半导体行业深度报告：SoC芯片研究框架

来源:未来智库发布时间:2021-09-161788浏览

询问 AI

（报告出品方/作者：方正证券，陈杭）

一、SoC投资逻辑框架

国产替代势不可挡

天时：中美半导体摩擦激发国内供应链安全可控诉求，疫情影响海外厂商产能，国内厂商趁势抢占份额。

地利：下游应用领域，国内厂商产品市占率逐渐提高，国内厂商切入供应链机会放大。

人和：大量相关人才回流，大部分应用领域国内厂商与国外厂商产品参数差距不大。

二、知根知底：详解SoC

四大核芯之SoC：

定义：SoC芯片（System on Chip）又称系统级芯片，片上系统。是将系统关键部件集成在一块芯片上，可以实现完整系统功能的芯片电路。 SoC是手机、平板、智能家电等智能化设备的核心芯片。

模块单元：SoC芯片作为系统级芯片，集成有CPU、GPU、NPU、存储器、基带、ISP、DSP、WIFI、蓝牙等模块。

衡短论长：MCU V.S. MPU V.S. SoC

承担设备大脑职能的芯片有CPU、MPU、MCU和SoC

SoC设计、制造过程

SoC芯片的设计分为硬件和软件两部分。随着电子系统级设计（ ESL Electronic System Leverl Design）工具的发展，软硬件协同设计逐渐被采用。SoC设计完成后，进行流片测试。流片测试成功之后即进入量产阶段。

生产过程：a) 晶圆生产； b) 涂层之后光刻；c) 蚀刻、离子注入、金属填充；d) 晶圆切片、封装测试。

SoC发展历程及未来趋势

SoC技术始于20世纪90年代中期，遵循摩尔定律，现已进入纳米阶段。相较于独立器件，SoC在性能、成本、功耗、可靠性以及生命周期与适用范围各方面都有明显的优势。 SoC是在集成电路(IC)向集成系统(IS)转变大方向下产生的。1994年 Motorola发布的FlexCore系统和1995年LSILogic公司为Sony公司设计的SoC，是SoC设计最早报导。 SoC的技术发展趋势将是SoC、MEMS和SiP这三者技术融合。

三、鸟瞰于胸：产业链分析

上游产能供给：重中之重

产能供给是任何一家IC设计企业的重中之重，关乎于企业经营的正常运作以及新产品是否能很快抢占市场，产能没保障比卖不出货更为致命。产能供给紧张时期，芯片设计厂家的主要任务就是去晶圆厂要产能。IC设计企业使用 EDA等软件设计出集成电路版图，之后交予晶圆代工厂生产。IC设计企业与晶圆代工厂签订代工合同，即业界常说的获取产能。

衡量晶圆代工厂的制造工艺水平，通常从晶圆尺寸和制程两个方面判断。晶圆尺寸是指晶圆的直径，尺寸越大，代表单个晶圆可以生产出更多的芯片，成本随之降低；制程是指晶体管之间的线宽，以CMOS工艺为例，其线宽一般为该工艺制作的晶体管的栅极长度。制程越小，芯片功耗越低。

上游晶圆代工厂：寡头局面

晶圆代工厂市场呈现寡头局面，以中国台湾企业台积电和韩国企业三星为巨头，2020年合计占比达71%。

SoC制程与封装

衡量SoC的性能，除了内核、内部存储及外设等因素，还会对比芯片的制程、封装情况。一般来说，一块芯片会随着制程越小，其功耗表现就越低。智能手机SoC芯片大多在12nm以下，高端旗舰机以7nm为主流，其中苹果A14芯片采用台积电5nm制程；物联网等其他应用领域SoC制程也在30nm以下。目前12nm以下先进制程主要由台积电和三星代工，下游客户主要有苹果、高通、联发科、三星等，其中台积电5nm制程主要由苹果抢占，三星5nm制程主要由三星和高通消化。

先进封装(FC、FIWLP、FOWLP、TSV、SIP等)因具有同时提高产品功能和降低成本的优点，逐步代替传统封装(SOT、 QFN、BGA等)。目前倒装芯片(Flip-Chip)占主导地位，但 3D IC堆叠和扇出型封装是增长最快的先进封装技术。

SoC全球市场规模及应用领域

据Market Research Future预计，全球SoC市场规模将从2017年的1318.3亿美元增长到 2023年的2072.1亿美元，复合年增长率为8.3%。

SoC下游应用广泛，智能手机为最大应用。SoC主要应用于消费电子、IT、通信及汽车。在过去几年，消费电子占最大市场份额，对智能手机、4K电视等电子设备及TWS耳机、手表等智能可穿戴设备的需求不断增长，推动消费电子市场的增长。

四、窥见核心：增长驱动力

宏观视角

补库存周期与创新周期共振拉动需求。5G时代下，新一轮的创新周期与补库存周期共振，消费、政策、产业智能化需求拉动智能化终端设备的出货，驱动SoC芯片需求的快速增长。产业变迁规律带来国产替代机会。产业变迁趋势下，我国SoC市场增速快于全球平均值，SoC相关芯片国产替代势不可挡。

智能手机：5G手机换机潮

应用处理器（App Processor，AP），即未集成基带芯片（Baseband Processor，BP）的SoC，是智能手机、平板电脑的主控芯片。 5G商用以来，中国5G设备出货量上升趋势明显，2021年四月中国5G手机出货量2142万台，较去年同期增长近10倍。 5G手机换机潮加速，拉动SoC芯片快速放量。

智能平板：后疫情时代平板出货量回升

受益于疫情导致的线上办公与线上学习模式，笔记本电脑出货量显著增长，突破了早先几年负增长的出货量瓶颈。据Statistic数据，2016-2019年全球平板电脑出货量均处于负增长状态，2020年出货量为1.885 亿台，较上年增长17.37%。后疫情时代受益于人们工作方式的改变以及设备更新换代需求，平板电脑出货量有望延续回升趋势；随着平板电脑人机交互功能的增强以及对低功耗长待机需求的提升，高性能SoC芯片的需求有望持续增长。

智能家居：智能家电成长空间大

智能音箱作为AIoT交互入口持续渗透，智能家电（照明、扫地机器人、电饭煲等）进入快速成长期。2020年中国智能家居设备出货量为2亿台，2021年受疫情影响，市场对智能家居接受程度越来越高，预计全年出货量2.6亿台，同比增长26.7%，这其中智能家电、家庭安全监控、智能照明将保持较高出货量增速。 2021年全球智能家电市场规模达到250亿美元，未来三年复合增长率16.5%，预计2024年市场规模将达到396.3亿美元。2019年全球大家电市场规模达到3289亿美元，以智能家电250 亿市场规模进行测算，目前的占比不到8%，智能家电快速增长，其市场空间十分广阔。

五、知己知彼：细说国内外厂商

高通：手机SoC+智能座舱SoC龙头厂商

高通（Qualcomm）1985年创立于美国加利福尼亚，从一家研发卡车定位的公司成长为移动设备和无线设备通信技术的全球龙头。高通凭借整合基带功能的AP芯片成长为全球第一大IC设计公司。高通21Q2年营收约79.35亿美元，其中QCT业务营收62.81亿美元，占总营收的79.16%，同比增长53%， QTL业务营收16.14亿美元，占总业务的20.34%，同比增长51%。

手机业务占比最高。高通21Q2 QCT业务中，手机业务实现营收40.65亿美元，同比增长53%；RF前端营收9.03亿美元，同比增长39%；汽车业务营收2.4亿美元，同比增长40%；物联网营收10.73亿美元，同比增长71%。

智能手机SoC市占率全球前二：高通手机SoC全球市占率近年一直呈现下滑趋势，但总体来说均处于前二位置，2020年全球智能手机SoC市场份额为28%。

高通汽车产品SOC布局久远：2002年便为通用汽车提供CDMA 1x车载网联解决方案，此后高通也将自己 /3g/4g/5g等技术用于车载领域，2014年高通进入数字座舱领域，2020年高通进入自动驾驶领域，预计 2023年搭载高通自动驾驶平台的汽车将面世。全球多家汽车制造商采用高通汽车方案，高通汽车方案订单总估值超80亿美元。

三星电子：积极布局车载SoC

三星电子成立于1969年，总部设立在韩国，是韩国民族工业的代表，也是韩国最大的电子工业企业。同时三星电子还是全球前五大半导体公司。公司手机产品采用三星自家Exynos处理器，同时也采用高通SoC，因此整体来看，三星Exynos SoC市占率不高，维持在15%水平左右。公司积极布局车用领域SoC，三星电子正在为汽车IVI系统开发下一代SoC。例如Exynos Auto V9将配套 2021年的奥迪车载信息系统。预计未来有可能也会像英伟达、高通、英特尔/Mobileye一样，进入自动驾驶平台领域。

英伟达：ADAS和自动驾驶领域领先

英伟达成立于1993年，总部位于美国加利福尼亚州圣克拉拉市，是国际知名芯片设计公司。英伟达的SoC主要用于三个领域：用于超级计算机的Tesla系列、用于嵌入式系统的Tegra系列以及作为游戏图形处理器的GeForce系列。汽车计算机化和驾驶辅助系统普及，加速了嵌入式Tegra系列被汽车的电子仪表采用。之后，英伟达为GPU开发的并行处理架构CUDA（Compute Unified Device Architecture）在深度学习方面表现非常优异，在当前AI系统中确立了压倒性的地位，特别是ADAS和自动驾驶技术。2021年4月，英伟达发布史上最强自动驾驶芯片——Atlan，单颗SoC的算力达1000TOPS，比上一代 Orin SoC算力提升接近4倍，比如今大多数L4级自动驾驶车辆整车的算力还要强，预计于2025年开始上车。

报告节选：