從去年下半年至今,全球汽車廠商缺“芯”一直蔓延,加之近來日本福島近海地震以及美國暴風雪引發停電等因素的影響,對于全球汽車廠商缺“芯”不僅雪上加霜,甚至有蔓延到以智能手機為代表的消費電子領域的趨勢。
對此,有媒體再次借勢,稱全球缺“芯”,將會是中國芯片產業再次扮演“彎道超車”角色的機會。事實真的如此嗎?
進遠大于出:中國汽車芯片尚未自給,談何“超車”
根據咨詢公司羅蘭貝格發布的《中國新能源汽車供應鏈白皮書2020》,在中國每年2800萬輛的汽車市場,中國汽車半導體產值占全球不到5%,部分關鍵零部件進口量在80%-90%。
而據中國汽車芯片產業創新戰略聯盟數據顯示,2019年我國自主汽車芯片產業規模僅占全球的4.5%,而我國汽車用芯片進口率超90%,先進傳感器、車載網絡、三電系統、底盤電控、ADAS(高級駕駛輔助系統)、自動駕駛等關鍵系統芯片過度依賴進口。比如,電動汽車中價值僅次于動力電池的IGBT(絕緣柵雙極型晶體管),98%以上需要從國外進口,且價格是國外的1.2倍至1.8倍。
另有統計數據顯示,2019年全球汽車芯片市場規模約為3100億元,國內車規級芯片產業規模不足150億元,而同期我國汽車產業規模占全球市場達30%以上。
不知業內看了上述統計作何感想?我們認為在這場以汽車產業為主的全球性缺“芯“大潮中,我們,尤其是我們的芯片制造非但沒有充當”救火隊長“的角色,反而在某種程度上起到了”助推”的反作用(求遠大于供)。原因何在?
低不就難做大:成熟制程不“成熟”,打磨與產能是最大短板
從此次全球車企缺“芯”看,主要分為兩類,一類是應用于ESP(電子穩定控制系統)的MCU(微控制單元)。在中國市場,一般10萬元以上的車型,特別是中高端車型都會配備ESP。它是汽車主動安全系統的一部分,能起到防側滑作用。另一類是ECU(電子控制模塊)中的MCU。ECU廣泛應用于汽車各控制系統中,被喻為“行車電腦”。
盡管看似高級,但對于芯片制造來說,與智能手機芯片相比,其對于制程的要求并不高,通常情況下,28nm以上成熟制程完全可以滿足。
雖然制程上要求不高,但對于品控卻遠大于智能手機這類消費類電子產品,這對于芯片制造才是真正見功底的挑戰。
例如車規級相關芯片,需要適應到的極端溫度,高振動、多粉塵、有電磁干擾,濕度要適應0%-100%,一般車規級芯片的設計壽命為15年或20萬公里。從架構方面來看,車規級芯片需要有獨立的安全島設計,在關鍵模塊、計算模塊、總線、內存等,都有ECC、CRC的數據校對,為車規級芯片提供功能安全。
因此,只有具備豐富芯片設計經驗、全面產品質量管控、充足人力物力的公司,才有可能研發出滿足汽車正常運行需求的MCU芯片,這也使得國內很多芯片廠商對車規級MCU望而卻步。
望而卻步的結果就是差距。據IHS Markit的統計數據顯示,在2019年接近200億美元的MCU市場中,車載MCU貢獻當中的60億美元左右的營收,這些份額主要由NXP、瑞薩、TI和ST等國外廠商所壟斷。其中前六所占領的市場份額高達93%,且這個份額多年以來一直來并沒有太大的變化。
其實到這里,我們應該清楚,對于車規級芯片來說,先進的制程已不是決定性因素,反而是成熟制程期內的打磨,滿足上述標準成為重中之重。而正是在打磨上的缺失,讓我們在車規級芯片市場幾乎沒有任何的話語權。
究其原因,據此前《財經》相關報道采訪到的芯片設計行業人士普遍認為,即便在28nm以上成熟工藝,中國大陸的芯片代工廠也有不少功課需要補足,大家往往在某個工藝上做到“基本可用”就開始攻克下一個,而不是繼續投入研發實力去做到“好用”,且服務意識不強,資料不全、數據不準確,給芯片設計公司(客戶)帶來了各種不愉快的體驗。
事實的確如此。除了在車規級芯片外,擴展在整個成熟制程整體市場,我們的市場表現也證明了這點。
這里我們以全球芯片代工老大臺積電和國內芯片代工老大中芯國際2019年各制程節點的營收為例,來看看我們的差距。
在28nm制程節點,臺積電營收為47億美元,市占率高達39%,相比之下,中芯國際營收僅為1.3億美元,市占率為1%;在更成熟的90nm及以上制程節點,臺積電營收為55億美元,市占率26%;相比之下,中芯國際營收為17億美元,市占率僅為8%。
可以說,即便在成熟制程芯片制造上,我們也處在相當落后的狀態。這其中,除了產能外(需求決定產能,如果需求不旺,自然就缺乏擴充產能的動力和資源),缺乏打磨應是不可忽視的主要的原因之一。
其實不要說和臺積電相比,就是和聯電和格芯相比,依然可以看到我們在成熟制程制造上的差距。
根據芯思想研究院(ChipInsights)發布的2020年專屬晶圓代工前十大排名榜顯示,中芯國際2020年營收為251億元人民幣,占比為5.43%,排名第四,而專注于成熟制程的聯電和格芯的營收分別為387億元和360億元,占比分別為8.37%和7.78%。
需要說明的是,這個榜單僅限于全球純芯片代工企業,如果將諸如英特爾、三星等這些IDM廠商制造的芯片營收計算在內,中芯國際在芯片制造的排名還會靠后。
隨之而來的問題是,從現在和未來的整個芯片市場看,成熟制程依然占據不小的市場份額,且市場穩定。
據市場研究機構International Business Strategies(IBS)近期發布的相關白皮書數據顯示,2020年半導體代工市場中,28nm及以上工藝的市場份額能占據大約三分之二,未來五年,先進工藝的市場將不斷擴大,但成熟工藝的市場份額仍將不低于50%。
另據IC Insights發布的《2020-2024年全球晶圓產能》報告顯示,40nm及以上成熟制程的比例近幾年并未出現明顯變化,且市場規模很可觀,表現為40nm以上的成熟制程,無論是180nm以下,還是180nm以上,市占率均相當穩定。
如果說,在涉及做強的先進制程方面,我們還存有差距和難以換來真金白銀,那么在事關做大的同等的成熟制程上,我們的掘金能力還如此羸弱,確實值得我們同業好好反思,畢竟對于芯片產業來說,做大是做強的基礎。
高不成做強難:先進制程牽絆多,盲追節點制程可能適得其反
如果說,前述是我們芯片制造在成熟制程方面是“低不就”的話,那么在先進制程方面,則更多體現為“高不成”。
先不說,僅從芯片制程的賬面數據,我們就已經落后臺積電、三星兩代,從過往成熟制程40nm和28nm從宣布量產到真正具備商業技術競爭能力,期間就相隔了3—4年的時間。
例如40nm制程,早在2011年,中芯國際就宣布量產,但直到2015年依然經常出現提供給客戶的產品不符合要求的現象;至于2015宣布量產的28nm,但2年后的2017年,接棒中芯國際CEO的梁孟松和其所率的臺籍、韓籍團隊不得不用接近一年的時間來提升其良品率,盡管如此,低階28nm工藝多晶硅制程的良品率也僅為85%,高階28nm僅為80%。
對于中芯國際目前最為先進的14nm,中芯國際此前發布的2020年Q4財報顯示,其14/28nm工藝在Q4季度的營收占比只有5%,相比2020年Q3季度的14.6%大幅下滑。盡管如此,中芯國際稱,未來仍會考慮加強第一代、第二代FinFET多元平臺開發和布建,并拓展平臺的可靠性及競爭力,尋找多元客戶。
鑒于中芯國際此前未將14nm和28nm合并時,28nm營收占比遠超14nm的事實,我們認為,由于非市場因素的影響,在失去華為這個14nm大客戶之后,中芯國際的14nm幾乎沒有客戶或者說陷入了找客戶的尷尬,加之我們前述的40nm和28nm的遭遇,中芯國際14nm現實的技術競爭力可想而知。
正如業內人士所言,能做先進制程了不代表技術實力就過關了,就好比你能造大排量的SUV了,你的油耗好不好?惡劣環境故障率高不高?越野能力如何?動力強不強?這背后還是技術實力的沉淀問題,能造出這個制程的芯片,不代表工藝水準已經達到了最優,更不代表你就在這一制程節點具備了技術競爭力。
此外,從芯片制造的發展看,由16nm至7/5nm制程升級帶來的性能邊際提升開始出現遞減效應,即制程節點升級帶來的性能提升及功耗降低幅度越來越不明顯。這無疑對于我們的芯片制造企業如何讓芯片從“可用”到“好用”轉變的能力要求更上層樓,但鑒于前述我們芯片制造在成熟制程方面的表現,挑戰可謂巨大。
除技術外,中國芯片在先進制程方面還受制于高昂的資本支出。
據IBS給出的數據顯示,28nm之后芯片的成本迅速上升。28nm工藝的成本為0.629億美元,到了7nm和5nm,芯片的成本迅速暴增,5nm將增至4.76億美元,至于未來的3nm,三星稱其3nm GAA 的成本可能會超過5億美元。
至于臺積電,2018年,其CEO魏哲家曾打趣地說,臺積電預計在5nm投資了250億美元。
魏哲家的話并非打趣。僅在2020年,臺積電的資本支出就達到了160億美元,繼2019年全年支出達到歷史新高后,再破記錄,其中約80%被用于3nm、5nm與7nm等先進制程技術。相比之下,中芯國際同期的資本支出僅為43億美元。
對此,有業內分析認為,制約中芯國際資本投入的主要原因是它的營收不高,即中芯國際如要不停地保持資本支出,必須先將自己的營收做大。經常有人說,中國制造大而不強,實際上,先將企業做大,往往更能把企業做強。而這正好驗證了我們前述的,在事關做大的同等的成熟制程上,我們的掘金能力如此羸弱,理應好好反思,畢竟對于芯片產業來說,做大是做強基礎的論斷。
除上述外,與其他芯片制造企業不同,中國芯片制造企業還受制于非市場因素的影響,而這種因素某種程度上甚至會超越技術和資金。
對此,中芯國際在2020年Q4財報發布時稱,對于中芯國際的技術限制,主要還是針對 10nm 工藝以下技術,未來像是7nm、N+1 工藝等放行幾率不高。而針對 10nm 工藝以上技術,則是可透過供應商申請許可證的方式,讓中芯國際繼續生產。
如果真如中芯國際的判斷,那么中國先進制程芯片制造很可能會長時間滯留在14nm節點?!案卟怀伞睂⒊啥ň帧?/p>
而在我們看來,即便最終非市場不利因素全部消除,但其始終會像懸在我們頭上的達摩克利斯之劍,而要徹底消除它,不僅是中國芯片制造企業的一家之事,而是包括芯片制造設備、材料等一系列相關產業的齊頭并進,否則盲跟制程節點,可能會事倍功半,甚至適得其反。
所謂以小見大。通過此次全球汽車缺“芯”,中國芯片制造難顯身手的事實,我們理應反思我們整個芯片制造發展中出現的“高不成低不就”的原因,走出一條既符合全球芯片制造發展趨勢,又能充分發揮我們自身優勢(考慮非市場因素的長期不確定性影響)的中國芯片制造發展之路。
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