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中国这一制造业核心产业如何迅速崛起?

2017-11-12 09:38:00 来源:
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  来源:宁南山

  集成电路产业是中国产业升级的重中之重,我们都知道汽车是人类第一大工业,中国在汽车领域和先进国家差距很大,但是我们至少做了一件对的事情——我们把大部分的汽车生产转移到了中国,绝大多数的外资车企,在中国销售的车辆都是在中国制造。我们至少可以获得制造这个环节的部分收益,注意,只是部分收益,因为要想真正赚钱,必须自主品牌不可。

  在集成电路产业,我们需要的集成电路大部分是在境外制造。在中国集成电路的设计,制造,封装三大环节之中,制造目前是最弱小,差距最大的部分。

  在世界集成电路制造领域,总的来说中国台湾最为强大。

  根据美国市场研究机构ICInsights统计,2016年,全球排名前十的芯片代工厂商为:

  世界第一:台积电营收为294.88亿美元,市场占有率为59%;

  世界第二:美国格罗方德的营收为55.45亿美元,市场占有率为11%;

  世界第三:台湾联华电子的营收为45.82亿美元,市场占有率为9%;

  世界第四:中国大陆中芯国际的营收为29.21亿美元,市场占有率仅为6%;

  世界第五:中国台湾力晶科技的营收为12.75亿美元,市场占有率为3%;

  世界第六:美国Tower Jazz营收12.49亿美元;

  世界第七:中国台湾世界先进积体电路营收8亿美元;

  世界第八:中国华虹半导体,营收7.12亿美元;

  世界第九:韩国Dongbu hiTek,营收6.72亿美元;

  世界第十:德国X-Fab,营收5.1亿美元。

  我国最大的中芯国际排在世界第四位,和格罗方德、联电一起处于第二集团,三家的销售额在30—60亿美元之间。

  第一集团只有一家,也就是台积电,销售收入遥遥领先,超过全球其他所有代工厂的总和,达到294.88亿美元,每年净利润高达100亿美元。

  台积电是中国台湾绝对的镇岛基石,在中国台湾的股市,台积电的市值占到了全台湾的16%--18%,另外一家仅次于台积电的台湾第二大市值公司是鸿海集团,不过也大家也知道,鸿海经营重心其实已经到了大陆。

  不过这个纯代工厂的排名里面没有三星和英特尔,因为这两家是IDM厂家,如果单看制造的营收,三星和英特尔都比中芯国际多,所以中芯国际要退到世界第六位。

  我们可以很清楚看到,中国在集成电路制造领域,最先进规模最大的就是中芯国际,当然在世界前十里面中国还有一家,就是上海的华虹。但是华虹过去三年发展缓慢,跟不上产业发展的步伐,这个领域的台积电,英特尔,三星三巨头,另外加上格罗方德,在技术上呈现遥遥领先的态势,其他公司只能苦苦追赶。

  集成电路制造,是砸钱的产业,对先进制程的投资非常大,大到什么地步呢?

  就以台积电2017年宣布将在中国台湾南部建立的3纳米工厂为例,投资预计200亿美元,当然这个数只是个概数,但是投资的量级我们已经知道了。

  要知道对追赶者来说,这么大的投资下去,最后要是钱收不回来,即使是对中国这样的大国,上百亿美元也不是小数目。以2016年为例,集成电路方面的资本支出,三星是113亿美元,台积电是102.5亿美元,英特尔是96.25亿美元,都是每年百亿美元量级。

  我们看到新闻说,中国猛砸千亿投资芯片产业,其实远远不够,业界巨头一年的资本支出就有六七百亿人民币,注意这还只是资本支出,研发支出还要另算。

  华虹宏力公司2014年,2015年,2016年三年的营收增长为14,-2%,10%,三年增长了23%,营收从6.65亿美元增加到7.12亿美元,相对于这么小的体量来说,增长太慢了。

  这个体量对于国际巨头来说,也不值得一提,即使在10年内提升10倍,也远远无法和台积电、三星、英特尔去比。

  另外一个就是技术水平了,华虹宏力的最高水平制程,只有90纳米。华虹有3条8英寸晶圆生产线,主要产品都是为类似电源管理IC,射频器件芯片等代工。例如华虹是全球最大的智能卡(包括第二代居民身份证、社保卡、手机SIM卡、奥运会门票、世博会门票、金融IC卡等)IC的代工厂。

  华虹宏力目前的资本和技术力量都不足以参与主流玩家竞争。

  中国要想实现追赶,集中力量优先把营收2016年已经做到29.2亿美元的中芯国际扶持起来才是王道。实际上,中芯国际真正的做起来之后,可以培养出一大批半导体制造技术人才,也会间接带动华虹等其他中国芯片代工厂的发展。

  当然,除了中芯国际以外,中国还有另外一家先进制程工厂,就是上海华力微电子。我们看下下图中国最大的十家集成电路制造商,除开在中国大陆设厂的外资企业以外,只有5家:中芯国际、华润微电子、华虹宏力、华力微电子和西安微电子技术研究所。

  华润微电子大家可能感觉很陌生,该公司在华润集团旗下,2016年营收有56.7亿元人民币,这家公司拥有从设计,制造和封装的全流程集成电路能力。有设计公司4家,晶圆生产线4条,封装生产线2条。其工艺水平为0.5微米到130纳米,可以说远远落后市场主流。这家公司只有低端集成电路设计和制造能力,但是可以在半导体照明,MEMS,电源管理等领域应用。目前看,其无意也无力参与高水平竞争。

  另外还有个西安微电子技术研究所,该所属于航天科技000901)集团旗下,为我国航天和军工事业提供科研和制造服务,是一家事业单位,未参与市场竞争,主要是保证我国国防和航天集成电路制造的自主化。

  因此看先进制程,华虹宏力,华润微电子,西安微电子都排除了,只有上海华力微电子和中芯国际才是中国制造赶超世界一流水平的希望。

  上海华力微电子目前是国家重点扶持的集成电路制造企业,是我国集成电路制造909工程的产物,成立于2010年1月。一期的一座12英寸晶圆厂投资为145亿元人民币,其技术来源是和IMEC前有65纳米CMOS芯片制造工艺技术授权和合作开发,技术工艺为55-40-28nm。目前华力微电子也已经进入到了28nm阶段,不过还没有真正的实现28nm良率达标的大规模量产。

  注意IMEC这个名字,本文后面也可以看到,中芯国际也在和IMEC合作研发14nm制程。

  比利时IMEC(比利时大学校际微电子研究中心)这家研究机构很有意思,这是一家世界级的半导体技术研发中心,大家都知道ASML的光刻机,实际上ASML新一代极紫外光EUV光刻机的验证测试,IMEC就有参与,ASML每一版研发型EUV机台都会优先提供予IMEC测试,IMEC负责进行细部调整与优化,以配合更先进的纳米制程进步。

  目前华力微电子二期第二座12英寸晶圆厂也在2016年投资347亿元动工,设计工艺为28-20-14nm,其中14nm FinFET工艺预计于2020年量产。我们注意下这个时间,三星的14nm FinFET工艺2014年底就量产了,台积电的16nm FinFET工艺是2015年8月量产的,可以感受下巨大的技术差距。在激烈的市场竞争态势下,落后一两年就是非常大的差距了,更何况是5年。

  我们也知道,国家对华力微电子投入巨大,两期工程就投入了500个亿,但是目前为止,营收并不理想。

  如果说华力微电子和中芯国际是中国先进制造的两把剑,那么现在还是得看中芯国际。

  中芯国际的前景如何?未来中芯国际继续上升是毫无疑问的。

  但是短期内不要想超越台积电,2016年29.2亿美元和295亿美元的10倍差距,不是短时间内可以抹平的。我们就以几个关键指标为例子,看下双方的竞争情况(如果存在竞争的话)

  1、资本支出,半导体是高度依赖投资的产业

  2016年的资本支出,中芯国际26.26亿美元,增长87%,台积电的资本支出为102.49亿美元,增长27%。中芯是世界上资本支出增长最快的,但是差距还很大。

  实际上,我们看一下半导体三巨头就知道,三星、英特尔、台积电的资本支出都在百亿美元级别;接下来的SK海力士,美光也都是50亿美元级别。除了上面5家以外,中芯国际排在世界第六位。只不过三星、英特尔、SK海力士、美光都是IDM厂家(设计制造一体),不是纯代工厂家而已。

  2、争分夺秒的技术竞赛

  下图是2016年Q4中芯国际各个技术制程的占比,可以看到40/45,50/55纳米还是大头,28纳米只占3.5%。即使到2017年上半年也只是进步到5.8%。而且目前中芯国际量产的28纳米工艺是Poly/SiON,更为先进的28nm HKMG制程在今年量产是中芯国际今年最重要的任务。

  在中芯国际目前还在为28纳米的HKMG工艺着急上火的时候,台积电已经在2016年底开始导入10纳米制程,在2017开始大规模量产。

  今年发布的苹果iphone 8手机上面的A11处理器,使用的就是台积电的10纳米工艺,华为今年推出的新一代手机处理器麒麟970,该处理器搭载在Mate10上面,也是用的台积电10纳米工艺。

  即使中芯国际在今年顺利实现28纳米HKMG工艺量产,台积电也比中芯国际先进了三代。

  今年台积电最先进的10纳米制程将占到营收的10%。

  所以说,即使今年底中芯国际的28nm HKMG制程量产了,和台积电的差距至少在表面上是28nm对10nm,差距为三代。

  实际上,在2018年还会发生两件事,一个是台积电2018年将会量产7纳米工艺,第二个是台积电南京厂将会开始量产16纳米工艺。也就是说在明年台积电不仅还会继续拉大和中芯国际的制程差距,而且还会在大陆和中芯国际在先进制程上直接竞争。

  中芯国际也没有坐以待毙,在全力完成28纳米HKMG工艺的量产同时,中芯国际也准备跳过20纳米制程,直接开始14纳米制程的研发。

  中芯国际2015年和华为,高通以及比利时IMEC(比利时大学校际微电子研究中心)共同成立合资公司,中芯国际作为最大股东,共同研发14纳米芯片工艺。

  IMEC在本文前面也提到过,华力微电子也是最早从IMEC获得了技术来源和合作。中国最先进的两家集成电路制造企业都和IMEC合作,这是一种技术实力不足的现实选择。

  成立合资公司来研发14纳米,无疑是一件好事,但是其实也反应出了中芯国际的无奈,缺乏高端的技术人才,这是中芯国际最大的软肋。

  不过话说回来,不知道为什么,看到合作伙伴有华为,总算对研发进度有了信心,当时制定的目标是2020年开始量产。从目前的情况来看,很有可能会提前,实际上严酷的竞争形势,也要求必须提前。最乐观的估计,中芯国际能在2018年底,也就是一年以后实现14纳米量产就很好了,实际上可能要到2019年。

  也即是说,明年或者后年(2019年)如果中芯国际跳过20纳米的14纳米制程顺利量产了,和台积电明年量产的7纳米的制程差距就从四代变为只有两代了,因为台积电的下一代5/3纳米尚不确定什么时候量产。

  另外同时,按照中芯国际CEO赵海军的说法,从2017年开始也投入资金和人力,跳过10纳米,开始进行7纳米制程的研发。

  台积电目前已经投入三四百人的团队在开发5纳米和3纳米的制程,但是什么时候实现导入量产还是未知数,芯片制造逐渐逼近物理极限是中芯国际的机遇,但是中芯也必须要有紧迫感。实际上,制程在数字上的差距还只是表面上的,即使是14纳米量产,中芯国际的良率和实际工艺效果能不能超过台积电的16纳米都还是个疑问。

  另外还有一点,先进制程很重要,但是技术实力的体现不仅仅是先进的制程,即使是台积电,2016年其40纳米以上(不含40nm)工艺的营收比例也高达46%,按照其营业收入计算,也就是高达135亿美元以上,这是目前中芯国际营收的四倍还多。这么大的市场,为什么中芯国际没有啃下来?

  背后还是技术实力的沉淀问题,能造出这个制程的芯片,不代表工艺水平已经达到了最优,更不代表你就在这一制程具备了技术竞争力。

  因此中芯需要更多的技术积累和研发投入。看下图,虽然稳步提升,但是2016年中芯的研发投入仅为3.18亿美元,需要进一步的加大研发力度。实际上,相对收入来说,3.18亿美元研发投入已经占到了中芯国际收入的10.9%,已经是非常高的水平了。制约中芯国际研发投入增长的是它的收入不高,2016年只有不到30亿美元,也就是说中芯国际如果要不停的保持研发支出,必须先将自己的营收做大。经常有人说,中国制造大而不强,实际上,先将企业做大往往更能把企业做强。

  中芯国际挖来了两个重量级人物。

  一个是蒋尚义,他是台湾大学学士,普林斯顿大学电子工程学硕士,斯坦福大学电子工程学博士,是台积电前研发副总裁,2013年退休时是台积电的共同首席运营官(CEO)。

  是不可多得的高级研发人才。

  在台积电期间,他牵头了从250微米,一直到90nm,65nm,40nm,28nm,20nm和16nm FinFET关键节点的研发。对于还在苦苦寻求28nm HKMG工艺量产的中芯国际来说,虽然已经70岁的蒋尚义担任的只是独立非执行董事,并不参与公司运营,但是他可以起到指路人的作用,避免中芯国际在研发方向上走错路,这就已经可以产生非常大的价值了,那就是节省时间。

  蒋尚义的出走,在中国台湾引起了很大震动,他自己在接受《今周刊》采访时说,是在2016年11月14日来到台积电新竹办公室和张忠谋面谈自己的想法,张忠谋并没有对他进行阻止。在一个月以后的12月21日,中芯国际便宣布了任命。

  另一位就是梁孟松了,2017年10月16日中芯国际宣布任命其为共同CEO,和赵海军一起形成双CEO的局面,可见中芯国际对其重视。

  其实理论上来说,两个CEO并不利于公司的执行效率,中芯为什么要这么做呢?

  一个是梁孟松本身技术能力很强,其2009年从台积电离职加盟三星之后,先是到成均馆大学任访问教授,其实这是三星旗下的大学,并且于2011年7月13日正式加盟三星。

  我们知道,韩国人经常玩这一招,就是为了避免竞业限制条款,往往先把竞争对手的高级人才挖到自己公司旗下的大学任教,等到限制期满,再正式加盟公司。

  另外中芯国际任命梁孟松担任共同CEO,是因为2009年梁孟松出走台积电的导火索——蒋尚义2006年从研发副总裁退休后,他没有上位接替,台积电任命了孙元成而不是他,在台积电得不到发挥和重用。因此中芯任命梁孟松为共同CEO,也是为此显示对梁孟松的重视,也是显示中芯国际对高级技术人才的渴求。

  3:中芯国际的发展前景

  中芯国际的最大优势,就是有国家支持,资金上并不是问题。

  另外中芯在纯代工领域面临的三个敌人——台积电、Global Foundry和联电,中芯还是先把目标订在超越联电比较合适。GF虽然营收规模不高,但是在技术上并不逊色台积电,英特尔,三星三巨头,其7纳米制程预计在2018年就能量产,和台积电的时间基本一致。

  台积电目前还无法成为中芯的赶超目标,就以2015年的三星和台积电为例,从制程上三星14nm领先台积电的16nm,然而在实际苹果iphone 6s手机的使用中,使用三星代工处理器的功耗和发热均比台积电代工版本要差,遭到了消费者的广泛质疑,苹果在官方回应中也说两者有2%-3%的差异。

  梁孟松虽然是高级研发人才,但是技术最终还是一个组织做出来的,在猛将之外,还需要大批有经验的中基层工程师,才能达到最佳工艺,三星显然在这方面比不过台积电。

  另外,梁孟松在中芯算是核心技术人才,但在人才济济的台积电,地位就没那么高了。当年梁孟松出走台积电的背后,就是台积电任命了孙元成和罗唯仁(现任台积电研究发展/技术发展资深副总),孙元成成了研发副总裁,而空降的罗唯仁成了梁孟松的主管,足见台积电人才储备之深厚。

  中芯短期内,应该把超过世界第三大纯代工厂的台湾联电作为目标。

  台湾联电在过去三年发展缓慢,营收从2014—2016年仅仅从43.3亿美元增加到45.8亿美元,三年仅仅增长了6%不到,这是中芯国际赶超的契机。

  另外看2016年的资本开支,中芯国际已经追上了联电,双方的资本开支中芯为26.26亿美元,联电为28.42亿美元,已经相差无几。

  不过在技术上面,中芯目前依然比不过联电。我们都知道联电在厦门和厦门政府+福建电子集团建了个合资厂,叫联芯集成电路制造公司。该厂今年已经量产了28nm工艺,原因为联电台湾工厂的14nm已经在今年Q1宣布量产,联电的28nm可以在厦门开始量产。

  事实上,在2016年28nm制程营收已经占到了联电的17%左右,远远高于中芯,中芯即使到去年Q4也只有3.5%,而联电在去年Q4是22%。

  另外最先进的14nm制程,今年上半年已经占到了联电1%的营收,而中芯预计最快要明年或者后年才有可能量产。

  不过联电总体掩饰不了发展缓慢,日益没落的大趋势,相比于三星,英特尔,台积电,GF,联电不仅营收规模小,增幅缓慢,而且先进制程已经远远落后,其10nm,7nm先进制程短期内都没有打算。而和中芯国际相比,背后没有海量资本作为靠山,在集成电路这个要依靠大量研发支出和资本支出的行业里面,联电处于不利的地位。

  今年年初,联电传出28nm技术团队被上海华力微电子挖角的消息就是个例证,虽然联电说只是正常的人才流动,实际上坐实了挖角的消息。

  中芯国际目前营收仅为联电的64%不到,争取用3年的时间追上联电,这才是中芯国际的实际目标。集成电路制造是长期的战役,不要想着三年赶英五年超美,技术的沉淀是需要时间的,要相信时间在我们一边,最终的胜利在我们。

  中芯国际的三大历史机遇一定要抓住:

  一是摩尔定律的极限在逐渐逼近,先进制程的发展速度在减慢;

  二是国家强力支持集成电路制造产业发展,资金不用愁;

  三是中国本土芯片设计产业蓬勃发展,带来了巨大的内需市场,例如物联网的芯片,汽车自动驾驶雷达的芯片等等,根本不需要最高水平的制程,28nm以上的工艺都可以搞定。

  实际上,由于中国大陆芯片设计产业在以年20%以上的速度增长,对很多中小型芯片设计公司,时常会遇到到国外流片抢不到产能,或者成本费用高的问题。

  市场是有的,钱也是有的,中芯实际上已经解决了一般公司最大的两个困扰,专心把技术问题解决,这是中芯目前最大的任务。

  必须要坚持以我为主的研发体系,目前技术已经成为阻碍中国集成电路制造发展的最大短板。如果没有大批涌现本土的高端技术人才,那么中国集成电路制造产业就无法获得成功。

  我国集成电路制造产业在过去的几十年之所以进展缓慢是有原因的。如果下游的本土品牌企业,本土芯片企业没有起来,那么上游的集成电路制造很难起来。

  我们可以看到,在集成电路上游的制造、设备、材料领域领先的美国、日本、韩国、中国台湾、都有或者说曾经有一批世界级的消费电子品牌企业,以及一批世界级的芯片设计企业。

  当年,中国的品牌还没有起来,中国的本土芯片设计也没有起来,那么上游的本土制造是不可能强大的,总不能永远从国外抢食。

  我们就以2016年为例,中芯国际来自中国大陆客户的营收比例49.7%,比起2015年的47.7%上升了2个点,这说明什么呢?如果没有中国大陆本土企业的崛起,那么今天的中芯营收不是29.2亿美元,而是14.5亿美元。

  而且中国大陆客户的营收增长比起国外的客户营收增长更快,也就是说,如果没有本土芯片企业的崛起,那么去年中芯的营收增速也不会超过30%,而是更低。所以说,下游的本土品牌,本土芯片崛起了,中芯的前景才是光明的,以前中国下游企业没有崛起,也是中芯发展缓慢,且无法盈利的原因之一。典型的从2000-2010年,中芯只有2年有盈利。

  另外一个原因是我们一直没有建立自主技术体系,我们的高铁为什么进步那么快,我们的航天为什么进步那么快,我们的基建技术为什么进步那么快,都是坚持以我为主,对外来技术进行整合,吸收,消化和再创新。

  纵观我们十几年的集成电路制造发展,都是高度依赖外来的技术人才和力量,先进制程还要高度依靠这些空降的人才,这对企业管理,发展方向,文化的建构都是不利,因为技术是公司发展的命脉。

  培养出自主的技术体系是中国集成电路制造的当务之急,不管是中芯国际还是华力微电子的最先进的28nm制程,都不是依靠自主研发的工艺实现的。事实上,我们现在还没有通过正向研发完整的掌握某个纳米先进制造工艺的经验。

  为什么中国现在能造四代战斗机,原因很简单,一代机引进,二代机仿制,三代机自主研发。

  自主研发的三代机歼十出来之后,虽然比F22落后,但是我们知道我国航空军事工业已经上路了,自主研发的四代机出来只是时间问题,现在我们的四代机不仅完全自主研发,而且走在了世界前列。

  我国的集成电路制造业必须要走上这条路,如果还是单纯的依靠引进和依赖外部技术人才和技术路线,总是引进“外来的大腿”,没有自己的双脚,那么就不可能实现技术赶超,只会永远跟在别人后面。

  没有自主技术体系,这个亏我国已经吃过太多了。

  自主的体系是如此重要,绝不能因为自主的技术不行,自主的力量弱小就放弃。

  回到我们的集成电路制造业也是一样,可以大量引进外来技术人才,但是公司必须建立起自主研发的体系,不能让关系着公司前途命运的技术存在于自主技术体系以外,以自己为主,沉下心来培养自主的技术人才,只要上了路,咬着牙搞出了自主研发的第一个先进制程工艺,以后的路就好走了。

  总体来说,由于下游大环境的带动,中国集成电路制造产业前途是光明的,中芯只要技术能做出来,不愁没有客户和市场。以2017年上半年为例子,我国集成电路制造业销售额增长高达25.6%,这背后一个是外资制造工厂继续向中国集中以满足中国国产化的要求。另外一个是本土芯片设计业也增长了21.1%,芯片设计产业增长了,自然带来制造需求。

  有很多人说,中国集成电路制造更先进的制程,受到瓦森纳协定的制约,EUV光刻机不会卖给中国,在这里我想说,中国集成电路制造今天之所以落后,不是因为买不到EUV光刻机。

  第一点,即使是台积电,其40纳米(不含)以上工艺带来的营收也高达135亿美元,而中芯总营收才29.2亿美元,这是因为中芯没有先进制程光刻机导致的吗?当然不是,是制造工艺和水平落后导致的。事实上,中芯现在40纳米以上产线的设备,很多比台积电40纳米产线的设备还要更新,更先进。

  第二点,1996年的瓦森纳协定不是一个强制的协定,由各个成员国自主决定是否出口限制清单上的产品。

  第三点:不管是ASML还是荷兰政府,在商业上都是倾向于和中国做生意获取商业利益。

  2017年9月底,全球光刻巨头ASML中国区总裁金泳璇在接受媒体(DIGITIMES)采访时曾有过如下对话:

  问:针对国内市场、客户,各方现在传出许多声音,听说国内晶圆厂都预定不到EUV光刻机“有钱难买EUV”?

  答:首先,我必须澄清这绝非事实。中国本地的晶圆厂与所有国际客户,于ASML而言都是一视同仁的,只要是确认订单,EUV要进口到中国完全没有任何问题。

  总监制:罗海岩、吴亮

  监制:程瑛

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责任编辑:sgy

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