芯片大厂扎堆“偷师”中国半导体发展良方

来源:半导体产业纵横发布时间:2023-08-21563浏览

近一年来，国际半导体大厂“抱团取暖”的现象频频出现，而这在过去多年内是很少见的。由于全球领先的半导体企业大都聚集在美国，欧洲，日本，以及中国台湾地区，因此，这一波大厂抱团依然逃不出这几个地区，有3个最具代表性。按时间顺序，首先抱团形成的是Rapidus，它是由日本政府领衔，联合丰田汽车、索尼、NEC、铠侠、软银等8家日本企业，于2022年8月合作成立的，被视为日本重返半导体先进制程市场的重要投资案。Rapidus与IBM深度合作，获得了后者2nm制程技术授权，预计将投入5兆日元（约370亿美元），日本经产省将提供3000亿日元补助。据悉，Rapidus会在北海道千岁市兴建至少两座晶圆厂，预期2025年开始试产2nm芯片，2027年进入量产阶段，2nm量产后，还将兴建第二期的1nm制程晶圆厂，之后还会扩建第三期、第四期，不断拓展先进制程技术。第二个抱团代表是针对Arm的新联盟。今年8月4日，高通（Qualcomm）、恩智浦半导体（NXP Semiconductors）、Nordic Semiconductor、博世（Bosch）和英飞凌（Infineon）联合发表声明，将共同投资成立一家新公司，以推广开源RISC-V架构，此举针对Arm的意味浓重。这几家公司认为，RISC-V鼓励创新，允许所有公司基于开放指令集开发定制芯片。RISC-V技术的进一步采用将促进电子行业多样性发展，降低了小型和初创公司的进入门槛，并为老牌公司提供更高的可扩展性。据悉，这家尚未命名的合资公司总部将设在德国，它们一开始将瞄准汽车应用，未来，将把业务范围扩大到移动通信和物联网领域。第三个抱团代表是台积电德国晶圆厂。8月8日，台积电官宣了在德国建晶圆厂的决定，为此，该晶圆代工龙头将与博世、英飞凌和恩智浦共同投资，在德累斯顿成立欧洲半导体制造公司（European Semiconductor Manufacturing Company，ESMC）。台积电将持有该合资公司70%的股权，博世、英飞凌和恩智浦各持有10%股权。通过股权注资、借债，以及在欧盟和德国政府的支持下，预计总投资金额超过100亿欧元（109.8亿美元），据悉，德国政府将出资50亿欧元，台积电出资约35亿欧元。新厂将以12英寸晶圆产线为主，重点面向汽车和工业应用市场开发和制造芯片。据悉，该晶圆厂的制程为28/22nm平面CMOS，以及16/12nm的FinFET，预计2024下半年开始建厂，2027年底量产，计划月产能约40000片12英寸晶圆。

01大厂扎堆合资的原因以上三大“抱团取暖”的典型，有两个是关于芯片制造的，另一个是关于处理器架构标准推广的。在芯片制造方面，可以看出日本发展最先进制程的迫切需求，位于欧洲的德国则凸显出欧洲晶圆厂长期以来的务实，从不追求最先进制程，只是引入市场用量大，且具有一定先进性的制程工艺，28/22nm平面CMOS和16/12nm的FinFET恰到好处，这符合欧洲芯片制造的一贯风格。首先看日本。在美国的操作下，全球电子半导体产业链正在发生重大变化，在全球晶圆代工和先进制程工艺方面长期缺乏存在感的日本，看到了发展的契机，在引进全球最强晶圆代工厂和最先进制程工艺方面显得不遗余力。日本似乎又看到了上世纪六、七十年代电子半导体产业崛起的盛况。当时，在美国的支持和援助下，由日本政府主导，产学研各界通力合作，使得日本的电子半导体产业快速发展起来。日本政府于1971年和1978年先后颁布了《特定电子工业及特定机械工业振兴临时措施法》和《特定机械情报产业振兴临时措施法》，为日本电子半导体产业的发展奠定了基础。当时，作为主管工商贸易的机构，日本通产省联合日本财团投入了700亿日元，同时，通产省把产学研界整合起来，从日本各大高校，以及富士通、NEC、日立、东芝、三菱等大企业选拔出技术骨干，建立起了“超大规模集成电路技术研究组合”，齐心协力，并共享研究成果。这项政策实施4年后，日本在超大规模集成电路技术上就与美国并驾齐驱了。从1970年到1985年，日本电子信息产业的产值增加了5倍，出口增加了11倍。日本的芯片产业一度超越了美国，特别是在存储芯片领域，日本公司的竞争力越来越强，在一定程度上迫使英特尔放弃了该业务，转投向CPU。不过，从1985年开始，特别是上世纪九十年代，受多种因素影响，日本半导体产业快速坠落，特别是在先进制程工艺技术方面，完全被韩国和中国台湾碾压了。当下，日本又看到了与当年产业崛起初期十分相似的国际贸易和产业局面，因此，再一次踌躇满志起来。为了提升发展最先进制程工艺的效率，除了与IBM深度合作，引入对方的2nm制程工艺外，日本政府还在积极拉拢台积电，给予各种政策和资金帮助，希望该晶圆代工龙头能在日本多建先进制程晶圆厂。台积电已经确定在熊本建造一座晶圆厂了，那是台积电与日本索尼、电装（DENSO）合资建造的，名为JASM，该厂将采用12/16nm和22/28nm制程技术，计划于2024年底量产。日本政府为该厂提供的补助达到35亿美元，占总投资额的40%，看到日本政府如此有诚意，台积电将熊本厂资本支出从原计划约70亿美元提升至86亿美元。显然，12/16nm和22/28nm制程工艺不能满足日本发展最先进制程技术的愿望，日本政府渴望台积电能够建造第二座晶圆厂，并纳入更先进制程，这对于发展本土的先进制程工艺很有帮助。日本执政党推动半导体产业发展的关键议员表示，日本政府可以为台积电熊本二厂提供约建厂成本三分之一的补贴，一位日本官员表示，如果台积电能给日本带去先进制程（10nm以下），政府给予的补贴还会升高，可能达到总投资额的50%。日本经产省的数据显示，迄今，日本为芯片与数字战略拨款约1.76万亿日元，其中，1.2万亿日元投入了半导体领域，日本的目标是将国内生产的半导体产品销售额在2030年前提高两倍，达到15万亿日元。下面看德国。作为欧洲半导体制造的最强地区，德国是欧洲发展本地芯片制造业的重点投资国。为了争取台积电在德国新建晶圆厂，欧盟和德国政府都给予了台积电很大的资金支持，德国政府出资达50亿欧元，占该晶圆厂总投资额（超过100亿欧元）近50%的比例，当然，这部分钱并不是完全由德国政府承担，所有这一切，都是在欧盟通过的价值约430亿欧元的《欧洲芯片法案》（European Chips Act）框架内施行的。台积电德国晶圆厂另外3个合作厂商博世、英飞凌和恩智浦都与台积电有着长期的合作关系，特别是英飞凌和恩智浦，作为全球车用芯片大厂，过去多年，它们的很多芯片产品，特别是需要用到较为先进制程的芯片，都会找台积电代工，如恩智浦前两年新开发的汽车用处理器，采用的就是台积电的5nm制程工艺。博世也是车用零部件的主要供应商，近些年，该公司也在向上游的芯片业拓展，博世集团CEO暨董事会主席Stefan Hartung表示，计划在2026年前再投入30亿欧元，以德累斯顿为主要基地，新建车用芯片产线。作为全球最大的车用芯片晶圆代工厂，台积电（约占全球车用芯片代工产能的70%）在德国本土建晶圆厂，肯定会受到博世、英飞凌和恩智浦这三大车用芯片和零部件厂商的欢迎。以前，它们找台积电代工生产芯片，要远渡重洋到中国台湾，如果台积电在德国的晶圆厂实现量产，本地化生产和供应既高效，又能降低成本，而且还有欧盟和德国政府的长期政策和资金支持。有这种多赢的局面，德国政府、相关厂商都在积极争取就顺理成章了，台积电要做的就是争取到尽可能多的政府补贴，目前来看，各方达成了协议，开始建厂。最后看一下新RISC-V联盟。作为一种开源的指令集架构，RISC-V近些年发展迅速，对Arm的威胁也越来越大，同时，软银通过Arm，提高授权费或扩大收费范围，不断加强对IP被授权方的“收割”力度，也在一定程度上推动了RISC-V的普及，毕竟，有更便宜、更好用的指令集架构，人们自然有意愿减少对Arm的使用量。此次，高通、恩智浦、Nordic Semiconductor、博世和英飞凌联合投资成立新公司，最积极的推动者非高通莫属，因为该芯片巨头苦Arm久矣，为了榨取更多的授权费，Arm已经将高通告上了法庭，双方的官司依然在进行当中。高通曾表示，可能会在该公司Snapdragon智能手机处理器和汽车芯片等产品中使用RISC-V，替换Arm的意愿很强。不过，到目前为止，还没有一家公司推出能够与Arm架构处理器相媲美的中高端RISC-V芯片，除了芯片本身的性能，软件易用性及其生态系统也是一个大问题，毕竟，Arm在这方面耕耘了几十年，行业地位在短时间内难以被取代。目前，Arm的主阵地——智能手机应用——已经饱和，很难再有增量市场，RISC-V要想在这一应用领域有所作为难度太大，未来，该指令集架构的最大发展空间和希望是物联网和汽车。此次，高通联合恩智浦、Nordic Semiconductor、博世和英飞凌，就是希望在这两个应用方向能有更进一步的拓展，特别是汽车，这几家厂商都与车用芯片和元器件有着或多或少的关联。

02扎堆合资的机遇和挑战多家知名厂商合资成立新公司，特别是在日本和德国新建晶圆厂，这种规模的行动，在2019年之前是不太可能出现的，特别是对于台积电而言，同时在美国、日本、德国新建晶圆厂，从纯商业角度看，是不会出现的，之所以出现了，主要是受美国对内和对外半导体产业政策的影响，特别是每个国家政府都提供了巨额补贴，以及配套的政策支持，这才使台积电有意愿去建厂。可以说，无论是日本，还是德国厂商，都是因为赶上了这样的发展机遇，才可以实现在本地拥有先进的晶圆厂，缩短了产业链距离，从而提高生产效率，并可以降低成本。
机遇到来的同时，也存在着挑战。首先，日本和德国的新建晶圆厂，台积电都是主要角色，因此，该晶圆代工龙头面对的挑战首当其冲。在美国，台积电遇到了越来越多的麻烦，如政府补贴大打折扣，熟练工人短缺，美国本土晶圆厂工人不愿加夜班，以及当地工会对台积电用工强势干预等。在日本和欧洲建厂后，台积电将面临更多挑战，对晶圆代工厂来说，产线集中在一个地区能最大化发挥优势，因为研发和制造产线靠近，工程师可以高效沟通，使芯片生产更灵活，快速响应，如今，其晶圆厂遍布亚、美、欧三大洲，以上优势将大打折扣。另外，未来的成本上升压力，以及各地工人短缺等都是变数，解决起来，比在中国台湾地区要复杂得多。除了台积电，对于日本和德国产业来说，也有挑战。日本政府为台积电提供的各项补贴总额达5000亿日元，对此，《日经亚洲》（Nikkei Asia）以“台积电会拿日本纳税人的钱跑掉吗？”为题撰文，质疑日本政府可从这些补助中得到多少回报，仍是未知数。报道指出，只有日本对国外公司如此慷慨，动作如此之快，在两年多之前吸引到台积电的美国，至今仍未兑现补贴，质疑日本政府似乎只顾招商，把台积电带到日本才是最重要的，而把发展本土半导体产业及制定相关产业政策放在了次要位置。德国也存在与日本类似地情况，还有一点隐忧，德国与日本和美国不同，并不着急发展最先进制程工艺，仍然很看重14nm和28nm的大规模发展，这也符合欧洲芯片制造业的传统。然而，中国大陆也在大力发展成熟制程，特别是14nm和28nm，未来，当全球新建晶圆厂产能都出来以后，整体产能有很大的过剩风险，拥有先进制程技术的美国和日本（假设日本的2nm制程工艺产线发展顺利）可凭借资源相对稀缺的优势占有一席之地，而重点发展成熟制程的德国，在与中国大陆等拥有大规模成熟制程产能地区竞争时，优势如何体现呢？关于RISC-V，大厂合资成立新公司，是一个不错的方式，或许在未来几年，包括中国大陆在内的多个地区，会出现越来越多类似的联合体，以推动RISC-V前进。

03对中国的启示当下，美国、日本和德国这三大传统科技和工业强国，都出现了本土大企业与外来知名企业合资新建晶圆厂的情况，中国可以从中获得一些启示。首先，它们采取的大多是中国擅长的方式（不是中国首创，却是由我们发扬光大的），即中央政府提供大额补贴，并给予相关配套政策，以吸引本土和外来优质企业建厂，如今，这些方法也被各大传统产业强国用上了。这应该进一步坚定我们按这条路走下去的决心和信心。其次，全球电子半导体产业链“去中化”态势显现，我们必须做好两手准备：一是积极争取欧美日优质企业，如英特尔、英伟达、高通、AMD和ASML等，使中国电子半导体产业链与国际市场保持尽量多的通路；二是加强本土芯片设计、制造产业链发展，只有发展起来了，才能在未来的竞争中拥有更多筹码。再有，产业发展是个精细活儿，具有长期性，无论是产业标准的确立，还是软硬件生态系统建设，或是先进制程芯片的量产，都需要具备前瞻性思维，以及坚持不懈的决心和毅力，才能在未来有巨大的收获。