深度:到底是什麼制約了中國半導體的發展

眾所周知,按照產業製造流程,集成電路產業鏈一般分為材料、設備、設計、製造和封測五個環節。隨著產業發展高度成熟,各領域已經衍生出包括技術服務在內的多個細分領域。


與芯片有關的關鍵詞

傷不起的國產

中興禁運事件的發酵讓我國半導體產業的短板暴露在公眾面前,引起了整個社會對我國芯片設計、製造的關注。從一粒不起眼的沙中取得原材料,小小一顆芯片左右了中美兩國的貿易天平。

主要集成電路產品的國產化率

舉個不恰當的例子,我國的集成電路產業如同中國足球,設計製造跟英特爾、三星、臺積電的巨大差距並不可怕,基礎材料和設備研發的滯後、缺席才是制約發展的根本。

不信,我們來盤點一番。

前後端材料

半導體材料領域主要由日本和德國把持

1、單晶硅片作為最基礎的原材料,其核心難點是達到極高的純度,一般要求做到九個9(即99.9999999%)以上。目前國際上以日本信越、SUNCO和德國Siltronic為代表的國際巨頭已經把持國際市場幾十年,其中信越已經實現11個9的純度,技術壁壘極高。

目前國際上300mm硅片已成主流,佔據70%市場份額,目前國內僅上海新昇和有研半導體有望在近兩年實現量產。

芯片製造的母體——硅片

2、輔助材料中以光刻膠和濺射靶材最為關鍵,其中日本三家廠商(JSR、信越化學和東京應化)和美國陶氏化學佔據光刻膠領域95%市場份額,我國該領域發展較晚,在精度和高端技術方面與國外差距非常大。

濺射靶材則涉及高純度金屬提純、高端焊接和精密加工技術,已經被日本JX、Tosoh、美國Praxair、Honeywell壟斷多年。好在近年江豐電子脫穎而出,已成為臺積電和中芯國際的供應商。

製造設備和軟件

工藝設備和軟件美國占主導地位

1、由於半導體設備市場已經高度專業化和全球化,經過層層兼併和淘汰,所以每個細分領域上表中僅剩下1-2家企業,動輒壟斷市場,業內有“一代器件,一代設備”之說,所以即使非常昂貴,要想追趕甚至替代極為困難。

2、核心設備引進難以逾越禁運大棒,這部分企業中以荷蘭ASML製造的光刻機最為大家所熟知,由於《瓦森納協議》,中國進口的光刻機往往只能選擇國外淘汰下來的二手貨,直接導致芯片製程落後國外2-3代。

3、EDA作為半導體行業設計的核心工具,美國三家企業(Synopsys、Cadence和Mentor)瓜分了全球超過70%的市場。國內EDA行業起步於1986年(美國Synopsys同年成立),目前以華大九天為代表,但長期缺乏產業化,仍然很不成熟。

一些好消息

近年來,一系列政策的出臺和國家大基金對國內集成電路製造企業的連續投入也促進了國內的整合和發展。

1、比如設計領域我們熟知的有華為海思、紫光展銳、兆易創新(GD)和匯頂科技等,其中前兩者2016年營收已經進入全球半導體設計TOP 10;

2、晶圓代工領域以中芯國際(SMIC)和華虹宏力為代表,也在國際市場佔據一席之地;

3、封測行業是當前唯一一個有望跟國際巨頭一爭高下的領域,經過一系列併購,長電科技(收購星科金朋)、華天科技(收購FCI及子公司)和通富微電(收購AMD蘇州和檳城)分列全球十大封測廠商第三、六、七位。在技術差距已經不大的情況下,這三家企業接下來將在高端封測領域向日月光和Ankor發起挑戰。

深色部分代表大基金已經投資的企業

總的來說,我國半導體全行業的短板集中在上游基礎產業,比之設計、製造和封裝趕上國際潮流更為困難。

其原因我認為有以下幾點:

首先,跟後工業化國家動輒近百年的企業相比,基礎研究薄弱、產業化時間短;

其次,上游競爭十分激烈,高技術投入、高價值、低使用量造成後來者市場空間狹窄,難以吸引資本投入;

第三,上下游企業匹配要求高,特定工藝的材料與設備才能形成滿足市場需求的一代產品,生態相對封閉;

第四,人才培養不足和政治壁壘。

正如前文所言,半導體是強者的遊戲,更是強國博弈的戰場。中美貿易戰將這塊遮羞布挑落長期來看不是件壞事,不要高估自己的過去,更不要低估自己的未來。所謂注意力決定生產力,已經在我國眾多行業得到證明,半導體也不例外。