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中国半导体行业水平离世界先进还有多远?(篇三)


中国半导体行业水平离世界先进还有多远?

(篇三)

近几年,中国半导体产业进入了高速发展期,自主创新,摆脱西方发达国家的制约,一直是中国半导体业界的心愿。究竟中国的半导体距离世界强国还有多远?

说一千道一万,中国半导体业发展有其特殊性存在,行业当前发展与全球不同步,在国际上受到各方控制,市场庞大但自给率低,不仅如此,产业链不健全和政府支持的有序健康,也是影响产业发展的重大因素。

 这是中国半导体的现状,也是差距所在。

差距在哪里?

(一)  产业链层面

半导体产业链主要包含芯片设计、晶圆制造和封装测试三大核心环节,此外还有为晶圆制造与封装测试环节提供所需材料及专业设备的支撑产业链

虽然在政策支持、市场拉动及资本推动等因素的合力下,中国半导体行业不断发展,三大核心环节逐步完善,尤其是设计和封测领域,全球十大设计企业,海思榜上有名,十大封测厂商,中国大陆的长电科技、通富微电和天水华天分列第三、第六和第七。但是产业链的其他环节,比如半导体设备、材料、EDA工具等领域,依然是我们的痛点。

1.    半导体材料

半导体材料属于芯片制造、封测的支撑性行业,位于产业链的最上游。由于半导体产品的加工工序多,所以在制造过程中需要大量的半导体材料。以晶圆制造(前道)为例,需要进行扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、抛光(CMP)、金属化7道工序,而每道工序所用到的半导体材料都不尽相同。

根据 SEMI 报告显示,中国半导体材料市场2016年总规模达 651 亿人民币,其中晶圆制造材料约为331亿人民币,封装材料为318亿人民币,占全球半导体材料市场规模比重超过20%,与中国大陆晶圆制造及封测产能全球占比基本保持一致。

                                             

2013-2016 中国半导体材料市场规模(亿元)

近年来,随着国内代工制造生产线、存储器生产线、以及封装测试线的持续大规模建设,以及政策支持力度的大幅提升,目前,中国的半导体材料产业迅速发展,已经在国内市场占有了一定的市场份额,并逐步在个别产品或细分领域挤占国际厂商的市场空间

全球晶圆代工产能向中国大陆迁移的趋势明显

长电、华天、通富位居全球封测代工前十

但是从行业竞争格局看,全球半导体材料产业依然由日、美、韩、德等国家占据绝对主导,国产半导体材料的销售规模占全球比重不到5%,从整体技术水平和销售规模来看,国产半导体材料产业和海外化工及材料龙头仍存在较大差距。

同时,由于半导体材料行业细分领域众多,且不同的子行业在技术上存在较大差异,比如在硅片领域,日本信越化工、日本 SUMCO、台湾环球晶圆、德国 Siltronic、韩国 LG Silitron占比全球前五,在靶材领域,则是日矿金属、霍尼韦尔、东曹、普莱克斯等把持着靶材行业。至于国内,由于我们的半导体材料产业起步较晚,且受到技术、资金以及人才的限制,国内半导体材料产业总体表现出数量偏少、企业规模偏小、技术水平偏低以及产业布局分散的特征

拿集成电路晶圆制造中占比最大的基础材料——硅片和硅基材料举例来说,全球一半以上的半导体硅材料产能都集中在日本,而且尺寸越大,垄断情况越严重。2016年,全球前五大半导体硅片厂份额达92%,其中Shin-Etsu(信越化工)SumcoGlobal Wafers(环球晶圆) Siltronic、与 LG Siltron 分别占比为 27%26%17%13%9%。而目前,我国自主生产的硅片还是以应用于光伏和低端分立器件制造的6 英寸为主,8英寸和12英寸的大尺寸集成电路级硅片依然严重依赖进口

看来,要想以半导体材料为突破口,实现中国半导体产业的独立自主,又将是一条艰难的发展道路。

2.    半导体设备

半导体行业技术高、进步快,一代产品需要一代工艺,而一代工艺需要一代设备。

近几年,半导体产业的飞速发展加速了半导体设备产业的更新换代。赛迪顾问数据显示,从2014年到2018年,全球十大半导体设备供应商的市场占有率从78.6%上升到了81.0%,但依旧是应用材料(AMAT)、阿斯麦(ASML)、拉姆研究(Lam Research)、东晶电子(TLE)、科磊(KLA)等这些巨头,主要集中在日本、荷兰和美国,中国半导体厂商无一家能够上榜

半导体设备位于整个半导体产业链的上游,在新建晶圆厂中半导体设备支出的占比普遍达到 80%一条晶圆制造新建产线的资本支出占比如下:厂房 20%、晶圆制造设备 65%、组装封装设备 5%,测试设备 7%,其他 3%。其中晶圆制造设备在半导体设备中占比最大,进一步细分晶圆制造设备类型,光刻机占比 30%,刻蚀 20%PVD15%CVD10%,量测 10%,离子注入5%,抛光 5%,扩散 5%

尽管在全国各地新建产线的推动下,中国的半导体设备领域发展迅猛,2018年中国半导体设备销售额达到131.1亿美元,占全球总销售额的20.31%;排名第二,但与之相比国产设备的自给率就只有12%,这就带来一个非常大的隐患,一旦国外设备断供,我们将“巧妇难为无米之炊”,一系列的“华为事件”就是最好的例证。

而半导体设备领域市场集中度高、技术门槛高、设备种类多、技术发展快、研发投入大,又让中国的半导体设备企业想进入分一杯羹,挑战非常大。

目前,我国在检测、清洗、硅片制备等领域,国产设备已经具备了一定替代实力,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;在刻蚀机领域,中微公司已成功开发7纳米介质刻蚀机,成为唯一打入台积电7纳米制程的国产设备商。但这些还远远不够,单单缺乏国产5nm制程的光刻机,我们的芯片生产就无法顺利开展,而这恰恰又是价值量占比比较高的高端制造装备。

当下我国的半导体设备,整体与国际顶尖水平还相差2代甚至3代的距离,半导体设备自给替代任重道远。

3.   EDA/IP核设计服务

EDA/IP核设计服务是中国半导体产业结构中最为薄弱的环节。

EDA 是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的简称,包括电路设计与仿真工具、PCB 设计软件、IC 设计软件、PLD设计工具等。在EDA出现之前,设计人员必须手工完成芯片的设计、布线,有了EDA工具,电子工程师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统,从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程也可以在计算机上自动处理完成。

                                             

1993年,整个EDA市场的规模才19亿美元,而到了2018年,全球 EDA 市场规模已经达到 97 亿美元,2019年更是超过100亿美元。随着集成电路规模的极大发展,现今的芯片设计已经达到万亿门级的集成度,再凭手工完成是一件不可思议的事情。专门为芯片设计工程师提供的EDA行业已经成为整个半导体行业生态链中最上游、最高端的节点。

                                             

 但是如此高端、至关重要的节点,在中国,95%以上的市场份额却由海外巨头占据着。其中,尤其以新思、CadenceMentor(现在是西门子工业数字软件的一部分)这三大EDA厂商为主导,这三大 EDA 供应商向客户提供了全套的芯片设计解决方案,包括模拟、数字前端、后端、DFTSignoff 等一整套设计工具,垄断了整个EDA市场。而中国本土的EDA产业,在10年前,几乎是一片空白,即便到现在也只有10多家EDA企业。

谈到同样处于上游关键位置的IP核,情况也是如此。

半导体IP属于一种基础模块,集成了集成电路设计中可以重复使用、拥有自主知识产权功能的设计模块。根据使用领域的不同,还分为CPUGPUNPUDSP等处理器IP、有线接口IP、物理IP等类别,CPU IP属于其中占据份额最大的领域,我们常听到的X86Arm架构,也主要是指这个市场。

在财务上,半导体IP显示出了良好的盈利能力。据民生证券测算,2019年主营IP授权的公司Arm(采用半年报数据)和CEVA整体毛利率分别为93.56%88.40%华为、高通、紫光展锐、三星等也都是Arm的重要客户。

但是全球半导体IP生态系统的主要参与者,基本以英国的ARMImagination Technologies、美国的SynopsysCadence为主,当前国产IP的产业影响力相对较小,而且主要是接口类IP,其他诸如CPU IP方面,还有待突破。

(一)  政府层面

在半导体产业发展的大潮中,政府扮演着重要的角色,尤其是在制造和封装等重资产行业。由于半导体产业自带“重投资、长周期、高壁垒”的属性,社会资本往往会对这类高投入难见回报的投资“聪明地”进行规避。但是半导体产业恰恰是越不发展就越难发展。这时候,政府的 “重投资”就很好地解决了中国半导体产业发展“缺钱”的一大难题。从20世纪90年代开始,国家和地方政府就给予了半导体产业相关的资金支持、税收优惠和政策扶持,近年来更是上升到了国家战略层面,致力于扶持中国半导体产业崛起。

只是,令大家都没想到的是,越来越多的地方政府、社会资本介入半导体产业之后,在带来源源不断的资金之余,还带来了资源错配、知识产权保护等一系列问题。

1.    政府支持

早在20世纪90年代,在中国半导体产业一穷二白,基础薄弱的时候,政府就开始了“中央主导布局 一线城市集聚”的政府支持半导体产业发展模式的道路。上海半导体产业就是在这种情况下发展起来的典型成功模式,基本原则就是:争取国家支持、利用国际资源、资本串联、制造为主-带动全局、长远战略-建设园区,而且看现在各地拔地而起的半导体园区,基本也都是参照着这种模式建立的。

到了2010年以后,国家的经济实力进一步提升,地方政府在经济和产业发展的经验上也是不可同日而语,在这个背景之下,中国政府推动半导体的决心与力道皆为前所未有,包含政策的推动与首度以产业基金方式带领产业发展。就政策面来看,从201112月发布的《集成电路产业「十二五」发展规划》、20146月发布的《国家集成电路产业发展推进纲要》,到十三五期间相关规划当中,半导体已明确列为中国重点发展产业。

除了透过政策推动发展半导体产业,中国政府此次也一改过去以税收土地优惠补贴、研发奖励的方式发展产业,改以成立产业基金方式,以实质资金支持产业进行有效整并,进而取得快速发展实绩,简称为“大基金”。据统计,大基金首期募资1,387.2亿人民币,共投资55个项目,承诺出资1,003亿人民币,实际出资653亿人民币,其中IC制造由于资金规模较大,占比达65%,是投资比重最高的项目。

20203月,大基金(二期)也开始了实质投资。相比于一期,大基金二期资金规模预计在2000亿人民币左右,资金来源更加多样。大基金二期吸引了包括中央财政资金、地方政府背景资金、央企资金、民企资金以及集成电路领域等各路资金投资入股,其中财政部出资225亿元,占比11.02%,中国烟草认缴150亿元,三大运营商合缴125亿元。据悉,大基金二期将重点关注受益行业龙头股,重点投向芯片制造以及设备材料、芯片设计、封装测试等产业链各环节,支持行业内骨干龙头企业做大做强。

中国政府对半导体产业的大力扶持,在一定程度上了提升中国半导体产业技术水平及国际竞争力,中国半导体产业产值从2015年开始呈现爆发性成长,2017年中国半导体产业产值将一举突破5,000亿人民币关卡,达到5,206亿人民币,年增率高达20.06

但是也相应地,过度膨胀的资本涌入,也引发了以下一些问题,需要我们反思。

2.    资源错误配置

在过热的资金支配下,中国半导体产业引发的一个大问题就是资源错误配置

一方面是分散了行业资源,行业集中度无法提升。

根据中国半导体协会数据,2017年中国前十大集成电路设计公司总收入788.2亿元,占2073.5亿元行业总收入的38%,与2013年的36%基本持平。虽然2013年以来行业内重大投资频繁上演,但行业集中度并未提升。相比之下,美国半导体企业中,十大设计公司占行业总收入的比重超过90%,在中国台湾,这一比例也超过了80%

与此同时,中国的集成电路设计行业资源仍在进一步分散。2015年底,中国集成电路设计企业数量为736家,但到2016年底就达到了1362家。各地陆续出台的集成电路产业发展政策在吸引龙头企业落地、海外人才创业、技术成果转化的同时,也分散了行业资源。

另一方面,越来越多完全不具备产业基础的地方政府、不具备行业技术的资本新进者、不懂商业的半导体技术人员纷纷加入“半导体争夺战”之中,不利于企业的人才积累、技术积累,容易出现严重的急功近利、浮夸问题,严重违背了产业发展规律。

资本很重要,但技术、商业管理、耐心也很重要。物尽其才,人尽其用,才是正确的,而半导体产业的许多资金都因过度炒作被投放到了不能产生真正效用的地方,甚至被用到了存在恶性问题的地方。因此,这几年我们在半导体产业,也看到了很多公司不断爆雷的现象,真是不禁让人唏嘘。

3.    短期创新与知识产权保护

资金投入过热带来的另一个负面效应就是短期创新与知识产权保护的问题

对半导体企业而言,资金绝对是一个不小的“诱惑”,得到高估值高注资的企业,为了在下一轮融资获得更多的资金,往往会选择进行较为肤浅的短期创新,放弃了深入的基础研究。

但是难点就在这里,半导体产业的大多环节需要十年以上的积累方显成效,而资本又是“势利”的,三五年还未见成效就会“转投别处”,使得很多企业为了资金不得不进行短期创新。而短期创新的捷径必将带来一系列恶性循环,使我们的半导体产业只能一直在浅层技术徘徊,无法进入核心领域。

知识产权保护也是,资金的投入,让新公司成立、有积累的公司为了扩张,不断高价挖人,最明显的现状就是人才成本快速上涨,尤其是关键人才,都在抢,大陆半导体的人才成本已经超过了台湾地区,而上海半导体人才的薪水已经快逼近硅谷。

只是如此花高价抢来的人才,却没有相应的知识产权保护机制,导致人才流失严重,甚至会出现这样一种现象:公司花费精力培养的人才,可能带走核心技术去创立新公司,反过来跟自己打价格战,真是得不偿失。

投资方寻求的永远是最快速的回报,而中国半导体产业寻求的是自主创新,实现国产替代,不断深入核心领域,成为半导体产业的世界强国。扎堆投资半导体领域并不是一个好现象,如何让资本物尽其用,形成管控有序、良性健康的半导体产业投资环境,也是政府下一步需要努力的方向。

自此,中国半导体产业与世界先进的差距表现完结,只是为何有如此之大的差距。

 

 

参考文献

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[2].2018年全球半导体设备市场将达627亿美元:中国跃居第二[J].功能材料信息,2018,15(04):35.    

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