中國集成電路制造業(yè)發(fā)展前景展望

1 我國集成電路制造業(yè)發(fā)展現狀

2019年以來(lái)，我國12英寸生產(chǎn)線(xiàn)的數量和占比持續增加。從制造產(chǎn)能來(lái)看，國內目前12英寸產(chǎn)能約100萬(wàn)片/月，未來(lái)規劃產(chǎn)能超過(guò)200萬(wàn)片/月。從生產(chǎn)線(xiàn)分布來(lái)看，國內集成電路生產(chǎn)線(xiàn)主要集中在以上海、江蘇、安徽、浙江為代表的長(cháng)三角地區，以深圳、廣州為代表的珠三角地區，以北京、天津、大連為代表的京津冀環(huán)渤海地區，以武漢、成都、重慶、西安為代表的中西部地區。經(jīng)過(guò)20余年的快速發(fā)展，2019年集成電路制造業(yè)銷(xiāo)售額已達到2 110.4億元，首次超過(guò)2 000億元，但增速下降到16.1%，比上年降低了約9.5個(gè)百分點(diǎn)(圖1)。

數據來(lái)源：中國半導體行業(yè)協(xié)會(huì )，賽迪顧問(wèn)整理

圖1 2012—2019中國集成電路制造業(yè)銷(xiāo)售額及增長(cháng)率

一大批重點(diǎn)龍頭企業(yè)快速成長(cháng)并不斷升級。中芯國際是中國大陸具有大規模生產(chǎn)和先進(jìn)工藝技術(shù)的集成電路芯片制造企業(yè)，2019年中芯國際在先進(jìn)制程方面取得突破性進(jìn)展，第一代14 nm FinFET技術(shù)進(jìn)入量產(chǎn)階段，在2019年第四季度貢獻約1%晶圓營(yíng)收，第二代FinFET技術(shù)平臺持續獲得客戶(hù)導入。華虹半導體12英寸生產(chǎn)線(xiàn)建成投產(chǎn)，在嵌入式非易失存儲器、微控制器等領(lǐng)域新平臺研發(fā)順利推進(jìn)，為客戶(hù)提供良好的差異化服務(wù)。華潤微電子2019年成功過(guò)會(huì )，成為科創(chuàng )板紅籌上市第一股，公司的制造資源在國內處于領(lǐng)先地位，目前擁有6英寸晶圓制造年產(chǎn)能約為247 萬(wàn)片，8英寸晶圓制造年產(chǎn)能約為133 萬(wàn)片，合計8英寸晶圓270 萬(wàn)片，產(chǎn)能排名全國第三。此外，武漢新芯、上海積塔、方正微電子、晶和集成等企業(yè)也都取得不俗成績(jì)。

數據來(lái)源： 中國半導體行業(yè)協(xié)會(huì )，賽迪顧問(wèn)整理

圖2 2012—2019年中國集成電路制造業(yè)占比情況

2 技術(shù)發(fā)展趨勢及行業(yè)特點(diǎn)

2.1 集成電路制造業(yè)兩大特點(diǎn)。

1)     生產(chǎn)線(xiàn)及相關(guān)研發(fā)成本投入巨大，集成電路制造業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)線(xiàn)建設投資額高居當前電子信息制造業(yè)榜首。并且，伴隨制造工藝的提升，制造企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)成本快速增加。一條月產(chǎn)能3.5 萬(wàn)片的12英寸14 nm制程產(chǎn)線(xiàn)的投資規模近百億美元。在研發(fā)方面，以中芯國際為例，公司2017—2019年研發(fā)投入分別為35.8 億元、44.7 億元及47.4 億元，占營(yíng)業(yè)收入的比例分別為16.72%、19.42%和21.55%。

2)     生產(chǎn)線(xiàn)主體集中，區域分散，集成電路制造企業(yè)為充分挖掘資源優(yōu)勢，將制造工廠(chǎng)分布建設到全球各地。以英特爾公司為例，其制造工廠(chǎng)遍布美國、中國、以色列、愛(ài)爾蘭等國家。產(chǎn)能的分散式布局讓英特爾公司能夠充分利用各地優(yōu)勢資源，有效降低投資和生產(chǎn)運營(yíng)成本，同時(shí)靠近下游客戶(hù)，增加市場(chǎng)影響力。

2.2 未來(lái)集成電路制造業(yè)將沿著(zhù)三大趨勢進(jìn)行發(fā)展。

1）集成電路制造工藝有望延續“摩爾定律”繼續發(fā)展。伴隨著(zhù)晶體管尺寸逐步逼近物理極限，集成電路制造工藝研發(fā)難度不斷增加，研發(fā)成本快速上升。在EUV光刻機等新設備和GAA-FET等新器件結構新工藝的幫助下，全球領(lǐng)先企業(yè)技術(shù)將繼續遵循“摩爾定律”發(fā)展，臺積電、三星、英特爾、中芯國際等企業(yè)紛紛發(fā)布了未來(lái)技術(shù)路線(xiàn)圖。

2）半導體產(chǎn)品應用多元化推動(dòng)了特色工藝制造的蓬勃發(fā)展。相較于成熟制程和先進(jìn)制程，特色工藝不單純追求工藝線(xiàn)寬，更要兼顧各種器件的構造。特色工藝的半導體產(chǎn)品(高壓電路、MEMS傳感器、射頻電路和器件等)的研發(fā)是一項綜合性的技術(shù)活動(dòng)，涉及到工藝研發(fā)與產(chǎn)品設計研發(fā)的多個(gè)環(huán)節。以高壓工藝為例，需要系統的進(jìn)行工藝平臺建設、器件結構研究、模型參數提取、設計環(huán)境建設、線(xiàn)路架構設計、驗證、應用系統研究以及質(zhì)量評價(jià)體系方面的研究工作，才能建立完善的有特色工藝線(xiàn)體系。

3）差異化產(chǎn)品需求助推制造業(yè)新路徑發(fā)展。隨著(zhù)5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等市場(chǎng)的快速發(fā)展，整機廠(chǎng)商對芯片的需求變得愈發(fā)多元，不同應用場(chǎng)景對于芯片計算速度、功耗、成本的要素擁有著(zhù)差異化的需求。各大研究機構和主要廠(chǎng)商開(kāi)始探索新的制造路徑。其中，使用SOI硅片制造的芯片由于具有更低功耗等優(yōu)勢，格羅方德、三星等制造企業(yè)積極布局SOI市場(chǎng)，FD-SOI、RF-SOI等制造技術(shù)正在建立自己的生態(tài)圈。集成電路制造工藝正在沿著(zhù)多種方向進(jìn)行發(fā)展。

3 我國同國際先進(jìn)水平的差距

十三五期間，我國通過(guò)設立國家產(chǎn)業(yè)投資基金、加大金融支持力度等方式，加速發(fā)展集成電路制造業(yè)并突破關(guān)鍵裝備和材料的研發(fā)，但在先進(jìn)工藝領(lǐng)域和特色工藝領(lǐng)域與全球先進(jìn)水平還存在一定差距。在先進(jìn)工藝領(lǐng)域，我國同國際領(lǐng)先水平存在1~2代的技術(shù)差距。2018年，臺積電率先實(shí)現7 nm工藝制程的量產(chǎn)，目前臺積電5 nm制程進(jìn)展順利，預計年內可以進(jìn)行量產(chǎn)。2018年中芯國際14 nm芯片研發(fā)成功，2019年第四季度正式量產(chǎn)?，F今，中芯國際正在加速追趕國際先進(jìn)水平，第二代FinFET技術(shù)平臺也將持續客戶(hù)導入。在特色工藝領(lǐng)域，特色工藝制造技術(shù)工藝種類(lèi)較多，技術(shù)評判不單以工藝制程為準繩，評判標準較為多元。國內擁有特色工藝生產(chǎn)能力的企業(yè)包括中芯國際、華力微電子、華虹宏力、華潤微電子、上海積塔等，覆蓋了BCD、MEMS、RF等主要生產(chǎn)工藝。相比于以IDM模式為主的國際特色工藝領(lǐng)先企業(yè)，我國特色工藝制造企業(yè)仍需提升協(xié)同設計、應用的能力，不斷滿(mǎn)足客戶(hù)的定制化需求。

4 我國集成電路制造業(yè)發(fā)展面臨的機遇與挑戰

4.1 機遇
1)產(chǎn)業(yè)融資環(huán)境明顯改善，有效緩解企業(yè)資金需求

由于企業(yè)自身資金有限，建設集成電路制造生產(chǎn)線(xiàn)所需的大額投入成為阻礙企業(yè)進(jìn)行擴產(chǎn)的關(guān)鍵阻礙?，F今，伴隨著(zhù)國家成立科創(chuàng )板以及各地產(chǎn)業(yè)投資基金的廣泛設立，產(chǎn)業(yè)投資基金通過(guò)股權投資方式等，可很大程度緩解我國集成電路制造企業(yè)的融資問(wèn)題，我國集成電路制造企業(yè)迎來(lái)難得的發(fā)展機遇。

2)制造代工模式發(fā)生轉變，為制造代工企業(yè)帶來(lái)更加廣闊市場(chǎng)

近30年來(lái)，越來(lái)越多采用IDM模式發(fā)展企業(yè)轉型為Fabless、Fablite模式，集成電路產(chǎn)業(yè)專(zhuān)業(yè)分工模式逐步成為主流發(fā)展模式。由此為專(zhuān)業(yè)代工企業(yè)在制造增量市場(chǎng)及存量市場(chǎng)提供更廣闊的發(fā)展空間。目前我國集成電路制造企業(yè)以專(zhuān)業(yè)代工為主，專(zhuān)業(yè)代工市場(chǎng)的不斷擴大有利于我國集成電路制造企業(yè)獲得新市場(chǎng)。

4.2 我國集成電路制造業(yè)發(fā)展挑戰

1)先進(jìn)工藝制造技術(shù)高昂研發(fā)費用逐步提高行業(yè)進(jìn)入壁壘

技術(shù)升級帶來(lái)的研發(fā)費用高漲已經(jīng)成為制造企業(yè)從事先進(jìn)工藝研發(fā)的最主要障礙，2018年，臺聯(lián)電宣布放棄12 nm以下先進(jìn)工藝研發(fā)，格羅方德宣布放棄7 nm工藝研發(fā)?，F今，從事7 nm及以下工藝研發(fā)的企業(yè)只剩臺積電、三星、英特爾三家。目前，我國集成電路制造龍頭企業(yè)的國際競爭力雖然在快速提升，但規模同臺積電、三星等國際龍頭相比還存在較大的差距。2019年，三星宣布計劃在2030年前投資1 160億美元鞏固其半導體巨頭地位。巨大的先進(jìn)工藝研發(fā)費用同樣成為我國集成電路制造企業(yè)從事進(jìn)一步研發(fā)的關(guān)鍵阻礙。

2)先進(jìn)工藝研發(fā)工程化舉措加劇領(lǐng)軍企業(yè)技術(shù)進(jìn)步

目前，臺積電等領(lǐng)先企業(yè)采用工程化方式開(kāi)展先進(jìn)工藝研發(fā)工作，即通過(guò)投入更大量人力、物力、財力換取研發(fā)速度的提升。以臺積電為例，研發(fā)線(xiàn)按照量產(chǎn)標準進(jìn)行建設，制定產(chǎn)出目標，研發(fā)階段產(chǎn)出目標超過(guò)5 000片/月，已經(jīng)非常接近量產(chǎn)數據。由此帶來(lái)公司研發(fā)制造線(xiàn)可以直接通過(guò)完全復制的方式導入生產(chǎn)線(xiàn)，大幅提高研發(fā)效率。國內企業(yè)由于自身營(yíng)收規模有限，研發(fā)投入總額較小，研發(fā)制造線(xiàn)無(wú)法實(shí)現規?；?。在實(shí)際量產(chǎn)階段還要進(jìn)行二次研發(fā)，技術(shù)迭代速度和量產(chǎn)效率落后于國際領(lǐng)先企業(yè)。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志202年8月期）