近期芯片產(chǎn)業(yè)成為全民關(guān)注的焦點(diǎn)，民眾對(duì)國(guó)內(nèi)的芯片產(chǎn)業(yè)寄予厚望，期待能夠突破技術(shù)封鎖，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)。
由于大家對(duì)芯片的應(yīng)用場(chǎng)景比較陌生，因此很難對(duì)國(guó)內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀有客觀認(rèn)識(shí)，對(duì)國(guó)內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)的真實(shí)實(shí)力一直爭(zhēng)論不休。本文依據(jù)國(guó)內(nèi)政府部門和相關(guān)機(jī)構(gòu)的研報(bào)，讓大家對(duì)國(guó)內(nèi)芯片行業(yè)有一個(gè)客觀的認(rèn)識(shí)。
首先給一個(gè)概述：國(guó)內(nèi)IC市場(chǎng)規(guī)模大，自給能力不足；中低端產(chǎn)品發(fā)展迅速，細(xì)分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，核心技術(shù)受制于人。
我國(guó)是世界工廠，承接了全世界電子產(chǎn)品的加工制造，每年需要大量進(jìn)口芯片。芯片已經(jīng)超過原油，成為我國(guó)進(jìn)口的第一大品類。
雖然擁有如此龐大的市場(chǎng)，但由于芯片產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)，每個(gè)環(huán)節(jié)均有不小的技術(shù)難度，導(dǎo)致我國(guó)芯片自給能力弱，截至2018年，自給率在15%左右。在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的多數(shù)環(huán)節(jié)，我們與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)之間存在巨大差距，這也是自給率不足的重要原因。不過經(jīng)過多年發(fā)展，我們?cè)谝恍┘?xì)分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了突破，達(dá)到先進(jìn)水準(zhǔn)，如海思的手機(jī)處理器等。
按照產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)劃分，具體可以分為設(shè)備、材料、IC設(shè)計(jì)、晶圓代工、封裝測(cè)試五個(gè)領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域都有一定的門檻，下面分別介紹每個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展情況。
一、材料
芯片實(shí)際就是搭建了集成電路的硅片，制造芯片，首先要有硅片。先進(jìn)芯片的制程已到了納米級(jí)別，這就對(duì)硅片的純度和平整度有極高要求，因此制造硅片并不容易。
制造硅片大概需要以下三個(gè)步驟：純化、拉晶、切割。主要難度在拉晶這個(gè)環(huán)節(jié)，拉晶就是將純化得到的多晶硅融化，用單晶硅種接觸液面表面，然后旋轉(zhuǎn)拉升，得到單晶硅柱。做出的晶柱越粗，可切出的硅片直徑越大，芯片制造時(shí)的效率就會(huì)更高。
主流的硅片為8寸和12寸兩種，國(guó)內(nèi)做的比較好的是新昇半導(dǎo)體和中環(huán)股份，去年底時(shí)新昇半導(dǎo)體的12寸硅片已經(jīng)通過中芯國(guó)際認(rèn)證，這個(gè)領(lǐng)域未來國(guó)產(chǎn)替代的空間很大。
除硅片外，芯片制造過程中還需要用到電子氣體、靶材、工藝化學(xué)品、光刻膠、光刻膠除膠劑、CMP、掩模板等材料。
我國(guó)廠商在濺射靶材、研磨液上有所突破，但大多數(shù)材料仍需依賴進(jìn)口。涉及相關(guān)業(yè)務(wù)的國(guó)內(nèi)上市公司有：南大光電、雅克科技、中環(huán)裝備（電子氣體）；南大光電、晶瑞股份（光刻膠）；江化微、晶瑞股份（電子化學(xué)品）；鼎龍股份（CMP）；江豐電子、有研新材（靶材）。
二、IC設(shè)計(jì)
IC設(shè)計(jì)類似于做圖紙，設(shè)計(jì)師根據(jù)系統(tǒng)、邏輯與性能的要求,制作具體物理版圖的過程。有些企業(yè)會(huì)將制作的圖紙交給代工企業(yè)制造，有些則擁有自己的制造廠，網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)通信芯片的主要設(shè)計(jì)商ARM、華為海思、高通等屬于前者，而Intel、三星等屬于后者。
IC根據(jù)功能的不同，可以分為多個(gè)子類：
1、存儲(chǔ)器：這塊主要被韓國(guó)的三星、海力士和美國(guó)的美光壟斷，最近幾年存儲(chǔ)器漲價(jià)讓幾家巨頭賺翻了。存儲(chǔ)器國(guó)產(chǎn)化率非常低，我國(guó)最近幾年在存儲(chǔ)器領(lǐng)域投入巨資，最具有代表性的是紫光集團(tuán)旗下的長(zhǎng)江存儲(chǔ)，未來有可能會(huì)打破國(guó)外的壟斷，但還需要時(shí)間來驗(yàn)證。
2、微處理器：在PC端，國(guó)產(chǎn)實(shí)力較弱，暫時(shí)沒有能力實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代；在移動(dòng)端，華為海思已經(jīng)可以設(shè)計(jì)出世界先進(jìn)水平的處理器，而紫光展銳的中低端處理器已經(jīng)成功應(yīng)用于許多手機(jī)廠商。不過無論海思、展銳還是高通、蘋果，設(shè)計(jì)芯片時(shí)都使用了ARM的架構(gòu)，ARM是這個(gè)領(lǐng)域的隱形霸主。
3、微控制器：MCU廣泛運(yùn)用在多個(gè)領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)高端市場(chǎng)被國(guó)外廠商占據(jù)，國(guó)內(nèi)僅有中穎電子和兆易創(chuàng)新在中低端MCU領(lǐng)域迅速實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，主要是鋰電池管理芯片，小家電主控芯片等。
4、數(shù)字信號(hào)處理器：這塊同樣被國(guó)外壟斷，國(guó)內(nèi)僅在軍用領(lǐng)域有一些突破，民用領(lǐng)域差距很大。
5、模擬電路：與國(guó)際巨頭差距明顯，且追趕難度巨大。
三、制造
有些芯片公司只做設(shè)計(jì)（Fabless），并沒有自己的工廠（Foundry），因此要找制造企業(yè)代工。臺(tái)積電是全球Foundry中的絕對(duì)霸主，一家拿到了50%的份額，臺(tái)積電先進(jìn)制程的開發(fā)進(jìn)度幾乎決定了行業(yè)的發(fā)展速度。目前臺(tái)積電已經(jīng)試產(chǎn)了5nm，三星為了與臺(tái)積電競(jìng)爭(zhēng)，稱要研發(fā)3nm制程。大陸工廠與臺(tái)積電的差距大約在2代以上，最先進(jìn)的中芯國(guó)際今年一季度剛剛可以量產(chǎn)14nm制程，目前正抓緊攻克12nm；至于排行老二華虹半導(dǎo)體，距離先進(jìn)制程仍有距離。
另外也有一些芯片企業(yè)采用了IDM模式，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)江存儲(chǔ)自建了存儲(chǔ)器晶圓生產(chǎn)線，制造工藝同樣較為先進(jìn)。
四、封裝測(cè)試
封測(cè)是集成電路產(chǎn)品的最后一段環(huán)節(jié)，技術(shù)相對(duì)容易。封裝和測(cè)試是兩道工序，封裝是把電路包起來，外部留出接觸的pin腳；測(cè)試則是檢測(cè)芯片的性能滿足設(shè)計(jì)要求。
國(guó)內(nèi)封測(cè)領(lǐng)域有三大龍頭，分別是長(zhǎng)電科技、華天科技和通富微電，三家均進(jìn)入了全球封測(cè)行業(yè)的前十，2017年時(shí)三家總共占了全球封測(cè)市場(chǎng)份額的19%。得益于2015年收購(gòu)了國(guó)際封測(cè)巨頭星科金朋，長(zhǎng)電科技無論技術(shù)還是規(guī)模均牢牢占據(jù)國(guó)內(nèi)第一位?？上咄滔蟛①?gòu)后并沒有給長(zhǎng)電科技帶來現(xiàn)金回報(bào)，星科金朋2015-2018年累計(jì)虧損了20.73億，也是非常難受。
光刻機(jī)的技術(shù)難度最高，目前被荷蘭廠商ASML壟斷。EUV是先進(jìn)制程IC制造的重要設(shè)備，目前僅有ASML可以制造，筆者認(rèn)為EUV是人類科學(xué)史上的奇跡，短期國(guó)內(nèi)在這個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破的可能性幾乎為0。
另外一個(gè)比較重要的設(shè)備就是刻蝕機(jī)，刻蝕設(shè)備的難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于光刻機(jī)，準(zhǔn)備在科創(chuàng)板上市的中微公司的等離子體刻蝕設(shè)備已被廣泛應(yīng)用于從65nm到7nm 的IC加工制造及封裝。另一個(gè)國(guó)產(chǎn)IC設(shè)備龍頭則是北方華創(chuàng)，北方華創(chuàng)的優(yōu)點(diǎn)在于全面，目前可以制造等離子刻蝕、物理氣相沉積、 化學(xué)氣相沉積、氧化/擴(kuò)散、清洗、退火等半導(dǎo)體工藝裝備。
可以說在芯片設(shè)備領(lǐng)域，除光刻機(jī)外均有所突破，未來也是國(guó)產(chǎn)替代的重點(diǎn)。
六、總結(jié)
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)，全球分工分散，沒有任何一個(gè)國(guó)家具備完全自主制造先進(jìn)芯片的能力。當(dāng)對(duì)手用違背商業(yè)精神的招式來限制我們時(shí)，任何一個(gè)企業(yè)都難以招架。不過我們要相信：
道阻且長(zhǎng)，行則將至。
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