炼数成金 门户 商业智能 芯片 查看内容

半导体人必须收藏的全球IC产业链布局总结

2017-10-10 16:56| 发布者: 炼数成金_小数| 查看: 18632| 评论: 0|原作者: 莫文宇团队|来自: 长江电子
摘要: 从1958年第一块集成电路发明开始,IC产业经历起源于美国,发展于日本,加速于韩国、台湾的历程,21世纪以来,中国逐步成为IC产业发展的一份子。日、韩、台三地在经历了引进先进技术期后,发展了适合自身的产业发展模 ...
存储 计算机 集群 芯片 物联网
从1958年第一块集成电路发明开始,IC产业经历起源于美国,发展于日本,加速于韩国、台湾的历程,21世纪以来,中国逐步成为IC产业发展的一份子。日、韩、台三地在经历了引进先进技术期后,发展了适合自身的产业发展模式,不论是日本的自主研发,韩国的市场把握,还是台湾的专注分工,都使其成为了全球IC产业的中坚力量。回顾整个发展史,处于集成电路发展新周期的中国该如何利用好这次产业转移浪潮是值得我国IC企业深思的问题。

全球IC产业商业模式变革
经历了三次产业变革的IC产业从一开始隶属于系统公司到集成一体IDM,再到Fabless、Foundry与IP供应商相继涌现,最终形成了IDM与专业分工两大模式。随着IC产业制程工艺越接近极限值,各大厂商在制程跟进与生产投资上的投入今非昔比,IDM企业纷纷采取轻资产化策略,转型为Fablite, 甚至是Fabless。如今,无论是IDM,还是专业分工里的Fabless、Foundry都呈现大者恒大的格局,中国企业欲拥有一席之地仍需找准合适发展模式

国内IC制造企业的投资进度与步伐
自2014年以来,IC制造产业是国家集成电路产业投资基金投资的主流方向,再加上近年来各大企业并购投资频繁,资金运作在制造业成了重要一环。各大IC制造大户都在纷纷投资并购,致力于扩充实力、扩张布局。尽管大陆企业在晶圆代工技术层面还有一定差距,差异化经营、多领域扩张、跟进生产技术都是未来投资的重要方向。看准方向着重投资、抓住时机合理布局、将投入形成产出才能让国内IC制造业迎头赶上

全球IC产业主导地位更迭

芯片产业转移历史概况
芯片由集成电路经过设计、制造、封装等一系列操作后形成,一般来说,集成电路更着重电路的设计和布局布线,而芯片更看重电路的集成、生产和封装这三大环节。但在日常生活中,“集成电路”和“芯片”两者常被当作同一概念使用。

自美国德州仪器(TI)在1958年发明了世界上第一个集成电路后,双极型和MOS型集成电路也随之出现并引领集成IC产业(芯片产业)蓬勃发展。与大多产业相同,IC产业也完成了由西至东的转移之旅。这六十年间,IC产业从1960年开始经历起源于美国,发展于日本,加速于韩国台湾的历程,在2015年后,中国逐步成为IC产业发展的一份子。


创新为先的芯片“鼻祖”——美国
在产业发展的初级阶段,美国集成电路产业经历着日新月异的变化。据《麦克科林》(McClean)表明,20世纪60年代,美国将主要研究成果运用于国家军事建设,军用集成电路市场占比高达80%~90%。直到上世纪90年代初期,军用集成电路产品仍然占据着集成电路总市场的近半壁江山,比例仍有40%左右。随着90年代末期集成电路在民用电子领域的渗入,CPU、存储器和模拟器件等运用扩宽了新的一片市场,英特尔和德州仪器等美国企业借由PC普及的契机进一步发展壮大,巩固了美国在全球集成电路市场的霸主地位。

事实上,美国早期的集成电路企业大多选择纵向一体化(IDM)的组织架构,即企业内部可完成设计、制造、封装和测试等所有IC生产环节。这样的组织架构使得企业具备生产环节顺畅、制造时间缩短等优势,但也形成企业资产投入太重、规模庞大、变通不畅等缺点。

一直稳坐IC产业世界第一的美国,因为日本在DRAM上的大力赶超于1986年被拉下了宝座。此次 “DRAM”之争的战败给美国IC产业敲响了警钟,美国于1989年底组建了“国家半导体咨询委员会”,力求发展IC设计技术,提供高附加值、创新性强的集成电路产品。随后,美国一举夺回了全球IC产业霸主的地位。

20世纪90年代,全球化进程加快、国际分工概念深化和美国集成电路市场需求旺盛促使美国企业考虑将中低端环节剥离,并逐步向亚洲区域转移。顺应第三次产业结构变革浪潮,美国市场涌现了一大批结构轻盈、反应迅速的无工厂芯片设计企业(Fabless),而处于芯片生产链中下游的利润较低的制造环节大多被分配给亚洲新兴企业。


随着轻资产化趋势的渗透,部分美国IDM企业实行了结构转化或者制造外包的转变。再加上,选择在美国制造扎根并建立生产线的企业也少之又少,仅仅有Intel,Samsung,GlobalFoundries等企业。在这样的背景下,美国IC产业逐步褪去制造的内核,大多倚靠研发力量推进产业前进。尽管,美国的轻资产化趋势受到多方质疑,但不得不承认美国老牌一体化IC企业和新兴的设计企业一直在推进整个行业的进步。至今, IC企业聚集的“硅谷”仍不断地给美国提供创新技术;IC产业和其他电子信息产业成为美国经济增长的助力器。

英特尔:引领行业为先导,摩尔速率创奇迹
英特尔公司自成立之初就成为了集成电路领域的代名词。伴随着摩尔定律应验半个世纪之久,英特尔用实力捍卫了定律的真实性,其技术的革新速率之快在行业内早已是不争的事实。在20世纪80年代初期,英特尔的业务面不仅由微处理器作为支撑,还涉及存储器等方面。然而,日本企业在DRAM领域的赶超逐渐成为英特尔在存储器市场上的阻碍,其低价格、大规模的策略给英特尔沉重一击。由于DRAM市场份额的加速蚕食,英特尔在1985年后做出历史上极其关键的决定——放弃DRAM,转战微处理器。成功的战略转型给英特尔的业绩增长加足马力,创造了多次业绩爆发点。


自1985年转型以来,英特尔以其产品优势实现一次又一次的业绩爆发。尽管,深受半导体行业周期性与经济周期的双重影响,英特尔还是保持着销售额稳步增长的趋势,多次增速大于50%,负增长率年份屈指可数。


英特尔自成立以来一直秉承着摩尔定律的信条,特别是在2006年,更是提出“Tick-Tock”(每两年时间更新处理器微架构与制程)来督促公司走在行业技术的前列。英特尔的技术精神是其实现产品提升和业绩释放的关键所在。

步入14nm,甚至是10nm后,摩尔定律的实用性大大下降。技术的再度突破再也不像研发前期那样轻而易举,两年时间不再适用于尖端技术的实现。尽管如此,英特尔只要始终保持技术至上的态度便会一直助力其稳坐世界第一之位。

“引进+自主”结合的半路强国——日本

IC产业发展时期
日本集成电路产业的可以追溯到20世纪50年代。从二战后的百废待兴到80年代的IC第一强国,再到现在全球化下的格局重组,日本在集成电路产业经历了从小到大、从弱到强的演变。在这风雨六十载的岁月里,日本在芯片领域大刀阔斧的改革都是历史、市场推动的结果,把握时机、合理转变、自主创新等一系列措施都有值得我们借鉴学习的价值。


早期产业模式
发展初期,日本IC产业主要以“引进赶超”、发展民用电子和瞄准市场动向为指导进行发展。一方面,“引进赶超”模式符合日本企业保守严谨的特点,将已经形成的独创性研究拓展至应用领域能极大的减少风险。另一方面,日本采用民用电子市场的潜在需求刺激技术和集成电路产业良性发展。相比于美国的军用半导体产业,曾因二战禁止涉足军事建设的日本在民用市场上因祸得福。


日本超大规模集成电路(VLSI)项目

20世纪70年代,一是日本被迫向美国开放其国内计算机和半导体市场,二是美国IBM 公司正研发具有高性能、小体积特点的计算机系统,Future System。这两件事催化了日本政府进行自主研发芯片,缩短与发达国家差距和抵抗美国企业侵蚀市场的决心。

1976年,日本通产省组织富士通、日立等五大公司与日本工业技术研究院电子综合研究所和计算机研究所联合打造日本超大规模集成电路(VLSI)项目,项目共投资737亿日元。

该项目划分了两大实验室:联合实验室和企业实验室。联合实验室着重研究适用于任何企业的通用技术,不涉及企业的核心特有专利;成员企业研究室致力于项目的实用性研究,着眼于计算机和信息系统的研发。


在项目运行的四年里,100多项专利给日本企业成功助力,给未来日本新型芯片的研发打下了坚实牢固的基础。


成败DRAM
英特尔公司成功研发“通用型MPU”,一举将半导体产品市场从“专用型”推向“通用型”。通用型MPU的研制不仅帮助英特尔公司成为半导体行业的佼佼者,也给个人电脑普及埋下种子。PC市场的扩大撬动了DRAM存储器需求膨胀的大门。整个市场都在等待着更高质量、高性能DRAM存储器的出现。 在VLSI项目中,日本企业早已对DRAM 有了深刻的了解,1980年就成功制造出高水准的DRAM制造设备,为实现DRAM升级与量产蓄积力量。DRAM时代的到来顺势助力日本稳步跻身集成电路强国之列,甚至给日本带来赶超美国的绝佳机遇。

自1980年起,经历了近十载自主研究的日本在80年代初期逐步实现了集成电路的国有化。这段期间,日本集成电路进出口呈现进口保持平稳、出口逐步上升的态势,并且出口总额自1980年后超过总进口额。


日本集成电路的发展,特别是DRAM的批量化生产,促使其本土电子市场得到满足。在1986年,尽管全球集成电路市场经历两年的萎缩期,日本借机超越美国,成为世界市场占有率第一强国。从1980至1986年期间,美国的半导体市场从61%下降到43%,而日本由26%上升至44%。1986年至1990年日本集成电路生产额保持6.3%的平均增速,1990年至1992年保持9.9%的增速。

然而DRAM的通用性也成为了将日本拉下宝座的关键因素,DRAM技术一旦通用,日本原先保有的研发优势被规模经济下的价格优势所取代。作为“亚洲四小龙”的韩国也开始在集成电路上实现弯道超车,引进大量DRAM设备,运用通用技术抢占市场。特别是,90年代中后期,三星电子的“双向型数据通选方案”得到美国半导体标准化委员会(JEDEC)的认可,其DRAM成为与MPU匹配的对象,被认定为行业标准。新标准的制定无疑对日本集成电路产业造成二次冲击,原有大型生产线需要按新标准设计DRAM,失去了最优抢占市场的时机。从此,日本集成电路产业进入“衰退期”,让位予新进的韩国、台湾企业。


产业集群 九州硅岛
九州地区是日本IC产业生产的聚集地,被称为日本“硅岛”,记录了日本各个时代IC阶段的变迁。九州因其水电资源、人力充足和航空优势受到日本政府和产业界的关注,脱颖而出,成为集成电路发展推荐地。


1967年,三菱电机在熊本县建立了第一家生产厂,标志着九州地区正式与“芯片”关联起来。九州半导体地区完成了产业集群完美蜕变:从一开始的纵向一体化为主到结合本土优势合理分工;从零星的IC企业到高峰时期各大业内核心企业入驻,达到650家企业协同发展;从单纯劳动密集的IC生产到延生至IC设计研发;从低端IC产品转变高附加值专用电路。


目前,九州地区占据着日本半导体产业三分之一的产值,也仍是各大IC企业的驻地推荐。其中,IC设计企业是九州地区的主力军,既包括大型纵向一体化公司的设计企业——索尼LSI设计公司、日立超LSI系统九州岛开发中心、东芝微型电子工程公司等,也包括单纯IC设计企业NEC。当然,在福冈市和北九州岛市还遍布许多新兴的设计公司,据统计同设计有较强关系的企业已达120个。但是2016年4月14日的九州地震着实给众多IC企业予以重击。

九州地区的成功让日本政府开始了解到集群效应的重要性。自2001年起,日本政府共实施了19个产业集群计划。在设立专门主管机构、制定相关法律法规、提供基金支持、培育人才等措施的合力作用下,日本全国各地都形成各自领域的产业集群带。

新趋势导向:专用电
尽管,在全球半导体企业排行榜前列已经很难再看到日本企业的身影,但日本的电子实力绝不仅仅落脚在消费领域,其IC元器件产业、半导体设备产业和半导体材料产业仍具有极高的水准。近些年,日本的电子元器件板块正经历着向专用领域——图像传感器、汽车电子和功率半导体——上转变。日本IC产业在慢慢摸索新兴应用的道路上继续展现实力。

CMOS图像传感器
目前,CMOS传感器的市场老大非索尼莫属。以其多年深耕摄影机业务的经验,索尼在图像传感器方面的实力早已不言而喻。2010年时的索尼图像传感器业务在业内还仅仅是还不起眼的小将,全球排名第六,份额7%;2012年,索尼因其全球首款“堆叠式结构”CMOS图像传感器,“Exmor RS”声名鹊起;2015年,在摄影与智能手机上的高像素领先技术助索尼拿下全球35%的市场份额。


CMOS业务现已是索尼四大主业之一,给在智能硬件上败下镇来的索尼重整雄风。加上像佳能、松下等日本企业的市场份额,日本企业在CMOS上的领先优势愈发明显。未来CMOS。CMOS的应用范围早已不局限于智能终端,开始逐步向汽车、安全和医疗等方向延伸。

汽车电子
新能源汽车的兴起将汽车电子的需求推向极致,微控制器(MCU)巨擘瑞萨电子也借机在汽车领域大显身手。MCU通过控制电动机输出指定的扭矩和转速,驱动车辆行驶来完成操作。MCU具备将电池的直流电能转换为所需的高压交流电、并驱动电机本体输出机械能。


目前,瑞萨早已剥离掉冗杂的业务结构,仅留下两大业务部门,分别是汽车半导
体和泛用半导体。在2015年,瑞萨的汽车操纵系统业务仍保持平稳势头,但受制于泛用半导体业务与的下降颓势,总营收的下降趋势不可逆转。由于恩智浦收购飞思卡尔与英飞凌收购国际整流器公司(IR)两大并购案的双向夹击,瑞萨由全球汽车半导体第一滑落至第三,但其在该领域的领先优势并没有减退。特别是,对于现在大热的ADAS,瑞萨早在2014年11月6日就已正式发布用于ADAS及自动驾驶的MCU,在该领域树立起新标杆。

功率半导体
功率半导体器件是能处理高电压,大电流的半导体器件。功率半导体器件逐步迈出传统领域(通信、计算机等)的范围,向新能源、智能电网等新兴范畴延伸。在追求节能减排的当下,功率半导体杀出重围,成为业界新宠。

功率半导体器件的发展经历了三个大阶段:硅晶闸管、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)和SiC化硅)。尽管,各大厂商都开始在SiC上布局,IGBT的应用前景依然十分广阔。根据Markets And Markets报告表明IGBT 的市场规模预计达到82.56亿美元, 2015年到2020年以9.5%的复合增长率增长;并且预估了未来全球十大IGBT厂商,日本强势拥有五席。


日本三菱一直在IGBT模块是市场中占有极大份额,2015年全球IGBT模块市场达40亿,三菱市场以26%稳居第一,同为日本的富士电机占12%排名第三。三菱电机在全球功率半导体市场中也有24%的份额,在机车领域更是超过50%。

在2016年PCIM亚洲展上,三菱电机推出三款应用于轨道牵引和电力传输,以及电动汽车领域的功率模块,都搭载了第7代IGBT。三菱研发的第7代IGBT模块既能提高产品热循环寿命和功率循环寿命,还能降低热阻。 日本企业不仅仅布局传统IGBT,还积极加速SiC的应用进度。三菱电机已开始引入混合SiC产品,即IGBT芯片用传统的单晶硅,续流二极管用SiC,恢复特性特别好,开关频率高,节能效果更好。

日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)于2015年6月11日宣布,将在功率电子领域启动运用GaN及SiC的功率电子新研究,力求在新方向上领先。

东芝:适应时代平稳延拓,把握NAND险境突围
东芝的集成电路之路要追溯到上世纪70年代,为了抢下汽车引擎的开发先机,率先研发了TLCS-12A系列微处理器。再到后来,受到英特尔NOR Flash的影响,东芝转而进行闪存产品的开发,开发出了盛销至今的NAND闪存。东芝也乘势在IT行业大展身手,其半导体业务一直稳居世界前列,成为日本IC产业元老级的支柱。

纵观二十载的沉浮岁月,东芝虽不曾经历急速爆发的时期,但在小风小浪中平稳发展、扎实推进,共实现五次业绩释放。


除了相应的市场行情与畅销产品造就了业绩点,产能与销量的匹配更是助攻了每次的辉煌胜利。自1993年起,东芝拥有了第一条生产线;到今天Fab5与新Fab2的建立,东芝在产能推进上一直都保持着高度的敏锐性。除了2008年全球经济危机大环境的影响,在厂区建成后的一到两年内,东芝几乎都完成了一次业绩释放。


作为NAND闪存的创始者,东芝的IC产业将绝大部分的精力都花费在NAND领域。近几年移动电子设备需求持续上涨,再加上SSD市场扩大,东芝社长田中久雄更加看好NAND闪存的未来潜力,他预估到2020年全球市场规模将是2013年的10倍。但随着三星电子、美光、SK海力士等企业的闪存崛起,东芝也逐渐表现出力不从心。在市场份额方面,根据DRAM eXchange的报告表明,2015年第四季度,三星电子NAND闪存强势占领近三分之一的份额,以33.6%昂首称雄,而东芝仅占18.6%。在技术方面,三星的2D NAND闪存工艺已经达到14nm;但在3D NAND闪存上,三星与东芝水平持平。


为了实现NAND闪存领域的再度突破,东芝建立新Fab2旨在提高3D NAND闪存的产能,目前主要生产48层3D NAND闪存,今年有望率先达到64层技术。


虽然价格较高,64层NAND闪存比 48层NAND闪存容量高30%,因此每单位容量会比48层版的便宜。对于扩充数据储存容量,加快处理速度,64层NAND闪存更具优势,东芝也有望借64层技术的提前量产实现半导体业务下一个增长点。

富士通:合理整合业务范畴,淡化半导体辟蹊径
富士通以通讯技术发家,在计算机时代也频频展现其技术优势,伴随着日本集成电路产业的崛起,也开始涉及半导体研究。


从20世纪70年代后期的初探时期,到八九十年代的飞速发展,时至今日富士通半导体板块早已不是业务核心,逐渐淡出其战略规划。90年代后期,日本集成电路行业萧条与美韩台三国IC攻势凶猛使富士通半导体业务连年萎缩。特别是21世纪后,富士通半导体逐渐让位于其他企业,消失于全球排行榜前列。2015年,纵观富士通全年销售分布,通信与解决方案等软件产品是其业务大头,而半导体业务仅贡献5%。


借机超越的后起新秀——韩国
萌芽于1965年的韩国IC产业,在80年代中期至90年代初开始了从技术引进到自主研发的道路。韩国IC产业从一开始就找准了市场动向,成功选择通用性强的DRAM存储器作为产业发展重点。一方面,注重学习的韩国企业在政府的有力帮助下一举成名,并秉承着高速研发的势头在DRAM领域不断革新。另一方面 DRAM市场的大规模生产趋势给想在IC市场占有一席之地的韩国有了可乘之机,拥有投资、结构、技术优势的韩国企业一一在IC领域名声大噪。特别是在三星电子的关于DRAM“双向型数据通选方案”被认定为行业标准后,韩国IC产品遍及世界的序幕至此拉开。随后,韩国IC产业从“独领风骚”的DRAM存储器界成功衍生向多点开花的非MEMORY领域。截止今日,韩国已成为全球第二大系统芯片大国。


全产业链模式
韩国的IC产业发展主要是受益于封装、制造环节转移的浪潮,其中最早在韩国扎根的是位于下游的封装环节,后期慢慢移步到中游的制造环节。20世纪90年代,顺应全球无晶圆模式的兴起与韩国政府在研发上给予政策支持,IC设计企业也显露头角。


除开设计、制造和封装这三大环节,韩国也在半导体设备和半导体材料两方面加速国产化进程。根据韩国半导体产业协会统计,韩国半导体设备国产化率从1993年8%上升到2015年30%,满足自给需求、降低成本。


整个IC环节,韩国企业都有相应布局,形成了以三星为核心,配套产业链全覆盖的成熟格局。

三星电子:背靠DRAM跻身领先,多点拓展稳实力
三星电子成立于1974年,经营初期三星只是小规模生产芯片;一直到1983年,在当地财阀的资金扶持下,三星一边从美国小型半导体公司获取技术一边建立研究小组并真正开始大规模生产。半导体业务也成为了三星电子全球布局中的重要一环。


在1982、1983这两年,三星电子实现了2.5um, 5英寸和 64K大规模集成电路三大技术突破;随后,三星进行了一系列技术收购,极大地缩短了与当时先进技术的距离。特别是在64K DRAM领域,三星先后组建了两个小组专门从事64K DRAM技术吸收和量产突破。1984年,三星已成功大批量生产64k DRAM ;两年之后,公司已经能进行256K DRAM大批量生产并成功研发1M DRAM;到1988年,三星宣布完成4M DRAM设计;1992年,64M DRAM也成功研制。1993年,经过十年左右的技术拓展,三星在64M DRAM技术节点的突破也标志其完成了技术赶超的全过程,当年就凭借DRAM拿下了存储市场全球第一。拥有了技术能力的三星开始了更加独立自主创新的探索之旅,不再是跟在美日后面学技术,而转身成为了行业内的技术引导者。

除开1993年一举成名,三星半导体业务一直处于上升态势,鲜有大幅下降的时期;特别是在2000年、2004年和2010年,业绩表现极为突出,均实现超过40%的业绩增长。

三星在2005年开展晶圆代工业务。通过与客户之间的有效沟通合作,不断研发最尖端的技术,三星的制造工艺革新速度惊人。在2015年,三星晶圆代工业务总营收26.7亿美元,位居全球第四。


目前,三星在IC领域的地位早已不可撼动。加上其三大晶圆厂(华城晶圆厂在建),三星已经拥有6大生产基地,产能的跟进助力一次又一次的业绩释放。


特别是其晶圆代工生产线的高产能让三星能轻松接下大批量苹果订单,尽管后来苹果与三星合作关系僵化逐步牵手台积电,但三星一直以其高产能优势成为苹果的较佳代工选择。截至2015年12月,三星是以每月产能为250万片8寸高局各大晶圆代工厂商之首,超过晶圆代工龙头台积电近60万片。


随着三星电子在半导体方面持续发力,其半导体业务全面铺开,成为全球不可撼动的芯片巨人。目前,在储存器方面,三星早已是DRAM和NAND闪存领域的卓越领先代表;在超大规模集成电路方面, CMOS图像处理和晶圆代工方面都有显著成就;在LED领域,三星也能提供全面完善的服务产品。

注重专业的超级代工——台湾
上世纪70年代,台湾的集成电路发展之路发迹于封装环节,逐步推进、吸收创新外国先进技术;90年代后,台湾芯片产业步入黄金时代,演变为设计、制造和封装三环节相互辉映的产业格局。台湾企业另辟蹊径,不与美日产业巨头抗争,从代工起步,谋求在全球芯片产地一席之地。至此,台湾地区也紧随美国、日本、韩国在集成电路行业展露锋芒,成为全球第四大半导体生产地。


工研院模式
20世纪70年代,台湾先后成立多家具有非营利性质的工研院,其从事应用性科技研究,出资从欧美强国购买专利技术,经过改良再转让技术给中小企业,高效率推动产业技术进步。期间,工研院从美国RCA引进集成电路制程与设计技术,给IC产业发展带来机遇,同时衍生出如联华电子、台积电等优秀公司(其中台积电获得了从1990至2000年为期10年的技术授权与后续技术支持)。 在需要关键芯片技术的制造环节成熟后,整个IC产业链活跃起来,上下游各环节企业如雨后春笋般建立起来。台湾的集成电路技术就是这样依靠工研院的辐射效应逐步发展起来的。


代工发家 辐射推进
由于IC产业具有规模经济的特点,再加上以成立IDM模式的厂商投资巨大,台湾企业打起做专业代工的盘算。 1987年,台湾半导体教父张忠谋离开德州仪器,设立全球首创的专业晶圆代工厂台积电公司(TSMC)。此后,专业分工趋势明显,大批台湾中小企业纷纷走上了专业代工的道路。1995年,以IDM模式初创的联电公司进行转型,投身专业晶圆代工领域。在“晶圆双雄”——台积电和联电的带领下,台湾的晶圆代工产业逐步抢占市场,在全球产业链中地位日益凸显。


在晶圆代工业的推进下,形成设计、掩膜制版、芯片制作、封装、测试等环节在内的产业集群。新竹园区内的一些重要IC企业在分工趋势的引导下,专注于IC设计,例如茂矽、矽统、威盛等等。在2004年,台湾地区的IC总产值已占全球总产值的9.4%,其IC产业的地位不容小觑。


台积电:三十载晶圆代工,工艺产能双争先
台积电公司成立于1987年,是全球第一家专业晶圆生产商。在IC制造业,台积电是实打实的行业霸主,把控过半的行业份额。台积电作为晶圆代工的鼻祖,在IC制造领域有着独特的发家之道。台积电不仅每年投入巨额资金来改进技术,紧跟时代发展,并且在制造上保持着一贯的高水准。依照自有优势,台积电建立以铸造为核心的生产模式,成为晶圆代工领域的标杆。


台积电能从小小的代工厂做到今天专业领域的明星品牌,这一切都与其深厚的制程工艺基础和技术为先的研发态度有关。从1994年0.6微米的技术,发展到今天16nm的制程工艺,台积电每次关键技术节点的突破时间都与Intel、格罗方德等全球芯片领先企业不相上下。2016年8月11日,联发科已宣布将推出采用台积电10nm制程的Helio X30处理器,成为台积电10nm量产后合作商。未来公司在7nm,甚至是5nm制程工艺的研发上已有相应布局,表现值得期待。

作为一家全球代工企业,制造是台积电的核心竞争力。除了研发制造所需的先进
工艺,台积电还需要严格调控生产进度、合理谋划晶圆厂的建立节点以求在瞬息万变的市场中稳住脚跟。台积电的第一家晶圆厂(Fab 1)是成立之初向工研院租借的,2001年台积电将其归还。台积电大致有三次的大规模晶圆厂扩充期,一是1995年至2000年,台积电以几乎是一年一厂的速度迅速拓展6个厂房;二是04、05年期间,加上海外子工厂,台积电拓充4大工厂;再到近几年,投入大量精力扩张300mm晶圆厂Fab12、14、15。近日,台积电的南京工厂刚刚举行了奠基仪式,预计在2018年投产,采用16nm工艺,布局大陆市场。

产能与技术双效搭配造就了台积电4次业绩辉煌点。值得注意的是,台积电的业绩释放点与三星半导体业务几乎同步。尽管2010年的小爆发有一部分归咎于08年经济危机的恢复,但除此之外,基本可以将1993年、2000年、2004年、2010年看作是半导体市场宏观因素作用。三星和台积电在产能和工艺上满足市场需求,把握住这四次机会。


自三星2005年期开设晶圆代工业务以来,三星与台积电在IC制造方面的竞争日益激烈。三星作为一家全球较高级IDM(垂直一体化)企业,其深厚的技术基础与强劲的财力后盾都是对抗台积电的有力条件。尽管三星晶圆代工才发展仅10年,但拥有3条300mm生产线,制程技术也突破14nm, 台积电不得不加快步伐稳固地位。

众所周知,苹果的A系列处理器芯片订单一直是IC制造界的抢手货。之前,苹果处理器一直由三星代工完成,特别是2012年Ipad3大热,更是让接单A3处理器的三星营收猛增。2012年时,三星代工业务中苹果贡献了85%,而台积电却因为产能饱和没能接单。但自2011年苹果宣布“去三星化”开始,台积电就一直瞄准这块巨额生意。2014年,台积电成功接下苹果A8订单,以20nm制程技术给苹果系统助力。2016年,台积电更是成功击退三星签下A10的大单,其营收额将会进一步攀升。


未来,台积电若是想要进一步稳固地位,利用其制程优势抢下订单并且依据进度提高产能才是击退强劲对手的较佳方式。

加速跟进的新兴力量-中国
2000年,以国务院18号文件颁布为标志,中国集成电路产业进入了真正的起步阶段。特别是在2008年以后,国家加强了对IC产业的关注,颁布各项政策扶持IC产业发展以填补巨大产业需求。中国集成电路市场规模快速扩大,2007年市场规模超过日本,2008年超过美国,至今一直保持着全球较大的集成电路市场地位。如今,IC市场又迎来了新的发展周期,全球市场规模还在扩大。其中来自亚太地区,特别是中国地区的市场份额逐年上升,而曾经的老牌强国美、日、欧的市场份额呈下降趋势。未来,中国迎来了IC产业发展的新时机。


在新的机遇下,中国若以期成为IC产业中成为关键一环并成为全球的新兴霸主,必须学习借鉴日本、韩国、台湾地区在产业转移中的优秀措施,避免少走弯路。

中芯国际:中国IC制造业领军,缩短差距争份额
说到中国晶圆代工的领先者,中芯国际无疑是当之无愧的代表。作为跟随在美国、日本、韩国、台湾后起步的中国,一直到21世纪才逐步诞生出一批有规模、有实力的IC企业。中芯国际自成立之初就立志在全球晶圆代工业创下一片天地,毕竟庞大且空缺的中国IC市场亟待释放,全球市场也尚未饱和。

成立已十六年的中芯国际,虽与行业老大台积电在业绩与技术上仍有较大差距,但快速发展的步伐让公司在16年稳坐行业第五并拥有了与台联电、格罗方德抗衡的机会。自2002年正式投产以来,中芯国际跟上了数码产品热,销售额连年增加,但海外代工受阻、与台积电的专利案等事件让中芯国际的发展之路风雨飘摇,再加上DRAM市场的急速衰退,中芯国际几乎连年亏损。随后的金融危机一触即发更是打击连连让中芯国际跌入低谷,创始人张汝京也黯然离职。一直2010年后才开始逐步恢复,特别是在随后新一轮移动设备热潮中,中芯国际的发展正式步入正轨。


中芯国际的拓产脚步一直没有停歇,即使在资金紧张的07年,也选择在减少资本支出的情况下增加产能,代理管理由地方政府出资的晶圆厂。目前,中芯国际拥有上海、北京、天津、深圳四大厂区。




全球IC产业商业模式变革
集成电路(IC)产业一般分为IC设计、IC制造和IC封装测试等三个环节。在集成电路发展的初期,系统公司会独揽系统和IC生产的所有环节,因此集成电路公司一般作为系统公司的部门存在。


随后,自19世纪60年代起,IC产业一共经历了三次产业变革,每一次变革都与技术变迁、商业模式转型有密切的关系,也都推进整个产业向新的阶段发展。


IDM与专业分工谁主沉浮

两大模式形成历程
1959年首次将集成电路技术推向商用化的仙童半导体公司, 孵化出一批优秀的半导体企业,比如英特尔、AMD、美国国家半导体、LSI Logic、VLSI Technology、Altera和Xilinx等等。特别是后来微处理器和存储器的出现,一批新锐的专注于半导体领域的公司竞相涌现,它们不同于老牌企业IBM和德州仪器,不再涉猎系统板块,以完整的IDM模式运营。但是自20世纪80年代起,一些小型的IC公司在私募的帮助下建立起来,无晶圆厂(Fabless)出现雏形。这些公司意识到向只需要其他半导体企业购买晶圆也能完成生产,这样可大大减少生产线上的投入。其中最有名的要数PC图像芯片企业Chips and Technologies与模拟芯片专家Xilinx。Fabless厂商的涌现给后来完整的全产业链分工模式的兴起奠定了坚实的基础。


1987年可以算得上具有里程碑意义的一年,全球第一家晶圆代工厂台积电的出现使得“Foundry + Fabless”合作模式横空出世。IC设计企业再也不用依附于IDM企业完成晶圆制造,与专业代工厂商的合作成为更加稳固的形式。

80年代时,ASIC处于盛行阶段,它是一种为专门目的而设计的集成电路,顾客可以依据自己的要求设计逻辑部分并要求制造公司制作。对于ASIC,系统产品仅仅是ASICs和存储器或处理器的组装。直到系统级芯片(SoC)的研发成功,使在一个芯片上实现采集、转换、存储、处理和I/O等多个功能成为可能,这些功能单元都是以可设计重用的IP核组成。由于大量复杂的IP核需要投入时间和精力才能完成,一批专业提供IP核服务的企业应运而生,其中最出名的当属ARM公司。

经历了三次变革,IC产业内存在两种商业模式:IDM模式和以Fabless与Foundry为代表的专业分工模式。

商业模式区别
IDM模式的特点是涵盖从IC设计、制造到封装测试等各业务环节,甚至延伸至终端电子产品。而专业模式则将产业链的每一个环节分配给专业的厂商完成。


对于专业分工模式,Fabless企业直接面对客户,根据客户需求完成相应的设计,而其他环节的生产商都是给Fabless服务的。

位于最上游的IP供应商,利用广泛的客户资源去开发可以重复使用的IP模块,再供应给下游的Fabless。随着生产成本的增加与产品周期的缩短,特别是电子产品的发迹,IP供应商成为Fabless企业有力的合作伙伴。根据2015年圣克拉拉峰会提供的数据表明, Fabless企业需要耗费3至4年,支出1至2亿美元才能设计出一个内部处理器,而从IP供应商处授权使用可以减少1千至5千万美元,设计时间减少一半以上。


IP核主要通过授权的方式提供给下游企业,IP供应商始终保有IP的所有权。对于任何新研发的IP核,IP供应商会收取一部分的前期费用,授权费一般在10万至100万美元之间。一旦产品使用IP核,供应商会以芯片成本的一定比例收取版税。当IP核应用量达到一定数量后,IP供应商的投资回报率相当可观。

但是IP供应商提供的IP核需要通过SoC验证和硅验证才能使用,验证在一定程度上延迟了产品上市的时间。不论是IDM还是专业分工,这两大模式都以其各自的优势被各大厂商应用着。

IDM轻盈化之路
进入21世纪,众多IDM厂受半导体行业增速趋缓、先进制程研发费用提升与大规模晶圆厂投入加大的影响,纷纷投入Fablite(不以加工为主业)的怀抱,合作氛围也日益浓烈。


特别是2010年左右,几乎所有的IDM公司(除了英特尔和存储器生产商)都将资本支出从超过销售额20%调整到10%以下。全球较高级IDM如德州仪器、瑞萨、意法半导体等逐渐剥离其生产部门,选择以Fablite的模式运营,以期减少投入提升利润。2014年,格罗方德宣布收购IBM微电子业务,更是在Fablite进程上描绘上浓重一笔。


但是作为IDM界内第一第二的英特尔和三星,丝毫没有放弃晶圆制造的想法,一方面保有其自有生产线,另一方面还涉猎代工业务。


在IDM企业纷纷转型的趋势下,Fabless企业表现强势,在2013年就占有全球IC产业27%的份额。不仅如此,过去25年里,Fabless也一直以高增长态势23次领先IDM企业。

尽管Fabless模式在近二十年间获得许多企业青睐,但近年来技术革新之快让有扎实技术基础的IDM企业有了领先的资本。一是先进制程方面, FinFET、多重曝光技术对于晶圆制造提出更高的要求;二是新兴领域方面,物联网的需求的多样性要求IC设计更加高效灵活。因此,IC设计和制造者之间需要更加紧密的联系才能满足新一阶段市场的要求。目前,晶圆制造方面的跟进尚能满足IC设计的推进,随着工艺的进一步突破,Fabless是否还是业界宠儿需要拭目以待。

晶圆代工 赢者通吃
自台积电、台联电等台湾代工业兴起后,晶圆代工开始被全球IC企业认可,其他代工企业相继诞生。晶圆代工市场也逐步扩大,成为IC产业增长的有力支柱,其增长态势已连年优于整体行业。


然而,极高的资本壁垒和技术壁垒提高了行业的进入门槛,IC制造企业一方面需要紧跟IDM步伐加快技术研发速度,另一方面晶圆厂建设、维持都需要巨额资金的支持。尽管晶圆代工厂在2015年总营收上表现仅占全球半导体的不到15%,但资本支出却远远高于行业水平。高额的资本支出犹如淘沙之浪使得企业逐步或退出或兼并,目前全球前十晶圆代工企业已占领近85%的市场份额。


就算是走在代工前列的企业们也受到行业霸主台积电的压制。格罗方德起始于2009年3月,是一家由AMD拆分而来的IC制造企业,成立之初就先将AMD设立在德国的两座200mm晶圆厂改装为300mm晶圆厂,还在美国纽约州建立新的300mm晶圆厂Fab-8。2009年底,格罗方德成功牵手当时全球第三大晶圆代工厂特许半导体。来势凶猛的格罗方德短短一年内就登上全球第三大晶圆代工之位,市占率一度超过10%。当时业内对于格罗方德的崛起还猜想频频,台积电也不得不时刻提防其强势进攻。纵观过去的五年,台积电市场占有率逐步走高,近两年维稳50%以上,而第二名的格罗方德却表现欠佳,市场占有率逐年下降。由此可见,在晶圆代工领域,赢者通吃现象明显。


在晶圆代工业,先进制程的优势是成功的关键,因为越领先的工艺毛利率越高,越符合市场需求。而去年台积电能够称霸晶圆代工市场也与其时刻提升技术水平有关,去年16 纳米FinFET制程的推出跟上了英特尔和三星这些IDM企业的步伐,再加上台积电在业界口碑良好,在产能允许的情况下,台积电订单达成量不言而喻。


目前,在晶圆代工领域,产能投放与产能利用率仍然是关注重点。对于晶圆厂来说,扩产与产能不足将会影响到企业的毛利率和净利率。近年来,各大厂商因为产能不足错失订单的消息屡屡不断,除了产能的不匹配,良率也影响着同样产出下晶圆的投入量。晶圆厂根据客户给晶圆代工厂的产能需求预估制定合适的产能计划是突破这一瓶颈的关键。

中国最理想模式:制造拉动上下游,产品研发分主次
站在历史交叉口的中国IC企业大多是以专业分工模式出生,其中尤以中芯国际为首的制造环节发展更为占优。 2014年7月3日,高通与中芯国际将在28纳米工艺制程和晶圆制造方面开展合作,采用中国制造的高通骁龙处理器。高通目前全球第一的IC设计企业,其与中芯国际的合作将快速推进我国企业在先进制程上的进步。利用制造环节的现行优势,联合创新,带动全产业链一同推进才是有效的方式。


在2016年4月,中芯国际以4亿美金和之前收购星科金朋时的1亿美元股权转为长电科技的股权,成为长电科技较大股东。中芯国际又在“制造”+“封装”一条龙的战略下迈出坚实的一步。2016年7月28日,中芯长电半导体有限公司和高通共同宣布:中芯长电开始为高通提供14纳米硅片凸块量产加工。联合高通和长电的中芯国际,一方面拥有了先进制程的研发优势,又拥有了牢固的合作关系,带动全产业链良性循环。

除了中芯国际,近期紫光国芯、长江存储在存储领域的全方位的布局更是力证制造拉动的加倍效应。

我国IC产业的发展不仅需要打通全产业链脉络,更需要了解市场的发展方向。根据目前的市场形势,集中全力开发有发展潜力、有技术优势的芯片:超算芯片、通信芯片、存储芯片与物联网等新兴产业芯片。

未来,我们也期待在我国IC产业通过制造环节打入领先阵营,由核心芯片形成产业优势,打造属于中国的商业新模式。

国内IC制造企业的投资进度与步伐
自1987年全球第一家晶圆代工企业台积电建立以来,IC制造业发展迅速。晶圆代工的出现给劳动力成本低、发展水平欠佳的亚洲地区带来了新的商机。目前,全球排名靠前的代工厂中绝大部分都是华人企业,如台积电、联电、中芯国际和华虹NEC等。虽然制造环节处于生产量的中部,“微笑曲线”的低值部分,但随着IC产业的发展,IC制造业也逐步扩大市场,提升销售额。


国内IC制造企业简介与投资近况
集成电路的制造工艺非常复杂,一般是指在衬底材料上,运用各种方法形成不同的层,并在选定的区域掺入杂质,以改变半导体材料的导电特性。经过几百道工序的制作,将成千上万的晶体管集成到一块芯片上。繁复的工艺流程与快速的技术更迭决定了投资在IC制造业中的作用。

中芯国际
中芯国际作为中国内地规模较大、技术较先进的集成电路芯片制造企业,在国际集成电路市场的地位也得到认可,主要提供 0.35微米到28纳米制程工艺设计和制造服务。2015年,中芯国际全年销售额创新高达22.4亿美元。2016年第一季度,中芯国际的销售额达到6.34亿美元,至此公司已连续16个季度实现盈利。

自2008年经济危机开始,受全球经济低迷影响的科技企业纷纷削减资本开支以维持度过困难时期,中芯国际也进入了发展的受阻期,连年亏损。如今半导体行业进入了新的一轮扩张期,我国IC企业也进入新的一轮投资狂潮。作为IC制造业的龙头,中芯国际从2014年开始就有提升投资金额的趋势,在缩减投资的几年后,又开启资本运作新阶段。


顺应近年来IC制造业发展势头良好的趋势,特别是未来市场行情持续被看好,2016年中芯国际预计投资25亿美元完善厂房建设、开展研发活动,较2015年提高59.24%。中芯国际希望2016年底,深圳8寸厂、上海12寸厂、北京B-1厂、北京合资厂平均产能分别达到3万片、2万片、4.5万片与1.8万片每月的目标。


特别的是,中芯国际展开了一系列收购行为。先是在2016年4月,中芯国际成为长电科技较大股东。再到后来,2016年6月24日,中芯国际将出资4900万欧元,收购意大利集成电路晶圆代工厂LFoundry70%的股份。 LFoundry常年致力于汽车电子、安全及工业应用,在汽车电子技术方面有着独特优势。这次的收购标志着中芯国际首次实现跨国产业布局,也将顺势借助LFoundry的力量迈进全球汽车电子市场。

华虹宏力
上海华虹宏力是由原上海华虹半导体和上海宏力合并而成,是世界领先的8英寸纯晶圆代工厂,提供覆盖1微米至90纳米工艺范围的制造活动。目前,华虹宏力拥有3条8英寸集成电路生产线,月产能达14.6万片,公司业务遍及全球各地。

近两年来,华虹宏力逐渐恢复投资力度,提高产能、提升技术、以市场为导向。以华宏半导体为例,2014年和2015年资本支出以超过一倍的速度在增长,其中2015年达1亿8千万元。


对于投资建设方向,华虹宏力主要将重心放在四个方面。首先,扩充原有三座工厂的产能。到2015年,总产能已增加至14.6万片/月,相比2014年增加了1.7万片。产能扩充后,华虹宏力能更有效的实现供需配比,有利扩展市场份额。其次,加强8英寸技术的差异化。12英寸厂的强势铺开给8英寸晶圆代工厂的华虹宏力带来了不少压力。因为晶圆尺寸越大,芯片的生产成本越低,但技术要求越高。如何克服8英寸厂的技术局限性是华虹宏力需要解决的关键问题。只有大力研发高成长、高附加值的差异化产品才能细分市场并满足特定市场需求。其三,抓准市场动向,布局有潜力的领域。2016年,华虹宏力今年计划推出具有导通电阻小、尺寸小、从平面式工艺到垂直式的转变等特点的第三代超级结MOSFET,并且布局与新能源汽车相关的IGBT生产。 除此之外,华虹宏力也在物联网领域有了相应策略,其传统强项嵌入式闪存可以支持RF CMOS,并且公司还专为物联网打造了0.11μm 超低功耗eFlash的全新平台解决方案。

武汉新芯(现长江存储子公司)
2006年成立的武汉新芯,两年实现量产,目前已拥有专业的12英寸先进集成电路技术研发与生产制造能力,并且其闪存与影像传感器生产技术已经达到领先水平。2016年7月,长江存储科技有限责任公司正式成立,武汉新芯将成为长江存储的全资子公司,并且紫光集团也会在二期加入投资。长江存储注册资本为189亿元,法定代表人是紫光国芯董事长赵伟国,将全力布局大规模存储器与延续武汉新芯在物联网方向的战略规划。

长江存储2016年的较大动作非建设国家存储器基地莫属。3月 28 日,在国家集成电路产业发展基金(大基金)与湖北省政府的支持下,武汉新芯将建设落户于武汉东湖新技术开发区的NAND闪存厂,投资总金额高达 240 亿美元。据了解,该Flash 厂,将首先生产 NOR型 Flash,并逐步移转至 NAND闪存产品,甚至3D NAND闪存,最终目标产能30 万片/月。


自国家2014年提出《国家集成电路产业发展推进纲要》以来,投资金额高达1300多亿元设立国家集成电路产业投资基金,60%投入制造业,投向实力强的企业,将会促进集成电路产业的整体发展。国内IC制造业在大基金的助力下,投资活动频频,产业内一片繁荣景象。紫光国芯932亿投资建12万片/月存储器晶圆厂,预计2018年达产;合肥政府携手尔必达460亿人民币建10万片/月低功耗内存晶圆厂


IC行业毕竟需要巨额投资资金,投入的资金只有真正转化成生产力才是硬道理。企业不仅要敢于投资,更要学会投得有价值。在集成电路大时代的背景下,制造企业要抓住投资机遇、找准投资方向,实现国产“芯”的宏伟目标。

欢迎加入本站公开兴趣群
商业智能与数据分析群
兴趣范围包括各种让数据产生价值的办法,实际应用案例分享与讨论,分析工具,ETL工具,数据仓库,数据挖掘工具,报表系统等全方位知识
QQ群:81035754

鲜花

握手

雷人

路过

鸡蛋

最新评论

热门频道

  • 大数据
  • 商业智能
  • 量化投资
  • 科学探索
  • 创业

即将开课

  GMT+8, 2017-12-15 08:51 , Processed in 0.187572 second(s), 25 queries .