“特色工艺”集成电路制造市场广阔

  近期8英寸集成电路制造产能频频告急,其中不乏“特色工艺”集成电路产品。与大众熟知的逻辑计算、存储器等芯片不同,“特色工艺”集成电路并不依赖先进制程和高端设备,被认为是国内集成电路产业发展的另一个重要方向。

  中国证券报记者梳理发现,近两年国内新增多条8英寸及12英寸“特色工艺”集成电路制造产能,产品包括功率器件、模拟芯片、射频器件、MEMS及传感器等。随着新能源汽车、5G、物联网等领域应用发展,“特色工艺”集成电路有望继续维持高景气度。

  可“另辟蹊径”

  1965年,戈登·摩尔根据自己产业经验以及贝尔实验室晶体管技术写了篇文章,推算出了“摩尔定律”——预测芯片中的晶体管数量每年会翻番,10年后他又将每年翻番改为了每两年翻番。这条“摩尔定律”,指导了全球整个集成电路产业的发展。

  “摩尔定律”是集成电路技术发展的一条主线方向,按照这一方向,芯片里的晶体管不断做小,集成度越来越高,价格也不断降低。时至今日,芯片制程线宽从130nm一路缩小到7nm,全球最优秀的芯片制造企业台积电已经率先宣布量产5nm,并公布了3nm、2nm的生产计划。

  但集成电路技术发展还有“摩尔定律”之外的另一条发展方向,也就是被业界一般称之为“特色工艺”集成电路方向,也称为“非摩尔定律”发展方向。

  国内一位专注“特色工艺”集成电路制造的专家在接受中国证券报记者采访时介绍,“特色工艺”集成电路往往在材料、工艺、器件结构与功能等方面与标准逻辑计算或数据存储不一样,其追求的也不是线宽的不断缩小,而是需要满足现实世界不同的物理需求,提供不同的特殊功能,比如信号的感应、放大、转换、分隔、输出等;具体产品类别也很多,包括BCD、图像传感器、功率器件、IGBT、电源管理芯片、射频器件/无线技术、微机械系统/传感器、嵌入式存储器、新型存储器等。

  上述专家认为,与遵循“摩尔定律”的先进工艺相比,“特色工艺”集成电路制造不依赖纳米尺度的先进制程,也就不依赖于高精度的高端设备,尤其是纳米精度的光刻机,因此建线的投入要求相对来说较低,国内生产的很多设备和材料都有望满足基本的制造需求。

  此外,“特色工艺”集成电路领域也没有形成像CPU或存储器领域“一家独大”的局面。例如,以模拟芯片市场来看,IC Insights数据显示,2019年全球前十大模拟芯片厂商销售了约342亿美元,占据了62%的市场份额,排名第一的德州仪器(TI)以102亿美元的模拟芯片销售额占据19%的市场份额,并没有形成绝对垄断。因此,不少行业人士认为,“特色工艺”集成电路是一个种类众多、应用强相关、与系统应用相关度高,且无绝对垄断企业存在的市场,也成为中国芯片公司的另一个重要发展机遇。

  不乏产能布局

  遵循“摩尔定律”演进的先进工艺无疑是芯片产业发展的主战场。为了抢占技术制高点,芯片设计及制造企业均需要投入动辄数百亿的研发费用和资本开支。

  由于巨额投入,能够持续跟踪“摩尔定律”的芯片制造企业越来越少。联电宣布放弃12nm以下制程,格芯也表示停止7nm及后续制程研发。2020年英特尔发布二季度财报后,表示其7nm工艺制程时间推迟六个月。

  不过,无论是先进工艺领域的佼佼者台积电、三星,还是无力追赶先进工艺制程的联电、格芯,都对“特色工艺”集成电路有所布局。

  国内聚焦“特色工艺”的集成电路IDM企业士兰微(行情600460,诊股)董事长陈向东表示,较先进工艺而言,“特色工艺”投入不算大。据介绍,“特色工艺”的半导体产品研发是一个综合性的技术活动,涉及到工艺研发与产品设计研发多个环节。“特色工艺”的竞争点在于工艺的成熟度和稳定性、工艺平台的多样性,以及产品种类的丰富程度等。

  发展“特色工艺”似乎成为了业内共识。近两年来中国大陆芯片制造生产线“遍地开花”,其中很多都是“特色工艺”生产线。国内领先的芯片制造企业在努力追赶“摩尔定律”先进制程的同时,“特色工艺”也是发展重点。

  华虹集团在坚持8英寸生产线的同时,还在无锡建设了12英寸“特色工艺”生产线,一期项目总投资约25亿美元,工艺等级90nm至65nm、月产能约4万片,将主要支持5G和物联网等新兴领域的应用,今年年初首批功率器件产品已经实现交付。

  中国证券报记者梳理发现,近两年国内新上的不少芯片制造产能大多瞄向“特色工艺”。例如,士兰微在厦门新建了12英寸“特色工艺”芯片生产线,今年5月10日已经正式通电,预计年底实现通线。广州粤芯半导体打造的月产4万片的12英寸生产线,一期投资135亿元,主要着力“特色工艺”,产品包括模拟芯片、分立器件、图像传感器等。中国电子信息产业集团旗下华大半导体与上海临港(行情600848,诊股)等合力打造积塔半导体8英寸至12英寸“特色工艺”生产线项目,总投资359亿元,重点面向工业控制和汽车电子、电力能源等高端应用。2020年6月30日,积塔半导体一阶段8英寸“特色工艺”芯片生产线宣布正式投产。

  此外,中芯国际(行情688981,诊股)创始人张汝京打造的青岛芯恩,主要产品包括MOSFET、IGBT、BCD等。其官网信息显示一期总投资约80亿元,2020年底一期8英寸芯片产线将整线投产。

  梳理这些“特色工艺”集成电路产线可以发现,现阶段投产以及即将量产的产能以8英寸为主,12英寸还是少数。8英寸具有设备成本较低、工艺相对成熟稳定、设备软件升级较少受原厂控制等优势。不过,专家也表示,虽然“特色工艺”不追求线宽,但线宽越低,就越能控制批量生产成本。

  需求广阔景气度高

  对于上述新增的“特色工艺”产能,芯谋研究首席分析师顾文军强调,不用担心产能过剩,甚至随着新能源汽车、5G、物联网等领域发展,国内“特色工艺”产能还会供不应求。

  8英寸芯片制造产能从2019年多摄像头手机带动CMOS图像传感器需求提升开始便一路维持高景气度。5G、物联网、多摄像头手机等新技术、新终端,持续为“特色工艺”市场注入增长动能。根据券商调研和上市公司公告,华虹半导体三条8英寸产线月产能为18万片,全部满负荷运行;华润微(行情688396,诊股)三季度以来8英寸产线满载,整体产能利用率在90%以上。

  赛迪顾问分析师吕芃浩表示,5G的商用对射频芯片需求、物联网对传感器和蓝牙芯片的需求、新能源汽车对功率器件和传感器的需求、智能手机和机器视觉对图像传感器的需求都会是未来的市场爆发点。

  市场供不应求、不需要先进工艺,但并不意味着“特色工艺”的门槛就低。前述“特色工艺”专家强调,“特色工艺”产品面很宽,工艺也没有绝对的路线标准,但是这并不意味着“特色工艺”技术含量低、可以轻松“后来居上”,“我们在中低端‘特色工艺’芯片产品上的优势很大,可是高端的产品还是有较大差距,比如与英飞凌做的中高端IGBT产品,我们确实还有不小的差距。”

  IGBT是功率半导体器件的一种,受益于新能源汽车及工业领域需求的大幅增长,IGBT市场规模正在迅速扩大。2019年中国IGBT市场规模为22.14亿美元,年复合增长率为14%,增速高于全球水平。在国内,中车时代电气、比亚迪(行情002594,诊股)、华虹半导体、华润微等厂商对IGBT器件均有产能布局,不过,英飞凌、三菱电机、安森美等国际厂商仍垄断着绝大部分高端IGBT的份额。

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