中芯國際現(xiàn)在已經(jīng)開始生產(chǎn)14納米芯片,,且成功步入了能夠生產(chǎn)FinFET的半導(dǎo)體廠家(Foundry)的行列,。此外,,中芯國際還繼續(xù)擴大投資,,并已經(jīng)回到科創(chuàng)板上市,,募集資金,。然而,,由于特朗普政政權(quán)的干預(yù),,中芯國際無法使用一部分尖端的半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備,。在這種情況下,中芯國際能否長期,、穩(wěn)定地為SoC的尖端廠家提供技術(shù)工藝支持呢,?
位于中國北京的中芯國際工廠。
中芯國際是中國大陸主要的半導(dǎo)體代工廠,,在中國提供著最尖端的工藝技術(shù),,且被人們期待能夠為中國芯片行業(yè)做出巨大貢獻。目前,,中芯國際正竭力追趕在半導(dǎo)體工藝(采用了EUV蝕刻的工藝)中領(lǐng)先的TSMC和三星電子,。然而,按照媒體所說,,由于禁令的緣故,,中芯國際未成功買到計劃中的先進光刻機。
從營收上看,, 全球最大的Foundry—-TSMC的銷售額幾乎是三星電子的三倍,,而三星的銷售額是排名第三的GLOBALFOUNDRIES的三倍左右,也是排名第四的UMC的三倍左右,。位于第五名的中芯國際與GLOBALFOUNDRIES和UMC之間的差距也不小,。
中芯國際積極獲取投資
與專注于某項特殊技術(shù)的GLOBALFOUNDRIES和UMC不同,中芯國際致力于尖端節(jié)點(Node)技術(shù),,因此,,從理論上來講,中芯國際可以與TSMC和三星電子這樣的擁有健全財務(wù)體制的廠家分庭抗禮,。
研發(fā)尖端節(jié)點技術(shù)需要花費數(shù)十億美金的成本,,此外,要產(chǎn)生利潤,,還需要300mm晶圓生產(chǎn)產(chǎn)線(這同樣需要花費數(shù)十億美金),。近年來,,之所以有很多半導(dǎo)體廠家放棄研發(fā)尖端技術(shù),也是出于同樣原因,。因此,,中芯國際致力于研發(fā)尖端節(jié)點技術(shù)這點令人感到意外。但中芯國際能獲得包括政府在內(nèi)的多方提供的資金支持,,且擁有其自身獨特的業(yè)務(wù)模式(Business Mode),。因此,中芯國際可以大幅度削減其自身的設(shè)備投資,、研究經(jīng)費支出,。
其實回看美國如GLOBALFOUNDRIES、Intel等半導(dǎo)體廠家在建設(shè)新工廠的時候也從地方政府,、聯(lián)邦政府獲得了補助金,,這并不稀奇。而美國現(xiàn)在也正在推動資金支持本土的晶圓廠建設(shè),,其實這可以理解,,半導(dǎo)體工廠不僅可以代來高薪職業(yè),而且可以直接和間接地為當?shù)貛砜捎^的利益,。然而,,對于半導(dǎo)體工廠而言,即使地方政府提供補助金,、免稅措施,但幾十億美元的投資畢竟不是小數(shù)目,。
然而,,有些問題需要引起中芯國際的高度注意。例如要建造一家當代的半導(dǎo)體工廠,,至少花費100億美元(約人民幣700億元),,這就需要大量的投入,中芯國際如何籌集這些資金,,并且能夠給投資者帶來更多的回報,,這是一個值得思考的問題。
在半導(dǎo)體行業(yè),,共同致力于摸索前進道路,、合作研發(fā)是極其普通的事情,因此以共同研發(fā)新材料,、晶體管構(gòu)造而合作的企業(yè),、團體十分常見。這種團體和企業(yè)之間的資金合作可以切實促進半導(dǎo)體工藝技術(shù)的研發(fā)和進步,。但是,,資金的落實需要花費一定的時間,。
比方說,2017年,,IBM引領(lǐng)的“Research Alliance”與紐約州立理工大學(xué)(SUNY Polytechnic Institute)的納米科技研究小組“Albany Nanotech Complex”合作,,不僅研發(fā)了應(yīng)用于GLOBALFOUNDRIES和Samsung Foundry的硅納米片(Silicon Nano Sheet)GAAFET工藝技術(shù),而且,,通過運用5納米工藝生產(chǎn)技術(shù)(依靠硅納米片GAAFET),,驗證了此項技術(shù)的實用性。雖然GLOBALFOUNDRIES最終宣布放棄研發(fā)尖端工藝,,而專注于特色工藝的研發(fā),。但三星電子公布方面稱,計劃在2022年-2023年使用以3納米GAA為基礎(chǔ)的“BC(Multi Bridge Channel)FET”,。以上這些技術(shù)都是基于之前的研發(fā)小組構(gòu)筑的框架,。
中芯國際的研發(fā)范圍十分廣泛,且近年來一直在增加研發(fā)投入,。據(jù)說,,中芯國際與國際研發(fā)、革新?lián)c--imec,、IMECAS(Institute of Microelectronics of the Chinese Academy of Sciences)都有合作關(guān)系,。此外,中芯國際不僅與華為,、高通等客戶合作,,還與Brite Semiconductor、CEVA等企業(yè)建立了合作關(guān)系,,以推進商用技術(shù)節(jié)點(Node),、平臺(Platform)實用化方向的研發(fā)。同時,,通過構(gòu)筑以上這些合作關(guān)系,,華為和高通等大客戶也會希望中芯國際可以成功在中國生產(chǎn)出半導(dǎo)體。
尖端工藝的研發(fā)成本可達數(shù)十億美元,。雖然中芯國際通過各種方法優(yōu)化設(shè)備投資,,由于成本過高,還需要進一步增加投資,。因此,,中芯國際為了獲得用于研究開發(fā)和擴大規(guī)模的資金(從32億美元計劃增至75億美元),已經(jīng)在上海證券交易所發(fā)行IPO,。2019年中芯國際的研發(fā)費用達到6億2,900萬美元(約人民幣44.03億元),,由此推測,如果此次的資金全部按照計劃推進的話,,2020年的研發(fā)預(yù)算還要在2019年的基礎(chǔ)再追加數(shù)億美元,,可以說這是一筆不小的數(shù)目,。
中芯國際的工廠
如今,中芯國際在運營的有七處工廠,,其中,,三處為200mm晶圓工廠、四處為300mm晶圓工廠,。2016年,,公司收購了意大利LFoundry公司70%的股份,開始進軍車載半導(dǎo)體行業(yè),。然而,,卻在2019年將收購的工廠賣掉,理由無從得知,。但是,,從中芯國際的業(yè)務(wù)模式(Business Model)來看,此次賣掉工廠股份的行為絕對不是首次,。
中芯國際在成立之初,,就建設(shè)了200mm工廠、專注于已經(jīng)有實績的技術(shù),。2001年首次受到上海政府的支持,、完成工廠建設(shè),自開始建廠到竣工僅用了13個月的時間,,速度極快,。而且,2008年開始著手建設(shè)中國首例邏輯半導(dǎo)體方向的300mm工廠?,F(xiàn)在回顧來看,,中芯國際當時前進的速度真是非同一般。
2020年第一季度時間點中芯國際的工廠匯總,。
在中芯國際的200mm工廠里,,已經(jīng)在利用成熟的邏輯節(jié)點技術(shù)和專用工藝技術(shù)來生產(chǎn)半導(dǎo)體芯片,。針對混合信號(Mixed Signal),、RF、MEMS,、PMIC,、eNVM等,中芯國際擁有各種各樣的專有實用技術(shù)節(jié)點,。這些技術(shù)的需求都十分旺盛,,因此有分析師指出,“未來數(shù)年之內(nèi),,200mm工廠的生產(chǎn)能力與需求之間的鴻溝還會繼續(xù)擴大”,。
中芯國際200mm工廠的產(chǎn)能達到23萬3,000片/月,,可以滿足現(xiàn)有客戶的需求。但是,,如果未來200mm的需求繼續(xù)擴大的話,,中芯國際也應(yīng)該會在未來數(shù)年內(nèi)擴充產(chǎn)能。但是,,找到適應(yīng)于新舊200mm工廠的生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)該也比較困難,。
300mm項目對于中芯國際來說還是比較困難的,300mm工廠的建廠費用,、設(shè)備費用,、運營成本都很高。如今,,中芯國際正在運營的300mm工廠有四處,。北京郊區(qū)的兩處工廠中,其中一處為“2P1”,,可以處理采用了55納米-180納米工藝技術(shù)的晶圓,,最大月度產(chǎn)能為5萬2,000片。另一處為“2P2”工廠,,可以處理采用了28納米,、40納米工藝技術(shù)的晶圓,月度產(chǎn)能為5萬個(“2P1”工廠的設(shè)備也可應(yīng)用于“2P2”工廠),。此外,,上海工廠的300mm晶圓工廠“8P1”在2020年第一季度時間點,月度產(chǎn)能僅為2,000片,。此外,,“JN1”工廠目前正在研發(fā)基于FinFET的工藝技術(shù)。另外,,據(jù)說深圳的300mm工廠也在擴大產(chǎn)能,。
中芯國際的300mm工廠生產(chǎn)能力雖然不及TSMC的300mm工廠“GigaFab”,但是我們需要注意的是“產(chǎn)能(Capacity)因工藝技術(shù)不同而不同,,且差異很大”,。這是因為如果生產(chǎn)中存在較多的Multi-patterning,那么晶圓在潔凈室(Clean Room)中停留的時間就會很長,。規(guī)模越大,、成本越低(GigaFab之所以能夠降低單個晶圓的成本,原因也在此),,但是,,前提是需要巨額的資金投入、還要確保較高的稼動率,。對于中芯國際來說,,很大一部分的銷售額來自于成熟技術(shù)工藝的貢獻,,從這一點來看,中芯國際專注于中等規(guī)模工廠的投入是正確的決策,。
中芯國際認為,,“未來,中芯國際肯定需要能夠使用尖端工藝技術(shù)的,、規(guī)模較大的工廠”,。金融服務(wù)公司Bocom International Holdings的香港分處的分析師Christopher Yim則指出,“中芯國際的最新的上海工廠,、北京工廠的規(guī)模都很大,,可以供應(yīng)的產(chǎn)品范圍也很廣。比方說,,就上海的300mm的SN1工廠而言,,如果整備所有的設(shè)備,建設(shè)成本將會達到100億美元左右(約人民幣700億元),,最大產(chǎn)能可達7萬WSPM,。然而,這么大的工廠是需要巨額的投資,。
海思的采用是一個巨大的利好
就新工藝的導(dǎo)入而言,,中芯國際的進步十分明顯。2001年,,中芯國際Fab 1開始供應(yīng)0.25um生產(chǎn)技術(shù),,2002年已經(jīng)開始量產(chǎn)0.18um邏輯半導(dǎo)體。2008年第一季度,,開始供應(yīng)多種技術(shù)節(jié)點,,并發(fā)布65納米技術(shù)。最后,,中芯國際在2012年下半年開始生產(chǎn)40納米芯片,,2015年啟動28納米產(chǎn)品產(chǎn)線,2019年下半年首次開始基于FinFET的14納米工藝,。另一方面,,中芯國際落后于”雷打不動“的TOP1---TSMC多年。
工藝技術(shù)的研發(fā)需要大量的資金和技術(shù),。為了進一步降低研發(fā)風(fēng)險,、提高研發(fā)速度,,中芯國際自成立之初就招募了不少來自TSMC等先進晶圓廠的技術(shù)人員,,通過這些技術(shù)人員,中芯國際積累了工藝技術(shù),、工藝流程和技術(shù)要點等,。
此外,,中芯國際還與一些晶圓廠達成了公司工藝許可(Process License)的協(xié)議。通過從其他公司獲取生產(chǎn)工藝,、相關(guān)技術(shù),,中芯國際獲得了必要的IP(Intellectual Property,知識產(chǎn)權(quán)),,且獲得了一些特殊客戶(如有的客戶雖然希望利用現(xiàn)有成熟技術(shù)獲得第二家芯片供應(yīng)商,,卻不希望進行大規(guī)模的再次設(shè)計)。
通過以上努力,,中芯國際在Foundry業(yè)務(wù)方面獲得了顯著的增長,,到2005年成為了僅次于TSMC、UMC,、Chartered的全球第四的專業(yè)芯片代工廠,。
在尖端工藝方面,中芯國際雖然落后于TSMC,,但是由于能夠提高提供具有競爭力的價格,、差異化服務(wù)、統(tǒng)籌性的供應(yīng)鏈,,因此受到華為旗下海思,、高通、Fingerprint Cards等大企業(yè)的青睞,。
在中芯國際2020年第一季度的銷售額中,,成熟工藝(250/350nm~40/45nm)占92%,28納米和14納米分別占6.5%,、1.3%,。
中芯國際
海思是利用中芯國際14納米工藝的客戶之一。利用此工藝,,為海思生產(chǎn)了用于智能手機的入門級SoC”Kirin 710A“(應(yīng)該也在考慮應(yīng)用到車載方面),,這款芯片最初是利用TSMC的12納米工藝生產(chǎn)的。
中芯國際28納米和14納米啟動較晚,、原有代際工藝占據(jù)九成以上的銷售額,,這兩點毫無疑問證明了”有大量的芯片是不需要尖端工藝的“。比方說,,通信,、民生設(shè)備、汽車,、工業(yè)設(shè)備方向的很多IC的生命周期都很長,。此外,很多中國的芯片廠家存在運用現(xiàn)有節(jié)點技術(shù)進行設(shè)計的傾向。以上原因也解釋了為什么2020年第一季度時間點,,中芯國際工廠的稼動率為98.5%,。另一方面,中芯國際14納米 FinFET工藝是其自主研發(fā)的,,很難被其他競爭對手采用,,不過這項技術(shù)實際步入正軌還需要一段時間。
中芯國際要趕上TSMC,,很難估算需要多長時間,,但是對于中芯國際來說,不斷激化的中美貿(mào)易摩擦,、電子行業(yè)的大趨勢(Megatrend)也許是一個良機,,但同時也是一個挑戰(zhàn)。