瞄準(zhǔn)市場(chǎng) 錯(cuò)位發(fā)展——中國(guó)需要提升模擬和功率半導(dǎo)體技術(shù)與產(chǎn)能

近幾年，國(guó)內(nèi)各地陸續(xù)上馬的重大半導(dǎo)體代工項(xiàng)目大多在瞄著數(shù)字工藝。不僅僅臺(tái)積電和中芯國(guó)際等業(yè)內(nèi)傳統(tǒng)企業(yè)，甚至傳說(shuō)中的“武漢弘芯”，以及某個(gè)在山東簽約的12吋項(xiàng)目，動(dòng)輒12吋，起步14nm——似乎數(shù)字工藝更“高大上”，更是中國(guó)需要。但，對(duì)國(guó)內(nèi)項(xiàng)目深入調(diào)研和思考后，芯謀研究認(rèn)為，相比“市長(zhǎng)”需要先進(jìn)數(shù)字工藝，“市場(chǎng)”更需要模擬和功率的技術(shù)與產(chǎn)能。

一、模擬晶圓生產(chǎn)線產(chǎn)能需求旺盛，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)能?chē)?yán)重不足

首先，中國(guó)的模擬芯片市場(chǎng)規(guī)模占全球40%以上，晶圓代工需求巨大。

根據(jù)WSTS(全球半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)組織)統(tǒng)計(jì)，2017年全球模擬電路銷(xiāo)售額為530.7億美元，而中國(guó)模擬芯片市場(chǎng)規(guī)模在全球市場(chǎng)中的占比超過(guò)40%，即約為220億美元。220億美元的市場(chǎng)采購(gòu)規(guī)模，假設(shè)國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)自主供應(yīng)50%，國(guó)內(nèi)模擬芯片的需求可達(dá)到110億美元。根據(jù)產(chǎn)業(yè)規(guī)律和中國(guó)模擬公司的毛利率分析，平均來(lái)看，中國(guó)模擬芯片售價(jià)中40%是晶圓代工，30%是封裝測(cè)試，30%是毛利，則中國(guó)市場(chǎng)模擬晶圓的代工需求為44億美元（110億美元*40%）。再按照8吋晶圓ASP（平均售價(jià)）550美元推算，一年需要800萬(wàn)片（折合8吋晶圓，下同）。假設(shè)年度產(chǎn)能利用率平均按照90%，那么，一年的產(chǎn)能需求是888萬(wàn)片，平均到每月74萬(wàn)片。

未來(lái)幾年從產(chǎn)品來(lái)看，電源管理IC、信號(hào)轉(zhuǎn)換器和專用模擬芯片將成為模擬市場(chǎng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，尤其?a target="_blank">汽車(chē)電子推動(dòng)的模擬芯片需求，更是重要的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力。除了汽車(chē)電子外，物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)電子等方向也會(huì)給予助力?；跉v史數(shù)據(jù)和產(chǎn)業(yè)規(guī)律，可以預(yù)測(cè)國(guó)內(nèi)模擬芯片需求將持續(xù)旺盛，芯謀研究預(yù)計(jì)到2023年國(guó)內(nèi)模擬芯片市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)350億美元。

其次，從國(guó)內(nèi)供給角度分析，現(xiàn)有產(chǎn)能?chē)?yán)重不足，未來(lái)缺口超過(guò)43萬(wàn)片/月。

目前國(guó)內(nèi)的供給如下圖，國(guó)內(nèi)可用于模擬集成電路制造的晶圓月產(chǎn)能約為38.4萬(wàn)片，扣除用于其它工藝的產(chǎn)能，實(shí)際可用產(chǎn)能不到20萬(wàn)片——模擬集成電路制造當(dāng)前的產(chǎn)能缺口高達(dá)54萬(wàn)片/月。

純大陸本土工廠可用于模擬芯片制造的晶圓線產(chǎn)能

未來(lái)5年，國(guó)內(nèi)模擬芯片市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)350億美元，假設(shè)按照國(guó)產(chǎn)芯片自主供應(yīng)達(dá)到50%，那么晶圓產(chǎn)能需求為118萬(wàn)片/月，未來(lái)五年國(guó)內(nèi)還將新增37萬(wàn)片/月的產(chǎn)能（見(jiàn)下圖），國(guó)內(nèi)既有產(chǎn)能加上確定增加的產(chǎn)能約為75萬(wàn)片/月，仍有43萬(wàn)片/月缺口。

預(yù)計(jì)2023年國(guó)內(nèi)新增模擬芯片制造的晶圓線產(chǎn)能

同樣，國(guó)內(nèi)的功率器件晶圓產(chǎn)能也面臨著模擬芯片相似的問(wèn)題和困局，我們也從產(chǎn)能需求和供給兩個(gè)方面來(lái)看。

二、國(guó)內(nèi)功率器件面臨同等產(chǎn)能不足窘境，未來(lái)5年缺口87萬(wàn)片/月

與模擬芯片的處境相似，功率器件也同樣擁有龐大的市場(chǎng)規(guī)模，但也存在超過(guò)90%進(jìn)口依存度的情形。根據(jù)CCID報(bào)道，2017年中國(guó)功率器件市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到1611.1億元，約合240億美元，其中本土芯片供應(yīng)商如揚(yáng)州揚(yáng)杰、華潤(rùn)微電子、士蘭微、華微、捷捷、固锝、新順等功率器件總營(yíng)收不超過(guò)20億美元，剩下超過(guò)90%的需求依賴進(jìn)口。按照前述類似模擬芯片的計(jì)算方法，要滿足110億美元的芯片所需的產(chǎn)能約100萬(wàn)片/月。

在很多國(guó)內(nèi)Foundry內(nèi)，產(chǎn)線同步承接功率器件制造和模擬類集成電路如功率集成電路的制造，因此國(guó)內(nèi)可用于功率器件制造的晶圓月產(chǎn)能缺口情況和模擬芯片亦是類似的。當(dāng)前國(guó)內(nèi)可用于功率器件制造的晶圓月產(chǎn)能約為37萬(wàn)片/月，扣除運(yùn)營(yíng)不好或者還未實(shí)際投入運(yùn)營(yíng)的產(chǎn)能，僅剩不足30萬(wàn)片/月。供給與需求兩相對(duì)比，缺口超過(guò)70萬(wàn)片/月。從近些年的歷史情況看，國(guó)內(nèi)功率器件需求持續(xù)旺盛，景氣度不斷攀升。預(yù)計(jì)到2023年，國(guó)內(nèi)功率器件市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)300億美元，晶圓年產(chǎn)能需求1667萬(wàn)片（算法按照上面模擬芯片的計(jì)算邏輯），約139萬(wàn)片/月。到那時(shí)，國(guó)內(nèi)既有產(chǎn)能加上確定增加的產(chǎn)能約為52萬(wàn)片/月，仍有87萬(wàn)片/月缺口。

國(guó)內(nèi)可用于功率器件制造的晶圓線產(chǎn)能

預(yù)計(jì)2023年國(guó)內(nèi)新增功率器件制造的晶圓線產(chǎn)能

除了整體產(chǎn)能不足以外，國(guó)內(nèi)模擬芯片廠商處于“三低”的局面：產(chǎn)品低端、企業(yè)產(chǎn)值低、企業(yè)集中度低。一個(gè)典型的明證就是在國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)排名中前十五，沒(méi)有任何一家國(guó)內(nèi)公司，同時(shí)國(guó)內(nèi)公司占比沒(méi)有任何一家超過(guò)2%。

三、中國(guó)具備增加模擬、功率半導(dǎo)體產(chǎn)能的條件，虛擬IDM運(yùn)營(yíng)或成為解決之道

首先，中國(guó)有著如此龐大的模擬市場(chǎng)，供需差距將越來(lái)越大，隨著中國(guó)系統(tǒng)廠商在全球產(chǎn)業(yè)版圖中的話語(yǔ)權(quán)逐漸升高，一大批整機(jī)系統(tǒng)廠商的崛起，中國(guó)將繼續(xù)牢牢站住市場(chǎng)，在中國(guó)建立模擬、功率生產(chǎn)線是最貼近市場(chǎng)的做法。

其次，從商業(yè)模式來(lái)看，優(yōu)秀的模擬產(chǎn)品是需要設(shè)計(jì)和工藝緊密結(jié)合，雙方充分的交流才能開(kāi)發(fā)出有特色、有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。具體到其產(chǎn)品特性來(lái)看，模擬產(chǎn)品定制化程度很高，國(guó)外廠商一般會(huì)根據(jù)應(yīng)用需求定義開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品——設(shè)計(jì)、工藝、應(yīng)用構(gòu)成了一個(gè)產(chǎn)品定義的穩(wěn)定三角，這是為什么模擬芯片的廠商幾乎都是IDM的模式；同時(shí)，這也是模擬芯片的技術(shù)也大都集中于國(guó)外廠商手里的原因——國(guó)內(nèi)缺少代工廠的支持，很難形成設(shè)計(jì)和工藝結(jié)合的機(jī)會(huì)。

第三，相較于12吋生產(chǎn)線動(dòng)輒幾百億上千億的投資，模擬、功率半導(dǎo)體生產(chǎn)線的產(chǎn)線投資較小，利潤(rùn)高，回報(bào)率更優(yōu)。而中國(guó)設(shè)計(jì)公司有著貼近本土市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)，掌握了產(chǎn)品定義，逐漸突破工藝和設(shè)計(jì)，在細(xì)分領(lǐng)域做深做精的，成為“小而美”公司的可能性更大。

所以，中國(guó)已經(jīng)初步具備了發(fā)展模擬、功率半導(dǎo)體生產(chǎn)線的諸多條件，當(dāng)下加快布局已十分急迫和關(guān)鍵，接下來(lái)就是發(fā)展路徑的問(wèn)題了。

回顧近50年的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展模式在不斷地調(diào)整。產(chǎn)業(yè)最初IDM是主流模式，上世紀(jì)90年代初開(kāi)始興起Fabless（無(wú)晶圓設(shè)計(jì)），緊接著Foundry（晶圓代工）跟隨而行。進(jìn)入新世紀(jì)后開(kāi)始Fab-Lite(輕晶圓廠)模式?！胺志帽睾?，合久必分”的半導(dǎo)體商業(yè)模式也在不斷優(yōu)化和迭代。未來(lái)會(huì)采用什么模式，因時(shí)、因產(chǎn)品而異，業(yè)內(nèi)也不斷有探索和嘗試。但即使五十多年過(guò)去，細(xì)數(shù)在模擬、功率方向的領(lǐng)先企業(yè)，依然是IDM模式為主。

2017年全球十大模擬集成電路公司

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)目前己逐漸逼近摩爾定律的極限，工藝研發(fā)費(fèi)用迅速上升以及未來(lái)建廠費(fèi)用太高，而從Fabless角度，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與掩模費(fèi)用也成倍增長(zhǎng)，導(dǎo)致每年新開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品數(shù)量減少。再加上建廠費(fèi)用大幅增加，新進(jìn)入企業(yè)的費(fèi)用也攀高。這些因素迭加在一起，使市場(chǎng)將會(huì)變得更加殘酷。中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)直接從零打造一個(gè)強(qiáng)大的IDM，從平地起樓閣的時(shí)機(jī)可能并不合適了。如何定策略、如何落戰(zhàn)術(shù)，如何面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)，如何搶奪制高點(diǎn)，考驗(yàn)著我們產(chǎn)業(yè)人的智慧。

具體到模擬芯片的發(fā)展上，一方面要學(xué)習(xí)國(guó)外已有的成熟經(jīng)驗(yàn)，采用IDM模式；另一方面也要探索符合我們國(guó)情和半導(dǎo)體發(fā)展規(guī)律的特有路徑。芯謀研究認(rèn)為，虛擬IDM或者高端定制代工將成為下一步模擬芯片發(fā)展的主要趨勢(shì)。以制造為基點(diǎn)，與IC設(shè)計(jì)及封測(cè)廠商進(jìn)行深度合作，形成虛擬IDM模式，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)快速響應(yīng)，提升產(chǎn)業(yè)推進(jìn)效率。

隨著各地集中區(qū)域優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)力推動(dòng)下，原本一直用IDM模式發(fā)展的模擬芯片，可能成為中國(guó)下一波“Foundry+Fabless”模式的主要產(chǎn)品領(lǐng)域。近期類似“特色小鎮(zhèn)”的發(fā)展模式逐漸興起，地方政府對(duì)于建設(shè)或者引進(jìn)一條生產(chǎn)線、支持一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，進(jìn)而形成產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，已經(jīng)有了普遍的共識(shí)，在此基礎(chǔ)上更快速地聚攏一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條，尤其是在應(yīng)用集聚區(qū)域，更有希望孕育出高端模擬芯片、功率器件的優(yōu)質(zhì)企業(yè)。

結(jié)語(yǔ)：

全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)近些年呈現(xiàn)出各種新格局、新形勢(shì)、新趨勢(shì)，是由新的市場(chǎng)環(huán)境下各家公司的生存環(huán)境所決定的，都具有各自的合理性。模擬芯片、功率器件具有獨(dú)特的產(chǎn)業(yè)地位，其產(chǎn)能的提升既為全球市場(chǎng)之必須，又為國(guó)內(nèi)人才積累之急需，值得我們大力、持續(xù)的投入；模擬芯片、功率器件具有獨(dú)特的產(chǎn)業(yè)屬性，既有設(shè)計(jì)壁壘，又有工藝門(mén)檻，值得我們更深入去探索。