中國芯 :浦東全鏈條產業體系打造全球競爭力

中國芯 :浦東全鏈條產業體系打造全球競爭力

聚焦張江國家集成電路產業基地和臨港集成電路綜合性產業基地,打造國際領先水平的集成電路設計產業園;

到2025年,集成電路全產業鏈銷售規模達4000億元,集成電路企業科創版上市數量實現倍增。

這條路該怎麼走?


中國芯 :浦東全鏈條產業體系打造全球競爭力


製造:不斷尋求應用市場的“新點”


2018年中國進口芯片總額已經超過了3000億美金,達到3125億美金,在這方面消耗的外匯超過石油,成為外匯消耗第一大戶。


集成電路之所以重要,是因為其涉及的產業領域眾多,大到高鐵、動車,小到人人使用的手機。集成電路是電子產業的心臟,芯片水平是一個國家科技進步的標誌。


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在國際上,由於體制差異,作為西方國家眼中的戰略產業,有關半導體的一切技術、設備都受到了嚴格的輸出限制,尤其是中美貿易摩擦的爆發,這方面的限制進一步收緊。自主研發的道路格外艱難。


“必須在現有的產業技術範式內快速追趕,即引進消化再創新和集成創新。”上海華虹宏力半導體制造有限公司(下文簡稱華虹宏力)副總裁陳瑛說,“堅持市場導向,長期的、堅持的技術開發,堅持在每個技術開發節點有創新。”


“我們既要儘自己之力追趕先進工藝,在強者之林站穩腳跟,但也不要在盲目追趕中迷失了自己發展的節奏,對於成熟工藝也要深耕細作,開拓疆土,把握髮展的機會。”時任中芯國際CEO的邱慈雲說,“我們的策略是與國際巨頭實現差異化和多樣化,而非直接對抗。”


避其鋒芒,尋求應用市場的“新點”,尋找差異化的細分市場,從技術追趕到技術創新甚至超越,不失為後來者可以參考的思路。


“華虹宏力依託多平臺特殊工藝而顯得一枝獨秀,特別是具有活力的8英寸廠。”陳瑛淡淡地說,“差異化競爭是我們的核心競爭力。”


事實上,華虹宏力在差異化創新上做得相當出色。在01和02等國家科技重大專項支持下,華虹宏力完成了8英寸特色工藝全面佈局,形成了多項重大科技成果,加速了IGBT、MEMS等特殊工藝技術的研發。


在國際競爭中,華虹宏力的8英寸製造流程比對手更優,工序更少,成本更低。在智能卡芯片市場上,華虹宏力與韓國三星並駕齊驅,佔據了約30%的國際市場份額;不僅打破了跨國公司的壟斷,甚至讓許多原先的領先者被迫出局。


2013年,同處浦東的中國第二大和第三大晶圓代工廠——上海華虹NEC電子有限公司和上海宏力半導體制造有限公司完成合並,“華虹宏力”正式誕生。合併之後,華虹宏力已成為世界第一大智能卡IC代工廠;功率分立器件平臺出貨量居全球8英寸代工企業首位,累計出貨超過410萬片晶圓;月產能也增加到近15萬片。


“通過不斷深耕市場,持續的投入與創新,壯大實力,才能在全球競爭中牢牢佔據一席之地。”


陳瑛說,相對12英寸的先進技術,8英寸廠在技術節點上有它的侷限性,但是立足差異化競爭一樣能夠給華虹宏力帶來更多的訂單和市場機會。隨著“雲物大智”等產業的蓬勃發展,給8英寸晶圓廠創造了巨大的需求潛力和龐大的市場空間。


“聚焦滿足特定市場需求,如高安全性的智能卡、智能電網與智能電錶、微控制器、無線射頻、綠色能源、功率半導體、汽車電子、低功耗嵌入式存儲器、LED照明以及滿足物聯網需求的MEMS和電源管理IC等技術工藝的研發和創新,力爭世界領先。”陳瑛說,華虹宏力已經掌握了銀行卡IC製造技術,且“我們的安全芯片分別從國際權威認證機構獲得了CC EAL5+安全證書和EMVCo安全證書,突破了國外芯片公司的壟斷。”


新的突破,需要成百上千技術參數的驗證,需要幾萬次的實驗;技術突破之後,還需要市場考驗,在一場場實戰中贏得信任和口碑。這個過程消耗了企業大量的人力、物力。高精尖技術的突破,需要時間和沉澱。


設計:從低端市場開始打一場逆襲戰


集成電路設計處於集成電路產業鏈的最前端,是引領產業發展、推動產業創新的關鍵環節,也是浦東集成電路產業鏈中較為優勢的一環。


對佔據浦東集成電路行業多數的民營中小設計企業來說,生存第一。選擇低技術門檻的行業,用低價競爭迅速佔領市場,是它們生存的不二法則。


“有技術沉澱,哪怕做同樣的東西,我也肯定贏。”格科微電子創業13年,始終在CMOS圖像傳感器上死磕,現已成為中國內地規模最大、技術最先進的CMOS圖像傳感器設計公司。


格科微電子創始人趙立新說:“這是非常全球化的市場,非常殘酷,要麼活,要麼死。”趙立新推了推鼻樑上的眼鏡,已經存活下來的他回憶起“求生”的日子,目光依稀有些迷離。


“當時想用自己專利的技術做高端產品,費九牛二虎之力在德國進口了500片特殊工藝的晶圓,後來實在是沒有錢和條件做這樣的高端研發,晶圓在公司放了5年。”晶豐明源創始人兼CEO胡黎強笑了笑,中國創業公司想做高端,很難的!


客戶和市場很難接受“國產”高端芯片,而且,創業公司的資源有限,高端產品的研發週期又長,風險大,創業公司一開始做高端產品行不通。


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“客戶企業追求利潤最大化,它們最看重的永遠是性價比。”早在研發、銷售各條線“混跡”過的胡黎強則對商業模式有著更清晰的看法。 “國外知名的IC設計企業已經在跑道上跑了十幾年,想在同一條跑道上跑贏它,只能寄希望於它自己遭到重創或者失敗,而這種可能性極小。而我們的思路是,不斷在新的領域找到新的跑道,然後快速奔跑。在LED的跑道,我們國內IC廠商與全球IC廠商站在差不多的起跑線上,這給了我們國內IC設計公司跟國際IC設計公司一決高下的機會。”


從2003年起步到2013年,技術爬坡的路上,格科微用了10年。“我們更強調我們公司的技術是真正有競爭力的,而且我們只競爭出貨量最大的產品。”就算從低端起步,企業的發展也沒有捷徑,技術的突破只有依靠勤勤懇懇、踏踏實實地雕琢鑽研。


2005年3月,格科微第一款也是中國第一款具有商業價值的CIS產品投片成功,“三晶體管”工藝終於被攻關出來。這一製作工藝在當時國外已普遍應用於芯片生產,但在我國,還停留在實驗室階段,格科微和中芯國際對其創造性的工藝改造,讓芯片實現了工業化量產,這也是我國首次有了自己的量產圖像傳感器芯片。


2006年10月,“四晶體管”工藝的像素技術研發成功。在此工藝基礎上,格科微分別推出了名稱為GC0307、GC0309、GC0308這三款芯片,與國際同類產品相比,因其質量高、價位低,而迅速被市場接受,並屢次獲得“中國芯”最佳市場表現獎。


“每一場都是硬仗。”趙立新回憶說,面對激烈的市場競爭,不是生就是死,格科微就是從生死線一次次徘徊向前的,“低端機又怎麼樣?效果和高端手機沒有多大差異,賣得好的產品絕對有優點。”


由於打破了國外技術的壁壘,格科微得以在像素方面保證了我國中低端市場國產機的高性能,低價格。


與此同時,晶豐明源已成長為LED照明驅動芯片全球銷售額和出貨量均列第一的廠商,是飛利浦的第一大供應商,胡黎強在採訪時,低調地說:“其實我們並不比同行聰明,只是我們更專注。”


“我大約在四五家國內的芯片公司工作過,死了好幾家,我就看它們怎麼死的。”胡黎強說,“目光短淺、一心賺快錢、急功近利。做IC,一定要卡好自己的位置,做好自己的技術。”


“低端很容易被抄襲,我們只有不斷創新,以更快的速度做產品研發,才有機會一直領先。”胡黎強說,“技術沒有突破就死了,只有一代一代不斷創新,把競爭者甩開。”


創業七年始終專注LED照明芯片,晶豐明源自主開發了去輔助繞組技術、內置線補償、PSR技術等,減少外圍電路同時讓PCB更簡單,節約下游廠家的外圍BOM成本同時提升電源生產效率,都是IC設計提高性價比的思路。


裝備:突破最薄弱的產業環節


“一代器件,一代設備。”事實上,集成電路產業制高點的競爭,歸根結底,是裝備製造業的競爭。當我們被“中國芯片進口費用超過石油”這一事實所震撼時,很少有人能清晰地洞察到,缺乏高精尖的裝備其實才是卡住中國集成電路產業的厄運之手。


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大約在2000年前後,當我國下定決心自主研發集成電路設備,尤其是像光刻機、刻蝕機這樣的核心設備時,很多人都和上海微電子裝備有限公司創始人賀榮明一樣自信滿滿、意氣風發。


“當我們剛開始做光刻機時,國內懂光刻機的只有50來人。”賀榮明說。從全球範圍來看,光刻機領域的龍頭老大是荷蘭阿斯麥爾(ASML),並已經佔據了高達80%的市場份額,壟斷了高端光刻機市場,其最先進的EUV光刻機(極紫外光刻機)售價曾高達1億美元一臺,且全球僅阿斯麥爾能夠生產。光刻機中最關鍵零件之一反射鏡,則由德國蔡司壟斷生產,其瑕疵大小僅能以皮米(納米的千分之一)計。全球還沒有第二家光學公司有此能力。


但即使是在這樣的情況下,上微硬是踩出了一條路。2010年,上微製造出了第一臺國產90納米光刻機,併成為國際上光刻機設備企業的第四名,僅次於阿斯麥爾、尼康、佳能之後。


2004年,被譽為“硅谷最有成就的華人之一”的尹志堯以60歲高齡回國創立中微,首先瞄準的就是離子刻蝕機的國產化。在美國時,尹志堯曾參與了美國幾代等離子體刻蝕機的研發,擁有60多項技術專利。即便如此,中微也用了14年時間才把刻蝕機賣到了國際市場,期間幾度浮沉,生死只在一線之間。


實際上,無論是哪一種設備,從樣機到量產,期間很長的一段路需要設備企業與下游芯片企業共同完成。“樣機需要進入生產線,不斷進行調試,最終成為生產線上能可靠、好用又具有成本優勢的產品。”尹志堯指出,這是一個大挑戰。


怎麼辦?中微的選擇是全新路線、全新工藝、全新機會,避開了以往金屬刻蝕的技術路線,全力攻克等離子介質刻蝕機,最終一舉打開國際市場。


上微選擇的是“沿途下蛋”。在掌握高端光刻機集成技術以及部分掌握核心部件製造技術的基礎上,上微先進封裝光刻機、平板顯示光刻機和OLED光刻機等“周邊”產品,實現了自我造血。


在這場極不對等的“戰爭”中,也不是全無突破。


就清洗設備而言,集成電路加工環節中超過三分之一工序是清洗,佔設備銷售市場的7%-8%。雖然市場不算太大,但盛美半導體瞄準這一細分領域佔得一席之地,並於2017年末登陸納斯達克,打破了15年來國際上沒有集成電路設備企業在納斯達克上市的沉寂。


在硅片清洗領域,盛美獨有的“SAPS”技術可以控制兆聲波能量在硅片面內以及硅片到硅片之間的非均勻度都小於2%,而目前在市面上的單片兆聲波清洗設備只能控制兆聲波能量非均勻度在10%-20%。至此,盛美在中國上海開發的SAPS和TEBO兩項技術解決了工業界清洗的難題,站在了清洗設備行業的技術制高點之上。2017年盛美銷售收入達到3650萬美元,同比增長33%,利潤近幾年來基本持平。


與盛美半導體創造具有差異化的專利技術不同,睿勵科學儀器從誕生之初就選擇了高舉高打、全方面研發佈局、正面艱難攻關的技術路線。


睿勵所選擇的細分領域是前段光學檢測設備,並且國內只此一家。技術上對標行業巨頭科磊,睿勵佈局光學測量(薄膜及OCD)設備、光學缺陷檢測設備、電子束缺陷檢測設備三類檢測設備產品,劍指7億美元的細分市場。


2008年3月,睿勵公司TFX1000送150毫米集成電路生產線建立並投入生產。2011年5月18日,自主創新研發的全自動光學膜厚測量設備——TFX3000送300毫米集成電路生產線建立並投入生產。


技術差異化、進入市場的時間節點及全球專利保護,成為集成電路設備企業的獨門“秘籍”。國產設備要在技術上獲得突破,應以市場為導向,研發“別出機杼”的技術,並尋找合適的市場切入點,快速進入國際市場。在單項技術的“單打冠軍”的突破上,中國企業有這樣的決心和毅力。


產業生態:日趨完善


作為“大國重器”,集成電路對於國家的戰略意義已經超過了普通的經濟範疇,產業的發展需要國家層面的持續投入,更需要洞悉科技產業發展的規律。


成立於2014年的國家集成電路產業投資基金(簡稱“國家大基金”)一期,募集資金超過1380億元,對集成電路行業內企業進行投資,充分發揮國家對集成電路產業發展的引導和支持作用。國家大基金採取公司制的經營模式,與以往的補貼模式有著本質的不同,並形成了完整的產業佈局,涵蓋了IC設計、IC製造-代工、IC製造-存儲、特色工藝、封裝測試、設備、材料及生態建設各個環節。


目前,國家大基金二期也已經啟動,募集資金超過2000億元,同時帶動地方資本投入。與此同時,科創板設立及註冊制改革帶來的資金“彈藥補給”,將極大助力集成電路企業的發展。


“現在中國集成電路行業進入三鏈(產業鏈、創新鏈、金融鏈)融合階段,未來十年是中國集成電路發展發展的黃金時期。” 中科院微電子所所長葉甜春表示,中國的集成電路產業開始形成技術體系和產業體系,產業生態正在慢慢建立。


“我們的設計、工藝、製造技術和國際還差一兩代,但是我們現在有自己的裝備、材料和工藝,有底氣多了,各個產業環節都能參與國際競爭。”


作為集成電路產業的“老牌重鎮”,浦東集成電路產業已覆蓋設計、製造、封裝測試、裝備材料等各環節,形成了一批國內龍頭企業和有潛質的“獨角獸”企業。


2018年浦東集成電路產業銷售規模首次突破千億,達到1066億元。2019年浦東集成電路產業繼續保持較快速度增長,實現銷售1220.79億元,佔全市的71.5%,同比增長14.5%。


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在規模擴增的同時,浦東集成電路技術能級不斷提升。紫光展銳發佈5G 通信技術平臺“馬卡魯”及其首款5G基帶芯片“春藤510”。上海兆芯發佈新一代16nm3.0GHz CPU產品,是國內首款主頻達到3.0GHz的國產通用處理器。平頭哥完成AI推理芯片含光800和RISC-V處理器玄鐵910芯片的研發和商用。


此外,中芯國際14nm工藝製程芯片實現量產;上海華力28nm實現大規模量產;上海新昇12英寸大硅片實現批量供貨;盛美單片槽式清洗設備研發成功,預計硫酸用量減少90%。


隨著《浦東新區促進重點優勢產業高質量發展若干政策》正式公佈,浦東集成電路目標已定,未來可期。


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