据报道,美国在全球芯片制造产能中所占的份额从1990年的37%下降到了2020年的12%,而欧洲在此期间下降了35个百分点,降至9%。中国大陆的市场份额从几乎没有扩大到15%,这一数字预计在未来十年将增长到24%。
巨大的市场和成长潜力,帮助中国大陆成为全球范围内外国半导体投资的主要目的地。数据显示,自2015年以来,中国大陆半导体行业已经宣布了约84个外国直接投资(FDI)项目,其中44%在制造业。美国同期吸引了45个外国半导体项目,其次是印度(37个),英国(36个)和中国台湾(29个)。
晶圆产能向中国转移
在中国各级政府的支持下,半导体产业正在向许多地区扩展,其中,制造业主要集中在三大地区:中西部地区(如西安,成都,武汉等)专注于存储芯片和专用设备;环渤海地区(北京、天津和大连)专注于半导体制造和设备;长三角地区(南京,上海、无锡等)专注于设计,制造,OSAT和设备。
在过去十年中,中国的IC产业发展迅速。2011至2019年之间的年均增长率为18%。2019年,中国IC产业销售总额达到7560亿元,比上年增长16%。与此同时,中国IC产业的结构正在优化,IC设计,制造,封装和测试的比例为4:3:3,在全球范围内,半导体业成熟、发达地区的这一比率是3:4:3,中国大陆正在逐步接近该比率。
近些年,半导体晶圆厂正在从美国和日本转移到韩国,中国大陆和中国台湾。据SEMI统计,2000年,美国和日本的综合半导体生产能力占世界总量的57%。当时,中国大陆的产能仅为2%。但是,到2010年,中国台湾和韩国的半导体制造业蓬勃发展,即使在那个时候,中国大陆仍然只有9%。但是在2019年,在产能扩张政策和新投资的推动下,中国大陆增长了17%。但是,它们中的40%是150mm及以下的小直径晶圆。中国大陆将继续提高生产能力,到2021年将超过中国台湾,成为全球最大芯片制造市场。
从晶圆尺寸的产能来看,截至2019年,中国大陆300mm晶圆占比已增长至12%,200mm晶圆达到15%,150mm以下的占29%。自2017年以来,中国已建成39个半导体晶圆厂。在这些工厂中,有35家为中国独资工厂,其余为外资独资工厂。中国大陆拥有世界上进行中最多的半导体晶圆厂建设项目,目前有57个晶圆厂正在运营,有26个晶圆厂正在建设或计划中,其中300mm晶圆厂为19个,200mm的有7个。
晶圆厂建设提速
近两年,无论是外商投资,还是本土企业,中国大陆的晶圆厂建设速度越爱越快。特别是在全球缺货的当下,产能扩充的紧迫性更加突出。
就省市而言,作为半导体重镇,上海公布的2020年重大建设项目清单中,在集成电路方面,包括华力微电子300mm晶圆先进生产线建设,中芯国际300mm晶圆SN1项目,积塔半导体特色制程项目等已在建。另外,在张江科学城举行的重点项目集中签约中,还包括聚辰股份总部、上海华岭高端集成电路测试平台等项目。
上海是中国大陆芯片制造的重中之重。今年2月,上海市发改委公布了2021年上海市重大建设项目清单,其中,半导体成重头戏,有几个重点项目特别值得关注,如上海集成电路产业研发与转化功能型平台,格科半导体300mm晶圆CIS集成电路研发与产业化项目等。
格科半导体300mm晶圆特色工艺线项目总投资约155亿元,预计2024年竣工,将建设一座300mm、月产6万片的芯片厂,建造300mm晶圆CMOS图像传感芯片特殊工艺制造生产线(包含CMOS图像传感芯片的BSI和OCF两大特色工艺)。
此外,还有华力微电子300mm晶圆先进生产线建设、中芯国际300mm晶圆SN1项目、积塔半导体特色工艺生产线。其中,中芯国际300mm晶圆SN1项目由中芯南方负责实施,总投资90.59亿美元,规划月产能3.5万片,工艺技术水平为14nm及以下,是中国大陆第一条FinFET工艺生产线,也是中芯国际14nm及以下先进工艺研发和量产的主要承载平台。
积塔半导体特色工艺生产线项目总投资359亿元。根据规划,该项目目标是建设月产能6万片的200mm晶圆生产线和5万片的300mm晶圆特色工艺生产线。产品重点面向工控、汽车、电力、能源等领域。
嘉兴则在半导体细分领域发力,2020年3月,嘉兴75个项目集中开工,有6个项目涉及半导体产业,包括氮化镓射频与功率器件生产基地项目,新建年产IGBT功率器件200万件项目、新华三集团(H3C)电子信息产业园项目、5G通信用核心射频元器件扩能及测试环境建设项目等。
就公司而言,联电于2020年2月宣布的厦门工厂二期项目总投资为35亿元;Tower宣布于2020年建造一座300mm晶圆代工厂;在广州,Can Semi项目的第二阶段(300 mm 65-90 nm模拟IC)计划投资65亿元;YMTC项目的第二阶段扩建工作于2020年6月开始,建成后,每月可增加20万片晶圆的产量;中芯国际于2020年8月在北京成立了一家合资公司,专注于28nm,投资76亿美元,其在深圳投资的300mm晶圆厂预计在2022年投入生产;Nexchip也投资了170亿元人民币,在合肥建设300mm晶圆厂。
半导体设备需求旺盛
随着晶圆产能向中国大陆转移,晶圆厂建设提速,对半导体设备的需求也水涨船高。美国最大的半导体设备制造商应用材料2020财年数据显示,该财年的营收为172亿美元,其中,来自中国大陆的营收达到54.6亿美元,占比31.7%,而且连续5年增长。中国大陆超过韩国和中国台湾,成为世界最大的半导体设备市场。
另外,美国半导体设备公司泛林2020财年营收100.45亿美元,中国大陆市场贡献了31%的营收,超过韩国成为其最大营收市场。日本东京电子2021财年前两个季度来自中国大陆的营收达到1530亿日元,占到其营收的24%,2021财年前两个季度来自中国大陆的营收已经超过韩国,成为其营收最大市场。此外,ASML的DUV光刻机营收最大市场也是中国大陆。
从半导体设备销售情况可以看出,世界芯片制造正快速向中国转移,这个趋势延续下去的话,中国会在不久的将来制造世界1/3以上的芯片。
隐忧
虽然中国大陆芯片制造业发展得如火如荼,但在繁荣背后,也有隐忧,主要体现在核心技术和设备难以自给,以及本土企业的产能与跨国企业在中国大陆的晶圆厂产能相比,还有很大差距,且这一差距很可能会拉大。
以IC Insights的报告来看,在中国及亚太地区,IC市场份额不断增长的长期趋势是不可改变的。预计中国和亚太地区在全球IC市场的合并份额将从2020年的63.8%增加到2025年的68.1%,在此期间的复合年增长率为9.4%。
自2005年以来,中国一直是IC的最大消费国,但中国现在不一定是IC的主要生产国,将来也不一定。2020年在中国销售的1434亿美元IC中,在中国生产的IC仅占15.9%,约227亿美元。其中,总部位于中国的公司的总产值仅为83亿美元,仅占该国去年IC市场总量的5.9%。在中国拥有晶圆厂业务的非本土公司(如台积电,SK海力士,三星,联电等)仍占了中国IC产量的大部分。
另外,中国大陆缺乏本土的非内存 IC技术,鉴于当今中国公司IC生产和技术的起点较低,并且购买先进的半导体制造设备的难度越来越大,IC Insights认为,在未来十年内,中国在实现芯片(内存和非内存)自给自足的目标方面,不可能取得重大进展。