晶圓代工白熱化，中芯國際能否接棒臺積電？
2019-06-19 10:37:52 互聯(lián)網(wǎng)在三星宣布將于2021年推出一款突破性的3nm工藝制程產(chǎn)品后，臺積電(TSM.US)終于按捺不住，欲全力反擊。據(jù)智通財經(jīng)APP了解，近日，臺積電官宣正式啟動2nm制程研發(fā)，并預計研發(fā)工作將于2024年完成并投入生產(chǎn)。
臺積電的官宣再明了不過，矛頭直指三星，欲在先進制程上與三星拉開距離，火藥味十足，且臺積電全球總裁魏哲家6月18日表示，5nm產(chǎn)品將于明年量產(chǎn)，緊跟三星步伐。
隨著雙方的角逐，晶圓的制程工藝已逐漸向1nm靠攏，半導體的物理學極限也將受到挑戰(zhàn)，能否成功尚不可知，但三星與臺積電的宿敵之戰(zhàn)已在所難免。
落后玩家英特爾
時至今日，三星與臺積電成為了晶圓代工領(lǐng)域的資深玩家，其他企業(yè)已被遠遠甩開，而2018年8月便是個特殊的日子。
8月13日，臺灣第三大晶圓代工廠聯(lián)電做出了一個艱難的決定，即停止12nm以下先進工藝的研發(fā)，不再比拼技術(shù)，而重視投資回報率，把賺錢放在第一位。
8月28日，全球第二大晶圓代工廠格芯(Global Foundries)官宣：為支持公司戰(zhàn)略調(diào)整，將擱置7nm的FinFET項目，并在裁員的同時，把一部分頂尖技術(shù)人員部署到14/12nm FinFET衍生產(chǎn)品和其他差異化產(chǎn)品的工作中去。
至此，在追逐7nm以下的先進制程企業(yè)中，僅剩英特爾、三星、臺積電三位玩家。以每平方毫米數(shù)百個晶體管的指標來看，英特爾雖是10nm制程，但其晶體管數(shù)量更為密集，近似晶體管密度可達100.8MTr/mm。
而臺積電與三星雖是7nm制程，但在晶體管密集度的指標上，仍弱于英特爾(INTC.US)。臺積電7nm FF/FF+工藝下的近似晶體管密度為96.5 MTr/mm,三星7nm工藝下的近似晶體管密度則為95.3 MTr/mm。臺積電與三星的實力更為接近。
但值得注意的是，雖然英特爾10nm制程的晶體管密集度高于臺積電的7nm制程產(chǎn)品，但臺積電的邏輯單元密集程度卻優(yōu)于英特爾，可以說各有特色。不過，英特爾的10nm工藝卻一再延遲，不見進展。在5月8日舉行的英特爾投資者日上，公司管理層終于向市場吐露了“救心丸”。
英特爾表示，將在2019和2020年推出多款10nm產(chǎn)品，7nm產(chǎn)品將于2021年推出，是基于xe圖形架構(gòu)的GPGPU。
從制程上看，英特爾無疑是被三星和臺積電甩開了一段距離。因為至2021年時，三星推出的便是基于GAA工藝的3nm制程，可將芯片性能提高35%，并將功耗降低50%，芯片面積縮小45%。而臺積電在臺灣的第一家3nm制程工廠將于2021年投產(chǎn)，并計劃在2022實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
雖然臺積電與三星都是在2021年推出3nm制程產(chǎn)品，但三星在進度上則更快一些。國際商業(yè)戰(zhàn)略咨詢公司的CEO Handel Jones說道：三星在GAA方面領(lǐng)先對手臺積電約12個月，英特爾則可能已經(jīng)落后了兩至三年。
對于GAA技術(shù)取得的突破，三星代工業(yè)務(wù)營銷總裁Ryan Lee則表示，GAA技術(shù)讓2nm、1nm工藝成為了可能。事實上，自3nm之后，三星便放棄了FinFET工藝，而臺積電此次公布的2nm研發(fā)計劃中，并未公布相關(guān)材料和技術(shù)工藝。
第三次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移
在英特爾被甩開之后，晶圓代工巔峰之戰(zhàn)的參與者便只有三星和臺積電兩家。二者均是亞洲企業(yè)，并受益于第二次半導體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，從而發(fā)展為行業(yè)巨頭。
事實上，在半導體并不算長的發(fā)展歷史中，已出現(xiàn)兩次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，每一次的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移都對產(chǎn)業(yè)落地國的經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生巨大助力。第一次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移時，是從美國轉(zhuǎn)向日本。
二戰(zhàn)之后,日本開始實行產(chǎn)業(yè)標的政策，緊盯西方國家開始大量引入技術(shù)，以“引進-消化-改良”的方式迅速縮短與美國的距離。
發(fā)展具一定規(guī)模后，日本以物美價廉的方式切入DRAM儲存器市場并迅速做大，至1986年時，日本在全球DRAM市場的占有率高至80%，反超美國成為世界第一強國。但從90年代開始，由于經(jīng)濟發(fā)展停滯，日本半導體產(chǎn)業(yè)卻仍固守原有的分工方式，并未根據(jù)行業(yè)的發(fā)展主動調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，導致產(chǎn)業(yè)開始走向沒落。
第二次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移則是關(guān)顧了韓國和臺灣，二者在80年代正式開啟了半導體產(chǎn)業(yè)建設(shè)。韓國在財閥的帶來下，抓住了大型機到消費電子轉(zhuǎn)變期對新型存儲器的需求，撕開了半導體產(chǎn)業(yè)的缺口。發(fā)展至今，韓國以22%的市場份額成為僅此于美國的半導體產(chǎn)業(yè)大國，三星則成為了全球第一大半導體企業(yè)。
臺灣則在張忠謀的帶領(lǐng)下，看到了半導體設(shè)計與制造一分二的創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)模式，并以晶圓代工為主，逐漸完善上中下游產(chǎn)業(yè)鏈布局，臺積電則成為了全球半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大變數(shù)。2017年時，臺灣半導體代工的市場份額占全球代工市場的76%。
而第三次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，則有望發(fā)生在中國內(nèi)地。2017年時，我國的半導體需求為1892億美元，占全球市場的比例高至44.1%。中國是全球最大的消費市場，近年來的半導體市場一直在快速增長，更為重要的是，在5G的推進過程中，自動駕駛、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新興行業(yè)將帶來新的需求增量。
圖：來源于西南證券
在市場需求，政策鼓勵，國產(chǎn)化替代以及相對廉價勞動力的支撐下，半導體產(chǎn)業(yè)正向內(nèi)地轉(zhuǎn)移。據(jù)恒大研究院數(shù)據(jù)顯示，至2020年時，將有約30座晶圓廠在內(nèi)地落地，主要集中于上海、江蘇和安徽一帶。
中芯國際奮起直追
但我國目前的半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍不協(xié)調(diào)。從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上看，我國的半導體產(chǎn)業(yè)雖由“大封裝-中制造-小設(shè)計”向“大設(shè)計-中制造-中封裝”轉(zhuǎn)型，但需求供給不平衡的矛盾較為明顯。
尤其以晶圓代工更為突出。據(jù)西南證券數(shù)據(jù)顯示，2017年時，中國晶圓產(chǎn)值需求約671億，但內(nèi)地的晶圓代工廠僅提供了28.3%的產(chǎn)值，該比例較2013年下降了19.8%，存在缺口481億元，較2013年增加了130%。
這也表明了中國內(nèi)地晶圓代工廠制程工藝水平與全球領(lǐng)先水平仍有一定差距，而中國內(nèi)地晶圓代工廠的典型代表為中芯國際(00981)、華虹半導體(01347)。
中芯國際與華虹半導體的區(qū)別在于，中芯國際更專注于先進制程，而華虹半導體則深耕成熟制程。2018年時，中芯國際在90nm以下制程的營收占比為49.9%，而同期華虹半導體的一半收入則來自于0.35um以上制程的產(chǎn)品。
從產(chǎn)品分布來看，中芯國際在計算機及通訊領(lǐng)域的收入占比高達50%，而華虹半導體則面向消費類、汽車/工業(yè)等相對低端領(lǐng)域，且需求集中，2017年時，來自該兩領(lǐng)域的收入占比高達84%。
因此，我國內(nèi)地目前在先進制程上的主要代表便是中芯國際。2018年時，中芯國際就基帶及射頻應(yīng)用推出第二代28HKMG平臺28HKC+，相比第一代28HKMG技術(shù)28HKC，產(chǎn)品功能改善15%，節(jié)能25%，28HKC+將于2019年生產(chǎn)。
2018年時，雖然中芯國際來自28nm制程的收入僅有6%，但由于28nm具長制程特性,且在公司推出第二代平臺后，有望提升在28nm上的收入水平。
與此同時，中芯國際成功建立了14nm技術(shù)平臺，第一代14nm FinFET工藝已獲得客戶認同并進入客戶導入及開發(fā)驗證階段，預計今年便可進行生產(chǎn)。此外，12nm技術(shù)亦取得相應(yīng)突破。
與三星、臺積電相比，中芯國際作為后來者確實在制程上相對落后，但其研發(fā)支出并不含糊，自2013年觸底反彈后，研發(fā)占收入的比例持續(xù)提升，2018年時，該比例為16.52%，是臺積電的一倍。
圖：來源于西南證券
值得注意的是，中芯國際與臺積電在28nm技術(shù)節(jié)點上的時間差最大，長達5年之久，但隨著臺積電制程的不斷壓縮，摩爾定律放緩，即在越接近1nm的制程上，花費的時間或越多，這在一定程度上縮減了中芯國際追趕臺積電和三星的時間成本，而在14nm的技術(shù)節(jié)點上，中芯國際與臺積電的差距已縮短至3.5年。
可以預見，在第三次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，政策支持，以及物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、自動駕駛等新型行業(yè)對半導體需求拉動的大背景下，中芯國際在先進制程中將奮起直追。
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