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广立微研究报告:良率管理本土领军,晶圆扩产成就业绩高增

 悠悠道长 2023-05-12 发布于上海

(报告出品方/作者:浙商证券,蒋高振,安子超)

1、专注良率提升环节,国内稀缺的一体化EDA黑马

广立微电子是国内领先的集成电路 EDA 软件与晶圆级电性测试设备供应商,专为半导 体行业提供性能分析和良性提升方案。公司成立于 2003 年,以 EDA 软件和电性测试快速 监控技术为起点,形成软件工具授权、软件技术开发、测试机及配件与测试服务四大业务 相辅相成、协同发展的商业模式,为客户提供电性测试工艺监控和成品率提升的一站式服 务。

1.1、由软及硬,全流程平台供应商卡位独特

公司主要产品包括:SmtCell、TCMagic、ATCompiler、Dense Array、ICSpider、 DataExp 等 EDA 软件和 WAT 测试机及其他配件产品。公司前身广立微有限于 2003 年 8 月 12 日由严晓浪、张朝樑、钱伟、何乐年、吴晓 波、史峥、葛海通、沈海斌等 8 名自然人共同出资设立。2007 年年底,有着在 PDF Solutions 和赛灵思等全球领先集成电路企业丰富工作经验的郑勇军,作为总经理兼研发负 责人受邀加入公司,并带领团队成员成功研发出了旗下首款测试芯片自动化设计 EDA 软件 SmtCell / TCMagic,成功填补了国内市场空白。

公司发展至今,主要分为以下三个阶段: 1)初创研发期(2003 年至 2010 年) 公司成立初期在集成电路设计领域进行研发尝试,随后结合国内外集成电路产业市场 需求与研发团队技术优势,将研发方向聚焦于集成电路成品率提升及电性测试相关的软件 产品与解决方案,形成了初代软件产品,并为后续核心技术研发及产业链延伸奠定了基 础。在设计工具方面,公司开发出了第一套测试芯片版图自动化设计工具 SmtCell 与 TCMagic;在数据分析工具方面,推出电性数据分析软件 DataExp,其报告生成效率大幅 提升;在核心技术方面,开发出第一代可寻址测试芯片设计技术,并形成相应软件产品 ATCompiler。

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2)发展积累期(2011 年至 2016 年) 这一时期,公司一方面根据市场需求和技术进步,对软件产品与服务不断升级与拓 展,另一方面积极部署晶圆级电性测试设备的研发与生产,实现从测试芯片设计、WAT 测 试到数据分析的集成电路成品率提升的一站式解决方案。 在软件产品及服务方面,公司开发出第二代、第三代可寻址测试芯片设计技术,推出 了产品诊断测试芯片设计软件 ICSpider。在测试设备方面,开发出第一代、第二代晶圆级 电性测试设备;成功打开包括中国台湾、韩国等境外市场,得到三星电子、力晶科技、旺 宏电子等国际知名半导体企业的认可。

3)高速拓展期(2017 年至今) 在该阶段,公司在既有产品与技术基础上,专注提升多类型、多节点的先进工艺技 术,拓展开发了多个衍生技术并且建立了多应用场景的电路 IP 库,应用范围延伸至领先的 3nm 工艺。 在软件产品及服务方面,公司开发出适用于 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。在测试设备方面,推出第 四代晶圆级电性测试设备。同时公司逐步转向拓展境内市场,并与国内多家大型晶圆代工 厂建立长期合作关系。

1.2、业务全面覆盖工艺优化与良率提升需求

公司拥有全流程平台优势:在设计阶段,公司自主开发的可寻址、超高密度测试芯片 设计技术及测试芯片的自动设计工具,能够便捷、快速地为客户设计出高效的测试芯片; 在测试阶段,搭载可寻址、超高密度的测试芯片结合公司自主开发的晶圆级 WAT 电性测试 设备,能够显著提升测试效率;在分析阶段,通过公司的数据分析软件,客户能够快速处 理海量的测试数据,并实时反馈制造数据的分析结果。公司现有的解决方案已成功应用于 180nm~3nm 等工艺技术节点。

1)测试结构设计 SmtCell:为了减少人为错误,提高测试结构的有效性,广立微推出了 SmtCell,一款 参数化单元(Parameterized Cell)版图设计工具。相比于非参数化单元,参数化单元中具 有相同结构的单元版图只需要创造一次,极大的节省了开发时间。为了突破参数化单元太 过于依赖开发者编程能力的瓶颈,SmtCell 推出了用户友好的操作界面、灵活的版图创建功 能、内嵌错误检查等功能。不仅可以提升流片版图设计的效率 10 倍以上,还可以实现快速 设计和工艺转移,提高版图的重复利用率。

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2)绕线、电路设计、物理拼接 TCMagic:测试芯片的面积效率已经成为提高电性检测效率的难点之一。随着集成电 路工艺的快速演进,工艺愈加复杂繁琐,因此芯片上所需要的测试结构越来越多,而晶圆 的面积是有限的。因此,为了满足先进工艺对微小缺陷的检测能力;需要在有限的面积内 放置尽量多的测试结构。公司开发的 TCMagic 是一款通用型的测试芯片版图自动化设计平 台,可以用于测试芯片设计中的绕线、电路设计和物理拼接,主要设计传统测试芯片(又 称为“短程测试芯片”)。其具有模块级版图自动布局布线功能,通过强大的布局布线的算 法,可以自动根据布局规则、版图大小以及对齐方式,将基本单元摆放到模块的指定位 置,并按照布线规则连接基本单元到指定接口。

ATCompiler:广立微为了应对发展到纳米级的集成电路工艺,创新研发了可寻址测试 芯片设计软件 ATCompiler。其中,可寻址技术通过引入地址信号和开关电路,用地址线去 选择待测器件,用开关电路控制该待测器件的电学信号的通断,来实现一组焊盘对应多个 待测器件,大量减少焊盘数量,提升测试芯片面积利用率。因此相对于通用型测试芯片, 可寻址测试芯片通过寻址电路极大地提高了测试芯片的器件密度,很好地满足了先进工艺 产品开发和制造过程监控的需求,通过寻址电路可以提升芯片密度 5X~20X,并且保持国 际领先的设计精度。

3)测试芯片设计 ICSpider:在先进工艺的生命周期中,工艺开发阶段和量产阶段物理环境复杂程度的 差异会成为影响成品率的重要风险。为解决工艺开发和产品导入及量产脱节的问题,公司 推出了自主研发的 EDA 工具 ICSpider。ICSpider 是一款用于产品芯片成品率和性能诊断的 定制化测试芯片设计工具,通过 ICSpider,客户可以在保证产品芯片前道(先进工艺包括 中道)工艺层不变的前提下,用最少的代价改变后道工艺层,获取基于产品版图的器件电 性参数,通过对产品芯片中器件自动提取,实现直接连接测试,帮助客户更直观、高效、 有针对性地提升产品成品率和性能指标。

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Dense Array:随着集成电路的发展,其特征尺寸不断减小,器件的密度越来越高,同 时随着材料和工艺越来越复杂,百万分率和十亿分率的异常点对成品率的影响也越来越 大。测试芯片面临着处理百万直到十亿数量级的大样本量和测试时间过长的问题。为了解 决这两个问题,广立微借助超高密度测试芯片设计及快速测试技术,开发出了 Dense Array。高密度阵列技术是在可寻址技术的基础上,增加了集成片上的控制和协调电路,从 而能够进一步提高设计密度和测试效率。Dense Array 是一款基于超高密度测试芯片设计及 快速测试技术的版图自动化软件,能够满足先进工艺下百万分率、甚至十亿分率的异常点 检测的需求。而且相比于传统测试方案,Dense Array 无论是器件密度还是在测试效率上都 提升了超过百倍。

4)WAT 测试 WAT 测试机:在测试芯片的测试结构越来越多,测试样本量越来越大,测试所需的时 间也因此变长,为了实现更多测试结构的测试,广立微从提升测试设备的测试效率这个角 度入手,研发出了能够应用于芯片量产线的晶圆级 WAT 电性测试设备。相比于传统的 WAT 测试设备,广立微新研发的 WAT 测试设备能够充分发挥公司开发的先进测试芯片的 高面积利用率和高测试效率的优点,在设备测试精度、软件灵活性等方面都有较高的水 准。为满足不同晶圆厂的 WAT 测试需求,公司研发推出了两个系列的测试设备 T4000 和 T4100S。 T4000 系列是通用型 WAT 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测试要求,推出的并行测试设备,在特定环境下其 测试效率有较大提升。

5)数据分析 DataExp:因为随着工艺复杂度的提升,很多缺陷都无法用一般的物理检测方法来识 别,而是存在于芯片机构内部,因此在研发和量产时监控这些缺陷变得十分困难。因而提 升良率除了从技术上调整之外,数据抓取能力的重要性越来越突出。如何通过特征数据的 抓取及高效分析来快速准确地定位问题,提高产品良率,已经成为了一个良率改善的新方 向。DataExp 建立的结合“快捷报表浏览”和“灵活即时性分析”于一体的分析平台,能够有效 地帮助半导体企业发挥数据价值,提升成品率和提高产品性能。

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DataExp 不仅可以对维度 多样、来源复杂、格式纷繁的海量数据实现快速存取、关联整合这些数据,而且可以通过 数据建模快速找到缺陷多发的 IC 设计版图模式,呈现各个制程节点的工艺窗口,有效可靠 地筛选最优的工艺条件、参数。不仅如此,DataExp 平台还可以对难以分析的海量射频数 据进行快速有效地解析和结果展示,是 RF 数据分析方面一个质的飞跃。

6)成品率提升技术服务 在集成电路的开发中。一个先进节点的开发需要三到五年左右的开发时间,在此期间 集成电路制造企业需要提升各工艺步骤及产品的成品率,完成 PDK 的建立、验证和产品性 能的持续优化等流程。在这个动态开发周期中,广立微可以提供一站式测试芯片设计、电 性测试及分析服务,可以针对每个阶段的任务、要求和侧重点,设计定制化的测试芯片、 测试并分析反馈助力客户新工艺/新产品线的成功研发,并极大地缩短研发周期、提高研发 质量和成品率。7)测试服务 对于存在测试芯片测试需求的客户,广立微利用自研的晶圆级电性测试设备,可以为 客户提供测试芯片的服务 。

1.3、营收利润高增,测试机主力产品快速放量

公司业绩处于高速增长期。公司 2022 年收入 3.56 亿元,2022 年度和 2021 年度同比分 别增长 79.48%和 59.92%。经过近十年的迭代研发和技术突破,公司晶圆级快速电性测试机 的应用广度从研发环节扩展应用到量产环节,同时与国内主要集成电路厂商合作关系不断 深化,驱动近年业绩持续高速增长。

期间费用维持低位,研发支出高速增长。随着公司业务规模、营业收入的快速成长, 管理费用率也随之降低。公司主要客户为晶圆制造企业,业务特性决定进行销售推广及提 供销售服务所需的销售人员较少,因此公司销售费用率稳定在较低水平。公司 2020-2022 年研发费用分别为 4,050.38 万元、6,548.72 万元及 12353.91 万元,年化增长率达 75%, 保持高速增长趋势,公司收入的大幅增长使研发费用率保持平稳。

公司主营业务包括软件开发及授权、测试设备及配件及测试服务。软件开发及授权 2020-2022 年营收占比分别为 73%、49%、31%,占比持续下降的主要原因系测试设备及配件 业务的快速扩张;公司测试设备及配件业务高速增长,2020-2022 年分别实现营业收入 3,075 万元、10,059 元和 24371 万元,年均复合增长率达 181%;由于部分客户与公司合作 方式发生变化,公司测试服务收入有所减少,预计未来收入将呈下降趋势,2022 年测试服 务及其他业务营收为 6.12 万元。

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测试设备及配件收入增长迅猛,拉动公司业绩持续提升。2020 年公司测试机产品 T4000 及 T4100S 作为主力销售机型进入集成电路晶圆厂生产环节,同时公司的 WAT 测试设 备进入量产线,能够带动公司的 EDA 设计软件扩展应用到量产环节,不仅扩展了 EDA 软件 的市场空间,还使得各项业务之间相互引流,实现协同增长;公司测试设备产品已通过多 家大型晶圆代工厂的试用认可并建立长期合作关系,未来测试设备将进入大规模销售阶段, 占公司营业收入的比例将保持上升趋势。

2、半导体产业重心东移,本土厂商加速崛起

从产业结构上来看,中国集成电路产业结构正由“大封测、小设计、小制造”向“大 设计、中制造、中封测”转型,设计及制造环节呈现快速发展趋势。近年来国内芯片设计 公司对晶圆代工服务的需求日益提升,中国大陆晶圆代工行业实现了快速的发展,开启了 晶圆厂的“建厂潮”,也为本土的集成电路设备供应商、制造类 EDA 供应商等一系列为晶圆 厂提供产品及服务的厂商提供了快速发展的契机。

2.1、竞争格局高度集中,群策群力逐步突破

根据使用 EDA 应用环节的不同,可将 EDA 软件大致分为设计类 EDA 与制造类 EDA。 前者主要用于芯片设计阶段,包括功能设计、布局布线、物理验证及仿真模拟等功能,能 够辅助工程师更加便利地完成芯片设计,并验证虚拟设计的有效性。而后者则主要用于芯 片制造阶段,除了仿真、验证、模型、后端等工具外,制造类 EDA 还包括能够模拟和指导 具体生产过程的 OPC、TCAD 工具,监控并指导改善生产工艺的成品率、制造大数据工具, 以及提升生产效率的 MES、EAP 等工具。 在设计类 EDA 中,按照芯片的类型,又可以分成数字芯片设计、模拟芯片设计、存储 器芯片设计、测试芯片设计等。测试芯片作为集成电路设计开发中至关重要的部分,承担 着提升成品率的重任,测试芯片的检测结果对集成电路的量产有决定性的影响。

相较于国际主流晶圆制造厂,目前国内在良率检测和改善工具仍然存在数量和种类上 的差距。在物理缺陷检测设备、数据分析、测试芯片设计软件、电学参数调试设备等方向, 国内目前无论是从工具的多样性,还是从软硬件的数量上都和国际顶尖晶圆制造厂存在着 相当的差距,随着国内晶圆厂数量逐渐提升,对于良率检测方面的国产设备的需求也将逐 步提升。

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2.2、晶圆制造产能激增,下游需求集中释放

从产业结构上来看,中国集成电路产业结构正由“大封测、小设计、小制造”向“大设 计、中制造、中封测”转型,设计及制造环节呈现快速发展趋势。中国半导体行业协会统 计显示,2021 年中国集成电路产业的销售额为 10,458 亿元,同比增长 18.2%。其中,设计 业销售额为 4,519 亿元,同比增长 19.6%;制造业销售额为 3,176 亿元,同比增长 24.1%, 设计业与制造业的发展速度均高于行业平均增速。

在晶圆制造领域,我国目前的晶圆代工自给率仍严重不足,提高制造国产化率的重要 性日益凸显,国家陆续出台政策支持境内晶圆代工行业的发展;另一方面,部分境内集成 电路设计企业亟需寻找可以满足其需求的境内产能以保证其生产安全,因而近年来国内芯 片设计公司对晶圆代工服务的需求日益提升,中国大陆晶圆代工行业实现了快速的发展。 为提升晶圆代工的自给率和晶圆制造产能,近年来我国开启了晶圆厂的“建厂潮”。据 SIA 预计,2030 年中国大陆的半导体产能将占全球的 24%。

SEMI 预计 2022 至 2026 年底的五年间,大陆地区将新增 25 座 12 寸晶圆厂,总规划月 产能将超过 160 万片;至 2026 年底,12 寸晶圆厂的总月产能将超过 276.3 万片。根据 Knometa Research《Global Wafer Capacity 2021-2025》,截至 2021 年中国大陆晶圆厂在运行 的产能约 350 万片/月(折合 8 寸晶圆),占全球晶圆厂装机产能的 16%;预计到 2024 年, 中国在全球 IC 晶圆产能中的份额预计将达到近 19%。“建厂潮”的出现也为本土的集成电路 设备供应商、制造类 EDA 供应商等一系列为晶圆厂提供产品及服务的厂商提供了快速发展 的契机。

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2.3、测试设备应用深化,助力晶圆制造降本增效

芯片测试一般被认为是芯片封测行业的一部分,主要分为晶圆测试以及成品测试。从 制造流程上看,集成电路测试包括设计阶段的设计验证、过程工艺检测、晶圆测试(Chip Probing,又称中测)以及芯片成品测试(Final Test,又称终测),贯穿设计、制造、封装 以及应用的全过程,在保证芯片性能、提高产业链运转效率方面具有重要作用。按照电子 系统故障检测中的“十倍法则”,如果一个芯片中的故障没有在芯片测试时发现,则在电路 板(PCB)级别发现故障的成本为芯片级别的十倍。 传统的一体化封测企业核心业务以封装为主、测试为辅,通常不具备承接外部客户的 能力。然而随着芯片行业的迅速发展,芯片测试需求日渐旺盛,垂直分工模式下的芯片测 试公司能够更好的根据客户测试反馈并及时更正芯片设计思路,甚至支持个性化定制服 务,从而进一步提升产能和生产效率。

根据测试类型的不同,集成电路测试设备可以分为物理测试设备及电性测试设备,其 中物理测试设备包括椭偏仪、扫描电子显微镜等设备,而电性检测设备则包括探针台、测 试机及拣选器等。电性测试设备中,探针台与拣选器分别搭配测试机实现对晶圆级产品与 芯片级产品的测试。

近年来我国积极推动国内加快发展高精尖的半导体检测设备,有望逐步实现国产替 代。据 SEMI 数据,2020 年国内测试设备在半导体设备行业的比重约为 17%,据此进行测 算得到 2020 年中国大陆半导体测试设备市场规模约为 176 亿元;且前瞻产业研究院预测其2021-2026 年 CAGR 为 14%,市场空间广阔。随着我国半导体产业的不断发展,检测设备 作为能够提高制程控制良率、提高效率与降低成本的重要检测仪器,未来在半导体产业的 地位将会日益凸显。

2.4、AI赋能半导体产业,数据分析成为优先落地场景

AI/机器学习技术在半导体产业中的运用空间十分广阔,能够在芯片研发、设计、制造 等大多数环节发挥价值。例如在 IC 设计 EDA 端,应用 AI 算法(机器学习等)可实现的效 果包括但不限于建立更准确的参数模型,优化参数分析过程,提高 DRC、绕线、拥塞等预 测精度;探索物理设计空间,提升数据处理、运算能力,提高芯片设计效率。 而 AI/ML 在半导体设备中的应用直接关系到生产率,可用于晶圆转移、工艺配方优化 和缺陷形态分析,减少了半导体生产过程的时间和成本,同时提高了产品收率。Lam Research 称其最大的优势即是通过 AI 技术将实验设计的数量和成本减少 20%;KLA 和 TEL 也将 AI 应用于他们的测量和测试设备。

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据麦肯锡预计,在未来两到三年内,AI/ML 在半导体行业的应用可能产生每年 350 亿 到 400 亿美元的经济价值。而在更长的时间范围内,这一数字可能会上升到每年 850 亿至 950 亿美元,相当于半导体行业当前 5000 亿美元年收入的 20%,也几乎相当于 2019 年全 行业 1100 亿美元的资本支出总和。从具体应用来看,以制造成品率的数据处理为例,集成电路的制造过程工序繁多,所 产生的制造数据亦纷繁复杂。传统方式下,成品率工程师在进行数据处理、发现问题并指 导改善工艺时多依靠其经验,通常需要与多个生产环节的负责部门进行多轮的沟通反馈, 耗时较长,影响晶圆厂的生产成本及产品的上市周期。通过 AI/机器学习算法的赋能, EDA 工具可实现对制造数据的实时分析与反馈,将制造过程中出现的问题进行有效定位, 并指导改善制造工艺,从而缩短工艺成熟周期、提升集成电路的制造效率。

3、晶圆扩产打开空间,测试设备与数据分析双轮驱动

成品率提升市场主要由成品率提升所需的 EDA 软件、成品率提升所需要的检测设备及 包括方案设计在内的成品率提升的技术咨询服务等市场组成。其中,随着设计端与制造端 协同需求的逐步提升,公司成品率提升相关的 EDA 软件及成品率提升的技术咨询服务正逐 步从制造环节向设计环节延伸,随着下游客户群的扩展,整体的市场规模亦在增加。而成 品率提升相关检测设备的主要客户仍为晶圆厂,因此晶圆厂产能的不断拓展及由于晶圆厂 产能的迁移带来的产线建设均推动着检测设备行业的快速发展,并增加成品率提升领域的 总体市场规模。

3.1、良率为晶圆制造和IC设计连接点,公司有望双向拓展

从经济角度上讲,提升芯片良率可以视为摩尔定律的另一种延续。一直以来,芯片巨 头都将先进制程作为竞争的目标,更先进的制程代表着更高的性能和更低的功耗。但随着 特征尺寸的不断微缩,逐渐达到了半导体制造设备和制程工艺的极限,工艺进一步提升的 难度越来越大、成本越来越高。为了降低成本,晶圆厂开始将产线的良率管理和提升作为 制造过程中的关键环节。

芯片总良率是 wafer 良率、Die 良率和封测良率的总乘积。影响芯片良率的因素复杂多 样,一般而言设计越复杂、工艺步骤越多、制程偏移率越大,芯片良率越低,对于晶圆代 工企业来说,芯片良率直接反映了所投放的芯片里可出售比例,因此直接影响芯片制造成 本。良率越高,最终实际分摊到每一颗正常芯片上的成本就越低。半导体材料厂商 Entegris(应特格)执行副总裁及首席运营官 Todd Edlund 曾在接受媒体采访时表示,1%的 良率提高对于 3D NAND 晶圆厂和尖端的逻辑晶圆厂可能分别意味着每年 1.1 亿和 1.5 亿美 元的净利润提升。

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提升芯片成品率的关键在于对制造工艺过程进行完整有效的监控检测,同时结合其他 数据进行精准快速的分析,并反馈至集成电路制造端和设计端改进工艺和设计以提升成品 率。随着芯片工艺集成越来越复杂,最终产品良率会受到设计和工艺的交互影响,如果单 纯从制造端的角度或方式来分析良率,很难完全分析整个良率当前所遇到的问题根源。尤 其是在工艺研发阶段,芯片公司无法穷尽所有版图图形组合做完整的评估,而在设计公司 提交的设计中,某些特定的图形组合将触发特定的问题。 因此在半导体产业近十几年的发展过程中,逐渐诞生了类似普迪飞(PDF Solutions)、 广立微、众壹云等帮助芯片设计公司和制造公司更加高效合作以提升芯片良率的企业,作 为产业链中一个新环节出现,为半导体公司提供大数据分析平台,或提供面向缺陷和良率 管理的套件组合。

据芯思想研究院(ChipInsights)统计,全球各家晶圆代工企业每年在成品率提升软件 方面的投入在 200-300 万美元之间,最高可达 800 万美元。目前有很多工厂的成品率提升工 作由内部人员承担,部分大型晶圆代工公司自行研发 YMS。仅考虑外部采购,2020 年全球 成套成品率提升方案(Holistic Yield Improvement)的 EDA 软件规模整体在 9000 万美元到 1 亿美元之间,预计 2021-2025 年 CAGR 约为 15%;成品率管理软件(YMS)和相关数据 EDA 软件规模整体在 2 亿到 5 亿美元左右。若同时考虑内部投入,则集成电路成品率相关 的 EDA 软件市场规模实际体量更大。

其中得益于中国晶圆制造业的成长,预计 2025 年中国(含中国台湾)的成品率软件市 场将达 8000-10000 万美元,YMS 和相关数据 EDA 软件规模达到 2-3 亿美元,增长潜力全 球领先,将为国产成品率提升软件提供较多业务机会。 基于多年来对制造过程中工艺信息的沉淀,公司掌握了制造过程中可能发生的各种变 异数据。目前在成品率的提升上,主要专注于电性检测技术,帮助制造商监控晶圆生产数 据并及时识别与反馈异常数据,从而指导制造商改善其制造工艺。未来公司可以利用上述 数据指导设计者在设计流程的早期预估制造工艺对集成电路功能的影响,从而提升设计的 可制造性,通过覆盖产品从完成设计到转入制造环节之间的流程,实现制造端与设计端的 紧密协同,以最大程度优化产品成品率。

成品率直接影响晶圆厂最终的实际成本,公司全流程覆盖的整体解决方案能够有效满 足新增需求。有效提升和保持成品率是晶圆厂工艺开发和产品导入的关键技术,也是提升 国家芯片整体制造水平的重点。公司全流程覆盖的整体解决方案可以帮助晶圆厂实现工艺 的快速成熟,能够较好地满足新增市场需求。

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3.2、数据分析优势独到,DFT引领软件业务加速成长

DFT 受益于芯片集成度提高,应用不断深化。随着电路的集成度越来越高,生产测试 的成本也越来越高,为了降低测试成本和难度,提高芯片的质量和良品率,需要为芯片进 行可测性设计(design for test)。DFT 是一种集成电路设计技术,它是一种将特殊结构在设计 阶段植入电路的方法,以便生产完成后进行测试,确保检测过后的电子组件没有功能或制 造上的缺陷。

公司已实现 DFT 领域产品全面布局,能够大幅提升设计效率。公司主要软件工具均已 适配 FinFet 先进工艺,SmtCell、ATComplier、Dense Array、ICSpider 及 DataExp 等工具被 国际知名集成电路厂商用于先进工艺的开发。SmtCell 可实现测试结构快速版图设计, ATCompiler、Dense Array 搭载公司自主研发的可寻址电路 IP,可在工艺开发阶段实现更高 设计密度和测试效率。在产品导入和量产阶段,ICSpider 能够直接指导产品芯片的导入和 成品率提升,避免工艺开发和产品导入及量产脱节。

而随着芯片设计集成规模增大,高效的数据分析平台成为行业发展所趋。在先进工艺 下,设计、制造到封装测试各环节数据规模快速增大,如何关联整合该等数据,并从中挖 掘出真正的价值,从而实现加快产品开发、成品率提升以及量产管理,成为行业面临的重 要挑战之一。此外,由于我国集成电路行业快速发展,造成有经验的工程师相对短缺,数 据价值难以被充分挖掘。公司目前正在研发完善新一代的 DataExp 工具,旨在建立一个覆 盖从芯片设计到晶圆制造全流程的数据管理及分析平台,能够有效帮助企业提升成品率及 产品性能。

由于全流程布局带来的工艺优化 know-how,公司数据分析软件可以更全面系统考虑 到影响成品率的各类因素。公司的 DataExp 数据分析平台能够应用于多种集成电路数据分 析场景,例如对具体产品的成品率管理,或针对测试芯片、RF、Foundry 产线等特定数据 的场景。在成品率数据分析方面,DataExp 可将大量设计 DOE 信息与电性测试数据结合, 有效可靠地筛选最优的工艺条件和参数。针对 RF 数据, DataExp 平台可以对难以分析的 海量射频数据进行快速有效地解析和结果展示,是 RF 数据分析方面一个质的飞跃。

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AI 技术在芯片制造环节能够创造最大价值。集成电路的制造工序及制造数据纷繁复 杂,通过 AI/机器学习算法的赋能,数据分析软件可实现对制造数据的实时分析与反馈, 从而缩短工艺成熟周期、提升集成电路的制造效率。据麦肯锡预测,考虑到生产制造是芯 片成本最主要的构成环节,应用 AI/ML 长期有望通过减少资本支出、运营支出和材料成本 等方面投入,最终实现制造环节 13%-17%的销售成本缩减,对全球半导体产业而言即是增 加高达 380 亿美元的息税前利润。

DataExp 采用机器学习的数据处理方式,对应的研发项目亦在持续推进。公司将机器 学习技术与晶圆成品率相关数据(WAT、CP、FT、WIP 等等)特点相结合,使用神经网络 算法进行数据分类和建模分析,实现晶圆缺陷数据检测和成品率预测,并使用机器学习算 法构建各类数据之间的关联模型,以达到预测分析的效果。未来公司将基于 DataExp 数据 分析平台开发针对不同客户群体的多款软件,进一步扩大产品的市场空间。

3.3、测试仪器业务高歌猛进,市场空间广阔

据市场信息研究网数据,半导体前道和后道测试设备在半导体设备支出中占比均在 9%左右,合计占比接近 20%,是半导体设备的重要组成。公司目前提供的 WAT 测试属于 电学性能测试,位于前道测试环节,其测试精度较高,测试结果能够体现被测样本的电学 性能表现;而后道环节的 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,而无法具体得知被测样本的电学性能表现。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测试设备。

国内 WAT 电性测试机市场此前主要由境外的 Keysight 公司垄断,其在众多领域拥有测 试设备和电学仪器产品,参数测试解决方案占据业界主导地位,其中半导体电性参数测试 产品主要包括 4080 系列测试机、P9000 快速测试机等。而经过多年的研发积累,2020 年公司的 WAT 高速电性测试设备实现量产,并且获得了华虹集团、粤芯半导体等国内晶圆厂商 的认可,打破垄断局面实现了国产替代。据公司测算,2020 年度公司 WAT 测试机业务在 大陆地区的市场占有率约为 3%,未来仍有较大的增长空间。

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在晶圆厂产能扩张以及产业链国产化趋势的浪潮下,公司下游的市场需求有望提升。 由于半导体设备都具有资本开支属性,WAT 测试设备通常与新建产线绑定,其需求量与新 建产能规模直接相关。根据芯思想研究院不完全统计,截至 2021 年 11 月,中国大陆地区 37 家晶圆制造商共有在建/计划项目 27 个,建成工厂 42 个;合计 73 座工厂项目现有等效 8 寸产能 353 万片/月,规划产能 879 万片/月。据 Substack 统计,晶圆厂平均建设周期为 2 年,我们保守假设所有项目为 2025 年达产,则上述产能规划意味着 22-25 年国内晶圆产能 CAGR 约为 26%。因此公司所在的测试设备市场将会享受稳定且蓬勃发展的需求敞口。

除了下游扩产带来的直接增量之外,WAT 测试渗透率提升、公司软硬件协同与本地化 服务的优势也将带来不断扩容的市场机遇:1)随着工艺节点的演进,工艺改进也提出了更 高的要求,WAT 测试的重要性凸显;2)先进工艺下集成电路器件密度与复杂度快速提 升,导致测试数据规模同步提升,需要硬件架构与控制软件的协同来提高检测效率;3)仅 提升测试机的测试速度对整体测试效率的提升有限,需要利用 BIST 技术将被测模块的设 计方案与测试机的测试方法进行协同优化;4)设备测试精度同时受到硬件精度和后期安装 调试的影响,需要供应商具有优质的服务态度与快速的服务响应能力,测试设备行业本土 化服务的市场趋势凸显。

3.4、深化开发DFM相关EDA工具,丰富制造类EDA产品矩阵

DFM(Design for Manufacturing)是指面向制造的设计或称可制造性设计,是一种针 对并行工程的设计方法。通过实施 DFM 规范,可有效地利用资源,低成本、高质量、高效率地制造出产品。 DFM 把设计部门和生产部门有机地联系起来,达到信息互递的目的,使设计开发与生产准 备能协调起来,统一标准,易实现自动化,提高生产效率。同时也可以实现生产测试设备 的标准化,减少生产测试设备的重复投入。以公司的成品率提升工具为例,其目前主要用于帮助制造商监控晶圆生产数据并及时 识别与反馈异常数据,从而指导制造商改善其制造工艺。然而通过多年以来对制造过程中 工艺信息的沉淀,公司掌握了制造过程中可能发生的各种效应和变异数据,因此未来公司 可以利用上述数据指导设计者在设计流程的早期预估制造工艺对集成电路功能的影响,从 而提升设计的可制造性。

因此公司的产品虽然目前仍聚焦于成品率提升这一细分领域,但未来可以继续向产业 链上游延伸,通过覆盖产品从完成设计到转入制造环节之间的流程,从而在制造端和设计 端之间搭建信息互通的桥梁,实现制造端与设计端的紧密协同,从而优化产品成品率,加 速产品上市周期。公司在软件方面丰富开发 DFM 相关软件,在可制造性(DFM)设计 EDA 工具方面,公司针对化学机械抛光(CMP)工艺,拓展研发 CMP 工艺仿真软件,目 前已经取得了初步成果。

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4、盈利预测

收入端核心假设: 广立微是国内领先的集成电路 EDA 软件与晶圆级电性测试设备供应商,专为半导体行 业提供性能分析和良性提升方案,主营业务分为软件工具授权、软件技术开发、测试机及 配件与测试服务。 (1)软件开发及授权 软件工具授权:可进一步细分为测试设计与数据分析两类。 在测试设计软件方面,公司已实现 DFT 领域产品全面布局,能够大幅提升设计效率。公司主要软件工具均已适配 FinFET,被国际知名集成电路厂商用于先进工艺的开发。同时 随着公司 WAT 设备快速进入晶圆厂的量产线,将会使公司软硬件产品间的协同效应凸显, 进一步带动公司的各类 EDA 软件从先进工艺端逐步应用至量产端,其用户群也将从研发部 门延伸到量产制造相关部门,从而持续扩展 EDA 软件的市场应用场景、驱动业务增长。

在数据分析软件方面,随着设计、制造到封装测试各环节数据规模快速增大,如何关 联整合该等数据并从中挖掘价值成为行业面临的重要挑战之一。公司目前正在研发完善新 一代的 DataExp 工具,旨在建立一个覆盖从芯片设计到晶圆制造全流程的数据管理及分析 平台。2021 年公司数据分析与管理软件突破了大型晶圆厂和高端设计公司,进入到中小设 计公司,并将封测公司、下游电子厂也纳入了公司的目标用户群体,极大地扩展了数据软 件的市场空间。

软件技术开发:新客户通常缺乏公司软件产品使用经验,因此公司在早期通过软件技 术开发作为合作切入点,为客户提供电性测试工艺监控和成品率提升的一站式服务。此前 受限于资金及人员规模,公司着力与行业领先的集成电路制造厂商在先进工艺节点开展合 作,打磨产品和技术。未来随着成功上市、人员扩张,公司将加大开拓成熟制程市场力 度,因此预计软件技术开发服务具有良好的发展前景与可持续性。 2022 年公司软件业务增长速度相对平稳,虽然软件授权业务仍保持了快速增长,但软 件开发业务受到国内先进工艺开发进程放缓、疫情影响验收节奏等因素影响。未来随着公 司成品率提升 EDA 软件进入量产监控领域,数据软件产品在客户端的验证推广,预计软件 业务比重将稳步拉升。我们预测公司软件开发及授权业务 2023、2024、2025 年营收增速为 82.8%、83.3%、71.5%。

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(2)测试设备及配件 近两年国内晶圆厂出现“建厂潮”将会极大地促进 WAT 测试机的市场需求;成品率提 升作为新产线良率爬坡的必备技术,亦能够作为评估新设备和新材料的有效技术手段。而 国内设计公司的部分芯片设计企业由海外流片转为本土化流片,更换新的代工厂通常需要 了解其制造工艺情况,并且根据制造工艺情况对设计进行优化,这也为公司带来了更多的 业务机会。 目前公司产品已经实现了高质量的国产替代,WAT 测试设备于 2019 年规模化进入新 建晶圆厂量产线,面对的市场体量扩大了数十倍。相对于 EDA 软件,WAT 测试设备具有 单价较高、一经验证通过后的推广周期相对短的特点,在顺利完成量产环节的验证后呈现 高速增长态势,2020-2022年产销量分别为11、32、67台和 6、20、51 台。

2020 年度公司 WAT 测试机业务在大陆地区的市场占有率约为 3%,在晶 圆扩产叠加份额提升背景下,未来仍有较大的增长空间。且公司持续扩展测试设备品类, 2022 年完成晶圆级可靠性(WLR)测试设备完整功能开发,并计划在 2023 年使用升级优 化后的 WAT 通用机型 T4000 进行海外硬件业务市场的拓展。因此我们预测 23-25 年公司测 试设备销量为 85、160、240 台,对应测试设备及配件业务 2023、2024、2025 年营收增速 为 62.5%、79.6%、50.2%。

(3)测试服务及其他 公司主要与客户签订合同或协议,在一段时间内为客户提供测试服务,客户按照合同 或协议约定向公司支付费用。由于客户与公司合作方式发生变化,预计未来测试服务收入 将出现下降趋势。我们保守预测未来该业务不再产生收入。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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