2024年广立微研究报告:卡位芯片良率提升赛道,软硬件协同助推成长

  • 来源:广发证券
  • 发布时间:2024/10/21
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广立微研究报告:卡位芯片良率提升赛道,软硬件协同助推成长。广立微是集成电路良率提升细分赛道领军者。成立于2003年,广立微始终围绕集成电路成品率提升及电性测试相关领域,在能力圈内研发产品。目前,公司已形成集成电路EDA工具软件、晶圆级电性测试设备和半导体大数据分析与管理系统三大产品矩阵,同时利用上述软硬件工具在成品率提升领域提供软件技术开发服务。晶圆厂扩产+工艺制程升级驱动良率提升市场增长。良率对于芯片设计与制造厂商均很重要,伴随晶圆厂产能持续扩建,良率提升服务需求将迎来新一轮增长。而在工艺制程升级趋势下,良率成为影响产品质量和成本控制的关键因素,良率提升需求将呈现同步增长态势。在良率提升领域...

一、广立微:面向芯片生产全流程的工具和设备供应商

(一)公司初识:打造集成电路良率提升全流程解决方案

聚焦集成电路产业链,构建软硬件协同的良率提升全流程解决方案。广立微成立于 2003年,成立之初对集成电路设计做了诸多探索,之后便将研发方向聚焦于集成电 路成品率提升及电性测试相关领域。目前,公司已形成集成电路EDA工具软件、晶 圆级电性测试设备和半导体大数据分析与管理系统三大产品矩阵,同时利用上述软 硬件工具在成品率提升领域提供软件技术开发服务。

深耕集成电路成品率提升领域,稳扎稳打多点开花。根据公司招股书,公司自2003 年成立以来,一直围绕集成电路成品率提升及电性测试相关领域开展业务,发展历 程可分为初创研发期(2003年~2010年)、发展积累期(2011年~2016年)和高速 拓展期(2017年至今)三阶段。

1. 初创研发期(2003年~2010年):布局初代产品,奠定发展基础

成立初期,公司将研发方向聚焦于集成电路成品率提升及电性测试,成功研发了初 代产品,奠定了未来核心技术研发的基石。其中核心成果包含测试芯片版图自动化设计工具SmtCell与TCMagic、电性数据分析软件DataExp和融入了可寻址测试芯片 设计技术的ATCompiler软件产品等。

2. 发展积累期(2011年~2016年):部署测试设备,构建完整产品生态

公司不断升级软件产品,并拓展至晶圆级电性测试设备,全面构建产品生态,形成 了从测试芯片设计、WAT(Wafer Acceptance Test,即晶圆允收测试)测试到数据 分析的一站式集成电路成品率提升解决方案,覆盖90nm至28nm工艺。①软件方面, 研发出了第二代、第三代可寻址测试芯片设计技术,推出产品诊断测试芯片设计软 件ICSpider;②硬件方面,开发出第一代、第二代晶圆级电性测试设备。③客户方 面,成功拓展中国台湾、韩国等境外市场。

3. 高速拓展期(2017年至今):专注产品技术提升,WAT设备实现量产

公司持续升级拓展现有产品和服务,并在此基础上建立多场景的电路IP库,工艺拓 展至3nm,引领行业,同时WAT设备实现量产。①软件方面,开发出适用于FinFET 先进工艺的超高密度测试芯片设计软件Dense Array、大数据分析平台DataExp的 alpha测试版等;②硬件方面,开发出第三代、第四代晶圆级电性测试设备,WAT设 备实现标准化量产;③客户方面,逐步转向拓展境内市场,并与华虹集团、粤芯半 导体、合肥晶合、长鑫存储等国内多家大型晶圆代工厂建立长期合作关系。 简而言之,公司风格务实稳健,投入坚定,从软件到硬件始终围绕提升成品率提升 领域,专注于在自身能力圈内开发产品。

实控人持股比例较高,子公司分工定位明确。根据iFind数据,公司董事长及实控人 郑勇军先生直接持股6.02%,并通过持有广立微投资、广立共创、广立共进间接控股, 合计控股26.39%,持股比较较高。公司拥有杭州芯未来、长沙广立微、上海亿瑞芯 等子公司,负责股权投资、电子测试仪器制造与销售、集成电路软件开发以及集成 电路芯片设计与服务等业务。根据公司2023年年报,公司于2023年购买亿瑞芯43%的股权并将其并表,合作开发DFT(Design for Test,可测试性设计)产品。公司旗 下子公司分工定位明确,能够充分发挥各自优势,有助于未来软硬件业务协同发展, 及提供更完善的产品与服务矩阵。

股权激励计划提振员工积极性,彰显发展信心。2023年8月,广立微发布了2023年 限制性股票激励计划(草案),拟向激励对象授予120万股限制性股票,约占公司总 股本的0.6%。其中,首次授予98.7万股,授予价格为33.81元/股,涉及87名激励对 象(占截至公司2023年6月末公司人数的22%),包括公司高中层管理人员及核心技 术骨干等。该限制性股票激励计划的考核年度为2023年至2025年,以2022年的3.56 亿元营收为基数,2023年至2025年的目标值分别为营收增长率60%、150%、300%, 基础值分别为营收增长率30%、75%、160%。2023年,公司营收为4.78亿元,同增 34%,达到基础值,但不及目标值。

管理层产业经验丰富,浙大基因深厚。公司多名高管曾在国内外龙头公司任职,其 中董事长兼总经理郑勇军先生曾任PDF Solutions高级工程师,Xilinx Inc.资深主任工 程师,具备丰富的产业经验,此后又受聘于浙江大学并担任特聘研究员,与浙大结 缘。此外,公司董事杨慎知先生,副总经理ZHAO SA(赵飒)女士都曾任PDF Solutions 工程师,副总经理LU MEIJUN曾任Global Foundries Singapore Pte. Ltd.部门经理, 董事史峥先生和设计部总监潘伟伟女士同样也拥有在浙江大学的求学和任职经历。

(二)软件端:优先突破关键环节 EDA 点工具,兼具数据分析软件

广立微创立伊始便聚焦于成品率提升及电性测试软件,围绕测试芯片自动化设计进 行技术研发和产品设计,目前已经形成6款适用于测试芯片设计环节的核心EDA软件 产品。在测试芯片设计环节实现了从参数单元设计到版图形成再到成品率诊断的全 流程覆盖,和针对成熟工艺和先进工艺的多场景方案。同时,公司提供了大数据分 析与管理系统,通过DATAEXP系列产品,客户可以有效分析并利用产线数据,提供 完整的良率提升解决方案。

1. 良率提升相关EDA软件

电性检测通常采用测试芯片代替产品芯片来进行检测。测试芯片是一种专门设计用 于支持电学性能测试的芯片,能够监控影响产品芯片成品率和性能的关键器件参数 以及工艺各步骤的失效风险。测试芯片与产品芯片使用相同的制造工艺,有时甚至 集成在同一片晶圆上。与产品芯片相比,测试芯片将工艺成品率风险拆解为独立的 测试结构,从而更直接地发现需要改进的风险点。因此,测试芯片技术是业内进行 工艺开发、成品率提升的主要方法。

公司的良率提升相关设计软件主要为测试芯片设计EDA软件。其中: (1) 参数化单元版图设计工具SmtCell用来实现测试芯片的测试结构设计; (2) 通用型的测试芯片版图自动化设计平台TCMagic主要用于测试芯片的绕线、 电路设计和物理拼接; (3) 可寻址测试芯片设计平台ATComplier用于可寻址测试芯片的设计; (4) 超高密度测试芯片版图自动化设计工具DenseArray和Dense Yield针对开发 和量产环节的大量测试需求,基于高密度测试芯片技术,利用片上测试控制 方案和测试设备的协同优化等,进一步提高了测试效率; (5) 产品芯片成品率和性能诊断测试芯片设计工具ICSpider用于产品芯片成品 率和性能诊断的定制化测试芯片设计。

2. 半导体大数据分析与管理系统:良率提升服务的最后一环

DATAEXP系列产品帮助识别定位良率问题,加速良率提升。随着集成电路集成度的 提高和工艺节点的演进,芯片从设计、制造到封装测试各环节数据规模快速增大, 使得端到端全产业链的数据分析尤为关键。2008年,公司研发出第一代电性能数据 分析软件DATAEXP。以此为基础,公司不断进行更新迭代。目前,DATAEXP系列 软件已覆盖集成电路芯片产品设计与制造全生命周期数据管理和分析,如测试芯片 分析、成品率分析、产线数据管理分析、缺陷管理分析等,可以协助提升半导体企业 生产运维能力和行业数据分析效率,快速准确地识别定位良率问题,保障产品良率 的稳定性。同时,公司的测试数据分析系统可以帮助客户获取产线数据并反馈至设 计端与制造端,因此还能够与公司的EDA产品、WAT测试设备相互赋能,相互引流, 为客户提供完整先进的良率提升解决方案。

(三)硬件端:十年打磨,终破 WAT 测试机进口垄断

十年打磨终破进口垄断,产品持续迭代升级。根据公司问询函回复,使用公司EDA 产品设计的先进测试芯片可以提升测试效率,囿于传统WAT测试设备无法充分发挥 该优势,公司从2010年开始自研WAT电性测试设备。历经八年完成三代产品迭代, 测试精度等指标不断提高,终于在2018年推出了第四代测试机,电流精度达到皮安 以下(sub-pA)级,能够满足绝大部分WAT参数测试要求,应用范围由单纯研发正 式升级为适合研发、生产的通用电性测试机,并在此后持续进行产品升级。2020年, 公司测试机产品通过国内知名集成电路制造企业量产评估,正式由研发转向量产。

T4000和T4100S是目前的主力销售机型。公司于2020年研发推出了测试设备T4000 和T4100S,T4000系列是通用型测试设备,适用于大部分WAT电性测试场景。而 T4100S是针对先进工艺中更繁杂多样的要求推出的并行测试设备,在特定环境下效 率有较大提升。此外,公司也推出了适合研发阶段电性测试的工艺开发测试设备。 根据公司2023年年报及2024年半年报,2023年,公司研发出可靠性WLR(Wafer Level Reliability,晶圆级可靠性)测试设备,测试机业务向晶圆级可靠测试WLR及 仿真电路模拟器SPICE领域进行扩张;2024年上半年,公司推出T4000Max半导体 参数测试机,采用了自研高性能矩阵开关构架,可适用于工艺研发、晶圆级可靠性、 量产WAT等多种测试场景。根据公司问询函回复意见及官方微信公众号,晶圆级 WAT测试设备T4000和T4100S是目前的主力销售机型,可靠性WLR测试设备也已 开始商务落地。

产品性能指标优越,接近海外龙头厂商水平。WAT测试机对测试精度、测试速度、 设备一致性和稳定性有着较高要求。具体而言,对应着电流量程、最小电流/电压测 量分辨率、最大电容测量频率等指标。广立微的WAT测试机通过自主研发的硬件配 置方案、电路结构设计以及驱动和控制软件,相互配合实现了对电学参数“快、准、 稳”的测量。通过与海外龙头Keysight产品参数进行对比,可以发现其产品虽然在电 流量程、最大测量引脚数等部分指标上与海外龙头产品存在一定差距,但在最小电 流测量分辨率上、最小电压测量分辨率等指标上已经不亚于海外龙头产品。

持续拓展客群,测试机销量稳步增长。根据公司问询函答复,2020年,公司的测试 机产品通过多家大型晶圆代工厂的试用并获得认可,正式从研发阶段转向量产,逐 步在行业内建立了良好口碑。当年实现测试机销售数量6台,销售金额3076万元,同比增幅达301%。目前,公司测试机产品已通过华虹集团、粤芯半导体等多家知名集 成电路企业的验证,销量持续攀升。2021年至2023年,公司分别实现测试机销售20 台、51台、79台,分别同增200%、235%、154%。

(四)财务分析:测试机放量驱动营收增长,经营性现金流短期波动

测试机业务放量驱动五年营收高速增长。2018年至2023年,公司营收从3100万元成 长至4.78亿元,五年内实现十五倍高速增长,CAGR达73%,主要得益于测试设备及 配件业务快速发展。2018年至2023年,测试机快速放量,销售数量从1台跃升至79 台,营收CAGR达133%,2023年该业务营收为3.8亿元,营收占比80%。同期,公司 软件开发与授权业务也保持着较快发展,2018年至2023年营收CAGR达32%,2023 年该业务营收为9323万元,营收占比19.5%。2024H1,软件开发与授权业务营收增 速超过测试设备业务,呈现上升趋势。

毛利率受营收结构影响走低。公司毛利率受营收结构影响,2018年至2023年持续走 低,2024H1有所回升。分业务看,软件开发及授权业务基本维持着90%以上的较高 毛利率,而测试设备及配件业务毛利率则在50%以上。2018年至2023年,随着测试 设备及配件业务营收占比的提升,公司整体毛利率持续下降。2024H1,软件开发及 授权业务占比提升带动了整体毛利率回升,毛利率达66%,同增3.2pct。此外,根据 公司2024年半年度报告,2024H1,公司推出搭载自研高性能矩阵开关构架的半导体 参数测试机(T4000 Max),未来有望进一步推动测试设备及配件业务毛利率提升。

管理费用端与销售费用端管控良好。2019年以来,在费用端管控下,公司管理费用 率和销售费用率持续降低。2021年至2023年,公司销售费用率分别为10%、8%、8%, 销售费用中工资及福利占比较高。管理费用率分别为9%、7%、8%,扣除股份支付 后的管理费用率分别为8%、7%、8%,其中工资及福利占比较高。2023年,公司管 理费用同增48%,系人员规模快速扩大导致行政管理费用同步增长,以及实施股权 激励导致股份支付费用有所增加。2024H1,伴随业务规模扩大,公司销售费用和管 理费用分别为1884万元、2174万元,同增43%、44%。

研发投入持续高增。公司持续投入研发,常年保持30%以上的研发费用率,并呈现 持续增长态势,研发资本化率为0%。2018年至2023年,公司研发投入CAGR达53%。 2023年,公司布局开拓DFT(Design for Test)软件、WLR测试机等新业务,快速 扩张研发团队,研发人员同增68%,研发费用同增68%,营收占比达43%。2024H1, 公司研发费用率为77%,同增3.7pct,主要系研发投入持续扩大和销售收入受到季节 性影响所致。具体看来,研发投入主要由人工费用、股份支付、折旧费用等构成,其 中人工费用占比较高。

研发人员占比高,核心团队技术实力雄厚。2018年至2023年,公司持续扩充研发团队。截至2024年6月底,员工总数为549人,其中研发人员454人,同增39%,占员 工总数的83%。从学历结构来看,研发人员主要来自国内一流高校,其中293人拥有 博士或硕士学位,占比65%。公司的多名核心技术人员在半导体领域深耕多年,对 行业技术趋势和下游客户需求有着前瞻性的理解,具备扎实的技术能力。

存货以测试机及配件业务原材料、生产成本及发出产品为主。公司的存货主要包括 测试机及配件业务的原材料、生产成本和发出产品。其中,发出产品包含在客户拓 展阶段发往有购买意向的客户处试用的测试机,以及在验收期间尚未满足收入确认 条件而未结转的测试机。自2020年测试机进入量产阶段后,相应的原材料备货增加, 生产中的测试机和发出试用的测试机数量也随之上升,导致存货显著增加。2023年, 随着公司业务规划的推进,测试机部件的备货量大幅增加,存货占总资产的比重由 2022年末的3.9%上升至2023年末的8.4%,存货周转率有所下降。截至2024年6月底, 公司存货总额为3.0亿元,占总资产的9.1%。

应收账款余额持续上升,周转率有所下降。2018年以来,伴随产品布局拓展及业务 扩张,公司应收账款余额持续上升,周转率有所下降。对应收账款账龄结构进行分 析,可发现账龄在1年以内的应收账款比例逐渐下降,2021年末至2023年末分别为 100%、99.46%、97.42%,2024年6月底为95.80%,因此公司或对下游客户给予更 为宽松的信用政策。而由于公司客户多为国内外一流的集成电路设计厂商、制造厂 商及IDM厂商,规模较大,整体信用度较高,对其应收账款的回款有一定保障。 硬件产品放量使得合同负债大幅提升。2022年,随着硬件产品销售量的增长,公司 收到的预付设备款项显著增加,同时客户支付的软件开发及授权款项也有所提升, 导致公司合同负债从年初的605万元上升至年末的1.4亿元。截至2024年6月,公司合 同负债为5768万元,占总资产的比例较上年末减少0.33%,主要由于部分硬件设备 订单在本期完成交付,原先预收的订单预付款相应结转,从而导致合同负债减少。

归母净利润快速增长。2019年至2023年,公司归母净利润从1933万元上升至1.29亿 元,CAGR达60.66%。2023年,归母净利润同增5%,增速有所收窄,系当期研发费 用增幅较大,对利润端产生一定影响。2024年上半年,同样受到研发端加大投入的 影响,以及股份支付费用和计提应收账款坏账损失影响,公司归母净利润为254万元, 同减89%。 经营性净现金流呈现短期波动。2023年,公司经营性现金流净额为-2.1亿元,同减 207%,主要受几方面因素影响:一是部分订单在2023年度交付,但其部分预付款已 在2022年收取;二是Q4验收的项目较多,有部分项目未能及时回款;三是基于公司 业务规划,测试设备部件的备货大幅增加,导致购买商品支付的现金量较大;四是 公司人员快速增加,职工薪酬支付的现金相应增加。2024年上半年,经营性现金流 净额为-8104万元,较去年同期的-1.9亿元有所增加,系测试设备部件采购量较上年 同期有所减少所致。

二、行业分析:EDA 行业海外三大巨头主导,WAT 测 试机技术壁垒高企

(一)良率提升:对于集成电路制造和设计厂商均关键,电性测试是重要 手段

良率(成品率)是集成电路生产过程中的关键指标。良率指的是实际生产出的合格 芯片数量与晶圆上最大可生产芯片数量之比。良率不仅直接决定了晶圆厂的生产成 本,还影响其产能利用率,因此是集成电路生产过程中的关键指标。而集成电路生 产过程分为芯片设计、晶圆生产、芯片封装、成品测试等流程,涉及数百甚至上千道 工序,任何新设备的引入、新工艺的使用或新产品的导入,都可能对产线稳定性造 成冲击,进而影响良率表现。

1. 良率提升对于芯片设计与制造厂商均重要

对于芯片设计厂商,良率不仅影响产品设计成功与否,还直接决定了利润率高低。 在先进工艺制程下,芯片开发成本显著上升。据Semi Engineering统计,28nm制程 的芯片开发费用约为5130万美元,16nm制程约为1亿美元,7nm制程达2.97亿美元, 而5nm节点的开发费用则高达5.42亿美元。根据公司招股说明书上的推算,在2nm工 艺节点上,芯片开发成本可能接近20亿美元。若良率较低,则意味着更多资源投入 在不合格产品上,导致单位产品的制造成本上升,直接压缩了利润空间。反之,良率 提升能够减少废品率,提高有效产出的芯片数量,进而摊薄研发与生产成本,提高 利润率。因此,提升良率可以帮助芯片设计厂商降低成本,优化整体盈利水平。 对于芯片制造厂商,良率控制成为提效降本与提升竞争力关键。良率直接影响到生 产效率和成本控制,在不断缩小的制程节点下,每个工艺步骤的变异和缺陷密度都 必须严格控制,否则累计的良率损失将随着设计节点的缩小而加剧。此外,良率提 升是复杂工艺流程中获得竞争优势的关键。例如,2022年,三星代工的高通4nm制程芯片骁龙 8 Gen 1由于良率过低,仅为35%,而台积电在相同4nm工艺节点上的 良率高达70%,最终导致高通将后续的新制程代工订单转交给台积电。

2. 晶圆厂扩产+工艺制程升级驱动良率提升市场增长

全球半导体晶圆厂产能扩建驱动成品率提升需求增长。据Knometa Research预测, 全球晶圆厂产能预计将在2024年至2026年分别增长5%、8%、9%。到2026年将达到 每月2861万片晶圆产能的水平(以8英寸当量计算),以满足不断增长的芯片市场需 求。同时,全球范围内的晶圆厂数量也在稳步增加,SEMI预计2024年将新增42座运 营晶圆厂。随着晶圆厂持续扩产,良率提升服务需求将迎来新一轮增长。

国内晶圆厂产能扩建增长势头更为强劲,带来更多良率提升需求。近年来,伴随自 主可控政策的推进,国内晶圆厂产能大幅提升。根据Knometa Research数据测算,2024年至2026年,中国大陆晶圆产能分别约为每月488万片、每月552万片、每月629 万片,分别同增10%、13%和14%,增长势头较全球而言更为强劲,同时也将带来更 多良率提升需求。根据TrendForce数据,截至2023年11月,除去7家暂时停工的晶 圆厂,中国目前有44家晶圆厂在运营,有23家晶圆厂正在建设中,还有10家晶圆厂 正在规划中。

工艺制程升级趋势下,良率提升需求呈现同步增长态势。先进制程节点的缺陷密度 更高,工艺的微小波动都会显著影响生产良率,因此,随着工艺制程的不断升级,特 别是在7nm及以下节点,工艺复杂度大幅提高,良率成为影响产品质量和成本控制 的关键因素,良率提升需求也愈发迫切。

3. 通过测试芯片进行电性检测是提升良率的重要手段

提升良率的关键在于对制造过程进行有效检测,检测可分为物理和电性检测。提升 芯片良率需要通过检测制造工艺各环节,以及结合制造过程中产生的数据进行精准 分析,并反馈至制造端与设计端,最终对制造工艺和设计方案进行全面优化。其中 检测分为物理检测和电性检测。物理检测主要通过扫描电镜、电子显微镜、光学仪 器等设备来获取制造过程中的缺陷信息及相关物理参数,而电性检测则是在晶圆制 造的某一阶段或制造完成后,通过测试器件或测试结构的电学性能,获取相关电学 参数,以评估工艺状况和芯片成品率,通常使用电性测试机与探针台配合进行。

电性检测提升成品率流程包含产品芯片设计、测试芯片设计、晶圆制造、电学性能 测试、测试数据分析、封测等环节。其中与测试相关的环节包括: (1) 测试芯片设计:在电性检测流程中,产品芯片与测试芯片的设计同步进行, 测试芯片主要用于评估工艺中的关键步骤和风险,包括测试结构设计、外围 电路绕线及电路IP设计和物理拼接等。 (2) 电学性能测试:在芯片流片完成后,晶圆厂通过专用的电学性能测试设备进 行检测,获得工艺和产品状况数据。这些数据会被反馈分析,以帮助设计厂 商和晶圆厂识别工艺偏差,进一步优化产品设计和制造工艺。 (3) 测试数据分析:得到测试数据后,结合设计参数和制造过程中的相关数据对 测试数据进行分析,找到影响成品率的因素和提升机会。

(二)EDA 软件:IC 产业链最上游,杠杆作用明显,海外三大巨头主导

EDA(Electronic Design Automation,电子设计自动化)软件处于IC产业链最上 游,是半导体产业链不可或缺的环节。EDA是指利用计算机辅助来完成集成电路芯 片的功能设计、综合、验证、物理设计等流程的软件工具集群。从产业链来看,EDA 软件处于IC产业链最上游,是设计厂商完成芯片设计、代工厂商实现成品率提升的 核心基础工具,具有重要作用。此外,IP也与EDA软件紧密相关,IP指的是在集成电 路设计中提供的可复用或针对性调整后可使用的模块或设计组件,使用IP可以明显 提升复杂芯片的设计效率,并减少设计错误风险。因此,EDA软件及IP是当前半导 体产业链不可或缺的环节。

EDA软件行业杠杆效应明显,是半导体产业的发展引擎。根据Synopsys官网,2024 年全球EDA及IP市场规模预计为212亿美元。EDA和IP工具作为芯片设计和制造的关 键环节,是整体产业链不可缺少的一部分。从技术端来看,EDA作为集成电路设计 和制造的核心工具,衔接集成电路设计、制造和封测,对行业生产效率、产品技术水 平有重要影响。因此,一旦EDA这一产业基础出现问题,全球集成电路倒金字塔产 业链结构将面临巨大挑战。

根据使用阶段,可将EDA工具划分为制造类EDA工具和设计类EDA工具。完整的集 成电路设计和制造流程包含工艺平台开发阶段、设计阶段和晶圆生产阶段,每个阶 段均需用到多种EDA工具。在工艺平台开发与晶圆生产阶段,晶圆厂需要使用集成 电路制造类EDA工具来完成半导体器件/制造工艺开发、器件建模和PDK、集成电路 制造等环节;而在设计阶段,设计厂商则需要通过设计类EDA工具来完成主要设计 环节,提高设计效率和设计质量,并进行模拟以验证功能和性能指标,保障芯片达 到设计标准和较高量产良率,缩短产品上市时间。

EDA行业的发展史是一部并购史。对于EDA下游客户晶圆设计与制造厂商而言,更 多关注在于是否产品是否好用以及是否能形成关键流程或全流程的解决方案,因此 其价格敏感度并不高,EDA产品线的完整度较为重要。回顾EDA行业发展历史,可 以发现,受限于EDA工具的繁杂分类,EDA企业在初创时期通常仅拥有或擅长部分 点工具,后续通过内生发展或外延并购逐步完善覆盖品类。例如,Synopsys在过去 30多年的发展中,进行了超过100次的并购,平均每年进行3次左右的并购,公司产 品布局持续完善,份额近年来也稳居首位。

EDA行业市场空间持续增长。根据Statista数据,2020年至2024年,全球EDA行业市 场空间从81亿美元增长至136亿美元,CAGR达15%。根据中国半导体行业协会数据, 2019年至2023年,中国EDA软件行业市场规模从72.9亿元增长至130.5亿元,CAGR 为16%。

三大巨头主导全球EDA市场。格局方面,整体来看,经过多年发展,EDA行业内进 行了一系列兼并整合,形成了目前寡头垄断的竞争格局。根据集微咨询数据,全球 EDA市场主要由Synopsys、Cadence、Siemens EDA三大厂商主导,2022年CR3约 为74%,其中三大巨头市占率分别为30%,29%,15%。 根据广立微问询函回复,在制造类EDA细分领域,由于各方向工具依托各自相对独 立的理论和方法基础,工具需要与制造过程与工艺紧密结合,企业大规模整合尚未 发生,参与者较多,各自开发细分市场。

国产替代趋势下,国内EDA厂商市占率有望进一步提升。根据集微咨询数据,国内 EDA市场仍由国际三巨头占据绝对主导地位,2022年,Synopsys、Cadence、Simens 等三家海外EDA厂商占据了超70%的市场份额。近年来,伴随着国内集成电路行业 的发展,国内出现了包括广立微、华大九天、概伦电子等一批在部分细分领域内实 现突破的EDA企业。在国产替代趋势下,随着国内厂商技术水平成熟度的提升,有 望突破垄断,进一步提升市场份额。由2020年至2022年的竞争格局变化也可以看出, 国内EDA市场国产替代进一步提速。

全球范围内的EDA公司大致可以分为三个梯队。首先,以Synopsys、Cadence和 Siemens EDA为代表的三大巨头公司,能够为客户提供全套芯片设计的EDA解决方 案;其次,以Keysight和ANSYS为代表的国际领先EDA公司,凭借在细分领域取得 的技术优势,为客户创造了更高价值,并逐步扩展至其他环节工具,目前已成功占 据了显著市场份额,并在特定环节或领域形成了局部垄断地位。除了上述五家公司 外,全球其他EDA企业中,优先突破关键环节核心工具的公司包括海外的PDFSolutions,以及国内的概伦电子、广立微等;而在优先突破部分设计应用全流程解 决方案的公司中,国际上有SILVACO、Jedat Inc.等,国内则有华大九天等。

国内公司目前大多只能重点突破部分点工具,或对局部流程实现全覆盖。具体来看, 海外EDA三巨头经过多年的发展,覆盖全面,种类广泛,已形成全流程产品覆盖, 同时在不同领域又各有优势。而国内公司目前大多只能重点突破部分点工具,或对 局部流程实现全覆盖。其中华大九天可以提供部分设计应用全流程解决方案,广立 微和概伦电子则重点突破了部分点工具。

华大九天优势明显,广立微与概伦电子持续追赶。华大九天凭借规模优势和完整的 产品线,在营收方面处于领先地位,能够提供涵盖模拟电路设计全流程的EDA工具 系统。概伦电子以EDA解决方案为核心业务,涵盖制造类EDA、设计类EDA、半导 体器件特性测试系统及技术开发解决方案等。根据集微咨询数据,2022年华大九天、 概伦电子和广立微在国产EDA市场的市占率分别为7%、3%和2%,其中广立微和概 伦电子的营收增速较快,呈现出持续追赶态势。

(三)WAT 测试机:技术壁垒高,客户粘性强,市场集中度高

电性测试可分为WAT测试、CP(Chip Probing)测试和FT(Final Test)测试,对 应不同测试阶段。其中,WAT测试属于电学性能测试,测试结果能够体现被测样本 的电学性能表现。而CP测试与FT测试通常为功能测试,测试结果一般仅能体现被测 样本的功能是否完整,而无法具体得知电学性能表现。同时,因为CP和FT的测试对 象是整个芯片,而WAT测试对象一般是单一器件,因此WAT测试的信号较CP和FT 更小,测量难度更高。在上述三个测试环节中,半导体测试机均为必不可少的设备, 但由于不同测试环节对测试的着重点有所差异,对于测试机的性能要求、产品特点 亦存在区别。相较而言,WAT测试设备的技术含量、单体价值量等均高于用于功能 测试的CP和FT测试设备。

WAT测试机行业是典型的技术密集型行业,其技术难点在于测试速度、精度与稳定 性。具体而言,速度方面,WAT测试机测试速度直接关系量产产能,并影响客户生 产进度;精度方面,WAT测试主要针对单器件的电性能参数进行测试,因此需要测 量电流、电压以及电容值的微弱信号,例如电流精度需要达到皮安以下才能够满足 绝大部分WAT参数测试需求;稳定性方面,集成电路制造的高精密度要求测试系统 具备较高的一致性和稳定性,特别是在大批量、多批次的量产环境中,需要经过严 格验证才能保证性能稳定,因此测试稳定性是保证生产的基础。 下游晶圆厂在进行产品导入前通常会有较为严苛的产品验证。下游晶圆厂考虑到新 的测试机产品导入对于产线的影响,通常会耗费大量时间进行Demo调试。此外,对 于部分晶圆厂而言,其通常已经在已有测试环境下形成了一定的测试体系及测试标 准,因此为要求测试结果的一致性,后进供应商的产品可能需要去适配现有的测试 体系及测试标准,从而提升了后进供应商的产品验证难度。 高技术壁垒与适配要求造就客户高黏性。技术上,WAT测试机涵盖多门学科的技术, 为典型的技术密集、知识密集的高科技行业,用户对测试系统的精度、速度、稳定性 要求较高,技术壁垒也较高。产品上,由于WAT测试机需要与客户的产线、工艺等 相适配,直接影响客户的生产效率和产品质量,因此需要耗费大量时间调试和改进 才能投入量产;同时需要对接上游芯片设计厂商的技术标准,设备的更换可能会导 致产品性能不稳定。因此,在高技术壁垒以及高转换成本下,客户黏性较高,WAT 测试机一经导入就很少更换。

海外龙头Keysight寡头垄断,国产厂商开始占据一席之地。WAT测试机行业的参与 玩家较少,呈现寡头垄断格局。由于技术壁垒较高,海外龙头Keysight垄断市场多年, 引领着行业标准制定。此外,由于下游晶圆厂集中度较高,叠加高客户黏性,也进一 步加强了WAT测试机行业的集中度。近年来,伴随国产厂商产品性能的提升,国内 晶圆厂从供应链安全角度出发,以及综合性价比优势,开始扶持国产厂商作为二供。 认可度持续提升,国产厂商开始占据一席之地。 广立微于2010年开始研发WAT测试机,经过近10年的研发迭代才进入量产阶段。根 据广立微问询函回复,2020年,其WAT测试机业务在大陆地区的市占率不足3%。国 内联讯仪器等公司目前也完成了相关产品研发,而其他测试机公司如应用于CP、FT 测试环节的公司进入该领域有较大难度。

受益于晶圆厂产能扩张而增长,WAT测试机更新换代需求较少。WAT测试机的总体 市场规模与下游晶圆制造厂商的装机产能相关,由于其使用期限通常较长,因此更 新换代需求较少,更多是跟随下游晶圆厂新建产线及现有产线迭代而增长。根据 Knometa Research发布的《2024年全球晶圆产能》报告,在2024年增速相对缓慢 之后,随着众多新晶圆厂的投产,预计2025年和2026年将迎来显著增长。根据中芯 国际2023年年报,公司2023年资本开支约为人民币528.4亿元,预计2024年资本开支 与2023年相比大致持平,因此2024年的产能建设速度也有所减缓。

WAT测试机市场空间和需求周期预判:假设晶圆制造厂每增加1500片/月产能需加 配1台WAT测试机,国外与国内WAT测试机均价分别为600万元、500万元,测算得 出,2024年至2026年,全球WAT测试机总市场空间分别为42亿元、80亿元、94亿 元,增速为-4%、90%、18%,中国大陆WAT测试机总市场空间分别为15亿元、21 亿元、26亿元,增速为9%、44%、22%。

三、成长动能:布局软硬件构筑协同优势,丰富产品矩 阵助推成长

(一)在良率提升环节已形成产品闭环,布局软硬件构筑协同优势

成品率提升领域各环节之间相互依存、紧密联系。提升成品率的关键在于对工艺过 程完整有效监控检测,同时结合制造过程中其他数据进行精准快速分析,及时发现 问题和潜在风险,并反馈至集成电路制造端和设计端进行改进。因此,在成品率提 升领域,用于测试的芯片设计、测试信号采集、测试数据处理等环节间相互依存、紧 密联系。若要提供完整且先进的成品率提升服务,则需要进行多方面协同。 公司产品布局在成品率提升领域已形成有效闭环。公司拥有全流程系统性的良率提 升解决方案,各环节间可以相互配合,提高效率。在设计阶段,公司通过自主开发的 EDA工具和电路IP,能够大幅度提升测试芯片的设计效率及测试项覆盖率,满足客 户精确抓取各类电性信号的需求;在测试阶段,结合公司自主开发的WAT电性测试 设备,对测试芯片进行检测,能有效提升测试效率;在分析阶段,通过搭建的数据分 析平台和专用数据分析工具,客户能够快速处理海量测试数据,进而全面掌握生产 工艺参数和缺陷信息,便于优化和提升良率。

完整丰富的产品和服务有助于扩大潜客范围。针对不同类型的下游客户,公司提供 了丰富的产品和服务。对于缺乏提升成品率经验或自建团队意愿较低的客户,公司 提供全流程或单一环节的软件技术开发服务;而对于已经有团队并希望保持工艺保 密的客户,则提供所需的EDA工具或硬件设备。这种灵活性使得公司能够更好地适 应市场需求,扩大潜客范围。 布局软硬件构筑协同优势,各环节产品联动助推整体增长。公司通过各环节间软硬 件产品及服务的联动,可以帮助客户以更低成本和更高效率提升成品率,从而创造 更多价值,提高其忠诚度。此外,由于产品和服务之间的联动效应,各个环节的软硬件产品能够相互促进、互相引流,当单一产品成功进入客户供应体系后,公司其他 产品的认证难度相应降低,这种联动使得各项业务可以实现协同增长。

(二)以良率提升为主轴持续丰富产品矩阵,成长可期

公司持续加大研发投入,以成品率提升为主轴,围绕EDA工具软件、半导体大数据 分析与管理系统和电性测试设备三大产品品类进行现有产品迭代升级以及产品矩阵 扩充,已形成有效闭环。根据公司2023年年报及2024年半年报,我们对于公司的业 务布局版图及成长动力进行概括总结。 1. 测试设备:①需求端,受益于下游晶圆厂扩产及国产替代趋势,增速较快;② 产品端,WLR目前已开始商务落地,新品试机销售模式验证完成后将会获得批 量订单,打开未来空间;③利润端,关键部件自主生产有望推动毛利提升。 2. EDA软件:①DFT产品商务拓展顺利,已贡献销售收入;②DFM产品推出两款 点工具,已在客户端试用导入;③PCM产品已经在多家产线验证优化,部分产 线进入应用交付阶段。 3. 数据分析软件:①产品矩阵持续拓展,部分离线数据分析产品逐步进入商务落 地阶段,取得规模订单;②在线产品研发稳步推进,已在客户处迭代试用;③ 与EDA产品、WAT测试设备相互赋能,竞争力有望进一步提升。

在研项目丰富,未来增长可期。公司持续围绕EDA工具软件、半导体大数据分析与 管理系统和电性测试设备三大产品品类进行迭代升级以及产品矩阵扩充。EDA软件 工具方面,在研项目主要包括DFM和DFT工具平台开发、集成电路工艺量产监控方 案(Advanced PCM)等;大数据分析与管理系统方面,持续改进半导体通用数据分 析软件和集成电路缺陷管理等系统,并充分利用AI技术赋能升级;测试机方面,进一 步优化升级WLR设备,同时正在针对测试机对应的软件系统进行Linux移植重构,扩 充未来市场空间。

1. 测试机:主力产品迭代升级,拓WLR新品开辟未来空间

优化升级现有产品,推出WLR新品拓展未来空间。根据公司2023年年报和2024年半 年报,为满足不同晶圆厂对于产品功能及性价比的差异化需求,公司于2023年推出了新一代通用型高性能半导体参数测试机(T4000),又于2024年上半年推出搭载 自研高性能矩阵开关构架的半导体参数测试机(T4000Max),均为现有产品的优化 升级。新品方面,公司于2023年推出了可靠性WLR设备,将测试机业务向晶圆级可 靠测试WLR及仿真电路模拟器SPICE领域进行拓展。公司在测试设备已积累下丰富 的拓客经验,预计未来WLR产品将依循类似WAT设备的增长路线,有效拓宽公司在 测试设备的成长空间。

WAT测试机关键部件自主生产有望推动毛利率提升。从成本端看,根据公司问询函 答复,公司测试机及配件业务成本以直接材料为主,其中源测量单元(Source Measure Unit,SMU)占比较高。公司测试机于2020年正式量产,由于前期专注于 功能研发与验证,未进行原材料生产与加工,因此功能部件采用外购或定制化采购 方式。伴随业务发展,公司逐步提升测试机产品关键部件自主生产能力,于2024年 上半年推出T4000Max产品,采用自研高性能矩阵开关构架,精度高、速度快、配置 灵活。预计在采用源测量单元、矩阵开关等自研组件后,将对公司测试机业务的毛 利率起到一定拉升作用。

打破进口垄断,将显著受益于晶圆厂扩产与国产替代趋势。公司测试机产品历经十 年持续打磨,终破进口垄断,产品性能指标优越,接近国外龙头厂商水平。国内晶圆 厂从供应链安全角度出发,以及综合性价比优势,扶持国产厂商作为二供,国产化 率明显提升,但目前Keysight在国内市场仍占据较大份额。据SEMI数据,2022年国 内半导体设备,从2021年的21%提升至35%,预计2025年将提升至50%。根据前文 测算的WAT测试机市场空间数据,在晶圆厂扩产及国产替代趋势下,我们谨慎假设 公司2024年至2026年市占率分别为29.0%、29.5%、30.0%,测算得WAT测试机销 售额将达4.3亿元、6.3亿元、7.8亿元,同增12%、46%、24%。

首次验证期相对更长,WLR设备或于2025年放量。由于下游晶圆厂在进行产品导入 前通常会有较为严苛的产品验证,公司需与客户持续沟通以改进调试情况,因此在 进行首次合作时,需进行可靠性、稳定性、软件适配等一系列流程检测,导致验收周 期较长,一般在3-8个月,例如公司首台WAT测试机在导入上海华虹公司时验收周期 为8.4个月。而一旦首台设备通过验证并达到客户要求,进入后续批量采购阶段,验 收程序将有所减少,验收周期缩短至1-3个月。2023年公司研发出可靠性WLR测试设 备,目前正在客户导入中。结合WAT设备的导入节奏,我们判断WLR设备或于2024 年下半年开始有营收端体现,进一步助推测试机业务成长。

2. 软件端:完善制造类EDA工具链,从制造端向设计端延展布局

(1) 积极并购,从制造类EDA向设计端EDA产品延展布局

DFT是一种在芯片设计初期即嵌入用于提升芯片可测试性的硬件逻辑的设计方法。 DFT不仅能够筛选出有缺陷的芯片,还可以在设计阶段提前考虑测试需求,减少测 试所需的硬件资源和时间,提升测试流程效率。上海亿瑞芯电子科技有限公司主营 集成电路可测试性设计(DFT)技术服务及产品开发,2023年9月,广立微以自有资 金收购其43%的股权,并间接控制其19%的股权,合计持股62%,实现对其控股。此 次收购标志着公司从专注制造类EDA向设计类EDA领域首次拓展。 联合发布DFT解决方案,商务拓展顺利。2023年11月,公司与亿瑞芯联合发布了可 测试性设计自动化与良率诊断解决方案(DFTEXP流程与解决方案)。该方案由可测 试性平台DFTEXP、公司大数据良率分析管理系统DE-YMS及围绕两类软件进行的 DFT设计与良率提升服务组成,为芯片设计企业提供从版图设计到最终测试的“一 站式”数据链服务,帮助其降本增效。同时,该方案也为晶圆制造厂提供完整的DFT 软件及良率诊断工具,有助于提升制造工艺水平。根据公司2024年半年报,2024年, 公司的DFTEXP解决方案商务拓展顺利,已在多家客户中成功应用并实现销售收入。

(2) 完善制造类EDA工具链,将制造端良率提升经验赋能设计端

推出可制造性设计(DFM,Design for Manufacture)EDA软件,作为连接研发与 生产的关键桥梁。可制造性设计是指在芯片开发设计阶段充分考虑制造环节的可行 性,从而有效缩短开发周期,降低制造成本。公司在自主研发DFM软件工具方面取得突破,推出了化学机械抛光工艺(CMP)建模工具CMPEXP以及成品率预测分析 软件VirtualYield。其中,仿真建模工具CMPEXP通过集成电路化学机械抛光(CMP) 工艺的仿真与建模,能够提前发现并预防与CMP相关的芯片设计问题。该软件填补 了国内集成电路市场中产业化CMP建模工具的空白,满足了芯片设计公司和晶圆制 造厂对芯片可制造性和成品率的需求。目前,CMPEXP已在国内多家头部晶圆厂进 入试用导入阶段,预计未来将为公司贡献营收增量。

(3) 推出工艺过程监控(PCM)方案,将成品率提升从工艺开发拓展至量产环节

公司推出的工艺过程监控(PCM)方案可以发挥软硬件协同优势,将原有针对工艺 开发的良率提升解决方案拓展应用至量产环节,充分挖掘良率提升价值。具体而言, 工艺过程监控方案包含三大模块,设计方面,可匹配Foundry PCM,同时配合可寻 址技术,设计单元密度可提升10-1500倍,释放更多划片槽可用面积,用于全面项目 监控;测试方面,支持Full-map电性测试,涵盖所有WAT测量项目,通过设计测试 协同优化,测试速度可提升1.4-5x;数据分析方面,可以配合DataExp数据分析平台, 实现数据分析自动化、流程化、规范化和后台产线数据库的集成。目前公司的工艺 过程监控方案已经在多家产线验证优化,部分产线进入应用交付。

(4) 数据分析软件研发稳步推进,产品矩阵持续拓展

稳步推进数据分析软件研发,持续丰富产品矩阵。公司半导体大数据分析与管理系 统持续升级,半导体通用化分析工具DE-G、集成电路良率分析与管理系统DE-YM等 现有离线数据分析与管理系统逐步进入商务落地阶段,取得规模订单;在线大数据 分析与管理系统方面,DE-YMS、DE-DMS等产品研发稳步推进,已在客户处迭代试 用;公司半导体人工智能应用平台INF-AI以AI/大模型赋能设计与制造,2024年正式 发布且已被多家客户引入使用。未来,伴随公司离线与在线数据分析类软件产品矩 阵持续拓展,成长前景可期。

编辑:火腿肠
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