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淺談中國芯片產業的真實現狀

   日期:2019-05-25     瀏覽:17    評論:0    
核心提示:從美國用芯片掐住中興的脖子后,芯片產業成為全民關注的焦點,民眾對國內的芯片產業寄予厚望,期待能夠突破技術封鎖,實現國內的
 從美國用芯片掐住中興的脖子后

,芯片產業成為全民關注的焦點,民眾對國內的芯片產業寄予厚望,期待能夠突破技術封鎖,實現國內的產業結構升級。

由于大家對芯片的應用場景比較陌生,因此很難對國內芯片產業的現狀有客觀認識,網友們對國內芯片產業的真實實力一直爭論不休。首席君整理各家券商、研究所的研報,為大家寫一篇科普文章,讓大家對國內芯片行業有一個客觀的認識。

首先給一個總結國內IC市場規模大,自給能力不足;中低端產品發展迅速,細分領域實現突破,核心受制于人。

我國是世界工廠,承接了全世界電子產品的加工制造,每年需要大量進口芯片。芯片已經超過原油,成為我國進口的第一大品類。

雖然擁有如此龐大的市場,但由于芯片產業鏈條長,每個環節均有不小的技術難度,導致我國芯片自給能力弱,截至2018年,自給率在15%左右。在整個產業鏈的多數環節,我們與國際先進技術之間存在巨大差距,這也是自給率不足的重要原因。不過經過多年發展,我們在一些細分領域實現了突破,達到先進水準,如海思的手機處理器等。

按照產業鏈環節劃分,具體可以分為設備、材料、IC設計、晶圓代工、封裝測試五個領域,每個領域都有一定的門檻,下面我分別介紹每個領域的發展情況。

、材料

芯片實際就是搭建了集成電路的硅片,制造芯片,首先要有硅片。先進芯片的制程已到了納米級別,這就對硅片的純度和平整度有極高要求,因此制造硅片并不容易。

制造硅片大概需要以下三個步驟純化、拉晶、切割。主要難度在拉晶這個環節,拉晶就是將純化得到的多晶硅融化,用單晶硅種接觸液面表面,然后旋轉拉升,得到單晶硅柱。做出的晶柱越粗,可切出的硅片直徑越大,芯片制造時的效率就會更高。

主流的硅片為8寸和12寸兩種,國內做的比較好的是新昇半導體和中環股份,去年底時新昇半導體的12寸硅片已經通過中芯國際認證,這個領域未來國產替代的空間很大。

除硅片外,芯片制造過程中還需要用到電子氣體、靶材、工藝化學品、光刻膠、光刻膠除膠劑、CMP、掩模板等材料。

我國廠商在濺射靶材、研磨液上有所突破,但大多數材料仍需依賴進口。涉及相關業務的國內上市公司有南大光電、雅克科技、中環裝備電子氣體;南大光電、晶瑞股份光刻膠;江化微、晶瑞股份電子化學品;鼎龍股份CMP;江豐電子、有研新材靶材。

、IC設計

IC設計類似于做圖紙,設計師根據系統、邏輯與性能的要求,制作具體物理版圖的過程。有些企業會將制作的圖紙交給代工企業制造,有些則擁有自己的制造廠,華為海思、高通等屬于前者,而Intel、三星等屬于后者。

IC根據功能的不同,可以分為多個子類

1、存儲器這塊主要被韓國的三星、海力士和美國的美光壟斷,最近幾年存儲器漲價讓幾家巨頭賺翻了。存儲器國產化率非常低,我國最近幾年在存儲器領域投入巨資,最具有代表性的是紫光集團旗下的長江存儲,未來有可能會打破國外的壟斷,但還需要時間來驗證。

2、微處理器在PC端,國產實力較弱,暫時沒有能力實現國產替代;在移動端,華為海思已經可以設計出世界先進水平的處理器,而紫光展銳的中低端處理器已經成功應用于許多手機廠商。不過無論海思、展銳還是高通、蘋果,設計芯片時都使用了ARM的架構,ARM是這個領域的隱形霸主。

3、微控制器MCU廣泛運用在多個領域。目前國內高端市場被國外廠商占據,國內僅有中穎電子和兆易創新在中低端MCU領域迅速實現國產化,主要是鋰電池管理芯片,小家電主控芯片等。

4、數字信號處理器這塊同樣被國外壟斷,國內僅在軍用領域有一些突破,民用領域差距很大。

5、模擬電路與國際巨頭差距明顯,且追趕難度巨大。

另外在一些更細分的領域,國產廠商也實現了突破,例如匯頂科技的指紋識別芯片已經成功登頂世界第一。

、制造

有些芯片公司只做設計Fabless,并沒有自己的工廠Foundry,因此要找制造企業代工。臺積電是全球Foundry中的絕對霸主,一家拿到了50%的份額,臺積電先進制程的開發進度幾乎決定了行業的發展速度。目前臺積電已經試產了5nm,三星為了與臺積電競爭,稱要研發3nm制程。大陸工廠與臺積電的差距大約在2代以上,最先進的中芯國際今年一季度剛剛可以量產14nm制程,目前正抓緊攻克12nm;至于排行老二華虹半導體,距離先進制程仍有距離。

另外也有一些芯片企業采用了IDM模式,國內長江存儲自建了存儲器晶圓生產線,制造工藝同樣較為先進。

、封裝測試

封測是集成電路產品的最后一段環節,技術相對容易。封裝和測試是兩道工序,封裝是把電路包起來,外部留出接觸的pin腳;測試則是檢測芯片的性能滿足設計要求。

國內封測領域有三大龍頭,分別是長電科技、華天科技和通富微電,三家均進入了全球封測行業的前十,2017年時三家總共占了全球封測市場份額的19%。得益于2015年收購了國際封測巨頭星科金朋,長電科技無論技術還是規模均牢牢占據國內第一位。可惜蛇吞象并購后并沒有給長電科技帶來現金回報,星科金朋2015-2018年累計虧損了20.73億,也是非常難受。

、設備

所有的生產都離不開設備,IC對設備的依賴更強。設備可分為晶圓制造設備、封裝設備和測試設備等。晶圓制造設備又分為刻蝕機、光刻機、薄膜沉設備、CMP設備、檢測設備等。

光刻機的技術難度最高,目前被荷蘭廠商ASML壟斷。EUV是先進制程IC制造的重要設備,目前僅有ASML可以制造,筆者認為EUV是人類科學史上的奇跡,短期國內在這個領域實現突破的可能性幾乎為0。

另外一個比較重要的設備就是刻蝕機,刻蝕設備的難度遠遠低于光刻機,準備在科創板上市的中微公司的等離子體刻蝕設備已被廣泛應用于從65nm到7nm 的IC加工制造及封裝。另一個國產IC設備龍頭則是北方華創,北方華創的優點在于全面,目前可以制造等離子刻蝕、物理氣相沉積、化學氣相沉積、氧化/擴散、清洗、退火等半導體工藝裝備。

可以說在芯片設備領域,除光刻機外均有所突破,未來也是國產替代的重點。

、總結

半導體產業鏈條長,全球分工分散,沒有任何一個國家具備完全自主制造先進芯片的能力。當對手用違背商業精神的招式來限制我們時,任何一個企業都難以招架。不過我們要相信道阻且長,行則將至

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