1 我国集成电路发展概述
我国的集成电路最早建设可以追溯到以1965年国务院发布的《1965到1967年科学技术发展愿景规划纲要》为标志的起步阶段,我国集成电路发展史大致可以分为五个阶段:20世纪50年代到70年代的自力更生的集成电路初创期、20世纪70年代到80年代改革开放前的集成电路探索期、20世纪80年代到90年代改革开放时期的集成电路引进开发期、20世纪末期全面布局的集成电路重点建设期以及21世纪初期的集成电路产业高速发展的黄金期。
目前,中国已经成为全球最大的集成电路市场,但集成电路的自给率仍然不高,对外依赖性很强。随着产业分工高度专业化集成电路形成产品设计、制造与封装测试等环节,且各个环节之间的关联性、协同性要求越来越高。
2 集成电路产业链的分析
集成电路产业链上游主要是集成电路设计。集成电路设计是集成电路产业链中最重要的部分之一,在这一领域利润较高,目前国内仅有少数公司在集成电路设计领域取得的了突破。
集成电路产业链中游为集成电路、材料、集成电路设备和集成电路制造。在集成电路材料领域,由于集成电路材料技术壁垒较高,目前在此领域基本以日美等企业占主导地位。从集成电路设备端来看,随着跨国集团在中国建厂,目前国内的设备厂商迎来发展的良机;在集成电路制造端,目前我国晶圆厂以中国台湾的台积电一家独大,但中国大陆本土企业中芯国际已完成14nm集成电路的研发,n+1nm(与7nm芯片极其接近)的芯片正在研发中。
集成电路下游主要是集成电路封测。集成电路封测是我国最早切入集成电路的领域,目前我国封测企业已获得了基本的技术和良好的产业竞争力,技术和销售规模已进入世界第一梯队。
2.1集成电路上游产业分析
集成电路设计,根据电子产品及设备等终端市场的需求设计开发各类芯片产品。位于产业链上游,属于创新密集型、轻资产型行业。
我国集成电路起步于产业链最低端的封装测试起家,近年来得益于国家政策支持、市场驱动等因素,我国IC设计产业得到明显提升,中低端市场产品占有率持续提升,无论是销售额还是IC设计企业数量均呈现出井喷式增长。2017年中国IC企业销售额达到1946亿元,同比增长28.15%。目前中国IC设计多家企业已经跻身世界排名前列,创新能力强的企业有望伴国产化的东风伴随国内市场进一步得到成长。
根据DIGITIMES的数据,2018年全球前10大IC设计公司(fabless)中有6家美国公司、3家中国台湾地区公司、1家中国大陆公司。
从IC设计企业区域分布来看,根据2017年11月中国半导体行业协会年会数据,2017年珠江三角洲将成为IC设计产业规模最大的区域达到687.5亿元人民币,增长达38.61%,其次为珠江三角洲产业规模预计达661.69亿元,增长22.49%,而中西部地区增长达51%。
国内IC设计产业发展痛点:
(1)技术创新能力有待提升,与国际先进水平相比,我国集成电路产业差距明显。目前中国IC设计厂商技术发展高端产品应用有限,自主研发能力有待进一步提升。
(2)国际环境影响,为遏制中国,瓦森纳协议限制高技术产品出口中国,受西方国家对集成电路技术出口限制的制约,我国集成电路芯片制造技术始终落后于国际先进水平2个技术节点;另外国际芯片巨头相继在中国建厂,率先抢占中国市场,竞争压力加大。
2.2集成电路中游产业分析
集成电子制造,是资本和技术密集型产业,需要消耗大量的资金,其最关键的技术为制造流程的精细化技术,为攻克最先进制程需巨额资本开支及研发投入。
从目前全球晶圆厂产能建设情况来看,12寸晶圆厂是目前的主流建设方向。2017年全球12寸晶圆厂共108座,到2020 年底,预期全球将再新增9 座12 寸晶圆厂投入运营,届时全球应用于IC 生产的12 寸晶圆总数达到117 座。
目前,台积电的7纳米、7纳米增强版制程工艺已经进入量产。根据其制程规划,2019年台积电的5纳米技术开始试产,2021年3纳米技术进入试产阶段。
在先进制程方面,三星紧跟台积电步伐。三星的7纳米EUV制程已经量产,5纳米、3纳米制程技术计划同步于台积电推出。
英特尔目前量产10纳米制程工艺,根据其规划,英特尔在2021年推出7纳米产品、2022年推出5纳米产品。
成立较晚的中芯国际在先进制程上快速发展,14纳米工艺在2019年上半年开始进入客户风险量产,且在7纳米工艺上也开始做相应布局。
在8寸晶圆线方面,国内的多数8英寸晶圆厂已经运行多年,但仍有中芯国际、积塔半导体、格科微电子、耐威科技、士兰微等10条产线在进行扩产、建设。
2.3集成电路下游产业分析
封装测试主要作用是将芯片封装在支撑物内,以增加防护并提供芯片和PCB之间的互联。是技术含量最低的环节,属于劳动密集型产业。
封测市场目前是台湾地区、大陆、美国三足鼎立的局面,台湾凭借其多年行业经验和积累及先进的制程工艺和封测技术,成为行业领头羊,以日月光、矽品等企业领跑行业发展。2017年仅日月光、矽品两家企业就夺得全球封测行业29%的市场份额。(数据来源:前瞻产业研究院)
下游领域的高速需求,推动先进封装市场表现强劲。2018年全球先进封装市场规模约为280亿美元,到2024年全球先进封装市场将达到440亿美元,年均复合增长率为8%。
随着产业链设计、材料设备等环节联系越来越紧密,传统封测将不能适应行业发展的需求,与其他环节的紧密结合与适应的新型封测模式将引领市场潮流,封测企业要与市场及产业完整融合才能在行业中立于不败之地。
3 发展集成电路产业的意义
集成电路已成为我国信息产业和网络安全最核心的事情,国内集成电路产业将通过核心应用提升、战略产品拉动、关键工艺技术推进,以点带面,从而实现产业水平的全面提升。当前摩尔定律正在放缓,全球集成电路产业进入了成熟期和调整变革期。无论是对国内集成电路设计业来说,还是对制造业来说,这都为实现赶超、缩小与全球先进水平的差距提供了难得的机遇。
结语
我国高度重视集成电路行业的发展,已经将发展集成电路产业已上升至国家战略的高度。多年来出台多项政策支持我国集成电路的发展,2020年11月份,中国共产党第十九届中央委员会第五次全体会议通过了《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》正式将集成电路写进中国“十四五”规划,旨在我国新体制下,打好关键核心技术攻坚战,突破我国在集成电路领域的关键技术难关。
参考文献
[1] 白皮书调研数据库. 2020-05
[2] 摩尔人招聘 X 薪智2020-06.
[3] 数据来源ICInsights、DIGITIMES、前瞻产业研究院.
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第一作者简介:干文胜(1973年5月),男,天津市,技术员,天津工研科技发展有限公司,研究方向:集成电路。