01奋起直追的后来者

中国作为芯片行业的后来者,一直在努力追赶行业最先进的制程工艺。 

2000年4月,张汝京带领数百名半导体工程师筚路蓝缕,在中国大陆创立中芯国际。经过20年努力,将晶圆制程从250nm提升到14nm,大幅缩小与全球顶尖晶圆代工厂的差距,成为中国大陆技术最先进、规模最大的晶圆代工企业。 

很多人可能不明白这是一个怎样的成就,脑中或多或少有些疑问:晶圆代工企业不就是代工厂吗?技术含量比芯片设计要低多了,应该是芯片中最低端的吧? 

这是一个常见误区,晶圆代工厂不像传统组装代工厂一样技术含量低。高通、苹果和华为等参与的芯片研发相当于是画好了一张精美的大饼图,而晶圆代工厂则要想办法把这张大饼端上桌。在芯片产业中,晶圆制造其实是高端技术,是我国半导体产业发展的一道大门槛。

今年年初,在不计成本地投入了上百亿美元后,中芯国际终于实现了14nm制程工艺晶圆的量产。目前国际上能制造出14nm晶圆的仅有5家(台积电、三星、格罗方德、联华电子和中芯国际)。

自此,中芯国际成功跻身晶圆制造第二梯队,但是,和目前业界已经技术成熟并实现量产的7nm工艺相比,仍然有两代(2~3年)左右差距。 

在长跑中,要追上一个比你先出发的人,无外乎两点:速度比他快,足够的时间。 

速度上,中芯国际已占优势。在新技术领域,追赶往往比开拓要简单。只要抡起三板斧,“砸钱、挖人、搞装备”。 

中芯国际这三板斧都耍得还不错,因此我们可以看到其14nm工艺量产的速度,已经比预设的进度提前了至少半年。跟行业老大台积电相比,差距正在逐步缩小。

速度跟上了,时间竟也等人。中芯国际努力追赶时,别人家的孩子正面临着学习的瓶颈。 

随着晶圆代工巨头不断向更高制程冲击,我们看到,新制程的迭代速度正明显放缓。 

而且,晶圆制程或将接近物理极限,除非在量子力学等物理理论上有突破,否则巨头们的研制将达到瓶颈。这为中芯国际的追赶提供宝贵的时间,未来很可能消除与巨头之间的世代差距。 

接下来,中芯国际可能跳过10nm工艺(或者作为短暂的过渡),直接发力7nm制程工艺。

02全村的希望

中芯这么急切的追赶,除了因为国际竞争对手的压力,另一方面便是国内巨大需求给予的动力。 

我们先来看看中芯国际的市场份额。TrendForce最新统计数据显示,在2020年二季度的全球晶圆代工市场,台积电份额仍稳居全球第一,高达51.5%;中芯国际份额仅占4.8%。

 2020年2季度全球10大代工厂收入排名(单位:百万美元)

看起来中芯国际14nm晶圆占的市场份额很小对不对?它的发展会受到市场的掣肘吗? 

其实,中芯国际从来不缺市场,恰恰相反,市场缺的是中芯国际。 

今年1月,华为在海外遭遇围追堵截,美国威胁台积电不再给华为提供芯片,中芯国际因此获得华为海思14nm工艺的订单,华为海思也成为中芯国际最大客户。7月16日,台积电宣布9月14日后将不再给华为供货晶圆。两天前的7月14日,英国宣布在5G建设中封杀华为,当天,特朗普在演讲中承认,自己曾以与美国的商业往来为借口,“亲口说服”很多国家禁用华为,他还点名了英国和意大利。 

华为受到的围追堵截,只是美国对中国技术压制的一个小缩影,未来中美的技术冲突可能会愈演愈烈。 

未来中国的芯片需求,将是海量的。随着5G的应用普及,人工智能、物联网、智能家居、大数据和云计算等都有海量芯片需求。如果海外芯片代工渠道被切断,国内的海量需求只能依靠自给自足。 

而中芯国际,是国内最能挑大梁的存在。目前,国内二哥华虹半导体研发的14nm晶圆良品率为25%,远低于中芯国际。华虹半导体想要赶超中芯国际,仍需努力一段时间。 

因此,中芯国际不缺市场,缺的反而是产能。 

中芯国际有3座8英寸晶圆厂和4座12英寸晶圆厂。其中,8英寸产能共计23.3万片/月,12英寸产能10.8万片/月,总产能47.6万片/月(折合8英寸)。公司计划进一步扩充8英寸产能及先进制程产能。 

相比之下,台积电的产能数倍于中芯国际。台积电拥有8英寸产能56.2万片/月,接近中芯国际的两倍半。12英寸产能74.5万片 /月,是中芯国际的7倍。 

而扩充产能需要大量的资本投入。光是建造晶圆加工厂便需要高昂的费用,每一座晶圆加工厂的建造费用都在百亿美元左右,如果加上新工艺开发的费用,成本更要成倍上涨。 

作为晶圆制造的主要半导体设备,业内普遍认为,光刻机将主导未来的晶圆制造。光刻机的短缺也成为未来中芯国际产能扩大的一大阻碍。首先是贵,荷兰光刻机巨头ASML 2019年营收118.2亿欧元,其中EUV光刻机营收占比31%,全年共出货26台,如此看来,一台光刻机售价达1.41亿欧元。 

ASML公司2018、2019年度销售明细

其次,有钱也买不到,整个EUV光刻机市场已经被ASML垄断。根据ASML财报,2019年总计出货了26台EUV光刻机,预计2020年交付35台EUV光刻机,2021年则会达到45台到50台的交付量。 

台积电拥有EUV设备最多约30台,中芯国际目前预定了1台,但尚未交货。

在国内“二哥”华虹半导体放弃了14nm以下制程时,只有中芯国际选择继续突破。全村的希望正在奋力狂奔。

03发展技术才是硬道理

作为高新技术,芯片的发展高度依赖“人才”。 

中芯国际的发展进程中有三个关键人物——张汝京、邱慈云与梁孟松,他们都来自中国台湾,也都与台积电密切相关。 

2017年,梁孟松加入中芯国际,自此,中芯国际的发展开始逐渐稳定,科研之路逐渐步入正轨。 

中芯国际拥有相当大的研发部门,近年来一直在加速扩大研发支出。2017-2019年,中芯国际的研发费用分别为35.76亿元、44.71亿元、47.44亿元,研发费用率分别为16.72%、19.42%、21.55%。近3年,中芯国际的研发费用率显著高于同行业可比上市公司。

N中芯利润表,单位:万元

为了赶超早成立13年的台积电,中芯国际尤为注重国内半导体工程师的培养,除了与内地大学签订了培养协议外,还从台湾和美国聘请了大量的专家。2001 – 2003年,中芯国际从海外引进了400名工程师,进而培训了800名本地工程师。当时,中芯国际有一句口号:一个旧的带来两个新的。 

这无疑帮助中芯国际在积累时期建立了较为强大的研发系统。但不利的一面是,如果国外的芯片企业想要到中国建厂,它们会倾向于从中芯挖人,这也就增加了人才和技术流出的风险。 

2010年至2011年,中芯国际已经拥有多个研发团队,并且会与来自不同机构的合作伙伴一起研究新的制造技术。多个研发团队能够降低人员流动的风险。因此,中芯国际最早宣布了基于多晶硅(PolySiON) 28nm技术。它也是第一家宣布为低成本应用提供7nm级节点的公司,这将与三星代工的8LPP工艺和Global Foundries的12LP+展开竞争。 

2002年,中芯与与国际研发和创新中心大学微电子中心(IMEC)开展合作。中芯国际参与IMEC大部分有关硅加工工艺技术的工业合作项目(IIAPs)。 

2016年,中芯国际与中国科学院微电子研究所签订MEMS研发代工平台合作协议,共同进行MEMS传感器标准工艺开发,合作打造完整的MEMS产业链。此外,中芯国际还与其自身的客户(包括华为和高通)以及合作伙伴(如Brite Semiconductor和CEVA)进行合作。 

在技术发展上,中芯不遗余力。

04资本市场并非坦途

芯片需要大量人才,它同时也是资本密集型行业,需要大量的投入。

2004年,对于中芯国际是特殊的一年。

这一年,它的12英寸集成电路景园代工厂业务成功落地;它头一次实现盈利;它也开始了在资本市场的征途。

2004年3月,中芯国际分别在纽交所和港交所上市。在美国,中芯国际开盘即跌破17.5美元的发行价,上市首日以15.5美元收盘。在港交所,同样开盘跌破招股价2.6港元,以2.475港元收盘。

继破发之后,中芯国际状态低迷,融资之路并不是坦途。

2019年5月,中芯国际宣布从纽交所退市,2020年7月16日在上交所科创板挂牌上市。

“回家”的中芯国际股价开盘后暴涨了246%。发行价为27.46人民币,开盘价为95元。中芯国际总市值超过5917亿人民币。中芯已通过IPO前售股筹资532亿元人民币,为10年来中国内地上市企业中筹资最多的一家。

上交所的某官员指出,政府计划利用国内资本市场筹集资金,以实现中国技术自给的目标。这位官员表示:“中芯国际正受益于美中紧张关系。”他补充称:“我们希望与纳斯达克争夺中国科技公司。”

中芯国际融资的途径除资本市场外,还有政府基金。 

5月15日,中芯国际发公告称,两大国家级投资基金——国家集成电路基金II及上海集成电路基金II分别向其注资15亿、7.5亿美元(按照当时汇率计算,折合约人民币106亿元、53亿元)。 

政府基金注资也可以减少中芯国际的资金负担。中芯国际表示,公司可以在政府产业基金的支持下,加快引进先进的制造工艺和产品,减轻公司因先进制程产能扩充而产生的巨额现金支出。 

除国家基金外,国外的机构也在为中芯打CALL。在支持首次公开募股的机构中,出现了新加坡的主权财富基金和阿布扎比投资局的身影。 

从资本市场和政府基金多种方式融资,给了中芯国际未来发展更多的底气。 

05结语 

芯片代工行业正在向大陆转移,国内芯片国产替代化的脚步正在加速。

中概股正陆续回归A股,资本市场也将对国内科技企业的发展提供支持。

中芯国际背后,站着的实际是坚定的国家战略的支持,是崛起的中国需求在支撑。


距离第一梯队,还有很长的路要走。


首秀之后,未来可期。

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