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中美貿易戰當下,中芯國際能扛起中國芯片制造的大旗嗎?

2019-06-04 16:43:56  來源:億歐網

摘要:隨著中芯國際產品線日益豐富,中芯國際與國際巨頭的差距正在一步步拉近,未來有望成為世界芯片制造業的龍頭企業。
關鍵詞: 制造 貿易 芯片
近日,華為遭美國全面封鎖,高通、谷歌、ARM等企業先后響應特朗普政府號召,對華為禁運,引發了一場全民“芯”震蕩。

非常時刻,作為中國內地規模最大、配套最完善、技術最先進的集成電路芯片制造企業,中芯國際獲得了廣泛關注。人們紛紛猜測,萬一華為“備胎”頂不住,臺積電倒戈,中芯國際能否扛起中國“芯”制造的大旗?

5月24日,中芯國際發布公告稱:出于一些考慮因素,公司董事會批準將其美國預托證券股份從紐約證券交易所退市。在中美貿易戰拉鋸之時,不禁讓人浮想聯翩。對此,業內觀察人士認為,這是一個具有里程碑意義的事件,意味著中國高科技正式和美國脫鉤,是開啟以中國為主導的波瀾壯闊大時代的第一步。

實際上,早在今年年初,就有媒體報道,中芯國際將在今年上半年開始大規模生產14nm FinFET工藝,比最初預期提前了幾個季度,良品率已經高達95%,而且公司的12nm工藝開發也已進入客戶導入階段。

據悉,中芯國際將繼續投入100億美元資金用于14nm、10nm和7nm工藝的生產建設,預計到2021年第四季度其月生產能力將達到7萬塊晶圓。盡管和高通尚存在一到兩代差距,但這無疑是個振奮人心的消息。

拓荒

中芯國際成立于2000年4月,2004年在紐交所和聯交所同時掛牌上市,2008年引入大唐電信作為戰略投資者,第一大股東變為國資。其創始人是臺灣人張汝京,以其在美國半導體巨頭德州儀器工作20年積累的豐富的DRAM芯片設計和建廠經驗,為大陸芯片制造業發展做出了很大貢獻。

1997年,德州儀器DRAM產業走到盡頭,張汝京離開并在華邦電和中華開發資金的支持下成立了世大半導體,是繼臺積電、聯華電子之后,臺灣第三家晶圓(Foundry)代工廠商。

所謂晶圓代工,是由張汝京在德州儀器的上司、臺積電的創始人張忠謀開拓出來的一種全新的產業模式。

在臺積電出現之前,全球IC供應商都是IDM廠商,也就是每家廠商都是從芯片設計到制造、封測的“一條龍”模式。但隨著工藝演進,芯片生產成本增加,升級晶圓廠成為IC廠商們的難題。時任臺灣工研院院長的張忠謀認定做晶圓代工是未來發展趨勢,于是在1987年成立了臺積電,改變了半導體的產業格局。

得益于張汝京在全球芯片業的盛譽和其掌握的技術和客戶資源,僅經過三年就開始盈利的世大半導體引起了臺積電的忌憚,為了消除這個日漸強大的對手,臺積電說服世大半導體第一大股東,在沒有知會張汝京的情況下,作價50億美元將其收購。

張汝京負氣北上上海成立了中芯國際,在大陸開始拓荒芯片代工產業。當時的大陸半導體產業落后于世界平均水平“至少20年”,作為拓荒者,成立之初,中芯國際面對至少五大困難,前十年一直處于虧損之中。

首要困難是在技術和產業規模上的幾乎空白之境。初到大陸的張汝京發現,大陸僅有的幾家芯片企業無一例外地沿襲了集芯片設計、制造于一體的全球芯片業主流模式IDM,與英特爾這類大型芯片制造商相比,中國的芯片企業規模小、工藝落后、運營效率低。

其次是當時國內既沒有成型的專業半導體制造設備,也缺乏必要的先進制造業人才。幸好張汝京帶來了昔日舊部還有他掌握的當時世界上最先進的集成電路制造設備和主流工藝技術,才將芯片代工制造帶出了蠻荒之境。

第三是美國對中國的技術限制。大陸有關于半導體的一切技術、設備都受到嚴格的輸出限制,半導體企業要做一個產品往往面臨著復雜漫長的技術許可程序。當時最先進的技術是0.35-0.25微米技術,0.13微米技術剛開始量產。國內華虹NEC只能做0.5微米,落后四個技術世代。

第四是資金匱乏和股權復雜。中芯國際成立之初,張汝京憑借個人影響力,一舉將上海實業、高盛、華登國際、漢鼎亞太和祥峰投資等16家著名投資商納為其股東。為了避免重蹈世大的覆轍,張汝京有意將中芯國際的股權分散開來。但后來為了募得更多資金,張汝京不斷稀釋自己的股權,公司的股東體系越來越復雜,導致決策不力,最后個人出局。

第五是要面對來自臺積電的“科技大戰”。起初,中芯國際發展得很好,2003年產能就達到了每月6萬片,累計銷售收入達到了30億元,并很快躍升為全球芯片代工的前三甲,規模直指臺積電。于是臺積電發起了以知識產權為名的科技大戰,最終險些拖垮了中芯國際。

面對公司成立初期的各種困難,張汝京憑借自己的人脈關系斡旋和解決。為了解決技術問題,他找到日本東芝,引進了0.21微米存儲技術,隨后又與富士通合作把技術水平提升到0.16微米和0.13微米,在達到0.13微米技術水平后,又開始與歐洲微電子研究所進行技術合作。

在此過程中,中芯國際不斷受到來自美國的壓力。2001年,中芯國際向美國應用材料公司購買雙電子束系統,突然遭遇布什政府凍結產品出口許可,張汝京不得不掉頭向瑞典企業求救。2005年,中芯國際向美國國家出口銀行申請7.69億美元貸款,用以購買美國應用材料的設備,卻被美國美光公司以“美國政府不能用納稅人的錢幫助對手”為由進行阻攔。

在當年,光建立一條8寸晶圓的生產線就需要十億美金,公司最初融來的錢根本不夠用,而且因為人才的匱乏生產工藝也很難自主進步,為此張汝京決定,中芯國際從成立開始就一定要具有規模,在生產工藝方面則依靠合作聯盟。

趁芯片產業處于低潮期,張汝京憑借自身人脈,購入大量低價二手設備,布置了三條8寸生產線,2003年第二次私募融到的6億多美金,一方面用于投資建設北京的12寸晶圓廠,一方面以低價購入摩托羅拉的天津工廠用以建設8寸生產線。這樣,在不到四年的時間里中芯國際就擁有了四個8寸廠和一個12寸廠。

在產品方面,中芯國際和臺灣同行不一樣,不但做邏輯電路,還做DRAM。運營經驗豐富的張汝京認為,對于剛成立的中芯國際來說,資金流是最重要的,如果只做邏輯電路會浪費產能,DRAM對于良率的要求沒那么高,雖然賺錢不多,但可以用以培養員工。

通過給大型IDM代工,與國際的先進廠商合作,中芯國際高速發展的同時積累了豐富的經驗。張汝京認為,半導體生產講究規模效應,于是短短幾年間,在上海、北京、天津、成都、深圳完成了規?;季?,但是他卻無法同時滿足董事會對于盈利的訴求,因而和董事會之間不斷出現“先賺錢還是先擴張”的矛盾。

而在海峽的另一岸,看到中芯國際發展勢頭迅猛,行業大哥臺積電想方設法地阻攔。2002年初,臺積電以公司離職員工涉嫌通過電子郵件將公司重要資料外泄為由對中芯國際提出訴訟。2003年8月開始,臺積電陸續向美國相關機構提起訴訟,請求判定中芯國際及在內地的三家公司侵犯專利權、竊取商業秘密、不正當競爭和干擾經營關系,要求其支付10億美元違約金。

2005年,中芯國際支付1.75億美元的和解費換來短暫和解,不過2006年,臺積電再次向美國加州法院起訴并指控中芯國際違反了2005年的協議,雙方展開訴訟戰。2009年11月4日,美國法院裁定中芯國際竊取臺積電商業機密。

隨后兩家和解,代價是中芯國際向臺積電支付2億美元現金及10%股份。2009年,公司凈利潤創成立以來最大年度虧損,凈虧損達9.6億美元。此外,中芯國際創始人張汝京離職,這也被認為是雙方達成最終和解協議的前提條件。

發展

與臺積電的訴訟之后,經過短暫調整以及此前積累能量的釋放,2010年,中芯國際經營出現轉折,銷售額由2009年的10.704億美元增長45.3%至2010年的15.548億美元,2010年全年,公司晶圓總銷售量為1985974件,較上年增長44.3%。

2010年凈利潤為1400萬美元,與2009年凈虧損9.625億美元相比成功扭虧,且創造了公司全年凈利潤的新紀錄。2011年以來,中芯國際營收從12.2億美元增長至2016年的29.21億美元,年復合增長率達19%。

從2013年開始,國家大基金及地方性基金對半導體產業從芯片研發到制造開始進行補償,中芯國際作為內地規模最大的芯片制造企業是重點扶植對象。截至2017年6月末,大基金已經成為中芯的第二大股東,持股比例為15.91%。

從產能方面看,2011-2016年間中芯國際一直保持持續擴產,公司產能利用率遠高于行業。2015年10月,中芯國際連續宣布新廠投資計劃,在上海和深圳分別新建一條12寸生產線,天津的8寸生產線產能從4.5萬片/月擴大至15萬片/月,成為全球單體最大的8寸生產線。

之后公司又實現了14nm FinFET的量產,12nm工藝研制也取得了很大進展。盡管英特爾、臺積電等紛紛來大陸建廠,但中芯國際無論在技術上還是規模上都已成為當之無愧的國內頭把交椅,也是被市場認為在晶圓技術上能夠和國際技術相匹敵的公司,作為國內芯片上游的領頭羊,將在芯片上千億的進口替代市場增量上,擁有絕對份額的占有率。

積累

中芯國際在大陸芯片制造產業中的重要性不能僅用其產生的營收多少來衡量,其作為產業拓荒者更重要的是對國家發展的戰略意義。盡管面對外部封鎖和競爭,成長艱難,但是中芯國際為大陸芯片制造產業積累了很多寶貴財富。

集成電路產業總體上分為設計、制造、封裝測試三大部分。外資跨國公司一直占據著制造環節的領先地位,近20年前,中國大陸在這一領域可謂一片空白。2000年8月,中芯國際在上海浦東新區張江高科技園區開始正式打樁,可謂為中國集成電路產業寫下了新的一頁。

中芯國際縮小了中國晶圓制造與世界的差距,其建成與發展極大促進了中國晶圓制造工藝技術的提高,支持了國內集成電路設計公司的發展,中國IC設計業能夠取得現今的良好成績,中芯國際有著很大貢獻。中芯國際成立以來,中國半導體市場份額從2000年只占全球份額的7%上升到了2010年的30%,2016年全球半導體市場總額高達3530億美元,中國半導體市場占了45%。

中芯國際成立之初,投入就是0.18微米工藝,將工藝節點一下提前了幾個世代。現在,中芯國際還是中國內地首個能夠為客戶提供完整的14nm制程服務的純晶圓代工企業。

隨著全球芯片業工藝制程從130nm發展到現在的7nm和5nm,晶圓廠家逐漸減少,現在規劃中的7nm只有兩家IDM(三星和英特爾)和三家晶圓廠在投入研發,其中就有中芯國際(另外兩家是TSMC和格芯)。

而且,中國集成電路先進制造工藝已經從之前落后國際4到5代縮小到了1到2代的差距,28nm、14nm以及未來的7nm都是高性能節點,會長期存在,所以只要能量產出來,對發展國產高性能芯片都是有益的。

自身發展的同時,中芯國際也積極帶動產業鏈上下游的技術發展。以上游設備業為例,中芯國際倡導使用國內廠商的設備,除了大家經常聽到的光刻機之外,還有離子蝕刻機、離子注入機、光學拋光機、快速退火設備等等,隨著企業工藝的不斷演進,設備廠的技術能力得到了顯著提高,過去七年國產半導體裝備的市場占有率從1%提高到了15%。

為了跟上國際先進巨頭的步伐,過去六年,中芯國際投入了近二十億美金到研發和設備方面,同時還與國內外廠商一起,打造中國的集成電路生態環境并擴充產能,以滿足日益增長的芯片制造需求。

2016年,中芯分別在上海、天津和深圳規劃了三個晶圓廠,其中上海的為12寸晶圓廠,主要工藝聚焦在45nm/40nm到28nm,建成后產能達到20 KPM;天津的是一個8寸晶圓廠,其主要生產工藝是0.35微米到0.15微米,產能也高達45K WPM,深圳的同樣是一個8寸晶圓廠,工藝則覆蓋了0.35微米到90nm。

除了興建晶圓廠以外,中芯國際還攜手長電建立中芯長電半導體,架起中國半導體供應鏈的橋梁。這個合資公司具有12英寸凸塊加工(Bumping)及配套晶圓芯片測試(CP Testing)能力。熱門的CMOS圖像傳感器也是中芯國際關注的重點產品。

結合中芯國際已有的12英寸CIS晶圓生產線,以及國內已具備的后段封裝生產能力,中芯國際打造出了國內首條連接12英寸CIS生產前段、中段和后段的完整產業鏈,為客戶提供具有競爭力的差異化產品和完善、便捷的一站式服務。

加強自主研發方面,中芯國際成立了“集成電路先導技術研究所”,充分整合大學院校資源,將碎片化的國內集成電路產業鏈化零為整,打破我國IC研發資源分散、自主創新能力缺乏的局面,力推能聯動設備廠商、材料供應商、代工廠、設計公司及科研機構的公共平臺,并以此為依托加強與國際的交流合作。

此外,中芯國際還聯合北京大學、清華大學、復旦大學、浙江大學、中科院微電子研究所、中科院微系統研究所等單位發起組建“中芯聯合實驗室”,在政府項目、產業鏈合作、人才培養、專利和技術共享等方面,發揮重要作用。

挑戰

因為中國芯片制造產業最初的狀態,中芯國際過去18年來在發展過程中的艱苦努力是值得認可和贊揚的,但是中國芯片制造行業目前面臨的挑戰也確實十分嚴峻,這也是制約行業發展的關鍵因素,需要全行業乃至整個國家和社會的共同努力。

受限于《瓦森納協議》,芯片設計、生產等多個領域,中國都不能獲取國外的最新科技,加之資金投入不足、人才匱乏,經過18年的發展,中芯國際在工藝制程方面與國際巨頭還有一到兩代的差距,這種差距又造成了公司規模上的差距。根據IC Insights統計,2016年行業前兩名臺積電和美國格羅方德占據了全球70%的市場份額,中芯國際雖然排名第四,但市場占有率只有6%。

半導體是高度依賴投資的產業,晶圓代工屬于技術密集兼資本密集型行業,產品制程與生產規模的領先程度極大地決定了企業在這個行業中的護城河的深淺。而先進制程的開發是需要大量的研發資本投入以及不斷的產能規模擴張的。

當年臺積電坐上晶圓代工的第一把交椅,靠的就是先利用先進制程上的技術領先,率先獲得高利率并進行擴張,然后等后面的企業快要追趕上來的時候,再依靠規模優勢大打價格戰,如此循環,遠遠地甩開競爭對手,奠定自己的行業霸主地位。

然而,在資金投入方面,中芯國際與其他巨頭具有極大差距。以2016年為例,在積體電路資本支出方面,三星是113億美元,臺積電是102.5億美元,英特爾是96.25億美元,而中芯國際只有26.26億美元。在研發費用層面,臺積電2016年是22億美元,而中芯國際只有3.18億美元,2017年研發費用增長了34.2%也不過4.27億美元。

芯片市場馬太效應明顯,強者恒強,技術上的差距導致在同等級別制程的芯片產品上,中芯國際即使價格更低也依然“門可羅雀”。而另一邊,因為有足夠的市場銷售支撐產品的迭代,臺積電和三星即使大手筆投入研發,產品毛利率依然非常高。臺積電2016年凈資產收益率為25%,凈利潤率為33%,而中芯國際2016年的凈資產收益率僅10%。

比資金投入問題更為嚴重的是人才問題。總的來說,大陸對半導體的人才培養和儲備都還跟不上,人才短缺以及基礎教育的問題也是任正非近期在接受國內媒體公開采訪時“吐槽”的問題。中芯國際的芯片難以崛起,就與本土缺少高端半導體人才有關。

中芯目前的技術團隊中,本土化人才并不多,仍然嚴重依賴外部人才,同時面向未來的人才缺口仍然巨大。2015年,中國集成電路從業人數為39.4萬,其中技術人員只有14.1萬,中高端人才供需矛盾突出。而有預測顯示,到2020年我國集成電路行業大概需要近百萬從業人員,目前大陸半導體從業人員總數不足30萬。

臺灣的芯片業人才一直是大陸企業甚至很多外企合資企業挖角的對象,但臺灣就那么大,臺積電、聯發科等業內企業本身就要吸納很多人才,所以挖人的難度可想而知。而且由于大陸、臺灣以及外籍員工共存,文化融合也是中芯國際需要面對的問題。

人才越來越成為制約芯片行業乃至中國所有基礎行業發展的瓶頸。對于擁有14億人口的中國而言,要想獲得更大的發展和更穩的根基,以制造業為核心的實體經濟的重要性不言而喻,沒有基礎產業人才的支撐,無論是經濟發展還是大國復興都會成為一句空話。

未來

隨著中芯國際產品線日益豐富,其與國際巨頭的差距正在一步步拉近,未來有望成為世界芯片制造業的龍頭企業。

首先,中美貿易戰對未來中國經濟發展會產生深遠影響,對行業既是挑戰也是機遇,對中芯國際來說機遇大于挑戰。集成電路國產化的國家戰略為行業帶來有力的政策扶持,華為海外被禁運的訂單會轉移一大部分給國內上下游企業,而中芯國際是芯片制造部分的最后保證。

其次,從行業整體來看,長期而言,人工智能及物聯網的發展將會帶來芯片需求的大爆發,國產化進口替代也將使得國內晶圓代工龍頭擁有巨大的增長空間。中國芯片制造行業目前和世界最先進的水平代差在5年左右,10年內趕上并成為全球的領先者在時間和空間上都具備可能性。

再次,在企業內部,中芯國際正積極布局行業全球頂尖的工藝制程,鎖定發展自己在晶圓代工領域的核心競爭力,以可堪媲美臺積電的產業鏈上下游布局打造自己的綜合競爭能力。

美國不遺余力地對中國科技企業的打壓警醒了中國全社會對基礎行業的重視,未來經過十年左右的發展,中芯國際將會成為芯片制造業中不遜于臺積電的第一梯隊企業,而如果能夠挺過這次?;?,華為海思也將會成為芯片設計領域的領軍企業,屆時,中國芯片業必將是另一番氣象。



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