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芯海科技深度报告:进军工业及车规领域 模拟信号链+MCU双平台驱动业绩高速增长

来源:爱集微

#芯海科技#

#信号链产品#

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08-01 17:01

芯海科技看点:

1.自2021年,公司逐步推动业务战略重心从消费市场,逐渐转向工业测量、工业应用和汽车电子领域。业务战略转型为公司的2022年的业绩增长贡献颇多,更为重要的是,改善产品类型和业务结构,优化战略客户群体,导入更多工业客户,战略性布局汽车电子领域,为公司实现可持续性长期发展,提供了有力保障。

2.公司团队具备较为深厚的产品技术“研发”基因,多品类产品型号的储备在近两年会迎来产量的释放期,压力触控芯片的市场基本盘比较稳固,PD快充规模量产、EC芯片打破国际垄断实现小批量应用,健康测量与AIoT的团队战斗力很强,与华为鸿蒙系统建立强链接。

3.2021-2022年,公司持续加强员工股权激励强度,深度捆绑公司与核心技术与管理员工的集体利益。

4.全面进军汽车电子领域,发行可转债,布局车规级MCU产品应用,与德国莱茵达成战略合作。芯海成立之初就是聚焦工规级高精度ADC产品,由于当时国内工业类相关产品被海外龙头厂商垄断,芯海才逐渐转向消费市场。近年来,随着“国产替代”时代浪潮兴起,公司基于近20年的人才沉淀和技术积累,业务战略重心向工业和汽车领域转向,2021年公司首颗车规级信号链MCU通过AEC-Q100认证,可应用于智能座舱等领域,目前已导入汽车前装企业的新产品设计。发行可转债也是开发ASIC-D级别的,最高安全等级的汽车MCU也得到头部客户的帮助和支持。

5.2022年公司推出的单节BMS SoC芯片性能达到国际先进水平。芯海凭借在ADC领域的多年技术积累,结合BMS市场需求,推出了基于Sigma-Delta架构ADC的BMS电量计芯片,通过采用过采样、噪声整形、动态温度补偿以及数字滤波技术,实现了电池的高精度模拟数据量采集,同时持续提升测量高精度、低温漂等性能指标。

第一部分:公司历史

集微网报道,芯海科技(深圳)股份有限公司(证券简称芯海科技,证券代码688595)成立于2003年,是国内一家技术研发“内生动力”很强的信号链设计公司,于2020年登陆上海科创板上市。19年来,芯海科技凭借自身的研发设计实力,专注于高精度ADC、高性能MCU、测量算法及AIoT的一站式解决方案,产品技术广泛应用于工业测量与工业控制、通信与计算机、锂电管理、消费电子、汽车电子、智慧家居、智能仪表、智慧健康等领域。

90年代初,卢国建从电子科技大学硕士毕业后,投身集成电路行业,就职于武汉邮电科学研究院担任模拟IC专家。出色的工作能力使他获得出国深造的机会,带着从海外学习的先进技术和项目经验,其后来成为了华为公司的项目经理。2003年,时任华为基础研究管理部副总工程师和ASIC数模产品部总监的卢建国向华为建议将华为基础研究部门独立的意见未被采纳,随后离开华为创办芯海科技。经过两年的自主研发,芯海高精度工业级ADC芯片CS1242面世,这颗ADC芯片填补当时国内细分市场空白,有效位数为21位,性能指标达到TI公司的ADS1240同等水平,打破了衡器市场被国外芯片垄断的局面。自此,芯海科技基于“感知、计算、控制、连接”的产品战略布局,从ADC起始、再发力MCU,积累深厚的测量算法,以及提供系列健康测量及AIoT解决方案的研发设计,公司的发展历程可分为以下五个阶段。

第一阶段 (2003-2007):公司成立,率先发布24bit高精度ADC芯片CS1242,填补市场空白,并进入到工业测量等高精度测量领域。

第二阶段(2008-2010):公司开发自主知识产权的8位MCU内核,发布带高精度ADC的SoC芯片,进入到消费类产品市场。

第三阶段(2011-2016):公司发布有效精度达到23.5位的高精度ADC芯片CS1232,处于国内领先、国际先进水平,测量方案被业内头部客户使用;同时32位MCU研发全面突破,持续进军各大MCU应用市场,包括移动电源、小家电、消费电子等,SoC芯片于2015年出货量破亿。

第四阶段(2017-2019)发布全球首款压力触控SoC芯片,在小米、vivo、OPPO、魅族等众多一线品牌手机成功商用,发布国内首款32位USB PD 3.0 MCU应用于电源快充领域,率先推出“芯片+算法+无线模组+应用方案+APP+云平台”的健康测量一站式解决方案并实现量产,进入品牌家电厂商和手机领域;2016年公司在新三板上市;2017年SoC芯片累计出货量4亿颗。

第五阶段(2020-至今)推出红外测温枪整体方案、TWS耳机压力触控芯片被头部客户采用;基于客户的需求推出32位EC产品,打破海外公司的垄断,实现了国产替代;公司于2021年10月23日正式签署HarmonyOSConnect《赋能支持服务协议》,标志着芯海科技正式成为鸿蒙智联独立软件供应商,开启了鸿蒙生态领域的深度合作;首颗车规级信号链MCU通过认证,并开始导入汽车前装。

第二部分:公司主要产品

发展至今,芯海科技是一家集感知、计算、控制、连接于一体的全信号链芯片设计企业,专注于高精度ADC、高可靠性MCU、测量算法以及物联网一站式解决方案的研发设计。公司拥有完整的信号链芯片设计能力,核心技术为高精度ADC技术及高可靠性MCU技术,采用Fabless经营模式,产品广泛应用于工业测量与工业控制、通信与计算机、锂电管理、消费电子、汽车电子、智慧家居、智能仪表、智慧健康等。

图1:公司主要营收结构示意图

图片来源:芯海科技官网

信号链是连接真实世界和数字世界的桥梁。一个完整信号链的工作原理为:从传感器探测到真实世界实际信号,如电磁波、声音、图像、温度、光信号等并将这些自然信号转化成模拟的电信号,通过放大器进行放大,然后通过ADC把模拟信号转化为数字信号,经过MCU或CPU或DSP等处理后,一方面,经由DAC还原为模拟信号,另一方面,通过各种连接芯片实现互联互通。可以说,信号链是电子设备实现感知和控制的基础,是电子产品智能化、智慧化的基础。

图2:信号链芯片工作原理示意图

图片来源:芯海科技官网

ADC芯片的性能大致分为4个方向:高精度高速率、高精度低速率、低精度高速率、低精度高低速率。芯海科技的高精度ADC芯片产品是目前国内最高有效支持23.5Bit的纪录保持者,凭借19年的自主研发创新积累,相关系列芯片具有高精度、高输入阻抗、低增益误差漂移等特性,能够满足工业、汽车或通信系统的应用需求。同时,可借助公司提供的评估模块、应用手册和丰富设计资源,帮助客户在简化系统的同时提高精度、增加带宽、降低功耗、精简尺寸和节省成本。拳头产品CS12XX高精度ADC系列,具有高精度、高输入阻抗、低增益误差漂移、低功耗等特性,通道数、PGA、输出速率可灵活配置,内置温度传感器和高精度振荡器,可广泛应用于桥式传感器、四角平衡称重、压力检测、工业控制、化学分析等应用场景。

图3:ADC芯片的类型和应用领域

图4:芯海科技ADC产品的精度和速率分布情况

图片来源:芯海科技2021年报

芯海科技基于其自研ADC的模拟信号链产品主要应用于工业测量、汽车电子、消费电子在内的诸多物联网感知领域,人体参数测量、人机交互、设备参数测量及环境参数测量等。

此外,公司深耕健康测量领域,十多年始终保持行业领先定位,相关产品包含称重SoC系列、BIA AFE系列、PPG AFE系列、专业人体成分分析仪模组系列,通过系列化芯片组合,搭配健康测量算法、无线连接以及配套标准方案,实现智能与健康融合,赋能客户创造更智慧的产品;芯海科技传感器调理芯片,提供传感器的激励电源,将传感器的微弱信号放大及模数转换,经过校准/补偿/算法的处理,输出线性的数字信号(压力值、距离、液位值等)或执行动作指令(按键开/关等),广泛应用于工业控制、汽车电子、智能家居、消费类电子等领域;芯海科技的计量AFE系列产品,通过集成全差分24位高精度ADC,内置测量算法,集成I2C/SPI、UART多种外设接口,可实现重量、电能的测量、计算及信号输出,具有高精度、低功耗、使用便捷等优点,十分适合智能厨电、单相电能表、计量插座等物联网应用场景。

图5:芯海科技主要的信号链产品

国内工业测量芯片大多以进口为主,国外公司产品具有先发优势,用户粘性大。工业测量芯片的核心模块为高精度ADC,主要由于工业测量对于ADC的精度和稳定性有较高的要求。芯海科技自主研发的工业测量芯片具有高精度、高线性度以及温差影响小的特点。目前公司工业测量芯片主要的下游应用在压力变送器、充气泵、胎压计以及测温模块、计数秤/计重秤等。未来,芯海科技也将进一步对基于ADC的产品进行技术储备,技术储备包括:24位高精度Sigma-DeltaADC、16bitSARADC、高精度基准源、电池电量监测技术、高可靠性MCU技术、高精度压力触控技术、蓝牙技术、鸿蒙智联、BIA测量技术、PPG测量技术、笔记本主板主控芯片技术等。

MCU芯片是微控制单元芯片,又名单片机,是把中央处理器、内存、计数器、串口等周边接口都整合在单一芯片上,形成芯片级的计算机,为不同的应用场合做不同控制功能。公司于2008年便开始开发完全自主知识产权的MCU内核并推出包含高精度ADC和MCU的SOC芯片CSU1200,于2010年推出首颗通用MCU芯片。目前整个MCU市场仍然由国外厂商主导,国产MCU应用主要集中于消费电子和智能仪表。芯海科技8位MCU芯片主要应用在消费电子产品上,32位MCU主要应用于电源快充领域。

图6:不同位数MCU应用领域

2019年,当时智能手机依然以QC协议居多,PD快充还没有普及,随着苹果发布iPhone8手机开始慢慢替换到Type-C接口,快充市场开始发生缓慢的改变,随后手机PD业务爆发。芯海的快充芯片快速从CS32G020演进到多个领域的专用PD芯片,如针对电源领域的CSU3AF10,针对PC领域的CS32G051。其中CS32G051具有高集成度、更安全及易开发的特性,不仅能满足笔记本的基本需求,同时扩展更多外设资源,可适配不同的SOC和不同的应用场景。CS32G051推出后迅速获得客户认可,国内某知名笔记本大厂迅速下单。在海外市场,芯海科技也获得了英特尔的大力支持,推广该芯片在PC领域的普及。

2021年加大汽车MCU研发投入,目标是做ASIL-B级MCU,进入标杆客户。车规级芯片要求容错率是消费级芯片的几百分之一,百万芯片规模中允许消费芯片出错的概率是300-500个,而对车规级芯片的出错要求则是无限接近于0。同时车规级芯片需要的周期也会更长,如果要通过ASIL-B的产品认证,一般可能意味着要增加30%的周期,而如果想要达到ASIL-B产品认证,则要再增加接近一倍的周期。为了提升车规级芯片对可靠性和安全性,公司去年与德国莱茵达成战略合作,通过与莱茵的合作,从芯片设计到工艺、供应链、质量、体系建设等能力得到提升,从体系和流程上保证芯片功能安全。同时公司正在推进汽车功能安全标准ISO26262认证,车规级MCU对于可靠性要求极高,公司与莱茵的合作推进ISO26262认证都是为了提升可靠性,这同时也需要模拟设计技术的支持,结合高精度ADC能够更好发挥公司的优势。2021年芯海科技首颗车规级信号链MCU通过AEC-Q100认证,可应用于智能座舱等领域,目前已导入汽车前装企业的新产品设计。

(德国莱茵:TÜV莱茵是最早在中国开展功能安全业务的国际第三方认证机构之一,也曾作为编委会成员参与了ISO 26262标准的制定。TÜV莱茵一直是汽车检测认证领域的领导者,可为整车厂和零部件供应商提供一站式解决方案。在汽车功能安全和网络安全领域,TÜV莱茵提供的服务涵盖ISO 26262、Automotive SPICE、TISAX、ISO/SAE 21434、渗透性测试等,全面满足企业发展需要。)

目前在MCU产品的储备上,芯海科技的CS32系列32位MCU产品基于Arm®Cortex®-M处理器,内嵌Flash存储器,集成高精度ADC和丰富的模拟外设。该产品系列品类齐全,同时保持了集成度高和易于开发的特点,提供丰富的软件和开发工具支持,广泛应用于工业控制、汽车电子、智能家居、消费类电子等领域。

图7:芯海科技CS32系列32位MCU

图片来源:芯海科技2021年报

值得一提的是,芯海科技正在进行的汽车MCU芯片研发项目技术储备主要分M和R系列。M系列主要应用于车身控制等,如车窗、车灯、雨刮、空调等,R系列产品应用于动力总成、刹车系统等。公司的车规级信号链MCU已经在多家客户端验证通过,并开始进入产品测试和量产导入阶段。同时,公司已启动下一代车规信号链MCU产品的开发及验证工作,将形成系列化平台产品,继续拓展智能座舱,车身电子市场。对此,公司发行可转债拟募集不超过4.1亿元,其中,2.94亿元用于汽车MCU芯片研发及产业化项目、1.16亿元用于补充流动资金。公司预计项目税后财务内部收益率为22.29%,项目税后投资回收期为7.69年(含3年建设期)。

此外,芯海科技芯片以ADC、MCU和BLE/WiFi为核心基础硬件架构,结合算法和大数据能力的物联网系统,目前已被众多头部客户所采用,并成为鸿蒙战略合作伙伴。2021上半年,公司和鸿蒙深入合作,基于鸿蒙智联推出蓝牙解决方案,在项目合作方面已经完成76个报备,接入到鸿蒙智联的芯片发货量已经超过200万颗。

第三部分:公司财务

2021年芯海科技实现营业收入6.59亿元,同比增长81.67%,实现归母净利润为0.93亿元,同比增长3.76%。各类产品快速上量,剔除完股权激励制度摊销费用和投资损失等两项非经常性损益因素后,公司2021年实现归母净利润1.83亿元,同比增长144.15%,实现扣非后归母净利润1.76亿元,同比增长179.5%。2022Q1公司营业收入为1.49亿元,同比增长43.76,归母净利润0.01亿,剔除股份支付及通富投资失败后归母净利润为3342.43万元,同比增长54%。(2022年一季度确认限制性股票激励股份支付费用约2477.7万元。)

图8:芯海科技2017-2022Q1营收和净利润情况(万)

芯海科技2021年主营业务实现高增主要受益于:1)MCU芯片21年营收2.95亿元(yoy:+184%),MCU产品在计算机及周边、工控等方面持续增长(21年销量同比提升58%),32位MCU营收占比从20年10%提升至近40%,MCU ASP从20年0.53元/颗提升至21年0.96元/颗。8位MCU在PD快充、电子烟、个人护理、TWS耳机等应用领域保持快速增长;公司高性能32位MCU在汽车电子、工业控制、锂电管理、快充、通信及计算机、高端消费等领域持续突破拓展行业标杆客户并开始批量出货;2)模拟信号链芯片21年营收1.22亿元(剔除红外测温产品后yoy:+89%),其中BMS快速切入行业标杆客户并快速上量;3)AIoT芯片营收2.29亿元(yoy:+75%),健康测量AIoT芯片受益于工业互联网及鸿蒙生态业务发展带来的物联网智能接入设备量快速增长、个人及专业智能健康设备应用需求持续增长。

图9:芯海科技2021年份产品销售情况和毛利率表现(元)

2022Q1芯海科技模拟信号链及MCU双平台继续保持快速增长,BMS芯片(主要应用于PD快充、TWS耳机充电仓)在品牌手机客户快速放量,营收环比增长近60%;通用高性能32位MCU在计算机及周边、工业控制等方面持续增长,32位MCU营收占比进一步提升至50%。

芯海科技2021年毛利率为52.18%,同比提升3.84pct,其中健康测量AIOT芯片、模拟信号链芯片、MCU芯片毛利率分别为50.88%、56.23%和50.69%,分别同比提升3pct、9.59pct和21.66pct,毛利率显著提升一方面系产品及客户结构不断优化所致,另一方面也受行业芯片价格上涨影响。2022Q1公司毛利率为43.59%,同比下降1.4pct,系部分MCU产品毛利率回落所致,随着公司32位MCU占比逐步提升及BMS等新品放量,公司毛利率水平有望企稳回升。

图10:芯海科技2017-2022Q1毛利率和净利率水平表现

此外,芯海科技披露股份回购进度,截至2020年5月31日累计回购股份383916股,回购成交的最高价为69.28元/股、最低价为63.42元/股,支付的资金总额为人民币25464152.83元。原回购计划为4月25日起3个月内,公司回购股份,资金总额不低于人民币6000万元,不超过人民币12000万元,回购价格不超过人民币80元/股。此次回购一方面显示公司中长期发展的信心,另外一方面有利于公司对于人才实施股权激励方案,稳定公司研发销售架构。

2021年9月27日,芯海科技披露股权激励二期方案,方案覆盖约60%的技术人员。此前,公司一期激励与2021年4月授予完成,合计320万股(预留股64万股),授予价格50元/股。二期股权激励授予360万股(预留股72万),一类激励对象为技术/业务骨干,235万股、授予价格80元/股;二类激励对象为公司高管,53万股,授予价格90元/股。本次激励计划分为2022-25年四期执行,每期划分归属比例25%,行权条件包含公司和个人两项考核:公司层面,在2021年经营目标的基础上增长达50%、110%、173%、255%,净利润增长达50%、100%、159%、273%;个人层面,考核成绩B+及以上全部授予,等级B授予80%,等级C不予授予。

图11:芯海科技股权激励预期目标(万元)

第四部分 展望未来

芯海科技整体预设的经营目标对公司的管理层和员工起着较强的推动作用。从公司后期产品的规划上看,2022-2025年是产品型号百花齐放的行进阶段。MCU方面,2021年受益于整个行业的高景气度,MUC产品价格涨幅较高,目前公司通用32位MCU已经大规模商用,在工控、通信、电动工具、车载电子和智能家居等领用均有实质性突破,多产品已经实现量产,或者导入终端客户开始验证。2022年,公司PD电源快充MCU实现规模量产,EC芯片开始小批量应用,可转债规划也倾向于车规级信号链MCU,未来规模量产可以带来业绩的大幅增长;模拟信号链芯片方面,应用于智能穿戴设备的PPG及应用于BIA测量的模拟前端芯片21年开始小批量供货。压力触控地位稳固,在下游消费级市场用户粘性较强。BMS芯片目前切入到行业标杆客户,22年即将放量产出,多节锂电池产品在研发进行中;健康测量AIOT芯片方面,预期公司将持续受益于鸿蒙生态的允入,进一步提升公司自身的产品生态场景布局。

近几年来,全球以及我国电子产业发展迅速,模拟芯片市场需求攀升,市场规模也随之增长。受益于5G和新能源汽车等产业驱动,全球信号链模拟芯片市场规模仍旧呈现增长趋势,到2023年规模预计达到120亿美元。在市场竞争方面,德州仪器拥有先进的技术,占据高端市场。尤其是在5G时期,国内信号链模拟芯片企业得到一定发展,在部分细分领域超越进口品牌,国内率持续增长,芯海科技基于模拟信号链+MCU双平台驱动的产品迭代和业务布局,将会持续受益于国产替代的时代浪潮。

(校对/占旭亮)

责编: 邓文标

李正操

作者

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邮箱:lizc@lunion.com.cn

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