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中国先进芯片生产的唯一希望,是如何逆袭的?
2020-06-02 11:42

中国先进芯片生产的唯一希望,是如何逆袭的?

文章所属专栏 前沿技术情报所

虎嗅Pro注:7月16日上午,中芯国际正式登陆A股科创板,开盘价95元/股,较发行价上涨246%。随后,中芯国际股价出现过山车式起伏。在市场给出最终定价之前,我们有必要再来复盘一下,这家承担着国内冲击半导体高端的制造梦的企业,它的成长路径与市场坐标。


先前虎嗅提到,中国发展芯片产业并不容易,需要大量的人才、资本,并且要冒上巨大的风险,才能走上这种自研之路。虽然如此,近年中美贸易纠纷进入白热化阶段,美国更把部份中国公司,列入实体清单。


但美国著名分析构波士顿谘询集团 (BCG) 反而认为,韩国可能会在几年内超过美国成为世界半导体领导者。中国可以长期获得领先力,原因何在?


我们以中国著名晶圆厂中芯国际为例子,分析目前中国芯片业发展危机背后的各种机遇。


中芯国际与先进制程


在认识中芯国际这家公司之前,我们先来重温一下晶圆厂几个主要的种类:一般晶圆厂业务也会分为“成熟制程”和“先进制程”两大类别业务。


芯的生产制程愈小,芯片性能愈佳、功耗和散热也愈低。所以不少高端设备,也愿意付上更高的价钱,找晶圆厂生产制程工艺更优良的芯片。因此,专门生产逻辑芯片的代工厂,为了争加竞争力而不断研发更先进的制程,虽然利润更高,但开发成本极高、但产能却因为技术不够成熟而变得更低。


但是科技发展日新月异,再先进的制程,也有落后的一天。但这些旧制程技术日趋成熟、带来更好的良率,产能渐渐稳定旧制程,也比较容易带来现金流;更重要的是开发成本较低,对于资金相对不充裕的晶圆厂来说,运营压力更少。因此,所以这些晶圆厂也会保留已经落后,为客户生产一些价钱略低的中低端的芯片,这被称为“成熟制程”业务。但成熟制程产能更好、成本更低,但定价也一样较低,所以利润也不太高。


图片来源:国泰君安证券


部份晶圆厂在追逐先进制程时,由于研发过程艰巨、成本巨大,往往花了不少资源和心血,但仍然远落后于竞争对手,结果选择放弃。


先前,我们就提到 2019 年中国台湾的联华电子,在 2018 年就是因为研发芯片之路不好走,只能放弃追赶高毛利的先进制程路线,改为专注低毛利、但风险较低的成熟制程。当时他们的总经理王石就说


目前联电的客户群以来变得越来越小,但先进制程的每个世代,所需要投入的成本都是越来越高。而在这十几年来,台积电是越来也大,联电越来越小,每次更新换代时,联电都想着与台积电做同样的事情,而每次又没有追赶上。导致目前的差距越来越大。


近年来,越来越多的晶圆厂像像联华电子一样放弃先进制程,目前先进制程赛道里剩下的就只有领导群雄的台积电、韩国半导体巨头三星、以及美国传统芯片业巨人英特尔三家,形成严重的马太效应


但是,目前中芯国际将会是第四家争夺先进制程芯片生产业务的重要企业,打破原来的产业格局。为什么中芯国际能顶住巨大的压力和风险,某程度上也就是各种机遇所致。


国家扶持究竟有多重要?


2000 年《国务院关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》以来,中国开始在政策上推动芯片业发展,并开始积累了一定规模的芯片产业。


后来在 2014 年 9 月,中国出现了一个很多人知道、但没太多人知道详情的巨额神秘基金:国家集成电路产业投资基金(俗称国家大基金)。虎嗅先前曾报道,中央财政部出资 225 亿人民币(占了基金的 11%),另外也在实力企业的联合推动下,最终募集资金规模高达 1387 亿人民币。而中芯国际的发展,就获得了这个国家大基金的不少助力。


大基金在 2015 开始入股后,中芯国际的研发费用快速攀升。图片来源:国泰君安证券研究


根据财通基金的说法,中芯国际在 2014 年底获得基金投资后,2015-2017 年 3 年内资本支出总额,约为前 10 年 (2005-2014年) 的总和。此外,中芯南方更进一步获得大基金二期投资 200 亿人民币(上图),目的是让让其最先进的 14nm 制程上,产能由每月 6000 片增至 35,000 片。我们可以想像到国家大基金如何成为了中芯国际的巨大后盾。


但是,大基金总裁丁文武曾透露,2017 年大基金在中芯国际的总投资额才 160 亿人民币(约 22 亿美元),无疑是一笔很大的金额。但要知道晶圆厂是个极度烧钱的玩意,中芯南方一家晶圆厂的投资额,就已达 120 亿美元,而虎嗅先前也提到,台积电一年的资本开支大概在 150 亿美金左右,而 5nm 先进制程制的投资,据报道指需要 250 亿美元。


光有国家大基金支持,就足以让中国芯片业撑起来吗?并不可能。


大基金与中芯国际的关系。图片来源:上海证券报


简言之,国家扶持对中芯国际的发展有着相当重要的影响,但是这并不足以让中芯能拙壮成长。


大基金只能缓解中芯国际的资金需求,但更多的还是要靠芯片企业自己把握。而且,在中芯国际的未来,需要面对两个重要的难题:首先是先进工艺的成本,每一代至少较上一代增加 30%~50%,其次是成熟制程芯片或可能供过于求。


由于先进工艺的成本太高,这些联华电子和格罗方德等老牌晶圆厂也放弃了先进制程,反过来挤压了成熟制程的市场,台积电创始人张忠谋也在 2017 年表示:即使中国业者的成熟制程可开出产能,但供给过剩是很大的风险,况且先进制程的技术,就算花钱也买不到。


因此单凭国家扶持,并不真的可能让中芯国际的芯片业做起来--直至中芯遇上出现新的机会。


国内需求带动芯片产业增长


对于国产芯片来说,另一个重要机会是国内手机品牌的快速增长。 2009 年,由中(兴)、华(为)、酷(派)、联(想)国内手机品牌开始发力,至 2017 年的华(为)、(小)米、O(PPO)、V(ivo)成为全球第一大智能手机生产国。


国内芯片市场 vs 国内芯片产能。图片来源:IC Insight


中国品牌手机的蓬勃发展,导玫国内芯片需求快速增加。由于中国芯片业仍然未有足够的产能,一直无法满足国内对芯片需求的增长(上图),但这也代表了光是中国本土市场,就足以消化未来晶圆厂的过剩成熟制程产能。所以,国内的晶圆厂也能在扩充产能时,使毛利率不至于大幅下滑,为晶圆厂未来的持续发展,打了个保票。


当中最关键的时刻,无疑是 2018 年开始的中美贸易争议。2018 年美国正式将中兴列入实体清单,使中兴陷于无芯片可用的困难局面,最终认领了 14 亿美元的罚款后才获解禁--14 亿美元相当于 99.8 亿人民币,几乎就是国家大基金投资在中芯国际一半以上的金额。然后在 2019 年,美国再把华为列入实体清单,导致华为的运营极度困难,甚至让这个通信业巨人要以“活下来”为目标


中美贸易摩擦,促使中国科技企业产生巨大的危机感,也使他们开始追求芯片的国产化。以华为为例,他们在 2020 年推出的 P40 手机,所采用的大部份芯片都已经去“美国化”据集微网报道,另一著名的中国科技公司大疆,也在其新品进一步增加国产芯片的比率。由于中国的科技产业进一步追求芯片国产化,也成为了中国芯片代工厂发展的重大契机。


中芯国际的营收、与大中华地区占营收比例。图片来源:中芯国际


从中芯的财报可见,他们的大中华地区业务所占营收比例(上图),就在 2014 年约 40% 开始拾级而上,增加至 2018 年开始的约 60%。中芯也借此机会,快速拓展业务增长,旋即成为全球第五大芯片代工厂,仅次于格罗方德和联华电子而挤身全球前列。


此外,虎嗅先前报道指,中国是 2019 年唯一的纯晶圆代工销售增长的地区,换句话说,只要中芯技术过关,不愁没有客户。国内的芯片市场已成“卖方市场,2019 年 Q4,中芯国际 65/55nm 制程订单火爆,引发代工费上调,也使其不断下滑的毛利率和运营利率,在 2019 起重拾升轨。


实际上根据资料显示,中芯国际从 2000 年成立的最初 10 年,业务表现都不是特别亮眼,除2004年和2010年外,其他年份中芯国际的净利润一直出现巨大亏损,也使中芯国际成为国产芯片的无底的烧钱大坑。但现在随着大中华地区对国产芯片的需求不断上升,在 2010 年后开始恢复营利


随着中芯能自负营亏,国家投入的资金才能转化为“真正的投资”,作为研发或扩充产能之用。这也将会成为一个契机,让中芯国际真正能专注于先进制程。


但真正对中芯国际带来更重要的影响,是中国芯片代工产业快速增长,不但成为了自身发展的契机,也同时成为不少高端人才发展的契机,进一步吸引相关的专门人才。


技术人才的此消彼长


最初,坊间早前一直对中芯不抱厚望的主要原因,是中国芯片技术仍然不够成熟。张忠谋就曾说:指出目前中国大陆芯片代工技术仍不成气候,可能需要花好几年的时间,才有机会达到台积电的技术门坎。


图片来源:科技产业资讯室


然而虎嗅先前报道,中芯国际成功突破原来难以逾越的门槛,成功量产先进的 14nm 制程,并准备绕过 10nm,在 2020 年直接挑战试产最先进的 7nm 的制程,更重要的是成功取得先进制程的入场券:关键工艺 FinFET。虽然,中芯仍然落后于今年将要量产 5nm 制程的台积电和三星(上图),但已经无限逼近美国的芯片巨人英特尔(注:有评论指英特尔的 10nm 制程可与台积电 7nm 制程相比)。


为什么中芯国际的芯片技术能大幅跃进?不少分析指,关键在于 2017 年加入中芯国际的联合 CEO 梁孟松。梁孟松是先进制程关键工艺 FinFET 发明者胡正明的高徒,也是芯片产业的教父级人物。据消息指,2009 年梁孟松因为研发副总升迁不上,愤而转投三星,并使三星在制程上迅速追上台积电,因而被指使台积电损失了 300 多亿新台币的“叛徒”。台积电法务长方淑华曾说


他去三星,就算不主动泄漏台积机密,只要三星选择技术方向时,梁孟松提醒一下,这个方向你们不用走了,他们就可以少花很多物力、时间。


后来台积电控告梁孟松向三星泄漏台积电的商业机密,法庭在 2015 年禁止他通过任何方式,为三星服务。结果在两年后,梁孟松出任中芯国际联合 CEO,然后协助中芯攻克关键 FinFET 技术,向最新的先进制程迈进重要一步。尽管后来有不少网友吐槽梁孟松是“半导体吕布”,但实际上梁孟松并不是第一个转投中芯的关键人才,也不会是最后一个。


中国台湾工资比率。图片来源:今周刊


中芯遇上的另一个关键机会,是中国台湾近年经济持续不景气(上图),使大量人才流入内地芯片企业。近年中国台湾经济发展放缓,导致实质工资一直停滞不前。日经新闻就曾指出,约有 3000 名中国台湾的芯片工程师被挖至内地,不少单纯被工资和福利所吸引,根据瑞士洛桑管理学院(IMD)统计,2018 年中国台湾人才吸引力排名持续滑落,薪资竞争力是关键之一。


然而问题更不止于此。关键评论网评论指,创业者认为内地活络的商业氛围非常吸引人才,把他当作明星一样对待。诚然,像梁孟松这样发现在原有岗位已没有发展空间,想到内地开创另一番事业的人材,俯拾皆是。早前另一个与梁孟松齐名、曾任台积电研发副总经理的蒋尚义,就曾加盟中芯国际(后转去武汉弘芯),后来前台积电研发处处长杨光磊后来也加盟中芯国际出任独立董事。


原来缺乏足够芯片技术的内地晶圆厂,借此机会大量而快速吸纳高技术芯片业人才,实现高速跃进。


最坏的时代,最好的时代


虽然目前中芯国际遇上了如此的机遇,不但快速成长起来,也取得了先进制程的入场券。但中美贸易纠纷导致,仍然使中国芯片业面临巨大的不明朗因素。华为被列入实体清单后,有消息指中芯国际尽管产能有限,也会接收原来属于台积电 14nm 制程的芯片订单,但早前就有谣传指中芯也可能会被美国限制,无法为华为芯片代工。虽然后来中芯国际否认传言,但也使为事情加添了不明朗因素。


更何况中芯国际为了进一步提高制程工艺,早前已订购新式的极紫外光 (EUV) 光刻机,并原定于本年到货,但到目前为止 EUV 光刻机仍未到货。虽然光刻机生产商 ASML 解释是因为疫情导致延误,但坊间仍然怀疑是因为美国阻挠所致。


诚然,即使华为拥有设备优秀的芯片设计能力,即使中芯拥有优良的芯片生产制程,但中国的芯片产业仍然处处受制于人:用来生产芯片的核心部件光刻机,仍然极度依赖荷兰的 ASML,设计芯片时仍然需要用到美国研的电子设计自动化软件 (EDA)。所以中国的芯片业在短期内,仍然要依赖其他国家。


可是,中国无法阻止贸易战爆发,芯片产业无法不依赖他国,但中国可以做到的是最大程度上活用目前的形势,发展自己的芯片产业。


这是最好的时代,也是最坏的时代。


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