全球芯片代工格局：“中國芯”何時才能強勢崛起？

眾所周知，在芯片的整個流程之中，設(shè)計、制造、封測是三塊分得較開的業(yè)務(wù)，絕大部分企業(yè)均只從事于其中某一項，很少有企業(yè)能夠全程參與。而在這三個環(huán)節(jié)之中，制造是公認(rèn)最難的，封測是最容易的，而芯片設(shè)計處于中間。所以對于中國大陸來講，芯片制造也是相對較為落后的，相比于國際頂尖水平，落后了大約5年左右。

日前有第三方機構(gòu)公布了2020年第二季度全球前十大晶圓代工廠營收排名，前十名分別是：臺積電、三星、格芯、聯(lián)電、中芯國際、高塔半導(dǎo)體、力積電、世界先進(jìn)、華虹半導(dǎo)體、東部高科。

中芯國際上市

作為大陸目前技術(shù)實力最強的芯片生產(chǎn)制造商，中芯國際集成電路制造有限公司（以下簡稱“中芯國際”）在6月19日科創(chuàng)板首發(fā)申請順利通過，從受理到過會僅用時19天，創(chuàng)造了目前科創(chuàng)板公司的最快紀(jì)錄。

根據(jù)中芯國際7月5日發(fā)布的公告，確定發(fā)行價格為27.46元/股，也就是說中芯國際此次募資額將達(dá)462.98億元，該規(guī)模將創(chuàng)造科創(chuàng)板募資最高紀(jì)錄，在A股IPO歷史融資額中也可排至第7位，位居工商銀行之后，中國平安之前。

但就是這樣一家專注于芯片制造的企業(yè)，其目前的技術(shù)水平也就是量產(chǎn)14nm芯片，與頂尖的芯片制造企業(yè)差距甚大。

全球主要芯片代工廠工藝水平

其實放眼全球，整個芯片制造行業(yè)，目前能提供7nm及以下先進(jìn)制程工藝的企業(yè)僅有臺積電、三星和英特爾。根據(jù)研究數(shù)據(jù)顯示，2019年臺積電先進(jìn)制程市場份額為52%，三星和英特爾平分剩下的市場。

工藝節(jié)點意味著什么？

近一年多來中美貿(mào)易戰(zhàn)的爆發(fā)，將集成電路制造技術(shù)推向了媒體的聚光燈下，鋪天蓋地的報道成為眾所關(guān)注的焦點 —— 那么5nm/7nm/10nm/12nm這些工藝技術(shù)節(jié)點到底意味著什么？這些數(shù)字代表著處理器中晶體管的大?。ňw管是CPU和數(shù)字電路的構(gòu)建模塊），當(dāng)縮小晶體管的尺寸時導(dǎo)致了兩個主要的改進(jìn)：

1. 性能：隨著晶體管尺寸的減小，可以在相同的單位面積內(nèi)容納更多的晶體管。因此，可以從相同大小的處理器獲得更高的處理能力。

2. 功率效率（功耗）：較小的晶體管需要較少的功率就可以發(fā)揮其功能，這就降低了芯片的總功耗。較低的功率還可以產(chǎn)生較少的熱量，從而能夠進(jìn)一步提高時鐘速度。

摩爾定律解釋了這一點，該定律表明由于制造技術(shù)的進(jìn)步，集成電路中的晶體管數(shù)量（集成度）每兩年翻一番，并伴隨著性能的增長和成本的下降。為了描述這個集成度，就有了工藝“節(jié)點”的說法，即工藝節(jié)點數(shù)值越小，表征芯片的集成度就越高。

集成度的提高，不僅意味著單個晶體管的尺寸縮小了，同時也意味著采用了更加先進(jìn)的制造工藝?？梢哉f，集成電路技術(shù)的發(fā)展過程，就是把晶體管尺寸做得越來越小的過程。因此，集成電路的規(guī)模反映了集成電路的先進(jìn)程度。

摩爾定律的發(fā)展，不僅使得幾十年以來芯片里含有的晶體管數(shù)目越來越多，半導(dǎo)體器件的性能不斷提高，而且還減小了器件的尺寸，這就是處理器芯片可以變得越來越小而速度越來越快的原因。由此可見，這個nm數(shù)字或制造工藝多么重要。

但是值得注意的是，這些nm數(shù)值實際上并不代表晶體管的尺寸，更確切地說是指用于制造晶體管的制造技術(shù)。很久以前，晶體管的柵極長度與制造技術(shù)（nm數(shù)值）大致相同，但現(xiàn)在情況發(fā)生了重大改變，已經(jīng)不再如此。

“中國芯”制造難題

中國在半導(dǎo)體領(lǐng)域起步比較晚，但現(xiàn)在仍然全力追趕，因此出現(xiàn)了像華為海思這樣領(lǐng)先的芯片設(shè)計研發(fā)廠商，也出現(xiàn)了晶圓體代工領(lǐng)域強大的中芯國際，還有可以生產(chǎn)光刻機的海微電子，但整體而言，中國半導(dǎo)體相比來說還是比較弱的。

由于中國目前還達(dá)不到制造先進(jìn)芯片的實力，目前中國每年仍需花費超過3000億美元從國外進(jìn)口芯片，費用比進(jìn)口石油花費還要多。

此前美國針對華為升級了限制令，在新的規(guī)定之下，使用美國芯片制造設(shè)備的外國公司必須先獲得美國許可證，然后才能向華為海思提供某些芯片或服務(wù)，這意味著為華為海思芯片代工的臺積電也將受到限制，因此很多人都將希望寄在了中芯國際身上。中芯國際回歸A股事件，之所以受到資本如此追捧，其實與華為等高科技公司被美國“卡脖子”息息相關(guān)。

中芯國際是大陸最先進(jìn)的晶圓體代工廠，不過現(xiàn)階段中芯國際只有14nm工藝的技術(shù)，對比臺積電的7nm甚至5nm，差距確實非常明顯，至于為什么有這么大的差距，主要是因為中芯國際無法購買到全球最先進(jìn)的ASML光刻機。

總的來說，國內(nèi)代工最先進(jìn)的芯片的有實力的廠商確實仍是比較少，因為這是一個長期的資金投入與研制發(fā)的過程，想在短時間內(nèi)打破仍是較難的。最主要是因為芯片代工過高的門檻，其中最大的門檻是科技水平：

比如臺積電目前的最新工藝是5nm，據(jù)稱蘋果的A14芯片臺積電已經(jīng)使用5nm的工藝開始量產(chǎn)了；而像其它芯片代工企業(yè)，格芯等停留在10nm停滯不前，三星則據(jù)稱今年也將進(jìn)入5nm，但還沒完全確切的消息。

但事實上，科技門檻之外還有一個資金門檻。尤其是當(dāng)芯片進(jìn)入到5nm時代后，想要繼續(xù)往下研究發(fā)展，那就真的是“機器一響，黃金萬兩”，除了三星、臺積電外，其他企業(yè)都很難有這種級別的資金支持。

按照之前機構(gòu)預(yù)測的數(shù)據(jù)，3nm芯片的設(shè)計費用約達(dá)5-15億美元，新建一條3nm產(chǎn)線的成本約為150-200億美元。而按媒體的報道稱，這兩年以來，臺積電為了3nm芯片的研發(fā)，至少已經(jīng)投入了6000億新臺幣（約200億美元），同時，三星這兩年以來預(yù)計也投入近200億美元。而3nm預(yù)計要到2022年才會量產(chǎn)，剩下的這兩年時間里，像臺積電、三星等肯定還會繼續(xù)投資研發(fā)。

所以說，目前芯片制造開始進(jìn)入燒錢時代，資金限制了一般的芯片代工企業(yè)向下一代前進(jìn)，所以它們的工藝只能停留在目前水平。這也就意味著，當(dāng)芯片工藝越來越先進(jìn)之后，市場就會越來越高度集中，強者就越來越強。

現(xiàn)在，在美國對中國芯片產(chǎn)業(yè)重壓的背景下，我國明顯加快了芯片產(chǎn)業(yè)鏈的自主化道路，而中芯國際作為中國大陸最大的晶圓代工企業(yè)，對于中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)乃至整個中國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，具有重大戰(zhàn)略地位。國家產(chǎn)業(yè)基金一期、二期，上海集成電路基金一期、二期，以及國內(nèi)外眾多投資集團(tuán)，相繼出重金力挺中芯國際，便可見一斑。

中芯國際與臺積電的距離

在晶圓代工行業(yè)，大致分為三個梯隊：第一梯隊是由擁有先進(jìn)制程工藝的臺積電、英特爾、三星組成的超級陣營；第二梯隊包括仍處在摸索自主芯片道路上的中芯國際、格芯、聯(lián)電等；而華虹半導(dǎo)體、高塔半導(dǎo)體、力積電等則屬于第三梯隊。

從梯隊排列來看，中芯國際在自主芯片的道路上摸索前行長達(dá)18年，但仍未能進(jìn)入晶圓代工的超級陣營，而臺積電則屬于行業(yè)的領(lǐng)跑者。

如今，臺積電受美國制約，緩沖期過后可能無法再為華為代工，這時中芯國際就忽然被推到大眾的眼前。那么，中芯國際與臺積電等全球代工巨頭相比，實力到底是究竟有多大的差距呢？

· 市值：臺積電與中芯國際都屬于上市公司，最直觀的就是比市值。截止7月6日臺積電的最新市值為3184億美元，是中芯國際的整整7倍。

· 市場份額：臺積電在7nm和10nm節(jié)點的市場占有率為86%，營業(yè)收入120億美元，營收貢獻(xiàn)占比36%，在14nm節(jié)點市場占有率為83%，營收75億美元，營收貢獻(xiàn)21%，在先進(jìn)技術(shù)節(jié)點，臺積電處于行業(yè)壟斷地位。

中芯國際目前尚未突破7nm和10nm技術(shù)節(jié)點，在14nm節(jié)點，營收為0.1億美元，營收貢獻(xiàn)0.3%，市場占有率僅為0.1%，中芯國際營收最大的是90nm及以上工藝，營收為17億美元，營收貢獻(xiàn)51%，市占率為8%。

· 產(chǎn)能對比：臺積電12英寸、8英寸、6英寸晶圓產(chǎn)能估計分別達(dá)74.5萬片/月、56.2萬片/ 月、9.43萬片/月，其中12英寸和8英寸產(chǎn)能均為業(yè)界最大，規(guī)模效應(yīng)顯著。

中芯國際建有3座8寸晶圓廠，4座12寸晶圓廠，8寸產(chǎn)能共計23.3萬片/月，12寸產(chǎn)能10.8萬片/月，總產(chǎn)能47.6萬片/月（折合8寸），其計劃進(jìn)一步擴(kuò)充8英寸產(chǎn)能及先進(jìn)制程產(chǎn)能。相比之下臺積電擁有8寸產(chǎn)能56.2萬片/月，為中芯國際2.4倍，8英寸產(chǎn)能差距不大；12寸產(chǎn)能74.5萬片 /月，為中芯國際7倍。

· 技術(shù)差距：臺積電5nm今年中已進(jìn)入量產(chǎn)，預(yù)計2020年5nm將貢獻(xiàn)臺積電10％的收入，3nm則將在2021年進(jìn)入風(fēng)險生產(chǎn)，目標(biāo)2022年下半年實現(xiàn)批量生產(chǎn)，初期3nm依然采用FinFET工藝， 成熟后在3nm后期或2nm轉(zhuǎn)向GAA晶體管技術(shù)。

中芯國際14nm去年第三季度量產(chǎn)，標(biāo)志著FinFET結(jié)構(gòu)的突破，N+1（8nm）進(jìn)入客戶簽約階段，預(yù)計2020年底至2021年初量產(chǎn)，N+2（7nm）正在研發(fā)中，已建設(shè)起相關(guān)研發(fā)線。

· 盈利能力：臺積電利潤遠(yuǎn)高于其他競爭對手，2019年實現(xiàn)凈利潤115億美元，凈利率32%，凈資產(chǎn)收益率為21%，毛利率長期維持在47%-50%，經(jīng)營性凈現(xiàn)金流205億美金，主要原因在于獨享先進(jìn)工藝節(jié)點豐厚利潤，此外，臺積電工藝庫全、配合開發(fā)周期短、工藝穩(wěn)定性相對更高。

中芯國際2019年中芯國際實現(xiàn)凈利潤2.35億美元，凈利潤率5.1%，凈資產(chǎn)收益率為4.14%，毛利率為7.89%，技術(shù)差距決定利潤懸殊，并且中芯在入局先進(jìn)制程工藝的前期，面臨較大的虧損壓力，這些因素制約了中芯的盈利能力，但是對處于上升期的中芯來說，技術(shù)突破遠(yuǎn)比盈利更為重要。

· 主要客戶：臺積電由于先進(jìn)工藝領(lǐng)先，大客戶不斷延展，頭部核心客戶穩(wěn)定，蘋果、華為、高通、英偉達(dá)、AMD等世界級芯片設(shè)計企業(yè)都是臺積電的大客戶，核心客戶帶動臺積電最近十年市占率穩(wěn)步攀升。

中芯方面，受益于華為的主動轉(zhuǎn)單成為中芯第一大客戶，高通和博通位列二三名，中芯國際的主要客戶是國內(nèi)芯片設(shè)計企業(yè)，比如兆易創(chuàng)新、紫光展銳、中興微電子等等，尚未打入國際高端市場。

由此夠看出，中芯國際與臺積電之間的差距，一時之間難以跨越。同時，通過今年第一季度全球前十大晶圓代工廠營收排名中，也能夠看出中心國際與其他廠商的差距。

結(jié)語

臺積電為什么能獲得當(dāng)下的輝煌成就？關(guān)鍵在于確定技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢，其最先在業(yè)界取得成功試生產(chǎn)65nm的集成IC，確立了臺積電在晶圓代工行業(yè)的主導(dǎo)地位后，臺積電的發(fā)展趨勢便一發(fā)一發(fā)不可收拾。在別的集成IC代工生產(chǎn)行業(yè)龍頭仍在低頭科研開發(fā)14nm加工工藝時，臺積電的7nm工藝就已然進(jìn)到銷售市場。

先進(jìn)工藝的掌握，決定著代工廠商訂單量的多少。此前華為海思向中芯國際拋出過訂單，麒麟710F便是由其代工生產(chǎn)，但中芯國際一整年的利潤仍只能夠買一臺EUV光刻機。

相比之下，2019年臺積電的凈利潤約為826億元人民幣，一年的利潤比華為還要高出約200億元，這是臺積電作為全球第一大晶圓體代工廠的底氣所在，由于掌握著先進(jìn)的技術(shù)和來自供應(yīng)鏈的支持，所以臺積電能夠穩(wěn)穩(wěn)地坐在第一的位置。

由此可見，中芯國際任重而道遠(yuǎn) —— 中芯國際當(dāng)前所擁有的光刻機精度不夠，沒有EUV光刻機，中芯國際只得另尋思路，這才有了N+1工藝。如今，中芯國際正在努力實現(xiàn)N+1工藝量產(chǎn)，據(jù)悉該工藝與7nm工藝不相上下。若真如此，那么中芯國際所代工的智能手機芯片，應(yīng)該基本能滿足大眾的需要。

不過，中芯國際想要再進(jìn)一步實現(xiàn)5nm工藝，EUV光刻機的作用則至關(guān)重要，可以說是不可或缺，如果沒有EUV光刻機中芯國際的前路可能將十分艱辛。

另外，中芯國際招股書上提到，“若干自美國進(jìn)口的半導(dǎo)體設(shè)備與技術(shù)，在獲得美國商務(wù)部行政許可之前，可能無法用于為若干客戶的產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)制造”。有這句話是因為中芯國際使用了很多美國的半導(dǎo)體設(shè)備和技術(shù)，而美國要求任何使用美國技術(shù)和設(shè)備的廠商，為華為生產(chǎn)芯片時都需要美國的許可，那么中芯國際自然也包括在內(nèi)了。那么對于中芯國際而言，怎么解決這個問題？

那就是不用美國的設(shè)備和美國的技術(shù)，但從現(xiàn)在的情況來看是非常難的。從半導(dǎo)體設(shè)備來看，美國廠商占了全球50%左右的份額，尤其是在沉積、刻蝕、離子注入、CMP、勻膠顯影這些領(lǐng)域，美國的應(yīng)用材料、泛林處于絕對的優(yōu)勢地位，無法被取代。而中芯國際也從應(yīng)用材料、泛林大量采購了設(shè)備。而從其它技術(shù)來看，中芯國際也大量使用了美國EDA巨頭的產(chǎn)品，而國產(chǎn)EDA也無法替代。

可見，要想芯片真正的不受控，唯有一個辦法，那就是全面的去美化，從上游到下游，要實現(xiàn)整個產(chǎn)業(yè)鏈去美化，雖然這個難度大到無法想象，但被逼之下這條路也不得不走了。

不管是芯片設(shè)計還是芯片制造，都屬于高投入、高產(chǎn)出的技術(shù)研發(fā)，這種投入可能周期長、見效慢，但是如果不去做就會處于落后狀態(tài)，無法第一時間掌握最新的前沿技術(shù)，競爭力自然也就無從談起。國內(nèi)芯片制造難題的解決，需要的不僅僅是資金，更需要的是時間，臺積電數(shù)20年的經(jīng)驗絕非朝夕之間就能夠追平的。

中芯國際要發(fā)展成為世界級晶圓代工廠，后面還有很長很長的路要走，認(rèn)識客觀差距，不妄自菲薄，繼續(xù)堅持走自主+合作研發(fā)的道路，5-10年之后，相信會迎來國產(chǎn)晶圓代工追趕并超越國際大廠的一天。