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(xiàn)狀

2019年以來，我國12英寸生產(chǎn)線的數(shù)量和占比持續(xù)增加。從制造產(chǎn)能來看，國內(nèi)目前12英寸產(chǎn)能約100萬片/月，未來規(guī)劃產(chǎn)能超過200萬片/月。從生產(chǎn)線分布來看，國內(nèi)集成電路生產(chǎn)線主要集中在以上海、江蘇、安徽、浙江為代表的長三角地區(qū)，以深圳、廣州為代表的珠三角地區(qū)，以北京、天津、大連為代表的京津冀環(huán)渤海地區(qū)，以武漢、成都、重慶、西安為代表的中西部地區(qū)。經(jīng)過20余年的快速發(fā)展，2019年集成電路制造業(yè)銷售額已達到2 110.4億元，首次超過2 000億元，但增速下降到16.1%，比上年降低了約9.5個百分點(圖1)。

數(shù)據(jù)來源：中國半導體行業(yè)協(xié)會，賽迪顧問整理

圖1 2012—2019中國集成電路制造業(yè)銷售額及增長率

一大批重點龍頭企業(yè)快速成長并不斷升級。中芯國際是中國大陸具有大規(guī)模生產(chǎn)和先進工藝技術(shù)的集成電路芯片制造企業(yè)，2019年中芯國際在先進制程方面取得突破性進展，第一代14 nm FinFET技術(shù)進入量產(chǎn)階段，在2019年第四季度貢獻約1%晶圓營收，第二代FinFET技術(shù)平臺持續(xù)獲得客戶導入。華虹半導體12英寸生產(chǎn)線建成投產(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，為客戶提供良好的差異化服務(wù)。華潤微電子2019年成功過會，成為科創(chuàng)板紅籌上市第一股，公司的制造資源在國內(nèi)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 萬片，8英寸晶圓制造年產(chǎn)能約為133 萬片，合計8英寸晶圓270 萬片，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。

數(shù)據(jù)來源： 中國半導體行業(yè)協(xié)會，賽迪顧問整理

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

2.1 集成電路制造業(yè)兩大特點。

1)     生產(chǎn)線及相關(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)線建設(shè)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 萬片的12英寸14 nm制程產(chǎn)線的投資規(guī)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，占營業(yè)收入的比例分別為16.72%、19.42%和21.55%。

2)     生產(chǎn)線主體集中，區(qū)域分散，集成電路制造企業(yè)為充分挖掘資源優(yōu)勢，將制造工廠分布建設(shè)到全球各地。以英特爾公司為例，其制造工廠遍布美國、中國、以色列、愛爾蘭等國家。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)運營成本，同時靠近下游客戶，增加市場影響力。

2.2 未來集成電路制造業(yè)將沿著三大趨勢進行發(fā)展。

1）集成電路制造工藝有望延續(xù)“摩爾定律”繼續(xù)發(fā)展。伴隨著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(shè)備和GAA-FET等新器件結(jié)構(gòu)新工藝的幫助下，全球領(lǐng)先企業(yè)技術(shù)將繼續(xù)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)布了未來技術(shù)路線圖。

2）半導體產(chǎn)品應(yīng)用多元化推動了特色工藝制造的蓬勃發(fā)展。相較于成熟制程和先進制程，特色工藝不單純追求工藝線寬，更要兼顧各種器件的構(gòu)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，涉及到工藝研發(fā)與產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)的多個環(huán)節(jié)。以高壓工藝為例，需要系統(tǒng)的進行工藝平臺建設(shè)、器件結(jié)構(gòu)研究、模型參數(shù)提取、設(shè)計環(huán)境建設(shè)、線路架構(gòu)設(shè)計、驗證、應(yīng)用系統(tǒng)研究以及質(zhì)量評價體系方面的研究工作，才能建立完善的有特色工藝線體系。

3）差異化產(chǎn)品需求助推制造業(yè)新路徑發(fā)展。隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等市場的快速發(fā)展，整機廠商對芯片的需求變得愈發(fā)多元，不同應(yīng)用場景對于芯片計算速度、功耗、成本的要素擁有著差異化的需求。各大研究機構(gòu)和主要廠商開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，F(xiàn)D-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多種方向進行發(fā)展。

3 我國同國際先進水平的差距

十三五期間，我國通過設(shè)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)，但在先進工藝領(lǐng)域和特色工藝領(lǐng)域與全球先進水平還存在一定差距。在先進工藝領(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，臺積電率先實現(xiàn)7 nm工藝制程的量產(chǎn)，目前臺積電5 nm制程進展順利，預(yù)計年內(nèi)可以進行量產(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(xiàn)今，中芯國際正在加速追趕國際先進水平，第二代FinFET技術(shù)平臺也將持續(xù)客戶導入。在特色工藝領(lǐng)域，特色工藝制造技術(shù)工藝種類較多，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(nèi)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(shè)計、應(yīng)用的能力，不斷滿足客戶的定制化需求。

4 我國集成電路制造業(yè)發(fā)展面臨的機遇與挑戰(zhàn)

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(shè)集成電路制造生產(chǎn)線所需的大額投入成為阻礙企業(yè)進行擴產(chǎn)的關(guān)鍵阻礙。現(xiàn)今，伴隨著國家成立科創(chuàng)板以及各地產(chǎn)業(yè)投資基金的廣泛設(shè)立，產(chǎn)業(yè)投資基金通過股權(quán)投資方式等，可很大程度緩解我國集成電路制造企業(yè)的融資問題，我國集成電路制造企業(yè)迎來難得的發(fā)展機遇。

2)制造代工模式發(fā)生轉(zhuǎn)變，為制造代工企業(yè)帶來更加廣闊市場

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

4.2 我國集成電路制造業(yè)發(fā)展挑戰(zhàn)

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

技術(shù)升級帶來的研發(fā)費用高漲已經(jīng)成為制造企業(yè)從事先進工藝研發(fā)的最主要障礙，2018年，臺聯(lián)電宣布放棄12 nm以下先進工藝研發(fā)，格羅方德宣布放棄7 nm工藝研發(fā)?，F(xiàn)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(guī)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)從事進一步研發(fā)的關(guān)鍵阻礙。

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

目前，臺積電等領(lǐng)先企業(yè)采用工程化方式開展先進工藝研發(fā)工作，即通過投入更大量人力、物力、財力換取研發(fā)速度的提升。以臺積電為例，研發(fā)線按照量產(chǎn)標準進行建設(shè)，制定產(chǎn)出目標，研發(fā)階段產(chǎn)出目標超過5 000片/月，已經(jīng)非常接近量產(chǎn)數(shù)據(jù)。由此帶來公司研發(fā)制造線可以直接通過完全復(fù)制的方式導入生產(chǎn)線，大幅提高研發(fā)效率。國內(nèi)企業(yè)由于自身營收規(guī)模有限，研發(fā)投入總額較小，研發(fā)制造線無法實現(xiàn)規(guī)?；?。在實際量產(chǎn)階段還要進行二次研發(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)。

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志202年8月期）