追上台积电,中芯国际还有多久的路要走?

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作者 | 太浪
起原 | 杭派工程师,已获授权

“拥有晶圆厂,才是真汉子。”

PC芯片二号厂商AMD创始人Jerry Sanders在晶圆厂开办初期说过如许一句话。

固然他后来被人冷笑“打脸”——因为AMD是在抛却晶圆厂,拥抱台积电,从IDM转向没有晶圆厂的Fabless后,才拥有了能够叫板Intel的实力,但弗成否认晶圆代工的价格。

芯片制造分为三个环节:芯片设计、晶圆代工、封装测试。

晶圆代工处于芯片财富链的中游,按照上中游是否集成,芯片行业分为两种模式:

一种是IDM模式,指笼盖从芯片设计、制造到发卖悉数流程的公司,典型代表是英特尔、三星。 

另一种是垂直分工模式,跟着半导体财富链的专业化分工,降生了专注于芯片设计的Fabless(如高通、博通、赛灵思、英伟达等)、专注于晶圆代工的Foundry(台积电、联电、格罗方德、中芯国际等),以及封装测试企业。

由此可见,晶圆代工殊为主要。近日中芯国际上岸A股,搅得资源市场大起大落,各色人等心怀各异。在当下,再也没有比中国芯更能刺激国人心理和资源情绪了。

那么,中芯国际会是下一个台积电吗?



这两周,芯片厂商在全球资源市场玩得真是心惊肉跳。

上周五(7月24日),当Intel公布7nm芯片制程良率不及预期、将延期6个月,比最初的内部方针晚 12 个月,考虑将部门 7nm 芯片制造外包给第三方代工场以包管产物实时供给给客户的新闻后,股价暴跌16.24%、市值一日蒸发415亿美元。

前日(7月27日),有新闻传出,台积电已拿下Intel这个大单,后者向台积电预定了2021年18万片6nm芯片产能。台积电经由两个生意日(上周五、本周一),市值骤增700多亿美元。今日,台积电市值更是反超英特尔。

而两周前(7月16日),中芯国际在A股上市,创下多个“第一”:

成为A股10年来融资规模最大的IPO,科创板首家回来A股的境外已上市红筹企业,19天过会、仅用一个半月时间正式上市,本年以来募资金额最多的公司(首发募集资金达532亿元)…… 按市值较量,中芯国际还成功跻进中国科技股前五名。

是以,当华为遭台积电断供后,由中芯国际实现“国产替代”的声浪日益高涨。

但中芯国际能接住吗?

台积电是目前世界上最大的晶圆代工场商,自2014年拿下苹果订单后,市场占有率就一向跨越50%。

据市场研究机构Counterpoint Research的申报,台积电已为华为代工的芯片包含:手机芯片——麒麟1020(5nm制程)、麒麟980(7nm制程)和麒麟990(7nm制程,已用于华为P40),5G基站芯片“天罡”(7nm制程),办事器芯片——鲲鹏920(7nm制程)、人工智能芯片昇腾910(7nm制程)以及昇腾310(12nm制程),涉及制程包罗12nm、7nm、5nm。

中芯国际是中国大陆最大的晶圆代工场商、全球排名第四。今朝仅能实现14nm制程芯片量产。并且,直到本年1月份,才因为华为在国外遭遇重大挫折而获得海思14nm制程的订单。

所谓芯片制程,能够简洁懂得为,用来表征集成电路尺寸巨细的一个参数。

参数值越小,透露制程工艺越进步,芯片机能更高、功耗更低。

对于现代半导体晶体管这么小的电路构造来说,制程越进步,电子从一极到另一极所流经的距离就越短,晶体管回响就越敏捷;同时,晶体管的整体体积也越小,意味着在同样巨细的面积内能够集成更多电路,做出更复杂的高机能设计……

是以,更大尺寸的晶圆及更进步的制程工艺是芯片制造商竞逐的方针。

现在,台积电进步制程的斥地进度几乎决意了行业的成长速度。中芯国际与台积电隔了3个手艺代差。也就是说,即使华为这条“大鱼”喂到中芯国际嘴边,它也吃不下。

 

 

曾几许时,二者之间的差距并没有这么大。

中芯国际是带着光环出生的,只是在履历了历久的专利诉讼、创始人去职等事件,以及公司计谋调整后,才掉队至此。

中芯国际是“中国半导体之父”张汝京于2000年开办,是中国大陆最早供应0.18微米手艺的晶圆代工场商。

张汝京本籍南京,长在台湾,曾为美国德州仪器公司效力20年,是位建厂高手。台积电创始人张忠谋曾任德州仪器副总裁,与张汝京是上下级关系。

从1990年起,张汝京率领团队先后在中国台湾、意大利、日本、泰国、新加坡等各地介入治理和建厂,每处停留2、3年,待工场步入正轨便脱离,走向下一个“建厂轮回”。

1997年,因德州仪器终于决意完结DRAM财富,张汝京去职,返回台湾,开办“世泰半导体”,成为继台积电、联华电子之后的台湾第三家晶圆代工场商。同年,台积电在纽交所挂牌上市。

“世泰半导体”成立短短三年即实现了盈利,产能跨越台积电的1/3。随后,台积电、联电纷纷提议收购邀约,最终,台积电出价50亿美元将“世大”收至麾下。

一向有在大陆建厂心愿的张汝京之后便到了上海,52岁时,开办中芯国际。公司注册在开曼群岛,并以此为平台募集资金,及以外商投资的身份在上海设厂,项目第一期募资14亿美元,股东有国外华人、国外VC、国外投资银行以及国内企业。

芯片制造企业对资金的需求很大一部门来自于试验和生产设备,这些设备均产自国外,需要进口。但因为欧美国度对中国大陆实施进口设备及高端逻辑手艺封闭,出口许可证可欠好申请,但中芯国际做到了,因为外商投资者的关系。

2001年9月,中芯国际第一片0.13微米手艺的芯片顺利完成。从打桩建厂房到产出第一片芯片,只用了13个月。

2004年,中芯国际在港股和美股同步上市,那时,与台积电间的制程手艺差距仅有一代半。

但好景不长,台积电很快将中芯国际告上法庭,打了四五年专利讼事,最终以中芯国际缴纳罚款及张汝京从公司去职了结。

此后,中芯国际又履历了两年动荡期,之后便选择“求稳”,即严控成本,而不是一味追求进步制程。

2012年起头,中芯国际进入持续盈利通道,但“求稳”也导致新手艺、新产线研发不足。直到2015年,28nm产线才量产,比台积电足足晚了四年。那一年,台积电已起头量产16nm FinFET制程。

芯片行业,竞争势态进步神速,真是一步慢步步慢。

 


中芯国际起头了艰难地追赶进程。

2017年,原台积电老将梁孟松从三星转投中芯国际,其14nm制程才显现起色。同年,台积电已起头大规模出货10nm FinFET制程,并起头风险试产7nm FinFET制程。

梁孟松出任结合CEO后,用了半年多时间就把中芯国际14nm制程试产良率从3%提拔到95%。最终在2019年12月底,实现14nm第一批芯片正式量产。

台积电则在2019年就起头量产7nm+(EUV版的7nm)芯片,其5nm芯片将在2020年量产,3nm制程估计2022年量产,2nm制程手艺正在研发中。

明晃晃的手艺差距,导致中芯国际拿不到高价订单,营收欠好,利润率低。并发生恶性轮回,产能不高,研发费用不敌台积电。

据中芯国际招股书,营收和毛利率方面,中芯国际的营收仅有台积电的1/10摆布,毛利率约为台积电的1/2。

2017年到2019年,中芯国际的营收离别为214亿元、230亿元、220亿元,毛利率离别为25%、23%、21%。2017年到2019年,台积电的营收离别为2228亿元、2233亿元、2466亿元,毛利率离别为51%、48%、46%。

再从分歧工艺产物对公司营收的进献来看,中芯国际40nm及以上更早节点的成熟制程进献约94%收入,且盈利不乱;28nm以下节点尚处于吃亏状况。台积电16nm及以下进步制程进献56%收入,7nm进献35%收入,进步制程在全球处于80%份额的垄断地位。 

产能方面,中芯国际建有3座8寸晶圆厂,4座12寸晶圆厂。个中,8寸产能共计23.3万片/月,12寸产能10.8万片/月,总产能47.6万片/月(折合8寸)。台积电8寸产能为56.2万片/月,接近中芯国际的2.5倍;12寸产能为74.5万片/月,是中芯国际的7倍。 

研发投入方面,2017年到2019年间,台积电的研发投入费用是中芯国际的4-5倍。

2017年到2019年,中芯国际的研发投入离别为36万亿元、45万亿元及47万亿元,离别占营业收入的17%、19%、22%。台积电的研发投入离别为184万亿元、186万亿元、211万亿元,离别占营业收入的8%、8%、9%。

研发人才数量方面,截止2019年12月31日,中芯国际拥有手艺研发人员 2530 人,占公司员工总数的16%。2019年,台积电研发组织人数总数为6534人,是中芯国际的2.5倍。

当看到中芯国际在各项硬性指标上都拼不外台积电时,机构投资者们便很少出手。

中芯国际最终因股价历久低迷且成交量低,于2019年5月从纽交所退市。

“技”不如人的连锁回响还包罗:2020年4月以前,中芯国际都无法在A股上市。



尽管后来中芯国际让投契客们如痴如醉,但个华夏委却少为人知。

本来,证监会2020年4月底调整了红筹上市企业境内上市门槛,将市值尺度从“不得低于2000亿元”降为“不得低于200亿元”。

中芯国际是以成为第一家受惠于此项政策的公司,拿下境外已上市红筹公司回来A股上市第一单。7月16日,在科创板上市后,更是以532亿元的首发募资额,成为近十年来A股市场上的“募资王”。市值最高时跨越6500亿元。

中美高科技商业摩擦的大配景,以及中芯国际在国内举世无双的地位,让市场对中芯国际寄予厚望。 

经由对中芯国际上市十个生意日的视察,能够发现,股价已经回来正常——在某位业内子士看来,如今的中芯国际只值5000多亿元。

7月16日,中芯国际以95元/股的价钱开盘,市值超7000亿元。当日报收于82.92元/股,总市值达5918亿元,荣录取创板企业市值榜首。

之后,股价便一路走低,最低为70.02元/股。因为有多量前期中签的投资机构纷纷抛售兑现,以及受中美关系影响。

自中芯国际在A股上市,其在港股的市值就一路下跌。股价最低时,仅24.1港元/股(21.76元/股)。7月28日起,股价有小幅回升。

中芯国际在A股和港股的示意差距较大。

并且中芯国际IPO背后有大量国有资源为其背书这一点,也激发部门人担忧:是否会揠苗助长?

7月5日中芯国际流露的计谋配售信息显露,29 名计谋投资者介入了配售,合计投资金额达242.61亿元。

个中,国度大基金二期和新加坡当局投资公司认购在30亿元以上,离别为35.18亿元、33.17亿元。中国信息通信科技集体有限公司、国新投资有限公司、中国国有企业构造调整基金股份有限公司、青岛聚源芯星股权投资合伙企业、中国保险投资基金均认购10亿元以上。

中芯国际IPO刊行后,其大股东将由大唐电信和国度集成电路财富投资基金(国度大基金)构成,离别持股12.75%和11.82%,其他股东则占50.43%。

截止发稿,中芯国际A股市值约5584亿元,港股市值达2123.7亿港元(1917.51亿元)。台积电台股市值达10.94万亿新台币(2.6万亿元人民币),美股市值达3471.04亿美元(约2.4万亿元人民币)。

或许这就是真实的差距,很刺目,但必需认可。



如今,岂论是出于自证的需要,出于久远成长的需要,照样不辜负国度/市场的等候,中芯国际都应该迫在眉睫地追赶进步制程。

但进步制程的研发,极其耗钱,且手艺壁垒越来越高。联电和格罗方德已经公布抛却7nm以下的高端工艺了。

并且,芯片生产分为小批量试产、风险量产、批量生产三个阶段。良品率的问题,会对产能造成影响。比来,英特尔就因为7nm芯片制程良品率不及预期,决意将部门7nm芯片交由台积电代工。

为了造出中国大陆第一条14nm及以下进步工艺生产线,中芯国际和国资配景的基金(两期大基金和两期上海集成电路基金)没少掏腰包。

中芯国际在上海工场竖立了12 英寸“研发——生产”一体化集成电路研发生产线,配备了最进步的浸润式光刻机、数百套研发生产设备和在线测试设备。现在,该产线拥有中国大陆最进步的14nm FinFET 生产能力和第二代 FinFET 工艺手艺研发能力。

2018年1月,国度集成电路基金一期、上海集成电路基金一期、中芯国际全资公司中芯控股,离别出资9.465亿美元、8亿美元、15.435亿元,将中芯南方的注册资源由2.1亿美元增至35亿美元。 

中芯南方在申请科创板进步行了新一轮增资扩股,国度集成电路基金二期和上海集成电路基金二期将离别注资15亿美元、7.5亿美元,合计22.5亿美元(约160亿元人民币),将中芯南方注册资源由35亿美元增加至65亿美元。

中芯国际透露,因为预期进步制程的市场需求持续急增,中芯南方的方针为将产能由每月6000片增加至3.5万片,以知足将来的集成电路晶圆代工生产需要。

此次IPO募集资金的40%(80亿元)也是用于扩充该产线产能,20%用于为进步及成熟工艺研发项目贮备资金。

14nm芯片量产的同时,中芯国际12nm工艺也已进入流片阶段,第二代 FinFET 手艺(N+1)已进入客户导入阶段,估计2020年第四时度将实现小规模量产。

和市面上的7nm比拟,N+1机能提高了20%,但低于台积电规划的30%和实际的市场基准35%。但二者在功率和不乱性方面非常相似,功耗降低了57%,逻辑面积降低了63%,SOC面积降低了55%。

能够说,N+1就是在对标7nm,N+2是为了对标5nm。此次有戏吗?

 


但芯片制造并非做好自身,就能一步到位。

芯片制造是将集成电路刻在晶圆上,这个过程需要经由光刻、刻蚀等工艺流程的频频几十次甚至上百次轮回,逐层集成,并经离子注入、退火、扩散、化学气相沉积、物理气相沉积、化学机械研磨等流程,最终实现芯片设计图从光掩模到晶圆上的转移,在指甲盖巨细的空间中集成数公里长的导线和数以亿计的晶体管器件。

因为这些图形的最小宽度甚至不到头发丝直径的千分之一,只能使用高周详设备来进行把持。光刻机的精度更是决意了制程的精度。

但当手艺节点向 5nm 甚至更小的偏向升级时,通俗光刻机受其波长的限制,精度已无法知足工艺要求。而EUV光刻机却能以波长为10-14nm的极紫外光作为光源的光刻手艺,具体为采用波长为13.4nm的紫外线。

迄今为止,可以生产出EUV光刻机的,全世界仅有一家:荷兰的ASML。

2018岁首,中芯国际从ASML订购了一台EUV光刻机,但因为瓦森纳和谈(美国的施压),至今尚未发货。

或许你会好奇,为什么美国能够阻止一家荷兰公司出售光刻机,扼住中国公司的喉咙?这个故事得从ASML的EUV光刻机是怎么来的讲起。

上世纪90年月,光刻机的光源波长被卡死在193nm,成为摆在全财富眼前的一道难关。为了测验冲破193nm,英特尔选择了激进的EUV方案,(测验用仅有十几nm的极紫外光,刻10nm以下的芯片制程,)便在1997年,组了一个“EUV LLC”联盟。

联盟成员除了英特尔和牵头的美国能源部,还有AMD、摩托罗拉、IBM,以及能源手下属劳伦斯利弗莫尔、桑迪亚、劳伦斯伯克利三大国度级实验室。

因为联盟中的美国光刻机企业SVG、Ultratech早在80年月就被尼康打得东倒西歪,于是,英特尔拉ASML入伙,配合介入斥地,共享研究功效。 

为了表达真心,ASML赞成在美国竖立一所工场和一个研发中心,以此知足所有美国本土的产能需求。此外,还包管55%的零部件均从美国供给商处采购,并接管按期审查。

2003年,EUV LLC联盟的几百位科学家在揭橥了大量/数百篇论文,论证了EUV手艺的可行性后,庆幸闭幕。作为组织成员,ASML有机会分享手艺。

经由10年的研发,ASML终于在2015年将EUV弄到可量产状况。

EUV的焦点手艺集中在三大范畴:顶级的光源(激光系统)、高精度的镜头(物镜系统)、周详仪器制造手艺(工作台)。

但EUV光刻机是个集大成者,堪称现代光学工业之花,镜头被德国的蔡司垄断,顶级的光源来自于2012年收购的美国企业Cymer,周详仪器制造手艺也起原于德国。ASML只把握了不到10%的焦点手艺。这为日后美国可以禁运中国埋下了地雷。

今朝,国内最成熟的光刻机厂商——上海微电子,能规模化制造的是90nm摆布的工艺光刻机。在周详制造范畴,83nm的差距,12.85倍,“比站在地上看星空的距离还要大”,暂无法做到国产替代。

中芯国际称,EUV光刻机对于其今朝在研中的N+1手艺是不需要的。台积电就是使用193nm DUV设备率先实现了7nm量产。

但要想实现5nm及以下制程工艺芯片制造,EUV光刻机就必弗成少。若是买不到ASML光刻机,中芯国际的芯片制程工艺只能停留在7nm。

除此之外,美国的“实体清单”就像一把悬在中芯国际头上的达摩克斯之剑。不知何时,它就会落下。

中芯国际能做的,唯有calm down,and keep going。

参考资料:

【1】《光刻机大北局》,远川科技谈论

【2】《张汝京:告别中芯国际这10年》,全天候科技

声明:本文为作者自力概念,不代表 CSDN 立场。

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