【独家投资】国产芯片恐遭釜底抽薪

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晶圆,是集成电路的衬底,芯片的原质料。

打造“中国芯”,已是举国上下的共识,但中国大陆作为天下工厂,着实并不善于芯片生产,以至于“晶圆”这个词自己,都是“进口货”。

“晶圆”原本是台湾半导体行业对“硅片”的惯称,形象形貌晶体的“圆形”特征。只管中海内地市场芯片应用需求重大,然则,中国现在的优势在于芯片设计,而位于上下游的晶圆生产和芯片代工,水平依然远逊外巨头。

美国政府制裁的大棒,逐渐挥向中国国产替换难度较高的行业上游,希望划出一条“楚河汉界”,把中国封锁在手艺含量低、产物附加值低的产业。一旦晶圆断供,海内芯片中下游厂商将面临“巧妇难为无米之炊”的逆境。

更况且,除了手艺落伍这道“紧箍咒”外,晶圆厂建设动辄十亿的门槛,也让厂商不敢贸然投入。

“国家队”是实现晶圆国产替换的焦点气力。政策支持和人才引进,能够迅速填补厂商在资金和手艺上的不足:上海新昇是中国大陆现在唯一能量产12英寸晶圆的厂商,其首创人张汝京曾一手开办世泰半导体和(00981.HK)。

上海新昇不仅肩负了“02专项”中的“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”专项,而且背后站着国有控股的沪硅产业(688126.SH),资源雄厚。

另一股气力则来自光伏巨头。半导体硅片和光伏硅片均由硅单晶加工而来,不外半导体硅片对晶体生长和后续加工的要求更高。

津贴退坡之下,近两年光伏行业增速放缓。部门光伏厂商依赖硅质料领域的手艺积累,迈入国产晶圆的广漠市场,中环股份(002129.SZ)就是其中代表。

大尺寸晶圆难在那边?两股气力何时才气突围国产大尺寸晶圆的“楚河汉界”。

晶圆国产,时不我待

只管半导体产能遵照着由西欧向日韩再向台湾、大陆转移的趋势,不外产业转移的顺序却是从终端应用最先。

因此,集成电路一直力压石油,是中国入口最多的商品。2018年,法国媒体曾对比全球半导体市场规模和中国芯片入口额,得出了全球54%的芯片都出口到中国的结论。

随着中芯国际等代工厂的崛起,大陆市场对上游晶圆的需求水涨船高。

趁着产业转移的东风,中国台湾区域和大陆已经排列全球半导体质料买家的前两位。犹如华为海思之于芯片设计,中芯国际之于芯片代工,在市场需求的推动下,海内晶圆巨头的涌现似乎只是时间问题。

晶圆尺寸和芯片制程呈相关关系,一样平常情形下,芯片制程越小,晶圆的尺寸就越大。这种趋势主要是出于成本思量——直径为12英寸的晶圆,生产处置器个数是8英寸晶圆的2.385倍,晶圆越大,衬底成本就越低。

随着芯片制程从14nm向7nm甚至5nm迈进,12英寸晶圆的占比也逐年提高。12英寸晶圆已经在微处置器、基带、CPU、储存器等高性能数字芯片制造中出现出“大包大揽”的事态,手艺更为成熟的8英寸晶圆则主要用于出货量较小但稳固性要求较高的模拟、功率类产物。

国际半导体产业协会(SEMI)的统计数据显示,2018年全球12英寸晶圆的出货面积已经占有所有半导体硅片出货面积的63.83%,未来将进一步提升至七成以上,8英寸晶圆的面积占比将耐久维持在20%左右,已经实现国产替换的6英寸及以下的小尺寸晶圆,面积占比不足两成。

现在,我国12寸晶圆险些所有依赖入口,8英寸晶圆的国产率约为10%,即便厂商只实现8英寸晶圆的国产替换,市场空间也异常可观。

除了国产替换的商机之外,中 美商业摩擦更是加剧了晶圆国产的迫切性。

1996年,美国为首的33个国家签署《瓦森纳协定》,对军民两用商品和手艺举行出口管制。生长中国家不管是入口质料照样装备,都绕不开这个高新手艺的“垄断同盟”。中国厂商入口装备时,往往只能获得落伍两代的产物。

近些年,中国的快速崛起引起了美国等西方国家的警醒,为了维持产业链的优势职位,西方国家对中国的封堵逐渐聚焦在半导体产业链中上游。美国更是行使《瓦森纳协定》团体性出口控制机制,阻挠中国半导体厂商获得先进装备。中芯国际从荷兰ASML订购的EUV光刻机已经拖延近两年,至今无法交付。

国产晶圆不只是广漠的市场蓝海,更是中 美科技战争中的战略高地。

屡败屡战,谁将争先?

资源和手艺是横亘在晶圆厂眼前的两座大山。

晶圆是个重资源行业,每一次晶圆迭代,对于晶圆厂来说都犹如“涅槃”,即即是全球行业龙头也不破例。正是由于12寸晶圆产线投入甚巨,厂商们纷纷放缓了18寸晶圆市场化的历程,造成12寸晶圆“超期服役”的现状。

手艺难度更是不言而喻。仅从单晶硅纯度来看,晶圆所需的半导体级单晶硅需要到达11个9(99.999999999%),而光伏硅片的纯度一样平常在4-6个9。除了纯度外,晶体外面的清洁度整度要求也更高。沪硅产业总裁总司理邱慈云曾在演讲中形容,晶体平整度相当于3000公里内升沉小于30厘米。

台积电首创人、“芯片大王”谋曾在采访中示意,巨额的投资可以扩大规模,却未必能获得真正的手艺。在他看来,美国、日本、韩国和台湾在半导体行业积累的大量履历可以带来创新和降低成本的时机,因此能继续领先竞争对手。

台积电也由于这样的“学习曲线”,实现了全天下最低的成本和最领先的手艺。未来的五5年或10年,中国会鼎力投资半导体,然则想看到功效,仍需时日。

即便面临资金和手艺的双重阻力,海内晶圆厂商追赶的措施却未曾放慢。凭证SEMI的统计,2017年到2020年全球将有62座新的晶圆厂投入营运,其中中国大陆有26家,占比跨越四成。

【独家投资】国产芯片恐遭釜底抽薪

2017-2020年全球晶圆厂计划漫衍

国产大硅片绕不外“中国半导体教父”张汝京。

这个芯片界的传奇人物曾在德州仪器事情20年,乐成确立和治理了10家IC工厂;1997年回到台湾确立世泰半导体,其产能在三年就跨越台积电的三分之一;世泰半导体被台积电并购后,张汝京又来到上海,成为中芯国际的缔造者。2014年,他又开办上海新昇半导体,最先了国产大尺寸晶圆的征途。

“引进人才+国资靠山”似乎是一条海内半导体厂商提议冲锋的“捷径”。依附着张汝京业界职位和招呼力,中芯国际和上海新昇的团队招募都不成问题,这在一定水平上缓解了大陆手艺和人才上的“燃眉之急”。国有资源的加持,则为焦点团队解决了“弹药之困”。

国资控股的沪硅产业通过增资、股权收购等方式,将Okmetic、新傲科技和上海新昇收入囊中,前两家公司主要研发和生产8英寸抛光片、外延片和SOI硅片,是沪硅产业的“利润奶牛”,为上海新昇的12英寸晶圆项目“输血”。

现在,沪硅产业也成为唯逐一个实现12英寸晶圆量产的海内厂商。

除了沪硅产业外,财大气粗的光伏厂商把国产晶圆当成了拓展营业的新赛道。

主营光伏电池组件的中环股份晶圆项目希望较快。光伏和半导体晶圆属于同源手艺,因其中环股份在生晶、切片、尺寸等各个环节积累了大量履历。中环股份的8英寸抛光片产能在项目建成后到达30万片/月,12英寸抛光片试验线建成后将实现2万片/月的产能。

协鑫集成(002506.SZ)也是努力进入晶圆赛道的光伏巨头。其主导的百亿级大硅片项目位苏徐州,已经在2019年底试产乐成并最先向客户发送试验样片。

日渐火热的“晶圆热”,已经颇有前些年“光伏热”的势头。

良率仍是“紧箍咒”

“晶圆热”能否复刻“光伏热”的绚烂,尚待证实。正如张忠谋所言,晶圆行业和其他半导体行业一样,需要手艺积累的支持,难以短期求成。张汝京脱离上海新昇,听说就和大尺寸晶圆量产未到达预期导致。

全球晶圆行业的前五大厂商市场份额占比逐年提高,在2018年到达91%,依次为日本的信越化学和SUMCO、德国的Siltronic、台湾的全球晶圆和韩国的SK Siltron。

前三强是均是半导体质料行业的老牌劲旅,信越化学更是有跨越50年硅质料的研发和销售履历;全球晶圆和SK Siltron虽然确立时间较短,然则生长历程中也并购了不少传统豪强,并非完全靠自己试探。

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2018年全球晶圆行业竞争名目

中国大尺寸晶圆厂的建设虽然如火如荼,然则很快就遇到了良率不高的难题。

沪硅产业量产的12英寸晶圆已经跨越100万片,然则据邱慈云透露,其中直接用于芯片制造的正片仅为7.5万片。正是由于良率不高,2019年沪硅产业的12英寸晶圆项目亏损过亿,导致整体营业利润同比下滑近300%。

协鑫的大硅片项目可能也遇到了相似的问题。协鑫原设计2019年5月搬入拉晶炉,8月工艺调试完成,9月测试产物送样。然则凭证果然报道,其测试产物最终送样的时间在12月尾。

尚有未能投产的“折戟者”。由云南城投主导的成都超硅半导体项目最初设计建设两条12英寸晶圆生产线,最终在2025年形成产值到达500亿元的集成电流及半导体质料产业生态圈。在宣布动工还不足两年时,成都超硅项目就更新了整理小组成员信息,恐已流产。

顺遂拉出硅单晶并量产晶圆,只是万里长征第一步,耐久谋划更是难题一桩。虽然下游客户一旦认证就不会容易替换供应商,然则晶圆的验证周期对照长,一样平常情形下,抛光片和外延片的验证周期为9-18个月,SOI硅片长达1-2年。

除了要熬过漫长的验证周期,晶圆厂还需要面临行业周期,有时连行业龙头在下行周期都市面临生计逆境。2012年,日本第三大晶圆厂商Covalent Materials(前身为东芝陶瓷)在下行周期难以为继,只得追求出售。全球晶圆顺遂接盘,在完成“蛇吞象”后迅速壮大。

在政策的扶持下,国有资源和光伏企业成为大尺寸晶圆国产化的主要推手。只管新晶圆厂的建设如火如荼,然则厂商们依然面临着质料、装备和手艺的层层难题,国产大尺寸晶圆仍然需要突歇业能和良率的难关。

凭证展望,海内新建晶圆厂的量产潮将集中在2021年和2022年。彼时的中国大尺寸晶圆,势将在全球晶圆市场中占有一席之地,化解芯片基础质料受制于人的危局。