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中国晶圆制造业发展情况解读

发表时间:2017-03-07

  2017年注定我国半导体制作业不会安静。新年伊始,晶圆产线新建、扩产方案的消息接连不断。
  2月6日SK海力士宣告出资36亿美元在江苏无锡启动第二工厂方案;2月10日格芯宣告出资百亿美元在成都建造12寸产线;2月12日紫光宣告在南京建造半导体工业基地,总出资300亿美元;三星宣告西安二期扩产方案。连同2016年开工建造的长江存储、台积电南京、华力微二期、晋江晋华集成、中芯世界北京B3、中芯世界上海、中芯世界深圳等很多12寸产线;在新建扩产方案宣告的一起,厦门联芯12寸于2016年11月试产后,本年将加快量产,合肥晶合12寸也将于2017年6月投产,淮安德科码12寸也将于2017年8月投产。
  我国晶圆制作一派“芯芯向荣”的局势。下面笔者将为您剖析国内晶圆制作的状况,到底是“芯芯向荣”仍是“芯芯向戎”。
  一、我国半导体制作业现状
  跟着国家集成电路工业出资基金(以下简称“大基金”)的树立和社会资本加大对半导体工业的出资,我国半导体工业迎来了新一轮的调整开展,芯片规划和半导体制作业所占比重逐年上升,半导体制作业产量初次超越1000亿元大关。根据我国半导体行业协会核算,2016年我国大陆半导体制作业营收1126.9亿元,同比增长25.1%,原因是国内芯片出产线满产以及扩产的股动。2012-2016年我国半导体制作业中,每年的增长幅度都在23%以上(见图1)。

  图1:我国2012-2016年半导体制作业状况

  由图2能够看出,2015年我国半导体制作业前10大的营收总和是633.2亿元,占半导体制作业总营收的70%多。
  其中内外资公司各占一半,五家外资公司的营收是355.50亿元,五家内资公司的营收是277.7亿元。
  其中五家IDM公司算计总营收是363.6亿元,三星、SK海力士和英特尔都是大型IDM外资在我国开办的出产厂,2015年三家总营收293.8亿元,占前10大的近一半,占我国晶圆制作业总营收的三分之一。华润微电子和西安微电子所都是国内的IDM公司,这两家的营收中包含封测业收入,算计营收69.8亿元。

  图2:我国晶圆制作业前10大状况

  由图2可知,五家纯代工公司算计总营收269.6亿元,台积电以及和舰科技是外资公司,两家算计61.7亿元,内资代工公司中芯世界、华虹宏力和华力微三家算计营收只需207.9亿元。
  三星、SK海力士、英特尔三家算计4条12寸产线都是按母公司合约进行出产内存芯片和芯片组芯片,算计产能为330K,占有整体12寸产能的62%以上;而8寸中,德州仪器和中车年代的6万片8寸产能都是按母公司合约进行出产,这些都不对外供给代工服务。
  二、我国半导体制作产能剖析
  根据笔者核算,详见图3,我国现有量产的12寸制作线11条,12寸规划产能累计为540K;现有量产的8寸晶圆制作线18条,8寸产能累计为671K。以此核算,我国半导体制作产能高达840K约当12寸产能。

  图3:我国现有12寸及8寸晶圆制作产线状况(不包含独立的MEMS产线)

  三、我国晶圆代工业现状
  2016年底我国晶圆代工规划产能包含12寸210K,8寸产能611K,整体算计482K约当12寸产能。
  2016我国本乡晶圆代工业者中芯世界、华力微、武汉新芯的12寸规划产能算计为160K。然实践产量是134K。8寸规划产能算计为446K,然实践产量是430K;我国内资代工产能算计350K。
  可是咱们要注意到,尽管,我国晶圆代工产能有350K,可是领先产能与海外还有有相当的距离。
  2016年中芯世界的65纳米以下技能营收占总营收44.6%;28nm Poly技能已经安稳量产,产能爬坡敏捷,第4季28nm技能营收占到公司总营收的3.5%,全年28nm技能营收占到公司总营收的1.6%,估计2017年将有也许到达7-9%。在28nm获得打破的一起,14nm还在严重研制中。客户首要是高通公司,首要技能是28nm Poly。28nm HKMG技能2016年底流片成功。
  四、我国IC规划业能支撑我国晶圆代工制作业吗?
  我国整机体系公司兴起敏捷,“本乡化战略开端突显。从2011年开端,获益于下流整机市场的鼓起,本乡的规划公司开端敏捷兴起,增速远大于全球规划公司的CAGR(年均复合增长率)。从表4能够看到,2011年我国IC规划业总营收为526.40亿元,到2016年为1644.30亿元,2016年是2011年的3倍多,CAGR是20.91%,而全球规划业的CAGR仅为3%摆布。
  在我国规划公司快速增长的过程中,国内的晶圆代工公司天然享用生长盈利,咱们看到从2011-2016年里,伴跟着规划公司的兴起,中芯世界、华力微、华虹宏力的营收也是生长敏捷。2016年中芯世界和华虹宏力都交出了亮丽的成绩单,这和我国的规划公司快速增长休戚相关。

  图4:我国2011-2016年IC规划业开展状况

  根据中芯世界和华虹宏力的陈述,咱们能够知道大约有一半的收入来自国内客户。
  我国IC规划业的产量是1644.3亿元,假定一半在国内出产,假定芯片规划公司的毛利为40%,则晶圆制作业产量为588亿元(约合92亿美元),假如每片12寸晶圆的报价为2500美元,需求的年产能是3660K片12寸晶圆,则每月是305K片12寸晶圆,假如以90%产能利用率核算,则每月产能为340K片12寸晶圆产能。(台积电是3070美元每片12寸晶圆报价,由于2016年台积电的技能中28/20/16nm营收占总营收的33%,20/16nm的技能报价相对更高,所以咱们取每片12寸晶圆的报价为2500美元)。
  如此看来,国内现在晶圆代工产能不足以支撑我国IC规划业的开展。
  五、我国需求多少晶圆产能
  2016年,预估我国本地市场耗费1000亿美元半导体商品,由于CPU、内存芯片、高速高精度AD/DA芯片、高端FPGA芯片和大功率IGBT器材为首要的功率器材为重中之重,约占耗费额的4成,这一部分现在国内没有才能出产。国内规划的集成电路至少有一半是在国内耗费,这大约占一成。
  假定耗费额中剩下的500亿美元都在国内出产,假定芯片规划公司的毛利为40%,则晶圆制作业产量为358亿美元,假如每个12寸晶圆的报价为2500美元,需求的年产能是14320K个12寸晶圆,则每月是1190K个12寸晶圆,假如以90%产能利用率核算,则每月产能为1320K的12寸晶圆产能。缺口大约是每月1000K的12寸晶圆产能。
  当然每月1000K的12寸晶圆产能是理论上的缺口,实践上缺口是没有这么多的,由于国内还有100多条6寸以下的晶圆产线,预算实践缺口约800K每月约当12寸晶圆产能。假定新建12寸产线月产能到达50K,则还需求建造16条月产50K的12寸产线。
  据笔者核算在建和拟建的12寸产线产线状况(见表5和表6),从表5来看,我国现在在建的12寸产线有11条,将每月奉献580K的12寸产能(包含存储器产能240K/月)。从表6来看,我国现在拟建的12寸产线有10条,将每月奉献500K的12寸产能。假如一切在建和拟建的12寸产线的产能都按期开出,则2020年我国将新增每月12寸晶圆1000K。

  图5:我国在建12寸晶圆制作产线状况

  图6:我国拟建12寸晶圆制作产线状况

  六、“两端在外”的困境如何破局
  我国晶圆代工产能缺口不仅仅仅仅建造几个FAB就能够补偿的。并且建造FAB也不是肯堆钱就行,即使FAB厂房建好,设备在哪里?运营团队在哪里?客户在哪里?
  01专项整体专家组组长多个场合表明,国家为什么要颁布推进大纲?首先是满意国家的战略需求。国家战略开展中所依托的一些中心的芯片,咱们基本上都依托国外。其次,解决工业开展“两端在外”的景象。也即是说,咱们的规划公司,加工在外;制作公司,规划在外。
  那么疑问来了?中心的芯片即是CPU、内存芯片、高速高精度AD/DA芯片、高端FPGA芯片和IGBT等。这些不是简单建几个FAB就能够出产,这些都需求更领先的技能技能。
  为了破局“两端在外”的困境,咱们必须有更领先的技能来支撑。
  现在中芯世界和华力微的28nm技能都于2015年下半年成功试产,还处在小规模量产期间,还仅仅28nm Poly。而28nm HKMG仅仅仅仅试制成功,离量产应当还有一段路要走。
  中芯世界12寸晶圆代工技能首要是65/55nm、45/40nm两大技能节点,算计占公司总营收43%,公司CEO邱慈云表明28nm的营收在2017年将占公司总营收的7-9%。
  中芯世界将越过20nm制程,直接进入14nm FinFET技能制程,这将对中芯世界是一个巨大的检测。FinFET和Bulk CMOS技能是彻底不一样的,Bulk CMOS是平面技能,FinFET是立体技能。
  华力微在攻关28nm、14nm技能的一起,也在评价FD-SOI技能,期望凭仗其低本钱优势和FinFET技能打开竞赛。
  当时在SOI方面国内已经进行了规划。资料方面,2015年上海新傲科技已开端出产SOI技能的200毫米晶圆,引进的是法国Soitec公司独有的Smart Cut技能。
  有技能专家表明,尽管SOI技能错失变成干流技能的时机,无法与FinFET争夺干流位置,也不会代替FinFET。但能够进行差异化竞赛,不好FinFET拼功能,但能够在合适的范畴拼性价比,比如RF、嵌入式MARM、低功耗。
  所以华力微将来上马FD-SOI技能技能,不失为一条捷径。
  七、小结
  1、我国是需求建FAB,可是咱们的设备资料工业要跟上,咱们不能依托美欧日的设备资料公司供给,一旦有状况发作,将呈现巧妇难为无米之炊。让人欣喜的是,在02严重专项支撑下,我国的设备资料工业获得了喜人的进步,刻蚀机、氧化机、薄膜、光刻、离子注入等设备成功代替国外厂商同类商品,进入中芯世界。一起跟着国产设备很多投入使用,将使得我国芯片制作的设备采购本钱下降。
  2、在12寸及顶级领先技能方面,国家必须砸入重金进行持续支撑,FinFET和SOI一起攻关,紧跟世界领先技能,不要妄想弯道超车,弯道超车稍有不小心就会车毁人亡。咱们只需跟住对手,不要再次拉大距离,迫使对手忙中出错,直线超车又快又安全。
  3、加大人才培育力度。除了在大学进行培育外,还应当在中芯世界、华力微、华虹宏力等公司加大队伍人才培育,要让中芯世界、华力微、华虹宏力变成我国晶圆制作业的黄埔军校。只需黄埔军校真正发挥作用,我国的晶圆制作的运营团队就不再需求花费3倍高价去台湾、美国等区域挖人了。
  4、中央政府对晶圆制作要有合理的规划,汽车连接器,一起对地方政府的不标准行为应当进行遏止。地方政府不能给予外资晶圆制作以超国民待遇,以免与内资公司形成不公平竞赛环境。



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