中國集成電路制造業(yè)發(fā)展前景展望
2019年以來,我國12英寸生產(chǎn)線的數(shù)量和占比持續(xù)增加。從制造產(chǎn)能來看,國內(nèi)目前12英寸產(chǎn)能約100萬片/月,未來規(guī)劃產(chǎn)能超過200萬片/月。從生產(chǎn)線分布來看,國內(nèi)集成電路生產(chǎn)線主要集中在以上海、江蘇、安徽、浙江為代表的長三角地區(qū),以深圳、廣州為代表的珠三角地區(qū),以北京、天津、大連為代表的京津冀環(huán)渤海地區(qū),以武漢、成都、重慶、西安為代表的中西部地區(qū)。經(jīng)過20余年的快速發(fā)展,2019年集成電路制造業(yè)銷售額已達(dá)到2 110.4億元,首次超過2 000億元,但增速下降到16.1%,比上年降低了約9.5個百分點(diǎn)(圖1)。
數(shù)據(jù)來源:中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會,賽迪顧問整理
圖1 2012—2019中國集成電路制造業(yè)銷售額及增長率
一大批重點(diǎn)龍頭企業(yè)快速成長并不斷升級。中芯國際是中國大陸具有大規(guī)模生產(chǎn)和先進(jìn)工藝技術(shù)的集成電路芯片制造企業(yè),2019年中芯國際在先進(jìn)制程方面取得突破性進(jìn)展,第一代14 nm FinFET技術(shù)進(jìn)入量產(chǎn)階段,在2019年第四季度貢獻(xiàn)約1%晶圓營收,第二代FinFET技術(shù)平臺持續(xù)獲得客戶導(dǎo)入。華虹半導(dǎo)體12英寸生產(chǎn)線建成投產(chǎn),在嵌入式非易失存儲器、微控制器等領(lǐng)域新平臺研發(fā)順利推進(jìn),為客戶提供良好的差異化服務(wù)。華潤微電子2019年成功過會,成為科創(chuàng)板紅籌上市第一股,公司的制造資源在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位,目前擁有6英寸晶圓制造年產(chǎn)能約為247 萬片,8英寸晶圓制造年產(chǎn)能約為133 萬片,合計(jì)8英寸晶圓270 萬片,產(chǎn)能排名全國第三。此外,武漢新芯、上海積塔、方正微電子、晶和集成等企業(yè)也都取得不俗成績。
數(shù)據(jù)來源: 中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會,賽迪顧問整理
圖2 2012—2019年中國集成電路制造業(yè)占比情況
2 技術(shù)發(fā)展趨勢及行業(yè)特點(diǎn)
2.1 集成電路制造業(yè)兩大特點(diǎn)。
1) 生產(chǎn)線及相關(guān)研發(fā)成本投入巨大,集成電路制造業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)線建設(shè)投資額高居當(dāng)前電子信息制造業(yè)榜首。并且,伴隨制造工藝的提升,制造企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)成本快速增加。一條月產(chǎn)能3.5 萬片的12英寸14 nm制程產(chǎn)線的投資規(guī)模近百億美元。在研發(fā)方面,以中芯國際為例,公司2017—2019年研發(fā)投入分別為35.8 億元、44.7 億元及47.4 億元,占營業(yè)收入的比例分別為16.72%、19.42%和21.55%。
2) 生產(chǎn)線主體集中,區(qū)域分散,集成電路制造企業(yè)為充分挖掘資源優(yōu)勢,將制造工廠分布建設(shè)到全球各地。以英特爾公司為例,其制造工廠遍布美國、中國、以色列、愛爾蘭等國家。產(chǎn)能的分散式布局讓英特爾公司能夠充分利用各地優(yōu)勢資源,有效降低投資和生產(chǎn)運(yùn)營成本,同時靠近下游客戶,增加市場影響力。
2.2 未來集成電路制造業(yè)將沿著三大趨勢進(jìn)行發(fā)展。
1)集成電路制造工藝有望延續(xù)“摩爾定律”繼續(xù)發(fā)展。伴隨著晶體管尺寸逐步逼近物理極限,集成電路制造工藝研發(fā)難度不斷增加,研發(fā)成本快速上升。在EUV光刻機(jī)等新設(shè)備和GAA-FET等新器件結(jié)構(gòu)新工藝的幫助下,全球領(lǐng)先企業(yè)技術(shù)將繼續(xù)遵循“摩爾定律”發(fā)展,臺積電、三星、英特爾、中芯國際等企業(yè)紛紛發(fā)布了未來技術(shù)路線圖。
2)半導(dǎo)體產(chǎn)品應(yīng)用多元化推動了特色工藝制造的蓬勃發(fā)展。相較于成熟制程和先進(jìn)制程,特色工藝不單純追求工藝線寬,更要兼顧各種器件的構(gòu)造。特色工藝的半導(dǎo)體產(chǎn)品(高壓電路、MEMS傳感器、射頻電路和器件等)的研發(fā)是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)活動,涉及到工藝研發(fā)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)的多個環(huán)節(jié)。以高壓工藝為例,需要系統(tǒng)的進(jìn)行工藝平臺建設(shè)、器件結(jié)構(gòu)研究、模型參數(shù)提取、設(shè)計(jì)環(huán)境建設(shè)、線路架構(gòu)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、應(yīng)用系統(tǒng)研究以及質(zhì)量評價體系方面的研究工作,才能建立完善的有特色工藝線體系。
3)差異化產(chǎn)品需求助推制造業(yè)新路徑發(fā)展。隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等市場的快速發(fā)展,整機(jī)廠商對芯片的需求變得愈發(fā)多元,不同應(yīng)用場景對于芯片計(jì)算速度、功耗、成本的要素?fù)碛兄町惢男枨?。各大研究機(jī)構(gòu)和主要廠商開始探索新的制造路徑。其中,使用SOI硅片制造的芯片由于具有更低功耗等優(yōu)勢,格羅方德、三星等制造企業(yè)積極布局SOI市場,F(xiàn)D-SOI、RF-SOI等制造技術(shù)正在建立自己的生態(tài)圈。集成電路制造工藝正在沿著多種方向進(jìn)行發(fā)展。
3 我國同國際先進(jìn)水平的差距
十三五期間,我國通過設(shè)立國家產(chǎn)業(yè)投資基金、加大金融支持力度等方式,加速發(fā)展集成電路制造業(yè)并突破關(guān)鍵裝備和材料的研發(fā),但在先進(jìn)工藝領(lǐng)域和特色工藝領(lǐng)域與全球先進(jìn)水平還存在一定差距。在先進(jìn)工藝領(lǐng)域,我國同國際領(lǐng)先水平存在1~2代的技術(shù)差距。2018年,臺積電率先實(shí)現(xiàn)7 nm工藝制程的量產(chǎn),目前臺積電5 nm制程進(jìn)展順利,預(yù)計(jì)年內(nèi)可以進(jìn)行量產(chǎn)。2018年中芯國際14 nm芯片研發(fā)成功,2019年第四季度正式量產(chǎn)?,F(xiàn)今,中芯國際正在加速追趕國際先進(jìn)水平,第二代FinFET技術(shù)平臺也將持續(xù)客戶導(dǎo)入。在特色工藝領(lǐng)域,特色工藝制造技術(shù)工藝種類較多,技術(shù)評判不單以工藝制程為準(zhǔn)繩,評判標(biāo)準(zhǔn)較為多元。國內(nèi)擁有特色工藝生產(chǎn)能力的企業(yè)包括中芯國際、華力微電子、華虹宏力、華潤微電子、上海積塔等,覆蓋了BCD、MEMS、RF等主要生產(chǎn)工藝。相比于以IDM模式為主的國際特色工藝領(lǐng)先企業(yè),我國特色工藝制造企業(yè)仍需提升協(xié)同設(shè)計(jì)、應(yīng)用的能力,不斷滿足客戶的定制化需求。
4 我國集成電路制造業(yè)發(fā)展面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
4.1 機(jī)遇
1)產(chǎn)業(yè)融資環(huán)境明顯改善,有效緩解企業(yè)資金需求
由于企業(yè)自身資金有限,建設(shè)集成電路制造生產(chǎn)線所需的大額投入成為阻礙企業(yè)進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)的關(guān)鍵阻礙。現(xiàn)今,伴隨著國家成立科創(chuàng)板以及各地產(chǎn)業(yè)投資基金的廣泛設(shè)立,產(chǎn)業(yè)投資基金通過股權(quán)投資方式等,可很大程度緩解我國集成電路制造企業(yè)的融資問題,我國集成電路制造企業(yè)迎來難得的發(fā)展機(jī)遇。
2)制造代工模式發(fā)生轉(zhuǎn)變,為制造代工企業(yè)帶來更加廣闊市場
近30年來,越來越多采用IDM模式發(fā)展企業(yè)轉(zhuǎn)型為Fabless、Fablite模式,集成電路產(chǎn)業(yè)專業(yè)分工模式逐步成為主流發(fā)展模式。由此為專業(yè)代工企業(yè)在制造增量市場及存量市場提供更廣闊的發(fā)展空間。目前我國集成電路制造企業(yè)以專業(yè)代工為主,專業(yè)代工市場的不斷擴(kuò)大有利于我國集成電路制造企業(yè)獲得新市場。
4.2 我國集成電路制造業(yè)發(fā)展挑戰(zhàn)
1)先進(jìn)工藝制造技術(shù)高昂研發(fā)費(fèi)用逐步提高行業(yè)進(jìn)入壁壘
技術(shù)升級帶來的研發(fā)費(fèi)用高漲已經(jīng)成為制造企業(yè)從事先進(jìn)工藝研發(fā)的最主要障礙,2018年,臺聯(lián)電宣布放棄12 nm以下先進(jìn)工藝研發(fā),格羅方德宣布放棄7 nm工藝研發(fā)?,F(xiàn)今,從事7 nm及以下工藝研發(fā)的企業(yè)只剩臺積電、三星、英特爾三家。目前,我國集成電路制造龍頭企業(yè)的國際競爭力雖然在快速提升,但規(guī)模同臺積電、三星等國際龍頭相比還存在較大的差距。2019年,三星宣布計(jì)劃在2030年前投資1 160億美元鞏固其半導(dǎo)體巨頭地位。巨大的先進(jìn)工藝研發(fā)費(fèi)用同樣成為我國集成電路制造企業(yè)從事進(jìn)一步研發(fā)的關(guān)鍵阻礙。
2)先進(jìn)工藝研發(fā)工程化舉措加劇領(lǐng)軍企業(yè)技術(shù)進(jìn)步
目前,臺積電等領(lǐng)先企業(yè)采用工程化方式開展先進(jìn)工藝研發(fā)工作,即通過投入更大量人力、物力、財(cái)力換取研發(fā)速度的提升。以臺積電為例,研發(fā)線按照量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè),制定產(chǎn)出目標(biāo),研發(fā)階段產(chǎn)出目標(biāo)超過5 000片/月,已經(jīng)非常接近量產(chǎn)數(shù)據(jù)。由此帶來公司研發(fā)制造線可以直接通過完全復(fù)制的方式導(dǎo)入生產(chǎn)線,大幅提高研發(fā)效率。國內(nèi)企業(yè)由于自身營收規(guī)模有限,研發(fā)投入總額較小,研發(fā)制造線無法實(shí)現(xiàn)規(guī)?;T趯?shí)際量產(chǎn)階段還要進(jìn)行二次研發(fā),技術(shù)迭代速度和量產(chǎn)效率落后于國際領(lǐng)先企業(yè)。
(本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志202年8月期)
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