?國產(chǎn)高端芯片取得突破性進(jìn)展的背后

作者：暢秋

2023年已經(jīng)過半，在全球芯片市場低迷，以及美國限制政策的雙重作用下，中國半導(dǎo)體業(yè)在上半年的表現(xiàn)如何？產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的國產(chǎn)化率發(fā)展到了什么水平？下面具體介紹一下。

中國國家統(tǒng)計(jì)局公布的數(shù)據(jù)顯示，2023年前兩個(gè)月，中國芯片產(chǎn)量同比下降17%，芯片進(jìn)口量下降26.5%，出口下降20.9%。而隨著國產(chǎn)化浪潮漸起，以及芯片市場供過于求開始向供需平衡轉(zhuǎn)變，中國芯片產(chǎn)量逐漸增加，工信部發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，今年前5個(gè)月，我國芯片產(chǎn)量達(dá)到1401億個(gè)，同比增長0.1%。

近期，中國海關(guān)總署披露的全國進(jìn)出口重點(diǎn)商品量值表顯示，今年1-6月，中國芯片進(jìn)口數(shù)量和進(jìn)口總額同比都明顯減少，其中，進(jìn)口數(shù)量為2277.7億個(gè)，同比減少18.5%，進(jìn)口總額為1626.09億美元，同比減少了22.4%。

與此同時(shí)，上半年，中國共出口芯片1275.8億個(gè)，同比減少了10%。

可見，上半年本土芯片產(chǎn)量同比略有增加，但進(jìn)出口總量都明顯減少?？傮w來看，喜憂參半，中國本土芯片產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)還需要繼續(xù)努力，才能更加自如地應(yīng)對各種變化帶來的負(fù)面影響。

中國芯片產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的發(fā)展和變化

下面就從半導(dǎo)體設(shè)備、芯片設(shè)計(jì)和制造等環(huán)節(jié)入手，看一看近半年來中國本土相關(guān)企業(yè)和產(chǎn)品取得的進(jìn)步，以及存在的問題和不足之處。

首先看半導(dǎo)體設(shè)備。

根據(jù)中國本土晶圓廠設(shè)備采購數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示，截至6月，去膠設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到 90%以上，代表廠商是屹唐半導(dǎo)體；清洗設(shè)備國產(chǎn)化率約為58%，代表廠商是盛美、北方華創(chuàng)和至純科技；刻蝕設(shè)備國產(chǎn)化率約為44%，代表廠商是中微公司、北方華創(chuàng)和屹唐半導(dǎo)體；CMP設(shè)備國產(chǎn)化率為32%，代表廠商是華海清科；熱處理設(shè)備國產(chǎn)化率約為25%，代表廠商是北方華創(chuàng)和屹唐半導(dǎo)體；CVD設(shè)備國產(chǎn)化率為29%，代表廠商是北方華創(chuàng)和拓荊科技；PVD 設(shè)備國產(chǎn)化率為 10%；涂膠顯影設(shè)備國產(chǎn)化率為29%，代表廠商是芯源微；離子注入機(jī)國產(chǎn)化率為7%，代表廠商是萬業(yè)企業(yè)（凱世通）；量測設(shè)備國產(chǎn)化率為4%，代表廠商是精測電子。此外，28nm制程光刻設(shè)備也實(shí)現(xiàn)了零的突破。

從半導(dǎo)體設(shè)備招投標(biāo)情況來看，今年6月，可統(tǒng)計(jì)中標(biāo)設(shè)備數(shù)共計(jì)21臺，同比增長65.63%，其中，薄膜沉積設(shè)備3臺，輔助設(shè)備12臺，檢測設(shè)備4臺，刻蝕設(shè)備1臺，真空設(shè)備1臺。6月，北方華創(chuàng)、正帆科技、上海精測、武漢精測、上海微電子都有設(shè)備中標(biāo)。

上半年1-6月，可統(tǒng)計(jì)設(shè)備中標(biāo)數(shù)共計(jì)254臺，同比下降37.90%，其中，薄膜沉積設(shè)備中標(biāo)38臺，同比增長80.95%，輔助設(shè)備16臺，同比減少60.98%，高溫?zé)Y(jié)設(shè)備17臺，同比增長112.50%，光刻設(shè)備1臺，同比持平，檢測設(shè)備139臺，同比減少33.18%，刻蝕設(shè)備21臺，同比減少61.11%，拋光設(shè)備3臺，同比減少40.00%，清洗設(shè)備1臺，熱處理設(shè)備12臺，同比減少7.69%，真空設(shè)備4臺，同比增長33.33%。

總體來看，半導(dǎo)體設(shè)備的國產(chǎn)化率依然偏低，且由于上半年芯片市場很低迷，晶圓廠產(chǎn)能利用率不足，導(dǎo)致采購設(shè)備意愿不足，國產(chǎn)設(shè)備中標(biāo)數(shù)量同比呈下降態(tài)勢，不知道這種狀況在下半年會不會明顯好轉(zhuǎn)。

下面看一下芯片設(shè)計(jì)。

相對于在芯片制造方面與國際先進(jìn)水平存在的差距，中國芯片設(shè)計(jì)能力并不弱，也一直在進(jìn)步。中國芯片設(shè)計(jì)企業(yè)與國際大廠之間的差距，主要體現(xiàn)在對EDA工具、IP和制程工藝的依賴程度，例如，使用同樣一款較為先進(jìn)的EDA工具，國際大廠都夠在18個(gè)月內(nèi)設(shè)計(jì)出一款較為成熟的7nm芯片，且能取得較高的流片成功率，而中國排名靠前的設(shè)計(jì)公司，使用同樣的工具，只能設(shè)計(jì)出14nm的芯片，且流片成功率與國際先進(jìn)大廠之間也存在差距。

在提升設(shè)計(jì)水平，積累更多設(shè)計(jì)know-how認(rèn)知方面，中國本土設(shè)計(jì)公司一直在努力。與此同時(shí)，本土芯片采購企業(yè)將更多的訂單給到了本土芯片公司，使得中國芯片設(shè)計(jì)公司有了更多在市場上歷練的機(jī)會，這對于磨練設(shè)計(jì)水平很有幫助。

IP方面，受美國限制政策影響，國外高端IP進(jìn)口到中國大陸市場的難度越來越大，國內(nèi)IP短板在這種形勢下凸顯出來，同時(shí)也激發(fā)了中國本土半導(dǎo)體IP企業(yè)的發(fā)展動力，一批新勢力涌現(xiàn)出來。

高速SerDes接口IP已成為以數(shù)據(jù)中心為代表的HPC應(yīng)用的關(guān)鍵，這方面的本土代表企業(yè)是芯動科技，該公司可提供16/32/56/64Gbps多標(biāo)準(zhǔn)SerDes解決方案，25G/32Gbps SerDes已經(jīng)量產(chǎn)，56Gbps SerDes已經(jīng)發(fā)布。另一家公司牛芯半導(dǎo)體則推出了25/28/32Gbps的SerDes IP。此外，燦芯、和芯微可提供1.25Gbps-12.5Gbps多速率SerDes IP，銳成芯微、納能微電子也有各種SerDes IP產(chǎn)品。

與Chiplet相關(guān)的接口IP方面，芯動科技和芯原微電子已經(jīng)推出了相關(guān)產(chǎn)品。芯原是中國大陸首批加入U(xiǎn)CIe產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的公司，推出了基于Chiplet架構(gòu)設(shè)計(jì)的高端應(yīng)用處理器平臺，該平臺12nm SoC版本已經(jīng)完成流片，正在進(jìn)行Chiplet版本的迭代。

芯耀輝正在集中力量研發(fā)28nm/14nm/12nm及更先進(jìn)工藝IP，該公司還開發(fā)了DDR PHY IP產(chǎn)品，目前尚不清楚其所能支持的DDR應(yīng)用有哪些。目前，芯耀輝正從可靠的SI（信號完整性）和PI（電源完整性）分析、高可靠性訓(xùn)練設(shè)計(jì)、高性能DDR IO設(shè)計(jì)和多頻點(diǎn)快速切換這四方面入手，攻克DDR PHY技術(shù)難關(guān)。

最后看一下最重要的部分——芯片制造。

芯片制造是中國大陸的薄弱環(huán)節(jié)，特別是在先進(jìn)制程（10nm以下）方面，鮮有能進(jìn)入市場的量產(chǎn)芯片。近兩年，中國本土晶圓廠也在努力攻克技術(shù)難關(guān)，爭取補(bǔ)齊本土高端芯片制造能力不足的短板。

近一段時(shí)間，有兩個(gè)關(guān)于本土高端芯片制造的好消息傳出，非常值得關(guān)注，一是BAW濾波器實(shí)現(xiàn)了本土量產(chǎn)，二是華為將于今年年底推出自家設(shè)計(jì)，由本土晶圓代工廠生產(chǎn)的5G手機(jī)處理器。

濾波器是手機(jī)射頻前端模塊中的重要器件，主要分為聲表面波濾波器（Surface Acoustic Wave，SAW）和體聲波濾波器（Bulk Acoustic Wave，BAW）兩大類。

BAW濾波器的基本原理與SAW相同，差異在于BAW濾波器中聲波垂直傳播，能夠更有效地捕獲聲波，因?yàn)槠湓诟哳l段的出色表現(xiàn)，插損低性能優(yōu)秀，適用于5G高頻濾波。BAW濾波器中的主流技術(shù)FBAR需要在有源區(qū)下方做高精度蝕刻，這就對芯片工藝提出了很高要求，BAW濾波器對薄膜沉積和微機(jī)械加工技術(shù)的要求極高，制造難度和成本比SAW高很多。另一方面，也需要同時(shí)了解器件物理特性和工藝的工程師來完成結(jié)合工藝的器件設(shè)計(jì)。

目前，BAW濾波器市場Broadcom（博通）一家獨(dú)大，市占率達(dá)到87%，Qorvo占據(jù)8%的市場份額。

在這樣的背景下，中國的賽微電子實(shí)現(xiàn)了BAW濾波器量產(chǎn)，作為重要的合作伙伴，武漢敏聲與賽微電子做到了工藝和器件設(shè)計(jì)的協(xié)同優(yōu)化，在賽微電子的晶圓廠用定制化工藝生產(chǎn)。

據(jù)悉，賽微電子量產(chǎn)的BAW濾波器將用于國內(nèi)某品牌手機(jī)當(dāng)中，并簽署了長期采購協(xié)議，涉及12款不同型號的BAW濾波器及其衍生器件（雙工器、四工器等），協(xié)議執(zhí)行期間為2023年8月-2024年12月，協(xié)議金額不少于1億元人民幣。不知道賽微電子的合作對象是不是華為。

除了BAW濾波器量產(chǎn)，最近還有另一個(gè)重磅消息傳出：華為有望于今年年底在其新款旗艦手機(jī)中用上自家設(shè)計(jì)，本土制造的5G手機(jī)處理器。

自從被美國限購以后，華為既不能從高通那里購買5G手機(jī)處理器，也不能從臺積電和三星那里拿到先進(jìn)制程代工產(chǎn)能，這使得華為高端手機(jī)市占率大幅下滑，一度跌出前六榜單，但是，最近半年，華為手機(jī)的市占率大幅提升，最新統(tǒng)計(jì)顯示，其在中國大陸的市占率已經(jīng)超過13%（排名第一品牌的市占率在18%左右），華為高端手機(jī)又復(fù)活了。

如果華為真能在今年推出的新款旗艦手機(jī)中搭載自主設(shè)計(jì)、本土晶圓廠生產(chǎn)的5G手機(jī)處理器，無疑是一個(gè)重大突破，也會給美國的封鎖政策以沉重打擊。

下一步如何走？

自2019年“半導(dǎo)體戰(zhàn)爭”爆發(fā)以來，中國本土相關(guān)產(chǎn)業(yè)問題進(jìn)一步凸顯出來，正是因?yàn)槿绱?，政府和本土產(chǎn)業(yè)鏈上各環(huán)節(jié)的企業(yè)也更加清醒了，目標(biāo)也明確了，并在近三年取得了一定成績，但問題還沒有得到根本解決，需要全產(chǎn)業(yè)鏈繼續(xù)努力。

首先，就是發(fā)展模式，以及產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)之間的協(xié)作，如何做，才能進(jìn)一步提升效率呢？我們認(rèn)為，IDM的發(fā)展模式還是一個(gè)重要選項(xiàng)，雖說當(dāng)下全球芯片制造業(yè)更傾向于晶圓代工，各大IDM也有“輕量化”自有晶圓廠的意愿，但就中國大陸半導(dǎo)體業(yè)的發(fā)展階段和特點(diǎn)而言，要完全與國際“晶圓代工化”接軌，恐怕還不是時(shí)候。再有，面對美國將長期進(jìn)行的限制政策，做符合中國市場特點(diǎn)的IDM（此IDM不同于美歐IDM大廠，中國的IDM涉及的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)可能會更長），會進(jìn)一步提升效率。

近兩年，華為被限制后，無法拿到先進(jìn)制程產(chǎn)能，很痛苦。為了盡早解決這個(gè)問題，該公司做了很多整合本土產(chǎn)業(yè)鏈的工作和投入，就是要提升效率，以期在中國本土制造出先進(jìn)制程芯片。

還有一點(diǎn)很重要，那就是做好先進(jìn)制程和成熟制程的協(xié)調(diào)發(fā)展工作?？梢哉f，在可預(yù)見的未來多年內(nèi)，中國本土芯片制造一定是以成熟制程為主力的。

近些年，在美國政府限制政策，以及中國本土企業(yè)和政府共同努力等因素作用下，中國成熟制程技術(shù)和產(chǎn)能水平一直在提升，截至2022年，在全球50nm-180nm成熟制程產(chǎn)能中，中國大陸所占市場份額達(dá)到30%，以當(dāng)下的形勢和規(guī)劃的晶圓廠建設(shè)進(jìn)程來看，未來5年內(nèi)，這一占比有望提升至35%。

中國大陸不斷擴(kuò)大的成熟制程產(chǎn)能對全球電子系統(tǒng)和設(shè)備廠商的吸引力越來越大，特別是對于中國本土的電動汽車、工業(yè)機(jī)器人、無人機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備制造商來說，本土成熟制程芯片的性價(jià)比很高。與此同時(shí)，中國大陸不斷增長的產(chǎn)能和成本競爭力正在吸引越來越多的海外系統(tǒng)和設(shè)備制造商來此采購芯片。

接下來，中國需要在20nm-45nm這一制程區(qū)間發(fā)力，爭取更多的市場份額，而實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的難度并不是很大，只要相關(guān)企業(yè)踏實(shí)工作，政府給予足夠的補(bǔ)貼和扶持，用不了多久，就會形成類似于50nm-180nm制程的市占率。

2023全年的電子半導(dǎo)體市場低迷已經(jīng)沒有懸念了，在迎來產(chǎn)業(yè)復(fù)蘇的2024年，中國本土產(chǎn)業(yè)鏈還有很多事情要去改善和提高，以應(yīng)對更多的市場和國際貿(mào)易挑戰(zhàn)。