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芯片制造“霸權”更迭史

2020-12-31
來源:半導體行業觀察

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

  自從上世紀50年代誕生集成電路以來,先由美國引領,歐洲緊隨其后發展,然后就是1970年代日本的快速崛起,之后被美國打壓,一蹶不振到現在(這里主要指芯片制造,在半導體產業鏈上游的材料和設備方面,日本的競爭力還是非常強的),與此同時,韓國在1990年代趁機崛起。而進入新世紀之后,中國大陸的芯片制造業得到快速發展,也開始在全球芯片制造競爭當中占有一席之地。而自從1980年代開創晶圓代工商業模式以來,中國臺灣地區的芯片制造業就一直穩定發展,且在全球市場始終穩健前行。

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

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  1990-2000年

  從圖1中可以看出,在這10年當中,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。相互之間的差距不大。

  美國

  作為集成電路技術的發源地,在1990年代以前,美國是全球半導體與集成電路制造業的領導者。然而,美國半導體發展并不是一帆風順的,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、超大規模集成電路、個人電腦、智能終端等發展,美國不是技術發明者就是行業領導者?!暗谝豢町a品”意味著開拓無人占領的新興市場,也意味著對后來者設定市場準則。因此,作為半導體游戲規則制定者與裁判,這種雙重身份使得美國在半導體發展史上展現出了超強實力。這也正是其在1990年代能夠在半導體制造領域保持競爭力的重要原因。

  歐洲

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

  中國臺灣地區

  自1987年臺積電首創晶圓代工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。隨著產業發展與技術提升,1990年代在該領域具備了很強的競爭力和很高的市占率。

  實際上,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低端加工起步,積累了大量知識與技術。1980年代末,抓住美國逐漸轉向Fabless 模式推行全球縱向分工的機會,將利潤不高、投資金額大的芯片制造、封測轉進臺灣島內,使其在設計、制造、測試和封裝這四個環節都有相應發展,為后來的技術提升打下了良好的基礎。

  到1990年代末期,隨著全球貿易的進一步深化,中國臺灣憑借相對廉價的勞動力優勢,以客戶為導向的晶圓代工模式快速興起,臺積電、聯電等臺灣本地區晶圓代工企業崛起,此后,臺灣半導體產業發展迅速,分工也越來越明確,如聯發科和晨星做芯片、臺積電和聯電專注于晶圓代工,日月光、精材做封裝等,逐步擴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業為核心的政策,扶持了眾多科技公司,威盛電子、聯電、富士康均在此期間成立。而臺灣地區的電子產業涉及手機、電腦、LED、電子組裝等,整個產業鏈非常完善,相關公司眾多,給半導體企業發展和崛起(特別是芯片制造業)提供了良好土壤。為了支持半導體產業的發展,中國臺灣建立了世界上第一個由政府主導成立的科技產業園區——新竹科技產業園。

  日本

  1950年代,日本半導體業就開始跟隨美國發展了,1970-1986年為黃金期。1986年,全球排名前10半導體公司中有6家來自日本,前三強為日本電氣、日立和東芝。當時,日本DRAM市占率達80%,反超美國成為全球半導體第一強國。對此,當時的美國政府迅速做出了戰略調整,推出了包括最為著名的《美日半導體貿易協議》(The U.SJapan Semiconductor Trade Agreements)與SEMATECH 聯盟(美國半導體科技與制造發展聯盟)。在美國的打壓下,日本半導體業開始走下坡路,逐漸沒落?,F今,已經沒有一家日本企業專注于DRAM了。

  那之后的1990-2000 年,是日本半導體制造業盛宴的尾聲,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)研制并生產出韓國第一臺真空管收音機,這被認為是韓國電子半導體產業的開端。

  發展到1970年代,韓國半導體組裝業在美日企業的帶動下,已經取得了一定的成績,出口貿易中電子工業的比重持續擴大。

  1981年,韓國政府為推動集成電路產業發展,制定了“半導體工業育成計劃”,加強了對集成電路產業技術的開發。政府還頒布了半導體產業的基礎性長期規劃(1982-1986)。而韓國工商部下屬的電器電子工業局的局長所領導的工作小組提出“1981年計劃”,該計劃具體明確了需要大力發展的四個領域:超大規模集成電路、計算機、通信設備和電子部件。在半導體領域,該計劃偏向晶圓制造,而不是測試和封裝,并確立了將大規模生產內存芯片用以出口而不是滿足國內需求的戰略。由于得到政府的大力支持,三星、現代等都宣布大舉參與超大規模集成電路的生產,尤其是DRAM。

  1980年代,DRAM芯片價格不斷下探,但三星逆周期投資,繼續擴大產能,并開發更大容量的DRAM。1987年,行業出現轉折,美國政府發起針對日本半導體企業的反傾銷訴訟,很快,DRAM價格回升了,三星開始盈利。之后就一路高歌猛進,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。

  2000-2010年

  從圖1中可以看出,在這10年內,中國大陸異軍突起,在全球芯片制造領域占有了一席之地。之所以如此,得益于在這之前的產業發展和政策推動。

  1965年,中國第一塊硅基數字集成電路研制成功,開創中國集成電路產業史;1982年,無錫742廠從東芝引進電視機集成電路生產線,這是中國第一次從國外引進集成電路技術;1985年,我國第一塊64K DRAM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,上海華虹集團與日本NEC合資組建上海華虹NEC電子有限公司,承擔“909”工程超大規模集成電路生產線建設任務;1998年,華晶與上華簽定合作生產MOS晶圓合約,中國大陸開始進入Foundry時代;2000年,中芯國際成立。

  政策方面,1982年,國務院成立電子計算機和大規模集成電路領導小組,制定了中國集成電路發展規劃,提出“六五”期間要對半導體工業進行技術改進;1989年,當時的機電部在無錫召開“八五”集成電路發展戰略研討會,提出振興集成電路的發展戰略;1990年,國務院決定實施“908”工程;1995年,國務院決定實施集成電路“909”工程,集中建設我國第一條8英寸產線。

  自2000年以來,我國國務院和相關部委陸續出臺了一系列促進集成電路產業發展的相關政策。特別自2014年,國家出臺《國家集成電路產業發展推進綱要》,明確規劃了未來國家繼承電路發展的階段和目標,在那之后,各地方也響應國家政策,出臺了一系列地方性集成電路產業促進政策,集成電路產業發展迅猛。

  2010-2020年

  從圖1中可以看出,在這10年,韓國芯片制造規模進一步壯大,明顯超過了所有其它地區。與之相反,歐洲芯片制造明顯萎縮,全球市占率下降到了1%,這主要是因為歐洲幾乎沒有20nm以下的先進制程工藝,生產的大多都是采用40nm及以上制程工藝的模擬芯片。

  歷經近60年的發展,韓國已經成為全球半導體制造行業的佼佼者。2011 年,韓國半導體市占率達到了16%,第一次超越日本,成為僅次于美國的第二大半導體強國。在存儲市場, 三星、SK海力士在DRAM和NAND Flash領域市場份額連續多年全球領先。繼存儲器業務方面占據統治地位之后,以三星為代表,韓國在智能手機應用處理器、晶圓代工等業務也躋身全球頂尖行列。

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

  同樣是在2017 年,韓國半導體制造迎來了又一個歷史巔峰,全球前十名半導體企業榜單中,三星和SK海力士營收規模均進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海力士兩家企業總營收高達875.2億美元,占全球半導體總產值的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能重心向亞洲轉移,中國大陸晶圓產能占比逐步提升,而美國半導體制造業產能在全球占比已從1980年的42%降至1990年的30%,到2018年,這一數字僅為12.8%。截至2018 年,韓國、日本、中國大陸、臺灣地區產能占比分別為21%、17%、13%和22%。其中,中國大陸晶圓產能占比從2011年的9%提升至2018年的13%。

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

  2020-2030年

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

  除了半導體產業逐漸向中國轉移這一因素之外,半導體業與宏觀經濟的強相關性也在逐漸加強,中國大陸每年約6%的GDP增速,是芯片制造強有力的發展保證。

  另外,中美貿易摩擦堅定了我國自主發展半導體產業的決心。2018 年以來,我國在半導體關鍵技術領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,直接導致國內科技企業受到較大沖擊。未來,中美貿易摩擦在較長時間內都將呈現反復拉鋸的趨勢,而國內自上而下,從政府各部門到企業,都已經明確了發展核心技術的方向,其中半導體是重中之重。

  國產化替代已成為我國半導體產業發展契機,以華為為例,2018年核心供應商共有92家,其中大陸廠商22家,臺灣地區廠商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家關聯企業列入實體名單影響,華為轉而注重國內市場的開發和產業生態建設。這些成為了帶動中國大陸半導體制造在下一個10年快速發展的序幕。

 

  編輯觀點:在過去的三十年中國大陸的在芯片制造領域從無到有,直到現在的占據一席之地,得益于過去產業發展和國家政策的推動,更依賴無數研究人員的貢獻。而未來的十年,在當前的國際背景下,我們更需要加緊半導體產業的自主研究,國產化替代勢在必行。再有一個高期待、高目標的同時,需要更多的政策推動,需要國內企業更多的配合。

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