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全球芯片代工格局:“中国芯”何时才能强势崛起?

作者:陈玲丽时间:2020-07-17来源:电子产品世界收藏

众所周知,在芯片的整个流程之中,设计、制造、封测是三块分得较开的业务,绝大部分企业均只从事于其中某一项,很少有企业能够全程参与。而在这三个环节之中,制造是公认最难的,封测是最容易的,而芯片设计处于中间。所以对于中国大陆来讲,芯片制造也是相对较为落后的,相比于国际顶尖水平,落后了大约5年左右。

本文引用地址:http://www.dzszp.com/article/202007/415732.htm

日前有第三方机构公布了2020年第二季度全球前十大晶圆代工厂营收排名,前十名分别是:、格芯、联电、、高塔半导体、力积电、世界先进、华虹半导体、东部高科。

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上市

作为大陆目前技术实力最强的芯片生产制造商,集成电路制造有限公司(以下简称“中芯国际”)在6月19日科创板首发申请顺利通过,从受理到过会仅用时19天,创造了目前科创板公司的最快纪录。

根据中芯国际7月5日发布的公告,确定发行价格为27.46元/股,也就是说中芯国际此次募资额将达462.98亿元,该规模将创造科创板募资最高纪录,在A股IPO历史融资额中也可排至第7位,位居工商银行之后,中国平安之前。

500万彩票网但就是这样一家专注于芯片制造的企业,其目前的技术水平也就是量产14nm芯片,与顶尖的芯片制造企业差距甚大。

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全球主要厂工艺水平

其实放眼全球,整个芯片制造行业,目前能提供7nm及以下先进制程工艺的企业仅有和英特尔。根据研究数据显示,2019年先进制程市场份额为52%,和英特尔平分剩下的市场。

工艺节点意味着什么?

500万彩票网近一年多来中美贸易战的爆发,将集成电路制造技术推向了媒体的聚光灯下,铺天盖地的报道成为众所关注的焦点 —— 那么5nm/7nm/10nm/12nm这些工艺技术节点到底意味着什么?这些数字代表着处理器中晶体管的大小(晶体管是CPU和数字电路的构建模块),当缩小晶体管的尺寸时导致了两个主要的改进:

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  1. 性能:随着晶体管尺寸的减小,可以在相同的单位面积内容纳更多的晶体管。因此,可以从相同大小的处理器获得更高的处理能力。

  2. 功率效率(功耗):较小的晶体管需要较少的功率就可以发挥其功能,这就降低了芯片的总功耗。较低的功率还可以产生较少的热量,从而能够进一步提高时钟速度。

摩尔定律解释了这一点,该定律表明由于制造技术的进步,集成电路中的晶体管数量(集成度)每两年翻一番,并伴随着性能的增长和成本的下降。为了描述这个集成度,就有了工艺“节点”的说法,即工艺节点数值越小,表征芯片的集成度就越高。

集成度的提高,不仅意味着单个晶体管的尺寸缩小了,同时也意味着采用了更加先进的制造工艺。可以说,集成电路技术的发展过程,就是把晶体管尺寸做得越来越小的过程。因此,集成电路的规模反映了集成电路的先进程度。

摩尔定律的发展,不仅使得几十年以来芯片里含有的晶体管数目越来越多,半导体器件的性能不断提高,而且还减小了器件的尺寸,这就是处理器芯片可以变得越来越小而速度越来越快的原因。由此可见,这个nm数字或制造工艺多么重要。

但是值得注意的是,这些nm数值实际上并不代表晶体管的尺寸,更确切地说是指用于制造晶体管的制造技术。很久以前,晶体管的栅极长度与制造技术(nm数值)大致相同,但现在情况发生了重大改变,已经不再如此。

“中国芯”制造难题

中国在半导体领域起步比较晚,但现在仍然全力追赶,因此出现了像华为海思这样领先的芯片设计研发厂商,也出现了晶圆体代工领域强大的中芯国际,还有可以生产光刻机的海微电子,但整体而言,中国半导体相比来说还是比较弱的。

由于中国目前还达不到制造先进芯片的实力,目前中国每年仍需花费超过3000亿美元从国外进口芯片,费用比进口石油花费还要多。

此前美国针对华为升级了限制令,在新的规定之下,使用美国芯片制造设备的外国公司必须先获得美国许可证,然后才能向华为海思提供某些芯片或服务,这意味着为华为海思的台积电也将受到限制,因此很多人都将希望寄在了中芯国际身上。中芯国际回归A股事件,之所以受到资本如此追捧,其实与华为等高科技公司被美国“卡脖子”息息相关。

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中芯国际是大陆最先进的晶圆体代工厂,不过现阶段中芯国际只有14nm工艺的技术,对比台积电的7nm甚至5nm,差距确实非常明显,至于为什么有这么大的差距,主要是因为中芯国际无法购买到全球最先进的ASML光刻机。

总的来说,国内代工最先进的芯片的有实力的厂商确实仍是比较少,因为这是一个长期的资金投入与研制发的过程,想在短时间内打破仍是较难的。最主要是因为500万彩票网过高的门槛,其中最大的门槛是科技水平:

比如台积电目前的最新工艺是5nm,据称苹果的A14芯片台积电已经使用5nm的工艺开始量产了;而像其它芯片代工企业,格芯等停留在10nm停滞不前,三星则据称今年也将进入5nm,但还没完全确切的消息。

500万彩票网但事实上,科技门槛之外还有一个资金门槛。尤其是当芯片进入到5nm时代后,想要继续往下研究发展,那就真的是“机器一响,黄金万两”,除了三星、台积电外,其他企业都很难有这种级别的资金支持。

按照之前机构预测的数据,3nm芯片的设计费用约达5-15亿美元,新建一条3nm产线的成本约为150-200亿美元。而按媒体的报道称,这两年以来,台积电为了3nm芯片的研发,至少已经投入了6000亿新台币(约200亿美元),同时,三星这两年以来预计也投入近200亿美元。而3nm预计要到2022年才会量产,剩下的这两年时间里,像台积电、三星等肯定还会继续投资研发。

所以说,目前芯片制造开始进入烧钱时代,资金限制了一般的芯片代工企业向下一代前进,所以它们的工艺只能停留在目前水平。这也就意味着,当芯片工艺越来越先进之后,市场就会越来越高度集中,强者就越来越强。

现在,在美国对中国芯片产业重压的背景下,我国明显加快了芯片产业链的自主化道路,而中芯国际作为中国大陆最大的晶圆代工企业,对于中国半导体产业乃至整个中国的经济发展,具有重大战略地位。国家产业基金一期、二期,上海集成电路基金一期、二期,以及国内外众多投资集团,相继出重金力挺中芯国际,便可见一斑。

中芯国际与台积电的距离

在晶圆代工行业,大致分为三个梯队:第一梯队是由拥有先进制程工艺的台积电、英特尔、三星组成的超级阵营;第二梯队包括仍处在摸索自主芯片道路上的中芯国际、格芯、联电等;而华虹半导体、高塔半导体、力积电等则属于第三梯队。

从梯队排列来看,中芯国际在自主芯片的道路上摸索前行长达18年,但仍未能进入晶圆代工的超级阵营,而台积电则属于行业的领跑者。

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如今,台积电受美国制约,缓冲期过后可能无法再为华为代工,这时中芯国际就忽然被推到大众的眼前。那么,中芯国际与台积电等全球代工巨头相比,实力到底是究竟有多大的差距呢?

· 市值:台积电与中芯国际都属于上市公司,最直观的就是比市值。截止7月6日台积电的最新市值为3184亿美元,是中芯国际的整整7倍。

· 市场份额:台积电在7nm和10nm节点的市场占有率为86%,营业收入120亿美元,营收贡献占比36%,在14nm节点市场占有率为83%,营收75亿美元,营收贡献21%,在先进技术节点,台积电处于行业垄断地位。

中芯国际目前尚未突破7nm和10nm技术节点,在14nm节点,营收为0。1亿美元,营收贡献0。3%,市场占有率仅为0。1%,中芯国际营收最大的是90nm及以上工艺,营收为17亿美元,营收贡献51%,市占率为8%。

· 产能对比:台积电12英寸、8英寸、6英寸晶圆产能估计分别达74.5万片/月、56.2万片/ 月、9.43万片/月,其中12英寸和8英寸产能均为业界最大,规模效应显著。

中芯国际建有3座8寸晶圆厂,4座12寸晶圆厂,8寸产能共计23.3万片/月,12寸产能10.8万片/月,总产能47.6万片/月(折合8寸),其计划进一步扩充8英寸产能及先进制程产能。相比之下台积电拥有8寸产能56.2万片/月,为中芯国际2.4倍,8英寸产能差距不大;12寸产能74.5万片 /月,为中芯国际7倍。

· 技术差距:台积电5nm今年中已进入量产,预计2020年5nm将贡献台积电10%的收入,3nm则将在2021年进入风险生产,目标2022年下半年实现批量生产,初期3nm依然采用FinFET工艺, 成熟后在3nm后期或2nm转向GAA晶体管技术。

中芯国际14nm去年第三季度量产,标志着FinFET结构的突破,N+1(8nm)进入客户签约阶段,预计2020年底至2021年初量产,N+2(7nm)正在研发中,已建设起相关研发线。

· 盈利能力:台积电利润远高于其他竞争对手,2019年实现净利润115亿美元,净利率32%,净资产收益率为21%,毛利率长期维持在47%-50%,经营性净现金流205亿美金,主要原因在于独享先进工艺节点丰厚利润,此外,台积电工艺库全、配合开发周期短、工艺稳定性相对更高。

中芯国际2019年中芯国际实现净利润2.35亿美元,净利润率5.1%,净资产收益率为4.14%,毛利率为7.89%,技术差距决定利润悬殊,并且中芯在入局先进制程工艺的前期,面临较大的亏损压力,这些因素制约了中芯的盈利能力,但是对处于上升期的中芯来说,技术突破远比盈利更为重要。

· 主要客户:台积电由于先进工艺领先,大客户不断延展,头部核心客户稳定,苹果、华为、高通、英伟达、AMD等世界级芯片设计企业都是台积电的大客户,核心客户带动台积电最近十年市占率稳步攀升。

中芯方面,受益于华为的主动转单成为中芯第一大客户,高通和博通位列二三名,中芯国际的主要客户是国内芯片设计企业,比如兆易创新、紫光展锐、中兴微电子等等,尚未打入国际高端市场。

由此够看出,中芯国际与台积电之间的差距,一时之间难以跨越。同时,通过今年第一季度全球前十大晶圆代工厂营收排名中,也能够看出中心国际与其他厂商的差距。

结语

台积电为什么能获得当下的辉煌成就?关键在于确定技术领先优势,其最先在业界取得成功试生产65nm的集成IC,确立了台积电在晶圆代工行业的主导地位后,台积电的发展趋势便一发一发不可收拾。在别的集成IC代工生产行业龙头仍在低头科研开发14nm加工工艺时,台积电的7nm工艺就已然进到销售市场。

先进工艺的掌握,决定着代工厂商订单量的多少。此前华为海思向中芯国际抛出过订单,麒麟710F便是由其代工生产,但中芯国际一整年的利润仍只能够买一台EUV光刻机。

相比之下,2019年台积电的净利润约为826亿元人民币,一年的利润比华为还要高出约200亿元,这是台积电作为全球第一大晶圆体代工厂的底气所在,由于掌握着先进的技术和来自供应链的支持,所以台积电能够稳稳地坐在第一的位置。

由此可见,中芯国际任重而道远 —— 中芯国际当前所拥有的光刻机精度不够,没有EUV光刻机,中芯国际只得另寻思路,这才有了N+1工艺。如今,中芯国际正在努力实现N+1工艺量产,据悉该工艺与7nm工艺不相上下。若真如此,那么中芯国际所代工的智能手机芯片,应该基本能满足大众的需要。

不过,中芯国际想要再进一步实现5nm工艺,EUV光刻机的作用则至关重要,可以说是不可或缺,如果没有EUV光刻机中芯国际的前路可能将十分艰辛。

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另外,中芯国际招股书上提到,“若干自美国进口的半导体设备与技术,在获得美国商务部行政许可之前,可能无法用于为若干客户的产品进行生产制造”。有这句话是因为中芯国际使用了很多美国的半导体设备和技术,而美国要求任何使用美国技术和设备的厂商,为华为生产芯片时都需要美国的许可,那么中芯国际自然也包括在内了。那么对于中芯国际而言,怎么解决这个问题?

那就是不用美国的设备和美国的技术,但从现在的情况来看是非常难的。从半导体设备来看,美国厂商占了全球50%左右的份额,尤其是在沉积、刻蚀、离子注入、CMP、匀胶显影这些领域,美国的应用材料、泛林处于绝对的优势地位,无法被取代。而中芯国际也从应用材料、泛林大量采购了设备。而从其它技术来看,中芯国际也大量使用了美国EDA巨头的产品,而国产EDA也无法替代。

可见,要想芯片真正的不受控,唯有一个办法,那就是全面的去美化,从上游到下游,要实现整个产业链去美化,虽然这个难度大到无法想象,但被逼之下这条路也不得不走了。

不管是芯片设计还是芯片制造,都属于高投入、高产出的技术研发,这种投入可能周期长、见效慢,但是如果不去做就会处于落后状态,无法第一时间掌握最新的前沿技术,竞争力自然也就无从谈起。国内芯片制造难题的解决,需要的不仅仅是资金,更需要的是时间,台积电数20年的经验绝非朝夕之间就能够追平的。

中芯国际要发展成为世界级晶圆代工厂,后面还有很长很长的路要走,认识客观差距,不妄自菲薄,继续坚持走自主+合作研发的道路,5-10年之后,相信会迎来国产晶圆代工追赶并超越国际大厂的一天。



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