“非对称竞争”下苦追的国产半导体设备,天时地利人和与产业创新

2006年国务院发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中针对重大战略产品、关键共性技术等提出了16项重大专项,以解决制约经济社会发展的重大瓶颈问题,这其中核心电子器件、高端通用芯片及基础软件以及极大规模集成电路制造技术及成套工艺位于16项重大专项的前两位,也因此被称之为01专项和02专项。

“非对称竞争”下苦追的国产半导体设备,天时地利人和与产业创新

01专项和02专项实施的这15年间,在政策、资本、产业界等共同努力下,两大专项均取得重大进展。2014年《国家集成电路产业发展推进纲要》出台,同年国家集成电路产业投资基金(俗称大基金)和地方基金成立,国家资本入场引导和推动半导体产业发展。经过十几年的努力,目前在工艺、设备、材料及配套设施、EDA/IP等方面形成了比较完善的产业链,在产业模式上也实现了一定的创新。

回顾历史,中国半导体产业是在与国外有十几年差距、在“不对称竞争”的情况下,一步一个脚印奋起直追的。在这一艰辛的追赶过程中,张汝京、尹志尧等一大批怀有家国情怀的产业界大佬起到了重要的引领作用,部分观点到现在仍然适用。

尹志尧:认清差距,调整方向,立志赶超

2014年尹志尧博士在撰写的文章《认清差距,调整方向,立志赶超》中指出,我们和国际芯片工业的前沿差距实际上在拉大,我们必须认清差距在哪里,认真反思落后的原因,认真研究什么是正确的方向,什么事切实可行的发放。尹志尧博士认为我们要“注重分析差距,探讨如何迎头赶上国际最先进水平,在国际产业的超竞争中占到重要的席位”。

半导体设备工业面临前所未有的挑战,纳米加工已接近物理化学的极限,加工已从纳米加工开始进入到原子水平的加工,也就是加工的精度几乎要达到单个原子的水平。光刻蚀已到了远紫外光波的极限,或者设备开发不出来,或者开发出来的设备比大飞机还贵。

“非对称竞争”下苦追的国产半导体设备,天时地利人和与产业创新

工欲善其事,必先利其器。尹志尧博士认为,一代设备的开发总要超前当代芯片的研发两到三年,而超前当代出来,经过改进,要可以达到下两三代的加工要求。就像中微公司开发出的为28-20nm的AD-RIE介质刻蚀机,要核准10nm的刻蚀要求(目前仍然如此)。

芯片的设计和制造越来越受制于关键工艺设备的加工能力(精确度、重复性和可靠性,也是评价设备的重要因素),由于芯片制造超级垄断的形成,三星、英特尔和台积电三家的设备购买就占到全球购买量的60%,再加上另外五个芯片生产的大公司(按21Q2排名,纯代工厂3-10名分别为联电、格芯、中芯国际、华虹、力积电、世界先进、TowerJazz和东部高科),八家的设备购买量超过全球购买量的90%。如果一个设备公司没有进入这八家公司生产线,被核准用在大量芯片生产上,是没有生存和发展的可能的(可见代工厂对设备厂的重要性)。

尹志尧博士认为,中国新兴的半导体设备公司面临一个完全“不对称的竞争”市场,同时还要面临产业周期性的大起大落考验,在每年设备市场有30%到50%以上的波动中,能确保生存,并实现稳定增长,并不是一件容易的事。

尹志尧博士提到,我们的半导体产业在远远落后的情况下,在“不对称竞争”情况下,各地各公司努力在极其分散的情况下,认清差距,拨正方向,以正确的策略,急起直追。

这篇文章发表于2014年,当初尹志尧博士提到的一些情形,目前乃至以后多年里仍然存在。

尹志尧:半导体设备企业要有全球战略

2016年尹志尧博士发表了《半导体设备企业要有全球战略》,提到半导体设备产业绝不仅是供应商的问题,不但是集成电路产业发展最重要的部分,也是国家产业战略升级最重要的产业之一。因此作者提到,希望政府、投资商和业界更加重视设备出产业的发展。

尹志尧博士在这篇文章中再次阐述了“不对称竞争”,即从规模上看,国内优秀公司与国外优秀公司相比,差10倍到20倍的体量。此外还存在着市场占有不对称、国内外市场不对称、准入门槛不对称、人力资源不对称和研发经费不对称等。

实际上,目前这种“不对称竞争”依然存在,甚至相比尹志尧撰写文章的那时候相比,差距还有进一步扩大。尹志尧博士提到,竞争对手每年投入7-8亿做研发,而当时中微公司只有5000万。2020年中微公司研发费用0.98亿美元,全球第一大半导体制造设备供应商应用材料的研发费用高达22.34亿美元,两者相差22倍。

尹志尧博士认为,在种种不对称下,不能光靠市场机制,不能“赚钱的做,不赚钱的不做”,靠一家公司单打独斗,包括以盈利为目的的资本运作,都不可能消除不对称现象,必须要有资金、有人才、有政策。三方面不但都要有,还要平衡,不能有短腿。

在这篇文章中,尹志尧博士提到台积电每年要贷40亿美元的低息贷款,而国内企业贷款利率高,还要提供抵押,光靠资本金公司没法周转。不过这一问题随着科创板的开市而成功解决,中微公司在科创板募集15.52亿元,今年7月份又实施了81.18亿元的定向增发,资金问题已不是问题了。当然作者也提到,资本虽然是必要条件,但不是充分条件,充分条件里最重要的还是人。如果没有团队和技术,参照烂尾的武汉弘芯,再多钱确实没用。

目前资金、人才和政策问题均得以解决,中国目前是全球增速最快的半导体市场,中芯国际、华虹等几十条产线正在建设,对刻蚀等在内的设备需求有非常强的需求。另外中微公司、拓荆科技等一大批设备厂商已经崛起,在各自细分领域均贡献了中国的力量。

但正如尹志尧博士说到的那样,中国半导体设备占全球市场的份额仍然很低,中国设备公司一定要有全球战略,要抓住时机打入国际市场,成为真正的领先者。

目前,除了中微公司、屹唐半导体等极个别公司,绝大多数半导体设备公司仍然立足国内,国际化的难度仍然较大。

张汝京:半导体材料国产化的关键

半导体产业是说白了就是一个材料加工行业,从最基本的原材料硅片的制备到最终的塑封,每一个环节都需要相应的材料作支撑。2020年全球半导体材料市场规模达到553亿美元,占到全球半导体销售收入的11%左右:

“非对称竞争”下苦追的国产半导体设备,天时地利人和与产业创新

资料来源:半导体材料,券商研报,阿尔法经济研究

半导体材料中制造材料占到63%,这其中占比最大的是硅片,占比达到38%,市场规模约为130亿美元左右。

半导体产业发展至今,离不开的两大因素,第一是不断微缩的尺寸提高了集成度,降低了器件的单位成本。第二则是通过扩大晶圆衬底尺寸,更大的面积可获得更多的芯片数量。

半导体硅片的核心工艺包括单晶工艺、成型工艺、抛光工艺、外延工艺等,技术壁垒高。国内由于半导体硅片起步较晚,在关键设备及关键工艺上与国外巨头差距较大,因此发展较为缓慢,大硅片对外依存度非常高。

2015年沪硅产业成立,主要专注于大硅片的产业化项目。2018年公司实现300mm半导体大硅片的规模化销售,打破了国外企业对大硅片的垄断。2020年公司12英寸大硅片实现营收3.16亿元,截止2020年底公司建成12英寸大硅片产能20万片/月,同时突破了28nm及以上制程。

“非对称竞争”下苦追的国产半导体设备,天时地利人和与产业创新

资料来源:沪硅产业发展历程,券商研报,阿尔法经济研究

目前沪硅产业可以向客户提供12英寸抛光片和部分外延片,再加上立昂微、中环股份、中欣晶圆和超硅半导体等的大硅片项目,国产大硅片如雨后春笋般成长起来,可以实现部分进口替代。

2016年张汝京博士发表了《半导体材料国产化的关键》,在这篇文章中,张汝京针对当时国内12英寸硅片的需求缺口,提到“中国政府规划这个项目要国产化,不仅做研发,而且要量产”,并表示希望“我能来负责,我很愿意。这是国家蛮重要的工作,对我是一个非常重要的使命”。

“非对称竞争”下苦追的国产半导体设备,天时地利人和与产业创新

在文章中张汝京博士提到,大尺寸半导体晶圆项目有相当大的门槛,国内研发过关,但量产有设备、技术上的障碍。早期设备进口有限制,现在是缺人才,“大量生产300mm硅片所要求的人才,国内基本没有”,但也提到在研发方面有不错的人才。

张汝京博士认为中芯国际成功的第一个要素是市场,当时中国是全球需求第二大市场(目前是第一),容易让一个企业发展起来。其次,张汝京博士提到的要素是人才、政府支持和有经验的经营团队。

从沪硅产业、立昂微及安集科技等其他材料公司的发展历程来看,国内半导体材料企业在政策、资本等助力下,在人才和技术的不断积累下,在国内庞大的市场需求的拉动下,正处于历史难得的黄金发展期。

中国半导体发展的天时地利与人和与CIDM模式

2016年,参与中芯国际创立的谢志峰博士在《中国半导体发展的天时地利与人和》这篇文章中提到,中国半导体产业的发展目前具备天时、地利和人和,其中地利指的是市场在中国;人和说的是中国除了本国的人才,国外也有大量人才回国,充实了人才资源。至于天时,笔者认为这就是01专项和02专项实施以来政府对半导体产业的长期规划与政策支持,尹志尧、张汝京等引领下业界长期的坚持以及华为、中兴事件后国产替代兴起对国内半导体产业的正向反馈。

谢志峰博士撰写这篇文章时提到一个观点,那就是中国半导体需要全产业链,但强调所有的细分行业放在一个公司是不可靠的,因为每个公司都有自己的基因、自己的特长,一个公司做到大而全是不可能做到世界第一的。

这篇文章中谢志峰博士提到一个观点,就是站在战略角度,中国必须把存储芯片发展起来,同时也提到国内有人、有钱,“不要老想着引进,自己要创新”,但对一些国内没有的需要引进。

关于创新,笔者很推崇张汝京博士提出的CIDM模式。在2017年撰写的《共享式CIDM模式,进可攻、退可守》这篇文章中,张汝京博士对CIDM的基本想法与特点进行了阐述。

张忠谋在80年代提出了垂直分工模式之前,半导体行业的通用模式是IDM垂直一体化模式,但这个模式有相当大的挑战性,在资金、产品、设计、工艺、生产和人才等方面都对公司有很高的要求。

CIDM模式也就是在一家公司不容易做IDM的情况下,多家企业可以一起合作、分担投资,产品可以互补,这样资金的压力大大减少。同时因为投资的人就是公司的客户,可以优先向CIDM下单买芯片,对Fab的产能利用率很有保障,对投资人来说他们需要的芯片产能也有保障,对双方都有利。

张汝京博士在文章举了新加坡TECH公司的例子。新加坡TECH公司是由德州仪器(T)、新加坡政府EDS经济发展局(E)、日本佳能(C)和惠普(H)共同设立的以存储器为主的IDM公司,自己设计、生产及销售,目前运营较为成功。

2018年5月张汝京博士组织力量在青岛创立了芯恩半导体,项目一、二期总投资约150亿元,建成后可实现8英寸和12英寸芯片制造及光掩膜版等的量产,这也是国内首个CIDM项目。

今年8月份芯恩半导体正式宣布8英寸投片成功,在公司举办的誓师大会上,张汝京博士激励全体员工,“大家一定要有耐心、信心、决心,用更有毅力和坚韧不拔的心态,一定把项目做成功,为中国半导体做出贡献!”


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页面更新:2024-03-11

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