中國大陸投入巨資發展晶片代工 張忠謀說幾年內無法追上台積電

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日前,台積電3納米製程新廠確定落在台灣南科,台積電將為此投資200億美元。張忠謀接受日經新聞採訪時稱,目前中國大陸晶片代工技術仍不成氣候,可能需要花好幾年的時間才有機會達到台積電的技術門坎,主因是沒有業內企業願出售自身擁有的領先技術。他認為,即使大陸的成熟製程可開出產能,但供給過剩是很大的風險,況且先進位程的技術,就算花錢也買不到。

那麼,在中國大陸近年來大量投資半導體產業的情況下,張忠謀如此表態的底氣何在呢?

大舉投資無法在短期實現逆襲

自中國成立國家集成電路大基金以來,全國各地開始大量投資半導體產業。上海、北京、武漢、合肥、成都、南京等地紛紛新建或擴建晶圓廠。

在獲得大基金的投資之後,中芯國際於2016年10月13日宣布在上海開工建設新的12英寸晶圓廠,該項目投資超過675億人民幣,計劃於2017年年底建成,這座工廠計劃使用14nm工藝。如果能夠如期達成目標,就意味著中芯國際在製造工藝上達到國際先進、國內領先水平。橫向對比的話,台積電和三星也不過是在2015年前後才實現14/16nm晶片商業化量產。

在2016年11月9日,國家「909」工程二次升級改造——華力微電子二期12英寸高工藝等級生產線項目正式啟動,總投資達387億元,規劃月產能4萬片。初期製程規劃為28納米,並計劃用數年時間逐步走到20、14納米。

大手筆投資的還有紫光集團,在2016年投資1600億元人民幣在武漢開工建設了存儲工廠之後,2017年1月18日,總投資額達2600億元人民幣的紫光南京半導體產業基地及新IT投資與研發總部項目在南京正式簽約。紫光南京半導體產業基地項目主要產品為3D-NANDFLASH、DRAM存儲晶片等,項目一期投資約100億美元,月產晶片10萬片。除上述兩地工廠之外,紫光還計劃於成都興建12寸廠。

除了中芯國際、華力微電子、紫光集團之外,國內外諸多公司在中國大陸開建晶圓廠。比如德科瑪在淮安規劃2萬片CIS產能,CIS多用於智慧型手機攝像頭,國內品牌的中高端智慧型手機的CIS基本被日本索尼壟斷,這個項目有利於提升中國在該領域的話語權。

根據國際半導體協會(SEMI)公布的數據,在2016年和2017年,新建的晶圓廠至少就有19座,而其中有高達10座皆建於中國。這些新廠產能將於2018年年底釋放,屆時中國晶圓廠的12寸晶圓每月總產能將達36.2萬片,為現有產能的1.8倍。

不過,大舉投資到處建廠並不能在短期就實現逆襲。而且就晶圓總產能和技術水平來說,還是和境外大廠存在不小的差距的。就中國廠商的12寸晶圓總產能占全球12寸晶圓的產能比例而言,還是相對偏低的,即便到2018年年底,中國廠商的12寸晶圓總產能僅為全球12寸晶圓的總產能的6.3%。就技術水平而言,大陸中芯國際、華力微電子等晶圓廠目前還在解決28nm製造工藝的良率問題,而Intel、台積電、三星都開始10nm晶片商業化量產,境內廠商和Intel、台積電、三星有明顯技術差距。

半導體設備不是瓶頸

日前,全球光刻巨頭ASML中國區總裁金泳璇在接受媒體(DIGITIMES)採訪時表示,ASML對大陸晶圓廠與國際客戶一視同仁,只要客戶下單,EUV要進口到中國完全沒有任何問題。在交期方面,所有客戶也都完全一致,從下單到正式交貨,均為21個月。金泳璇還透露,目前已有大陸晶圓廠巨頭與ASML展開7納米工藝製程的EUV訂單洽談,2019年大陸首台EUV可望落地。而這對中國晶圓廠來說無疑是一個好消息。

一直以來,由於《瓦森納協定》使中國很難從西方直接獲得高端技術,一定程度上影響了中國和西方之間開展高端技術合作。像光刻機等高端設備正被列入限制出口的清單之內,中國也很難買到最新最先進的產品。具體來說,EUV光刻機最早的實驗型號在2011年就有境外廠商購買併到貨了。在2013年,量產型EUV光刻機3300B也開始向國際大廠供貨。而中國企業則無法擁有與Intel、三星、台積電一樣的優先級買到ASML的最新產品。因而有觀點認為中國晶圓廠技術明顯落後於台灣和韓國全部要歸咎於西方的技術封鎖。

但事實上,這種觀點是比較片面的。誠然,中國只能在國際大廠買到產品的幾年後才有機會買到相應產品。甚至購買一些相對落後一些的光刻機都必須通過各種方式進行斡旋。比如在2015年,駐荷蘭大使陳旭訪問ASML公司,雖然外交部官方網站的報導非常「官八股」,但沒準就是為中國企業採購ASML光刻機進行官方斡旋。

不過,就此把中芯國際、華力微等晶圓廠的不給力歸咎於光刻機等設備被西方卡脖子是不太合適的。因為中芯國際和華力微的設備雖然比台積電、三星現在最新的設備要差一些,但比國際二流的一些小廠商已經要好很多,而且這些設備比當年台積電掌握28nm工藝時所使用的設備也要先進不少。也就是說,當年台積電使用比現今中芯國際更差的設備,依舊搞定了28nm工藝,而大陸晶圓廠使用了更先進的設備,在良率上依舊存在一定瑕疵。

因而,大陸晶圓廠最大的短板並非是設備不行,而是使用這些設備的技術水平和台積電、三星、Intel有差距。對此,一位業內人士評價:「只要做一些工作,設備都能弄到,主要是技術研發不出來,別人花了幾十年,投入百億美金,中國也要走這個過程」。

路漫漫,上下而求索

張忠謀之所以表示:「目前中國大陸晶片代工技術仍不成氣候,可能需要花好幾年的時間才有機會達到台積電的技術門坎」,原因就在於國內晶圓廠在技術水平上與台積電有不小的差距。畢竟晶圓代工是一門技術活,有先進的生產設備和生產出性能優異、穩定可靠、良品率高的晶片是兩回事。在晶片的生產製造匯總,工藝配方、製造流程、建模水平、良率控制相關的技術都是各大晶圓廠的不傳之秘,要製造出10/14nm的晶片,擁有先進的半導體設備是一方面,自己內部的技術積累又是另一方面。

某自主CPU在分別採用境內和境外晶圓廠代工後,就發現境外晶圓廠的良品率明顯高於境內晶圓廠。龍芯在ST和境內某晶圓廠流片後就察覺到,境內代工廠的40nm製造工藝還不如ST的65nm製造工藝,ST在同製程下也只有台積電的80%,境內的代工廠在同製程下只有台積電的60%。此外,境內代工廠在不同批次的一致性,仿真模型和實際電晶體參數的一致性都和國外工藝有一定差距,這使得IC設計公司如果要在境內代工廠流片,在設計時要多留些餘量,蒙特卡羅仿真也要把參數波動範圍設大一些。

就商業上看,在2016年,台積電營業收入的54%是來自於40nm及以下製程技術,格羅方德的比例為48%,聯電為18%,中芯國際僅有2%。即便2016年中芯國際28nm營收占比有3.5%,這當中很大一部分是高通因非商業因素給中芯國際下單,並非中芯國際在技術上能夠擊敗台積電。

正如之前那位業內人士介紹,「別人花了幾十年,投入百億美金,中國也要走這個過程」。在追趕台積電的道路上,境內晶圓廠還有很長的路要走。


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