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晶圆代工白热化,中芯国际能否接棒台积电?

巅峰对决!

在三星宣布将于2021年推出一款突破性的3nm工艺制程产品后,台积电(TSM.US)终于按捺不住,欲全力反击。据智通财经APP了解,近日,台积电官宣正式启动2nm制程研发,并预计研发工作将于2024年完成并投入生产。

台积电的官宣再明了不过,矛头直指三星,欲在先进制程上与三星拉开距离,火药味十足,且台积电全球总裁魏哲家6月18日表示,5nm产品将于明年量产,紧跟三星步伐。

随着双方的角逐,晶圆的制程工艺已逐渐向1nm靠拢,半导体的物理学极限也将受到挑战,能否成功尚不可知,但三星与台积电的宿敌之战已在所难免。

落后玩家英特尔

时至今日,三星与台积电成为了晶圆代工领域的资深玩家,其他企业已被远远甩开,而2018年8月便是个特殊的日子。

8月13日,台湾第三大晶圆代工厂联电做出了一个艰难的决定,即停止12nm以下先进工艺的研发,不再比拼技术,而重视投资回报率,把赚钱放在第一位。

8月28日,全球第二大晶圆代工厂格芯(Global Foundries)官宣:为支持公司战略调整,将搁置7nm的FinFET项目,并在裁员的同时,把一部分顶尖技术人员部署到14/12nm FinFET衍生产品和其他差异化产品的工作中去。

至此,在追逐7nm以下的先进制程企业中,仅剩英特尔、三星、台积电三位玩家。以每平方毫米数百个晶体管的指标来看,英特尔虽是10nm制程,但其晶体管数量更为密集,近似晶体管密度可达100.8MTr/mm²。

而台积电与三星虽是7nm制程,但在晶体管密集度的指标上,仍弱于英特尔(INTC.US)。台积电7nm FF/FF+工艺下的近似晶体管密度为96.5 MTr/mm²,三星7nm工艺下的近似晶体管密度则为95.3 MTr/mm²。台积电与三星的实力更为接近。

但值得注意的是,虽然英特尔10nm制程的晶体管密集度高于台积电的7nm制程产品,但台积电的逻辑单元密集程度却优于英特尔,可以说各有特色。不过,英特尔的10nm工艺却一再延迟,不见进展。在5月8日举行的英特尔投资者日上,公司管理层终于向市场吐露了“救心丸”。

英特尔表示,将在2019和2020年推出多款10nm产品,7nm产品将于2021年推出,是基于xe图形架构的GPGPU。

从制程上看,英特尔无疑是被三星和台积电甩开了一段距离。因为至2021年时,三星推出的便是基于GAA工艺的3nm制程,可将芯片性能提高35%,并将功耗降低50%,芯片面积缩小45%。而台积电在台湾的第一家3nm制程工厂将于2021年投产,并计划在2022实现大规模生产。

虽然台积电与三星都是在2021年推出3nm制程产品,但三星在进度上则更快一些。国际商业战略咨询公司的CEO Handel Jones说道:三星在GAA方面领先对手台积电约12个月,英特尔则可能已经落后了两至三年。

对于GAA技术取得的突破,三星代工业务营销总裁Ryan Lee则表示,GAA技术让2nm、1nm工艺成为了可能。事实上,自3nm之后,三星便放弃了FinFET工艺,而台积电此次公布的2nm研发计划中,并未公布相关材料和技术工艺。

第三次产业转移

在英特尔被甩开之后,晶圆代工巅峰之战的参与者便只有三星和台积电两家。二者均是亚洲企业,并受益于第二次半导体产业转移,从而发展为行业巨头。

事实上,在半导体并不算长的发展历史中,已出现两次产业转移,每一次的产业转移都对产业落地国的经济发展产生巨大助力。第一次产业转移时,是从美国转向日本。

二战之后,日本开始实行产业标的政策,紧盯西方国家开始大量引入技术,以“引进-消化-改良”的方式迅速缩短与美国的距离。

发展具一定规模后,日本以物美价廉的方式切入DRAM储存器市场并迅速做大,至1986年时,日本在全球DRAM市场的占有率高至80%,反超美国成为世界第一强国。但从90年代开始,由于经济发展停滞,日本半导体产业却仍固守原有的分工方式,并未根据行业的发展主动调整产业结构,导致产业开始走向没落。

第二次产业转移则是关顾了韩国和台湾,二者在80年代正式开启了半导体产业建设。韩国在财阀的带来下,抓住了大型机到消费电子转变期对新型存储器的需求,撕开了半导体产业的缺口。发展至今,韩国以22%的市场份额成为仅此于美国的半导体产业大国,三星则成为了全球第一大半导体企业。

台湾则在张忠谋的带领下,看到了半导体设计与制造一分二的创新产业模式,并以晶圆代工为主,逐渐完善上中下游产业链布局,台积电则成为了全球半导体产业发展的最大变数。2017年时,台湾半导体代工的市场份额占全球代工市场的76%。

而第三次产业转移,则有望发生在中国内地。2017年时,我国的半导体需求为1892亿美元,占全球市场的比例高至44.1%。中国是全球最大的消费市场,近年来的半导体市场一直在快速增长,更为重要的是,在5G的推进过程中,自动驾驶、物联网、大数据等新兴行业将带来新的需求增量。

图:来源于西南证券

在市场需求,政策鼓励,国产化替代以及相对廉价劳动力的支撑下,半导体产业正向内地转移。据恒大研究院数据显示,至2020年时,将有约30座晶圆厂在内地落地,主要集中于上海、江苏和安徽一带。

中芯国际奋起直追

但我国目前的半导体产业发展仍不协调。从产业结构上看,我国的半导体产业虽由“大封装-中制造-小设计”向“大设计-中制造-中封装”转型,但需求供给不平衡的矛盾较为明显。

尤其以晶圆代工更为突出。据西南证券数据显示,2017年时,中国晶圆产值需求约671亿,但内地的晶圆代工厂仅提供了28.3%的产值,该比例较2013年下降了19.8%,存在缺口481亿元,较2013年增加了130%。

这也表明了中国内地晶圆代工厂制程工艺水平与全球领先水平仍有一定差距,而中国内地晶圆代工厂的典型代表为中芯国际(00981)、华虹半导体(01347)。

中芯国际与华虹半导体的区别在于,中芯国际更专注于先进制程,而华虹半导体则深耕成熟制程。2018年时,中芯国际在90nm以下制程的营收占比为49.9%,而同期华虹半导体的一半收入则来自于0.35um以上制程的产品。

从产品分布来看,中芯国际在计算机及通讯领域的收入占比高达50%,而华虹半导体则面向消费类、汽车/工业等相对低端领域,且需求集中,2017年时,来自该两领域的收入占比高达84%。

因此,我国内地目前在先进制程上的主要代表便是中芯国际。2018年时,中芯国际就基带及射频应用推出第二代28HKMG平台28HKC+,相比第一代28HKMG技术28HKC,产品功能改善15%,节能25%,28HKC+将于2019年生产。

2018年时,虽然中芯国际来自28nm制程的收入仅有6%,但由于28nm具长制程特性,且在公司推出第二代平台后,有望提升在28nm上的收入水平。

与此同时,中芯国际成功建立了14nm技术平台,第一代14nm FinFET工艺已获得客户认同并进入客户导入及开发验证阶段,预计今年便可进行生产。此外,12nm技术亦取得相应突破。

与三星、台积电相比,中芯国际作为后来者确实在制程上相对落后,但其研发支出并不含糊,自2013年触底反弹后,研发占收入的比例持续提升,2018年时,该比例为16.52%,是台积电的一倍。

图:来源于西南证券

值得注意的是,中芯国际与台积电在28nm技术节点上的时间差最大,长达5年之久,但随着台积电制程的不断压缩,摩尔定律放缓,即在越接近1nm的制程上,花费的时间或越多,这在一定程度上缩减了中芯国际追赶台积电和三星的时间成本,而在14nm的技术节点上,中芯国际与台积电的差距已缩短至3.5年。

可以预见,在第三次产业转移,政策支持,以及物联网、人工智能、自动驾驶等新型行业对半导体需求拉动的大背景下,中芯国际在先进制程中将奋起直追。

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