芯芯向榮or芯芯向戎中國晶圓製造業發展情況解讀

      2017年注定中國半導體製造業不會平靜 。新年伊始 ，晶圓產線新建 、擴產計劃的消息紛至遝來 。

　　2月6日SK海力士宣布投資36億美元在江蘇無錫啟動第二工廠計劃;2月10日格芯宣布投資百億美元在成都建設12寸產線;2月12日紫光宣布在南京建設半導體產業基地 ，總投資300億美元;三星宣布西安二期擴產計劃 。連同2016年開工建設的長江存儲 、台積電南京 、華力微二期 、晉江晉華集成 、中芯國際北京B3 、中芯國際上海 、中芯國際深圳等眾多12寸產線;在新建擴產計劃宣布的同時 ，廈門聯芯12寸於2016年11月試產後 ，今年將加速量產 ，合肥晶合12寸也將於2017年6月投產 ，淮安德科碼12寸也將於2017年8月投產 。

　　中國晶圓製造一派“芯芯向榮”的局麵 。下麵筆者將為您分析國內晶圓製造的情況 ，到底是“芯芯向榮”還是“芯芯向戎” 。

　　一 、中國半導體製造業現狀

　　隨著國家集成電路產業投資基金(以下簡稱“大基金”)的建立和社會資本加大對半導體產業的投資 ，我國半導體產業迎來了新一輪的調整發展 ，芯片設計和半導體製造業所占比重逐年上升 ，半導體製造業產值首次超過1000億元大關 。根據中國半導體行業協會統計 ，2016年中國大陸半導體製造業營收1126.9億元 ，同比增長25.1% ，原因是國內芯片生產線滿產以及擴產的帶動 。2012-2016年中國半導體製造業中 ，每年的增長幅度都在23%以上(見圖1) 。

      圖1 ：中國2012-2016年半導體製造業情況

　　由圖2可以看出 ，2015年中國半導體製造業前十大的營收總和是633.2億元 ，占半導體製造業總營收的70%多 。

　　其中內外資公司各占一半 ，五家外資公司的營收是355.50億元 ，五家內資公司的營收是277.7億元 。

　　其中五家IDM公司合計總營收是363.6億元 ，三星 、SK海力士和英特爾都是大型IDM外資在中國開辦的生產廠 ，2015年三家總營收293.8億元 ，占前十大的近一半 ，占中國晶圓製造業總營收的三分之一 。華潤微電子和西安微電子所都是國內的IDM企業 ，這兩家的營收中包括封測業收入 ，合計營收69.8億元 。

      圖2 ：中國晶圓製造業前十大情況

　　由圖2可知 ，五家純代工公司合計總營收269.6億元 ，台積電以及和艦科技是外資企業 ，兩家合計61.7億元 ，內資代工公司中芯國際 、華虹宏力和華力微三家合計營收隻有207.9億元 。

　　三星 、SK海力士 、英特爾三家共計4條12寸產線都是按母公司合約進行生產內存芯片和芯片組芯片 ，合計產能為330K ，占有總體12寸產能的62%以上;而8寸中 ，德州儀器和中車時代的6萬片8寸產能都是按母公司合約進行生產 ，這些都不對外提供代工服務 。

　　二 、中國半導體製造產能分析

　　根據筆者統計 ，詳見圖3 ，中國現有量產的12寸製造線11條 ，12寸設計產能累計為540K;現有量產的8寸晶圓製造線18條 ，8寸產能累計為671K 。以此計算 ，中國半導體製造產能高達840K約當12寸產能 。

      圖3 ：中國現有12寸及8寸晶圓製造產線情況(不包含獨立的MEMS產線)

　　三 、中國晶圓代工業現狀

　　2016年底中國晶圓代工設計產能包括12寸210K ，8寸產能611K ，總體合計482K約當12寸產能 。

　　2016中國本土晶圓代工業者中芯國際 、華力微 、武漢新芯的12寸設計產能合計為160K 。然實際產量是134K 。8寸設計產能合計為446K ，然實際產量是430K;中國內資代工產能合計350K 。

　　但是我們要注意到 ，雖然 ，我國晶圓代工產能有350K ，但是先進產能與海外還有有相當的差距 。

　　2016年中芯國際的65納米以下工藝營收占總營收44.6%;28nm Poly工藝已經穩定量產 ，產能爬坡迅速 ，第4季28nm工藝營收占到公司總營收的3.5% ，全年28nm工藝營收占到公司總營收的1.6% ，預計2017年將有可能達到7-9% 。在28nm取得突破的同時 ，14nm還在緊張研發中 。客戶主要是高通公司 ，主要工藝是28nm Poly 。28nm HKMG工藝2016年底流片成功。

　　四 、中國IC設計業能支撐中國晶圓代工製造業嗎?

　　中國整機係統公司崛起迅速 ，“本土化戰略開始突顯 。從2011年開始 ，受益於下遊整機市場的興起，本土的設計企業開始迅速崛起 ，增速遠大於全球設計公司的CAGR(年均複合增長率) 。從表4可以看到 ，2011年中國IC設計業總營收為526.40億元 ，到2016年為1644.30億元 ，2016年是2011年的3倍多 ，CAGR是20.91% ，而全球設計業的CAGR僅為3%左右 。

　　在中國設計公司快速增長的過程中 ，國內的晶圓代工公司自然享受成長紅利 ，我們看到從2011-2016年裏 ，伴隨著設計企業的崛起 ，中芯國際 、華力微 、華虹宏力的營收也是成長迅速 。2016年中芯國際和華虹宏力都交出了亮麗的成績單 ，這和中國的設計公司快速增長息息相關 。

      圖4：中國2011-2016年IC設計業發展情況

　　根據中芯國際和華虹宏力的報告 ，我們可以知道大約有一半的收入來自國內客戶 。

　　中國IC設計業的產值是1644.3億元 ，假定一半在國內生產 ，假設芯片設計公司的毛利為40% ，則晶圓製造業產值為588億元(約合92億美元)，如果每片12寸晶圓的價格為2500美元 ，需要的年產能是3660K片12寸晶圓 ，則每月是305K片12寸晶圓 ，如果以90%產能利用率計算 ，則每月產能為340K片12寸晶圓產能 。(台積電是3070美元每片12寸晶圓價格 ，由於2016年台積電的工藝中28/20/16nm營收占總營收的33%，20/16nm的工藝價格相對更高 ，所以我們取每片12寸晶圓的價格為2500美元) 。

　　如此看來 ，國內目前晶圓代工產能不足以支持中國IC設計業的發展 。

　　五 、中國需要多少晶圓產能

　　2016年 ，預估中國本地市場消耗1000億美元半導體產品 ，由於CPU 、內存芯片 、高速高精度AD/DA芯片 、高端FPGA芯片和大功率IGBT器件為主要的功率器件為重中之重 ，約占消耗額的4成 ，這一部分目前國內沒有能力生產 。國內設計的集成電路至少有一半是在國內消耗 ，這大約占一成 。

　　假定消耗額中剩餘的500億美元都在國內生產 ，假設芯片設計公司的毛利為40% ，則晶圓製造業產值為358億美元 ，如果每個12寸晶圓的價格為2500美元 ，需要的年產能是14320K個12寸晶圓 ，則每月是1190K個12寸晶圓 ，如果以90%產能利用率計算 ，則每月產能為1320K的12寸晶圓產能 。缺口大約是每月1000K的12寸晶圓產能 。

　　當然每月1000K的12寸晶圓產能是理論上的缺口 ，實際上缺口是沒有這麽多的 ，因為國內還有100多條6寸以下的晶圓產線 ，估算實際缺口約800K每月約當12寸晶圓產能 。假定新建12寸產線月產能達到50K ，則還需要建設16條月產50K的12寸產線 。

　　據筆者統計在建和擬建的12寸產線產線情況(見表5和表6) ，從表5來看 ，中國目前在建的12寸產線有11條 ，將每月貢獻580K的12寸產能(包括存儲器產能240K/月) 。從表6來看 ，中國目前擬建的12寸產線有10條 ，將每月貢獻500K的12寸產能 。如果所有在建和擬建的12寸產線的產能都如期開出 ，則2020年中國將新增每月12寸晶圓1000K 。

圖5 ：中國在建12寸晶圓製造產線情況

圖6 ：中國擬建12寸晶圓製造產線情況

　　六 、“兩頭在外”的困境如何破局

　　中國晶圓代工產能缺口不僅僅隻是建設幾個FAB就可以彌補的 。而且建設FAB也不是肯堆錢就行 ，即使FAB廠房建好 ，設備在哪裏?運營團隊在哪裏?客戶在哪裏?

　　01專項總體專家組組長多個場合表示 ，國家為什麽要頒布推進綱要?首先是滿足國家的戰略需求 。國家戰略發展中所依靠的一些核心的芯片 ，我們基本上都依賴國外 。其次 ，解決產業發展“兩頭在外”的現象。也就是說 ，我們的設計企業 ，加工在外;製造企業 ，設計在外 。

　　那麽問題來了?核心的芯片就是CPU 、內存芯片 、高速高精度AD/DA芯片 、高端FPGA芯片和IGBT等 。這些不是簡單建幾個FAB就可以生產 ，這些都需要更先進的工藝技術 。

　　為了破局“兩頭在外”的困境 ，我們必須有更先進的工藝來支撐 。

　　目前中芯國際和華力微的28nm工藝都於2015年下半年成功試產 ，還處在小規模量產階段 ，還隻是28nm Poly 。而28nm HKMG僅僅隻是試製成功 ，離量產應該還有一段路要走 。

　　中芯國際12寸晶圓代工工藝主要是65/55nm 、45/40nm兩大工藝節點 ，合計占公司總營收43% ，公司CEO邱慈雲表示28nm的營收在2017年將占公司總營收的7-9% 。

　　中芯國際將跳過20nm製程 ，直接進入14nm FinFET工藝製程 ，這將對中芯國際是一個巨大的考驗 。FinFET和Bulk CMOS工藝是完全不同的 ，Bulk CMOS是平麵工藝 ，FinFET是立體工藝 。

　　華力微在攻關28nm 、14nm工藝的同時 ，也在評估FD-SOI技術 ，希望憑借其低成本優勢和FinFET技術展開競爭 。

　　其時在SOI方麵國內已經進行了布局 。材料方麵 ，2015年上海新傲科技已開始生產SOI工藝的200毫米晶圓 ，引入的是法國Soitec公司獨有的Smart Cut技術 。

　　有工藝專家表示 ，雖然SOI工藝錯過成為主流技術的機會 ，無法與FinFET爭奪主流地位 ，也不會取代FinFET 。但可以進行差異化競爭 ，不和FinFET拚性能 ，但可以在合適的領域拚性價比 ，比如RF 、嵌入式MARM 、低功耗 。

　　所以華力微未來上馬FD-SOI工藝技術 ，不失為一條捷徑 。

　　七 、小結

　　1 、中國是需要建FAB ，但是我們的設備材料產業要跟上 ，我們不能依靠美歐日的設備材料公司提供 ，一旦有情況發生 ，將出現巧婦難為無米之炊 。讓人欣慰的是 ，在02重大專項支持下 ，我國的設備材料產業取得了喜人的進步 ，刻蝕機 、氧化機 、薄膜、光刻 、離子注入等設備成功替代國外廠商同類產品 ，進入中芯國際 。同時隨著國產設備大量投入使用 ，將使得我國芯片製造的設備采購成本降低 。

　　2 、在12寸及尖端先進工藝方麵 ，國家必須砸入重金進行持續支持 ，FinFET和SOI同時攻關 ，緊跟國際先進技術 ，不要妄想彎道超車 ，彎道超車稍有不慎就會車毀人亡 。我們隻要跟住對手 ，不要再次拉大差距 ，迫使對手忙中出錯 ，直線超車又快又安全 。

　　3 、加大人才培養力度 。除了在大學進行培養外 ，還應該在中芯國際 、華力微、華虹宏力等公司加大梯隊人才培養 ，要讓中芯國際 、華力微 、華虹宏力成為我國晶圓製造業的黃埔軍校 。隻要黃埔軍校真正發揮作用 ，中國的晶圓製造的運營團隊就不再需要花費3倍高價去台灣 、美國等地區挖人了。

　　4 、中央政府對晶圓製造要有合理的布局 ，同時對地方政府的不規範行為應該進行遏製 。地方政府不能給予外資晶圓製造以超國民待遇 ，以免與內資企業造成不公平競爭環境 。