晶圆代工龙头台积电今日召开技术论坛,总裁魏哲家指出半导体产业的三个改变,包括单靠电晶体微缩已无法满足产品要求,及先进与成熟制程芯片需求持续提升;他也认为,供应链已全球化布局走向在地化,全球化有效率供应系统时代已过去,成本会急速增加。
魏哲家以「New World,New Opportunities(新世界、新机会)」为题,进行主题演讲,并以元宇宙技术开场,他表示,若元宇宙成功,自己站在台上和在线上、观众坐在台下或线上应该都没差别,未来科技会继续进步,让人类生活更好、更安全。
魏哲家也提到NFT 技术,他表示,英国有位12 岁孩子,将美劳作业用NFT 打造一系列家族,但坦白说,自己根本不知道NFT 是什么。
魏哲家并分享半导体3 件事上出现改变,第一,光靠电晶体密度提升,已不足以满足效能升级需求,还需要3D IC 技术协助,透过CoWoc、InFO 等技术,将系统效能向上提升。
第二,所有终端装置的半导体硅含量持续增加,无论是先进制程或成熟制程芯片。魏哲家举例,先前与福特高层聊天时曾问他们,「这几年台积电供应这么多车用芯片,但你们还是说不够用,是用到哪去了?」。福特则回应,现在汽车半导体内含量每年都增加15%。
魏哲家并幽默表示,为因应半导体内含量增加,必须盖新的厂,「但你们知道现在盖新厂有多贵吗?如果有人要盖,可以来找我们商量」。
魏哲家指出,第三,过去供应链为全球化,但现在为供应安全,走向在地化,当全球化已达到最佳经济效益时,要改变这个趋势,成本就会增加,消费性产品的客户绝对不会愿意多付钱,供应链管理变成重要的事。
魏哲家表示,美国、日本、欧洲及中国大陆各国政府,都欢迎厂商前往当地设厂,一个全球化有效率的供应系统时代已过去,产业将面临很大挑战,所有成本会急速增加,将继续与客户紧密合作,降低风险。
半导体产业逆全球化,能让产能回流吗
许多国家和地区都在重新思考和认识半导体对地缘政治、科技主权、国家安全的影响,纷纷出台大量政策以推动半导体产业发展,半导体产业成为各国强化布局和博弈的重点领域。
各国先后发布半导体相关的法案,想要通过立法鼓励本土半导体产业的发展。
今年2月,美国众议院通过520亿美元(约合3310亿元人民币)的芯片法案,鼓励美国的私营企业投资半导体的生产,以改善美国的供应链以及加强制造业。同样也是今年2月,欧盟委员会公布430亿欧元(约合3125亿元人民币)芯片法案,希望扩大欧盟芯片产能在全球市场占比,并防止对国际市场过度依赖。2021年6月,日本公布的一份增长战略草案也表明,日本将采取一切政策措施,包括提供慷慨的财政激励,吸引海外半导体公司,加入全球芯片竞争,确保关键组件的供应。
如今世界多国都在提供巨额补贴及其它激励措施,来吸引工厂或者研发中心落地本土,通过多种手段来促进本国半导体产业的发展。
从目前的结果来看,出台芯片相关的法案或补贴一定程度推动了芯片产能的回流。以美国为例,近两年,台积电、格芯、三星等大厂先后都在美国投建新的半导体工厂。
但是,虽然有高额补贴,但是产能回流的实现难度还是很高。对于发展半导体产业来说,除了需要巨额资本的支持,还需要配备完善的产业链、完备的基础设施及设备、健全的生态体系和专业的相关人才等,每一个其实都是巨大的挑战。
因此,即使美国在积极推动半导体代工厂的建设,但是由于蓝领工人成本居高不下,如果制造业回流美国,工厂开不出那么高的工资吸引工人。如果工厂不顾成本开高工资,产品的生产成本就会增加,销售价格也会上涨,竞争力下降,最后会导致市场萎缩利润下降,工厂关门,美国短时间内也不可能再造一个“台积电”。
逆全球化加速,半导体产业趋害避利?
半导体产业是一个很特殊的产业,它高度依赖全球供应链,没有一个国家可以完全让半导体供应链自主化,全球分工合作模式已经形成。
这其中最典型的例子就是荷兰ASML公司的EUV光刻机,ASML的EUV是全球唯一能生产7nm/5nm芯片的光刻设备。一台EUV光刻机大约有10万多个零部件,其中90%的零部件和技术来自全球各地,比如光学模组来自德国蔡司、计量设备来自美国是德科技、传送带来自荷兰VDL等。一台光刻机都不能由一个国家独立生产,更别说整个半导体产业链。
从产业链的角度具体来讲,美国占据半导体产业链的上游的重要地位,包括最前端EDA/IP、芯片设计和关键设备等;日本在芯片设计、半导体制造设备、半导体材料等重要环节掌握核心技术;韩国在存储芯片设计、半导体材料上发挥关键作用;欧洲在芯片设计、半导体制造设备和半导体材料上贡献突出;中国大陆在封测方面有着很强的竞争力;中国中国中国中国台湾省则专注于晶圆制造。以上国家和地区构成了全球半导体产业供应链的主体,在各自擅长的半导体产业产业环节拥有很强的竞争力。
与互联网的快节奏不同,半导体产业是一个需要累积的产业。半导体产业发展的每一个环节,都需要巨额的投资以及多年的技术沉淀,大部分国家很难支撑全产业链建设。逆全球化让各国投入可能相对来说自己并没有那么精通的基础研究,各国就很难投入全部的精力钻研各自擅长的领域,反而会让半导体技术发展停滞不前。
除了影响技术的发展之外,半导体逆全球化趋势,会造成全球产业资源的浪费。半导体是资金、技术密集型行业,需要企业长期坚持投入大量的资金和人才,发展技术。对很多国家而言,很难支撑如此庞大的资金投入,并且并非每一个国家或地区投资半导体产业都能成功。如果多个国家都自建产业链,无疑会增大全球半导体产业的成本,降低投资收益率,未来半导体产业集中在少数国家和地区的格局也不会改变。
地方保护主义不该是半导体逆全球化的借口。半导体逆全球化对于行业而言是有伤害的,会削弱整个行业的创新能力,浪费半导体行业的资源。
半导体的“国产替代”成效显现
“芯片自主”是我国重要国策。近年来,中央及地方接连出台一系列政策法规,支持和引导国内半导体行业发展,进一步完善我国半导体产业链布局。而在政策大力助推下,半导体的国产替代也不断显现成效。
以半导体设备为例,根据SEMI数据,2021年全球半导体设备销售额为1026亿元,近年来,受到中国晶圆厂扩产的推动,中国半导体设备销售额的全球占比一直在稳健提升。
再以半导体材料为例,根据SEMI数据,2021年全球半导体材料市场达到643亿美元,较2020年的555亿美元增长了15.9%,创历史新高。其中,中国大陆作为全球第二大半导体材料市场成为 2021年增长最快的地区,同比增长21.9%,规模达到119.3亿美元。
在当今国际格局大变局背景之下,全球半导体领域的竞争仍然激烈。2022 年美国正式通过《2022 年美国芯片与科学法案》,机构认为这奠定了未来全球半导体行业发展的基调:1,将由供需竞争框架,转向国家科技竞赛框架;2,将由全球化大分工,转向逆全球化分久必合;3,将由自由市场竞争,转向国家资本主导扶持。
银华集成电路基金经理方建亦强调,这几年,国内的下游客户愿意牺牲效益给国内半导体企业以机会,一旦获得进门的机会,中国人的勤劳就发挥功力,产品快速迭代,不断进步,逐渐从不能用到能用、从能用到好用。“我们相信在不久的未来,半导体设备、材料、设计和制造等等方面,会逐渐涌现出越来越多有国际竞争力的企业。”
“国产替代”成为主流趋势
近年来,中美贸易关系持续恶化,整个半导体行业都在呼吁“国产化替代”。因中美经贸关系不稳定,一些企业不太敢用外国品牌,但又担忧国产品牌性能的稳定性。国内半导体厂商是如何看待这些问题?
创易栈程东海总结说,客户出现顾虑主要有两个原因:第一,原厂和客户的信息不对称。国内半导体品牌琳琅满目,缺乏合适的平台把“能否稳定持续供货”“品质是否有保障”“有哪些应用案例”等信息对称化;第二,技术服务跟不上,产品落地应用难。大家用惯了国外芯片,对国内芯片的操作不熟悉,这是国产替代的一大障碍。
董晨坦言:“这种情况已经比前几年好了很多。首先是国内半导体的确在快速成长,给了客户越来越多的信心;其次是供应链安全及国产化趋势,使得客户愿意给国内原厂更多机会。”
在他看来,国内原厂得从三个方面来着手——针对产品品质,严格把控流程。从研发阶段,到批量生产,到应用测试,各个环节重重把控;针对产品性能,不断追赶指标。加强研发的投入,建立校企合作,为打造高性能产品提供支持。针对客户合作,追求双赢。之前很多芯片专为欧美大客户设计,无法很好的满足国内客户的需求,原厂要走进客户的产品设计,更好的服务客户。
在2019年,国际贸易冲突升级后,大家的思维有了转变。由于进口产品的供应链风险较高,一些代表性企业开始尝试国产品牌,让行业形成了良性向上的趋势。王洁表明,这要求国产品牌保证创新性,能通过“秀肌肉”来消除的客户的疑虑。
王峰认为,国产品牌可通过不断升级产品性能,来建立技术壁垒和核心优势,还要注重以客户需求为导向,从客户系统方案出发定义产品。他以川土微电子为例,从2020年下半年到现在,该公司推出了包括隔离器芯片、接口芯片在内的近10款新品。
叶智辉强调说,过去客户选用国外芯片看重产品性能和供应稳定,现在受地缘政治影响,国外厂商无法保证及时供应。国产芯片厂商想要得到客户的认可,一定要持续加大研发投入,按照国际一流大厂水平、高标准、严要求设计产品,确保产品的综合竞争力。
唐海南对“国产化替代”持理性的态度,他指出国内中低端产品替代比较强,但高端微处理器和存储器目前无法全部替代,尤其是汽车零部件,这类芯片的认证周期长,短期内很难有国产替代方案。
国产品牌还需哪些努力?
受地缘政治影响,“逆”全球化趋势冒尖,“国产替代”渐成主流。在此背景下,国产品牌和器件还要做哪些努力?
董晨强调工艺。“现在,国内更关注数字芯片工艺,例如7nm、5nm等卡脖子技术,但较少关注模拟芯片工艺,其实国内外模拟芯片工艺的差距也很大。”
王洁认为是创新。“我们正处于从无到有的阶段,即国产替代阶段,需注重提升自研产品的各项标准,并在此基础上有一定的创新。”
程东海表示是市场营销。“当前,国产品牌商把精力投注在研发、设计上,但最缺乏相应的市场营销投入。正是品牌曝光度低,导致客户对品牌的认知度低。另外,国产品牌相对分散,传统的线下技术服务效率低、人力成本高。若让国产品牌快速实现替代,配套的技术服务必不可少。就技术服务层面而言,从线下转到线上是必然趋势。”
“2020年,中国半导体制造业的规模达到2560.1亿元,年复合增长率为22.8%,这意味着,我国半导体产业结构正逐渐良性发展。”叶智辉引用了赛迪顾问的数据表示,这一波国产替代浪潮,促进了半导体行业的发展,国产品牌应把握时代机遇,持续技术突破,自研创新,做好人才储备和技术经验积累。
在王峰看来,国产器件在性能上已经能与欧美产品媲美,但在质量管理和芯片可靠性上还需继续投入,比如把产品不良率做到10PPM以内。此外,国产品牌还要考虑替代后的创新,实现从替代、微创新,到创新产品的转变。
唐海南的观点是,在全球缺芯潮的影响下,国产器件迎来了最佳爆发机遇。芯片产业是“十年树木”的行业,制约发展的痛点是关键设备和技术,解决问题的最佳方式仍是与各国加强合作。