2025年中芯国际研究报告：国产AI芯片时代的“晶圆工匠”，先进制程稀缺资产

一、中国大陆第一家实现先进制程量产的晶圆代工企业

中芯国际成立于 2000 年，创始人张汝京曾任职于德州仪器。中芯国际是我国集成电路晶 圆代工企业的龙头企业，工艺制程节点覆盖 0.35μm-7nm（N+2)，是中国大陆第一家实 现 7nm（N+1)工艺的晶圆代工企业，代表中国大陆自主研发集成电路制造技术的最先进 水平。中芯国际目前拥有中芯南方、中芯深圳、中芯北方、中芯京城、中芯东方等多个晶 圆代工厂，截至 2024 年末，合计产能达 94.8 万片，晶圆代工市占率达全球第三。

1.1 中芯国际的成长之路，中国科技崛起的缩影

1997-2003 起步阶段，创始人张汝京谋篇布局

为避开《瓦森纳协定》对中国先进技术的禁运，创始人张汝京将总部设在上海的中芯国际 的注册地选在了开曼群岛，并引入汉鼎亚太、高盛、华登国际、祥峰投资等大量且分散的 外资股东入驻。又先后将德国英飞凌、新加坡特许半导体、日本东芝、富士通等芯片巨头 从客户变成了股东。

2003-2009 专利之争不断，成熟制程突破

台积电与中芯国际的专利纠纷持续了 7 年。2003 年，台积电对中芯国际提起第一次诉讼， 起诉其技术侵权；2006 年，台积电以中芯国际 0.13 微米工艺使用台积电技术等为由，再 一次在美国起诉中芯国际。2009 年，中芯国际公告称和台积电达成和解协议。 2004 年至 2009 年，中芯国际不断实现突破。2004年第一条 12 英寸晶圆生产线正式投产， 紧接着 06-09 年实现从 90 纳米技术节点到 65nm 纳米技术节点的量产。

2009-2019 海外制裁渐起，14nm 关键节点突破

从 2009 年到 2019 年，中芯国际在制程工艺节点上的突破开始加速。2009 年实现 65nm 工艺，6 年后（2016）实现掌握 28nm 工艺，仅仅 3 年又实现（2019）14nm FinFET 工 艺量产。2016 年，中芯国际为联芯科技成功量产 28nm。同年，美国商务部发布对中兴通 讯的出口禁令。

2019-至今 外部压力趋紧，7nm 及以下先进制程攻坚

2019 年，中芯国际突破 14nm，同年华为被列入实体清单，2022 年《芯片与科学法案》 出台，在这份法案中，美方除了面向芯片企业研发和工厂建设提供 520 亿美元补贴，还禁 止接受法案资助的公司在中国扩建关键芯片制造基地。2023 年美、日、荷兰达成协议限 制对华出口包括光刻机在内的先进芯片制造设备，这一举措在一定程度上增加了中芯国际 获取关键设备的难度，或将对其先进制程的技术迭代节奏形成制约。 即使在制裁措施不断加码的背景下，中芯国际依然摸索出了 N+1、N+2（相当于台积电 7nm） 等工艺节点的技术路径，并正向 5nm 工艺节点加速推进。截至 2024 年，中芯国际在全球 晶圆代工市场中的市占率已达 6%，排名全球第三。

1.2 公司专注纯晶圆代工，广泛覆盖多个工艺平台和下游行业

公司向全球客户提供 8 英寸和 12 英寸晶圆代工与技术服务，应用于不同工艺技术平台， 具备逻辑电路、电源/模拟、高压驱动、嵌入式非挥发性存储、非易失性存储、混合信号/ 射频、图像传感器等多个技术平台的量产能力，可为客户提供智能手机、电脑与平板、消 费电子、互联与可穿戴、工业与汽车等不同领域集成电路晶圆代工及配套服务（为客户提 供设计服务与 IP 支持、光掩模制服务）。2024 年，公司集成电路晶圆代工业务收入占比 超 9 成。

受益于中美芯片博弈，中芯 14/28nm 收入占比显著提升。截至 2021 年，公司 14/28nm、 40/45nm 、 55/65nm 及 0.15/0.18 μ m 营 收 占 比 较 高 ， 分 别 为13.53%/13.53%/26.15%/26.15%。自 2019 年华为被列入美实体清单后，中芯国际 14/28nm 制程受益于这种需求的转移，营收占比逐年上升，从 2019 年的 3.92%到 2020 年的 7.86%到 2021 年的 13.53%，预计当前 14/28nm 营收份额占比有显著提升。

1.3 产能九成以上为成熟制程，仍有较大扩产空间

中芯国际产能弹性：先进制程（14nm 及以下）增量空间为 100%，成熟制程增量空间为 42.11%。截止 2024 年，中芯国际总产能约为 94.8 万片/月（折合 8 英寸产能），据我们 统计规划总产能约 126.75 万片/月。其中先进制程产能主要在中芯南方的 SN1 和 SN2， 先进制程规划总产能 7 万片，目前投产 3.5 万片，因此预计中芯国际在先进制程方面的增 量主要来自这 3.5 万片先进制程产能的开出。成熟制程方面，总规划产能为 119.75 万片/ 月，待开出产能为 28.45 万片/月，能为现有成熟制程产能带来 31.16%的上行空间。

1.4 营收增速呈现显著的周期性，EBITDA盈利能力不断增强

上一轮上行周期核心驱动力，全球新能源汽车的快速放量。公司营收及利润呈现显著的周 期性，核心在于下游新需求的周期性涌现。公司营收及利润率水平自在 2019-2022 年间经 历了一段显著的周期上行阶段。2020-2022 年，营收增速逐年攀升，分别为 25%/30%/39%。 同期毛利率与净利率分别在 2022 年和 2021 年达到 38%和 31%的顶点。与此对应地， 2019/2020/2021 三年，全球新能源汽车销量增速逐年上升，分别为 4.8%/52.5%/102.4%， 一度造成全球缺芯。截至 2024 年，中芯国际营业收入达 577.96 亿元，毛利率/净利率水 平分别为 19%/9%。 EBITDA 利润率呈上行趋势，公司造血能力强。由于公司过去几年持续高额的资本开支使 得累计折旧逐年增加，资本开支从2019年的 140.22亿元增长至 539.13亿元，折旧从2019 年的 77.8 亿元增长至 2024 年的 231.6 亿元。2022 年至今，公司毛利率一定程度上承压， 从 2022 年的 38%下降至 2024 年的 19%。EBITDA 利润率是衡量企业核心盈利能力的指 标，也是用于衡量像公司这类资本密集型企业盈利能力水平的更恰当的指标。从 EBITDA利润率看，公司 EBITDA 利润率从 2017 年的 35%增长至 2024 年的 46%，呈现稳定的上 行趋势（除 2021、2022 外），展现了公司在持续经营过程中盈利能力的不断增强。

二、终端需求重回景气，半导体行业探底回升

2.1 消费电子走出周期底部，为半导体行业复苏铸就稳固基础

从周期角度看，消费电子在 2021 年见顶，2023 年见底。全球消费电子市场规模在 2021 年达到近年来的高峰 9592 亿美元，并随后在 2022 年进入周期下行阶段。2022 年全年， 全球智能手机出货量为 12.10 亿台，同比下降了 11%。全球 PC 出货量 2.86 亿台，同比 下降 16%。全球可穿戴设备出货量 5.16 亿台，同比下降 3%。2022 年消费电子三个细分 市场出货量增速均创下了 2015 年以来的最低值。 2024 年消费电子企稳回升，支撑全球半导体市场复苏。直至 2024 年，手机、PC 及可穿 戴式设备等细分市场的销量出现明显的回升迹象，全球 PC、智能手机、可穿戴式设备出 货量增速在 2024 年实现转正，分别为 1%、6%和 6%。

2.2 AI驱动新一轮产品创新周期，为半导体市场规模增长提速

生成式 AI 的爆炸性需求推动基础设施硬件市场的大幅增长，尤其是提供算力的服务器、 AI 芯片等。生成式人工智能市场预计将在 2023 年至 2030 年间实现高速增长。据 WEZO 估测，2023 年底全球 AIGC 市场规模为 448.9 亿美元，同比增长 93.7%，预计全球 AIGC市场规模的高速增长将持续到 2030 年，并增长至 2069.5 亿美元。根据 SEMI 预测，全球 半导体市场规模预计在 2025 年-2030 年从 6790 亿美元增长至 10610 亿美元，5 年 CAGR 达 9%，推动这一增长的最重要因素是高性能计算（HPC）和人工智能（AI）应用的起量。

AI 服务器高速增长，推动逻辑芯片搭载率上行。IDC 全球范围调研估测，自 2022 年起 18 个月，人工智能芯片搭载率（attach rate）持续增高，每台人工智能服务器上普遍多配 置 2 个 GPU。预计随着 AI 产业的高速发展，GPU、ASIC 和 FPGA 的搭载率将持续提升。 2025 年，全球 AI 服务器产值或增长至 2976 亿美元，同比增长 45%左右，超越服务器市 场的整体增速（34.9%）。IDC 预计，到 2025 年人工智能芯片市场规模将达 726 亿美元。 逻辑芯片在半导体产业中占据重要地位，推动半导体 24 年增速上行。2022 年,全球逻辑 芯片（CPU、GPU、AISC 和 FPGA）市场规模约占整体半导体产品的 23.2%。2023 年， 逻辑半导体的收入达到 1749 亿美元，略低于 2022 年的 1766 亿美元。在 AI 需求快速增 长带动下，据 WSTS 测算，2024 年全球逻辑半导体市场规模约为 1916.9 亿美元，同比 大增 9%（2023 年的增速为 0%）。

2.3 全球晶圆代工产能稳步增长，主要代工厂收入随需求边际回升

在产能周期与产品创新周期上行的驱动下，晶圆代工产能及营收也将随之上行。据 SEMI 预计，2025 年全球晶圆总产能将达到 3370 万片/月，同比增长 7%。全球晶圆代工厂总营 收预计达 1639 亿美元，其中台积电占比 66%，中芯国际占比 5%，华虹公司占比 2%。 拆分来看，2025 年全球晶圆代工厂整体营收增速为 20%，但高增速主要为台积电拉动， 全球非台积电晶圆代工厂营收增速为 12%。

三、FinFET→GAAFET→CFET，工艺迭代弥补光刻受限

3.1 晶体管尺寸持续迭代，工艺节点从纳米演进至向埃米

据 ASML 及 imec，标准 FinFET 晶体管将持续到 3nm，然后过渡到新的全栅 (GAA) 纳 米片设计，并在 2031 或 2032 年进入 CFET 时代。预计在 2026/2027 年先进制程将达到 A14，也即 1.4nm。与 N2 相比，A14 速度提升最高达 15%，功耗降低 30%，逻辑密度提 升 1.23 倍（整体芯片密度），混合设计至少提升 1.2 倍。CFET 晶体管技术则有望在 2033 年进化到 5 埃米（0.5nm），2037 年将有望实现 2 埃米（0.2nm）。

3.2 工艺迭代释放微缩潜能，晶体管密度大幅提升

晶体管技术的演变历程：PlanarFET（2011 年之前）→FinFET（2011）→GAAFET（2023） →Nanosheet/Forksheet→CFET（2032E）。 FinFET：2011 年，FinFET 技术商业化并应用于 22nm 制程，显著提升性能并降低功耗。 之后为了提高晶体管性能并进一步减小面积，FinFET 体系架构也进行了持续的改进。自 16/14nm 起，FinFET 成为主流选择，推动半导体工艺发展至 3nm 节点。然而，实际上自 进入 5nm 后，FinFET 就开始面临鳍片稳定性、栅极宽度限制及静电问题等挑战，接棒的 选手便是 GAAFET。 GAAFET：即环绕栅极场效应晶体管，其架构本质就是把 FinFET 的 Fin 旋转 90°，然后 把多个 Fin 横向叠起来，这些 Fin 都穿过 gate。GAAFET 有两种结构，一种是使用纳米线 （Nanowire）作为电子晶体管鳍片的 GAAFET；另一种则是以纳米片（Nanosheet）形 式出现的具有较厚鳍片的多桥通道场效应管 MBCFET。在同等尺寸结构下，GAAFET 的 沟道控制能力得到强化，尺寸进一步微缩更有可能性。GAAFET 虽然已经实现了在 3nm 甚至 2nm 工艺中的应用，但进一步缩小到 1nm 以下将面临巨大的工艺挑战。 CFET：在 FinFET 进入 1nm 阶段面临巨大的工艺挑战后，科研人员将他们的目光和精力 聚焦在了 CFET 这一新兴技术上。CFET 作为一种创新的 CMOS 工艺，以其晶体管垂直 堆叠的独特方式，突破了传统平面工艺、FinFET（鳍式场效应晶体管）以及 GAAFET（ 环 绕式栅极技术晶体管）的平面局限，将不同导电沟道类型（N-FET 和 P-FET）的 GAA 器 件在垂直方向进行高密度三维单片集成，可将集成电路中逻辑标准单元尺度微缩到 4-T （Track）高度，同时将减少 SRAM 单元面积 40%以上。

四、国内龙头地位稳固，全球份额加速上行

4.1 先进工艺国内领先，与台积电差距逐步缩小

中芯国际先进工艺与台积电的差距逐步缩小。2015 年，当台积电量产 16nm 时，中芯国 际量产 28nm；2019 年，当台积电量产 7nm 时，中芯国际量产 14nmFinFET；2024 年， 当台积电量产 3nm 时，中芯国际已可以量产 5nm。从 2015 到 2024 年，中芯国际与台积 电在工艺节点上的差距越来越小。 中芯国际先进工艺遥遥领先国内其他晶圆代工厂。截至目前，中芯国际已能做到等效 5nm， 对应华虹公司的最先进制程为 14nm，晶合集成为 28nm，芯联集成 40nm。

4.2 国内龙头地位稳固，营收与产能显著领先

制程的领先带来更高的单片营收。截至 2024 年，中芯国际总营收为 578.0 亿元，是第二 名华虹公司 143.9 亿元的近 4 倍。2023 年，中芯国际总产能为 80.6 万片/月，华虹公司的 总产能约为 39.1 万片/月。中芯国际与华虹公司单片创收分别为 4678.4 元和 3459.5 元， 体现了中芯国际由于制程领先在单片产值上的优势。

4.3 需求是孕育供给的优渥土壤，中芯国际向全球龙头迈进

中国是全球最大的集成电路消费市场，但中国大陆晶圆代工厂份额却仍较小。根据世界集 成电路协会预估，2024 年中国大陆集成电路市场规模为 1,865 亿美元，占全球半导体市 场份额 30.1%。中国大陆是全球最大的电子装备制造国，也是全球最大的集成电路单一市 场。这一庞大需求理应培育出与之对应的本土全球代工龙头，但中芯国际当前全球市占率 仅 6%，排名全球第三，与其所在市场的规模地位存在显著错配。 中国集成电路市场增速与全球拉开距离。按销售额口径统计，全球集成电路市场规模预计 将从 2023 年的 30,596.6 亿元增长至 2025 年的 33,734.80 亿元，2020 年至 2025 年复合 增长率为 6.23%。同一时期的中国集成电路市场在增幅方面超过了全球市场，中国市场 2020 年至 2025 年的复合增长率为 8.15%。 中芯国际市占率全球排名也将随之攀升。需求增速的差异导致了当地本土晶圆代工厂增速 的差异，从全球市占率来看，中芯国际在 2023-2024 年间，市占率从 5.3%上升至 6%， 全球排名从全球第 5 上升至全球第 3。中芯国际有望在未来继续拉开与其他晶圆厂的增速 差距，全球市占率继续快速提升。

我国拥有庞大的终端消费市场，将有力支撑国内晶圆厂先进制程发展。根据 IDC 数据， 2024 年我国 AI 芯片需求量为 273.5 万颗。其中，国产 AI 芯片出货量为 82.6 万颗（华为 昇腾 64.4 万颗），国产 AI 芯片自供比例为 30%。根据中国信通院，我国 2024 年国产品 牌手机出货量为 2.69 亿部，自供比例超 9%。(截止 2024Q3，全球处理器芯片市场中紫光 展锐市占率 9%)。截至目前，AI 芯片及智能手机 CPU 大多采用 7nm 及以下制程。 据我们测算，中国大陆 7nm 及以下先进制程市场规模到 28 年超 1800 亿元。根据我们测 算 2025-2028 年，国内 7nm 以下先进制程对应 Wafer 需求量为 1/4/6/10 万片每月，假设 单片 12 寸 Wafer 价格为 1.5 万美元且年涨价 10%（考虑 5nm、3nm 占比增加等因素）， 则 2025-2028 年，国内 7nm 以下先进制程晶圆代工市场空间估计（仅考虑 AI 芯片和智能 手机芯片需求）为 183/551/1090/1877 亿元。 中芯国际作为中国大陆首个具备 7nm 及以下制程量产能力的晶圆代工企业，有望显著受 益我国芯片国产替代率的快速提升，并在我国先进制程晶圆代工市场中占据重要份额。

4.4 伴随先进制程量产，公司收入与利润弹性巨大

全球7nm及以下先进制程市场份额接近成熟制程的一倍，公司一步步攻克7nm/5nm/3nm 随之而来的是收入空间的逐步攀升。根据 Counterpoint，7nm 及以下先进制程集成电路需 求占全球市场的 48%，根据本报告上文对中芯国际产能的梳理，中芯国际 14nm 及以下制 程的产能仅为 3.5 万片/月，仅占总产能 94.8 万片/月的 3.69%。从产能推测，中芯国际目 前 95%以上的出货量为 28nm 及以上的成熟制程所贡献。根据 Counterpoint，截至 2024Q316/14/12nm 及以上成熟制程全球份额为 52%，7nm 及以下先进制程集成电路需 求占全球市场的 48%。因此中芯国际一旦实现 7nm 及以下制程稳定量产，其潜在的市场 空间或翻倍。

SADP 和 SAQP 为半导体制造突破光刻分辨率瓶颈开辟了新路径，是支撑 10 纳米、7 纳 米甚至 5 纳米芯片制造的关键技术。SADP（Self - Aligned Double Patterning，自对准双 重图形技术）的核心操作是在心轴（Mandrel）的侧壁上构建间隔物（Spacer），借助沉积 和刻蚀工艺，实现图形的自动精准对齐，得到线条的间距（Pitch）是初始光刻极限的一半， 最终达成特征密度翻倍的效果。

N+1 工艺是国产芯片技术的重要里程碑。公司通过 193nm LELE（双重光刻）光刻技术， 借助 SADP+Cut 图形工艺，成功实现 7nm N+1 工艺。据 N+1 工艺是公司在 14nm FinFET 工艺基础上的进一步发展。与 14nm 工艺相比，N+1 工艺在多个关键指标上实现了显著 提升：性能提高了 20%、功耗降低了 57%、逻辑面积减少了 63%，SoC 面积减少了 55%。

（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。）