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莫大康:全球半导体将周期性下降

上周(9月9日),半导体行业著名学者莫大康老师如往常一般再度做客安邦智库(ANBOUND),与安邦年轻的研究员一起探讨半导体行业的近况、发展以及存在的问题,并做《全球半导体将周期性下降》的主题分享。

会上,莫老详细讲解了中国半导体行业目前面临的“全球化”与“国产化”的真实现状与未来可能的走向,对目前芯片缺货原因、半导体超级周期的成因、十四五时期半导体业的突破项、拐点时期均分享了自己的研究内容与看法,到场听讲的安邦人员无一不受益匪浅。这位曾担任中国科学院微电子所计划处长、美国应用材料公司(中国)技术服务总监的老人虽年已耄耋之年,但“半导体之心不已”,亲历半个世纪中国半导体产业的发展历程,“老骥伏枥”,仍愿为祖国的半导体业贡献一份自己的力量。

以下内容为部分节选

现阶段中国半导体业最主要的任务是争取时间,做好自己的事,努力提升竞争实力,及实现缩小差距。要充分认识这样的发展机遇已是来之不易。

显然对于大部分企业能生存下来是首位,但是对于部分骨干企业一定要站得更高,同时责无旁贷的承担起中国半导体产业发展的责任。

为什么选择四项任务?

摆在中国半导体业面前要做的事太多,不可能全面铺开,需要集中有限的人力、财力去攻坚克难。据初步分析,现在阶段可能有四项主要的任务,包括存储器项目中芯国际的先进逻辑工艺制程14纳米及以下EDA工具与IP,以及28纳米“去美化”生产线

显然此四项任务相对说比较紧迫,其中前两项属于近期的任务,而另外两项属于远期的目标。因为28纳米去美化生产线,包括半导体设备与材料国产化等,以及EDA工具与IP,都是涉及产业链的提升,难度较大,需要较长时间的逐步推进。

因此,并非是说设计、先进封装、异质集成等项目不够重要,而是相对而言这四项任务更为迫切。

存储器项目

存储器项目有两个,分别是武汉的长江的3DNAND闪存合肥的长鑫的DRAM。它们都自2016年动工,已经都完成产品通线,进入产能扩充阶段,也就是最关键的考验技术上真正过关,成品率的提升,以及产品的性能与成本比拼的阶段,关键指标是全球市场的份额。

中国每年进口半导体达3,000亿美元,其中存储器约占26%,为780亿美元,虽然项目都已经进行5年多,可是自制率仍低于1%。

据IC Insight预测,全球存储器业2021年可达1552亿美元,其中DRAM为869亿美元及NAND为667亿美元,而中国台湾地区存储器业经过多次震荡,它的DRAM约占全球的5%,及它的NAND做得很少。而长江及长鑫它们在2020年时产能已分别达约月产约40,000片。所以需要技术上突破,提高成品率后,才能扩充更多的产能,相对而言DRAM的难度可能更大些。

14纳米及以下逻辑制程

中芯国际是芯片制造业的领头羊,近时期由于引进人才、加大研发投入及投资取得显著的进步,它的28纳米已列入营收。据传闻中芯国际已经实现14纳米量产,开始接单,并正努力攻克更先进的工艺制程。显然工艺制程的逐步升级,需要大量的硅片实践,不可能一蹴而就。

中芯国际推进逻辑工艺制程不断的进步意义非常重要,一方面是缩小与台积电等的差距,满足手机处理器、HPC、FPGA、AI等市场需求,另一方面则是更为现实的作用,它要支撑国内EDA工具与IP的进程,以及支持半导体设备国产化的“试错过程”。要清楚如果缺乏“试错“,设备的国产化是不可能实现,同样缺乏设备的支撑,先进工艺制程也是无望,两者之间是相辅相成。所以从产业链角度需要保持工艺制程与国内半导体设备业的同步成长,也是产业链进步的重要标志。

因此,中芯国际在推动28纳米成熟工艺制程的同时,一定要加强研发投入,不停步地继续向先进工艺制程挺进,承担不可缺失的产业发展与进步的责任。要相信办法总比困难多。

EDA工具与IP

2019年全球EDA市场规模约为102.5亿美元。而中国2019年中国EDA市场规模约为5.8亿美元,占全球市场的5.6%。而在这102.5亿美元的市场中,国产EDA只拿到了4.2亿元的营收,营收比例只占0.6%。但是好的消息是目前在国内EDA使用中,EDA的国产化率可能已达到了10%。

另外国内EDA从业人员约有1500人,但只有500人是在本土的EDA公司工作,其余的1000人,其实是在国外EDA公司驻中国的公司工作。

EDA工具及IP需要与工艺制程相结合,因为设计公司需要EDA工具能够支持晶圆厂的PDK(process design kit)工艺,否则它不敢用你的工具做设计,因为一旦设计出来的产品不符合晶圆厂工艺的需要,造成的损失是不可估量的;另一方面,EDA工具需要晶园厂做评估认证,相当于半导体设备的样机要经过”试错”的过程,所以EDA工具与IP必须与工艺制程同步成长与进步。

国内的EDA的尚属启步,差距尚很大,一个方面产业的垄断,它的技术要求沉淀,人才要求高,而且几乎已形成规律。只要在全球市场中刚冒出有些实力的初创公司,马上会受到巨头公司的兼并,因此新兴力量几乎很难崛起。

观察中国的EDA业,在缺乏全球化的支撑下,仅依靠国内产业链的配套,试图取得全球化市场的成功几乎是不可能的。

28纳米“去美化”生产线

这是一项被逼无夵下的决策,其中的问题比较复杂,不是简单地把“去美化”理解成少用几台从美国生产的设备,这样实际上的意义并不大。而按我的预设是把“去美化”要变成能够自主,或者很大程度上可以自主可控的芯片生产线。因此主要矛盾是设备与材料的部分国产化,显然更为确切的含义应该是能够打破美国的禁运。在这样的框架下,问题便变得十分复杂与艰巨,可能要分步进行。

“去美化“的定义与内含,实际上可以有不同的解释,因为美国的半导体设备出口许可证制度,主导权在美方手中。另外从日本,欧洲,中国台湾地区等能不能买到设备,主导权也在别人手中,加上现阶段12英寸国产设备有多少可以加入其中配套,以及它们的量产能力等,唯有通过生产线中大量硅片的实践通过,才能暴露问题,然后再改进与提高,缺少这样的过程也是不可能成功的。再加上美国的政策时紧时松,它削弱了国产化的前进动力。

另外,国产化的概念不可“泛化”,它的技术难度及风险都很大,但是现在的情况下又不得不为之,因此必須精心选择。未来中国半导体业的发展中,如果不能破除美国的“紧箍咒“以及拥抱全球化,产业的进步是不可持续,而且还将永受欺凌之灾。

设想的“去美化“28纳米生产线,它的重点可能不仅在工艺制程方面,而在于能满足芯片量产的需求。它的目的至少有以下叁个方面:

1)半导体设备与材料等通过试错,不断地提高实用化程度。

2)假设在美国的极端打压下,这条12英寸生产线还能生存下去。

3)这条生产线的成长与完善过程尤为重要,因为中国半导体产业链的竞争力提升,涉及国家的工业基础及人材培养等。

中国半导体业发展有其特殊性,现阶段外界的干扰因素多,要付出更多的时间及代价。但是又必须去面对现实,要把美国等打压当作常态化,是一门必修课,并且必须挺起腰杆继续走下去。

四项任务中存储器及先进逻辑工艺制程要提高到产业发展责任高度,集中优势兵力解决技术上的难点,另外两项涉及艰巨的产业链任务,攻坚的难度大,需要时间长。但是没有退路,只能咬牙前行。

现阶段中国半导体业发展的关键要争取时间,做好自已的事,提升竞争实力,及逐渐缩小差距。

安邦例行讲座,又称安邦内部培训讲座,是由安邦智库(ANBOUND)研究部主办的系列培训,每周ANBOUND都会定期延请各领域知名专家学者,包括陈功、贺军、魏宏旭、莫大康、许维鸿、李黎等,为安邦研究员带来行业最新发展信息与动态,仅2020年就已成功举办了近百期。对于长期以信息分析为研究手段的安邦智库研究员来说,定期的产业行业培训也是他们能够快速了解工作内容、补齐知识带宽短板的重要方式。这种与产业界保持研究交流的良好传统,在安邦各研究领域都获得了很好的效果。

来 源丨 求是缘半导体联盟(ID:TruthSemiGroup)

原标题 |《莫大康:做好自己的事 提升竞争实力 缩小差距 | 求是缘半导体联盟》

作 者丨 莫大康,安邦智库高级产业顾问,求是缘半导体联盟顾问,亲历50年中国半导体产业发展历程的著名学者、行业评论家

*本文仅代表作者个人研究观点;部分图片来自网络,侵权删

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