「芯观点」乘成熟工艺市场东风，中国大陆代工厂发展迅猛

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集微网报道，近年来，中国大陆公布了多项推动国内半导体行业发展的举措，已有不少芯片代工、氮化镓(GaN)和碳化硅（SiC）领域开展新的大规模晶圆厂扩建计划。全球知名半导体分析机构SemiconductorEngineering分析师Mark Lapedus根据自身视角，对大陆晶圆代工厂的发展态势做了整体分析，以下为文章内容：

文章指出，中国大陆正在大力推动其“第三代半导体”，此术语实际指的是两种现有且常见的功率半导体器件类型——氮化镓和碳化硅。无论如何，中国大陆都在迎头赶上，但在先进工艺上仍然还比较落后。另一方面，中国大陆在集成电路其它产业也取得了快速进展。

中国大陆是一个复杂而活力十足的市场。一方面，它是全球最大的半导体消费市场。根据IBS首席执行官Handel Jones的说法，2020年，中国大陆占全球芯片销售额的53.7%，即2394.5亿美元。Jones表示，“2020年全球半导体市场达到4461亿美元，比2019年增长8.34%。”根据IBS的数据，2021年半导体市场预计将增长21.62%。

但从中国大陆的角度来看，这是一个大问题。多年来，中国大陆一直通过跨国供应商进口大量半导体，造成了巨大的贸易逆差。根据IBS的数据，2020年，跨国公司在中国大陆登记的芯片销售总额为1997亿美元。这占中国大陆芯片总销售额的83.38%，其余部分由国内供应商占据。而中国大陆自己制造的芯片只占很小一部分。

多年来，该国已经推出了一系列举措来缩小差距，如今，中国大陆正向集成电路产业投入1500亿美元，以在开发和制造各类芯片方面更加自给自足。即便如此，中国大陆在寻求减少对外国供应商的依赖方面仍面临许多挑战。

目前，中国大陆仍在大力扩张。根据SEMI的数据，全球芯片制造商将在2021年开始建设19座新的晶圆厂，2022年还将建设10座晶圆厂。其中，中国大陆和中国台湾地区各有8座，在新的晶圆厂建设方面处于领先地位。此外，中国大陆还有几家代工厂正在筹建中。

“我们目前了解到有17家中国大陆公司的晶圆厂将在2021年至2023年开始建设。”SEMI的分析师Christian Dieseldorff说，总体而言，中国大陆芯片制造商的产能将从2020年的每月296万片晶圆增加到2021年的每月357.2万片。

在此期间，中国大陆半导体行业正在发生几件大事，其中包括：

中国大陆最大的芯片代工厂中芯国际已经流片类似7nm的技术，但目前还不确定是否能超越这一水平，华虹、中芯国际、闻泰科技和其他中国大陆芯片制造商正在建设新的晶圆厂，以及中国大陆正在建设几座氮化镓和碳化硅晶圆厂。

中国大陆的规划

中国大陆在半导体领域有着悠久的历史。在1970年代，中国大陆出现了几家国有芯片制造商，并开发出简单的晶体管，但他们没有竞争力。直到1980年代，当政府开始对半导体行业进行现代化改造时，这个国家才开始受到关注。在外国公司的帮助下，该国在1980年代和1990年代创建了一些芯片企业。

这些企业开发了逻辑和存储设备，但在技术上落后于西方。当时，西方对中国大陆实行严格的出口管制，跨国设备供应商被禁止向中国大陆运送他们最先进的系统。

为了缩小差距，中国大陆于2000年成立了其最先进的芯片代工供应商——中芯国际。而从2000年代后期起，英特尔、三星和SK海力士先后在中国大陆建立了内存工厂，台积电和联电也在大陆建立了代工厂。

当时，中国大陆已成为大型电子产品制造基地，然后又在一夜之间成为全球最大的芯片市场。此后，中国大陆的集成电路产业逐渐成熟，但大部分芯片都是从跨国供应商那里进口。

为了改变这一不利局面，中国大陆政府于2014年公布了一项新计划，投资数十亿美元资金，以加快在14nm工艺、存储器和封装方面的进展。

紧接着，2015年中国大陆发起了另一项倡议，目标是提高信息技术、机器人、航空航天、航运、铁路、电动汽车、电力设备、材料、医药和机械等10个领域的国产化零部件比例。

中国大陆在这些领域取得进展。但一些举措从2018年开始受阻，因为当时美国通过对中国大陆制造的商品征收关税发起了贸易战。而中国大陆也进行了回击。

一年后，美国将华为及其内部芯片部门海思列入“实体名单”，并阻止跨国公司和代工厂向华为和海思出售尖端芯片。但国际紧张局势升级，反过来又促使中国大陆加快半导体国产化的步伐，以期实现更加自给自足。

与此同时，中国大陆也将目光投向了其他领域，例如电动汽车。根据TrendForce的数据，特斯拉是全球最大的电动汽车供应商，但中国大陆占有电动汽车总市场的最大份额。

2020年，中国大陆制定了2020-2035年电动汽车产业发展规划。美国公共政策集团Covington的分析师Phoebe Yin、Jake Levine和Ashwin Kaja表示："到2025年，中国大陆将在电动电池、传动系统和车辆运行系统方面实现关键技术突破；将新型纯电动汽车的平均功耗降低到12.0千瓦时/100公里；并将电动汽车的销售量提高到新车总销量20%。"

另外，今年早些时候，中国大陆还公布了涵盖2021年至2025年的第14个五年计划。IDC称，中国大陆正在开发多种技术，其中包括七个关键领域：

o 人工智能

o 认知科学

o 遗传学/生物技术

o 医药/健康

o 量子计算

o 半导体

o 太空/极地探索

此外，Covington表示，中国大陆还希望进入或扩展到更多领域，包括设计工具、半导体设备和材料、先进存储器、氮化镓和碳化硅。

芯片代工业务的波折与前进

中国大陆也在继续发展芯片代工产业。通常，代工厂使用不同节点的工艺技术为合作伙伴制造芯片。其中，工艺技术是晶圆厂用于制造既定芯片的“配方”，节点是指工艺流程的设计规则。

目前，成熟的工艺包括28nm及以上的逻辑节点，其中关键构建模块是平面晶体管。而在28nm以下，芯片就需要使用finFET构建。

简而言之，中国大陆的代工厂分为国内和跨国两大类。其中，力晶、台积电和联电多年来一直在中国大陆大陆经营晶圆厂。

在较新的南京工厂中，台积电正在加快16nm finFET工艺研发，并计划量产28nm技术。而在厦门，联电的晶圆厂正在制造40nm/28nm工艺芯片。

此外，中国大陆的代工厂包括先进半导体、华润微电子、华虹集团、三安集成电路和中芯国际。其中，华虹集团包括三个供应商——华虹宏力、华虹半导体和上海华力。

近年来，中国大陆想成为代工企业玩家有几个原因。首先，准备制造更多自主供应的芯片。其次，中国大陆的代工厂不仅想为跨国厂商生产芯片，还希望服务于越来越多且正在开发先进芯片的国内IC设计公司。第三，中国大陆希望国内代工厂能制造设计领先的芯片。

“五年前，中国大陆在做复杂芯片时确实遇到了麻烦，但华为和海思克服了。芯原微正在做一些有趣的事情， 可他们已经被排除在外。”IBS的Jones说，“现在，我们判断在中国大陆大陆可能有10到12家公司可以设计5nm芯片，并在明年或之后转向3nm。”

根据TrendForce的数据，中芯国际和华虹分别是全球销售额第五和第六大代工厂。目前，台积电仍然位居第一，其次是三星、联电和格芯。

图1：2021年第二季度销售额排名前10的代工厂。中芯国际和华虹巩固了在代工竞争中的地位。资料来源：TrendForce

中国大陆在工艺技术方面也仍然相对比较落后。文章称，目前，中芯国际最先进的技术是14nm工艺，研发中的工艺是7nm。相比之下，台积电和三星正在加速攻坚5nm工艺，并计划于2022年推出3nm工艺。

对于先进的半导体工艺，中国大陆的设计公司必须依赖其他地区的代工厂。但这是政府的一个痛点。不过，由于市场对成熟工艺芯片的需求巨大，中国大陆的代工厂仍获得了蓬勃发展。

D2S首席产品官Leo Pang表示：“现在的半导体制造与过去只有头部晶圆厂才能赚钱的时代不同，汽车行业和物联网的大量应用都属于成熟节点，比如28nm以及更高的节点。”

当然，中国大陆在短时间内也取得了长足的进步。2001年，中芯国际开始建造其第一座晶圆厂——一座8英寸0.25微米工艺的工厂，并随着时间的推移开发了几座新的晶圆厂和先进工艺。

到2014年，中芯国际开发出了国内最先进的技术——28nm工艺。相比之下，台积电在2011年推出了28nm，后来格罗方德、三星和联电也接连推出了28nm。

如今，28nm仍然是一项大生意，所有的代工厂都在继续扩大它们的相关产能。一些供应商也在加紧布局22nm。联电联席总裁Jason Wang表示：“28nm技术的收入持续增长，而22nm的业务有越来越多的客户在无线网、显示器和物联网领域参与流片。”

几家头部代工厂在继续扩大领先优势，但也存在一些挑战。比如在28nm/22nm及以上工艺，芯片仍然使用平面晶体管。而低于20nm，平面晶体管将会失去动力。

这就是英特尔在2011年转向22nm FinFET的原因。2014年，格芯、三星和台积电则转向16nm/14nm FinFET。与平面晶体管相比，FinFET的速度更快、功耗更低，而且在16/14 nm时电流泄漏更少。但其制造难度和成本也更高。

为了迎头赶上，中芯国际于2015年开始研发14nm FinFET工艺，并在2019年推出了这项技术。近来，中芯国际流片了其所谓的7nm或“N+1”技术。Gartner分析师Samuel Wang表示：“该工艺尚未出现批量生产和良率改善。中芯国际的N+1不是7nm工艺，可以看作是8nm工艺。”

但不久后，中芯国际就陷入了无法加工超过N+1工艺芯片的困境，因为美国阻止其购买ASML的极紫外(EUV)光刻机。EUV光刻机用于开发7nm及以下的芯片。如果没有它，中芯国际就无法开发超越N+1工艺的芯片，进而阻碍中国大陆开发先进工艺的进程。

去年，美国还将中芯国际列入“实体名单”，使其难以获得其他先进设备。到目前为止，美国还没有放松对它的限制。这意味着该公司可能难以突破更先进的工艺。

不过，也有一线希望。“就收入方面而言，中芯国际做得很好。”Samuel Wang表示，“由于28nm及以上工艺有充足的市场需求，目前中芯国际的晶圆厂开工率超过100%。虽然被限制开发先进技术，但它仍然在快速增长。”

为了研发更成熟的工艺，中芯国际和其他中国大陆芯片制造商仍在继续建设新的晶圆厂。根据SEMI的《全球晶圆厂预测报告》，以下是中国大陆当前和将来的一些晶圆厂项目。

华润微电子 - 重庆（300mm，传统节点）

华虹 - 无锡（300mm，传统节点）

晶合集成 - 合肥（300mm，传统节点）

中芯国际 - 上海（300mm，14nm及以上）

中芯国际 - 北京（300mm，28nm及以上）

闻泰科技 - 上海（300mm，传统节点）

其中，华虹有三座200mm晶圆厂，并正在加紧建设其第一座300mm工厂。由于专注于成熟工艺，华虹的晶圆厂已经满载。”华虹总裁唐均君说，“几乎所有的细分市场都有强劲的需求——尤其是MCU、电源管理IC、IGBT、CIS、逻辑芯片和射频芯片。”

另外，上海华力的两个晶圆厂也已经满载。该公司具有代工28nm芯片的能力，预计到年底可达到14nm。与此同时，华为也计划建造一座晶圆厂，但这一计划尚未确定。并非所有的晶圆厂项目都会成功，因为还存在一些其它问题。

“中国大陆确实无法获得EUV光刻机，所以他们无法进入前沿领域。但这并不影响他们建立新的晶圆厂。”D2S的Pang说，“他们首先需要获得市场份额，并根据本地需求培养人才。一旦具备这两点，他们还可以在国外市场逐步提升占有率。”

总而言之，中国大陆正在全力推进半导体产业发展。虽然不会很快实现自给自足，但它将继续撼动整个市场。（校对/隐德莱希）