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中兴危机映照下的“中国芯”

中国大陆电信巨头、中兴通讯(ZTE)遭遇“黑色四月”。美国商务部重新启动对其组件出口禁令,导致其迅速陷入“休克状态”,沦为近来中美贸易战中最重要的牺牲品。台湾官方也一度下达类似指令,封杀其后路。目前,在中美贸易战暂缓的大背景下,中兴危机出现转机。最新消息称,中美已在6月7日达成和解协议,中兴以10亿美元罚款加4亿美元托管资金,以及撤换30天内撤换整个管理层和董事会、允许美国派驻合规小组等三大条件,换取息事宁人。

中兴遭此重挫,虽获得短暂妥协,但无助于改变中兴芯片技术严重依赖进口的现实。中兴危机将如一盆冷水,为中国大陆半导体产业的狂飙突进降温,而由此引发对芯片行业的反思,可说才刚开始。

“强大”与渺小

这是一次一剑封喉的教训。美国商务部4月16日对中兴通讯下达“封杀令”,禁止美国企业在未来七年内向中兴供应零组件。封杀令让中兴瞬间陷入危机,甚至有媒体推测中兴可能两个月内就要倒闭。根据中兴通讯发布2017年财报,集团员工约7.48万人,生意遍及全球160多个国家和地区,其手机海外业务包括美国、加拿大、墨西哥、西班牙、俄罗斯、澳洲六大重点市场,年营业收入约为1,088.2亿元人民币(1元人民币约合0.16美元)新台币。对于一家跨国企业来说,一纸禁令就能让其生产和运营顿时陷入绝境,完全曝露中兴在半导体、集成电路、芯片等核心领域的技术和专利匮乏。据称,其三成以上的零组件主要靠高通(Qualcomm)和英特尔(Intel)等美国企业供应。

中兴,正是中国大陆半导体业发展的典型缩影。

半导体是需求推进的市场。在过去40年中,推动半导体业成长的驱动力由传统的个人计算机(PC)及关联产业转向行动产品市场,包括智能型手机及平板计算机等。随着景气持续繁荣,为半导体市场带来成长动力。特别在过去10年内,中国大陆制造全球逾70%的智能型手机、超过75%的平板计算机、超过80%的数字机顶盒(SMB)、超过80%的笔记本电脑(NB)以及超过80%的显示器,同时,中国在这些领域的消费也日益提升,带动对集成电路旺盛的需求。

国际顾问机构IBS统计和预测显示,从2006年起,中国大陆已成为全球最大的集成电路市场;自2014年起,中国集成电路市场已超越全球之半。根据中国大陆方面的统计数据,2017年中国集成电路市场销售成长率为9%左右,市场规模已达到1.3万亿人民币,预计2018年集成电路市场继续成长6.5%,市场规模将提升至1.39万亿人民币。

然而,大陆半导体产业发展与其庞大的市场需求并不匹配,自主可控程度并不乐观。根据中国大陆海关的统计数据,2015年起,大陆集成电路进口总额连续三年超过原油,且两者差额每年都超过950亿美元,2017年更达到2,601.4亿美元。相较来说,集成电路产品出口自2013年的1,426.7亿块成长到2017年的2,043.5亿块;出口额却不升反降,由2013年的877亿美元下降到2017年的668.8亿美元,进出口逆差则从1,436.4亿美元扩大到1,932.6亿美元。这意味着中国大陆集成电路产能更趋落后,导致出口量上升,出口额却出现下滑。

较大的逆差凸显中国大陆半导体市场供需不匹配,严重依赖进口的局面亟待改变。据估算,中国大陆国产芯片自给率目前仅为10%至20%。

图解:认识全球万亿半导体产业

中国大陆电子产品占据全球很大份额,但是其半导体产业发展与其庞大的市场需求并不匹配。根据中国大陆海关的统计数据,2015年起,大陆集成电路进口总额连续三年超过原油,且两者差额每年都超过950亿美元,2017年更达到2,601.4亿美元。相较来说,集成电路产品出口自2013年的1,426.7亿块成长到2017年的2,043.5亿块;出口额却不升反降,由2013年的877亿美元下降到2017年的668.8亿美元,进出口逆差则从1,436.4亿美元扩大到1,932.6亿美元。

中兴危机映照下的“中国芯”

从二战后,全球半导体产业分工越来越细致,形成极其复杂和漫长的产业链条。中兴危机映照下的“中国芯”近半个世纪以来形成,一枚小小的集成电路芯片从提纯硅到切割为晶片,再到刻蚀,形成全球性的分工合作。中兴危机映照下的“中国芯”

大陆的“先天不足”

为什么会产生如此畸形的结构?要从半导体业发展历程说起。

半导体产业自二战末期崛起,至今已形成一个系统的庞杂体系。由于成本要求的增加,专业化的内部分工正在代替传统的垂直整合制造模式(Integrated device manufacturer, IDM)。如果将半导体产业生态按照世代划分,1950年代为IDM模式的开始,即一个企业可以独立完成几乎整个主要产业流程,需要依靠强大的资本和技术实力。(详见图解《半导体产业生态系统》)

美国迄今仍在IDM 模式及垂直分工模式中的半导体产品设计环节占据绝对主导地位,而晶圆代工及封测等重资产、附加值相对低的环节则陆续外移。

历史上,半导体产业经过两次迁移。第一次发生在大型计算器时代,美国将装配产业转移到日本,日本凭借规模化生产技术占据成本和可靠性优势,成为动态随机存取内存主要供应国。这一次的转移,使得日本迄今仍在上游原材料、设备领域占据领先地位。随着家电业与半导体业相互促进发展,出索尼(Sony)、东芝(Toshiba )等大厂在日本成长起来。

第二次转移发生在个人计算机(PC) 时代,PC 对内存的诉求由可靠性主导转为价格主导,南韩凭借劳动力优势取代日本的地位,孕育出三星(Samsung)、海力士(SK Hynix)等厂商,至今仍主导内存市场。与此同时,台湾集成电路公司(TSMC)成立后,开启晶圆代工(Foundry)模式,解决想设计芯片必须巨额投资晶圆制造产线的问题,拉开垂直代工的序幕,逐步形成集成电路(Integrated Circuit,IC)设计、晶圆代工、封测连动的产业集群。随着移动产品盛行、换代速度更快,垂直分工模式以其更短的产品生命周期,及更具竞争性的价格逐渐占据主导地位,长期引领全球圆晶代工、封测等环节。

正如台积电开启晶圆代工模式,在此过程中,产业分工越来越精细。1960年代专业制造设备生产最先“独立”1970年代专门的电子设计自动化(EDA)出现,1980年代则进一步分解出无厂半导体设计公司(fabless semiconductor company)和晶圆代工厂,到1990年代则增加专注知识产权的IP内核供应(IP core),2000年代增加专门进行封装(Packaging)的公司,到2010年代独立的软件公司也成为产业生态系统的重要组成部分。

目前,核心产业链包括半导体产品的设计、制造及封装测试由美日垄断,EDA 工具环节由美国绝对主导,IP内核由英美两国主导,原材料由日本主导,设备环节主要由欧美、日本垄断。(详见图解《全球半导体产业价值链》)

所以,从行业排名看,根据国际研究暨顾问机构Gartner统计数据,2017年全球十大半导体企业中,无一家是中国大陆企业。在这份最新的榜单中,三星以收入612.15亿美元、年度增幅52.6%,超越多年的“霸主”英特尔,赢得14.6%的全球市占。事实上,这份名单中有2家南韩企业(三星电子、海力士),美国企业5家(英特尔、高通、博通、德州仪器和西部数据),台湾(台积电)、日本(东芝)、荷兰(恩智浦,NXP)各1家。(详见图解《2017年全球半导体产业TOP10》)

全球芯片TOP10 中国大陆无一入席

中兴危机映照下的“中国芯”尽管中国大陆在某些芯片研发生产环节有突破,但整体来看,全球半导体产业收入前十位仍被美、日、韩等霸屏,其中多是IDM(Integrated Device Manufacture,集成器件制造)模式,实力雄厚。

若再按照企业分工环节和模式分解看,中国大陆半导体则情势稍好。根据美国半导体产业协会(SIA)2016年5月份的报告《BEYOND BORDERSTHE GLOBAL SEMICONDUCTOR VALUE CHAIN》指出,紫光集团、吉林华微电子、华润微电子等中国大陆采取IDM模式的半导体全球市占几乎可以忽略不计,美国则占51%的半壁江山,其次是南韩的28%、日本为11%,欧洲与台湾分占7%及2%。

相较于这种模式,分解半导体产业环节的无厂半导体公司/晶圆加工厂+封装测试(fabless/foundry+OSAT)模式的确更为流行。这种分散模式大大降低企业的成本压力,fabless可以专注设计,而foundry则可以代工制造服务更多客户,使得代价高昂的设备得到充分运转。

中国大陆fabless收入的全球市占率约为10%,远低于美国的62%及台湾的18%。事实上,这还是大陆相对优势的领域,至于其中参差良莠则另当别论。根据2017年的数据显示,在全球排名前10的fabless厂商中,华为海思半导体(HiSilicon)、清华紫光(UNIS)两家大陆企业已经分别跻身第7和第10位。二者均以智能型手机芯片为主,海思的麒麟970处理器一度被认为可与全球巨头高通、三星、联发科尖端产品比拚。(详见图解《2017年全球十大无厂半导体公司排名》)

中兴危机映照下的“中国芯”无厂半导体设计是半导体产业最具价值的环节之一。在2017年全球十大无厂半导体公司中,中国已有两家上榜。

晶圆代工制造部分,中国大陆半导体产业收入比例约为7%,同样远远低于台湾的73%,也不及美国的10%。以纳米(nm)为单位的特征尺寸是衡量晶圆代工厂工艺能力的主要指针,所谓特征尺寸即该工艺下能够生产的晶体管最小栅极长度,特征尺寸越小,在单位面积内能够集成的晶体管数目就越多。这意味着相同面积,特征尺寸先进的工艺生产出来的电路在速度、功耗和系统复杂程度上更有优势。拥有全球最顶端制程工艺的台积电在2017年的年报声称,公司成功推出7nm技术,加强型制程技术预计2018年推出,而5nm技术的开发符合2019年第一季试产目标,客户测试芯片已进入生产。统计显示,大陆晶圆代工虽有数十家,覆盖10nm以下的现有制程工艺,但主流仍集中在28nm以上制程节点,如中芯国际最先进制程为28nm,而华力微电子更在40nm以上。台积电和联电为代表的台企,其江湖地位在短期内难以撼动。

在产业链的最末端,即交付中兴、华为等产品客户之前的最后一道工序封装测试,相较来说,台湾仍占据绝对优势,达到市占率的54%,美国有17%的市占率,中国大陆则为12%,差距并不大。其实,大陆封测产业已聚集包括台湾日月光等巨头的合资公司,而大陆本土则以收购自新加坡的星科金鹏(隶属长电科技)为代表,数量众多且规模不一。

除此之外,专业的IP内核、专业设备与原材料公司才是中国大陆真正的致命伤。五大硅晶圆供货商日商信越半导体、胜高科技、台湾环球晶圆、德国Silitronic、南韩LG垄断全球市场。应用材料(美国)、科林(美国)、ASML(荷兰)、东京电子、科磊(美国)位则占据光刻机、刻蚀机、离子注入机、涂胶显影机等半导体设备市场66%的份额。

2014年由“中国半导体教父”张汝京开创的上海新升半导体开始探索自主硅晶圆供应,而2017年央视财经频道也披露中国大陆16nm刻蚀机和7nm至10nm刻蚀机设备的研发应用……不过,这仅仅是开始,中国大陆改写半导体产业格局还很遥远,中兴等中国大陆公司在可预见的未来还得依赖国际半导体市场供应。

来源:多维新闻

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