十年為期，國產半導體制造前景展望

薛山

制造是芯片產業的薄弱環節，14nm或成“造血”關鍵

14/28nm的營收占比有著明顯的提升

半導體產業格局是比較明晰的，首先是英特爾、三星、德州儀器等起步很早的傳統企業，采用了從設計、制造到封測一把抓的IDM模式，這種模式的優點就是把控全局，但缺點是回報率較低且投資巨大，因此順勢發展出海思、高通、聯發科為代表的無工廠芯片設計商，和臺積電、格芯、聯電以及中芯國際等制造代工廠，再加上日月光、長電科技等封裝測試廠商，整個產業呈流水線形態，企業間各司其職共同出力。

而在這三大環節當中，芯片設計已有海思在前鋪路，長電科技也位居封測領域市占率的全球第三，最薄弱的環節也就是制造，這也是國務院頒發通知的關鍵原因。而中芯國際作為目前國內芯片制造的龍頭，剛剛實現了14nm制程的量產，目前以6%的市場份額排名全球第五。芯片代工制造這個行業有幾個特點，其一是圈子小，全球其實總共也就五大家;其二是廠商之間的差距大，臺積電一家就占了半壁江山，考慮到排名第三第四的格芯/聯電已經放棄12nm以下制程，這意味著未來數年內就是臺積電、三星和中芯國際的技術博弈。

雖然從消費者角度來說關注重點一定是在最高端的制造工藝上，比如手機SoC和PC CPU采用的7nm甚至今年即將到來的5nm，但從企業營收構成來說并不是這樣，在5G、物聯網、汽車等快速增長的行業，大多數芯片設計依靠的是12/14nm甚至16nm制程工藝，所以中芯國際需要在利潤尚且豐厚的12/14nm上快速提升產能以實現造血能力，并反哺到更先進工藝的研發當中，才能夠實現真正加入“三巨頭”的這個“小目標”。

華為/榮耀已成為中芯國際的服務對象

從中芯國際2020年第二季度財報來看，營收9.38億美元環比增長4%，同比增長19%，毛利2.49億美元，環比增長6.4%，同比暴增64.5%，其中值得關注的就是14/28nm先進制程的營收占比達到了9.1%，而去年同期的占比僅3.8%，同時聯席CEO梁孟松提到在5月的時候14nm產能提升到了6000片晶圓/月，年底有望達到15000片晶圓/月，而目前的主要服務客戶就是華為麒麟710A SoC，代表機型為榮耀Play 3、華為暢享平板2等產品，造血能力的增加有目共睹。

單晶硅半導體天花板已出現，高端制造業追趕時機到來

那么，可能很多人還是會關心一個問題：中芯國際能不能超過臺積電？成為世界領先者。答案其實是復雜的，首先大家要認識到一個現實，那就是半導體制程的天花板已經出現了，目前大家看到的納米制程與其說是制程，不如說是商標，因為它與實際制程并不相關。從技術層面來說，單個單晶硅晶胞邊長就超過了0.5nm，再先進的光刻+刻蝕也不可能留下完整的單層硅原子，再加上實用還需要各種功能層，以及超小型器件不得不考慮的量子隧穿效應，單晶硅材料已經讓目前半導體工藝的未來肉眼可見。

中芯國際今年量產的14nm與目前最先進的5nm存在10nn、7nm這三個代差，但比2018年28nm與當時最先進7nm之間的四個代差已經縮短了一個，這意味著受制于單晶硅材料半導體天花板，領跑者的腳步已經在放緩，最關鍵是單晶硅因其極其出色的性能和豐富的礦產資源，想要找到同等性價比的替代品難度很大，而且現有半導體產線設備全都是為單晶硅晶圓加工設計，換材料意味著現有設備全都要淘汰并重新研發，全球代工企業將回到同一起點。所以，在單晶硅半導體的基礎上，中芯國際追上臺積電只是時間問題，而如果想要超越就必須切換材料，這也是為什么基礎學科的建設力度必須跟上的原因。類似的案例在汽車領域就有比較明顯的表現，燃油汽車國產車企始終是追趕者，但在新能源時代就能實現技術獨立，差距立馬縮短。

當然，這一切建立在國家支持力度充足，以及對配套設備的研發效率跟上的大前提下，前者自然沒有什么問題，重點在于后者。芯片制造流程有三大核心設備，分別是光刻機、刻蝕機和薄膜沉積設備，光刻機目前是荷蘭ASML一家獨大，它的精度直接決定了元器件的光刻尺寸和密度，這是半導體制造國產之路上最硬的一塊“骨頭”，目前的差距還比較大，需要較長時間來突破。而刻蝕機的作用是對光刻得到的圖案進行加工，而且加工精度要求很高，其重要性不言而喻，好在刻蝕機方面國產技術跟上了全球步伐，早在2017年中微半導體就已經實現了5nm等離子刻蝕機量產并供貨臺積電、三星、中芯國際等代工廠。而薄膜沉積設備方面，北方華創則領先國內，但基本還處于28nm級別，所以依然有一定的差距，至于其他設備，如離子注入機、拋光機和清洗機等也面臨類似的情況，可以說依然需要時間來追趕。

中芯國際在大陸總共有7座晶圓廠

編輯觀點

中芯國際可以說是一面鏡子，反映出來的是目前國家建設半導體產業的決心，而且從目前來看它也確實在正確的道路上不斷前行，但同時大家也要清楚地認識到差距的存在，有的差距甚至需要以十年為單位，不是喊喊口號、打打雞血就能快速彌補的。好在國家調控政策的落實讓半導體產業從基礎人才到財政補貼、免征稅收等各方面都有了切實的方案，再結合原本就跑在最前頭的5G等新領域，國產半導體的高速發展時刻或許就在眼前！