中國(guó)IC產(chǎn)業(yè)：硅代工的發(fā)展之路

【導(dǎo)讀】自2000年中芯國(guó)際集成電路制造有限公司(中芯國(guó)際)成立開(kāi)始，硅代工便立即成了大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主力。通過(guò)學(xué)習(xí)象征著臺(tái)灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的臺(tái)灣積體電路制造有限公司(TSMC)的硅代工業(yè)務(wù)模式，大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)筑以及上下游產(chǎn)業(yè)集群效果的提升備受期待。

摘要：  自2000年中芯國(guó)際集成電路制造有限公司(中芯國(guó)際)成立開(kāi)始，硅代工便立即成了大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主力。通過(guò)學(xué)習(xí)象征著臺(tái)灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的臺(tái)灣積體電路制造有限公司(TSMC)的硅代工業(yè)務(wù)模式，大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)筑以及上下游產(chǎn)業(yè)集群效果的提升備受期待。

關(guān)鍵字：  硅代工，  中芯國(guó)際，  DRAM

導(dǎo)讀: 自2000年中芯國(guó)際集成電路制造有限公司(中芯國(guó)際)成立開(kāi)始，硅代工便立即成了大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主力。通過(guò)學(xué)習(xí)象征著臺(tái)灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的臺(tái)灣積體電路制造有限公司(TSMC)的硅代工業(yè)務(wù)模式，大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)筑以及上下游產(chǎn)業(yè)集群效果的提升備受期待。

自2000年中芯國(guó)際集成電路制造有限公司(Semiconductor Manufacturing International Corp，中芯國(guó)際)成立開(kāi)始，硅代工便立即成了大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主力。通過(guò)學(xué)習(xí)象征著臺(tái)灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的臺(tái)灣積體電路制造有限公司(Taiwan Semiconductor Manufacturing，TSMC)的硅代工業(yè)務(wù)模式，大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)筑以及上下游產(chǎn)業(yè)集群效果的提升備受期待。

大陸的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)隨著國(guó)內(nèi)最大型硅代工企業(yè)中芯國(guó)際等半導(dǎo)體廠商的積極投資，一躍成為僅次于臺(tái)灣的全球第二大硅代工生產(chǎn)基地。大陸硅代工產(chǎn)業(yè)的全球市場(chǎng)份額2006年達(dá)到了13.3%。但之后逐年衰退，到2010年，全球市場(chǎng)份額降到了10%。IEK預(yù)測(cè)，2011年將降至9%以下。而臺(tái)灣的硅代工產(chǎn)業(yè)方面，2010年TSMC的全球市場(chǎng)份額超過(guò)50%達(dá)到了50.3%。臺(tái)灣整體的硅代工產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)份額高達(dá)68%。IEK預(yù)測(cè)，在絕對(duì)的的競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)勢(shì)下，2011年TSMC的市場(chǎng)份額將進(jìn)一步提高到50.8%。

2011年，中芯國(guó)際出現(xiàn)了給公司運(yùn)營(yíng)造成巨大影響的經(jīng)營(yíng)權(quán)之爭(zhēng)，導(dǎo)致公司整體陷入不穩(wěn)定局面。在此之前，中芯國(guó)際的發(fā)展可以說(shuō)是大陸硅代工產(chǎn)業(yè)的榜樣。中芯國(guó)際現(xiàn)在遭遇的難題也可以說(shuō)是很多其他大陸硅代工企業(yè)今后會(huì)面臨的課題。大陸硅代工無(wú)法取得成功的原因在哪來(lái)?競(jìng)爭(zhēng)力低下的原因又在哪里?更重要的是，大陸的硅代工企業(yè)今后是否能抓住東山再起的機(jī)會(huì)。本文將對(duì)大陸硅代工產(chǎn)業(yè)過(guò)去10年間的興衰進(jìn)行分析，并展望未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

大陸硅代工產(chǎn)業(yè)的全球市場(chǎng)份額持續(xù)低迷

在2004～2010年的大陸硅代工產(chǎn)業(yè)中，中芯國(guó)際的市場(chǎng)份額超過(guò)了5成(圖1)。因此，中芯國(guó)際的業(yè)績(jī)變動(dòng)給大陸硅代工產(chǎn)業(yè)整體帶來(lái)了巨大影響。2004年對(duì)大陸硅代工產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的分水嶺。從2004年起，大陸硅代工產(chǎn)業(yè)在全球市場(chǎng)上的份額上升速度開(kāi)始減緩。而到了2008年以后，競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)份額開(kāi)始下降。

圖1：2004～2010年大陸廠商在全球硅代工市場(chǎng)上的份額

出處：工研院IEK(2011年11月)

大陸主要硅代工企業(yè)的銷售額增長(zhǎng)率如表1所示。表1列出了大陸硅代工產(chǎn)業(yè)全球市場(chǎng)份額迎來(lái)峰值的2006年至2010年間的銷售額年均增長(zhǎng)率(CAGR)。除了在大陸硅代工企業(yè)中排名第五的中國(guó)上華半導(dǎo)體(Central Semiconductor Manufacturing Corp，CSMC)實(shí)現(xiàn)了18.5%的高增長(zhǎng)外，其他企業(yè)的增長(zhǎng)率均低于全球硅代工企業(yè)的年均增長(zhǎng)率6.7%。最大型的中芯國(guó)際的增長(zhǎng)率只有1.5%。大陸硅代工產(chǎn)業(yè)在過(guò)去10年里發(fā)生了巨大變化，追根溯源分析原因至關(guān)重要。

表1：大陸硅代工廠商的銷售額

出處：工研院IEK(2011年11月)(點(diǎn)擊放大)

硅代工產(chǎn)業(yè)成功的關(guān)鍵——產(chǎn)能、技術(shù)、資金

對(duì)硅代工而言，銷售額增長(zhǎng)和產(chǎn)能擴(kuò)大之間有直接相關(guān)性。因此，增加資本支出意味著將來(lái)會(huì)擴(kuò)大產(chǎn)能，從而關(guān)系到潛在的銷售額增長(zhǎng)。2004～2010年間，臺(tái)灣TSMC和UMC(United Microelectronics Corp.：聯(lián)華電子有限公司)以及大陸中芯國(guó)際三家硅代工企業(yè)的產(chǎn)能走勢(shì)如圖2所示。

2004年以后，全球硅代工市場(chǎng)上300mm晶圓工廠的產(chǎn)能需求大幅增加。因此，在制造技術(shù)及300mm工廠硅代工產(chǎn)能方面領(lǐng)先的公司得以較其他競(jìng)爭(zhēng)公司實(shí)現(xiàn)了大幅增長(zhǎng)。2010年底TSMC的產(chǎn)能比2004年擴(kuò)大127%。UMC擴(kuò)大34%。但中芯國(guó)際的產(chǎn)能自2007年迎來(lái)峰值以后便開(kāi)始縮小。

主要原因是，中芯國(guó)際的300mm工廠當(dāng)初因重視營(yíng)業(yè)收入，推進(jìn)了DRAM量產(chǎn)。而將硅代工生產(chǎn)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到了200mm工廠中。雖然DRAM的總銷售額比例一舉達(dá)到了中芯國(guó)際整體銷售額的3成以上，但DRAM的產(chǎn)能與全球其他主要競(jìng)爭(zhēng)公司相比很小，未能發(fā)揮“規(guī)模經(jīng)濟(jì)”的效應(yīng)。

因此，中芯國(guó)際為擴(kuò)大DRAM產(chǎn)能絞盡了腦汁。但就中芯國(guó)際當(dāng)時(shí)的資金和財(cái)務(wù)狀況而言，難以負(fù)擔(dān)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)變動(dòng)給DRAM業(yè)務(wù)造成的潛在風(fēng)險(xiǎn)。2007年以后DRAM市況急轉(zhuǎn)直下，局面對(duì)中芯國(guó)際十分不利。最終，中芯國(guó)際退出了DRAM業(yè)務(wù)，開(kāi)始調(diào)整300mm工廠用來(lái)承接邏輯IC的代工業(yè)務(wù)。

現(xiàn)在來(lái)看，當(dāng)時(shí)中芯國(guó)際退出DRAM市場(chǎng)并非上策。經(jīng)過(guò)這么一折騰，300mm工廠的硅代工產(chǎn)能出現(xiàn)空白，影響了公司的營(yíng)業(yè)利潤(rùn)。中芯國(guó)際在這種“東奔西跑”的過(guò)程中，延誤了發(fā)展。

圖2：2004～2010年三大硅代工企業(yè)(TSMC/UMC/中芯國(guó)際)的產(chǎn)能

出處：工研院IEK(2011年11月)

接下來(lái)從技術(shù)方面進(jìn)行分析。2010年全球硅代工專業(yè)公司的65nm～40nm產(chǎn)品銷售額如圖3所示。在需要高水平制造技術(shù)的65nm～40nm產(chǎn)品市場(chǎng)上，臺(tái)灣TSMC占有最高份額，達(dá)到了63.5%。其次是美國(guó)GLOBALFOUNDRIES。GLOBALFOUNDRIES是從美國(guó)知名CPU企業(yè)AMD公司分離出來(lái)的硅代工企業(yè)。從事AMD擁有的尖端制造工藝所需的CPU受托生產(chǎn)業(yè)務(wù)，作為擁有較高專業(yè)性制造技術(shù)的硅代工企業(yè)取得了成功。[!--empirenews.page--]

而中芯國(guó)際在65nm～40nm產(chǎn)品的營(yíng)業(yè)收入方面，與全球硅代工企業(yè)前三強(qiáng)之間相差甚遠(yuǎn)。2010年65nm～40nm產(chǎn)品的供貨金額只占全球整體的1%。雖然為應(yīng)對(duì)無(wú)廠IC設(shè)計(jì)公司的訂單，在閑置的300mm工廠導(dǎo)入了尖端制造工藝，但生產(chǎn)線開(kāi)工率并不高。因此，非但未能通過(guò)尖端制造工藝訂單獲得高利潤(rùn)，反而在高端產(chǎn)品以外引發(fā)了訂單價(jià)格戰(zhàn)。

這種制造技術(shù)的落后及間接接單能力不足導(dǎo)致了銷售額和利潤(rùn)降低。一旦出現(xiàn)赤字，對(duì)以后的制造技術(shù)和旨在擴(kuò)大產(chǎn)能的資本支出能力也將產(chǎn)生影響。這就是中芯國(guó)際現(xiàn)在正經(jīng)歷的惡性循環(huán)經(jīng)營(yíng)環(huán)境。在硅代工行業(yè)，產(chǎn)能、技術(shù)和資金的三位一體是取得成功的條件，三者缺一不可。

 

圖3：65nm～45nm產(chǎn)品銷售額中硅代工專業(yè)公司的全球份額比較(2010年)

出處：工研院IEK(2011年11月)

另外，從表2可以明確看出，硅代工制造工藝技術(shù)及產(chǎn)能的組合會(huì)影響訂單和營(yíng)業(yè)收入。客戶對(duì)硅代工業(yè)者整體服務(wù)的信賴度直接影響訂單，關(guān)系著業(yè)務(wù)能否順利進(jìn)展。

中芯國(guó)際因2011年發(fā)生的新舊股東之間的經(jīng)營(yíng)權(quán)之爭(zhēng)，導(dǎo)致交貨時(shí)間及產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性降低，信賴度受到了客戶質(zhì)疑。另外，雖然中芯國(guó)際最近三年調(diào)整了產(chǎn)品線和產(chǎn)品技術(shù)，使精細(xì)度高于65nm的產(chǎn)能占到整體的約2成，但由于生產(chǎn)線開(kāi)工率較低，銷售額并沒(méi)有增長(zhǎng)，未能達(dá)到預(yù)期效果。其中，大客戶美國(guó)德州儀器(TI)及美國(guó)博通的訂單被臺(tái)灣硅代工企業(yè)搶走，結(jié)果，中芯國(guó)際的300mm工廠的硅代工產(chǎn)能降到了4成以下。

此外，300mm工廠的設(shè)備折舊及貸款利息也對(duì)中芯國(guó)際公司2011年的現(xiàn)金流量造成了巨大負(fù)擔(dān)。另外還嚴(yán)重影響了2012年的資本支出能力。從表2來(lái)看，TSMC和GLOBALFOUNDRIES成功維系了與大客戶之間的長(zhǎng)期合作關(guān)系，在65nm以下尖端制造工藝方面獲得了巨大的超額利潤(rùn)。而且，針對(duì)將來(lái)的資本投入也保持了一定程度的水準(zhǔn)。TSMC、UMC和GLOBALFOUNDRIES三大巨頭與中芯國(guó)際之間的距離進(jìn)一步擴(kuò)大。

表2：TSMC、GLOBALFOUNDRIES和中芯國(guó)際的制造技術(shù)及產(chǎn)能對(duì)銷售額造成的影響

出處：工研院IEK(2011年11月)(點(diǎn)擊放大)

中芯國(guó)際今后需要發(fā)起新的挑戰(zhàn)。即45nm以后的蝕刻制造工藝競(jìng)爭(zhēng)。中芯國(guó)際擁有40nm以后的32nm、28nm以及22nm技術(shù)開(kāi)發(fā)能力以及具有競(jìng)爭(zhēng)力的合理的、低成本制造工藝，存在的課題是如何向客戶提供性能高、功耗低的產(chǎn)品。

中芯國(guó)際的45nm制造技術(shù)是從美國(guó)IBM公司的通用平臺(tái)(Common Platform)導(dǎo)入的。另外，目前正通過(guò)持續(xù)進(jìn)行的研究開(kāi)發(fā)，向客戶提供40nm制造工藝服務(wù)。但中芯國(guó)際之前一直依靠IBM的技術(shù)轉(zhuǎn)讓，而且在TSMC提起的專利權(quán)侵害訴訟中敗訴，這對(duì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)以及人才和資金的獲得非常不利。

與大陸其他硅代工企業(yè)一樣，中芯國(guó)際對(duì)EUV(超紫外光)制造工藝投入力不足，這意味著中芯國(guó)際將來(lái)只能向市場(chǎng)提供非主流的多供應(yīng)商設(shè)計(jì)服務(wù)(second-source service)。

三維LSI帶來(lái)服務(wù)整合價(jià)值變革

包括中芯國(guó)際在內(nèi)，大陸的硅代工企業(yè)依然在沿襲SoC(System on a Chip)專業(yè)代工服務(wù)模式。

而臺(tái)灣的兩大硅代工企業(yè)TSMC和UMC將企業(yè)的運(yùn)營(yíng)模式轉(zhuǎn)換成了垂直整合型部件制造服務(wù)供給公司(Integrated Device Manufacturing & Service Provider)的業(yè)務(wù)模式。目前正積極致力于向IP提供商、設(shè)計(jì)工具及供應(yīng)商、設(shè)計(jì)服務(wù)公司(ASIC service provider)供貨。另外，加大三維SiP (System in Package)的研發(fā)力度更加重要。其中，三維LSI及TSV (硅通孔)是重中之重。三維LSI的發(fā)展將促使臺(tái)灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上下游專業(yè)構(gòu)造進(jìn)行重新構(gòu)筑，將影響目前的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的價(jià)值。

電子產(chǎn)品的功能和規(guī)格呈多樣化發(fā)展，變得越來(lái)越復(fù)雜。同時(shí)，必須要考慮商品形態(tài)和能源消費(fèi)等要素。在今后的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中，為實(shí)現(xiàn)軟硬件間的最佳組合，能否優(yōu)化組合重要的半導(dǎo)體部件?另外，在電子系統(tǒng)整體的功能及能源消費(fèi)方面，如何才能維持最高水平至關(guān)重要。在LSI產(chǎn)品中，采用尖端制造工藝的高速運(yùn)算處理器、媒體處理器以及存儲(chǔ)器的功能和耗電量比較重要。

在不久的將來(lái)，電子產(chǎn)品將繼續(xù)提高功能，運(yùn)算速度會(huì)進(jìn)一步加快，信息傳達(dá)量將進(jìn)一步增加。其中，必須將系統(tǒng)整體的能源消耗控制在一定范圍內(nèi)。而三維LSI技術(shù)就是強(qiáng)有力的解決對(duì)策。例如，在存儲(chǔ)器方面，三維LSI是實(shí)現(xiàn)高速帶寬和低耗電量的關(guān)鍵。

今后，下游電子產(chǎn)品廠商需要的，是擁有三維LSI技術(shù)，能夠提供定制和綜合服務(wù)的半導(dǎo)體廠商。臺(tái)灣兩大代工企業(yè)TSMC和UMC與電子產(chǎn)品廠商合作的機(jī)會(huì)今后會(huì)陸續(xù)增加。這將為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造價(jià)值。在由SoC廠商、存儲(chǔ)器廠商以及封裝和測(cè)試后工序企業(yè)構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)中，兩公司將利用三維LSI，提供系統(tǒng)級(jí)的綜合服務(wù)。TSMC和UMC將大量投放三維LSI，這與電子產(chǎn)品廠商的期待完全一致。

IEK預(yù)測(cè)，2013年采用三維LSI和TSV的存儲(chǔ)LSI和邏輯LSI的應(yīng)用及量產(chǎn)將大幅擴(kuò)大。高性能云計(jì)算服務(wù)將得到積極采用，高端智能手機(jī)會(huì)逐漸普及。這種趨勢(shì)將改變TSMC和UMC的業(yè)務(wù)模式。

包括硅代工企業(yè)在內(nèi)，目前大陸的半導(dǎo)體制造業(yè)界基本還未涉足三維LSI業(yè)務(wù)。現(xiàn)階段只是在追隨臺(tái)灣此前構(gòu)筑的SoC代工業(yè)務(wù)模式。隨著三維LSI的發(fā)展，大陸半導(dǎo)體制造業(yè)界與引領(lǐng)全球的的硅代工企業(yè)之間的距離將進(jìn)一步擴(kuò)大。(特約撰稿人：楊 瑞臨，工研院IEK系統(tǒng)IC與制程研究部經(jīng)理)