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。