[原创] 国产半导体实力大阅兵

2020-10-01 14:00:04 来源: 半导体行业观察





谨以此文,献给所有奋斗在半导体产业一线的“萤火虫”们。



序幕


筚路蓝缕,以启山林。

这是新中国成立以来的真实写照,也是中国半导体一路走来的心路历程。

近年来,中国半导体产业的发展不可谓不艰辛。外有技术封锁,内有芯片造假。对中国经济以及中国半导体产业的发展,都造成了极大的影响。

饶是如此,只要有点点星火,稍有风吹,便能成燎原之势。

这与国内大大小小的半导体企业的艰苦前行无法分割。他们聚似一团火,散是满天星。以自己的力量,为国内半导体产业发光发热。

正值国庆,半导体行业观察以一场精彩的国产半导体实力大阅兵为礼,献给所有为产业奉献青春的半导体人。

发展


在这次阅兵礼上,封测、设计、制造业三路并进,组成气势极为磅礴的徒步方阵,向世人展示了中国的半导体能力。

第一方阵:设计

首先,迎面走来的是IC设计方阵,他们举着各种公司的LOGO,迈着整齐的步伐。

华为代表队一马当先,气势逼人,标语也很逼人——“没有伤痕累累,哪来的皮糙肉厚”。好一番铮铮铁骨!正如华为技术有限公司总裁任正非说,现在的华为就像一架被打烂了的飞机,消费者业务的油箱已经千疮百孔,要经过不断的资金投入和技术积累,华为才有能力应对外来挑战。


华为海思半导体创立于2004年,前身是创立于1991年的华为集成电路设计中心,其研发的产品覆盖了移动设备、无线网络、固网和数字媒体等多个领域,其中视频监控的相关芯片在国内更是拥有绝对领先的市场地位。另外,该公司近年来在移动处理器上的发力,目前,根据Counterpiont的最新数据显示,在移动处理器领域,海思半导体已经是世界第三大公司,公司已连续多年稳坐中国IC设计领头羊的位置。

见微知著,不难发现,近年来,国内IC设计产业正在不断加速发展进程。

根据中国半导体行业协会数据统计,2019年中国集成电路设计企业达1780家,比2018年又增加了82家。IC设计销售收入预计超3084.9亿元,在全球集成电路产品销售收入占比首次超过10%。

分类型来看,CPU方面,我国从“十五”开始,国产CPU自主性的问题再度提上议程,产业政策就不断加码。在经历数十年的艰辛探索后,目前,国产CPU产业已初具规模,涌现出一批领军企业。国产厂商已经涉足了ARM、MIPS甚至X86等多种指令集架构,不论自研还是授权都已经有所成就。

国内天津飞腾、海光、申威、龙芯、兆芯、华为海思等公司均有产品推出,且近年来产品性能提升明显。比如在高性能计算方面,天津飞腾、海光申威等处理器产品已经在E级(每秒百亿亿次)超算原型机上得到应用;在服务器方面,飞腾、龙芯、海光、华为海思均有新品发布,其中飞腾2000+/64核产品性能已经与英特尔主流E5部分产品性能相当。移动CPU方面,华为海思是最具国际竞争力的中国大厂。CPU国产化大潮起,群雄正逐鹿中原。

GPU方面,我国产业发展较为缓慢,一部分原因在于GPU的确存在着技术壁垒,而且这一技术壁垒短期内无法跨越。Moor Insights & Strategy首席分析师莫海德曾表示:“相比CPU,开发GPU要更加困难,而GPU设计师、工程师和驱动程序的作者都要更少。”

国内目前也有一些自主研发GPU的公司,景嘉微、长沙韶光这两家公司刚刚转向民用市场,景嘉微是目前国内唯一一家自主研发GPU并实现产业化落地的公司,产品主要包括图形显控、小型专用化雷达和芯片等。

MCU方面,总体来看,不论是市场份额还是技术先进性,都无法和国外企业相比。国内MCU应用领域多集中在低端电子产品,中高端电子产品市场还在外企手里。随着物联网兴起,电子产品智能化需求越来越多,传统产业升级已经迫在眉睫,催生了不少MCU企业。

其中有兆易创新,中颖电子,北京君正,深圳中微半导体,华大半导体,灵动微电子,极海半导体,东软载波,上海贝岭,复旦微电子、航顺芯片等企业(非全部企业)。

作为国内第一批上市的MCU公司,中颖电子的MCU产品广泛应用在家电和仪器仪表等领域。兆易创新是本土最大的32位通用MCU厂商,已于2020年初开始进入光通信领域,针对光模块应用已经推出了GD32E232系列MCU。

FPGA芯片是中国半导体产业链中非常薄弱的一环,相关资料指出,国产FPGA企业产品由于在技术、资金、人才上的壁垒及FPGA量产上暂时落后,目前在中国FPGA市场占比约仅为4%。极低的市占率意味着巨大的市场潜力,为争取更大的市场份额,近年来国产FPGA企业在技术上追赶进度较快。

比较领先的企业主要有紫光同创、京微齐力、高云半导体、上海安路、上海复旦微电子等企业。目前,国内方面大部分企业已开始了28nm的研发,紫光同创是国内第一家推出28nm FPGA芯片的厂商,安路和高云的28nm FPGA也都在研发中,预计2020年均会发布样品,上海复旦微电子也推出了28nm工艺亿门级FPGA系列产品,京微齐力预计2021年推出22nm系列产品。随着国内FPGA厂商全面进入28nm千万门级产品的研发,意味着中国FPGA厂商已经开始真正进入与先进厂商的直面竞争阶段。

存储器方面,随着5G、物联网(IoT)、边缘计算、人工智能等技术的发展,推动了数据的爆发式的增长。而如此巨量的数据的产生,也直接推动了以DRAM和NAND Flash为代表的存储芯片产业快速的发展。不过,在过去多年来,存储芯片市场一直被国外厂商所占据。所幸的是,随着国产存储厂商相继量产,国外厂商对于存储芯片的垄断开始被打破。

兆易创新加大在存储器方面的布局,业务涵盖NOR Flash、NAND Flash、MCU、指纹识别等芯片关键技术领域。兆易创新在2020年半年报中指出,在NAND Flash产品上,24nm制程产品持续推进,公司将完善中小容量NAND Flash产品系列。

东芯半导体聚焦中小容量通用型存储芯片的研发、设计和销售。公司可以同时提供 NAND、NOR、DRAM等存储芯片完整解决方案。

值得注意的是,在存储领域,多是IDM(Integrated Device Manufacturing,国际整合元件制造商)厂商,如长江存储,以及合肥长鑫。

长江存储在NAND Flash领域已实现突破,今年4月份发布全球首款128层QLC存储芯片后,预计将于今年年底实现量产。长鑫存储目前量产的主要是19nm工艺的DDR4/LPDDR4/LPDDR4X芯片,预计将在2021年推出17nm工艺DRAM芯片。

在最新兴的AI芯片行业,市场正在快速增长,目前,部分AI产品已经可以落地且持续优化中,算法逐渐趋向稳定。对于我国而言,自2014年AI芯片创业潮以来,国内AI芯片企已超过数百家。

公开宣布推出AI芯片产品的企业包括传统芯片厂商华为海思、紫光展锐、瑞芯微等,也有凭借自己在互联网领域深厚实力进军AI芯片的科技巨头百度、阿里巴巴,还有诸如寒武纪、地平线、云天励飞等大批专注AI芯片细分领域“后起之秀”。光是在2019年,就有阿里巴巴、百度、寒武纪、黑芝麻、地平线等多家厂商推出了性能领先的AI芯片产品,覆盖图像识别、智慧城市、云计算、自动驾驶等多个领域。

对于中国IC设计产业来说,从细分领域实现突破似乎成为可行之道。

例如汇顶科技,2017年,汇顶科技在指纹识别芯片领域实现了对瑞典FPC的超越,是我国设计芯片在消费电子细分领域少有的全球第一。汇顶科技目前已经成为中国电容屏触控芯片、指纹识别芯片和固定电话芯片三大市场的主要市场占领者。

韦尔股份在2019年完成对北京豪威(北京豪威是全球前三大图像传感器供货商)及思比科的收购后,表现也十分亮眼。其主营业务实现了在CMOS图像传感器领域的布局。靠“买买买”实现盈利能力和估值双增,韦尔股份成为市值超千亿的半导体上市公司之一。而在收购之前,韦尔股份在本质上还是个贸易中间商,不是半导体设计企业,收购使得韦尔股份实现了真正的转型。

紫光展锐是我国集成电路设计产业的龙头企业,在4G时代低调的紫光展锐进入5G时代后,加快了进度,在2019年初5G尚未商用时就发布了自研5G基带春藤V510,并在今年初发布了首款5G SoC——虎贲T7510,采用台积电先进的6nm EUV工艺。纵观全球5G芯片市场,唯有5家:华为海思、紫光展锐、三星、高通、联发科可以提供5G基带芯片。紫光展锐显然已经走进了5G时代的前列。

当然还有很多公司,篇幅有限无法计入。他们披星赶月,遇强更强,不断不破。从各自的领域着手,实现了质的飞跃,也为中国半导体产业注入了强大能量。

第二方阵:封测

再看向封测方阵,真是好不威武!封测领域可以说是我国目前集成电路产业中最强的一环。众多国产封测厂家不仅已经在体量上形成了规模效应,而且在战略上以长电科技为首已经融入了国家队,组成了兵团作战体系。

目前,中国大陆与中国台湾、以及美国在全球封测市场中三足鼎立,2019年所占据的市场份额已达到28.1%。根据中国半导体协会统计,大陆封测企业数量已经超过了120家。

在众多封测企业中,长电科技、通富微电以及华天科技“三巨头”表现较为优秀,全球前十大封测厂商中,长电科技、通富微电和天水华天分列第三、第六和第七,他们走在方阵的最前列。

依靠发起多起国际并购,大陆封测厂商取得了长足的发展。2014年11月,华天科技以4200万美元收购美国 Flip Chip International,LLC 公司及其子公司 100%的股权,提高了公司在晶圆级集成电 路封装及 FC 集成电路封装的技术水平。

2015年1月,长电科技在国家集成电路产业基金的支持下,斥资7.8 亿美元收购全球排名第四的新加坡封测厂星科金朋,获得了其先进封装技术以及欧美客户资源,长电科技市场份额跃居全球第三。

2015年10月,通富微电与AMD签订股权购买协议,出资 3.7 亿美元收购超威半导体技术(中国)有限公司和 Advanced Micro Devices Export Sdn.Bhd. 各85%的股权。收购完成后,通富微电作为控股股东与AMD共同成立集成电路封测合资企业。

2017年到 2018年,苏州固锝分两次完成了对马来西亚封测厂商 AICS公司100%股权的收购。

2018年9月,华天科技宣布要约收购马来西亚主板上市的半导体封测供应商UNISEMUnisem75.72%股权,合计要约对价达到29.92亿元。2018年11月,通富微电宣布,拟不超过2205万元收购马来西亚封测厂FABTRONIC SDN BHD100%股份。


国内封测厂商,依靠自己的“钞”能力,进行强势收购,在世界舞台夺得了一席地位,为我们展示了一出精彩的方阵表演。

目前,国内封测主要以传统封装产品为主,近年来通过并购快速积累了一定的先进封装技术,基本和海外厂商同步,但是整体先进封装营收占总营收比例与中国台湾和美国地区还存在一定的差距。

第三方阵:制造

在制造业方阵中,设备企业走在了前面,他们给自家机台装上了轮子,插上了旗帜,这些只能出现在洁净室的设备,第一次在大众面前展出,设备产业的人才们走出了虎虎生威的步子,只有设备起来了,我们半导体才有钢铁一般的扁桃体,这样就不怕别人扼制咽喉。

近年来,我国半导体设备产业正在加速布局,紧锣密鼓发展。在全国各地新建产线的推动下,2018年中国半导体设备需求激增,市场规模达128.2亿美元,同比增长47.1%,是全球设备产业增长速度的近5倍。

在新建晶圆厂中,半导体设备支出占八成左右。其中,晶圆制造设备在半导体设备中占比最大。芯片制造主要包括晶圆片生产、光照光刻、刻蚀与离子注束、沉积与抛光等步骤。

光刻机是晶圆制造最核心的设备,全球最大光刻机厂商ASML占据了八成以上的份额。国内最好的上海微电子光刻机目前还停留在90纳米量产水平。

但在检测、清洗、硅片制备等领域,国产设备已具备一定替代实力。例如长川科技的检测设备,晶盛机电的单晶炉,至纯科技的高纯工艺系统和清洗设备。

中微公司和北方华创是国产半导体设备的领军企业。中微公司被认为是2019年科创板最强芯片股,主要专注于研发等离子体刻蚀设备和MOCVD(化学气相沉积)设备。中微已成功开发7纳米介质刻蚀机,是唯一打入台积电7纳米制程的国产设备商。

北方华创立足泛半导体产业,聚焦集成电路、光伏、面板、LED等细分领域,半导体装备包括刻蚀设备、沉积设备(PVD/CVD/ALD)、氧化炉和清洗设备等产品,是国内主流半导体设备供应商。

受存储器投资复苏和在中国大陆新建及扩建工厂,国际半导体行业协会(SEMI)预计,2020年半导体制造设备的全球销售额为588亿美元,比2019年增长12%,中国大陆将成为半导体制造设备的最大市场。

晶圆代工企业不甘落后,以晶圆为盾,护住周身,为国产半导体堡垒再加防御。其中,中芯国际与华虹半导体并称为中国晶圆代工双雄。

中芯国际是中国大陆最大的晶圆代工厂,向全球客户提供0.35微米到14纳米工艺代工与技术服务。2019年第四季度中芯国际14纳米正式出货,开始正式贡献营收,标志着中芯国际14纳米工艺实现小批量生产,8月11日,据财联社消息,中芯国际在互动平台表示,14纳米已进入量产阶段,良率稳步爬升中。

华虹半导体是全球领先的特色工艺纯晶圆代工企业,实施“8吋+12吋”晶圆差异化技术的企业发展策略。2019年华虹半导体实现销售收入9.33亿美元,再创公司历史营收新高,同比增长0.2%。

半导体材料方面是我们非常薄弱的环节。包括半导体制造材料和半导体封测材料,细分领域非常广泛。国产的半导体材料目前大部分仍处于前期研发摸索阶段,国内12英寸主流产线上的半导体材料基本都需要进口,只有部分抛光液、靶材、电子气体、少量湿化学品可以做到国产替代,而其中以安集科技的抛光液的国产化程度最高。国内还有硅产业集团、中环股份硅片厂商,总体与先进厂商相比还有较大差距。

国内半导体制造领域向来被认为是产业链中较薄弱的一环,但随着产业迅速发展,在美国步步紧逼下,中国政策正在持续加持,要把美国卡脖子清单变科研任务清单。

9月4日,据彭博社援引知情人士的话称,中国正在规划制定一套全面的新政策,以发展本国的半导体产业,应对美国政府的限制,而且赋予这项任务“如同当年制造原子弹一样”的高度优先权。
近日,中科院院长白春礼也在国新办发布会上表示将集中力量、集中优势聚焦国家最关注的重大科技技术,其中就包括了近期由于华为面临的问题而广受关注的光刻机,这意味着国家队将出手帮助包括华为在内的国内芯片行业解决芯片制造难题。

多项政策,皆是对我国半导体制造产业的支持。在此良好机遇下,我国半导体制造厂商,定然会趁势崛起乃至腾飞。

尾声


我国集成电路发展至今,已获得了不少成果。但在设计和制造领域与世界顶尖水平仍然存在差距。

在设计领域,国内大批不同种类的芯片设计都还从来没有设计出能占有不可忽视市场份额的产品。庆幸的是,在某些细分领域,已经实现了一定突破。

在制造领域,国内大陆代工厂与中国台湾地区的台积电仍存在较大差距;同时在设备方面,仍然有目前无法逾越的鸿沟 。

而在封测领域,我国企业技术水平和世界一流水平差距已逐渐缩小,目前,国内封测体量已经进入世界前三位,且发展速度显著高于其他竞争对手。但需要注意的是,整体先进封装营收占总营收比例与中国台湾和美国地区还存在一定的差距。

富士康创始人郭台铭曾说:“未来,越高端的半导体,越是一场‘权贵’的游戏。到那时你会看到,只有倾全国之力,将一个产业做到极致,全世界都无可替代的时候,你才能活得下来”。

如今,各地已具备良好的政策导向,中国半导体厂商需把握机会,星夜兼程,努力突破自我,成为行业领头羊,才能长久立于世界舞台。


*免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。


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责任编辑:Sophie
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