瞄準市場 錯位發(fā)展——中國需要提升模擬和功率半導(dǎo)體技術(shù)與產(chǎn)能

　　近幾年，國內(nèi)各地陸續(xù)上馬的重大半導(dǎo)體代工項目大多在瞄著數(shù)字工藝。不僅僅臺積電和中芯國際等業(yè)內(nèi)傳統(tǒng)企業(yè)，甚至傳說中的“武漢弘芯”，以及某個在山東簽約的12吋項目，動輒12吋，起步14nm——似乎數(shù)字工藝更“高大上”，更是中國需要。但，對國內(nèi)項目深入調(diào)研和思考后，芯謀研究認為，相比“市長”需要先進數(shù)字工藝，“市場”更需要模擬和功率的技術(shù)與產(chǎn)能。

　　一、模擬晶圓生產(chǎn)線產(chǎn)能需求旺盛，國內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)能嚴重不足

　　首先，中國的模擬芯片市場規(guī)模占全球40%以上，晶圓代工需求巨大。

　　根據(jù)WSTS(全球半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計組織)統(tǒng)計，2017年全球模擬電路銷售額為530.7億美元，而中國模擬芯片市場規(guī)模在全球市場中的占比超過40%，即約為220億美元。220億美元的市場采購規(guī)模，假設(shè)國內(nèi)實現(xiàn)自主供應(yīng)50%，國內(nèi)模擬芯片的需求可達到110億美元。根據(jù)產(chǎn)業(yè)規(guī)律和中國模擬公司的毛利率分析，平均來看，中國模擬芯片售價中40%是晶圓代工，30%是封裝測試，30%是毛利，則中國市場模擬晶圓的代工需求為44億美元(110億美元*40%)。再按照8吋晶圓ASP(平均售價)550美元推算，一年需要800萬片(折合8吋晶圓，下同)。假設(shè)年度產(chǎn)能利用率平均按照90%，那么，一年的產(chǎn)能需求是888萬片，平均到每月74萬片。

　　未來幾年從產(chǎn)品來看，電源管理IC、信號轉(zhuǎn)換器和專用模擬芯片將成為模擬市場發(fā)展的主要動力，尤其是汽車電子推動的模擬芯片需求，更是重要的市場驅(qū)動力。除了汽車電子外，物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)電子等方向也會給予助力?；跉v史數(shù)據(jù)和產(chǎn)業(yè)規(guī)律，可以預(yù)測國內(nèi)模擬芯片需求將持續(xù)旺盛，芯謀研究預(yù)計到2023年國內(nèi)模擬芯片市場規(guī)模將超過350億美元。

　　其次，從國內(nèi)供給角度分析，現(xiàn)有產(chǎn)能嚴重不足，未來缺口超過43萬片/月。

　　目前國內(nèi)的供給如下圖，國內(nèi)可用于模擬集成電路制造的晶圓月產(chǎn)能約為38.4萬片，扣除用于其它工藝的產(chǎn)能，實際可用產(chǎn)能不到20萬片——模擬集成電路制造當前的產(chǎn)能缺口高達54萬片/月。

　　未來5年，國內(nèi)模擬芯片市場規(guī)模將超過350億美元，假設(shè)按照國產(chǎn)芯片自主供應(yīng)達到50%，那么晶圓產(chǎn)能需求為118萬片/月，未來五年國內(nèi)還將新增37萬片/月的產(chǎn)能(見下圖)，國內(nèi)既有產(chǎn)能加上確定增加的產(chǎn)能約為75萬片/月，仍有43萬片/月缺口。

　　同樣，國內(nèi)的功率器件晶圓產(chǎn)能也面臨著模擬芯片相似的問題和困局，我們也從產(chǎn)能需求和供給兩個方面來看。

　　二、國內(nèi)功率器件面臨同等產(chǎn)能不足窘境，未來5年缺口87萬片/月

　　與模擬芯片的處境相似，功率器件也同樣擁有龐大的市場規(guī)模，但也存在超過90%進口依存度的情形。根據(jù)CCID報道，2017年中國功率器件市場規(guī)模達到1611.1億元，約合240億美元，其中本土芯片供應(yīng)商如揚州揚杰、華潤微電子、士蘭微、華微、捷捷、固锝、新順等功率器件總營收不超過20億美元，剩下超過90%的需求依賴進口。按照前述類似模擬芯片的計算方法，要滿足110億美元的芯片所需的產(chǎn)能約100萬片/月。

　　在很多國內(nèi)Foundry內(nèi)，產(chǎn)線同步承接功率器件制造和模擬類集成電路如功率集成電路的制造，因此國內(nèi)可用于功率器件制造的晶圓月產(chǎn)能缺口情況和模擬芯片亦是類似的。當前國內(nèi)可用于功率器件制造的晶圓月產(chǎn)能約為37萬片/月，扣除運營不好或者還未實際投入運營的產(chǎn)能，僅剩不足30萬片/月。供給與需求兩相對比，缺口超過70萬片/月。從近些年的歷史情況看，國內(nèi)功率器件需求持續(xù)旺盛，景氣度不斷攀升。預(yù)計到2023年，國內(nèi)功率器件市場規(guī)模將超過300億美元，晶圓年產(chǎn)能需求1667萬片(算法按照上面模擬芯片的計算邏輯)，約139萬片/月。到那時，國內(nèi)既有產(chǎn)能加上確定增加的產(chǎn)能約為52萬片/月，仍有87萬片/月缺口。

　　除了整體產(chǎn)能不足以外，國內(nèi)模擬芯片廠商處于“三低”的局面：產(chǎn)品低端、企業(yè)產(chǎn)值低、企業(yè)集中度低。一個典型的明證就是在國內(nèi)功率半導(dǎo)體市場排名中前十五，沒有任何一家國內(nèi)公司，同時國內(nèi)公司占比沒有任何一家超過2%。

　　三、中國具備增加模擬、功率半導(dǎo)體產(chǎn)能的條件，虛擬IDM運營或成為解決之道

　　首先，中國有著如此龐大的模擬市場，供需差距將越來越大，隨著中國系統(tǒng)廠商在全球產(chǎn)業(yè)版圖中的話語權(quán)逐漸升高，一大批整機系統(tǒng)廠商的崛起，中國將繼續(xù)牢牢站住市場，在中國建立模擬、功率生產(chǎn)線是最貼近市場的做法。

　　其次，從商業(yè)模式來看，優(yōu)秀的模擬產(chǎn)品是需要設(shè)計和工藝緊密結(jié)合，雙方充分的交流才能開發(fā)出有特色、有競爭力的產(chǎn)品。具體到其產(chǎn)品特性來看，模擬產(chǎn)品定制化程度很高，國外廠商一般會根據(jù)應(yīng)用需求定義開發(fā)新的產(chǎn)品——設(shè)計、工藝、應(yīng)用構(gòu)成了一個產(chǎn)品定義的穩(wěn)定三角，這是為什么模擬芯片的廠商幾乎都是IDM的模式;同時，這也是模擬芯片的技術(shù)也大都集中于國外廠商手里的原因——國內(nèi)缺少代工廠的支持，很難形成設(shè)計和工藝結(jié)合的機會。

　　第三，相較于12吋生產(chǎn)線動輒幾百億上千億的投資，模擬、功率半導(dǎo)體生產(chǎn)線的產(chǎn)線投資較小，利潤高，回報率更優(yōu)。而中國設(shè)計公司有著貼近本土市場的優(yōu)勢，掌握了產(chǎn)品定義，逐漸突破工藝和設(shè)計，在細分領(lǐng)域做深做精的，成為“小而美”公司的可能性更大。

　　所以，中國已經(jīng)初步具備了發(fā)展模擬、功率半導(dǎo)體生產(chǎn)線的諸多條件，當下加快布局已十分急迫和關(guān)鍵，接下來就是發(fā)展路徑的問題了。

　　回顧近50年的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展模式在不斷地調(diào)整。產(chǎn)業(yè)最初IDM是主流模式，上世紀90年代初開始興起Fabless(無晶圓設(shè)計)，緊接著Foundry(晶圓代工)跟隨而行。進入新世紀后開始Fab-Lite(輕晶圓廠)模式?！胺志帽睾?，合久必分”的半導(dǎo)體商業(yè)模式也在不斷優(yōu)化和迭代。未來會采用什么模式，因時、因產(chǎn)品而異，業(yè)內(nèi)也不斷有探索和嘗試。但即使五十多年過去，細數(shù)在模擬、功率方向的領(lǐng)先企業(yè)，依然是IDM模式為主。

　　半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)目前己逐漸逼近摩爾定律的極限，工藝研發(fā)費用迅速上升以及未來建廠費用太高，而從Fabless角度，產(chǎn)品的設(shè)計與掩模費用也成倍增長，導(dǎo)致每年新開發(fā)的產(chǎn)品數(shù)量減少。再加上建廠費用大幅增加，新進入企業(yè)的費用也攀高。這些因素迭加在一起，使市場將會變得更加殘酷。中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)直接從零打造一個強大的IDM，從平地起樓閣的時機可能并不合適了。如何定策略、如何落戰(zhàn)術(shù)，如何面對競爭，如何搶奪制高點，考驗著我們產(chǎn)業(yè)人的智慧。

　　具體到模擬芯片的發(fā)展上，一方面要學(xué)習(xí)國外已有的成熟經(jīng)驗，采用IDM模式;另一方面也要探索符合我們國情和半導(dǎo)體發(fā)展規(guī)律的特有路徑。芯謀研究認為，虛擬IDM或者高端定制代工將成為下一步模擬芯片發(fā)展的主要趨勢。以制造為基點，與IC設(shè)計及封測廠商進行深度合作，形成虛擬IDM模式，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)快速響應(yīng)，提升產(chǎn)業(yè)推進效率。

　　隨著各地集中區(qū)域優(yōu)勢，重點發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的強力推動下，原本一直用IDM模式發(fā)展的模擬芯片，可能成為中國下一波“Foundry + Fabless”模式的主要產(chǎn)品領(lǐng)域。近期類似“特色小鎮(zhèn)”的發(fā)展模式逐漸興起，地方政府對于建設(shè)或者引進一條生產(chǎn)線、支持一個產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，進而形成產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，已經(jīng)有了普遍的共識，在此基礎(chǔ)上更快速地聚攏一個產(chǎn)業(yè)鏈條，尤其是在應(yīng)用集聚區(qū)域，更有希望孕育出高端模擬芯片、功率器件的優(yōu)質(zhì)企業(yè)。

　　結(jié)語：

　　全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)近些年呈現(xiàn)出各種新格局、新形勢、新趨勢，是由新的市場環(huán)境下各家公司的生存環(huán)境所決定的，都具有各自的合理性。模擬芯片、功率器件具有獨特的產(chǎn)業(yè)地位，其產(chǎn)能的提升既為全球市場之必須，又為國內(nèi)人才積累之急需，值得我們大力、持續(xù)的投入;模擬芯片、功率器件具有獨特的產(chǎn)業(yè)屬性，既有設(shè)計壁壘，又有工藝門檻，值得我們更深入去探索。