成熟工藝芯片有巨大市場，中國大陸芯片代工廠要補的功課不少

文| 陳伊凡 周源

編輯 | 謝麗容

據(jù)金融時報報道，華為將在上海建設(shè)一家45nm（納米，納米級芯片工藝）工藝起步且不使用美國技術(shù)的芯片工廠，計劃在2021年年底為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造28nm芯片，且預(yù)計在2022年底之前為5G設(shè)備供應(yīng)20nm芯片。

該報道稱，由于華為此前并沒有制造芯片的經(jīng)驗，因此該工廠將由上海市政府支持的上海集成電路研發(fā)中心有限公司（ICRD）運營。

對此華為未予置評。無論華為是否實質(zhì)性涉足不使用美國技術(shù)的芯片制造領(lǐng)域，中國芯片制造業(yè)正加快追趕更高工藝，已是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。

也在近期，全球半導(dǎo)體代工巨頭臺積電（NYSE:TSM）發(fā)布了三季度財報，其中有兩項數(shù)據(jù)值得注意：在臺積電，28nm及以上成熟工藝芯片代工業(yè)務(wù)收入占比為38%，折合成營收約為46.13億美元；此外，智能手機和高性能計算的收入占據(jù)臺積電總營收的83%，而臺積電28nm以下先進(jìn)工藝占比為62%。這意味著，臺積電所代工的智能手機和高性能計算里，使用28nm及以上的成熟工藝占比約為25%。

此時需要說明一下28nm工藝在芯片制造領(lǐng)域的地位。

隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的進(jìn)步，芯片越做越小，帶來的是芯片集成度與性能不斷提升，功耗越來越低，但同時也意味著技術(shù)含量和成本越來越高。

3nm明年才有可能面世；5nm和7nm是芯片工藝的高端圈子，通常只有高端手機和一部分高性能計算芯片才會使用；28nm是一條分界線，28nm及以下工藝被稱為“先進(jìn)工藝；28nm以上被稱為“成熟工藝”。有時，28nm也被劃分到成熟工藝這個陣營。

根據(jù)《2019集成電路行業(yè)研究報告》，28nm及以下工藝的先進(jìn)工藝占據(jù)了48%的市場份額，而成熟工藝則占據(jù)了52%的市場份額。

對于中國大陸芯片制造公司來說，尚無法造出代表目前芯片制造領(lǐng)域最高點的7nm、5nm芯片，但28nm以上成熟工藝領(lǐng)域的芯片制造，則是滿滿的機會。

中國大陸半導(dǎo)體代工廠中，除了中芯國際（SH:688981）以突破先進(jìn)工藝為使命，其余半導(dǎo)體代工廠可量產(chǎn)工藝皆在28nm及以上。在需求端，真正用得上14nm及以下這樣先進(jìn)工藝的只有華為海思一家，其余設(shè)計企業(yè)的需求都集中在成熟工藝上。大陸龐大的終端市場，加上本土化優(yōu)勢，再乘著國產(chǎn)替代的東風(fēng)，這都給大陸這些代工企業(yè)擴大市場份額創(chuàng)造了條件。

不過，《財經(jīng)》記者采訪到的芯片設(shè)計行業(yè)人士普遍有一個共同看法：即便在28nm以上成熟工藝，中國大陸的芯片代工廠也有不少功課需要補足。一位資深行業(yè)人士告訴《財經(jīng)》記者，此前行業(yè)普遍盛行一個風(fēng)氣：大家往往在某個工藝上做到“基本可用”就開始攻克下一個，而不是繼續(xù)投入研發(fā)實力去做到“好用”，且服務(wù)意識不強，資料不全、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，給芯片設(shè)計公司帶來了各種不愉快的體驗。

市場比想象中的大

第三方數(shù)據(jù)機構(gòu)IBS近期發(fā)布的一份白皮書數(shù)據(jù)顯示，2020年半導(dǎo)體代工市場中，28nm及以上工藝的市場份額能占據(jù)大約三分之二，未來五年，先進(jìn)工藝的市場將不斷擴大，但成熟工藝的市場份額仍將不低于50%。

不過，雖然28nm目前是先進(jìn)工藝和成熟工藝的分界點，但這個分界點并不固定。如果大批代工廠都突破了14nm，那14nm就成為了成熟工藝。

芯片設(shè)計公司并非都追著上14nm、7nm工藝。全志智能硬件部總經(jīng)理李震告訴《財經(jīng)》記者，選擇什么樣的工藝最重要的是看芯片用在什么產(chǎn)品上，從而確定芯片功能、性能、功耗三大指標(biāo)，確定好三大指標(biāo)后再選擇最具性價比的工藝。

先進(jìn)工藝固然很好，但是成本高昂。美國研究機構(gòu)CSET做過一個測算，在臺積電，采用7nm工藝加工的12寸晶圓價格為9346美元，采用5nm工藝所加工的12寸晶圓價格為16988美元一片，價格提高了將近45%。

選擇14nm及以下先進(jìn)工藝的主要是智能手機。手機追求高性能高集成度低功耗，并且智能手機單價高，也能夠擔(dān)得起幾十美金一顆芯片的成本。其他如5G射頻芯片、中低端手機、藍(lán)牙芯片、可穿戴設(shè)備、指紋芯片等產(chǎn)品對應(yīng)的芯片工藝都在成熟工藝范疇。

28nm作為介于先進(jìn)工藝和成熟工藝之間的工藝，對大多數(shù)芯片而言都具備較好的性價比。

性能上，28nm較之前的成熟工藝，在功耗、尺寸、散熱等指標(biāo)上更具優(yōu)勢；成本上，它的成本剛剛好。20nm及之后的先進(jìn)工藝采用FinFET（鰭式場效應(yīng)晶體管）工藝，復(fù)雜度提升帶來工藝成本的提高。

臺積電是在2011年最先投入量產(chǎn)28nm制程，量產(chǎn)后市場需求巨大，一年時間，營收占比從2011年四季度的2%上漲到2012年四季度的22%。

全球第四大晶圓代工廠，中國臺灣的芯片代工公司聯(lián)電（NYSE:UMC）敏銳捕捉到了這一市場需求。它的策略是，淡化對先進(jìn)工藝的研發(fā)，強化對成熟工藝以及差異化工藝市場的開發(fā)。在其最新發(fā)布的2020年三季度財報中，成熟工藝給聯(lián)電創(chuàng)造了自2004年二季度以來的新高，合計448.7億臺幣，28nm收入占營收14%，40nm收入占比最高，為23%。

隨著物聯(lián)網(wǎng)和5G商用化的發(fā)展，信息產(chǎn)品的強勁勢頭帶動了更多成熟工藝的產(chǎn)能，例如近幾年一直產(chǎn)能吃緊的8寸晶圓，其工藝極限最高也只到90nm（晶圓尺寸和芯片工藝并行發(fā)展，每一個工藝節(jié)點都有對應(yīng)的晶圓尺寸。8寸晶圓對應(yīng)的工藝節(jié)點為0.5μm到90nm之間）。

無論從哪個方面看，成熟工藝都是一個巨大的市場。

機會多大？

第三方數(shù)據(jù)公司IC Insights的數(shù)據(jù)顯示，在中國的代工市場中，臺積電仍占超過一半的市場份額，是排名第二的中芯國際市場份額的接近4倍左右。目前最高可量產(chǎn)到28nm工藝的華虹集團(tuán)，2018年、2019年僅占中國市場的8%，且這個份額2020年預(yù)計不會發(fā)生變化。另外，中芯國際和華虹集團(tuán)超過一半的銷售額都是中國市場貢獻(xiàn)的。

可以看出，即使是在成熟工藝，大陸半導(dǎo)體代工廠在中國的市場份額也微乎其微，那未來能否更進(jìn)一步？

久好電子創(chuàng)始人劉衛(wèi)東的觀點是，如果單純從市場競爭的角度考慮，大陸代工廠大幅度從臺積電手中搶下成熟工藝的訂單的可能性不大，就好比做一個CPU去替代英特爾那樣，可能性不會太大。久好電子是一家從事物聯(lián)網(wǎng)傳感器芯片及可穿戴物芯片設(shè)計公司。

但如果考慮到國產(chǎn)替代、特殊工藝等機會，中國的代工廠還是有不少機會。

自2018年“中興被制裁事件”之后，石溪資本的投資合伙人高峰發(fā)現(xiàn)，一些企業(yè)開始將訂單轉(zhuǎn)移到大陸，一是出于供應(yīng)鏈安全考慮，二是大陸的終端市場巨大。在擔(dān)任石溪資本的投資合伙人之前，從特許半導(dǎo)體、臺積電再到華虹NEC，高峰有20多年從事制造的經(jīng)歷。

一家國內(nèi)芯片設(shè)計上市公司的公關(guān)負(fù)責(zé)人表示，他們的產(chǎn)品主要集中在40nm工藝，平時會在中芯國際和臺積電下訂單。

除了供應(yīng)鏈安全，一些特殊工藝的需要，也是企業(yè)們選擇大陸代工廠的原因。因為臺積電一般不會為了一家公司專門開發(fā)特殊工藝。

馬青華是上海傲?？萍加邢薰镜穆?lián)合創(chuàng)始人。這家公司的產(chǎn)品主要包括工業(yè)打印系統(tǒng)、工業(yè)級打印頭、生物自動3D打印機等，芯片需要代工廠針對他們的產(chǎn)品進(jìn)行特殊設(shè)計。但臺積電的做法是開放標(biāo)準(zhǔn)工藝，按照標(biāo)準(zhǔn)工藝進(jìn)行器件設(shè)計。因此，對于他們來說，與一家國內(nèi)的代工廠合作，共同研發(fā)應(yīng)用于流體打印頭的特殊工藝，是更好的選擇。

此外，在40nm以上的成熟工藝上，大陸代工廠與臺積電的差距正在縮小。一家從事芯片設(shè)計企業(yè)的高管告訴《財經(jīng)》記者，他們在大陸代工廠代工的傳感器芯片，所需的工藝在180nm-55nm的范圍，質(zhì)量上差別并不大。另外，這個工藝并不是臺積電的重點，臺積電會把更多資源和精力放在毛利更厚的先進(jìn)工藝上，這對于大陸代工廠來說是一個好機會。

另一個好的趨勢是，越來越多的芯片設(shè)計企業(yè)在成立之初就選擇在大陸的代工廠進(jìn)行流片，有助于提高大陸半導(dǎo)體代工廠能力和市場份額。

做好成熟工藝的工藝，除了研發(fā)投入，很大程度上取決于是否有大客戶與代工廠共同成長、迭代產(chǎn)品。畢竟，許多產(chǎn)品設(shè)計上的know-how是從設(shè)計公司得來，二者相互磨合，積累經(jīng)驗。

2016年起，臺積電就成為蘋果公司A系列處理器的獨家代工廠，除了蘋果，還有華為海思、聯(lián)發(fā)科、高通、AMD等這樣的大客戶選擇臺積電代工，與臺積電一起調(diào)試產(chǎn)線、進(jìn)行試錯，提高良率。

正是因為很多設(shè)計企業(yè)已經(jīng)在臺積電代工了幾代產(chǎn)品，臺積電才能夠不斷突破新的工藝節(jié)點，提高良率，反過來也提高了臺積電承接訂單的能力，形成良性循環(huán)。

中國大陸的代工廠之所以發(fā)展速度不快，其中一個原因就是缺少客戶和他們共同走完這個試錯和升級流程。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，中國大陸成為全球最大的終端市場，需求倒逼行業(yè)的發(fā)展。根據(jù)芯謀研究的預(yù)測，2020年底，中國大陸的芯片設(shè)計企業(yè)將突破3000家，這意味著，這套臺積電已經(jīng)很成熟的良性循環(huán)機制，有望會在中國大陸的代工廠中跑起來，有了開端，就有了希望。訂單同時意味著更大的現(xiàn)金流，為代工廠進(jìn)行高端工藝的研發(fā)儲備了資金。

從“可用”到“好用”

多位行業(yè)人士告訴《財經(jīng)》記者，中國大陸的代工廠在成熟工藝的工藝上已經(jīng)能夠滿足大部分設(shè)計企業(yè)的需要，沒有太高的技術(shù)壁壘，與臺積電仍存在“能用”和“好用”的差距。

上述資深行業(yè)人士指出，中國代工廠如果想要變“好用”，最重要的是補充兩方面的能力：服務(wù)能力與生態(tài)能力。

服務(wù)能力很簡單，例如到餐館吃飯，兩家餐館都能解決吃飽的問題，但一家餐館服務(wù)員的服務(wù)沒那么好。又比如同樣打印4號字，你能打印黑白，別人可以打印彩色。

生態(tài)能力指的是代工廠積累的供貨渠道、合作伙伴、客戶之間的關(guān)系。IP授權(quán)廠商、EDA廠商會將自己的主流核心架構(gòu)通過合作的方式提供給晶圓代工廠，和代工廠的制程做匹配。例如Synopsys就與臺積電合作采用臺積電5nm的制程開發(fā)新產(chǎn)品。

另外，如果在原材料缺貨時，與生態(tài)伙伴長期積累的關(guān)系能夠給代工廠提供優(yōu)先貨源。再比如，臺積電創(chuàng)辦者張忠謀于1994年創(chuàng)辦世界先進(jìn)半導(dǎo)體，承擔(dān)臺積電之外的特殊集成電路制造，補充臺積電的代工生態(tài)。

其實設(shè)計企業(yè)和代工廠的合作很像一起炒一盤紅燒肉。設(shè)計企業(yè)主要負(fù)責(zé)肉如何選型、切成什么形狀、和豆腐一起炒還是和粉條一起燉。至于做到幾分熟，用什么溫度炒，放多少鹽、多少糖，這是代工廠做的事。所以，盡管切塊、選型都差不多，但調(diào)料不一樣，炒的溫度不一樣，做出來的肉也各式各樣，這就是代工廠的工藝。

做出來的肉好吃與否，影響了代工廠承接訂單的能力。一位中國大陸代工廠研發(fā)負(fù)責(zé)人告訴《財經(jīng)》記者，臺積電有完善的服務(wù)和生態(tài)，不同工藝只是一個平臺下的不同產(chǎn)品，能力大的代工廠可以根據(jù)需要修改產(chǎn)品的設(shè)計，也能夠幫助代工廠進(jìn)行調(diào)試。通俗地說，就是工藝能力強的設(shè)計企業(yè)可以自己提出菜品的配方選擇，告訴代工廠放多少糖，放多少鹽，能夠更優(yōu)化口感。

高通、華為等大型芯片設(shè)計企業(yè)喜歡臺積電。原因很簡單，他們已經(jīng)在臺積電迭代了幾代產(chǎn)品，IP廠商們的架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)等都已經(jīng)得到了驗證，加上有大型IP廠商的支持，臺積電在先進(jìn)節(jié)點上的IP比較完備，為設(shè)計企業(yè)們省去很多時間和精力。

對于一些設(shè)計能力不強的企業(yè)來說，尋找臺積電代工更加省時省力，畢竟它能夠提供一整套標(biāo)準(zhǔn)工藝支持，保證按時交付。

另產(chǎn)能的大小也是企業(yè)們考慮的一點。目前在28nm工藝上，中芯國際目前的良率和臺積電相差不太多，但產(chǎn)能卻相差3倍-4倍，如果企業(yè)需要臨時加單，需要找一個能夠滿足擴產(chǎn)需求的代工廠。

遷移的成本也是企業(yè)們考慮的因素。由于代工廠和設(shè)計企業(yè)深度綁定的合作伙伴關(guān)系，如果更換代工廠，需要針對不同代工廠的工藝和特點進(jìn)行修正。這種修正帶來的是高額遷移成本，對于設(shè)計公司本身來說也是一次考驗。另外，要和新代工廠重新磨合，也需要一定的時間。設(shè)計企業(yè)需要一個足夠的理由，說服他們?nèi)ブЦ哆@部分遷移成本。

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