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芯片“战事”

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创头条 2021-06-22 16:35 3人在评论
黑夜无论怎样悠长,白昼总会到来。

作者 | 沉舟   李雪曼

搭载国产CPU芯片的神舟十二号飞船发射成功振奋了国产芯片界,6月17日当天,芯片概念股集体走强。

但这并未影响市场缺芯的整个基本面。

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从去年底到现在全球“芯荒”愈演愈烈。缺芯从汽车行业迅速蔓延至手机、PC、数据中心乃至所有电子制造业,产能不足也从晶圆制造开始传导至封测、设备,乃至原材料等整个产业链。高盛报告显示,全球有多达169个行业在一定程度上受到芯片短缺影响。

“芯片短缺原因如下:疫情、天灾加决策者因素。当然,中国是受害者。”财经人士周锡冰向创头条感慨。

中国是受害者,因为中国是芯片需求大国,却不是芯片制造大国;中国芯片消耗量占世界的1/3,80%的芯片却需要进口。据海关公开的进出口数据显示,2019年中国芯片进口额为3040亿美元,原油为1662亿美元,铁矿砂为929亿美元,粮食为425亿美元,也就是说芯片进口额是原油、铁矿砂、粮食的总和。

国际方面对中国持续实行芯片封锁。2018年4月,中兴通讯遭遇美国“禁售令”;2019年5月,美国商务部表示,把华为及70家关联企业列入“实体清单”;2020年10月,中芯国际称部分供应商受到美国出口管制规定的进一步限制。 

国内兴起芯片产业攻坚潮。国家层不断推进免税政策,调动半导体相关创新创业积极性。不过,过高的市场创业热情似乎催生了半导体市场的泡沫,这并不友好。

创头条发现,二级市场芯片概念股表现十分活跃。6月上旬,半导体概念股行业整体PE超80倍,高于上证指数近10倍数。

一级市场,芯片相关创业项目不断涌现,但很多停留在案头阶段。“芯片案子不少,想投也不是不可以,但是估值太高,不敢下手。再有,从目前投资接触的项目来看,很多产品都还没出来都叫很高的估值。可以说ppt项目要价几十亿的比比皆是。”一半导体赛道投资人向创头条表示。

“现在看的项目距心目中的优秀项目差距较大,比如现在好多车载芯片集中于娱乐系统,这种性质就偏‘软’。”

这是中国建国后高科技领域战役的又一次巨大攻坚时刻。

缺芯:近90%以上芯片概念股集中在低端产品和芯片设计上

市场都在讲缺芯,缺什么芯?

芯片及产业链复杂、细索且庞大。资料显示,“芯片”实际上为半导体元件产品(IC)的统称,在电子学中是一种将电路(主要包括半导体设备,也包括被动组件等)小型化的方式,并时常制造在半导体晶圆表面上。

在工艺流程中,芯片制作完整过程包括芯片设计、晶片制作、封装制作、测试等几个环节,其中晶片制作过程尤为复杂。

集成电路的晶片制造工艺分为“三大”+“四小”工艺。其中,三大包括光刻、刻蚀、沉积;四小包括清洗、氧化、检测、离子注入。

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“目前我们相关领域在设计方面是可以实现的,但是以制造为主的芯片下游是我国集成电路产业最薄弱的环节。由于工艺复杂,芯片制造涉及到从学界到产业界在材料、工程、物理、化学、光学等方面的长期积累,这些短板短期内难以补足。”业内人士告诉创头条。

创头条统计发现,据同花顺iFinD数据显示,A股芯片概念股中市值超千亿的企业除了中芯国际我国未有真正意义上高端芯片制造、晶圆体代工企业,274家概念股公司设计公司居多,产品90%分布在中低端领域和市场中,千亿市值企业中产品分布有电话、身份证、射频开关等领域中。

zm.png创头条制表,数据来源同花顺

IC领域十几年从业者、千芯科技副总裁尚会滨告诉创头条,“企业集中在设计端、中低端;没有高端和生产制作商,这是中国芯片现状。”

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有受访者告诉创头条表示,这与IC赛道的整体创业投资氛围也有很大关系。“IC赛道投资有这么一个变化——以2014年为分界线,2014年国家成立第一支国家集成电路产业投资基金,国家通过金融投资手段做为杠杆,让更多投资进入这个领域。”

其实,2014年前大多半导体企业都是自筹资金,投资方那个时候也多是把钱投到互联网等商业模式创新上,而半导体链路长,对资金和人才要求特别高,不是一个快速生钱的领域。其次,当时国内大多是从国外进口芯片,产值又少,天花板又低,所以芯片领域并不吸引投资方。因为资金有限,那个时候芯片也多是低端产品,高端烧钱太厉害。

目前,芯片行业的企业分为两种模式,分别是IDM模式和Fabless模式。

IDM模式,是芯片的设计、生产、封装和检测都是自己做。而Fabless模式,就是将工作进行分工。无晶圆厂的芯片设计企业,专注于芯片的设计研发和销售。而实物产品的晶圆制造、封装测试等环节,外包给代工厂(称为Foundry)完成。

资料显示,当前全球只有英特尔、三星、TI(德州仪器)等极少数几家企业能够独立完成芯片设计、制造和封测所有工序。

而大部分芯片企业,选择的是当一个Fabless,也就是专门从事芯片设计。例如华为、中兴、联发科、高通等,都是Fabless。而负责代工生产的Foundry,主要有台积电、格罗方德、联华电子、中芯国际等企业。

尚会滨解释,“我们在设计端已经有了很大的突破。中国在诸多芯片设计fabless领域已经全球领先。缺芯,缺的不是芯片设计,而是最为核心重要的芯片制造。以5G终端芯片来说,华为海思和紫光展锐能设计出全球最有能力的产品,可以比拟美国的高通和韩国的三星。但是在芯片制造领域,如果没有稳固的代工厂的支撑,芯片无从落地。”

以华为为例,华为是在设计端早早实现突围的企业。但是任正非早就表示:“华为很像一架被打得千疮百孔的飞机,正在加紧补洞,现在大多数洞已经补好,还有一些比较重要的洞,需要两三年才能完全克服。”

随着禁令愈加严苛,要补的洞越来越多,华为余承东承认,当初只做设计不做生产是个错误,除了补洞更要拓展新的领地。

艰难:生产和设备被国际近乎限制和垄断

“中国的芯片很难很难,而且话题没法展开,并非国家以前在几十年里都不重视这块,只是重视也没办法。”周锡冰表示。

原因无法展开的内核在于芯片没做起来,其主要原因是以美国为首的西方国家对中国高新技术的限制。

1990年后,中国对半导体产品的需求越来越大,中国每年都要花巨资进口半导体产品,于是国家想发展属于自己的半导体产业。但半导体是高科技产业,西方不希望中国掌握。

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1996年,以美国为首的33个国家,共同签署《瓦森纳协定》,这个协定全称叫做《关于常规武器与产品和技术出口控制的协定》。

简单讲就是,禁止向比如中国之类的国家出口军事装备,同时对高科技产品则进行严格的审批出口。

对中国出口的高新技术设备,都会以“N-2”的原则审批。

什么是“N-2”?在彼时的解释是——任何高新技术设备,中国都将比西方国家晚至少两代。

此外,创头条梳理发现,设计和制造芯片的设备大多也被国外垄断。

制约国产芯片发展的有三大因素,分别是材料、半导体设备、EDA软件。集成电路的制造工艺分为“三大”+“四小”工艺中,光刻机由欧洲ASML和日本尼康和佳能垄断。刻蚀、沉积、离子注入、清洗、氧化、检测设备,由美国和日本垄断。此外,检测设备由美系的KLA深度垄断。

目前,DUV光刻机(可以制备0.13um到7nm芯片)并不限制中国,还在正常供应,其供应商主要来自于欧洲荷兰的ASML以及日本尼康、佳能。而EUV极紫外线光刻机(适合7nm到3nm以下芯片)一直未买到手。

半导体产业调查公司VLSI Research对外发布 《前10大半导体设备厂商营收数据》显示,2020年半导体芯片设备市场规模大约有924亿美元(约6050亿元),同比增长了18%;而这十大芯片设备巨头美国企业独占四个席位,日本企业也独占四个地位,欧洲企业占两个席位。前十大半导体芯片设备巨头共拿下了全球近76.6%市场份额,且没有一家来自中国。

而我国内实力最强的半导体设备企业,是这一家来自于香港的企业,叫做ASM太平洋科技,全球排名第十四名,全球市场份额仅为1.1%。

而在生产方面,众所周知,晶圆体代工厂台积电占据世界霸主地位,其次为三星和格罗方德。而台积电的崛起为中国的生产创新提供一条思路,由此中芯国际诞生。

突围:中芯国际20年,终位全球三家7nm玩家之列

面对高端和生产制造方面缺失的紧张局势,国家实际一直在践行拯救路线。台积电的崛起为中国芯片制造提供一条出路。

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深圳一台湾技术经理人创业公司负责人告诉创头条,“台积电成立在1987年,能与巨头竞争在于把握了生产和制造,开辟新的代工商业模式。”

掌握了制作工艺,从去年中旬开始,台积电市值反超英特尔,成为晶圆体代工厂世界巨头。“作为目前最大的晶圆体代工厂,一旦台积电交付出现问题,全球面临无芯局面。”

台积电为什么如此重要?2021年4月,张忠谋在退休后难得的一次公开演讲上透露,他在筹备要创立台积电之初,曾经找上英特尔投资,但当时英特尔是个人电脑PC产业的霸主,正值“黄金时代”,对晶圆代工没兴趣也不看好,拒绝投资。

张忠谋表示,英特尔当时不可一世,可能有一点看不起晶圆代工,但没想到事隔30多年,晶圆代工模式会成为今日的主流,就连英特尔也宣布要做晶圆制造服务。

2021年,英特尔新任CEO盖尔辛格在接受媒体采访时表示,英特尔的确在近年来遭遇发展瓶颈,遇到了一个坑,但是英特尔未来也将努力重新站上领导地位。

能否在大陆复制一个代工厂的巨无霸?中芯国际来了。

今年是中芯成立第二十周年,中芯国际是国家一手扶持、带着台积电基因的大型晶圆体代工厂。最早的创始人张汝京曾在台积电效力,后来来到大陆。

资料显示,彼时,中芯国际成立,张汝京和原上海经委副主任江上舟是“老相识”,在得知张汝京要来大陆发展半导体,江上舟力邀其来上海落地半导体产业,同时张汝京在上海考察期间,当时上海市长、副市长全都在场,政府陪张汝京去张江选地,坊间传闻政府表示,“要哪块都可以,当场给定下来”。

20年,企业历经管理层和业务发展生死,随后不断入驻国投基金,最终中芯国际不负众望,在国内,目前中芯国际是唯一一家能拿得出手的半导体代工企业,中芯国际的14nm工艺芯片,供货华为。

而在更进一步的7nm领域(性能比14纳米提高20%,耗能降低50%),中芯仍然挑战重重,年底试产,但离量产还比较远。

但这已经非常不容易,因为世界上只剩三家7nm的玩家了,分别为台积电、三星和中芯。

在此领域,还有国产港股公司华虹半导体在坚守、抵抗,目前在全球晶圆体代工销售额的排名中,两者都位居第二梯队,但两者加起来的市占率不是很高,2019年仅接近7%。

zb.png图片来源:网络

翻盘:国产替代难以延续,“后摩尔时代”可寻求设计“构架”创新

创头条通过多方采访渠道获悉,我国芯片发展或将在10-15年以内实现实质性飞越。

如何实现?业内人士表示,“目前有两个途径在寻求突破。一个是传统的国产替代换,还有一个新的是可以尝试芯片构架上的创新。”

“以前我们一直在国产替代的路子上打转,但后来发现替代的不会是先进的技术。我们需要的是创新,芯片设计的理论支撑是芯片构架的创新,个人认为在这块我们可以实现创新和突破,这基于芯片底层逻辑的发展业态上。”尚会滨告诉创头条。

众所周知,芯片爆发式发展基于摩尔定律——当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件数目,每隔18-24个月就会增加一倍,性能也将随之提升一倍。

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换言之,根据摩尔定律,同样价格的电子产品性能,会在18-24个月翻一倍。

遵从摩尔定律,芯片先进工艺在演进发展的过程中变得很快。但是在2017年之后,摩尔定律减缓,世界进入“后摩尔时代”。

什么是后摩尔时代?就是以前的芯片工艺是严格遵守摩尔定律的时间段,但是现在有所改变了。摩尔定律带来的影响在减缓。IC从业者告诉创头条,“芯片生产制造是要靠光刻的,就是靠光的波长去刻出各种波形,现在发展到5nm,其实在10nm的时候,已经遇到瓶颈。因为光的波长和图形差不多大了,刻不出图形来了,这是最大的一个瓶颈,所以演进开始变慢。”

“以前从40nm到32nm、28nm、14nm,更新和演进很快的。但是现在演进很慢了,其中7nm是一节点。即使将来能演进到3nm、2nm,性能上也不会有一个太大的提升了。因为以前都是18个月晶体管数量翻一番,性能增加一倍,现在增加不动了。而且同时伴随着更大功耗的增加,已经不划算了。所以即使再走下去,企业也不会选择,因为功耗加大,成本增加。这就是后摩尔时代。”

后摩尔时代给芯片事业提供一条思路。“我们发现,芯片除了制造、设计,还有上游,这就是‘架构’。构架是一种新的芯片组织形式。国产替代我们走了那么多年,实现不了什么先进技术的突破。后摩尔时代,性能的提升我们可以靠架构来创新,来引领全球。”尚会滨解释。

创头条了解到,架构创新解决了两个问题,一个是存储墙,另一个是功耗墙,这两者解决了芯片耗能问题。“架构创新尤其适用在AI时代。因为这个时代数据海量集中,耗能是个巨大的问题。比如,我们可能不了解的是,英伟达最贵的不单是采购的成本问题,还有一个是产品采购回来的电费消耗。”

此外,AI在国际上都是一个新生的技术,“现在我们去做,不晚。”

不过,有受访者告诉创头条,国家、资本都在扶持IC产业,但是现在行业最难的还是“人才问题”。人才的问题,一是成本高,另一个人才数量有限,国内人才的成长跟不上国内半导体发展的需求。

市场对芯片事业的发展信心不低。但也有芯片创业企业向创头条表达了焦虑,“如果说行业在慢慢变好,经历时间的积累可以实现突破,但是要用至少10年的时间才能实现质的飞跃,这个周期可能太长了,企业也有点等不起。”


本文作者:沉舟   李雪曼,邮箱:chenzhuo@ctoutiao.com,关注吃穿行~

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晨晨
晨晨说:
ppt项目要加几十亿。。。。过高的市场创业热情似乎催生了半导体市场的泡沫
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创头条达叔
创头条达叔说:
中国芯片加油
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