鐵流:台積電申請赴大陸設廠意欲何為

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12月7日,全球最大集成電路製造商台積電正式向台灣「投審會」遞件申請赴大陸設立12寸晶圓廠與設計服務中心。

該晶圓廠規劃的月產能為2萬片12寸晶圓,並於2018年下半年開始生產16納米製程晶片。

同時,台積電還會在當地設立設計服務中心,以建立台積公司在中國大陸的生態系統。

如果該投資計劃被台灣「投審會」通過,該晶圓廠將成為大陸最先進的半導體製造產線。

一貫「傲嬌」的台灣企業一改以往的冷艷高貴,根本原因在於台灣的製造業總體衰退和中國大陸集成電路「紅色供應鏈」的崛起。

而在大陸開設12寸晶圓廠,對台積電而言,既是對台灣當局對中國大陸政策風向標的投石問路,又成功為自身留了一條後路,使其可以避免台灣面板產業的悲劇。

什麼是12寸晶圓

矽是半導體製造產業的基礎,也是地殼內第二豐富的元素,沙子的主要成分就是二氧化矽,這為晶片製造提供了充足且廉價的原材料。

製造晶片的第一步是電子級矽的製取,通過碳和二氧化矽在電弧熔爐中反應得到冶金級矽,再對其進行進一步提純,將粉碎的冶金級矽與氣態的氯化氫進行氯化反應,生成液態的矽烷,通過蒸餾和化學還原工藝,得到電子級矽,平均每一百萬個矽原子中最多只有一個原子的雜質,其純度高達99.9999%。

第二步是製取矽錠。

將電子級矽放在石英坩堝中,並用石墨包圍不斷加熱,溫度維持在大約1400℃,爐中充斥著惰性氣體,使電子級矽熔化的同時,不會因化學反應而摻雜雜質。

隨後將一顆籽晶浸入坩堝中,由拉制棒帶著籽晶與坩堝旋轉方向逆向旋轉,採用旋轉拉伸法緩慢的將籽晶垂直拉出,熔化的多晶矽會粘在籽晶的底端,最終得到圓柱體的矽錠。

矽錠

第三步是切割圓晶。

將得到的矽錠橫向切割成圓形的單個矽片,然後進行研磨,將凹凸的切痕磨掉,再用化學機械拋光工藝使其至少一面光滑如鏡。

當年Intel創立時,使用的是2英寸晶圓,隨著技術進步,現在國際主流採用的是12英寸晶圓。

就國內而言,中芯國際和華力微都有12英寸晶圓廠,Intel、三星、海力士等公司在大陸也有12英寸晶圓廠,台積電曾在大陸投資過8英寸晶圓廠。

晶圓尺寸越大,意味著單片晶圓能夠切割出的晶片越多,晶片成本也就越低。

換言之,雖然12英寸晶圓廠的投資遠遠大於8英寸晶圓廠——Intel研發和生產12英寸的晶圓以及建立的工廠就耗資35億美元。

但是12英寸晶圓比8英寸晶圓能切割出更多的晶片,因而單片晶片的成本會更低,而巨額設備成本將被晶片以億為單位的出貨量平攤。

晶圓

因此,採用尺寸更大的晶圓,不僅晶片價格可以更具競爭力,還能以細水長流的方式獲取更多利潤。

在獲得晶圓後,還要經歷光刻、蝕刻、離子注入、金屬沉積、金屬層、互連、晶圓測試與切割、核心封裝、等級測試等步驟,因過於冗長,就點到為止。

台灣對大陸嚴格技術封鎖

一直以來,台灣當局對高科技企業轉移到大陸諱莫如深,從來都是只轉移勞動力密集型企業。

即使允許在大陸投資設廠,也要求在大陸投資的工廠必須與台灣工廠保持「N-1」代的技術落差,而且主導權要由台灣半導體產業掌控,且在大陸開設的工廠的產能所占比重不超過企業總產能的10%。

什麼是「N-1」代的技術落差呢?晶片製造技術的代數以製程來劃分,45/40nm是一代,32/28nm是一代,22/20nm是一代,14/16nm是一代。

使用越先進的製程就可以在相同尺寸的矽片上集成更多的電晶體;在晶片電晶體集成度相當的情況下,使用更先進的製程,晶片的面積和功耗就越小,成本也越低。

順帶說一下工藝,相同製程下,不同的工藝也會帶來不同的影響,比如28nm LP工藝相對於28nm HKMG工藝來說成本更低,但性能功耗比也低;而28nm SOI工藝相對於28nm HKMG來說雖然功耗更大,但在相同後端設計水平的情況下,採用28nm SOI工藝可以達到更高的主頻,AMD的不少CPU主頻高達4G,一方面源自AMD雄厚的後端設計能力,另一方面也得益於28nm SOI工藝。

而台灣當局的「N-1」代的技術落差的具體表現莫過於聯電和大陸某市政府達成的協議——2014年,聯電在某市興建一座晶圓廠,整個項目總投資62億美元,其中聯電出資13.5億美元。

但協議中聯電只轉移中芯國際於2012年就已經掌握、2013年開始量產的40nm工藝。

更要命的是40/45nm晶片要到2016年才投產,而在該時間節點,14/16nm製程已經成為主流,落後主流製程3代的技術根本不具備市場競爭力。

地方政府與聯電的協議用生動的現實闡釋了什麼是「N-3」代的技術落差,結果當然是可以預料的,相關企業不僅沒能設計出一個擁有自主智慧財產權的微結構,連購買ARM技術的手機晶片都難以在市場上立足。

「紅色供應鏈」的崛起

近年來,中國政府對集成電路產業非常重視,國家成立了1200億元人民幣的集成電路大基金,加上在北京、上海和南京等城市設立的至少五個由政府牽頭的投資載體,合計大約有320億美元的資金打造晶片生態體系里的國內龍頭企業。

此外,中國企業還積極對內整合,對外併購,該行為被台灣媒體稱為打造「紅色供應鏈」。

集成電路的產業鏈莫過於晶片的設計、生產和封測了。

IC設計最直觀的感受就是設計微結構、設計CUP、設計SOC,比如Intel、IBM、AMD、ARM都是世界頂尖的IC設計公司。

清華紫光先以18億美元收購展訊通信,後以9.1億美元收購銳迪科,將中國大陸前三的兩家晶片設計公司整合到一起。

並獲得了大基金100億元人民幣和國開行200億元貸款扶持本土產業。

據統計,在全球前50名晶片設計及銷售企業中,中國企業的數量已從2009年的僅一家增至九家,海思和展訊更是沖入前10。

中國ARM陣營IC設計公司的手機晶片奪得全球近五分之一的市場份額。

晶片代工生產則是將IC設計公司提供的藍圖變成晶片的過程,在「十五期間」,因受限於國內晶片代工水平,產生了國內IC設計單位不得不將自主設計的CPU交付意法半導體代工的窘境。

目前,集成電路大基金向中國大陸最大的晶片代工企業中芯國際注資30.99億元人民幣;上海國資委下屬的上海聯投重金扶持華力微。

在2015年,中芯國際和華力微均掌握28nm晶片製造技術。

封裝和測試雖然只占集成電路產值的10%-15%,但卻是晶片製造的關鍵一環——將基片、內核、散熱片堆疊在一起,就形成了大家日常見到的CPU;測試可以鑑別出每一顆處理器的關鍵特性,比如最高頻率、功耗、發熱量等,並決定處理器的等級。

目前,長電科技獲得大基金注資2.8億美元,並在大基金和中國銀行的支持下,以7.8億美元(其中集成電路大基金出資1.4億美元,中國銀行貸款1.2億美元)收購新加坡星科金朋。

在實現蛇吞象後,又投資2億美元擴充廠內SIP模塊封測生產線。

錯綜複雜的收購資本來源,至於背後真正的主使者,你懂的

中國硬碟市場基本被西部數據和希捷壟斷,NAND Flash市場也被三星與東芝聯合的ToggleDDR陣營和英特爾與鎂光為首的ONFI陣營把持,國產化比例小,國內消耗的80%的存儲晶片都需要進口,2000多億人民幣的儲存晶片市場基本被外資瓜分。

有鑒於此,紫光掀起併購狂瀾向海外存儲巨頭宣戰——先豪擲38億美元收購西部數據15%股權,進而由西數出面,擬以190億美元收購閃迪;又和同方國芯敲定800億元人民幣定向增資方案來建設存儲晶片工廠……紫光董事長趙偉國在前段時間一次講話中更是宣稱,「將來5年投資3000億元人民幣打造全球第三大晶片製造商」。

凡此種種,均說明中國正力爭打通晶片設計、生產、封裝整條產業鏈,而這對作為台灣支柱的半導體產業造成一定衝擊。

台企緣何與大陸暗通款曲

正是在全球製造業不景氣和中國大陸、韓國的競爭對手的衝擊下,原本是台灣製造業支柱的半導體產業每況愈下。

台灣IC設計龍頭企業聯發科的市場份額被展訊不斷蠶食,3G手機晶片市場份額不斷流失,股價更是飛流直下三千尺,損失超過2000億元新台幣。

原本一直獨占半壁江山的台積電,也遭受了來自中國大陸和韓國的挑戰——此前一直與台積電合作的蘋果在今年將部分A9晶片交予三星代工,而高通驍龍820和部分驍龍400系列晶片分別轉移給三星和中芯國際,華力微也搶到了部分聯發科的28nm晶片訂單……

台灣封測巨頭在今年11月更是慘遭敗績——江蘇長電科技成功擊敗台灣日月光半導體,斬獲蘋果SIP模塊訂單量超過訂單總額的50%以上(另一家是日本村田)。

雖然這些還很難動搖台灣半導體產業的根基,但新生的「紅色供應鏈」已經初露鋒芒——根據台灣工業技術研究院產經中心公布的2015年製造業產值預測的最新修正數值,預計台灣今年製造業產值會出現7.36%衰退,其中台灣經濟動能多所依賴的信息電子業會衰退0.6%;金屬機電業衰退9.2%;化學工業則大幅衰退16.7%。

換算成金額,2015年台灣製造業產值將較去年減少1.4兆元新台幣。

對此,台灣「經濟部工業局長」吳明機稱,「現在已經一個頭兩個大」。

在台灣當局「傲嬌」的同時,Intel、三星、格羅方德等公司卻無比的現實,主動到中國大陸尋求投資機會,其中晶片寡頭Intel還計劃投資16億美元對成都工廠的晶圓預處理、封裝及測試業務進行全面升級,並將英特爾最新的「高端測試技術」引入中國,並將於2016年下半年投入量產。

在危急存亡之秋,台灣產業界大佬和工商團體形成共識——在政府的大力扶持下,大陸集成電路產業崛起勢不可擋,國際大廠也相繼在大陸投資,如果台灣當局繼續錯誤決策,那麼很有可能重蹈當年面板產業的覆轍(奇美、友達都曾想來大陸投資,但被台灣當局明令禁止)。

而台積電董事長張忠謀則說得更直白,「即使現在去也已經晚三星一年,但再不登陸,未來恐將毫無競爭力,實在是時間已晚,不得不去。

台積電赴大陸投資影響幾何

有人認為,台積電在大陸投資後會擠垮本土產業。

那麼,這究竟是杞人憂天,還是富有遠略的真知灼見呢?

事實上,在大陸投產或投資的海外晶圓廠已不在少數——Intel在華的12英寸晶圓廠月產能為5.2萬片;三星在華的12英寸晶圓廠月產能為10萬片;中芯國際的12英寸晶圓廠月產能為5萬片;華力微的12英寸晶圓廠月產能達3.5萬片;SK海力士在華的晶圓廠月產能為13萬片;晶合在華的12英寸晶圓廠月產能為4萬片……而台積電在南京的12英寸晶圓廠月產能僅2萬片,占大陸12英寸晶圓月產能的4.7%,占台積電2015年全部產能的2.5%。

因此,台積電在大陸投產的晶圓廠既無產能優勢,又無明顯的技術代差,不會對大陸晶圓廠造成衝擊。

那麼台積電於2018年投產的16nm製程晶片生產線是否會對中芯國際和華力微的晶片代工業務造成衝擊呢?

2015年,中芯國際和高通、華為、比利時微電子(Imec)一起開發14納米FinFET製程,高通和華為是中芯國際的客戶,真正提供技術支持的是Imec。

目前Imec已有一個團隊常駐在中芯國際,而中芯的14nm FinFET製程預計將在2018年早期風險量產。

顯而易見,台積電16nm製程在大陸投產的時間恰好是中芯國際14nm製程早期風險量產的時間節點,這不能不讓人感慨無巧不成書。

當中芯國際早期風險量產之時,台積電可以依靠更加豐富的IP庫、良品率、設備折舊(ASML的EUV光刻機1億美元一台)和規模優勢輕易打壓中芯國際,而台積電更先進的10nm製程也將於2017年早期風險量產。

如果台灣當局真有遠見卓識,不限制台積電在大陸的產能,並通過政治手段使中國政府放棄對中芯國際的支持,在純粹市場競爭的情況下,中芯國際很可能面臨在技術和成本兩方面被台積電碾壓的窘境。

赴大陸投資出於經濟而非政治

「兩岸一家親」的讓利和政治上的統戰固然能夠吸引台企赴大陸投資,但台積電此次決策更多的是出於自身利益的考慮——「紅色供應鏈」的崛起和激烈的市場競爭才是台積電赴大陸投資的根本所在,用董事長張忠謀的話說是「實在是時間已晚,不得不去」。

其實,在集成電路產業,類似的情況還有很多,比如在集成電路設計方面。

2000年前後,國家搞IC設計時候,國外巨頭對此是不屑一顧的,認為中國又在幫美國培養人才。

而經過10年的成長,龍芯、申威、飛騰取得了長足的進步,美國和台灣企業一改過去技術封鎖的姿態,主動到大陸尋找代理人:

VIA找到了代理人,該合資公司承接了核高基1號專項,獲得資金不少於70億;

IBM在江蘇找到了代理人,代理人公司獲得補助不少於20億;

Intel在北京找到了合作夥伴;

ARM的32位指令集授權非常謹慎,全球不超過10家,但也主動到中國大陸推銷ARM V8指令集;

AMD更是捨得血本,拿出了X86授權(允許大陸公司修改AMD的微結構,等於變相擁有X86授權)和AMD在2013年的主流產品Excavator的原始碼,並在天津找到了代理人……

顯而易見,台積電和赴大陸投資和上述IC設計公司到大陸尋求合作夥伴的本質是一樣的,根本原因是中國大陸集成電路產業茁壯成才後的必然結果。

而台積電的投資對中芯國際既是威脅,又是鞭策——正如國家將核高基1號專項交予VIA的代理人承接,鞭策龍芯不僅實現了自力更生,擺脫政府輸血,還研發出性能可以與Intel的Nehalem比肩的GS464E。

在主頻相同的情況下,龍芯3A2000的單線程性能是VIA Nano的2倍,不僅將重金引進的「先進技術」遠遠甩在身後,還實現了自主技術的飛越。

鐵流

科技、金融觀察者


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