集成电路产业生态树,还缺哪些?

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集成电路产业生态树,还缺哪些?

来源:本文由微信公众号 半导体行业观察(ID:icbank)原创

2017年11月25日,在昆山举行的2017年昆山半导体产业高峰论坛上,中科院微电子所所长叶甜春提出了集成电路产业生态树这一概念。

如今,浓缩在芯片上的集成电路已经成为社会经济和发展的重要支撑,电脑、智能手机、家电、汽车、机器人等各种各样的产品都离不开集成电路的支持,可以说,没有集成电路,现代工业就没有赖以生存的“粮食”。

而在这一架构中,半导体制造、封装测试、设备,作为集成电路生态树的根基环节起到基础性的作用,而存储器、处理器、通讯/射频产品、功率/模拟IC这些应用于终端产品的半导体产品则是集成电路生态树的枝叶。

制造封装已实现突破

我国作为全球最大的半导体消费市场,近年来对于集成电路产品的需求一直保持着快速增长。

但是随着发达国家对出口到中国的装备、材料以及工艺技术进行严格审查和限制,想要拥有自主知识产权的高端芯片,就必须要实现自身的突破,发展自己的集成电路产业体系。

在此基础之上,“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”国家科技重大专项从2008年开始启动实施,其目标就是开展集成电路制造设备、工艺和材料技术的攻关研究工作,实现基础产业的自主创新发展。

众所周知,在2008年之前,国内集成电路制造最先进的量产工艺还是130纳米,研发工艺为90纳米。而集成电路高端设备和材料还基本处于空白状态,完全依赖进口,产业链出现严重缺失。

出现这种情况的根本原因在于,我国集成电路企业的自主创新发展缺乏自主知识产权。

叶甜春曾在今年五月份的一次讲话中总结近年来专项取得的重大成果,指出,专项实施至今,我国集成电路产业的主流工艺已经提升了5代,55、50、28纳米三代成套工艺研发成功并实现量产,22、14纳米的研发工作也取得了突破,形成了自主知识产权。

以专利为例,截至今年上半年,集成电路专项已申请2.3万余项国内发明专利和2000多项国际发明专利,“所形成的知识产权体系使国内企业在国际竞争中的实力和地位发生了巨大的变化。”

但是在25日举行的高峰论坛上,叶甜春再一次强调,虽然我国在集成电路的制造、封装测试和设备方面取得了巨大突破,但是相较于存储器、处理器、通讯/射频产品、功率/模拟IC这些产品市场,基础设施的的体量有限,同时要形成我国自己的集成电路制造体系,就必须完善集成电路生态树的概念,保证各个层级的技术和产品都要有。

集成电路产业生态树,还缺哪些?

存储器、处理器、通讯为主

但是叶甜春也指出,中国半导体目前的产品市场面临的最大问题就是“偏科”问题严重。

在之前提到的存储器、处理器、通讯/射频产品、功率/模拟IC四大产品类别中,存储器有长江存储等国产厂商的大力发展,目前已经取得了不错的成绩,近期有消息显示长江储存的32层3D NAND产品即将实现量产,这对于中国存储行业来说,不可为不是一剂强心针。

处理器则更不用说,随着近年来人工智能的热潮到来,寒武纪等国产处理器芯片针对这一新兴市场都推出了不错的产品,无论是在寒武纪的CPU还是紫光同创的FPGA的努力下,中国处理器产业对于即将到来的浪潮都有着自己独特的认识,不在是跟随者的角色。

此外,通讯/射频产品是中国半导体产业近年来最大的发展领域和推动力,要知道,在2016年,中国消费的半导体产品占到了全球的三分之一,其中很大一部分是用在通讯、移动设备领域。

值得一提的是,全部采用国产CPU的“神威·太湖之光”中国超级计算机已位列全球500强首位;中国移动智能终端芯片全球市场占有率约20%;智能电视主控芯片也打破垄断,出货量约1000万颗;基于国产密码的标准金融IC卡芯片累计出货已接近1亿颗。

今年基带芯片,华为海思970芯片等高端集成电路产品相继出炉,物联网、大数据等周边应用也加快发展,这将明显带动中国集成电路产业的发展。

可以说,中国集成电路市场规模的快速成长,是由技术的创新、下游应用的市场需要和产业投资共同拉动的。

功率/模拟IC是短板

但是叶甜春也指出在集成电路产业生态树中,我们还存在着短板,其中尤以功率/模拟IC情况最为明显。

首先来看看功率器件的发展情况。

近年来由于工业控制、家电、充电设备等应用不断追求高能源效率,功率器件下游产品范围的稳步扩张、产量的大幅增长以及功率器件技术的快速更新,在全球范围尤其是中国地区都保持稳步增长。

功率半导体产品形态多种多样,几乎所有与电力能源相关的产品都需要用到功率半导体器件。按照年产值贡献口径,IGBT、MOSFET、二极管及整流桥是功率半导体最主要的三个产品类别,占据功率半导体八成左右市场。

那么市场的整体情况如何呢?

首先来看看IGBT,数据显示,2015 年,全球 IGBT 器件及模块销售额 为39.44 亿美金,英飞凌、semikron、三菱及富士电机基本把控了全球 IGBT 市场,前五大厂商占据了 73.2%的市场份额。

MOSFET 方面,2015 年功率市场产值达到 54.84 亿美金,前五大厂商的市 场占有率合计达到了 60.1%,依旧是国外厂商为主导。

集成电路产业生态树,还缺哪些?

从厂商的角度来看,虽然中国拥有全球最大的功率半导体市场,但是中国功率半导体厂商与英飞凌等国外厂商相比依然有着较大的差距,可以说现有的功率元器件几乎都是依赖进口,形势不容乐观。

模拟IC市场的格局更是如此。

根据IC Insights的分析报告,2014德州仪器(TI)卫冕模拟器件老大地位,其2014年模拟IC销售额为81亿美元,占据全球模拟IC市场18%的份额。前十大模拟IC厂商份额占全球份额的57%。

而中国庞大模拟IC市场主要被这些国外知名前十大模拟IC中的欧美厂商如德州仪器、意法半导体、英飞凌、恩智浦、ADI所垄断。

市场助力技术追赶

那么影响我国功率/模拟IC发展的原因有哪些呢?

具体来看,在功率半导体领域,我国半导体企业技术水平相对落后,优势产品种类相对单一,和国际一流半导体公司在全控型功率半导体分立器件市场上的竞争能力上有明显差距,特别是高阶产品领域,90%的市场占有率被美日欧等国际企业占据, 显然大陆进口替代空间巨大。

在模拟IC市场,中国模拟IC厂商主要主要存在以下三点问题。

首先,中低端聚集。目前,中国绝大多数的模拟IC厂商能够提供的高端模拟IC产品并不多,其产品主要集中在中低端市场。一方面这与中国企业求生存的现状有关,要想在中国市场生存下去,价格战是不可避免的一个问题,而价格因素往往会影响到产品和之后的研发投入,如此循环,产品只能徘徊在中低端市场。

其次,产品线覆盖范围小。中国模拟IC厂商的发展时间有限,能够提供的产品也有限,与TI这些国际厂商能够提供动辄上万款产品相比,中国厂商还存在着很大的劣势,更不要说能够为客户提供完整的解决方案了。

第三,经验缺乏。模拟IC市场更多的是偏向于一个需要长期经验积累的市场,需要大量的人才,但是目前中国半导体人才缺口巨大,也限制了中国厂商的发展。

集成电路产业生态树,还缺哪些?

三大动力助推产业发展

但是,我国的功率/模拟IC市场依然有着追赶的希望。

因为我们有着得天独厚的优势和助力。比如说,

政策上,国家意志推动半导体行业崛起,无论是功率半导体器件还是模拟IC,国家都给予了政策和资金上的支持。

资金上,功率半导体采用特色工艺,属于超越摩尔定律范畴,不追求先进制程,资金投入仅为集成电路的1/10,国内厂商可以利用资本优势获得先进工艺,快速追赶海外巨头。模拟IC则偏向于产品创新,而轻制造,不需要在制造方面投入太多的精力,产品创新才是关键。

市场上,中国拥有最大的功率半导体市场和模拟IC市场,如此巨大的市场不是几个厂商就能够吃下的,也不是一两家厂商的产品就能够满足的。中国厂商本身拥有着国外厂商无法比拟的主场优势,如何善用这种优势才是当务之急。

技术上,国内企业从低端功率器件起家,积累多年开始向高端器件进军,成功了实现国产化功率半导体的应用。模拟IC设计目前还处于发展初期,还在Fabless阶段,虽然目前的发展需要时间来累积经验和产品的核心技术,不是短时间内就能完成的,但是依然大有可为。

总结

无论是生态系统还是生态树这一概念,对于中国集成电路产业的发展都是尤为重要的。

但是单一领域和生态系统就仿佛是点和面的组合一般,既不可因噎废食,也不可偏废一方,这是实现中国集成电路产业自主化的必由之路!

文/半导体行业观察 刘燚

今天是《半导体行业观察》为您分享的第1470期内容,欢迎关注。

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