来源：国金证券研究所
创新技术与企业服务研究中心
半导体陆行之团队
投资逻辑
在芯片设计难度增大、设计成本增加的背景下，IP授权和芯片定制顺应半导体产业分工细化的趋势。我们预计未来十年，IP授权市场复合增速约9%，芯片定制渗透率有望从2019年的2%提升到2029年的15%，复合增速约28%。IP授权和设计服务业都需要长时间投入完善IP储备和积累芯片定制的各类解决方案，因此前期较长时间难以实现盈利。芯原作为SiPaaS模式龙头，具有五大优势：
◼晶圆厂中立，FinFET和FD-SOI并重：公司是唯一一家获得几乎所有晶圆厂支持的晶圆厂中立设计服务公司，公司同时具有28/22nm FD-SOI 及14/10/7nm FinFET 工艺的设计能力，能使客户产品性能与晶圆厂工艺特性达到最优匹配。
◼提供从规格定义到量产的一站式定制服务：公司芯片定制业务涵盖从规格定义、前端设计、到后端设计、芯片量产管理的完整环节，能满足客户芯片设计服务的所有潜在需求，最大限度挖掘客户价值。
◼依托明星IP核，打造一体化IP组合：芯原是少数同时拥有GPU IP、DSP IP、VPU IP和NPU IP 这四大类关键IP的供应商。并且GPU IP、DSP IP 和VPU IP三大明星均排名世界前三,NPU IP排名国内第三。通过深度整合明星IP,芯原形成独具优势的一体化方案。
◼IP授权和芯片定制相互协同：IP业务和芯片定制业务能互相导入客户，自有IP能提高设计业务毛利率，IP业务能为芯片定制业务建立客户关系。
◼主营业务利润厚积薄发：公司特许权使用费收入占比有望从2019年的7%提升到2024年的12%，量产业务收入占比有望从2019年的40%提升到44%，从而使研发费用率从2019年的32%下降到25%。
投资建议
◼作为首家国内上市的营收规模最大的设计服务公司，未来三年营收复合增速有望超过20%，同时公司毛利率提升、费用率下降将大幅改善公司的盈利水平，首次覆盖，给予“买入”评级。使用分部估值，参考海外可比公司，考虑到科创板的议价，我们给用2022年IP业务50倍PS、芯片定制业务20倍PS,目标价144元。
风险提示
◼下游客户自研IP的风险；无法取得EDA授权等原材料风险；汇率波动风险
一、五大核心优势
1.晶圆厂中立，FinFET和FD-SOI并重
在设计服务公司行业，芯原是获得所有晶圆厂支持的晶圆厂中立设计服务公司，是中国唯一一家与包括中芯国际、华虹宏力、IBM、台积电、 Global foundries 、三星、联电、JazzTower 等在内的几乎全球所有晶圆厂全面合作的设计服务公司。
晶圆厂中立政策是站在设计服务者角度的最优解。集成电路设计需要的工艺技术与工艺节点丰富多样，往往少有一家晶圆厂能支持所有的需求。虽然依托晶圆厂的设计服务公司能在短期获得较大营收，也更容易获得晶圆代工的价格优惠，但同时也将受制于所依托晶圆厂自身的技术水平和生产能力。而晶圆厂中立的设计服务公司，能给客户提供更大的选择空间和设计灵活度，使客户产品性能与晶圆厂工艺特性达到最优匹配。
FD-SOI跟FinFET一样，是28nm以下缩小线宽的核心技术。当晶体管的线宽逐步缩小到28nm 以下时，由于短沟道效应和泄漏电流的影响，传统的平面场效应管的尺寸很难继续缩小，FinFET （鳍式场效应晶体管）和FD-SOI（全耗尽绝缘衬底上的硅）是晶体管进一步缩小所发展的核心工艺。FD-SOI器件具有几大优点：由于氧化物层隔离，漏/源寄生电容减小，器件的延迟和动态功耗更低；阈值电压较不依赖于背栅极偏置；SOI器件的次阈值特性更好，漏电流较小；SOI器件没有闩锁问题。但是由于FD-SOI衬底制作工艺的不成熟，限制了FD-SOI市场的发展；而Intel和台积电在商业化FinFET上取得的巨大成功，使得FinFET成为28nm以下制程的主要技术选择。2012年之后，几大晶圆厂在FD-SOI技术的布局开始扩大：意法半导体在2012年推出了28nm FD-SOI；三星获得意法的28nm FD-SOI工艺许可，创建了自己的28nm FDS工艺；GlobalFoundries的22nm FD-SOI工艺于2017年投入生产,12nm FDS工艺在研。
FD-SOI在物联网、射频、汽车电子和消费电子等领域具有较大发展潜力。FinFET 相对具有更高的集成度和较快的速度，适合高性能以及大规模计算的产品。FD-SOI 能够超低电压运行，寄生电容少，因此在物联网/可穿戴市场、射频/模拟器件上具有优势；有更低的软错误率，在ADAS等汽车领域具备更高可靠性；能大幅降低漏电流，能优化集成射频SoC的功耗表现。
芯原在先进制程FinFET和FD-SOI上都具备设计能力。除了拥有14nm/10nm/7nm FinFET 工艺节点的成功流片经验，芯原从2013年就与意法在28nm FD-SOI上合作、2014年开始和三星在SEC28nm FD-SOI上合作、2015年开始和GF在GF22nm FD-SOI上合作，现在能够在28nm和22nm提供IP平台和设计服务。IP方面，芯原联合GlobalFoundries和三星联合开发了包括MIPI、USB等接口IP, ADC、收发器等模拟产品，甚至温度传感器IP等。
2.从规格定义到量产的一站式定制服务
芯原提供从芯片规格定义、前端设计、IP 开发、后端设计、流片到封装、测试、工程平台开发、固件开发和量产芯片的一站式解决方案，客户可以根据自身需求采购芯原任意单个或多个环节，或从芯片定义到量产出货的全部环节。大部分设计服务公司的业务往往集中在提供后端的设计服务上，但是对于中小规模的IC设计企业，由于时间和资源有限，很少能从一开始能打造完整的设计团队，因此在设计上往往不仅需要后端的设计支持，还需要在前端设计上提供技术指导与设计服务。而对于有芯片定制化需求的系统厂商或者互联网企业，尽管对芯片规格特性有明确的要求，但对芯片设计和量产过程知之甚少，需要设计代工企业能提供从头至尾的一站式服务，最后交付合乎要求的集成电路。
芯原的一站式解决方案使其具备更全面的服务能力，满足客户多种需求，最大限度挖掘客户价值，包括前期IP授权、芯片设计到量产之后的量产收入和特许权使用费。而对于客户来说，选择一站式方案，减少了开发时间和降低了开发成本。在提供一站式服务中，通过获取设计费用覆盖相关设计成本，后期按照客户订单数量完成量产阶段的生产管理工作并向客户交付芯片，并不直接面向终端市场，因此无需承担终端产品可能发生的库存风险及相应费用，并且不用承担终端客户的技术支持。
3.依托明星IP核，打造一体化IP组合
IP核（intellectual property core），是指在集成电路的设计中预先设计好的功能模组。芯原是少数同时拥有GPU IP、DSP IP、视频处理IP和神经网络IP 这四大类关键IP的供应商。并且GPU IP、DSP IP 和视频处理IP三大明星均排名世界前三。通过深度整合明星IP,芯原将形成独具优势的一体化方案。
1)Vivante GPU IP
全球领先的GPU IP供应商。根据IPnest 报告，芯原GPU IP（含ISP）市场占有率排名全球前三, 仅次于ARM 和Imagination。芯原GPU IP 在汽车电子、安防监控和物联网领域具有较强的优势，全球前十汽车OEM厂商中大部分都在车载信息娱乐系统中采用了芯原GPU IP。众多国产CPU如北京君正也采用了了芯原的高性能 IP。芯原GPU的产品主要包括GPU Nano IP系列，适用于物联网应用，还拥有小尺寸矢量图形IP和显示控制IP；GPU Arcturus 图形IP满足 3D图形渲染和计算所需的最佳功耗、性能、面积需求。
在主要IP类别里，公司除了CPU类（跟ARM合作）、存储器类和内存编译器类IP外，已经具有较齐全的IP储备，客户可以一站式满足IP需求。
2)数字信号ZSP IP核
芯原在DSP IP 的市场占有率排名世界前三，仅次于CEVA和Cadence。在无线通信市场上主要是CEVA和芯原两家的DSP，在音频、语音等多媒体处理上，则三家都比较活跃。CEVA是基于DSP发展多种应用，甚至包括高清视频、视觉处理；ZSP重点放在通信、语音及音频处理。公司的DSP IP起初来自于2006年收购的LSI Logic 的ZSP部门，基于精简指令集计算机架构、业界唯一采用超标量（superscalar）体系处理方案。在传统的音频和音效处理方面，ZSP在高清音频上占有主导地位，基于ZSP的音频产品线已经出货超过5亿。在新兴的、自然的人机界面和互动的环节，手机、蓝牙耳机等设备的语音和降噪方案都需要引入DSP，ZSP可以提供完整的窄带和宽带语音处理和增强软件，结合ZSP的语言增强技术以及基于深度学习的处理器技术，芯原将给用户提供完整的自然人机交互方案。
3)高清视频Hantro IP核
芯原的Hantro视频IP用于视频编码和解码处理，在视频领域与C&M、ARM一起位于全球前三。其产品系列包括Hantro VC8000D, 采用最小的硅单核解决方案实现4K解码，支持HEVC、H.264、AVS2和Google VP9视频格式,可达到8K@30fps（双核）；Hantro VC8000E Hantro VC8000E采用最小的硅单核解决方案实现4K编码。Hantro视频技术广泛应用在数字电视、机顶盒、 智能手机、平板电脑、监控系统以及汽车电子领域。Hantro高清视频编解码器IP的市场增长机会主要来自以下几个方面：网络流媒体的分辨率不断提高，高清甚至超清电视和机顶盒、手机多媒体播放的需求也越来越大；小区、家庭的视频监控日益普及，以HEVC和VP9格式为代表的高清、高压缩率视频编解码技术可以大大提高网络和存储空间的利用效率；在传统的摄像领域，高清晰度、可捕捉快速移动物体细节的行车记录仪，高清晰度、低码率、低延时的用于无人机等的专业摄像记录设备，对应高清视频编解码器的需求，都将会随着这些应用领域的成长而增长。
4)神经网络NPU IP核
芯原NPU IP在国内也处于领先水平。NPU IP能结合芯原其他处理器IP，支持消费电子、汽车电子、计算机及周边、工业、数据处理、物联网等行业的人工智能升级发展。以ISP IP 为例，利用NPU IP 的目标检测和识别功能对目标区域进行定位，可使ISP IP 精准地对目标区域进行曝光和聚焦，得到更清晰的目标区域图像。目前，芯原的NPU IP 已在全球近30 家企业已量产的人工智能芯片产品中获得采用。根据Compass Intelligence 报告，2018 年人工智能芯片企业排名中芯原在中国大陆企业上榜名单中排名第三（前二分别是海思和瑞芯微）。
4.IP授权和芯片定制业务协同
芯原的一站式芯片定制业务和半导体IP 授权业务之间具有较强的协同效应，两项业务间客户也可互相导入。对于客户而言，在接受芯原为其提供的一站式芯片定制业务的过程中，容易接受使用芯原自有IP，从而提升设计业务毛利率。因为芯原在研发时考虑了各IP 间的内生关联和兼容性，使得其具有较强的耦合深度、可控性和可塑性，在成本和设计效率等方面更具优势。同时在为客户定制芯片的过程中，芯原不但可收集和了解不同应用领域对IP 各技术指标的需求，从而打造出更符合市场需求的IP，也会根据客户需求定制新的IP，从而持续丰富公司的IP 资源库。
芯原在为客户提供半导体IP 授权服务的过程中，优质的IP 和服务逐步受到客户认可。当客户出现新的芯片定制需求时，基于已有合作基础，会优先考虑采用芯原的一站式芯片定制服务。这种相辅相成的合作，提高客户粘性，扩大服务价值。
以与恩智浦的合作为例， 2010 年公司开始向恩智浦某应用处理器系列芯片授权GPU IP ，随着双方合作深入和客户芯片产品的升级迭代，芯原逐步增加了包括VPU IP、NPU IP 等在内的IP 授权。基于上述IP成功使用，2016 年起芯原为其新增了一站式芯片定制服务。目前，恩智浦最新一代适用于多媒体和显示的应用处理器系列芯片中采用了芯原多款处理器IP、显示和压缩IP 以及一站式芯片定制服务中的设计服务。
5.主营业务利润厚积薄发
在客户方面，芯原积累了较多产业链上的知名客户，包括英特尔、博世、恩智浦、美满电子、三星、Facebook、谷歌、亚马逊、华为海思、中兴通讯等众多国内知名企业。这些企业对IP核和芯片设计服务的质量具有高标准，对其他有相似芯片需求的企业有较强的示范效应。它们需要其在快速、高质量完成芯片设计的基础上，保证流片成功率和量产的良率，这使得客户在选择IP供应商和设计服务提供商时，极为谨慎，会重点关注其是否有相应的成功案例。芯原在多领域拥有知名客户的成功案例，这使其在获取新客户时具有较大优势。
我们认为IP授权和芯片定制业务的利润都具有厚积薄发的特点，盈利曲线呈现前稳后陡的趋势。公司IP授权收入分为授权使用费和特许权使用费，芯片定制收入分为设计费收入和量产业务收入。在客户芯片设计阶段，公司直接向客户交付IP，获得知识产权授权使用费收入；特许权使用费根据使用IP的芯片的量产数量计算收入。芯片定制业务前期受客户委托进行芯片设计获得设计收入，量产业务根据当期交付给客户的芯片出货量计算收入。2019年公司的收入结构中，IP授权收入占营收比例为33%，其中授权费收入占比达到26%，特许权使用费占比仅为7%；而在芯片定制业务中，设计业务收入占比为28%，量产业务收入占比为40%。
对于IP业务，在IP储备期由于IP数量较少，IP验证时间相对较短，因此IP复用率相对较低，采用公司IP的芯片出货量较低，对应获取的IP特许权使用费较低。而随着IP储备的丰富，客户认可度逐渐提高，我们认为公司获取的版权费用占比将随芯片出货量增加而提升。对于芯片定制业务利润厚积薄发的效应更加明显。在业务拓展期，溢价能力弱，部分客户量产业务收入较低，而随着公司设计能力得到客户认可，公司能够将设计资源优先投入在量产潜力更大的芯片设计合同上，同时也有望获得更高的设计毛利率。
参考海外IP供应商和设计服务供应商的收入结构：IP业务ARM的收入来源中特许权使用费占比达到57%，远高于授权费的31%；CEVA特许权使用费收入占比为45%，与授权费收入较为接近。而芯片定制服务方面，创意电子设计业务收入占比约30.0%，而量产业务占比达到67.0%；世芯收入结构中量产业务收入占比更是达到99.6%。
半导体IP 具有研发投入大、周期长的特点，但同时也具有很强的复用性。在半导体IP 知识产权授权收入中，通过前期一定研发投入，经设计验证后的同一IP 在未来可以授权给多个用户使用，在保持较高的毛利率的同时可以规模化扩展；同时，在半导体IP 特许权使用费收入中，客户产品上市量产后将根据芯片出货量向公司缴纳特许权使用费，而不存在额外成本。因此，随着公司持续丰富半导体IP 储备及市场认可度提升，半导体IP 授权带来的以上两方面收入可实现持续增长，有助于未来公司盈利能力提升。
而对于芯片定制业务，收入随着新兴芯片设计公司、大型互联网公司和系统集成厂商定制需求增加而增加。并且随着公司设计研发水平持续提升，公司未来能选择更加专注于量产潜力大的优质客户，量产业务在营业收入中占比有望提高。由于量产业务主要是生产管理，需要较少的研发投入，因此这部分稳定、持续盈利有望增加。综合以上，随着未来特许权使用费和量产业务收入增加，公司的研发费用率、销售费用率和管理费用率有望降低，从而使得公司盈利增长，我们认为公司的盈利曲线将呈现先稳后陡的趋势。
二、IP授权：现代半导体设计的“砖石”
1.产业分工细化，“轻设计”应运而生
设计难度加大，设计成本快速增加，使得产业分工继续细化，诞生出半导体IP授权和芯片定制的商业模式。从半导体发展进程来看，全球半导体产业商业模式经历了在美国诞生兴起以及随后70年代日本因家电市场对半导体技术及产量的需求不断完善产业链的IDM时代，其中的代表公司包括美国的仙童半导体、TI以及随后在日本崛起的索尼、松芝、日立等企业；随着半导体制造的环节技术难度加大、资本开支需求不断增加，制造和设计环节分离、通过满足多个客户制造需求从而提高制造环节效率的Fabless + Foundry 模式应运而生，台积电成为晶圆代工产业的引领者，而在此过程中为了满足芯片设计公司和晶圆厂之间的技术衔接与匹配的需求，首次催生了芯片设计服务行业的诞生；而随着个人计算机产业向手机产业迈进，终端产品更加复杂多样，使得芯片设计难度快速增加，研发成本持续增加，使得半导体产业链分工继续细化，芯片设计产业进一步分拆出IP产业，形成“IP+IC设计+Foundry”的模式，ARM、Imagination等公司成为IP公司代表。在产业分工细化过程中，设计代工独立出来的轻设计的产业模式也得到发展。
IP复用技术是SoC实现的基础。以IP核为基础，将不同功能模块整合在一颗芯片中，从而在单颗芯片上实现复杂电子系统即SoC（System on Chip），使得芯片体积缩小，还可以通过缩短不同集成电路间的距离提升芯片的计算速度，并且大大缩短了集成电路设计开发周期。IP技术的运用避免了重复设计，减轻芯片工程师的负担，大大缩短了产品的上市时间。而IP 复用、软硬件协同设计和超深亚微米/纳米级设计是SoC的技术支撑，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。以下图基于ARM架构的SoC系统为例，ARM协议下的AHB（Advanced High performance Bus，系统总线）、APB(Advanced Peripheral Bus,外围总线)、以太网接口、SPI(串行外设接口)、USB、UART（非同步收发传输器）等模块等均可以直接使用第三方提供的标准IP模块。
2.IP市场规模预计保持稳定增长
预计IP市场十年复合增速约为9%。根据IBS 数据，IP 市场将从2019 年的市场规模约为50亿美元。而2019年IC设计产业市场规模约为1200亿美元，IP在IC设计市场占比仅为4.2%。根据IBS预测，预计2027 年IP市场规模增长至101亿美元，年均复合增长率为9.1％。其中处理器IP 市场预计在2027 年达到62.55亿美元，2018 年为26.20 亿美元，年均复合增长率为10.15％；数模混合IP 市场预计在2027 年达到13.32 亿美元，2018 年为7.25 亿美元，年均复合增长率为7.0％；射频IP 市场预计在2027 年达到11.24 亿美元，2018 年为5.42 亿美元，年均复合增长率为8.4％。
芯片制程发展提高单颗芯片集成IP数量。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 数量增多为更多IP 在SoC 中实现可复用提供新的空间。
3.CPU IP高度垄断，细分领域百花齐放
以CPU核为代表的明星IP壁垒高。按照竞争壁垒的高低，半导体IP可以分为基础IP、标准IP和明星IP。基础IP的特点是与具体工艺相关性较高，且价格低廉。标准IP是指符合产业组织制定标准的IP产品，如USB、蓝牙等，其架构公开，进入门槛较低，通常只有技术领先者可以获得比较大的利润。而明星IP复杂度高，需要相应的工具软件与系统软件相互配合开发，不易被模仿，进入门槛较高，产品附加值高，所需的开发时间较长。对于基础IP和标准IP，下游用户处于成本和时间考量，倾向直接外购缺乏自研动力。而对于明星IP，处于掌控开发节奏、在性能和体验上实现差异化和控制供应链的需要，下游客户有比较强的自研动力，但是明星IP往往包含复杂的基础专利门槛，绕开这些专利压制往往十分困难，苹果试图绕开Imagination之后又再度合作就是这种难度的具体体现。
ARM垄断 CPU IP市场，细分领域百花齐放。根据Ipnest数据，2019年全球IP市场中前十供应商占据78.1%的市场份额,市场呈现高度集中的格局。而ARM占据40.8%的市场份额，ARM处理器主要分为A系列、R系列及M系列，A系列主要用于消费电子，如手机、机顶盒、数字电视等，R系列主要针对实时性要求较高的应用，M系列主要针对较低端应用。而其他IP供应商各具特色。如Synopsys和Cadence以EDA软件为基础，不断扩展在接口、模拟和存储等领域的IP储备，试图打造一站式服务端口；SST的NVM（嵌入式非易失性存储器）IP被广泛采用；Imagination的GPU IP被苹果的A系列芯片采用;CEVA专注于数字信号处理器IP。
4.以史为鉴：ARM的称霸之路
精简指令集+授权费模式”+生态，成就ARM的坚固护城河。ARM的精简指令集处理器架构，由于节能的特点，很好地适应智能手机对低功耗的要求,得以迅速发展。授权费+特许权使用费”收费模式，使得ARM生态的进入门槛降低。在发展从ARM 6到最新64位ARM指令集V8的过程中, ARM围绕架构、IP授权、验证、软件支持、物理支持等各个环节不断做并购，从而给各环节客户提供服务支持。目前 ARM在全球客户超过500家，形成了以ARM为核心的生态体系。ARM的移动设备CPU 架构生态的建立，使得竞争对手难以打破ARM的垄断地位获得突破。因此对于芯原，除与ARM进行合作外，积极参与RISC-V、MIPS和PowerPC等开放指令集生态体系的建设有利于完善芯原的竞争力。
三、芯片定制服务的星辰大海
芯片定制服务是指向客户提供平台化的芯片定制方案，并可以接受委托完成从芯片设计到晶圆制造、封装和测试的全部或部分服务环节。
芯片定制服务具体可分为芯片设计业务和芯片量产业务。芯片设计业务即根据客户对芯片在功能、性能、功耗、尺寸及成本等方面的要求进行芯片规格定义和IP选型，通过设计、实现及验证，逐步转化为能用于芯片制造的版图，并委托晶圆厂根据版图生产工程晶圆，封装厂及测试厂进行工程样片封装测试，从而完成芯片样片生产，最终将经过公司技术人员验证过的样片交付给客户的全部过程。在设计阶段，通常以里程碑的方式进行结算。芯片量产业务即芯片设计完成并通过验证之后，根据客户需求委托晶圆厂进行晶圆制造、委托封装厂及测试厂进行封装和测试，并提供生产管理服务，最终交付给客户晶圆片或者芯片的过程。
1.芯片需求和供给的变局
终端应用场景多样化，芯片需求碎片化。过去半导体终端市场主要是智能手机、PC、通信和车用半导体，而随着云计算、人工智能、物联网技术的发展，图像识别、语音识别、智能驾驶等多种类型的新型应用场景对半导体硬件需求增加，使半导体终端应用场景呈现多样化。在PC和智能手机时代，半导体供给主要被全球大型芯片设计公司垄断，而随着AIOT 时代的到来，智能手表/手环/耳机等可穿戴设备、智能家居等终端产品使市场需求变得更加多样化和碎片化，并且单一市场较小。
标准品芯片难以满足所有需求，部分需求转向定制化开发。像CPU这样的通用处理器有最大的可编程性和灵活度，但同等功能性能下，功耗最大; ASIC等于将使用场景固化，灵活度最小，但效率更优。如果把ASIC设计推向单一化的极致（Domain Specific, Dedicated ASIC），ASIC效率将远远超过通用型CPU。以加密货币挖矿计算为例，Benchmark的结果显示，同样成本下的专用ASIC效率，可以达到通用性CPU的数十万倍。
芯片需求的多样化和碎片化、专用ASIC相比通用型芯片巨大的效率优势，使得传统的芯片需求者开始更多参与芯片自研。而这些新参与者缺乏半导体设计相关的积累，芯片设计服务能弥补这种不足。反过来更多的定制需求也可以帮助定制服务供应商累计设计经验和量产经验。
在需求的新格局下，有四种典型的芯片定制服务的需求者：
◼ 大型互联网公司：互联网公司在互联网服务方面较为擅长，但出于控制核心技术、增加产品差异化和降低成本的考虑，需要推进芯片定制化开发。多数大型互联网公司在集成电路设计方面积累较少，设计团队规模较小或无设计团队。
◼ 系统厂商：系统厂商具有较强的系统集成能力和系统设计、制造、销售能力，随着市场竞争逐渐激烈，标准化的芯片产品难以满足其部分产品差异化的需求。并且近年来国内由于外部环境的变化，国内系统厂商加快自有芯片研发，如阿里巴巴、OPPO、Vivo、小米和中兴等都已投入自研芯片研发。而系统厂商同互联网公司一样，相关技术、经验和生产资源相对不足，因此需要第三方提供的芯片定制服务。该类客户一般有明确的产品更新规划，需要持续对已定制的芯片产品进行升级迭代，并且需要芯片的稳定供应，合作有较强的可持续性。
◼ 新兴的芯片设计公司:新兴的芯片设计公司规模相对较小，需要将有限的资金和人员更集中在核心技术的研发上。为尽快推出新产品，该类客户可以专注于芯片产品定义、先进算法及客户资源等优势领域，并通过芯原的一站式芯片定制服务和半导体IP授权服务，加快其技术的产业化进程。从2016年开始国内芯片设计公司数量快速增加，到2019年国内芯片设计公司接近两千家，但其中只有238家超过1亿元营收，只有165家超过100人的规模。这些快速增加的新兴芯片设计公司是芯原拓展国内市场的重要潜在客户。
◼ 成熟的芯片设计公司和IDM:成熟的芯片设计公司和IDM 有较强的品牌实力、市场占有率和芯片研发、设计、销售能力，芯片产品种类较多，产品线较长。该类客户一般研发成本较高，在产品研发上市时间紧张的情况下，难以对各产品线都投入足够的研发人员进行芯片设计和生产管理。为在维持众多产品线的同时，保证各产品的设计水平和设计质量，该类客户有使用第三方芯片定制服务的需要。成熟的芯片设计公司和IDM 一般产品生命周期较长，出货量较大，在其验证过芯原技术水平和可靠性后，通常会与合作伙伴保持较为稳定的合作关系。
芯片定制服务的发展重构设计产业链价值。芯片设计价值链可以分为芯片定义、架构设计、IP选型及工艺评估、芯片设计、验证、物理实现、软件设计等环节。与独立晶圆厂商通过提供独立的、先进的半导体生产服务，从而推动无晶圆半导体厂商模式的快速发展一样，轻设计模式通过提供高效的IC设计服务，使得半导体厂商、终端系统厂商和互联网厂商得以专注于发展其核心技术优势，如产品定义、系统架构、软件开发以及品牌营销等，从而推动产业高效率发展。
2.定制服务的三大优势
◼加快客户产品上市。在目前AI+IOT+5G融合快速发展的背景下，大量专用芯片需求产生，并且不同领域客户有大幅缩短芯片设计周期需求：电子产品设计周期呈不断缩短趋势，以手机为例，传统上9个月左右出一款新机型，但是现在手机品牌可以做到4个月出一款新机型，对IC设计的相应速度需求也同时提高；在人工智能领域，由于机器学习模型不断进化，大幅缩短芯片设计周期将更好匹配模型对芯片的更新需求。
◼降低设计门槛：随着SoC成为主流设计方法，从芯片系统定义、前端电路设计、后端物理实现、芯片制造到软件开发到最终量产成为庞大的系统工程。先进制程的发展使得芯片复杂度不断提高，芯片设计难度加大。而同时更多新进入者进入芯片设计行业，这些新进入者在集成电路设计方面积累较少，设计团队较小或者没有设计团队。同时对于大部分芯片初创设计公司，缺乏与EDA、晶圆代工厂的战略联盟（晶圆厂先进制程认证门槛较高），也缺乏包括封装测试、分包物流等外包渠道。而通过芯片定制服务，可以依托专业化的设计团队，与EDA供应商和晶圆代工厂的合作，大大降低芯片设计行业门槛。
◼降低芯片设计成本及设计风险。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。根据IBS 报告，以先进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。并且先进工艺节点相应的流片成本大幅提高，使得芯片的设计风险增加。而芯片定制团队经过多年积累和验证，形成了较多芯片设计所需的硬件、基础软件和应用软件等方面的专利和技术秘密，并且可以复用IP、EDA/设计工具、验证工具、服务器、存储以及网络设备等原料和工具，从而降低设计成本，提高流片成功率从而降低设计风险。
3.芯原与其他芯片定制公司的比较
芯原目前是独一无二的一站式芯片设计服务公司。典型的芯片设计公司主要分为与依托晶圆厂设计服务公司、晶圆厂中立的设计服务公司以及与EDA 工具、IP 捆绑的设计服务公司。
（1）与晶圆厂紧密结合的设计服务公司。这类公司主要帮助其合作的晶圆厂加强与集成电路设计公司的合作。代表为智原、创意电子等。这类设计服务公司可填补芯片设计与制造之间的缺口，对双方来说具有桥梁的作用。尤其面对生命周期较短的消费电子与通信产品市场，能做出更快响应，对双方来说具有互补作用。
（2）晶圆厂中立的设计服务公司。这类公司主要特征是不绑定于一家晶圆厂，而是与全球范围内多个晶圆厂建立合作关系，根据不同的晶圆厂的工艺特色和产能为客户提供多样化的选择和灵活的服务。此类公司直接面向市场，与客户结合较为紧密。
（3）与EDA 工具、IP 捆绑的设计服务公司。这类公司的主要特征是通过设计服务业务将其设计方法学、IP 及EDA 工具渗透到客户具体项目中，从而间接促进EDA 工具销售。代表为Cadence和Synopsys等。
芯原与世芯的核心竞争优势不同：仅就芯片定制服务而已，同样晶圆厂中立政策的芯原和世芯在核心竞争优势有所不同。世芯仅提供芯片的后端设计服务，即物理实现的过程；而芯原提供包括前端设计和后端设计的完整服务。前端设计即逻辑设计过程是传统芯片设计厂商实现差异化的核心环节。从这个角度看，芯原设计能力的直接对标者是传统Fabless厂商。
行业发展初期，细分领域各自竞争。虽然设计服务业有近三十年历史，但是早期更多是提供标准单元库以及像创意电子作为晶圆代工厂和芯片设计公司之间的桥梁出现，而如系统厂商/互联网公司/新兴设计公司的需求今年才大量出现。目前芯原处于研发积累初步完善，各类解决方案尚处于趋于成熟阶段，可复用的规模效应还未完全体现，因此毛利率低于同类型公司（世芯成本计算方式略有不同）。
4.芯片定制服务的星辰大海
芯片定制服务行业有十年十倍的潜在成长空间。我们对芯片定制行业空间做一个简单测算：目前全球主要芯片定制服务公司主要集中在中国大陆和台湾地区。我们统计创意电子、智原科技、世芯、芯原股份和灿芯的2019年营收，合计约70亿元人民币。因其他设计服务公司规模较小，我们假设这五家营收占行业营收规模的50%，则2019年全球设计服务行业市场规模约140亿元。而2019年全球集成电路设计产业市场规模约1200亿美元，假设2019-2029年复合增速约3%，则2029年集成电路设计产业市场规模有望达到1612亿美元，因为我们上文分析的芯片定制服务的三大优势，以及四类典型芯片定制用户数量在增加推动行业需求增长，我们认为芯片定制服务在集成电路设计行业渗透率有较大提升空间，假设2029年行业渗透率达到15%，约242亿美元，则相比2019年的20亿美元有超过十倍的成长空间。
除了上文分析的芯片定制服务的三大优势，以及四类典型芯片定制用户数量在增加推动行业增长外，对于具体公司，还有两大重要因素驱动芯片设计服务营收增长：
◼ 更多客户采用先进制程，更高的设计收入
随着智慧物联网、人工智能、5G 等新兴产业的快速发展， 28nm 及以下制程技术产生了较大需求。根据IBS 统计及预测，目前28nm 以上制程仍占据设计项目的主要份额，28nm 及以下制程占比仍相对较小，但呈现出较快增长的趋势。根据上述IBS 报告数据测算，2017-2019 年全球芯片设计项目整体数量复合增长率约为1.39%，其中28nm 及以下制程（含）项目数量复合增长率约为8.51%，28nm 以上制程项目数量复合增长率仅为0.64%。
◼ 更多客户由设计服务阶段进入芯片量产阶段
由于芯片量产之后仅需提供一定的技术支持，而几乎不用增加研发投入，因此芯片量产毛利能更大程度贡献于净利润。因此当更多设计服务进入量产阶段之后，有利于增加净利润。对于芯片定制提供商，为了获得先进制程设计能力，在一定阶段需要战略性选择进入先进技术领域和优质客户群体。但是对于这些战略性项目，往往由于项目难度较高、尚未形成成熟经验、客户谈判能力较强等原因，毛利率相对较低并且量产潜力较小。而随着芯片定制公司先进制程设计能力提升，客户认可度提高，公司相应开发周期将缩短，具有更强的议价权，因此设计毛利率将提升，能优先选择量产潜力大的订单。
四、一站式服务平台，赋能芯片设计创新
1.二十年深耕半导体设计服务领域
芯原股份是国内最大的设计服务公司。公司成立于2001年，2003年公司为晶圆厂开发了中国第一套标准单元库；2014年收购上海众华获得系统级芯片研发设计能力；2006 年收购了 LSI Logic 的 ZSP（数字信号处理器） 部门， 这是芯原通过并购获取的第一个 IP；2010 年公司是谷歌 WebM 视频格式在亚洲首个硬件合作伙伴；2014 年芯原收购了 ArcSoft软件开发团队及影像视觉技术；2016 年收购图芯美国，获得了 GPU IP，并开发出了汽车电子的综合解决方案和高效的NPU IP。在数模混合 IP 和射频IP, 尤其在射频 IP 方面， 2013 年芯原利用 ZSP，开发设计了多模通信解决方案；在 2017 年和 2018 年分别开发出了物联网解决方案、 BLEIP 和 NB-IoT IP。
公司具备从先进7nm制程到传统250nm制程的设计能力。公司不断提高基于FinFET和FD-SOI先进工艺节点上的芯片设计能力。2008 年完成了基于 IBM 90nm CMOS工艺的网络交换机芯片流片，并于同年完成了中国大陆首批基于ARM Cortex-M0的SoC设计，随后分别在2012年实现了40nm和28nm 的芯片设计和流片。2016年，公司实现了先进的22nm FD-SOI 和14nm FinFET 的芯片设计和流片，随后在2017年实现了 28nm FD-SOI 和 10nm FinFET的芯片设计和流片。2018 年获得7nm FinFET工艺设计能力。
公司董事长及创始人戴伟民与其配偶直接及间接持有公司5.6%股份，国家集成电路投资基金持股7.98%，公司无实际控制人。公司参股股东中包括IDG、Intel Capital、小米产业基金等知名投资机构。
2.打造一站式芯片设计服务平台
公司主要向客户提供一站式芯片定制服务和半导体 IP 授权服务。其中，一站式芯片定制服务具体可分为芯片设计业务和芯片量产业务；半导体 IP 授权业务按照履约的阶段与收款条件不同具体可分为授权使用费、特许权使用费收入。从2019年收入结构看，芯片定制业务收入占比约67.3%，其中设计业务收入占比为27.5%，量产业务收入占比为39.8%；半导体IP授权业务收入占比约32.7%，其中授权费收入占比达到25.6%，特许权使用费收入占比仅7.1%。
按照公司面向的下游行业分类，公司主要的下游分别为消费电子、汽车电子、计算机及周边、工业、数据处理、物联网等领域。其中消费电子。物联网和数据处理是主要的细分领域。
3.先进制程设计能力和齐备的IP组合
公司至今已拥有高清视频、高清音频及语音、车载娱乐系统处理器、视频监控、物联网连接、数据中心等多种一站式芯片定制解决方案，以及自主可控的图形处理器IP、神经网络处理器IP、视频处理器IP、数字信号处理器IP 和图像信号处理器IP 五类处理器IP、1,400 多个数模混合IP和射频IP。
公司核心技术包括芯片定制技术和半导体IP技术。其中芯片定制技术主要包括架构评估结束、大规模SoC验证技术和先进工艺设计技术。架构评估技术是基于EDA 工具，结合公司已有设计实例和SoC 架构，所提供的高精度的系统架构评估方法针对SoC 设计早期进行架构评估、定型，为复杂SoC 的设计提供可靠的参考。公司大规模SoC 验证技术结合仿真、自有FPGA 平台、仿真器等不同验证方法，针对超大规模SoC 的验证进行优化，提高验证的覆盖率及验证效率。可以满足亿门级设计以及复杂应用处理器设计的质量要求。公司先进工艺设计为满足高端SoC 的性能、功耗及成本需求，主要面向传统28nm CMOS，28/22nm FD-SOI 及14/10/7nm FinFET 工艺的设计流程而开发。
衡量设计业务的主要指标为流片项目数，衡量量产业务的主要指标为芯片出货量。2017-2019年虽然公司实现流片项目数的项目数量有所波动，但是在执行项目数持续增长，同时设计业务收入持续增长，代表公司单个设计项目价值持续增长，28nm以下制程的项目占比持续提升。出货量根据项目周期和客户需求波动，2017-2019年量产业务出货量分别为98184片、96821片和79213片。
芯原半导体IP 组合主要包括主要包括处理器类IP、数模混合IP 和射频IP。处理器类IP又包括: GPU IP（图形处理器IP）,专用于绘图运算、图形加速和通用计算工作的数字IP；
1)NPU IP （神经网络处理器IP）是指专用于加速神经网络运算、机器视觉和机器学习等人工智能应用的数字IP。
2)VPU IP （视频处理器IP）是指专用于进行视频编解码，并结合视频增强处理和压缩技术的数字IP
3)DSP IP （数字信号处理器IP）是指专用于将数字信号进行高速实时处理的数字IP，DSP IP 是芯原首款自有处理器IP。
4)ISP IP （图像信号处理器IP）是指专用于对图像传感器的原始数据进行处理以获得优质视觉图像的数字IP。
射频IP包括：低功耗蓝牙IP,实现低功耗低成本蓝牙和数据传输；NB-IoT IP ，支持各类物联网设备以基于蜂窝通信网的低功耗窄带物联网标准进行连接和互传数据的射频IP。
数模混合IP：指基于晶圆厂工艺的，用于处理由光、声音、速度、温度等自然模拟信号所转化成的连续性模拟电信号的IP。芯原的数模混合IP 包括SoC 基础IP、数据接口IP、人机界面IP、电源管理IP、单元库与存储IP 等。公司在不同晶圆厂的不同工艺节点开发的数模混合IP共计1400个。
4.聚集大量专精于芯片设计人才
公司拥有行业顶尖的核心技术人员。芯原股份的SiPaaS（Silicon Platform as a Service，芯片设计平台即服务）模式主要依靠半导体设计领域专业人才提供服务。作为智力密集型的芯片设计服务企业，人才是芯原最关键的资源。核心技术人员在顶尖科研机构和海外知名半导体设计公司有丰富的从业经验，其中戴伟民、戴伟进和范灏成在公司（或收购标的）从业达十年及以上，这些人才是公司高起点布局的基础，公司从成立之时起就具备国际视野。
公司拥有庞大的半导体设计人才队伍。公司建立了较完善的持续创新机制，研发人员持续增加，2017-2019年公司研发人员分比为542人、623人和789人，研发实力持续扩充。公司的激励制度在行业内领先。我们比较了大陆和台湾地区芯片设计公司的人均薪酬，在参考样本中，芯原股份的人均薪酬仅低于澜起科技，大幅高于行业平均。同时，公司历来通过期权计划等形式实现员工持股，提高对人才的吸引，增强团队稳定性。截至2020年5月，公司2019 年期权计划项下有效的股票期权所对应的股票数量合计共1774万股，涉及479 名在职员工，占芯原上市前股份总数的4.08%。
5.成本结构及下游客户
公司原材料主要包括晶圆、半导体IP和封装测试服务，其中以晶圆为主为主。2019年采购金额为6.57亿元，前五名供应商分别为中芯国际（占比31.6%）、景盛电子（三星电子代理商，占比18%）、新思科技（占比11.8%）、格罗方德（占比7.3%）和三星电子（占比6.8%）。
公司主要销售收入来自海外，获得产业链知名客户认可。2019年公司约55%收入来自境外，其中北美占比27.4%，欧洲占比约14.4%，亚洲除中国大陆以外的其他地区约占14.4%。前五名客户中包括博世、恩智浦、Facebook等巨头。前五名客户收入占比约37.9%。公司前五大客户构成、各客户收入在不同年度之间存在一定变动或波动，主要是由于各客户产品设计规划不同、各项目进度不同等因素造成，主要客户流失率较低。其中，恩智浦、鼎信通讯等均为公司多年合作的客户，同时随着近年来数据处理、人工智能等各类新兴市场快速发展，公司持续吸引各类优质客户，如 Facebook、云天励飞等。
分业务看，2019年芯片设计业务前五名收入分别是Thinci（AI芯片公司）、恩智浦、Facebook、赛诺思（区块链）和欧比特（高可靠嵌入式SoC），前五名客户收入占比达到49%。恩智浦和鼎信通讯是公司合作多年的客户，同时随着近年来数据处理数据处理、人工智能等各类新兴市场快速发展，公司陆续吸引各类优质客户，如Facebook、云天励飞等。
芯片量产业务前五名客户分别为博世、涌现南京（数字货币芯片）、Aztech和鼎信通信，前五名客户收入占比达到71.1%。量产业务收入直接受客户产品在终端市场上的出货情况影响。在成功为客户实现量产服务后，该等客户在之后项目中往往倾向于继续接受公司的服务，以减少转换成本，维持产品质量稳定等。总体而言，就量产业务中单个芯片产品而言，受市场及产品本身的生命周期等因素影响，往往产品投入早期出货量及销售额增长较快、中期保持平稳、后期逐渐下降。
而IP授权业务前五名客户分别为英特尔、Facebook、新突思、瑞达星和亚马逊，前五名客户收入占比约46%；客户在不同年度之间波动主要是由于各客户IP 采购内容、期限等存在差异，同时各客户产品研发计划不同亦导致其对IP 采购时点不同。随着国内半导体产业发展，境内相关企业对半导体IP 授权的需求有望持续增加。
而IP业务的特许权权使用费前五名客户分别是恩智浦、新突思、德州仪器、海思和华虹，前五名客户收入占比达到74.5%。特许权使用费收入需待客户利用该半导体IP 完成芯片设计并量产后，按照生产或销售情况收取，持续上升的知识产权授权使用费收入有利于保障公司未来特许权使用费收入的增长空间。
IP授权业务2017-2019年授权次数分别为52次、47次和65次；特许权使用费2017-2019年授权家数分别为45家、41家和41家。
6.募投项目
募集资金投资项目从公司战略角度出发，对现有业务进行的扩展和深化。公司本次发行股份拟募集资金用于 IP 应用方案和系统级芯片定制平台类项目、项目中心升级项目。本次募投项目将扩大现有产品的应用以及提高现有研发能力，进一步强化公司开拓新市场和新客户群的能力。公司将在智慧可穿戴设备、智慧汽车、智慧家居、智慧城市以及智慧云平台五大领域，开发各领域的半导体IP 应用方案，搭建系统级芯片定制平台。
五、盈利预测与投资建议
1.营收及毛利率关键假设
◼我们认为公司IP业务是现金奶牛业务：未来三年我们预计公司的NPU IP、VPU IP和射频 IP在2020-2022年保持着比较快的增长速度，由于特许权使用费按照使用IP的芯片出货量获取收入，我们认为随着公司IP储备的逐渐齐备，使用公司IP的芯片出货量有望持续稳定增长，特许权使用费收入占比有望从2019年的7%提升到2022年的10%。
◼芯片定制业务方面，由于公司在执行项目数量增长，这些在执行项目未来将转化为设计业务收入，并且进而带来量产业务增长。并且随着更多设计项目使用先进制程，单个项目价值量将增加。我们预计公司2020-2022年芯片定制业务收入增速分别为15%、23%和23%。
◼我们认为随着公司设计业务的熟练，设计毛利率有提升空间，同时随着特许权使用费占比提升，毛利率也有提升空间。我们预计公司2020-2022年毛利率分别为42%、43%和44%。
2.盈利水平的同业比较
由于公司业务分为毛利率高的IP授权业务和毛利率低的芯片定制业务，因此毛利率低于IP授权公司CEVA和芯片设计公司乐鑫科技、澜起科技、芯朋微和寒武纪，但高于纯芯片设计服务公司创意电子和世芯，营业利润方面，公司由于目前规模效应未完全体现，公司尚未实现盈利。
3.投资建议
由于一站式芯片设计服务行业是是较为新兴的模式，目前芯片定制在全球IC设计领域渗透率仅约2%，我们预计到2029年渗透率有望达到15%，未来十年全球芯片定制服务行业复合增速有望达到28%。而目前芯原还处于技术积累初步完善，各类解决方案逐渐成熟的过程中，复用效应和规模效应还未完全体现。未来两年公司有望实现扭亏为盈，但是由于需要继续高强度人力投入，实现大规模盈利比较困难，但是在此之后，由于收入增长，毛利率提升，费用率下降，我们认为盈利有望大幅增长，因此现阶段我们认为使用市销率的估值方法较为合理。
我们预期芯原未来营收会有较快的增长，同时随着IP逐渐齐备和各类解决方案成熟，规模效应将逐渐显现。我们认为公司毛利率有提升潜力，费用率会有较大幅度的下降空间，首次覆盖，给予“买入”评级。估值方面，我们对于成长性较高的设计服务行业看未来2-3年的营收。使用分部估值的方法，参照海外同业公司，考虑到公司是A股首家、也是国内营收规模最大的半导体设计服务公司，给予一定的估值溢价：给予IP业务2022年50倍PS，芯片定制业务2022年20倍PS，目标价144元。
六、风险提示
1.下游客户自研IP的风险
下游客户出于掌控供应链、实现差异化竞争，有动力在核心IP上采取自研策略。对于明星IP，客户会综合考量自研与采购外部IP在成本、开发时间和专利壁垒上的优劣势。因此当明星IP在单个客户上取得较高收入时，存在客户自研IP而取代芯原的风险。
2.国际环境变化，无法取得EDA软件授权等原材料的风险
目前芯片设计使用的主流EDA软件均为美国公司产品，ARM 的CPU内核也受到美国长臂管辖，如果国际环境变化，公司存在不能取得EDA 软件授权、ARM CPU核授权的风险。
3.汇率波动的风险
公司超过50%收入均为境外取得，存在汇率波动产生汇兑损失的风险。
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