中国芯浦东全链条产业体系打造全球竞争力

聚焦张江国家集成电路产业基地和临港集成电路综合性产业基地,打造国际领先水平的集成电路设计产业园;

到年,集成电路全产业链销售规模达亿元,集成电路企业科创版上市数量实现倍增。

这条路该怎么走?

制造:不断寻求应用市场的“新点”

年中国进口芯片总额已经超过了亿美金,达到亿美金,在这方面消耗的外汇超过石油,成为外汇消耗第一大户。

集成电路之所以重要,是因为其涉及的产业领域众多,大到高铁、动车,小到人人使用的手机。集成电路是电子产业的心脏,芯片水平是一个国家科技进步的标志。

在国际上,由于体制差异,作为西方国家眼中的战略产业,有关半导体的一切技术、设备都受到了严格的输出限制,尤其是中美贸易摩擦的爆发,这方面的限制进一步收紧。自主研发的道路格外艰难。

“必须在现有的产业技术范式内快速追赶,即引进消化再创新和集成创新。”上海华虹宏力半导体制造有限公司(下文简称华虹宏力)副总裁陈瑛说,“坚持市场导向,长期的、坚持的技术开发,坚持在每个技术开发节点有创新。”

“我们既要尽自己之力追赶先进工艺,在强者之林站稳脚跟,但也不要在盲目追赶中迷失了自己发展的节奏,对于成熟工艺也要深耕细作,开拓疆土,把握发展的机会。”时任中芯国际CEO的邱慈云说,“我们的策略是与国际巨头实现差异化和多样化,而非直接对抗。”

避其锋芒,寻求应用市场的“新点”,寻找差异化的细分市场,从技术追赶到技术创新甚至超越,不失为后来者可以参考的思路。

“华虹宏力依托多平台特殊工艺而显得一枝独秀,特别是具有活力的8英寸厂。”陈瑛淡淡地说,“差异化竞争是我们的核心竞争力。”

事实上,华虹宏力在差异化创新上做得相当出色。在01和02等国家科技重大专项支持下,华虹宏力完成了8英寸特色工艺全面布局,形成了多项重大科技成果,加速了IGBT、MEMS等特殊工艺技术的研发。

在国际竞争中,华虹宏力的8英寸制造流程比对手更优,工序更少,成本更低。在智能卡芯片市场上,华虹宏力与韩国三星并驾齐驱,占据了约30%的国际市场份额;不仅打破了跨国公司的垄断,甚至让许多原先的领先者被迫出局。

年,同处浦东的中国第二大和第三大晶圆代工厂——上海华虹NEC电子有限公司和上海宏力半导体制造有限公司完成合并,“华虹宏力”正式诞生。合并之后,华虹宏力已成为世界第一大智能卡IC代工厂;功率分立器件平台出货量居全球8英寸代工企业首位,累计出货超过万片晶圆;月产能也增加到近15万片。

“通过不断深耕市场,持续的投入与创新,壮大实力,才能在全球竞争中牢牢占据一席之地。”

陈瑛说,相对12英寸的先进技术,8英寸厂在技术节点上有它的局限性,但是立足差异化竞争一样能够给华虹宏力带来更多的订单和市场机会。随着“云物大智”等产业的蓬勃发展,给8英寸晶圆厂创造了巨大的需求潜力和庞大的市场空间。

“聚焦满足特定市场需求,如高安全性的智能卡、智能电网与智能电表、微控制器、无线射频、绿色能源、功率半导体、汽车电子、低功耗嵌入式存储器、LED照明以及满足物联网需求的MEMS和电源管理IC等技术工艺的研发和创新,力争世界领先。”陈瑛说,华虹宏力已经掌握了银行卡IC制造技术,且“我们的安全芯片分别从国际权威认证机构获得了CCEAL5+安全证书和EMVCo安全证书,突破了国外芯片公司的垄断。”

新的突破,需要成百上千技术参数的验证,需要几万次的实验;技术突破之后,还需要市场考验,在一场场实战中赢得信任和口碑。这个过程消耗了企业大量的人力、物力。高精尖技术的突破,需要时间和沉淀。

设计:从低端市场开始打一场逆袭战

集成电路设计处于集成电路产业链的最前端,是引领产业发展、推动产业创新的关键环节,也是浦东集成电路产业链中较为优势的一环。

对占据浦东集成电路行业多数的民营中小设计企业来说,生存第一。选择低技术门槛的行业,用低价竞争迅速占领市场,是它们生存的不二法则。

“有技术沉淀,哪怕做同样的东西,我也肯定赢。”格科微电子创业13年,始终在CMOS图像传感器上死磕,现已成为中国内地规模最大、技术最先进的CMOS图像传感器设计公司。

格科微电子创始人赵立新说:“这是非常全球化的市场,非常残酷,要么活,要么死。”赵立新推了推鼻梁上的眼镜,已经存活下来的他回忆起“求生”的日子,目光依稀有些迷离。

“当时想用自己专利的技术做高端产品,费九牛二虎之力在德国进口了片特殊工艺的晶圆,后来实在是没有钱和条件做这样的高端研发,晶圆在公司放了5年。”晶丰明源创始人兼CEO胡黎强笑了笑,中国创业公司想做高端,很难的!

客户和市场很难接受“国产”高端芯片,而且,创业公司的资源有限,高端产品的研发周期又长,风险大,创业公司一开始做高端产品行不通。

“客户企业追求利润最大化,它们最看重的永远是性价比。”早在研发、销售各条线“混迹”过的胡黎强则对商业模式有着更清晰的看法。“国外知名的IC设计企业已经在跑道上跑了十几年,想在同一条跑道上跑赢它,只能寄希望于它自己遭到重创或者失败,而这种可能性极小。而我们的思路是,不断在新的领域找到新的跑道,然后快速奔跑。在LED的跑道,我们国内IC厂商与全球IC厂商站在差不多的起跑线上,这给了我们国内IC设计公司跟国际IC设计公司一决高下的机会。”

从年起步到年,技术爬坡的路上,格科微用了10年。“我们更强调我们公司的技术是真正有竞争力的,而且我们只竞争出货量最大的产品。”就算从低端起步,企业的发展也没有捷径,技术的突破只有依靠勤勤恳恳、踏踏实实地雕琢钻研。

年3月,格科微第一款也是中国第一款具有商业价值的CIS产品投片成功,“三晶体管”工艺终于被攻关出来。这一制作工艺在当时国外已普遍应用于芯片生产,但在我国,还停留在实验室阶段,格科微和中芯国际对其创造性的工艺改造,让芯片实现了工业化量产,这也是我国首次有了自己的量产图像传感器芯片。

年10月,“四晶体管”工艺的像素技术研发成功。在此工艺基础上,格科微分别推出了名称为GC、GC、GC这三款芯片,与国际同类产品相比,因其质量高、价位低,而迅速被市场接受,并屡次获得“中国芯”最佳市场表现奖。

“每一场都是硬仗。”赵立新回忆说,面对激烈的市场竞争,不是生就是死,格科微就是从生死线一次次徘徊向前的,“低端机又怎么样?效果和高端手机没有多大差异,卖得好的产品绝对有优点。”

由于打破了国外技术的壁垒,格科微得以在像素方面保证了我国中低端市场国产机的高性能,低价格。

与此同时,晶丰明源已成长为LED照明驱动芯片全球销售额和出货量均列第一的厂商,是飞利浦的第一大供应商,胡黎强在采访时,低调地说:“其实我们并不比同行聪明,只是我们更专注。”

“我大约在四五家国内的芯片公司工作过,死了好几家,我就看它们怎么死的。”胡黎强说,“目光短浅、一心赚快钱、急功近利。做IC,一定要卡好自己的位置,做好自己的技术。”

“低端很容易被抄袭,我们只有不断创新,以更快的速度做产品研发,才有机会一直领先。”胡黎强说,“技术没有突破就死了,只有一代一代不断创新,把竞争者甩开。”

创业七年始终专注LED照明芯片,晶丰明源自主开发了去辅助绕组技术、内置线补偿、PSR技术等,减少外围电路同时让PCB更简单,节约下游厂家的外围BOM成本同时提升电源生产效率,都是IC设计提高性价比的思路。

装备:突破最薄弱的产业环节

“一代器件,一代设备。”事实上,集成电路产业制高点的竞争,归根结底,是装备制造业的竞争。当我们被“中国芯片进口费用超过石油”这一事实所震撼时,很少有人能清晰地洞察到,缺乏高精尖的装备其实才是卡住中国集成电路产业的厄运之手。

大约在年前后,当我国下定决心自主研发集成电路设备,尤其是像光刻机、刻蚀机这样的核心设备时,很多人都和上海微电子装备有限公司创始人贺荣明一样自信满满、意气风发。

“当我们刚开始做光刻机时,国内懂光刻机的只有50来人。”贺荣明说。从全球范围来看,光刻机领域的龙头老大是荷兰阿斯麦尔(ASML),并已经占据了高达80%的市场份额,垄断了高端光刻机市场,其最先进的EUV光刻机(极紫外光刻机)售价曾高达1亿美元一台,且全球仅阿斯麦尔能够生产。光刻机中最关键零件之一反射镜,则由德国蔡司垄断生产,其瑕疵大小仅能以皮米(纳米的千分之一)计。全球还没有第二家光学公司有此能力。

但即使是在这样的情况下,上微硬是踩出了一条路。年,上微制造出了第一台国产90纳米光刻机,并成为国际上光刻机设备企业的第四名,仅次于阿斯麦尔、尼康、佳能之后。

年,被誉为“硅谷最有成就的华人之一”的尹志尧以60岁高龄回国创立中微,首先瞄准的就是离子刻蚀机的国产化。在美国时,尹志尧曾参与了美国几代等离子体刻蚀机的研发,拥有60多项技术专利。即便如此,中微也用了14年时间才把刻蚀机卖到了国际市场,期间几度浮沉,生死只在一线之间。

实际上,无论是哪一种设备,从样机到量产,期间很长的一段路需要设备企业与下游芯片企业共同完成。“样机需要进入生产线,不断进行调试,最终成为生产线上能可靠、好用又具有成本优势的产品。”尹志尧指出,这是一个大挑战。

怎么办?中微的选择是全新路线、全新工艺、全新机会,避开了以往金属刻蚀的技术路线,全力攻克等离子介质刻蚀机,最终一举打开国际市场。

上微选择的是“沿途下蛋”。在掌握高端光刻机集成技术以及部分掌握核心部件制造技术的基础上,上微先进封装光刻机、平板显示光刻机和OLED光刻机等“周边”产品,实现了自我造血。

在这场极不对等的“战争”中,也不是全无突破。

就清洗设备而言,集成电路加工环节中超过三分之一工序是清洗,占设备销售市场的7%-8%。虽然市场不算太大,但盛美半导体瞄准这一细分领域占得一席之地,并于年末登陆纳斯达克,打破了15年来国际上没有集成电路设备企业在纳斯达克上市的沉寂。

在硅片清洗领域,盛美独有的“SAPS”技术可以控制兆声波能量在硅片面内以及硅片到硅片之间的非均匀度都小于2%,而目前在市面上的单片兆声波清洗设备只能控制兆声波能量非均匀度在10%-20%。至此,盛美在中国上海开发的SAPS和TEBO两项技术解决了工业界清洗的难题,站在了清洗设备行业的技术制高点之上。年盛美销售收入达到万美元,同比增长33%,利润近几年来基本持平。

与盛美半导体创造具有差异化的专利技术不同,睿励科学仪器从诞生之初就选择了高举高打、全方面研发布局、正面艰难攻关的技术路线。

睿励所选择的细分领域是前段光学检测设备,并且国内只此一家。技术上对标行业巨头科磊,睿励布局光学测量(薄膜及OCD)设备、光学缺陷检测设备、电子束缺陷检测设备三类检测设备产品,剑指7亿美元的细分市场。

年3月,睿励公司TFX送毫米集成电路生产线建立并投入生产。年5月18日,自主创新研发的全自动光学膜厚测量设备——TFX送毫米集成电路生产线建立并投入生产。

技术差异化、进入市场的时间节点及全球专利保护,成为集成电路设备企业的独门“秘籍”。国产设备要在技术上获得突破,应以市场为导向,研发“别出机杼”的技术,并寻找合适的市场切入点,快速进入国际市场。在单项技术的“单打冠军”的突破上,中国企业有这样的决心和毅力。

产业生态:日趋完善

作为“大国重器”,集成电路对于国家的战略意义已经超过了普通的经济范畴,产业的发展需要国家层面的持续投入,更需要洞悉科技产业发展的规律。

成立于年的国家集成电路产业投资基金(简称“国家大基金”)一期,募集资金超过亿元,对集成电路行业内企业进行投资,充分发挥国家对集成电路产业发展的引导和支持作用。国家大基金采取公司制的经营模式,与以往的补贴模式有着本质的不同,并形成了完整的产业布局,涵盖了IC设计、IC制造-代工、IC制造-存储、特色工艺、封装测试、设备、材料及生态建设各个环节。

目前,国家大基金二期也已经启动,募集资金超过亿元,同时带动地方资本投入。与此同时,科创板设立及注册制改革带来的资金“弹药补给”,将极大助力集成电路企业的发展。

“现在中国集成电路行业进入三链(产业链、创新链、金融链)融合阶段,未来十年是中国集成电路发展发展的黄金时期。”中科院微电子所所长叶甜春表示,中国的集成电路产业开始形成技术体系和产业体系,产业生态正在慢慢建立。

“我们的设计、工艺、制造技术和国际还差一两代,但是我们现在有自己的装备、材料和工艺,有底气多了,各个产业环节都能参与国际竞争。”

作为集成电路产业的“老牌重镇”,浦东集成电路产业已覆盖设计、制造、封装测试、装备材料等各环节,形成了一批国内龙头企业和有潜质的“独角兽”企业。

年浦东集成电路产业销售规模首次突破千亿,达到亿元。年浦东集成电路产业继续保持较快速度增长,实现销售.79亿元,占全市的71.5%,同比增长14.5%。

在规模扩增的同时,浦东集成电路技术能级不断提升。紫光展锐发布5G通信技术平台“马卡鲁”及其首款5G基带芯片“春藤”。上海兆芯发布新一代16nm3.0GHzCPU产品,是国内首款主频达到3.0GHz的国产通用处理器。平头哥完成AI推理芯片含光和RISC-V处理器玄铁芯片的研发和商用。

此外,中芯国际14nm工艺制程芯片实现量产;上海华力28nm实现大规模量产;上海新昇12英寸大硅片实现批量供货;盛美单片槽式清洗设备研发成功,预计硫酸用量减少90%。

随着《浦东新区促进重点优势产业高质量发展若干政策》正式公布,浦东集成电路目标已定,未来可期。

编辑:王雨濛

邮箱:pdxinwenchu

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