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政策扶持 中芯国际赶路 追上台积电还要多少年?[图]

2020年08月06日 09:49:21字号:T|T

    如果半导体行业有朋友圈,那一定被国务院于8月4日发布的史诗级利好政策刷屏了,而被@次数最多的,当属中芯国际。

    毕竟,十年免征企业所得税的优惠,中芯国际唾手可得。

    自华为事件之后,国内芯片行业快速升温,企业估值迭创新高。作为全球第四大晶圆代工厂,也是第六家掌握14纳米制程的晶圆制造行业企业,中芯国际受到投资者的广泛关注。

    7月16日,中芯国际(688981,SH)登陆科创板,当天市值迅速突破6000亿元,跃升为科创板第一股。一出场便光彩照人,赢得万众瞩目。
如今,受政策利好影响,中芯国际的崛起仿佛近在眼前。可在这样一个资本密集型和技术密集型行业,不得不面对强者恒强的现实,要想奔跑,既需要巨额资本投入,也需要攻破层层技术挑战。

    不可否认,中芯国际与台积电等国际先进企业在先进制程上仍存在差距:台积电已量产5纳米,中芯国际尚停留在量产14纳米。虽然十余年前,中芯国际曾一度大幅缩小与台积电的差距,但在经历与台积电的专利大战、灵魂人物张汝京出走,管理层内斗之后,元气大伤。

    2017年,曾在台积电和三星就职过的梁孟松加入中芯国际任联合首席执行官兼执行董事,带领公司又踏上了追赶之旅:增资中芯南方,2019年量产14纳米,研发N+1、N+2工艺……隐隐可见希望之光。

    货币单位:亿元人民币 数据来源:中芯国际招股书、公开资料整理

    谁与争锋: 7纳米“唯一追赶者”

    最近,中芯国际“有点忙”。

    先是拿下了华为海思14纳米的订单,接着又斥巨资购入设备增加产能。最令外界关注的是,7纳米似乎也指日可待。

    要知道,目前全球能够提供7纳米及7纳米以下先进制程工艺的厂商(包括代工厂和IDM)仅有台积电和三星。而不同厂商的命名规格不尽相同,英特尔当下最先进的是10纳米制程。不过,英特尔的10纳米制程晶体管密度却是介于台积电7纳米和7纳米EUV之间。

    因此,若以台积电7纳米为统一标准,那上述先进制程领域的入局者也仅有台积电、英特尔和三星。并且,随着先进制程不断演进,资金、技术壁垒也呈现出不断提高的趋势,晶圆制造行业先进制程“玩家”也会越来越少。

    “晶圆制造,也就是我们常说的芯片制造技术,其技术难度之大,复杂程度之高,科技含量之多,号称‘人类科技精华’,是人类工业制造的皇冠。”品利基金半导体投资经理陈启如是描述。

    如今,掌握14纳米工艺节点的厂商有台积电、英特尔、三星、格罗方德、联电和中芯国际。而在7纳米制程角逐中,格罗方德和联电相继“掉队”。

    2018年,格罗方德宣布放弃7纳米研发;同年,联电宣布放弃12纳米以下(即7纳米及以下)的先进制程投资。

    彼时,中芯国际尚未量产14纳米。但在2017年梁孟松加入后,中芯国际进步神速。

图片来源:中芯国际官网截图

    2019年第四季度,中芯国际量产14纳米制程,并宣布正在全力研发N+1、N+2工艺。

    据梁孟松此前介绍,N+1工艺相比于14nm性能提升20%、功耗降低57%、逻辑面积缩小63%,SoC面积缩小55%。

    在陈启看来,N+1工艺性能应该介于14纳米和7纳米之间。“业内传闻为12纳米,不过这没有得到中芯国际的官方确认。”

    相比N+1工艺,N+2工艺的性能和成本都更高,但具体技术细节尚未公布。陈启表示:“业内传闻(N+2)是一种定制化的7纳米,大致相当于台积电第一代7纳米工艺,对标台积电N7工艺。”

    Gartner研究副总裁盛陵海则直接表示:“N+1差不多是8纳米,N+2就是7纳米了。”

    由此看来,中芯国际确实在积极研发7纳米制程。且格罗方德、联电两方已放弃7纳米的研发和投资,中芯国际因而成为7纳米先进制程“唯一的追赶者”。
另外,考虑到三星、英特尔均为IDM企业,中芯国际便也成为台积电在晶圆代工先进制程领域的“唯一追赶者”。

    对于先进制程入局者越来越少的趋势,盛陵海认为:“每一代新工艺需要的投资金额越来越多,因此市场上逐渐只有前几位才有足够的市场份额和利润支持下一代技术的投资。而技术又需要积累才能推动下一代的开发,很多公司的技术如果不能支持其尽快推出新工艺,要么只能停留在老工艺不升级,要么就退出市场。老工艺不是不赚钱,也是可以维持的,但是后续发展就没有很大的机会了。”

    追赶者往事:因专利诉讼惜败?

    事实上,2006年至2009年间,中芯国际就曾奋力追赶台积电,并一度看到希望的曙光——其65纳米小幅落后于台积电,45纳米与IBM合作,进一步缩小了与台积电的差距。

    只是在黎明到来之前,惨败于专利诉讼。

    对于中芯国际落后于台积电,陈启分析称:“台积电对中芯国际发起了两次专利诉讼,中芯国际都没能胜诉,第二次(诉讼)甚至导致中芯国际创始人张汝京出走,主心骨一走,(军心)就涣散了。”

    2005年,台积电试产65纳米制程,2006年第四季度开始量产;中芯国际则于2007年掌握了65纳米制程,其2007年第四季度财报显示:“中芯国际向全球客户提供0.35微米到65纳米及更先进的晶片代工服务。”

    2007年10月24日,中芯国际与Spansion(飞索半导体)签署晶圆代工协议,生产300mm(12英寸)、65纳米MirrorBit产品。Spansion是由AMD和富士通整合各自闪存业务合并而成,为全球知名NOR型闪存厂商。可以看出,彼时中芯国际65纳米制程已经获得国际半导体设计巨头的订单了。

    中芯国际在65纳米制程节点与台积电展开激烈竞争的同时,也在迅速布局45纳米制程。2007年12月,中芯国际与IBM签订45纳米Bulk COMS技术许可协定。

    然而,2009年,中芯国际的追赶形势陡然生变。

    早在2003年12月,台积电就提起诉讼,称中芯国际侵犯其若干专利。2005年1月,中芯国际一度与台积电达成和解,可台积电于2006年8月再度发起诉讼,理由是中芯国际违反和解协议。台积电认为,中芯国际将台积电的商业机密运用于制造0.13微米或更小之工艺产品。

    2009年9月,中芯国际与台积电达成和解,以解决与台积电所有未决诉讼。和解条款包括中芯国际向台积电支付2亿美元,并向台积电授出17.89亿股中芯国际股份(截至2009年10月31日,占中芯国际总股本的8%),另外可按1.30港元/股价格认购6.96亿股中芯国际股份,股份发行生效后,台积电将取得中芯国际已发行股份10%的拥有权。

    这次和解,解决了中芯国际与台积电长达6年的诉讼大战,台积电则成为了中芯国际第二大股东,其持股比例仅次于大唐电信科技产业控股有限公司(以下简称大唐控股)。

图片来源:中芯国际公告

    虽然专利诉讼纠纷告一段落,但客观上也导致了中芯国际管理团队分崩离析。

    和解达成后不久,2009年11月10日,中芯国际公告称,张汝京卸任公司执行董事、总裁兼首席执行官,上述职务改由王宁国担任。

    张汝京是中芯国际创始人,其拥有30多年的半导体制造与研发经验,曾在美国德州仪器工作了20年,期间成功地在美国、日本、新加坡、意大利及中国台湾地区创建并管理10多个晶圆厂的技术开发及运作。

    1997年,张汝京离开德州仪器,回到中国台湾创立晶圆代工厂世大半导体,向台积电发起挑战。但世大半导体于2000年被台积电并购,张汝京只能黯然离开。

    可他并没有心灰意冷,而是带领上百名中国台湾工程师在上海创立了中芯国际。

    于中芯国际而言,张汝京是创始人,同时也是灵魂人物。

    王杨之争:错失发展机遇

    2009年,灵魂人物张汝京离开后,中芯国际与台积电在制程上的差距也越来越大。西南证券研报显示,90纳米中芯落后台积电1年,65纳米落后两年,40纳米落后三年,28纳米整整落后6年。

    对于个中缘由,盛陵海认为:“中间有段时间管理层换人,导致战略方向改变、投资不持续。另外,国家层面一开始也没有那么重视(晶圆制造)。”

    陈启也持类似观点:“张汝京出走之后,中芯国际内部矛盾爆发,比如著名的‘王杨之争’,加上老董事长江董(江上舟)离世,群龙无首,导致中芯国际高层动荡、陷入混乱,从而无法凝聚力量。”

    2010年2月9日,中芯国际一口气任命了三位高管,即商务长季克飞、营运长杨士宁和财务长曾宗琳,由此也确立了后张汝京时代的管理架构。

    “王杨之争”又是怎么一回事呢?

    这就要谈到中芯国际时任总裁王宁国和时任营运长杨士宁了。

    王宁国曾长期就职于半导体设备巨头应用材料(AppliedMaterials),主导过多项技术开发,为半导体制程设备技术带来许多成功的突破。杨士宁担任特许半导体首席技术官期间,也成功使该公司市场占有率快速提升。

    可以说,两人在加入中芯国际之前,在半导体行业享有盛名,二人合作本是绝配。

    杨士宁加入中芯国际,是因为特许半导体遭格罗方德收购,他的加入也带来了一批晶圆代工行业人才。但王宁国更信任的,是一批来自中国台湾的人才,比如季克飞、曾宗琳。

    双方合作期间,无硝烟的商场上暗流涌动,矛盾也不断激化,最终在2011年6月举行的股东大会上爆发。因大股东大唐控股反对,王宁国落选执行董事。

    2011年7月,王宁国从中芯国际离职,2011年8月,杨士宁也选择了离职。

    王杨二人相继出走,对中芯国际的损失是巨大的。在王宁国离开后,季克飞、曾宗琳等一大批中国台湾高管、技术人员也陆续出走。

    员工待遇不高:“斯米克”成跳板?

    专利诉讼、高管内讧,中芯国际这个“战场”,成了最大的输家,公司逐渐落后于台积电等一线晶圆工厂。

    而员工待遇相对不高,则是导致中芯国际落后的另一重要原因。

    陈启表示:“中芯国际不合理的薪酬体系导致人员流失率非常高。外界调侃中芯国际是‘斯米克血汗工厂’、‘培训中心’,是一个‘四不像’的公司。像外企,又不是外企,不是国企却受到体制内的影响,但也非单纯的民企,在不合理的制度下,公司挖不到人、也留不住人。”

    中芯国际制程工程师马斯伟(化名)对《每日经济新闻》记者讲述了公司的薪酬情况。他在研究生毕业后来到中芯国际上海晶圆工厂工作,目前税前月薪不足1万元,一年14薪。公司会给工程师提供两人间宿舍,员工每月需缴纳500元房租,食堂就在办公楼里,工作餐会有餐补,一餐补贴15元。若计算上餐补,预计中芯国际普通研究生毕业的制程工程师税前年薪不超过15万元。

    据马斯伟介绍,中芯国际工作电脑屏蔽外网,很多部门将手机直接锁在柜子里,进车间一律不允许带手机。

    而与晶圆工厂相比,半导体设计行业薪资水平要高得多。一位研究生毕业两年的半导体设计行业人士对记者表示,其一年税后薪水为26万元。

    对此,马斯伟表示:“从制造转设计很难,设计工程师学的是微电子和编程,(我们)学的偏向于工艺制造。”对于自己的薪酬,马斯伟表示:“在上海生存太难了,个人感觉公司流动性比较大。中芯平台大,(很多人)来刷经验。”

图片 来源: 中芯 国际 《2018年企业社会责任报告》 截图

    根据中芯国际《2018年企业社会责任报告》,2018年度,公司员工流失率为22%。其中,上海流失员工占总流失员工的52.2%;30岁以下员工占总流失员工的79.3%。

    技术瓶颈:一切难点都在于精准

    虽然,专利诉讼、高管变动、人员流失带来了很大影响。但对于中芯国际而言,制约其发展的痛点仍是技术。

    作为7纳米先进制程“唯一的追赶者”,中芯国际雄心勃勃,但攻破先进制程的难度难以想象。

    “目前晶体的尺寸已经接近原子级别,技术难度已经超乎普通人的想象,因此主要难度还是在技术层面。”陈启认为。

    某晶圆工厂制程工程师罗斌(化名)从实操角度出发,形象地向记者描述了晶圆制造的难点:“芯片就像是一座大楼,你知道要做哪一楼,也知道用水泥,但你不知道水泥中的成分,以及水和泥的比例。”

    “这就叫核心科技。”罗斌补充强调道。

    一位半导体业内人士也持同样的观点:“很多时候,很厉害的技术可能初学者都能做到,但难就难在,从数以万计的加工方法中将其找出来。探索核心技术如同隔了一张纸,捅破了什么都不是,难就难在找不到纸在哪儿。”

    作为一线制程工程师,罗斌分析称:“随着制程的发展,每一个步骤的margin(可以理解为误差范围)都在变小。(晶圆制造)有很多关键步骤,比如SN partition mask是做电容的。SNC Partitiom mask就是SN Contact Partition Mask,如果SNC位置不对,你就连接不上SN,难在位置。再比如,SNC旁边还有别的像Metal Contact等图形,如果这些图形太大或者太小,SNC就没有了位置,也就是说每一步的尺寸也很关键,再者,如果SNC做得不够长,也会导致连接不到SN,这些都是难点。”

    其进一步举例称:“比如有一道步骤叫做GATE Mask,也就是课本上的栅极。Peri区都会有GATE,会有很多图形。难点就是这么多图形怎么才能做到应该做到的位置,并且不发生变形。”

    罗斌总结称:“一切的难点都在于精准。”

    除了精准,晶圆制造还有着庞大的工作量。陈启表示:“晶圆制造工艺主要包括光刻、刻蚀、薄膜沉积、清洗、掺杂、金属互连和CMP抛光等几十种工艺。在产线上重复数十次完成,工作量异常庞大,例如14nm大约需要1500+ 步骤才能完成。”

    “每个细节都必须做到完美,才能保证良率。晶圆制造是设备、材料、工艺、技术的完整结合,所有工艺都非常重要。”陈启补充道。

    精准要求极高,流程步骤多,而各种工艺彼此之间的搭配相当复杂。集邦咨询分析师徐韶甫对《每日经济新闻》记者表示:“单单为了完成一层图案就牵涉到数十道流程,而各个流程又会存在能否检测的问题,有些时候不能在制作流程当下检查是否有问题,要到后几道流程发现问题了,再回推前面的状况进行分析。”

    徐韶甫告诉记者:“越先进的技术需要的开发时间越长,假设与先进业者的差距仅落后一代,但下一代技术开发所需的时间也不会因此而缩短。”

    盛陵海曾对记者表示:“晶圆制造没有什么技术不重要,但是最关键是光刻,刻蚀和检测。” 而光刻机,或将成为中芯国际未来发展的瓶颈。业内公认7纳米仍可以使用DUV光刻机,但若发展7纳米以下制程,必须使用EUV光刻机。

    徐韶甫表示:“EUV已经被普遍用在7纳米以下的节点,GAA又要使用在3纳米以下的架构,凭借现在的逻辑制程来达到GAA的纳米尺寸微缩,除了EUV外目前还是难有取代方案。”

图片 来源 :ASML官网截图

    早在2018年5月,中芯国际就已向荷兰ASML订购了一台最新型的EUV光刻机,价值高达1.5亿美元。然而截至2020年8月,中芯国际仍未收到ASML的EUV光刻机。

    目前,中芯国际研发的N+2仍属于7纳米制程,若后续发展更为先进的制程工艺时,仍无法获得EUV光刻机,恐将遭遇难以攻克的技术瓶颈。
希望之光:突破高资本、高技术壁垒

    除了技术,巨额的资本投入,也对先进制程后入者带来了极高的行业壁垒。集邦咨询方面认为:“晶圆制造是资本、技术密集产业,每一代制程的研发与生产所需要投入的人力(人才)、资金、土地厂房(包含机台)等皆需要大量的资本支出,同时也需要足够的市场(客户)来平衡其庞大的成本。”

    特别是先进制程,研发投资尤高。徐韶甫补充表示:“随着制程越来越先进,庞大的资本支出让门槛越来越高,能进入先进制程的厂商也越少。加上晶圆制造需要长时间的累积,这让后进者入局更加不易。”

    陈启也表示:“在半导体行业竞争格局中,经常出现‘强者恒强’的现象,行业老大吃肉,老二喝汤,老三吃剩下的。深究其原因,主要是行业龙头拥有较多的资源,能够集聚力量,不断投入研发,扩大收入,扩大市场份额,越做越大,越做越强,导致后来者的竞争力根本无力追赶,陷入死循环。”

    这意味着,晶圆制造行业的落后几乎是永久性的,一旦放弃跟随先进制程,落后的代差太大,后续想要追赶的技术难度将更高。

    中芯国际的存在,无疑令中国大陆手握突破7纳米先进制程的“钥匙”。

    而梁孟松的加入,为中芯国际按下了技术的“加速键”。

    梁孟松曾经在台积电和三星都工作过,来中芯国际已经是第三次做14nm FinFET工艺了,具有丰富的经验。陈启称:“(FinFET技术发明人)胡正明教授曾是梁孟松的博士生导师,可以说梁孟松是胡教授最得意的门生。”

    不管是14纳米还是7纳米,均使用FinFIT工艺,梁孟松作为胡正明的学生,又曾主导14纳米FinFIT的研究,他的经验对于中芯国际无疑十分重要。

    信达证券电子行业首席分析师方竞曾向记者强调梁孟松的到来对于中芯国际的改变。“梁孟松到来之前,中芯国际(与台积电、三星)的差距是逐年拉大的。他到来之后,中芯国际的研发采取了跳代的方式,直接跳到14nm,之后继续向N+1、N+2发展。”

图片来源:中芯国际官网截图

    关于中芯国际今后的发展,其是否能在梁孟松的带领下赶上台积电等问题,《每日经济新闻》记者于8月4日下午致电中芯国际媒体联系人,并于8月5日发送采访函,不过截至发稿尚未收到回复。

    领路人有了,资金问题如何解决?

    国家集成电路大基金、地方集成电路基金以及科创板……一项又一项利好正帮助中芯国际突破高资本壁垒。中芯南方为中芯国际7纳米及以下制程的承载主体,2018年1月30日,中芯南方增资扩股,注册资本由2.10亿美元增至35亿美元,注资者为国家集成电路大基金以及上海集成电路基金。

    2020年5月15日,中芯南方再度签署《增资扩股协议》,国家、地方集成电路基金再度注资,拟增资30亿美元至65亿美元。

    2020年7月31日,中芯国际宣布与北京开发区管委会订立合作框架文件,双方有意就发展及营运该项目于中国共同成立合资企业。合资企业从事发展及营运的项目将聚焦于生产28纳米及以上集成电路,该项目首期的估计投资及初始注册资本将分别为76亿美元及50亿美元,约51%的初始注册资本将由中芯国际出资。

    在科创板上市仪式上,中芯国际董事长周子学表示,以红筹架构回归A股科创板,充分体现了境内资本市场对科技创新型企业的包容,体现了科创板对关键核心技术创新的支持和对实体经济发展的支撑。上市后,中芯国际将进一步借助境内资本市场的力量,加速创新和发展,为更多的海内外客户提供更加优质的产品和服务,推动公司不断成长,并为集成电路产业的发展做出积极贡献。

图片来源:视觉中国

    不仅仅是资金支持,国家在财税政策上也给出了“史诗级”优惠。8月4日,国务院发布了针对半导体行业的八大优惠政策——《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》。其中,财税政策最受瞩目。国家鼓励的集成电路线宽小于28纳米(含),且经营期在15年以上的集成电路生产企业或项目,第一年至第十年免征企业所得税。

    由此可见,中芯国际可以享受到十年免征企业所得税的优惠。陈启也对记者表示:“若以持续经营时间超过15年计算,满足该标准的只有中芯国际和华虹。”

    记者手记| 迎难而上的“追赶者”

    中芯国际一上市便跃升成为科创板市值第一股。

    近期,中芯国际拟投资76亿美元加码28纳米及以上制程,引爆投资圈。

    再加上国务院出台半导体八大优惠政策,导致中芯国际热度居高不下。

    很多投资者知道中芯国际是做晶圆代工的,但对该行业的重要性及难度缺乏认知。实际上,我们今天之所以能享受到互联网的诸多好处,很大程度上得益于晶圆制造技术的进步,摩尔定律使得芯片的计算能力持续飞速提高。

    晶圆制造,特别是先进制程的难度,更是超出人们想象,而一切的难点都在于精准。从原理上看,晶圆制造与照相技术类似,使用光刻工艺把图形刻到晶圆上,再把不需要的部分洗掉。但当工艺精确到纳米级别时,如何“对准”极为困难。

    目前,达到7纳米(以台积电7纳米为准,等同英特尔10纳米)制程的,唯有台积电、三星和英特尔。而由于高资本和高技术壁垒,格罗方德和联电纷纷放弃研发投资7纳米,故该制程的追赶者唯有中芯国际。

    其实,中芯国际在工艺上一度接近台积电,只是在专利大战之后,管理层的动荡导致差距逐渐拉大。如今,国家大力发展集成电路,国务院出台财税等优惠政策,国家、地方集成电路基金给予资金支持;梁孟松的加入,也使得中芯国际在技术追赶上有了主心骨。

    曾经的中芯国际奋力追赶却半路折戟,如今,“追赶者”中芯国际再度看到了曙光。

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