《電子技術(shù)應(yīng)用》
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我泱泱大國(guó) 為何弱在小小芯片上

2017-01-20
關(guān)鍵詞: 半導(dǎo)體 芯片 集成電路 IC

近期,央視財(cái)經(jīng)頻道的《對(duì)話》節(jié)目透露一個(gè)讓整個(gè)中國(guó)半導(dǎo)體人都為之汗顏的消息:中國(guó)每年在小小的芯片上所花費(fèi)的錢遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)很多大宗商品,,僅2016年1月至10月份期間,,中國(guó)進(jìn)口芯片一共花費(fèi)了1.2萬(wàn)億人民幣,,是原油進(jìn)口的兩倍之多。進(jìn)口芯片數(shù)額如此之大,,足以看出中國(guó)對(duì)芯片的需求與自給率之間存在著極大不平衡,。那么,泱泱大國(guó),,為何就敗在這么一塊小小的芯片上面呢,?

中國(guó)第一塊集成電路誕生

1965年,中國(guó)第一塊半導(dǎo)體集成電路誕生于上海,,隨后,,陸續(xù)建立了幾個(gè)集成電路科研及生產(chǎn)基地。一大批半導(dǎo)體先行者如黃昆,、吳錫九,、黃敞、林蘭英、王守武,、成眾志,、王陽(yáng)元、許居衍等為中國(guó)培養(yǎng)了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的半導(dǎo)體人才,。

從上世紀(jì)70年代起,,中國(guó)政府就一再努力嘗試打造本土半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。不過(guò),,直到上世紀(jì)90年代后期,,中國(guó)政府在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)投入的資金還不到10億美元。

到了2014年,,中國(guó)政府終于公布將在半導(dǎo)體行業(yè)投入1500億美元資金,,目的是到2030年前,中國(guó)半導(dǎo)體技術(shù)上趕上世界領(lǐng)先企業(yè),,在各類芯片的設(shè)計(jì),、制造及封裝上達(dá)到先進(jìn)水平,并且,,10年內(nèi)能生產(chǎn)中國(guó)產(chǎn)業(yè)所消耗芯片的70%,。以下為大陸IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大致歷程:

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近年,受益于人口成本及相關(guān)政策紅利,,中國(guó)本土半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)確實(shí)取得了不錯(cuò)的成績(jī),。不過(guò),繞不開(kāi)的專利,、技術(shù)門檻,,一直是中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的絆腳石。

國(guó)內(nèi)芯片發(fā)展現(xiàn)狀

2015年,,中國(guó)本土及外資制造商共消耗了價(jià)值1450億美元的各類微芯片,,但國(guó)內(nèi)芯片業(yè)的產(chǎn)值僅為這一數(shù)字的十分之一。而對(duì)于某些高價(jià)值半導(dǎo)體(計(jì)算機(jī)核心部件處理器芯片以及堅(jiān)固耐用的嵌入式車用芯片),,中國(guó)消費(fèi)的幾乎全是進(jìn)口產(chǎn)品,。

數(shù)據(jù)顯示,2015年國(guó)內(nèi)不少關(guān)鍵IC內(nèi)需市場(chǎng)自給率仍處于較低水平,,部分甚至還未實(shí)現(xiàn)零的突破,。

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其中,主流半導(dǎo)體芯片自給率為:CPU:1%,,DRAM:0%,,MCU:15%,銀行IC卡:3%,,IGBT:5%,。

國(guó)內(nèi)CPU主要供應(yīng)商:龍芯(血統(tǒng)比較純正的國(guó)產(chǎn)CPU廠商),、上海高性能集成電路設(shè)計(jì)中心(申威系列CPU)、天津飛騰(飛騰系列CPU),、上海兆芯,、天津海光(獲得AMD x86授權(quán))、華為海思(麒麟系列CPU),、展訊通信,、全志科技、瑞芯微,、北京君正(MIPS32,、64架構(gòu)授權(quán))、宏芯(獲IBM Power架構(gòu)授權(quán)),、北大眾志(獲x86授權(quán)),、深圳中微電(自主指令集)、蘇州國(guó)芯(PowerPC架構(gòu)授權(quán))等,。

國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手:英特爾,、AMD、ARM,、高通,、Marvell等。

國(guó)內(nèi)主要DRAM供應(yīng)商:華芯半導(dǎo)體,、合肥長(zhǎng)鑫,、福建晉華、長(zhǎng)江存儲(chǔ)等,。

國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手:三星、SK海力士,、爾必達(dá)(已被收購(gòu)),、美光、英特爾等,。

國(guó)內(nèi)主要MCU供應(yīng)商:中穎電子,、東軟載波、珠海炬力,、靈動(dòng)微電子,、中微半導(dǎo)體、華潤(rùn)微電子,、華大半導(dǎo)體,、凌陽(yáng)科技、希格瑪微電子,、兆易創(chuàng)新等,。

國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手:意法半導(dǎo)體,、瑞薩電子、Microchip,、德州儀器等,。

國(guó)內(nèi)主要銀行IC卡供應(yīng)商:同方國(guó)芯、華大電子,、大唐微電子,、華虹、復(fù)旦微電子等,。

國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手:恩智浦(已被高通收購(gòu),,占據(jù)國(guó)內(nèi)90%以上份額)、英飛凌,、三星

國(guó)內(nèi)主要IGBT供應(yīng)商:南車時(shí)代電氣,、比亞迪、士蘭微,、吉林華微,、中環(huán)股份、中航微電子,、威海新佳,、西安愛(ài)帕克、江蘇宏微等,。

國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手:英飛凌,、三菱、東芝,、仙童(已被收購(gòu)),、富士、ABB等,。

除此之外,,手機(jī)芯片自給率為:PMU(電源管理單元):25%,MAP(應(yīng)用處理器):30%,,顯示芯片驅(qū)動(dòng):7%,,CMOS(圖像傳感器):45%,射頻轉(zhuǎn)換器:3%,,觸屏控制器:60%,,功率分離:5%,指紋識(shí)別:10%,,MEMS:7%,,NAND:0%。

以下從設(shè)計(jì),、制造到封測(cè)對(duì)國(guó)內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)進(jìn)行梳理:

手機(jī)芯片:海思,、展訊崛起

目前,,中國(guó)芯片進(jìn)口已成功超越石油,位列第一,。進(jìn)口芯片主要是手機(jī)芯片,、計(jì)算機(jī)電腦芯片、航天航空芯片等,。在功能機(jī)時(shí)代,,國(guó)內(nèi)手機(jī)市場(chǎng)充斥著雜牌山寨貨,由于芯片比較低端,,那時(shí)的手機(jī)芯片幾乎是聯(lián)發(fā)科一家獨(dú)大,。

到了智能手機(jī)時(shí)代,幾乎就成了高通的天下,。雖然蘋(píng)果A系列芯片性能非常好,,但只供應(yīng)自家,并不對(duì)外出售,。三星除了給自家供應(yīng)之外,,還賣給別家。不過(guò),,三星目前也逐漸向蘋(píng)果看齊,。所以,想要高端芯片只有找高通,,而找高能的代價(jià)就是必須繳納高昂的專利費(fèi)用,。

目前,國(guó)內(nèi)性能最強(qiáng),,最有知名度的就是海思的麒麟系列芯片,,其最新發(fā)布的960性能幾乎可以與高通旗艦821相媲美了。在最新的安卓旗艦SoC大戰(zhàn)中,,海思的麒麟960成功秒掉了高通驍龍821,、三星Exynos 8890等。以下為高通驍龍821,、三星Exynos 8890、聯(lián)發(fā)科Helio X25及麒麟960的參數(shù)對(duì)比:

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除了海思之外,,展訊也是國(guó)產(chǎn)手機(jī)芯片的佼佼者,,在被紫光收購(gòu)并與RDA整合之后,曾于2015年一起拿下了全球手機(jī)基帶芯片市場(chǎng)25.4%的份額,,并且首次成功超越了聯(lián)發(fā)科(聯(lián)發(fā)科的市場(chǎng)份額為24.7%),。

為減少對(duì)國(guó)外廠商的依賴,小米也成功研發(fā)了自家處理器——小米松果芯片,。小米松果芯片整體表現(xiàn)屬于中端水平,,頻率達(dá)到2.2GHz,,為八核A53架構(gòu),GPU為Mali-T860 MP4,,安兔兔跑分為63581,。從得分上來(lái)看,和驍龍625基本屬于一個(gè)梯隊(duì)水平,。

國(guó)內(nèi)芯片代工:中芯國(guó)際一家獨(dú)大

中芯國(guó)際是大陸最大,、全球前四的晶圓代工廠。其他三家分別是臺(tái)積電,、GF(格羅方德),、聯(lián)電。其中,,臺(tái)積電獨(dú)占全球晶圓代工市場(chǎng)59%的份額,,格羅方德、聯(lián)華電子和中芯國(guó)際三家合并市場(chǎng)份額占26%,。

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中芯國(guó)際去年銷售額增至29.2億美元,,比2015年大增31%,市占率提升1個(gè)百分點(diǎn)至6%,,與聯(lián)電的營(yíng)收差距進(jìn)一步縮窄,。

受中國(guó)反壟斷調(diào)查的壓力,高通在2015年選擇與中芯國(guó)際合作,,幫助后者提升工藝制程,,同時(shí)將部分芯片訂單交給后者。在高通的幫助下,,中芯國(guó)際的28nm工藝迅速在2015年量產(chǎn),,更在去年成功將工藝改進(jìn)到28nm HKMG,與聯(lián)電處于同一水平,。

中芯國(guó)際在先進(jìn)的28nm HKMG開(kāi)始投入生產(chǎn)后,,大陸的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)就無(wú)需再前往臺(tái)灣,而這一市場(chǎng)自2014年中國(guó)推出的集成電路產(chǎn)業(yè)基金成立以來(lái)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)開(kāi)始日益興盛,,憑借著這種地利優(yōu)勢(shì)它的營(yíng)收于是取得了迅速的增長(zhǎng),。

去年10月,中芯國(guó)際連續(xù)宣布新廠投資計(jì)劃,,在上海和深圳分別新建一條12英寸生產(chǎn)線,,天津的8英寸生產(chǎn)線產(chǎn)能預(yù)計(jì)將從4.5萬(wàn)片/月擴(kuò)大至15萬(wàn)片/月,成為全球單體最大的8英寸生產(chǎn)線,,未來(lái)中芯國(guó)際將聯(lián)合創(chuàng)新,,帶動(dòng)中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展穩(wěn)步前進(jìn)。

除了中芯國(guó)際以外,,武漢新芯及廈門聯(lián)芯(聯(lián)電與當(dāng)?shù)卣腺Y成立),、華力微,、德科瑪?shù)犬a(chǎn)能也相當(dāng)耀眼。華力微于2016年11月總投資387億元的二期12英寸集成電路芯片生產(chǎn)線項(xiàng)目已在上海開(kāi)工,,項(xiàng)目建成后將助推其母公司上海華虹的制造規(guī)模進(jìn)入全球前五名,。

四大本土封測(cè)廠:長(zhǎng)電科技、通富微電,、華天科技,、晶方科技

目前,全球半導(dǎo)體封測(cè)廠主要由臺(tái)灣廠商主導(dǎo),,大陸廠商則靠著一系列并購(gòu)成功崛起,。2014年,長(zhǎng)電科技一舉拿下當(dāng)時(shí)排名第四的新加坡封測(cè)大廠星科金朋,,而通富微電則于2015年宣布收購(gòu)AMD蘇州和AMD檳城兩家封測(cè)工廠各85%股份,。紫光也盯上全球最大內(nèi)存封測(cè)廠力成科技及臺(tái)灣排名第四的南茂科技,不過(guò)入股計(jì)劃最終流產(chǎn),。

目前,,大陸本土規(guī)模最大封測(cè)廠是長(zhǎng)電科技、通富微電,、華天科技,、晶方科技。

長(zhǎng)電科技并購(gòu)星科金朋:2014年,,長(zhǎng)電科技“蛇吞象”收購(gòu)比自己體量大得多的新加坡封測(cè)大廠星科金朋,。由于當(dāng)時(shí)的星科金朋處于虧損狀態(tài),收購(gòu)?fù)瓿珊?,長(zhǎng)電科技很長(zhǎng)一段時(shí)間都沒(méi)有緩過(guò)神來(lái),。不過(guò),近日長(zhǎng)電科技發(fā)布了2016年整體業(yè)績(jī)預(yù)測(cè),,預(yù)計(jì)2016年將實(shí)現(xiàn)超過(guò)1億元的凈利潤(rùn),,增幅將達(dá)到90%-120%,收購(gòu)星科金朋初見(jiàn)成效,。

通富微電收購(gòu)AMD封測(cè)資產(chǎn):2015年,,在國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)基金的支持下,通富微電以3.7億美元的價(jià)格收購(gòu)了AMD蘇州和檳城封測(cè)廠各85%的股權(quán),。AMD蘇州和檳城封測(cè)廠主要承接AMD自產(chǎn)CPU,、APU、GPU以及Gaming Console Chip芯片產(chǎn)品的封裝與測(cè)試,,產(chǎn)品,主要應(yīng)用于臺(tái)式機(jī),、筆記本,、服務(wù)器,、高端游戲主機(jī)以及云計(jì)算中心等高端領(lǐng)域。2015年,,通富微電實(shí)現(xiàn)營(yíng)收23.22億元,,收購(gòu)AMD相關(guān)業(yè)務(wù)后,2016年整體營(yíng)收或?qū)⑼黄瓢賰|規(guī)模,。

華天科技三大王牌:華天科技是大陸封測(cè)龍頭企業(yè)之一,,先后收購(gòu)美國(guó)FCI、邁克光電等公司100%股權(quán)及51%股權(quán),,目前在昆山,、西安和天水三廠全面布局。其中,,昆山廠主攻高端技術(shù),,主營(yíng)晶圓級(jí)高端封裝,訂單量最大的是CIS封裝,。目前,,昆山廠已具備8寸和12寸產(chǎn)能。西安廠,,主攻中端封裝,,以基本封裝產(chǎn)品為主,定位于指紋識(shí)別,、RF,、PA和MEMS。天水廠,,定位低端封裝,。2015年,天水廠營(yíng)收達(dá)20.8億元,,是華天科技營(yíng)收主要來(lái)源,。

晶方科技收購(gòu)瑞智達(dá):晶方科技是中國(guó)大陸首家、全球第二大為影像傳感芯片提供WLCSP量產(chǎn)服務(wù)的封測(cè)廠商,,擁有多樣化的包括硅通孔晶圓級(jí)芯片尺寸封裝在內(nèi)的多項(xiàng)WLCSP技術(shù),。目前,晶方科技憑借生物身份識(shí)別產(chǎn)品的晶圓級(jí)芯片封裝已經(jīng)切入國(guó)際一線客戶,。2014年,,晶方科技收購(gòu)全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體后道封測(cè)及電子制造服務(wù)商瑞智達(dá)科技。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈全景圖

由價(jià)格低廉的沙子到性能卓越的芯片,,集成電路的制作流程可分為設(shè)計(jì),、制造、封測(cè)(封裝和測(cè)試)三個(gè)環(huán)節(jié)。

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半導(dǎo)體行業(yè)處于整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)鏈的最上游,,也是電子行業(yè)中受經(jīng)濟(jì)波動(dòng)影響最大的行業(yè),。以下為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈流程:

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半導(dǎo)體行業(yè)的產(chǎn)值增速與全球GDP的增長(zhǎng)速度高度相關(guān),整體周期性較為顯著,。隨著新興技術(shù)的不斷發(fā)展,,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)模式變革以及下游應(yīng)用多樣化,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的周期性也發(fā)生了改變,。

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經(jīng)過(guò)提純得到的多晶硅經(jīng)過(guò)高溫熔融,,通過(guò)拉晶工藝制成純度高達(dá)99.9999999%以上的高純單晶硅晶柱。切割晶柱并通過(guò)拋光,、研磨等工藝,,得到薄而光滑的晶圓,后進(jìn)行檢測(cè),。按照設(shè)計(jì)好的電路,,對(duì)晶圓進(jìn)行顯影、摻雜,、蝕刻等復(fù)雜的加工處理,,分小格,將集成電路“印”在晶圓上,。

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經(jīng)過(guò)晶圓測(cè)試后,,從晶圓上切割出質(zhì)量合格的晶塊,后進(jìn)行封裝,。封裝測(cè)試通過(guò)后,,得到可以使用的集成電路芯片。


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