科普文:帶你徹底了解半導體產業,詳細解讀中國晶元到底如何(一)
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這段時間中美貿易戰正在進行,中興通訊被美國商務部禁售制裁7年的消息引起了業內的軒然大波。國內晶元產業突然受到人們的關注。我身邊很多人看著一條條新聞,不滿道「我們的科技還是落後,受制於人,就會被動挨打!為什麼幾十年前,那麼艱苦的條件下,導彈我們都能研製出來,現在條件越發好了,晶元技術卻還要看人臉色?」憂國憂民的愛國意識高漲了起來。
春節前後《厲害了我的國》看得人熱血沸騰,作為愛國分子,首映當天,我就去電影院看了這部電影。復興號,C919大飛機,蛟龍號,甚至宇宙飛船我們都能搞了,晶元那麼小,有什麼可怕的?可能很多非專業的人對半導體非常陌生,我就來科普一下,部分內容轉載於網路。
一、什麼是半導體,什麼是晶元,它們有啥關係?
鍺、硅、硒、砷化鎵及許多金屬氧化物和金屬硫化物等物體,它們的導電能力介於導體和絕緣體之間,叫做半導體。這種半導體材料有許多用途,第一是利用它的電阻值隨著光熱線性可變,製作為熱敏電阻以及光敏電阻等。第二,如果在純凈的半導體中適當地摻入微量雜質測其導電能力將會成百萬倍地增加。利用這一特性可製造各種不同用途的半導體器件,如半導體二極體、三極體等。第三是製作集成電路,集成電路再封裝成晶元。
晶元是指含有集成電路(IC)的矽片,在自然界中的含半導體硅的石頭,這些石頭通過一個類似洗衣機的機器,經過離心力和化學反應提純就成了單晶硅棒。單晶硅棒一般是圓柱體形狀的,太厚了,再通過切割工藝切成薄薄的圓片,就是晶圓。最後在晶圓上集成電路,就是晶元了。
通俗來說, 打個比方,比喻成大家好理解的東西,半導體是各種做紙的纖維,集成電路是一沓子紙,晶元就是書或者本子。
二、為什麼說半導體是電子產品的核心,信息產業的基石
計算機的基礎是1和0,有了1和0,就像數學有了10個數字,語言有了26個字母,人類基因有了AGCT,通過編碼和邏輯運算等便可以表示世間萬物。1946年的第一台計算機是通過真空管實現了1和0,共使用了18800個真空管,大約是一間半的教室大,六隻大象重。
通過在半導體材料里摻入不同元素,1947年在美國貝爾實驗室製造出全球第一個晶體管。晶體管同樣可以實現真空管的功能,且體積比電子管縮小了許多,用電子管做的有幾間屋子大的計算機,用晶體管已縮小為幾個機櫃了。
把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起,製作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質基片上,然後封裝在一個管殼內,成為具有所需電路功能的微型結構,這便是集成電路,也叫做晶元和IC。集成電路中所有元件在結構上已組成一個整體,使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進了一大步。
集成電路發明者為傑克·基爾比(基於鍺(Ge)的集成電路)和羅伯特·諾伊思(基於硅(Si)的集成電路)。當今半導體工業大多數應用的是基於硅的集成電路。
1965年,戈登·摩爾(GordonMoore)預測未來一個晶元上的晶體管數量大約每18個月翻一倍(至今依然基本適用),這便是著名的摩爾定律誕生。1968年7月,羅伯特·諾伊斯和戈登·摩爾從仙童(Fairchild)半導體公司辭職,創立了一個新的企業,即英特爾公司,英文名Intel為「集成電子設備(integratedelectronics)」的縮寫。
半導體是電子產品的核心,信息產業的基石,我拿手機來舉例說明:
諸如驍龍系列、麒麟系列、蘋果A系列、聯發科系列等CPU為微元件,手機基帶晶元和射頻晶元是邏輯IC;通常所說的4G運行內存RAM為DRAM,16G或者64G存儲空間為NANDflash;音視頻多媒體晶元為模擬IC。以上這些統統都是屬於半導體的範疇。
半導體位於電子行業的中游,上游是電子材料和設備。半導體和被動元件以及模組器件通過集成電路板連接,構成了智能手機、PC等電子產品的核心部件,承擔信息的載體和傳輸功能,成為信息化社會的基石。
半導體主要分為集成電路和半導體分立器件。半導體分立器件包括半導體二極體、三極體等分立器件以及光電子器件和感測器等。
三、半導體、集成電路分類及應用
集成電路可分為數字電路、模擬電路。一切的感知:圖像,聲音,觸感,溫度,濕度等等都可以歸到模擬世界當中。很自然的,工作內容與之相關的晶元被稱作模擬晶元。除此之外,一些我們無法感知,但客觀存在的模擬信號處理晶元,比如微波,電信號處理晶元等等,也被歸類到模擬範疇之中。比較經典的模擬電路有射頻晶元、指紋識別晶元以及電源管理晶元等。數字晶元包含微元件(CPU、GPU、MCU、DSP等),存儲器(DRAM、NANDFlash、NORFlash)和邏輯IC(手機基帶、乙太網晶元等)。
四、半導體和集成電路產業鏈流程
簡單的講,電子製造產業包括:原材料砂子-矽片製造-晶圓製造-封裝測試-基板互聯-儀器設備組裝。集成電路產業鏈主要為設計、製造、封測以及上游的材料和設備。
集成電路產業主要有以下特徵:製造工序多、產品種類多、技術換代快、投資大風險高。
生產工序多:核心產業鏈流程可以簡單描述為:IC設計公司根據下游戶(系統廠商)的需求設計晶元,然後交給晶圓代工廠進行製造,這些IC製造公司主要的任務就是把IC設計公司設計好的電路圖移植到硅晶圓製造公司製造好的晶圓上。完成後的晶圓再送往下游的IC封測廠,由封裝測試廠進行封裝測試,最後將性能良好的IC產品出售給系統廠商。
具體來說,可以細分為以下環節:
1.IC設計:根據客戶要求設計晶元
IC設計可分成幾個步驟,依序為:規格制定→邏輯設計→電路布局→布局後模擬→光罩製作。規格制定:品牌廠或白牌廠的工程師和IC設計工程師接觸,提出要求;邏輯設計:IC設計工程師完成邏輯設計圖;電路布局:將邏輯設計圖轉化成電路圖;布局後模擬:經由軟體測試,看是否符合規格制定要求;光罩製作:將電路製作成一片片的光罩,完成後的光罩即送往IC製造公司。
2.製造:將光罩上的電路圖轉移到晶圓上
IC製造的流程較為複雜,過程與傳統相片的製造過程有一定相似主要步驟包括:薄膜→光刻→顯影→蝕刻→光阻去除。薄膜製備:在晶圓片表面上生長數層材質不同,厚度不同的薄膜;光刻:將掩膜板上的圖形複製到矽片上。光刻的成本約為整個矽片製造工藝的1/3,耗費時間約佔整個矽片工藝的40~60%;
3.IC封測:封裝和測試
封裝的流程大致如下:切割→黏貼→切割焊接→模封。切割:將IC製造公司生產的晶圓切割成長方形的IC;黏貼:把IC黏貼到PCB上;焊接:將IC的接腳焊接到PCB上,使其與PCB相容;模封:將接腳模封起來;
從技術複雜度和應用廣度來看,集成電路主要可以分為高端通用和專用集成電路兩大類。高端通用集成電路的技術複雜度高、標準統一、通用性強,具有量大面廣的特徵。它主要包括處理器、存儲器,以及FPGA(現場可編程門陣列)、AD/DA(模數/數模轉換)等。專用集成電路是針對特定系統需求設計的集成電路,通用性不強。每種專用集成電路都屬於一類細分市場,例如,通信設備需要高頻大容量數據交換晶元等專用晶元;汽車電子需要輔助駕駛系統晶元、視覺感測和圖像處理晶元,以及未來的無人駕駛晶元等。
五、晶元的種類
六、摩爾定律的實際驗證
技術更新換代快。根據摩爾定律:當價格不變時,集成電路上可容納的元器件數目,約每隔18-24個月便會增加一倍,性能也將提升一倍,從而要求集成電路尺寸不斷變小。
晶元的製程就是用來表徵集成電路尺寸的大小的一個參數,隨著摩爾定律發展,製程從0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、90納米、65納米、45納米、32納米、28納米、22納米、14納米,一直發展到現在的10納米、7納米、5納米。目前,28nm是傳統製程和先進位程的分界點。
以台積電為例,晶圓製造的製程每隔幾年便會更新換代一次。近幾年來換代周期縮短,台積電2017年10nm已經量產,7nm將於今年量產。蘋果iPhoneX用的便是台積電10nm工藝。除了晶圓製造技術更新換代外,其下游的封測技術也不斷隨之發展。
七、晶元行業為什麼投資風險大,製作成本高
除了製程,建設晶圓製造產線還需要事先確定一個參數,即所需用的矽片尺寸。矽片根據其直徑分為6寸(150mm)、8寸(200mm)、12寸(300mm)等類型,目前高端市場12寸為主流,中低端市場則一般採用8寸。晶圓製造產線的製程和矽片尺寸這兩個參數一旦確定下來一般無法更改,因為如果要改建,則投資規模相當於新建一條產線。
投資大風險高。根據《集成電路設計業的發展思路和政策建議》,通常情況下,一款28nm晶元設計的研發投入約1億元~2億元,14nm晶元約2億元~3億元,研發周期約1~2年。對比來看,集成電路設計門檻顯著高於互聯網產品研發門檻。互聯網創業企業的A輪融資金額多在幾百萬元量級,集成電路的設計成本要達到億元量級。但是,相比集成電路製造,設計的進入門檻又很低,一條28nm工藝集成電路生產線的投資額約50億美元,20nm工藝生產線高達100億美元。集成電路設計存在技術和市場兩方面的不確定性。一是流片失敗的技術風險,即晶元樣品無法通過測試或達不到預期性能。對於產品線尚不豐富的初創設計企業,一顆晶元流片失敗就可能導致企業破產。二是市場風險,晶元雖然生產出來,但沒有猜對市場需求,銷量達不到盈虧平衡點。對於獨立的集成電路設計企業而言,市場風險比技術風險更大。對於依託整機系統企業的集成電路設計企業而言,晶元設計的需求相對明確,市場風險相對較小。
八、全球半導體產業轉移與產業鏈變遷
半導體行業因具有下游應用廣泛,生產技術工序多、產品種類多、技術更新換代快、投資高風險大等特點,疊加下游應用市場的不斷興起,半導體產業鏈從集成化到垂直化分工越來越明確,並經歷了兩次空間上的產業轉移。
1.起源,美國,垂直整合模式
1950s,半導體行業於起源於美國,主要由系統廠商主導。全球半導體產業的最初形態為垂直整合的運營模式,即企業內設有半導體產業所有的製造部門,僅用於滿足企業自身產品的需求。
2.家電,美國→日本,IDM模式
1970s,美國將裝配產業轉移到日本,半導體產業轉變為IDM(IntegratedDeviceManufacture,集成器件製造)模式,即負責從設計、製造到封裝測試所有的流程。與垂直整合模式不同,IDM企業的晶元產品是為了滿足其他系統廠商的需求。隨著家電產業與半導體產業相互促進發展,日本孵化了索尼、東芝等廠商。我國大部分分立器件生產企業也採用該類模式。
3.PC,美日→韓國、台灣地區,代工模式
1990s,隨著PC興起,存儲產業從美國轉向日本後又開始轉向了韓國,孕育出三星、海力士等廠商。同時,台灣積體電路公司成立後,開啟了晶圓代工(Foundry)模式,解決了要想設計晶元必須巨額投資晶圓製造產線的問題,拉開了垂直代工的序幕,無產線的設計公司(Fabless)紛紛成立,傳統IDM廠商英特爾、三星等紛紛加入晶圓代工行列,垂直分工模式逐漸成為主流,形成設計(Fabless)→製造(Foundry)→封測(OSAT)三大環節。
4.智能手機,全球--->中國大陸
2010s,隨著大陸智能手機品牌全球市場份額持續提升,催生了對半導體的強勁需求,加之國家對半導體行業的大力支持以及人才、技術、資本的產業環境不斷成熟,全球半導體產業醞釀第三次產業轉移,即向大陸轉移趨勢逐漸顯現。
人力成本是產業鏈變遷和轉移的重要動力
韓國和台灣地區的集成電路產業均從代工開始,代工選擇的主要因素便是人力成本,當時韓國和台灣地區的人力成本相比於日本低很多,封測業便開始從日本轉移到韓國、台灣地區。同樣由於人力成本的優勢,在21世紀初,封測業已經向國內轉移,可以說已經完成了當年韓國、台灣地區的發展初期階段。勞動力密集型的IC封測業最先轉移;而技術和資金密集型的IC製造業次之,轉移後會相差1-2代技術;知識密集型的IC設計一般很難轉移,技術差距顯著,需要靠自主發展。
九、全球半導體銷售額以及發展趨勢
4-6年周期性波動向上,突破4000億美元
4-6年為1個周期性波動向上
費城半導體指數(SOX)由費城交易所創立於1993年,有20家企業的股票被列入該指數,為全球半導體業景氣主要指標之一,其走勢與全球半導體銷售額的走勢基本相同。
根據世界半導體貿易統計組織(WSTS)數據披露,全球半導體銷售額於1994年突破1000億美元,2000年突破2000億美元,2010年將近3000億美元,預計2017年將會突破4000億美元,半導體產業規模不斷擴大,逐漸成為一個超級巨無霸的行業。
從全球半導體銷售額同比增速上看,全球半導體行業大致以4-6年為一個周期,景氣周期與宏觀經濟、下游應用需求以及自身產能庫存等因素密切相關。
2017突破4000億美元,存儲晶元是主要動力
據WSTS數據,2017年世界半導體市場規模為4086.91億美元,同比增長20.6%,首破4000億美元大關,創七年以來(2010年為年增31.8%)的新高。
其中,集成電路產品市場銷售額為3401.89億美元,同比增長22.9%,大出業界意料之外,佔到全球半導體市場總值的83.2%的份額。存儲器電路(Memory)產品市場銷售額為1229.18億美元,同比增長60.1%,佔到全球半導體市場總值的30.1%,超越歷年佔比最大的邏輯電路(1014.13億美元),也印證了業界所謂的存儲器是集成電路產業的溫度計和風向標之說。
半導體分立器件(D-O-S)方面,市場為685.02億美元,同比增長10.1%,佔到全球半導體市場總值的16.8%,主要得益於功率器件等推動分立器件(DS)市場銷售額同比增長10.7%以及MEMS、射頻器件、汽車電子、AI等推動感測器市場(Sensors)銷售額同比增長15.9%
從區域上看,WSTS數據顯示北美(美國)地區市場銷售額為864.58億美元,同比增長31.9%,增幅提升36.6%,居全球首位,佔到全球市場的21.2%的份額,起到較大的推動作用。其他地區(主要為中國)銷售額為2478.34億美元,同比增長18.9%,佔到全球市場總值的60.6%。
半導體帶動上游設備創歷史新高。據SEMI預測,2017年半導體設備的銷售額為559億美元,比2016年增長35.6%。2018年,半導體設備的銷售額達到601億美元,比2017年增長7.5%。
十、晶元供需變化引發漲價蔓延
本輪漲價的根本原因為供需反轉,並沿產業鏈傳導,從存儲器中DRAM和NAND供不應求漲價導致上游12寸矽片供不應求漲價,12寸晶圓代工廠漲價,NOR漲價,12寸矽片不足用8寸矽片代替,導致8寸矽片漲價,8寸晶圓代工廠漲價,傳導下游電源管理IC、LCD/LED驅動IC、MCU、功率半導體MOSFET等漲價,漲價持續蔓延。此外,2017Q4加密幣挖礦晶元半路殺出搶12寸晶圓先進位程產能。
存儲器:供不應求漲價開始,是否持續還是看供需
存儲器主要包括DRAM、NANDFlash和NORFlash。其中,DRAM約佔存儲器市場53%,NANDFlash約佔存儲器市場42%,而NORFlash僅佔3%左右。DRAM即通常所說的運行內存,根據下游需求不同主要分為:標準型(PC)、伺服器(Server)、移動式(mobile)、繪圖用(Graphic)和消費電子類(Consumer)。NANDFlash即通常所說的快閃記憶體,根據下游需求不同主要分為:存儲卡/UFD、SSD、嵌入式存儲和其他。
存儲器的漲價由供不應求開始,是否持續還得看供需。
DRAM
需求端:下游智能手機運行內存不斷從1G到2G、3G、4G升級導致移動式DRAM快速需求增長,同時APP應用市場快速發展導致伺服器內存需求增長。
供給端:DRAM主要掌握在三星、海力士、美光等幾家手中,呈現寡頭壟斷格局,三星市佔率約為45%。2016年Q3之前,DRAM價格一路走低,所有DRAM廠商都不敢貿然擴產。供不應求導致DRAM價格從2016年Q2/Q3開始一路飆升,DXI指數從6000點上漲到如今的30000點。DXI指數是集邦諮詢於2013年創建反映主流DRAM價格的指數。
展望2018年上半年,因DRAM三大廠產能計劃趨於保守,2018年新增投片量僅約5-7%,實質新產能開出將落於下半年,導致上半年供給仍然受限,整體市場仍然吃緊;SK海力士決議在無錫興建新廠,最快產能開出時間落在2019年,我們預計在2018年上半年伺服器內存價格仍然會延續漲價的走勢。
2018Q1移動式內存價格可能會有較明顯影響。在大陸智能手機出貨疲弱的大環境影響下,雖然整體DRAM仍呈現供貨吃緊的狀態,但以三星為首率先調整對大陸智能手機廠商的報價,移動式內存的漲幅已較先前收斂,從原先的5%的季成長縮小為約3%。
NANDFlash
需求端:下游智能手機快閃記憶體存不斷從16G到32G、64G、128G甚至256G升級導致嵌入式存儲快速需求增長,同時隨著SSD在PC中滲透率提升導致SSD需求快速增長。
供給端:2016和2017年為NANDFlash從2D到3DNAND製程轉化年,產能存在逐漸釋放的過程,主要廠商有三星、東芝、美光和海力士,三星同樣是產業龍頭,市佔率約為37%。
展望未來,智能手機銷售增速疲軟,2018年上半年NAND需求恐不如預期,隨著3D產能不斷開出,市況將轉變成供過於求,導致NANDFlash價格持續走跌的機率升高。
NORFlash
雖然NORFLASH市場份額較小,但是由於代碼可在晶元內執行,仍然常常用於存儲啟動代碼和設備驅動程序。需求端:隨著物聯網、智慧應用(智能家居、智慧城市、智能汽車)、無人機等廠商導入NORFlash作為儲存裝置和微控制器搭配開發,NORFlash需求持續增長。供給端:一方面由於DRAM和NAND搶食矽片產能,導致NORFlash用12寸矽片原材料供不應求漲價;另一方面,巨頭美光及Cypress紛紛宣布淡出,關停部分生產線等,產生供給缺口,導致價格上漲。
經過近幾年版圖大洗牌,目前旺宏成為產業龍頭,市佔率約24%,CYPRESS(賽普拉斯)市場佔有率約21%,美光科技市佔率約20%,華邦電居第四位,大陸廠商兆易創新居第五,佔有一席之地。從各家公司的產品分布上,最高端NORFLASH產品多由美光、賽普拉斯供應,應用領域以汽車電子居多;華邦、旺宏則以NORFLASH中端產品供應為主,應用領域以消費電子、通訊電子居多;而兆易創新提供的多為低端產品,主要應用在PC主板、機頂盒、路由器、安防監控產品等領域。
展望未來,隨著iPhoneX採用AMOLED,需要再搭配一顆NORFlash,預期AMOLED智能型手機市場滲透率持續上升,對NORFlash需求的成長空間頗大。近年蓬勃發展的物聯網IOT需要有記憶體搭載,以及車用系統也持續增加新的需求。兆易創新戰略入股中芯國際,將形成存儲器虛擬「IDM」合作模式,進一步加深雙方合作關係,有助於保障長期產能供應,深度受益於NORFlash景氣。
十一、矽片的供需分析
矽片是半導體晶元製造最重要的基礎原材料,在晶圓製造材料成本中佔比近30%,是份額最大的材料。
目前主流的矽片為300mm(12英寸)、200mm(8英寸)和150mm(6英寸),其中12英寸矽片份額在65-70%左右,8寸矽片佔25-27%左右,6寸佔6-7%左右。近年來12英寸矽片佔比逐漸提升,6和8寸矽片的市場將被逐步擠壓,預計2020年二者合計佔比由2014年的40%左右下降到2020年的30%左右,而更大尺寸450mm(18英寸)產能將在19年開始逐步投建
矽片尺寸越大,單個矽片上可製造的晶元數量則越多,同時技術要求水平也越高。對於300mm矽片來說,其面積大約比200mm矽片多2.25倍,200mm矽片大概能生產出88塊晶元而300mm矽片則能生產出232塊晶元。更大直徑的矽片可以減少邊緣晶元,提高生產成品率;同時,在同一工藝過程中能一次性處理更多的晶元,設備的重複利用率提高了。
12英寸矽片主要用於高端產品,如CPUGPU等邏輯晶元和存儲晶元;8英寸主要用於中低端產品,如電源管理IC、LCDLED驅動IC、MCU、功率半導體MOSFE、汽車半導體等。
矽片供給屬於寡頭壟斷市場,目前全球硅晶圓廠商以日本、台灣、德國等五大廠商為主,包括日本信越、日本三菱住友SUMCO、環球晶圓、德國Siltronic、韓國SKSiltronic,前五大供應商囊括約90%以上的市場份額。
矽片的下遊客戶主要以三星、美光、SK海力士、東芝/WD為代表的存儲晶元製造商和以台積電、格羅方德、聯電、力晶科技、中芯國際為代表的純晶圓代工業者。
需求端:過去十年來矽片需求穩定增長。2016與2007年相比,製造一顆IC面積減少了24%以上,2016年IC面積0.044平方英寸/顆,而2007年0.058平方英寸/顆,1年約減少2~3%。但來自終端需求成長,帶動矽片需求量平均每年成長5~7%,故整體矽片面積每年呈3~5%的成長。
供給端:擴產不及時。據DIGITIMES的數據,自2006年至2016年上半,半導體矽片產業歷經長達10年的供給過剩,大多數硅晶圓供貨商獲利不佳,使得近年來供給端的動作相當保守,供應商基本沒有擴充產能,2017年受到下游存儲器、ASIC、汽車半導體、功率半導體等需求驅動,矽片呈現供不應求的局面,供需反轉形成剪刀差,矽片廠去庫存,矽片價格逐漸上升,從12寸向8寸蔓延。
12寸矽片
需求端:ICinsights數據顯示全球營運中的12寸晶圓廠數量持續成長,2017年全球新增8座12寸晶圓廠開張,到2020年底,預期全球將再新增9座的12寸晶圓廠運營,讓全球應用於IC生產的12寸晶圓廠總數達到117座。而如果18寸(450mm)晶圓邁入量產,12寸晶圓廠的高峰數量可達到125座左右;而營運中8寸(200mm)量產晶圓廠的最高數量則是210座(在2015年12月為148座)。根據SUMCO的數據,2016下半年全球300mm矽片的需求已經達到520萬片/月,2017年和2018年全球300mm矽片的需求分別為550萬片/月和570萬片/月。預計未來三年300mm矽片需求將持續增加,2020年新增矽片月需求預計超過750萬片/月,較2017年增加200萬片/月以上,需求提升36%,從2017-2022年複合需求增速超過9.7%,值得注意的是,以上測算需求還沒有考慮部分中國客戶。
供給端:根據SEMI的預測,2017年和2018年300mm矽片的產能為525萬片/月和540萬片/月。由於2017年之前矽片供大於求,矽片產業虧多賺少,各大矽片廠擴產意願低,所以全球矽片的產量增長緩慢。各大廠商以漲價和穩固市佔率為主要策略,到目前為止僅有SUMCO預計在2019年上半年增加11萬片/月和Siltronic計划到19年中期擴產7萬片/月。我們預計未來幾年12寸矽片的缺貨將是常態。
漲價:12寸矽片供不應求,缺貨成常態,矽片價格逐步上升,下游晶圓廠開始去庫存。信越半導體及SUMCO的12寸矽片簽約價已從2017年的75美元/片上漲至120美元/片,漲幅高達60%。未來幾年矽片供給仍然存在明顯缺口,我們預計漲價趨勢將持續,2018年12寸矽片將進一步漲價20%-30%左右。
8寸矽片
需求端:2017年上半年8寸晶圓廠整體的需求較平緩,隨著2017年第3季旺季需求顯現,預期隨著硅晶圓續漲,在LCD/LED驅動IC、微控制器(MCU)、電源管理IC(PMIC)、指紋辨識IC、CIS影響感測器等投片需求持續增加。雖然LCD驅動IC、PMIC、指紋辨識IC等已出現轉向12寸廠投片情況,但多數上游IC設計廠基於成本及客制化的考慮,仍以在8寸廠投片為主。Sumco預計到2020年200mm矽片需求量將達574萬片/月,比2016年底的460萬片/月增加24.78%。
供給端:8寸晶圓製造設備產能持續降低,部份關鍵設備出現嚴重缺貨,二手8寸晶圓製造設備也是供不應求。在此情況下,晶圓代工短期廠很難大舉擴增8寸晶圓產能,8寸硅晶圓的擴產需到2018年-2019年才有產出,我們預計未來幾年8寸矽片也將處於供給緊張狀態。
漲價:2017年12英寸硅晶圓供不應求且價格逐季調漲,8英寸硅晶圓價格也在2017年下半年跟漲,累計漲幅約10%。在投片需求持續增加,但擴產有限下,預期2018年上半年8寸晶圓廠產能整體產能仍吃緊。根據ESM報道,預期隨著硅晶圓續漲價,預計2018年第1季8寸晶圓代工價格將會調漲5~10%。
十二、8寸晶圓產品的漲價蔓延
8寸硅晶圓短缺以及晶圓廠產能緊缺的影響逐漸向市場滲透,而電源IC、MCU、指紋IC、LED/LCD驅動晶元、MOSFET等皆為8寸產線。
根據國際電子商情報道,多家國內外原廠發布了自2018年1月1日起漲價的通知,主要集中在MOSFET、電源IC、LCD驅動IC等產品,有的漲幅達到了15%-20%。國內廠商,富滿電子、華冠半導體、芯電元、芯茂微電子、裕芯電子、南京微盟等對電源IC、LED驅動IC、MOSFET等產品進行了調價,其中MOSFET漲幅較大。國際分立器件與被動元器件廠商Vishay決定自2018年1月2日起對新訂單漲價,未發貨訂單價格也將於3月1日起調整。
MOSFET:延長交期
根據富昌電子2017年Q4的市場分析報告指出,低壓MOSFET產品,英飛凌、Diodes,飛兆(安森美)、安森美、安世,ST,Vishay的交期均在延長,交期在16-30周區間。英飛凌交期16-24周,汽車器件交貨時間為24+周。安世半導體交期20-26周,汽車器件產能限制。Vishay/Siliconix從5&6英寸晶圓廠轉型成8英寸晶圓廠,貨期也有改進。高壓MOSFET產品,除IXYS和MS交期穩定之外,英飛凌、飛兆/安森美、ST、羅姆、Vishay皆為交期延長。
MCU:恐將缺貨一整年
2017年12月,全球汽車電子晶元龍頭大廠NXP(恩智浦)宣布,從2018年第一季度開始,MCU、汽車電子等產品將會進入漲價通道,漲價幅度5%-10%不等。此外,自2017年以來,全球多家MCU廠商產品出貨交期皆自四個月延長至六個月,日本MCU廠更罕見拉長達九個月。2017年全球電子產品製造業營運大多相當紅火,連日本半導體廠也出現多年不見正成長榮景,帶動IC晶元等電子元件銷量走升。預估後市於全球汽車電子、物聯網應用需求不斷爆發、持續成長,矽晶圓廠產能滿載下,2018年全球MCU市場,恐將一整年持續面臨供應短缺局面。
LCD驅動IC:漲價or缺貨
根據WitsView預測,一方面,由於晶圓代工廠提高8英寸廠的IC代工費用,IC設計公司第一季可能跟著被迫向面板廠提高IC報價5~10%,以反映成本上升的壓力。另一方面,隨著物聯網、車用電子以及智慧家居等需求興起,帶動電源管理與微控制器等晶元用量攀升,已經開始擠壓8英寸晶圓廠LCD驅動IC的投片量。
近年來因面板廠的削價競爭,驅動IC價格大幅滑落,早已成為晶圓代工廠心中低毛利產品的代名詞,當利潤更佳的電源管理晶元或是微控制器的需求崛起,也剛好給了晶圓代工廠一個絕佳的調整機會,預估截至2018年第一季,晶圓代工廠驅動IC的投片量將下修約20%。中低端IT面板用驅動IC供應吃緊,驅動IC的交期普遍都拉長到10周以上,有可能連帶影響面板的供貨。
十三、各種新興應用對半導體的大量需求催促半導體升值
按照ICInsights的預測,半導體所佔電子信息產業的比例,將由2016年的25%提高到接近2017年的28.1%,將會有更多的元器件被半導體所取代或整合,或者更多的新功能新應用被新設備所採用,半導體對應電子產品的重要性越來越大,預計到2021年,半導體價值量在整機中的佔比將上升到28.9%,提升空間廣闊。
以電動汽車為例,據strategyanalytics2015數據,傳統汽車的汽車電子成本大約在315美金,而插混汽車和純電動汽車的汽車電子含量增加超過一倍,插混汽車大約703美金,純電動汽車大約719美金。此外,汽車智能化還將進一步提高汽車電子的用量,從而推動半導體行業的發展
根據SIA數據,2016全球半導體下游終端需求主要以通信類(含智能手機)佔比為31.5%,PC/平板佔比為29.5%,消費電子佔比13.5%,汽車電子佔比11.6%。
展望未來,半導體產業除了傳統3C及PC驅動外,物聯網、5G、AI、汽車電子、區塊鏈及AR/VR等多項創新應用將成為半導體行業長效發展的驅動力。
物聯網IOT:到2020年全球產業規模將達到2.93萬億美元
移動通訊商愛立信的數據顯示,2015-2021年期間,全球基於蜂窩物聯網和非蜂窩物聯網的物聯設備年複合增長率將分別達到27%、22%,增速約為傳統行動電話的7倍。
物聯網設備增長帶動全球市場快速增長。據ICInsights等機構研究,2016年全球具備聯網及感測功能的物聯網市場規模為700億美元,比上年增長21%。預計2017年全球物聯網市場規模將達到798億美元,增速為14%。2018年全球市場增速將達30%,規模有望超千億美元。
市場調研機構Gartner數據顯示,2017年全球物聯網市場規模將達到1.69萬億美元,較2016年增長22%。在新一輪技術革命和產業變革帶動下,預計物聯網產業發展將保持20%左右的增速,到2020年,全球物聯網產業規模將達到2.93萬億美元,年均複合增長率將達到20.3%
5G:射頻晶元和濾波器價值提升
據中國信息通信研究院預測,5G商用部署後,至2025年中國的5G連接數將達到4.28億,佔全球連接總數的39%。華為2018年搶先發布了首款3GPP標準的5G商用晶元和終端,2019年,華為將推出5G手機。5G時代頻段和載波聚合技術會增加射頻元件的使用數量,新技術提高了射頻部分元器件的設計難度,帶來元器件單機價值量提升。在半導體領域體現在射頻晶元和濾波器兩部分價值的提升。智能手機使用的RF前端模塊與組件市場於2016年產值為101億美元,到了2022年,預計將會成長至227億美元。
人工智慧AI&區塊鏈:特殊應用晶元高速成長
人工智慧晶元的發展路徑經歷了從通用走向專用,從CPU到GPU到FPGA再到ASIC。
《2016-2017中國物聯網發展年度報告》顯示2016年全球人工智慧晶元市場規模達到23.88億美金,預計到2020年將達到146億美金,增長迅猛,發展空間巨大。
此外,以區塊鏈為底層技術的加密貨幣帶動挖礦晶元及其封裝市場的增長。據預測,2017年若以主流28納米流片的晶元數目來計算,2017年對應的晶元用量約為3.2億個挖礦晶元,2017年全年礦機晶元封裝市場約為9-11億元之間。展望2018,往後還將出現12納米製程以下的ASIC礦機晶元,根據DIGITIMES預估,2018年礦機晶元封測市場規模預估將成長至少四倍,逼近40億元人民幣以上。
『以台積電為例,在iPhoneX出貨量調降、中國對智能手機需求疲弱之際,加密貨幣相關業務或成為台積電營收貢獻的及時雨,比特大陸2017年12月躍升為台積電的最大大陸客戶。台積電預期虛擬貨幣相關特殊應用晶元,和其他具備核心深度學習、高速運算的繪圖晶元等,將是台積電2018成長最強的領域。根據Gartner預測,快速崛起的深度學習處理器到2022年將成長至160億美元市場規模。
汽車電子:電動化+智能化+網聯化推動汽車電子含量顯著提升
隨著全球能源、環境、交通安全等問題日漸突出和消費者對汽車的舒適、便利、娛樂等的要求越來越高,汽車向電動化、輕量化、智能化、聯網化發展。根據普華永道和思略特預測,從2025年開始,電動車將迅速發展;而到2028年,4/5級無人駕駛汽車將成為主流。
汽車電動化+智能化+網聯化趨勢下,汽車電子含量顯著提升,主要來自於兩方面:一是電動化帶來功率半導體、MCU、感測器等增加;二是智能化和網聯化帶來車載攝像頭、雷達、晶元等增加。在智能化帶來的增量方面,自動駕駛級別每提升一級,感測器的需求數量將相應的增加,到L4/L5級別,車輛全身感測器將多達十幾個以上。
以特斯拉為例,Autopilot2.0感測器包含12個超聲波感測器,8個攝像頭以及1個雷達。未來5年,隨著汽車自動化級別的逐步提高,在雷達和攝像頭模塊的驅動下,ADAS/AD半導體市場將加速增長。英飛凌認為:2025年左右,L3自動駕駛車輛的單車半導體成本平均為580美元;2030年左右,L4/L5自動駕駛車輛的單車半導體成本平均為860美元。
據《中國汽車電子行業分析報告》數據顯示,2013年,我國汽車電子市場規模為3120億元,到2015年時,已增至3979億元,呈現逐年快速增長態勢。預計到2020年,我國汽車電子市場規模將達到7049億元。
十四、半導體行業持續景氣蓬勃發展
美國半導體行業協會(SIA)數據顯示,2018年1月全球半導體銷售額增長22.7%,達到創紀錄的376億美元,連續18個月實現增長。其中,美國半導體銷售額同比飆升40.6%,創有史以來最大增幅;歐洲銷售額增長19.9%,亞太及所有其它地區銷售額增長18.6%,中國市場銷售額增長18.3%,日本銷售額增長15.1%。
SEMI預估,2018年半導體產值年增率約5%至8%,再創新高,2019年可望續增,產值將首度站上5,000億美元大關。研究機構Gartner預期半導體市場2018年仍持續是個好年,但相較於2017年成長將會趨緩,2018年預測約達到7.5%,而在往後2019-2020年成長將呈現持平的狀態。
根據ICInsights數據顯示,在集成電路市場的四大產品類別:模擬、邏輯、存儲和微元件中,2017-2022年模擬市場增速最高達到6.6%,而微元件市場僅為3.9%,整體集成電路市場年複合增長率為5.1%。
十五、中國半導體市場發展到底有多麼落後?
中國半導體市場接近全球的1/3。根據WSTS數據,2016年全球半導體銷售額為3389億美元,其中我國半導體銷售額1075億,佔全球市場的31.7%。中國為全球需求增長最快的地區。2010年-2016年,全球半導體市場規模年均複合增速為6.3%,而中國年均複合增速為21.5%。隨著5G、消費電子、汽車電子等下游產業的進一步興起,疊加全球半導體產業向大陸轉移,預計中國半導體產業規模進一步增長。
自給率水平低,核心晶元缺乏,國產化迫在眉睫。在2014及2015年的統計中晶元進口就超過了2000億美元,超過了原油,成為中國進口量最大的商品。根據ICinsights數據,2015國內半導體自給率還沒超過10%,16年自給率剛達到10.4%。預計15年到20年,國內的半導體自給產值CAGR能達到28.5%,從而達到2020年國產化比例15%的水平。
特別是核心晶元自給率極低。我國計算機系統中的CPUMPU、通用電子統中的FPGA/EPLD和DSP、通信裝備中的嵌入式MPU和DSP、存儲設備中的DRAM和NandFlash、顯示及視頻系統中的DisplayDriver,國產晶元佔有率都幾乎為零。
這種情況對於國家和企業而言都是非常不利的,不管是從國家安全還是電子產業的發展而言,全力推動半導體產業目前已經成為了全國上下的一致共識,整個行業的發展動力非常充足。
根據ICInsight的數據,2016年全球20大半導體企業中,仍然以海外公司為主。其中美國有8家,日本、台灣地區和歐洲各佔3家,韓國佔2家,新加坡有1家,沒有一家大陸半導體公司上榜。不管是設計製造還是IDM模式方面,大陸半導體產業和國際先進水平仍然存在不小差距。
十六、中國半導體發展歷史和發展戰略
國內半導體發展大致可以分為三個階段:
第一階段為1982-2000,稱之為搭框架階段。1982年成立了國務院計算機與大規模集成電路領導小組,由於當時的國際環境比較好,我們提出以市場換技術,以北京、上海、無錫為中心建立半導體產業基地,尤其是90s的無錫華晶,成為國內矚目的半導體標杆性企業。
第二階段為2000-2014,18號文之後的15年,商業化初步階段。2000年國務院[18號文],出台《鼓勵軟體產業和集成電路產業發展的若干政策》,到2011年,國務院很快發布了關於《進一步鼓勵軟體和集成電路產業發展若干政策》的通知,就是4號文,在稅收和財政上給予半導體產業優惠政策,產業分工得以初步實現。晶圓廠迎來一波建設浪潮,2000年後,天津摩托羅拉投資14億美元建成月產2.5萬片的8英寸工廠,上海中芯國際投資15億美元建成月產4.2萬片的8英寸工廠。到2003年,國內出現一批晶圓代工企業,如上海宏力、蘇州和艦(聯電)、上海貝嶺、上海先進(飛利浦),北京中芯環球等。
第三階段為2014-2030,以2014年發展綱要頒布為起點的15年,進入跨越式發展推進階段。2014年6月,國務院頒布了《國家集成電路產業發展推進綱要》,提出設立國家集成電路產業基金(簡稱「大基金」),將半導體產業新技術研發提升至國家戰略高度。且明確提出,到2020年,集成電路產業與國際先進水平的差距逐步縮小,全行業銷售收入年均增速超過20%,企業可持續發展能力大幅增強;到2030年,集成電路產業鏈主要環節達到國際先進水平,一批企業進入國際第一梯隊,實現跨越發展。
據集邦諮詢統計,截至2017年11月30日,大基金累計有效決策62個項目,涉及46家企業,累計有效承諾額1,063億元,實際出資794億元,分別占首期總規模的77%和57%,投資範圍涵蓋IC產業上、下游。大基金在製造、設計、封測、設備材料等產業鏈各環節進行投資布局全覆蓋,各環節承諾投資佔總投資的比重分別是63%、20%、10%、7%。
我們對大基金投資標的進行了匯總,截至2018年1月19日,大基金已成為50多家公司股東,涉及18家A股公司、3家港股公司,目前大基金持股市值超200億。
在國家集成電路產業投資基金之外,多個省市也相繼成立或準備成立集成電路產業投資基金,目前包括北京、上海、廣東等在內的十幾個省市已成立專門扶植半導體產業發展的地方政府性基金。根據國家集成電路產業基金的統計,截止2017年6月,由「大基金」撬動的地方集成電路產業投資基金(包括籌建中)達5145億元。
目前大基金二期已經啟動,募集金額有望超過一期,一期規模為1387億元。大基金總經理丁文武透露,大基金將提高對設計業的投資比例,並將圍繞國家戰略和新興行業進行投資規劃,比如智能汽車、智能電網、人工智慧、物聯網、5G等,並盡量對設備和材料給予支持,推動其加快發展。
十七、中國半導體產業生態逐步完善,三業發展日趨均衡,發展迅速
經過多年的發展,通過培育本土半導體企業和國外招商引進國際跨國公司,國內逐漸建成了覆蓋設計、製造、封測以及配套的設備和材料等各個環節的全產業鏈半導體生態。大陸湧現了一批優質的企業,包括華為海思、紫光展銳、兆易創新、匯頂科技等晶元設計公司,以中芯國際、華虹半導體、華力微電子為代表的晶圓製造企業,以及長電科技、華天科技、通富微電、晶方科技等晶元封測企業。
根據集邦諮詢數據,2017年中國半導體產值將達到5176億元人民幣,年增率19.39%,預估2018年可望挑戰6200億元人民幣的新高紀錄,維持20%的年增長速度,高於全球半導體產業增長率。
近年來,國內半導體一直保持兩位數增速,製造、設計與封測三業發展日趨均衡,但我國集成電路產業結構依然不均衡,製造業比重過低。2017年前三季度,我國IC設計、製造、封測的產業比重分別為37.7%、26%和35.5%,但世界集成電路產業設計、製造和封測三業佔比慣例為3∶4∶3。
我國2016年設計業佔比首次超越封測環節,未來兩年在AI、5G、物聯網,以及區塊鏈、指紋識別、CIS、AMOLED、人臉識別等新興應用的帶動下,預估設計業佔比將在2018年持續增長至38.8%,穩居第一的位置。
製造產業加速建設,尤其以12寸晶圓廠進展快速。2018年將有更多新廠進入量產階段,整體產值將有望進一步攀升,帶動IC製造的佔比在2018年快速提升至28.48%。
封測業基於產業集群效應、先進技術演進驅動,伴隨新建產線投產運營、中國本土封測廠高階封裝技術愈加成熟、訂單量增長等利多因素帶動,我們預計2018年封測業產值增長率將維持在兩位數水平,封測三巨頭增速將優於全行業。
設計:自主發展,群雄並起
我國部分專用晶元快速追趕,正邁向全球第一陣營。專用集成電路細分領域眾多,我國能夠趕上世界先進水平的企業還是少數,這主要有兩類。一是成本驅動型的消費類電子,如機頂盒晶元、監控器晶元等。二是通信設備晶元,例如,華為400G核心路由器自主晶元,2013年推出時領先于思科等競爭對手,並被市場廣泛認可。上述晶元設計能較好地兼顧性能、功耗、工藝製程、成本、新產品推出速度等因素,具備很強的國際競爭力。但是,在高端智能手機、汽車、工業以及其他嵌入式晶元市場,我國差距仍然很大。
高端通用晶元與國外先進水平差距大是重大短板。在高端通用晶元設計方面,我國與發達國家差距巨大,對外依存度很高。我國集成電路每年超過2000億美元的進口額中,處理器和存儲器兩類高端通用晶元合計佔70%以上。英特爾、三星等全球龍頭企業市場份額高,持續引領技術進步,對產業鏈有很強的控制能力,後發追趕企業很難獲得產業鏈的上下游配合。雖然紫光展銳、華為海思等在移動處理器方面已進入全球前列。但是,在個人電腦處理器方面,英特爾壟斷了全球市場,國內相關企業有3~5家,但都沒有實現商業量產,大多依靠申請科研項目經費和政府補貼維持運轉。龍芯近年來技術進步較快,在軍品領域有所突破,但距離民用仍然任重道遠。國內存儲項目剛剛起步,而對於FPGA、AD/DA等高端通用晶元,國內基本上是空白。
收購受限,自主發展。隨著萊迪思(以FPGA產品為主營業務)收購案被否決,標誌著通過收購海外公司來加速產業發展的思路已經不太現實,越是關鍵領域,美國等國家對於中國的限制就會嚴格,只有自主發展,才是破除限制的根本方法。
海思展訊進入全球前十。根據ICInsights2017年全球前十大Fabless排名,國內有兩家廠商殺進前十名,分別是海思和紫光集團(展訊+RDA),這兩者分別以47.15億美元和20.50億美元的收入分居第七位和第10位,其中海思的同比增長更是達到驚人的21%,僅僅次於英偉達和AMD,在Fabless增長中位居全球第三。
大陸設計業群雄逐鹿。根據《砥礪前行的中國IC設計業》數據顯示,2017年國內共有約1380家晶元設計公司,較去年的1362家多了18家,總體變化率不大。而2016年,則是中國晶元設計行業突飛猛進的一年,相關設計公司數量較2015年大增600多家。
根據集邦諮詢數據,2017年中國IC設計業產值預估達人民幣2006億元,年增率為22%,預估2018年產值有望突破人民幣2400億元,維持約20%的年增速。
2017年中國IC設計產業廠商技術發展僅限於低端產品的狀況已逐步改善,海思的高端手機應用處理晶元率先採用了10nm先進位程,海思、中興微的NB-IoT、寒武紀、地平線的AI布局在國際嶄露頭角,展銳、大唐、海思的5G部署也順利進行。
根據集邦諮詢預估的2017年IC設計產業產值與廠商營收排名數據,今年前十大IC設計廠商排名略有調整,大唐半導體設計將無緣前十,兆易創新和韋爾半導體憑藉優異的營收表現進入排行前十名。
海思:受惠於華為手機出貨量的強勢增長和麒麟晶元搭載率的提升,2017年營收年增率維持在25%以上。
展銳:受制於中低端手機市場的激烈競爭,2017年業績出現回調狀況。
中興微電子:以通訊IC設計為基礎,受到產品覆蓋領域廣泛的帶動,預估營收成長率超過30%。
華大半導體:業務涉及到智能卡及安全晶元、模擬電路、新型顯示等領域,2017年營收也將超過人民幣50億元。
匯頂科技:在智能手機指紋識別晶元搭載率的持續提升和產品優異性能的帶動下,在指紋市場業績直逼市場龍頭FPC,預計今年營收增長也將超過25%。
兆易創新:首次進入營收前十名,憑藉其在NORFlash和32bitMCU上的出色市場表現,2017年營收成長率有望突破40%,超過人民幣20億元。
而在芯謀研究發布的2017年中國十大集成電路設計公司榜單上,比特大陸以143億元的年銷售額躍升第二,成為中國晶元設計業的年度黑馬。比特大陸是全球最大的比特幣礦機生產商,旗下的螞蟻礦機系列2017年銷量在數十萬台,市場佔有率超過80%。
2018年,中國IC設計產業在提升自給率、政策支持、規格升級與創新應用三大要素的驅動下,將保持高速成長的趨勢,其中,中低端產品市場佔有率持續提升,國產化的趨勢將越加明顯。另一方面,資金與政策支持將持續擴大。大基金第二期正在募集中,且會加大對IC設計產業的投資佔比,同時選擇一些創新的應用終端企業進行投資。此外,科技的發展也引領終端產品規格升級,物聯網、AI、汽車電子、專用ASIC等創新應用對IC產品的需求不斷擴大,也將為2018年IC設計產業帶來成長新動力。
十八、中國半導體製造業中的3代工+3存儲前三強企業
晶圓製造產業向大陸轉移。在半導體向國內轉移的趨勢下,國際大廠紛紛到大陸地區設廠或者增大國內建廠的規模。據ICInsight數據,2016年底,大陸地區晶圓廠12寸產能210K(包括存儲產能),8寸產能611K。本土的中芯國際、華力微以及武漢新芯的12寸產能合計為160K。
大陸12寸晶圓廠產能爆發。根據SEMI數據顯示,預計2017年至2020年間,全球投產的晶圓廠約62座,其中26座位於中國,佔全球總數的42%。根據TrendForce統計,自2016年至2017年底,中國新建及規劃中的8寸和12寸晶圓廠共計約28座,其中12寸有20座、8寸則為8座,多數投產時間將落在2018年。預估至2018年底中國12寸晶圓製造月產能將接近70萬片,較2017年底成長42.2%;同時,2018年產值將達人民幣1,767億元,年成長率為27.12%。
晶圓代工三強:中芯國際、華虹半導體、華力微
在晶圓代工市場,大陸廠商面臨著挑戰與機遇。一方面,大陸設計公司在快速成長,本土設計公司天然有支持本土製造廠商的傾向;另一方面,製造業發展所需資金、人力與知識積累的門檻越來越高,在這些方面中國廠商與世界領先廠商的差距有拉大的趨勢。如何在現有基礎上穩紮穩打,逐步縮小與世界先進水平的差距,相當考驗以中芯國際、華宏宏力、華力微為代表的大陸代工廠的經營能力。
全球晶圓代工穩步增長,行業集中高。ICInsight預計2016-2021年的純晶圓代工廠將年均以7.6%的複合增速增長,從2016年的500億美元增長到2021年的721億美元。純晶圓代工行業集中度很高,前四大純晶圓代工廠合計佔據全球份額的85%,其中台積電一家更是雄踞近60%的市場份額。基於晶圓代工行業高技術高投入的門檻,我們判斷晶圓代工行業格局短期不會有太大變化,但國內中芯國際可能會是增速最快的一家。
國內代工三強與國際巨頭相比,追趕仍需較長時間。從大陸市場來看,由於國內市場的崛起,尤其是設計公司的快速發展,純晶圓廠在國內的銷售額的增長迅猛。根據ICinsight預測,2017年大陸地區晶圓代工市場達到70億美金,同比增長16%,顯著高於全球平均增速。台積電依然是一家獨大,佔比高達47%。
國內先進位程落後相差兩代以上。半導體晶圓製造集中度提升,只有巨頭才能不斷地研發推動技術的向前發展。世界集成電路產業28-14nm工藝節點成熟,14/10nm製程已進入批量生產,Intel、三星和台積電均宣布已經實現了10nm晶元量產,並且準備繼續投資建設7nm和5nm生產線。而國內28nm工藝僅在2015年實現量產,且仍以28nm以上為主。
本土晶圓廠最先進量產製程目前仍處於28nmPoly/SiON階段,雖然在28nm營收佔比、28nmHKMG量產推進及方面皆取得不錯的成績。中芯國際是國內純晶圓製造廠龍頭,在傳統製程(≥40nm)已具備相當的比較優勢,同時積極擴展28nm領域,但面臨最大的障礙是28nm良率不足的問題,一旦未來6-12個月內取得突破,將為公司打開更廣闊空間,相應的擴產力度和節奏都將大大提高。梁孟松入職中芯擔任聯合CEO,極大地提高了關鍵製程確定性。梁孟松早年是台積電和三星的技術核心人物,台積電的130nm、三星的45/32/28nm每一節點都有梁的突出貢獻。我們認為在梁主導研發之後,將有效整合中芯現有資源,加快突破28nm的進程以及進軍14nm研發。但另一方面,台積電(南京)、聯芯(廈門)、格芯(成都)等外資廠商的同步登陸布局也將進一步加劇與本土廠商在先進位程的競爭。
存儲器三強:長江存儲、合肥長鑫、福建晉華
存儲器分類、市場空間、競爭格局等相關內容已在本文2.1節介紹(單擊此處跳轉查看)。2017年風光無限的存儲器市場上,中國是買單的一方,無論是DRAM還是NAND快閃記憶體,現在的自給率仍然是零。目前大陸用於專門生產存儲器的12英寸晶圓廠都主要為外資企業,包括SK海力士(無錫)、三星(西安)和英特爾(大連)。本土存儲項目剛剛起步,產線尚在建設當中,主要包括武漢長江存儲、福建晉華集成、合肥長鑫存儲。
長江存儲是由紫光集團與武漢新芯合作成立,首期投入超過600億元,預計未來還將追加300億美元。2016年底動工國家存儲器基地項目,2017年2月宣布與微電子所聯合研發的32層3DNANDFlash晶元順利通過測試,目前已累積多個3DNAND專利,有望2018年底順利投產,預計2020年月產能將達30萬片。紫光還計劃在成都和深圳投資兩條總產能14萬/月的NANDFlash12寸生產線。但是紫光的NANDFlash製程節點仍落後國際大廠1-2代。目前長江存儲的重心放在3DNANDflash的開發上面,同時也在推進20/18nm的DRAM開發,DRAM進度慢於NANDFLASH,預計DRAM最快將於2020年量產。
合肥長鑫存儲由兆易創新、中芯國際前CEO王寧國與合肥產投簽訂協議成立,項目預算金額為180億元人民幣。兆易創新負責研發19nm工藝製程的12英寸晶圓移動型DRAM,目標於2018年底前研發成功,實現產品良率不低於10%。屆時,合肥長鑫將成為中國第一家自主化大規模DRAM工廠,將是世界第四家突破20nm以下DRAM生產技術的公司。
福建晉華項目由台聯電提供技術專攻利基型DRAM(消費電子),已投資56.5億元在晉江建設12寸晶圓廠,初期將導入32nm製程,規劃產能為每月6萬片,預計2018年9月開始試產。
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