了欧洲国家对华为信任。而德法荷兰等欧盟国家也明确表示不会受美国施压而对华为下禁令,不会将华为排除在5G网络的竞标者以外。此外,俄罗斯电信巨头维佩尔通信公司更是打算2020年前投资50亿卢布在莫斯科电信网络更新中全面改用华为设备。

整体来看,华为事件扰动了全球科技产业发展,虽然美国供应链厂商迫于压力对华为停供,但公司依旧得到了全球其他国家供应链及下游客户的支持,我们对华为仍有信心。

同时,近期市场传言较多,有不少媒体爆料英飞凌、村田等非美国供应商对华停供。但均被上市公司辟谣。我们认为还需保持平和心态,不惧传言的短期影响。后续中美领导人还将于6月28–29日的G20峰会上开展会谈,华为事件或将迎来转机。

三、华为供应链分析:短板依旧明显,但不必过于悲观

手机终端和通信设备为华为公司最重要的终端产品

2018年,华为运营商业务占整体营收比例达42%,而消费者业务占整体营收的47%。所以手机终端和通信设备为华为公司最重要的终端产品。

消费者业务方面:华为手机终端公司于2003年成立,后改组为消费者业务BG。近年来华为手机销量持续快速提升,2015年一季度华为手机销量1740万台,市占率仅为5%;而2019年一季度手机出货就已跃升至5910万台,市占率高达19.02%。超越苹果,仅次于三星。

我们认为华为手机的崛起主要得益于:

1.华为在困境中始终坚持海思的芯片研发,实现处理器芯片自给,打破了高通对处理器芯片的垄断地位,具备了核心竞争力;

2.华为手机具有全球领先的摄像效果,荣耀6 Plus系列首推双摄,P20 Pro推出三摄,有效抓住了消费者需求;

3.市场定位精准,荣耀系列主推性价比,而中高端Mate和P系列在性能上可与苹果三星等巨头抗衡。

运营商业务方面:华为的运营商业务一直以来是公司的经营重点。公司从中国市场起步,业务逐步扩张至全球,除发展中国家外,华为自2014年起在欧洲电信市场取得突破,并拿下大量份额。借此机遇华为于2015年一举超越诺基亚,成为全球第一的通讯设备商。公司运营商业务的发展历程也非一帆风顺。公司经历过思科对华为的起诉,新兴企业港湾对其的挑战。虽历经坎坷,但仍稳步成长。

作为对比,中国另一运营商业务巨头中兴也在数十年的发展历程中持续提升自身在运营商市场的竞争力。但由于在2016年,2018年遭遇美国的不公禁运,业务开展受到一定影响,2018年的市占率有所下滑。

从拆机角度分析华为手机业务自给率

手机作为消费电子产品,其复杂度较低,所以我们在本节中从拆机角度切入,逐项探讨华为手机业务的自给率。

我们整理了华为近两年推出的旗舰机型拆机报告。整体来看,华为能够实现自给的芯片主要包括处理器、电源芯片;在屏下指纹,CIS芯片及OLED方面,汇顶科技,豪威科技及京东方等国产厂商的突破有力支撑了进口替代;存储器芯片仍依赖进口,但韩系厂商可以满足需求,同时国内长存长鑫正在快速跟进。目前较为依赖美系供应商的芯片主要在无线充电及射频领域

无线充电方面,华为主要采用IDT的芯片方案,IDT于2018年被日本瑞萨收购。但由于研发所在地在美国,所以仍受本次禁令影响。不过无线充电领域近期有较多国产厂商涌现,如美芯晟,易冲等。其中美芯晟于近期已通过华为认证,未来有望快速实现国产替代

射频芯片领域,国产芯片仍有较大差距。根据Yole预测,2017年,全球手机射频芯片市场规模为150亿美元,其中滤波器市场规模最大,达80亿美元。往后分别为功放,开关,调谐器,低噪放等。而2023年,整个射频芯片市场规模将达350亿美元,复合增长率达14%。其中增速最快的为滤波器,复合增长率达19%。同时值得注意的是,随着5G的到来,应用于毫米波场景下的AIP芯片方案将逐渐起量,预计2023年将有4.23亿的市场空间。

目前射频芯片前四大企业分别为Skyworks,Qorvo,Broadcom,Murata,市占率分别为24%,21%,20%,20%。其中仅有Murata不是美系厂商。Murata的SAW滤波器市占率全球第一,但其他射频器件竞争力不强,同时也没有FBAR工艺。所以国内手机产业链对美系射频芯片供应链高度依赖

我们认为国内数字芯片的设计能力较强。但是模拟芯片更加依赖研发人员的经验,所以差距较大。其中射频芯片作为模拟芯片皇冠上的明珠,门槛最高且供应链议价能力强。据Navian的统计数据,2017年国产射频芯片市占率仅为2%,虽然近两年有所改善,但距离国产替代仍有较大缺口。

目前国产射频PA厂商主要有唯捷创芯(2018年打入华为供应链),慧智微(正在多家国产龙头厂商处验证),中科汉天下,国民飞骧等。而射频开关及LNA厂商主要有卓胜微。

基站侧:中射频芯片暂无替代,FPGA急需赶上

前文我们讨论了手机芯片供应链中射频芯片自给率不足的情况。到了基站侧,缺芯现象进一步凸显。由于基站产品需要高可靠性及高精确度,所以芯片自给率较低。目前高度依赖美系供应商的主要有中射频芯片,FPGA两大类产品。除此之外,部分基站端高压电源器件也值得关注。

(1)详解中射频芯片产业趋势及供应商

中射频芯片方面,过去模拟中频及射频芯片主要采用分立方案,系统内的芯片架构较为复杂:混频器,DVGA,锁相环,ADC,DAC,正交调制器,DPD接收机,射频滤波器,射频PA等。

进入5G前夕,为了满足微基站的体积大小需求,各家均开始转向射频ADDA或Transceiver两大类单芯片方案。上述两大类方案均是将中频模拟芯片及部分射频芯片集成在内,完成基带信号转射频的功能。后端只需加射频PA即可完成基站功能。由于射频ADDA及Transceiver芯片方案的集成度大大提升,所以进一步提升了基站芯片的门槛,使得国产厂商更加难以切入。通过下图的AD9213芯片框图可看出,单芯片方案的集成度极高,所以目前业内成熟供应商仅有TI和ADI。

不过,据产业链验证,海思早已开始射频Transceiver的研发,但前期测试结果相对不太理想。除海思外,国内还有金卓网络的射频Transceiver芯片在研发中,目前仍处于FPGA早期验证阶段。

(2)FPGA国产替代开始起步

FPGA(Field Programmable Gate Array),即现场可编程门阵列。相比于ASIC(专用集成电路),FPGA的速度更慢,实现同样功能的面积更大,但FPGA具有能够快速成品,造价更低,可编程性和矢量运算不可替代的优势,因此其市场应用广泛。

2018年全球FPGA市场规模63.35亿美元,同比上升8%,其中电子通讯占比40%,消费电子占比23%,汽车占比16%,数据中心占比8%,工业占比13%。FGPA可有效提升基站运行效率,有助于改善连接速度、降低时延、提升连接密度,进而更好地利用频谱带宽。预期到2025年,FPGA市场规模将达到125亿美元。

通过产业链调研,我们了解到FPGA在基站中主要用在数字前端实现数据压缩,加速等功能。具体应用场景包括:I/Q数据压缩,硬件加速,AAA处理,提升CRAN基站连接性四大类。

以I/Q数据压缩为例,基站信号需要通过正交调制,进而提升频率。正交调制之后的两路信号分别为I路信号和Q路信号。由于5G信号复杂度大大提升,所以需要对基带信号做FPGA数据压缩。图内以CPRI协议为例,但实际上FPGA数据压缩可以扩展至所有常见空中接口标准上的UL和DL信号。

目前FPGA市场主要被Xilinx及Altera垄断,其中Altera于2015年被Intel收购。其余厂商包括美国公司Lattice,Microsemi;大陆公司有:紫光国芯;京微雅格;高云半导体;上海安路科技等,但距离在基站上大规模商用仍有距离。

(3)基站电源芯片分析及产业建议

华为海思在基站领域持续投入,在4G时代就已实现了基带芯片的自给,并于2019年推出华为天罡5G基带芯片。此外基站射频芯片也有储备。

但仅靠华为一家是不够的。由于基站复杂度远超手机,认证流程较久,量亦有限。所以国内芯片设计公司更倾向于量大,且国产替代较为容易的手机芯片。

以电源芯片为例,基站需要交流转直流的高压芯片,也需要在48V实现变压的隔离电源芯片。这些芯片实际上门槛并不高,但国内厂商鲜有投入该领域研发。在经历ZTE事件后,华为加速了国产芯片的认证流程,但产业链不能仅靠华为一家,还需国内企业协力助推。

其他风险分析

(1)安卓停止GMS服务授权,或将影响海外市场

5月20日,外媒报道谷歌已停止与华为合作,随后谷歌中国通过邮件确认了此事。并称:安卓已停止对华为新设备的GMS服务授权,已有设备的谷歌服务将无法升级,但使用不受影响。

由于海外市场高度依赖GMS服务中的Google Play软件商店,谷歌地图,Youtube等一系列服务。所以华为海外市场手机销售或将受到影响。据Canalys统计,2018年华为手机销量为2.06亿部,其中海外销量为1.01亿部。占总销量比例约为50%。据报道,目前已有多家海外运营商停止销售华为新机。

面对软件封锁,任总前期在接受采访时表示正在与谷歌公司协商救济方案。同时,华为也在积极开发操作系统,目前已注册鸿蒙商标。据余承东透露,该系统将横跨手机,平板及电脑,并兼容安卓APP。预计早在2019Q3,迟在2020Q1就将推出。

(2)IP及EDA的缺失影响深远

IP方面,近期有媒体报道ARM停止与华为合作。我们认为,由于华为前期和ARM已签署了ARM v8架构的终身授权,所以新品开发暂不受影响。事实上,据招商电子产业链调研,海思将于5月30日召开麒麟新品发布会,内部工作推进一切如常。

同时,从授权范围来看,华为购买的是最高难度的架构授权,开发过程中仅采用ARM定义的最基础的指令集,往后完全靠自研,所以对ARM的技术支持依赖度较低。目前全球范围内采用ARM架构授权的厂商主要有:华为,高通,ARM和三星。

事实上,我们更需关注的是ARM v9的进展,由于华为此前签约并未涉及未来产品。所以如果v9推出之前禁运无法得到解决的话,或将降低海思的长期竞争力。

华为ARM事件凸显了国内半导体产业在核心IP领域的缺失,建议关注本土IP公司芯原微电子,Imagination等。

EDA方面:目前国际上主要有三大集成电路EDA公司,分别是Synopsys,Cadence,Mentor Graphics。三家在EDA行业的市占率几乎形成垄断,且均为美国公司。

其中Synopsys的优势在于收购Astro之后,完善了产品组合,提供全面强大的解决方案;而Cadence曾是业界第一厂商,但在Synopsys和Astro的联姻之后退居第二,公司在模拟电路设计中具备独特的优势;而Mentor的体量相比以上两家小了很多,并于2016年被西门子收购。

目前,海思已和EDA厂商签署了多年合约,所以基本使用暂不受影响。但EDA和IP不同,这个领域高度依赖技术支持。尤其是高度复杂的CPU研发,一旦在RTL转版图的过程中出现Bug,需要从EDA代码的角度分析。如果没有EDA厂商的技术支持,会较为严重地影响芯片开发进展。

我们了解到,华为近期也在积极测国内的EDA软件,如芯禾科技,华大九天等,但整体来看,国内的EDA软件在某些细分领域较有特色,全面性远不如Synopsys等海外巨头。

(3)其他风险:25%长臂管辖

近日有媒体报道,美国《出口管理法》规定,若第三方企业对“实体清单”中目标企业出售的产品中,含25%以上美国企业生产的零部件和软件,该第三方企业也将列入制裁名单中。

通过查阅美国出口管理法(Export Administration Regulations)我们找到了25%长臂管辖说法的来源。

“Items subject to the Export Administration Regulations” include thefollowing:

1. All U.S.origin items wherever located in the world.

2. Any itemin the United States and being exported to any of these entities from theUnited States.

3. Any foreign madeitem that contains more than 25% U.S. origin “controlled” content (or10% if exported or reexported to Iran, North Korea, Sudan, or Syria) (theso-called “de minimis” rule).

4. Anyforeign made item that is the direct product of U.S. origin technology or majorplant and equipment located abroad, where the foreign-made product and the U.S.origin technology or major plant and equipment are controlled for “nationalsecurity” reasons.

我们认为U.S. origin “controlled” content这一概念较为模糊,给了美方在执行时较大的自由度。如严格执行,可能会较多非美国供应商会受制于25%的长臂管辖,值得关注。

四、华为事件敲响国产替代警钟,半导体产业机遇与挑战并存

华为事件凸显了国内ICT产业链的不完善。在过去多年间,中国从微笑曲线中附加值最低的代工开始,逐渐切入下游,树立了以华为,ZTE,小米,格力等全球知名品牌。但位于整个产业链微笑曲线上游的半导体、软件系统乃至于基础材料都有显著不足。产业缺乏自上而下自主化体系

从华为供应链分析看半导体设计业短板

据Gartner统计,2018年大陆品牌对芯片需求总量为940亿美元,本土芯片设计公司产值总额仅有260亿美元。

对于华为公司而言,2018年华为芯片采购额为210亿美元,位列全球第三。而海思半导体营收为503亿人民币,取2018年底的汇率6.88来算,相当于73亿美元。虽已是全球第七大Fabless芯片设计公司,但要满足公司所有需求仍远不足。还需国内半导体产业链群策群力推动自主可控。

在此我们统计了华为的前70大美国供应商,其中半导体供应商就有39家之多。可见美系半导体产业链的强势地位。下表中,华为业务营收占比数据取自BloomBerg;而国内对标公司及自给率是通过产业链调研而知。

整体来看,国内半导体芯片自给率仍较低。

(1)除手机处理器外,仅有指纹识别,MCU,分立器件,以及音频Codec等细分领域,在部分优秀国产公司的带动下,市占率有不错的表现。

(2)AI芯片,模拟芯片,射频芯片,IP等领域,目前已涌现了一些极具潜力的领军企业,但国产替代仍有距离。

(3)市场空间最大的PC处理器,存储器以及重要性凸显的EDA,FPGA等领域仍处于0的突破期。

市场规模角度分析,我们剔除了与硬科技关系不大的其他类公司。华为采购额前二十大美国公司中,半导体公司共有13家;光模块公司2家,基站天线1家。其他采购金额较多的公司包括代工厂伟创力,玻璃大厂康宁,PCB公司TTM,生产保险丝等电路保护器件的公司LittleFuse。

受前期存储器涨价影响,华为在2018年存储器采购金额较高。镁光采购总额高达39.51亿美元,为华为第一大供应商,占华为2018年芯片采购总金额的18.81%。而得益于在通信射频芯片领域的全面布局,博通以22.47亿位列第二大供应商。

除上述两家公司外,其他采购金额较大的芯片设计公司下游领域还包括:手机处理器,PC/服务器处理器,模拟芯片,通信芯片等。这些都是市场规模较大的细分领域。

国内半导体设计业的破局之路

2018年,全球Fabless设计公司营收达1094亿美元。按地区划分,美国公司的龙头地位优势明显,占全球设计业约68%的份额比例;其次是中国台湾及中国大陆,份额分别为16%和13%。往后才是欧洲、日本等国家。但值得注意的是,欧洲的芯片设计业以IDM为主,如Infineon,NXP,ST均为全球前十五的半导体公司,但不纳入Fabless的统计。

中国大陆的芯片设计业近年来取得了快速增长,2010年占据了Fabless 5%的市场份额,2017年这一比例提升至11%,而2018年在华为海思的强势带动下,市占率进一步增至13%。不过,若将IDM也考虑在内,那么中国半导体企业仍有较长的路要走。目前全球前十五的半导体公司中尚无国产公司身影

整体来看,国内IC设计呈现数量多、规模小的特点,2018年有1698家IC设计企业,其中只有208家营收过亿。据Trendforce统计,2018年国内前十大芯片设计企业中,海思半导体以503亿元的销售额远超其他厂商。而第二名的紫光展锐营收仅有100亿,同比还略有下降。

国内芯片设计公司尚处于起步阶段,所以在发展过程中更需借鉴欧美大厂的经验。

(1)并购整合:以德州仪器为例,公司是全球第一大的模拟芯片设计公司,但2000年之前,TI仅是一家专注DSP,基带处理器的芯片设计公司,尚未在模拟芯片领域大展拳脚。公司全面切入模拟芯片契机来自2000年的并购,公司以76亿美元的对价并购了名噪一时的模拟大厂Burr-Brown,随后公司又陆续完成了多起并购,完善了公司在模拟芯片领域的布局。

由于模拟芯片的种类众多,且不同应用环境对芯片的参数需求完全不同,如通过自主研发方式切入,会花费较高的时间成本,同时,自研芯片推出后,客户处的认证替换流程也存在不确定性。所以并购成为了模拟芯片行业中切入新市场最经济有效的方式。虽然当前国内半导体行业的海外并购空间不大,但海外研发团队的引进,国内公司并购整合也是可行之举。

对应到A股市场,目前半导体设计板块中有三大并购案在推进中,分别是韦尔股份并购豪威科技,闻泰科技并购安世半导体,北京君正并购北京矽成。上述并购案中,被并购标的此前均为海外龙头公司或龙头公司子公司。公司赛道优质,产品竞争力强,技术储备完善。如并购成功将大幅提升原有上市公司业绩表现,同时为上市公司带来全新的市场与客户,拓宽发展空间。

(2)切入优势细分领域:国产芯片设计公司在发展过程中,赛道选择非常重要。芯片设计公司的下游应用领域的景气度各不相同,技术更迭速度,性能可靠性要求,竞争格局也是千差万别。

以汇顶科技为例,公司在生物识别领域深耕多年,并于2018年引领市场推出屏下指纹识别芯片。在屏下指纹芯片放量的带动下,公司2019年一季度实现4.14亿净利,同比增长2039.95%的增长,业绩大反转的同时,业绩远超海外竞争对手。我们认为,当前全球半导体产业正处于去库存阶段,下游需求亦不振。这样的市场环境对于国内芯片设计公司是一大挑战,需要规避低门槛红海市场,找寻适合自己的细分领域,才可如汇顶一般逐步超越海外竞争对手,引领行业发展。

(3)和下游终端厂商积极合作:终端厂商的支持对于芯片设计公司而言意义巨大。此前即使国内芯片设计公司有了合格产品,但终端厂商更倾向于海外巨头经过量产验证后的芯片方案。自去年中兴事件之后,各大终端厂商均开始大力推动和国产芯片厂商的合作,开发替代方案,避免被“卡脖子”。终端厂商的推动将有效促进国产芯片设计公司的发展。

(4)国家政策的长线支持:政府近些年出台了多项针对半导体产业的优惠政策,更有1400亿的大基金。我们认为,政府的补贴在芯片设计领域要雨露均沾,芯片设计公司理应百花齐放的。现在政府对龙头的补贴力度较强,后续还需侧重研发团队齐备,具有核心技术的中小型芯片设计公司。同时继续推进国家科技重大专项,加大高校/科研院所对前沿技术持续研究的支持力度。科研院所的团队稳定,可以在较长时间内进行技术积累,可以更好的进行前沿技术开发。

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来源:招商证券研究所 | 责任编辑:程北墨
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