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全球芯片制造業(yè)進(jìn)入“現(xiàn)代化”發(fā)展模式

2021-01-04 09:36 半導(dǎo)體行業(yè)觀察

導(dǎo)讀:晶圓代工模式問世后(1987年由臺積電開創(chuàng)),全球芯片制造業(yè)就進(jìn)入了“現(xiàn)代化”的發(fā)展模式,一直到今天。

在產(chǎn)能為王的當(dāng)下,半導(dǎo)體制造,特別是精細(xì)分工后的晶圓代工業(yè)越來越受到產(chǎn)業(yè)界和各國政府的重視。特別是在中國大陸、中國臺灣地區(qū)、韓國,以及歐洲和美國這五大市場,無論是產(chǎn)業(yè)資本,還是政府政策,都在加碼各地區(qū)的半導(dǎo)體制造,以求在未來的競爭中爭取主動權(quán)。

自從上世紀(jì)50年代誕生集成電路以來,先由美國引領(lǐng),歐洲緊隨其后發(fā)展,然后就是1970年代日本的快速崛起,之后被美國打壓,一蹶不振到現(xiàn)在(這里主要指芯片制造,在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上游的材料和設(shè)備方面,日本的競爭力還是非常強(qiáng)的),與此同時,韓國在1990年代趁機(jī)崛起。而進(jìn)入新世紀(jì)之后,中國大陸的芯片制造業(yè)得到快速發(fā)展,也開始在全球芯片制造競爭當(dāng)中占有一席之地。而自從1980年代開創(chuàng)晶圓代工商業(yè)模式以來,中國臺灣地區(qū)的芯片制造業(yè)就一直穩(wěn)定發(fā)展,且在全球市場始終穩(wěn)健前行。

晶圓代工模式問世后(1987年由臺積電開創(chuàng)),全球芯片制造業(yè)就進(jìn)入了“現(xiàn)代化”的發(fā)展模式,一直到今天。在這幾十年里,每十年,全球芯片制造市場產(chǎn)能格局都會發(fā)生變化,有的市場衰退,有的市場不斷壯大,有的則穩(wěn)健發(fā)展,具體如下圖所示。

圖11990-2000年

從圖1中可以看出,在這10年當(dāng)中,美國、歐洲、日本、韓國和中國臺灣這五大市場基本處于均衡競爭的狀態(tài)。相互之間的差距不大。

美國

作為集成電路技術(shù)的發(fā)源地,在1990年代以前,美國是全球半導(dǎo)體與集成電路制造業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者。然而,美國半導(dǎo)體發(fā)展并不是一帆風(fēng)順的,特別是在1980年代,曾一度被日本打敗。

從歷史來看,晶體管、集成電路、大型集成電路、超大規(guī)模集成電路、個人電腦、智能終端等發(fā)展,美國不是技術(shù)發(fā)明者就是行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者?!暗谝豢町a(chǎn)品”意味著開拓?zé)o人占領(lǐng)的新興市場,也意味著對后來者設(shè)定市場準(zhǔn)則。因此,作為半導(dǎo)體游戲規(guī)則制定者與裁判,這種雙重身份使得美國在半導(dǎo)體發(fā)展史上展現(xiàn)出了超強(qiáng)實(shí)力。這也正是其在1990年代能夠在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域保持競爭力的重要原因。

歐洲

歐洲的半導(dǎo)體業(yè)是緊隨美國發(fā)展起來的,特別是制造,當(dāng)時的飛利浦(NXP還沒有拆分出來)、英飛凌和意法半導(dǎo)體憑借超強(qiáng)的IDM綜合實(shí)力,在1990年代的全球芯片制造市場具有很強(qiáng)的話語權(quán)。

中國臺灣地區(qū)

自1987年臺積電首創(chuàng)晶圓代工Foundry模式后,中國臺灣以代工切入,在全球芯片制造市場的地位迅速攀升。隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展與技術(shù)提升,1990年代在該領(lǐng)域具備了很強(qiáng)的競爭力和很高的市占率。

實(shí)際上,在臺積電出世之前,中國臺灣就依靠早期給在臺建廠的美日廠商做基礎(chǔ)低端加工起步,積累了大量知識與技術(shù)。1980年代末,抓住美國逐漸轉(zhuǎn)向Fabless模式推行全球縱向分工的機(jī)會,將利潤不高、投資金額大的芯片制造、封測轉(zhuǎn)進(jìn)臺灣島內(nèi),使其在設(shè)計、制造、測試和封裝這四個環(huán)節(jié)都有相應(yīng)發(fā)展,為后來的技術(shù)提升打下了良好的基礎(chǔ)。

到1990年代末期,隨著全球貿(mào)易的進(jìn)一步深化,中國臺灣憑借相對廉價的勞動力優(yōu)勢,以客戶為導(dǎo)向的晶圓代工模式快速興起,臺積電、聯(lián)電等臺灣本地區(qū)晶圓代工企業(yè)崛起,此后,臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,分工也越來越明確,如聯(lián)發(fā)科和晨星做芯片、臺積電和聯(lián)電專注于晶圓代工,日月光、精材做封裝等,逐步擴(kuò)大了其在全球芯片制造市場的影響力。

政策方面,在1970年代,中國臺灣確定了以科技產(chǎn)業(yè)為核心的政策,扶持了眾多科技公司,威盛電子、聯(lián)電、富士康均在此期間成立。而臺灣地區(qū)的電子產(chǎn)業(yè)涉及手機(jī)、電腦、LED、電子組裝等,整個產(chǎn)業(yè)鏈非常完善,相關(guān)公司眾多,給半導(dǎo)體企業(yè)發(fā)展和崛起(特別是芯片制造業(yè))提供了良好土壤。為了支持半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,中國臺灣建立了世界上第一個由政府主導(dǎo)成立的科技產(chǎn)業(yè)園區(qū)——新竹科技產(chǎn)業(yè)園。

日本

1950年代,日本半導(dǎo)體業(yè)就開始跟隨美國發(fā)展了,1970-1986年為黃金期。1986年,全球排名前10半導(dǎo)體公司中有6家來自日本,前三強(qiáng)為日本電氣、日立和東芝。當(dāng)時,日本DRAM市占率達(dá)80%,反超美國成為全球半導(dǎo)體第一強(qiáng)國。對此,當(dāng)時的美國政府迅速做出了戰(zhàn)略調(diào)整,推出了包括最為著名的《美日半導(dǎo)體貿(mào)易協(xié)議》(TheU.SJapanSemiconductorTradeAgreements)與SEMATECH聯(lián)盟(美國半導(dǎo)體科技與制造發(fā)展聯(lián)盟)。在美國的打壓下,日本半導(dǎo)體業(yè)開始走下坡路,逐漸沒落?,F(xiàn)今,已經(jīng)沒有一家日本企業(yè)專注于DRAM了。

那之后的1990-2000年,是日本半導(dǎo)體制造業(yè)盛宴的尾聲,雖然開始沒落,但由于底子雄厚,所以在這10年,在芯片制造方面還是可以和其它幾大市場分庭抗禮的。

韓國

1959年,韓國金星社(LG公司的前身)研制并生產(chǎn)出韓國第一臺真空管收音機(jī),這被認(rèn)為是韓國電子半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的開端。

發(fā)展到1970年代,韓國半導(dǎo)體組裝業(yè)在美日企業(yè)的帶動下,已經(jīng)取得了一定的成績,出口貿(mào)易中電子工業(yè)的比重持續(xù)擴(kuò)大。

1981年,韓國政府為推動集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展,制定了“半導(dǎo)體工業(yè)育成計劃”,加強(qiáng)了對集成電路產(chǎn)業(yè)技術(shù)的開發(fā)。政府還頒布了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)性長期規(guī)劃(1982-1986)。而韓國工商部下屬的電器電子工業(yè)局的局長所領(lǐng)導(dǎo)的工作小組提出“1981年計劃”,該計劃具體明確了需要大力發(fā)展的四個領(lǐng)域:超大規(guī)模集成電路、計算機(jī)、通信設(shè)備和電子部件。在半導(dǎo)體領(lǐng)域,該計劃偏向晶圓制造,而不是測試和封裝,并確立了將大規(guī)模生產(chǎn)內(nèi)存芯片用以出口而不是滿足國內(nèi)需求的戰(zhàn)略。由于得到政府的大力支持,三星、現(xiàn)代等都宣布大舉參與超大規(guī)模集成電路的生產(chǎn),尤其是DRAM。

1980年代,DRAM芯片價格不斷下探,但三星逆周期投資,繼續(xù)擴(kuò)大產(chǎn)能,并開發(fā)更大容量的DRAM。1987年,行業(yè)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折,美國政府發(fā)起針對日本半導(dǎo)體企業(yè)的反傾銷訴訟,很快,DRAM價格回升了,三星開始盈利。之后就一路高歌猛進(jìn),從而為韓國在1990年代與其它芯片制造市場競爭奠定了基礎(chǔ)。

2000-2010年

從圖1中可以看出,在這10年內(nèi),中國大陸異軍突起,在全球芯片制造領(lǐng)域占有了一席之地。之所以如此,得益于在這之前的產(chǎn)業(yè)發(fā)展和政策推動。

1965年,中國第一塊硅基數(shù)字集成電路研制成功,開創(chuàng)中國集成電路產(chǎn)業(yè)史;1982年,無錫742廠從東芝引進(jìn)電視機(jī)集成電路生產(chǎn)線,這是中國第一次從國外引進(jìn)集成電路技術(shù);1985年,我國第一塊64KDRAM在無錫742廠試制成功;1991年,首都鋼鐵公司和日本NEC公司成立合資公司——首鋼NEC電子有限公司;1997年,上海華虹集團(tuán)與日本NEC合資組建上海華虹NEC電子有限公司,承擔(dān)“909”工程超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)線建設(shè)任務(wù);1998年,華晶與上華簽定合作生產(chǎn)MOS晶圓合約,中國大陸開始進(jìn)入Foundry時代;2000年,中芯國際成立。

政策方面,1982年,國務(wù)院成立電子計算機(jī)和大規(guī)模集成電路領(lǐng)導(dǎo)小組,制定了中國集成電路發(fā)展規(guī)劃,提出“六五”期間要對半導(dǎo)體工業(yè)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn);1989年,當(dāng)時的機(jī)電部在無錫召開“八五”集成電路發(fā)展戰(zhàn)略研討會,提出振興集成電路的發(fā)展戰(zhàn)略;1990年,國務(wù)院決定實(shí)施“908”工程;1995年,國務(wù)院決定實(shí)施集成電路“909”工程,集中建設(shè)我國第一條8英寸產(chǎn)線。

自2000年以來,我國國務(wù)院和相關(guān)部委陸續(xù)出臺了一系列促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)政策。特別自2014年,國家出臺《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》,明確規(guī)劃了未來國家繼承電路發(fā)展的階段和目標(biāo),在那之后,各地方也響應(yīng)國家政策,出臺了一系列地方性集成電路產(chǎn)業(yè)促進(jìn)政策,集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。

2010-2020年

從圖1中可以看出,在這10年,韓國芯片制造規(guī)模進(jìn)一步壯大,明顯超過了所有其它地區(qū)。與之相反,歐洲芯片制造明顯萎縮,全球市占率下降到了1%,這主要是因?yàn)闅W洲幾乎沒有20nm以下的先進(jìn)制程工藝,生產(chǎn)的大多都是采用40nm及以上制程工藝的模擬芯片。

歷經(jīng)近60年的發(fā)展,韓國已經(jīng)成為全球半導(dǎo)體制造行業(yè)的佼佼者。2011年,韓國半導(dǎo)體市占率達(dá)到了16%,第一次超越日本,成為僅次于美國的第二大半導(dǎo)體強(qiáng)國。在存儲市場,三星、SK海力士在DRAM和NANDFlash領(lǐng)域市場份額連續(xù)多年全球領(lǐng)先。繼存儲器業(yè)務(wù)方面占據(jù)統(tǒng)治地位之后,以三星為代表,韓國在智能手機(jī)應(yīng)用處理器、晶圓代工等業(yè)務(wù)也躋身全球頂尖行列。

從1977年到2017年,韓國半導(dǎo)體行業(yè)出口金額增長迅速,40年間年均復(fù)合增長率為16%,2017年的出口額高達(dá)979億美元,同比增長57.4%。

同樣是在2017年,韓國半導(dǎo)體制造迎來了又一個歷史巔峰,全球前十名半導(dǎo)體企業(yè)榜單中,三星和SK海力士營收規(guī)模均進(jìn)入前三,三星更是超越了25年長居第一的英特爾,榮登榜首。三星和SK海力士兩家企業(yè)總營收高達(dá)875.2億美元,占全球半導(dǎo)體總產(chǎn)值的21.0%。

從圖1可以看出,在這10年,中國大陸也在鞏固著前10年取得的成果。由于國際芯片制造產(chǎn)能重心向亞洲轉(zhuǎn)移,中國大陸晶圓產(chǎn)能占比逐步提升,而美國半導(dǎo)體制造業(yè)產(chǎn)能在全球占比已從1980年的42%降至1990年的30%,到2018年,這一數(shù)字僅為12.8%。截至2018年,韓國、日本、中國大陸、臺灣地區(qū)產(chǎn)能占比分別為21%、17%、13%和22%。其中,中國大陸晶圓產(chǎn)能占比從2011年的9%提升至2018年的13%。

隨著半導(dǎo)體終端應(yīng)用崛起,晶圓制造業(yè)產(chǎn)能逐步向中國大陸轉(zhuǎn)移,三星、SK海力士、英特爾等海外芯片廠商紛紛在中國大陸設(shè)廠,以保持產(chǎn)品供應(yīng)和成本競爭力,同時,本土晶圓廠建設(shè)如火如荼。預(yù)計到2022年,中國大陸12英寸晶圓廠產(chǎn)能將達(dá)到200萬片/月,年均增速為42.2%,其中,本土企業(yè)晶圓廠產(chǎn)能將從2018年的15萬片/月增至113萬片/月(年均增速65.6%),外資晶圓廠產(chǎn)能由34萬片/月增至87萬片/月(年均增速26.5%)。本土晶圓廠產(chǎn)能占比將從2018年的31%提升至2022年的57%。8英寸晶圓廠方面,到2022年,產(chǎn)能合計有望達(dá)到139萬片/月,其中,本土和外資晶圓廠產(chǎn)能將分別達(dá)到96萬片/月和43萬片/月。

2020-2030年

從圖1可以看出,這10年的最大看點(diǎn)依然是中國大陸,芯片產(chǎn)能與上一個10年相比,有望增加一倍。

除了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)逐漸向中國轉(zhuǎn)移這一因素之外,半導(dǎo)體業(yè)與宏觀經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)相關(guān)性也在逐漸加強(qiáng),中國大陸每年約6%的GDP增速,是芯片制造強(qiáng)有力的發(fā)展保證。

另外,中美貿(mào)易摩擦堅定了我國自主發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的決心。2018年以來,我國在半導(dǎo)體關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的短板逐漸暴露出來。美國限制對我國科技龍頭的核心元器件出口,直接導(dǎo)致國內(nèi)科技企業(yè)受到較大沖擊。未來,中美貿(mào)易摩擦在較長時間內(nèi)都將呈現(xiàn)反復(fù)拉鋸的趨勢,而國內(nèi)自上而下,從政府各部門到企業(yè),都已經(jīng)明確了發(fā)展核心技術(shù)的方向,其中半導(dǎo)體是重中之重。

國產(chǎn)化替代已成為我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展契機(jī),以華為為例,2018年核心供應(yīng)商共有92家,其中大陸廠商22家,臺灣地區(qū)廠商10家,國外廠商60家,其中有33家來自美國,11家來自日本。受到美國將華為與70家關(guān)聯(lián)企業(yè)列入實(shí)體名單影響,華為轉(zhuǎn)而注重國內(nèi)市場的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)。這些成為了帶動中國大陸半導(dǎo)體制造在下一個10年快速發(fā)展的序幕。