十年為期，國產(chǎn)半導(dǎo)體制造前景展望

薛山

制造是芯片產(chǎn)業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)，14nm或成“造血”關(guān)鍵

14/28nm的營收占比有著明顯的提升

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)格局是比較明晰的，首先是英特爾、三星、德州儀器等起步很早的傳統(tǒng)企業(yè)，采用了從設(shè)計(jì)、制造到封測一把抓的IDM模式，這種模式的優(yōu)點(diǎn)就是把控全局，但缺點(diǎn)是回報(bào)率較低且投資巨大，因此順勢發(fā)展出海思、高通、聯(lián)發(fā)科為代表的無工廠芯片設(shè)計(jì)商，和臺積電、格芯、聯(lián)電以及中芯國際等制造代工廠，再加上日月光、長電科技等封裝測試廠商，整個(gè)產(chǎn)業(yè)呈流水線形態(tài)，企業(yè)間各司其職共同出力。

而在這三大環(huán)節(jié)當(dāng)中，芯片設(shè)計(jì)已有海思在前鋪路，長電科技也位居封測領(lǐng)域市占率的全球第三，最薄弱的環(huán)節(jié)也就是制造，這也是國務(wù)院頒發(fā)通知的關(guān)鍵原因。而中芯國際作為目前國內(nèi)芯片制造的龍頭，剛剛實(shí)現(xiàn)了14nm制程的量產(chǎn)，目前以6%的市場份額排名全球第五。芯片代工制造這個(gè)行業(yè)有幾個(gè)特點(diǎn)，其一是圈子小，全球其實(shí)總共也就五大家;其二是廠商之間的差距大，臺積電一家就占了半壁江山，考慮到排名第三第四的格芯/聯(lián)電已經(jīng)放棄12nm以下制程，這意味著未來數(shù)年內(nèi)就是臺積電、三星和中芯國際的技術(shù)博弈。

雖然從消費(fèi)者角度來說關(guān)注重點(diǎn)一定是在最高端的制造工藝上，比如手機(jī)SoC和PC CPU采用的7nm甚至今年即將到來的5nm，但從企業(yè)營收構(gòu)成來說并不是這樣，在5G、物聯(lián)網(wǎng)、汽車等快速增長的行業(yè)，大多數(shù)芯片設(shè)計(jì)依靠的是12/14nm甚至16nm制程工藝，所以中芯國際需要在利潤尚且豐厚的12/14nm上快速提升產(chǎn)能以實(shí)現(xiàn)造血能力，并反哺到更先進(jìn)工藝的研發(fā)當(dāng)中，才能夠?qū)崿F(xiàn)真正加入“三巨頭”的這個(gè)“小目標(biāo)”。

華為/榮耀已成為中芯國際的服務(wù)對象

從中芯國際2020年第二季度財(cái)報(bào)來看，營收9.38億美元環(huán)比增長4%，同比增長19%，毛利2.49億美元，環(huán)比增長6.4%，同比暴增64.5%，其中值得關(guān)注的就是14/28nm先進(jìn)制程的營收占比達(dá)到了9.1%，而去年同期的占比僅3.8%，同時(shí)聯(lián)席CEO梁孟松提到在5月的時(shí)候14nm產(chǎn)能提升到了6000片晶圓/月，年底有望達(dá)到15000片晶圓/月，而目前的主要服務(wù)客戶就是華為麒麟710A SoC，代表機(jī)型為榮耀Play 3、華為暢享平板2等產(chǎn)品，造血能力的增加有目共睹。

單晶硅半導(dǎo)體天花板已出現(xiàn)，高端制造業(yè)追趕時(shí)機(jī)到來

那么，可能很多人還是會關(guān)心一個(gè)問題：中芯國際能不能超過臺積電？成為世界領(lǐng)先者。答案其實(shí)是復(fù)雜的，首先大家要認(rèn)識到一個(gè)現(xiàn)實(shí)，那就是半導(dǎo)體制程的天花板已經(jīng)出現(xiàn)了，目前大家看到的納米制程與其說是制程，不如說是商標(biāo)，因?yàn)樗c實(shí)際制程并不相關(guān)。從技術(shù)層面來說，單個(gè)單晶硅晶胞邊長就超過了0.5nm，再先進(jìn)的光刻+刻蝕也不可能留下完整的單層硅原子，再加上實(shí)用還需要各種功能層，以及超小型器件不得不考慮的量子隧穿效應(yīng)，單晶硅材料已經(jīng)讓目前半導(dǎo)體工藝的未來肉眼可見。

中芯國際今年量產(chǎn)的14nm與目前最先進(jìn)的5nm存在10nn、7nm這三個(gè)代差，但比2018年28nm與當(dāng)時(shí)最先進(jìn)7nm之間的四個(gè)代差已經(jīng)縮短了一個(gè)，這意味著受制于單晶硅材料半導(dǎo)體天花板，領(lǐng)跑者的腳步已經(jīng)在放緩，最關(guān)鍵是單晶硅因其極其出色的性能和豐富的礦產(chǎn)資源，想要找到同等性價(jià)比的替代品難度很大，而且現(xiàn)有半導(dǎo)體產(chǎn)線設(shè)備全都是為單晶硅晶圓加工設(shè)計(jì)，換材料意味著現(xiàn)有設(shè)備全都要淘汰并重新研發(fā)，全球代工企業(yè)將回到同一起點(diǎn)。所以，在單晶硅半導(dǎo)體的基礎(chǔ)上，中芯國際追上臺積電只是時(shí)間問題，而如果想要超越就必須切換材料，這也是為什么基礎(chǔ)學(xué)科的建設(shè)力度必須跟上的原因。類似的案例在汽車領(lǐng)域就有比較明顯的表現(xiàn)，燃油汽車國產(chǎn)車企始終是追趕者，但在新能源時(shí)代就能實(shí)現(xiàn)技術(shù)獨(dú)立，差距立馬縮短。

當(dāng)然，這一切建立在國家支持力度充足，以及對配套設(shè)備的研發(fā)效率跟上的大前提下，前者自然沒有什么問題，重點(diǎn)在于后者。芯片制造流程有三大核心設(shè)備，分別是光刻機(jī)、刻蝕機(jī)和薄膜沉積設(shè)備，光刻機(jī)目前是荷蘭ASML一家獨(dú)大，它的精度直接決定了元器件的光刻尺寸和密度，這是半導(dǎo)體制造國產(chǎn)之路上最硬的一塊“骨頭”，目前的差距還比較大，需要較長時(shí)間來突破。而刻蝕機(jī)的作用是對光刻得到的圖案進(jìn)行加工，而且加工精度要求很高，其重要性不言而喻，好在刻蝕機(jī)方面國產(chǎn)技術(shù)跟上了全球步伐，早在2017年中微半導(dǎo)體就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了5nm等離子刻蝕機(jī)量產(chǎn)并供貨臺積電、三星、中芯國際等代工廠。而薄膜沉積設(shè)備方面，北方華創(chuàng)則領(lǐng)先國內(nèi)，但基本還處于28nm級別，所以依然有一定的差距，至于其他設(shè)備，如離子注入機(jī)、拋光機(jī)和清洗機(jī)等也面臨類似的情況，可以說依然需要時(shí)間來追趕。

中芯國際在大陸總共有7座晶圓廠

編輯觀點(diǎn)

中芯國際可以說是一面鏡子，反映出來的是目前國家建設(shè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的決心，而且從目前來看它也確實(shí)在正確的道路上不斷前行，但同時(shí)大家也要清楚地認(rèn)識到差距的存在，有的差距甚至需要以十年為單位，不是喊喊口號、打打雞血就能快速彌補(bǔ)的。好在國家調(diào)控政策的落實(shí)讓半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從基礎(chǔ)人才到財(cái)政補(bǔ)貼、免征稅收等各方面都有了切實(shí)的方案，再結(jié)合原本就跑在最前頭的5G等新領(lǐng)域，國產(chǎn)半導(dǎo)體的高速發(fā)展時(shí)刻或許就在眼前！