士蘭微陳向東：多種產(chǎn)業(yè)形態(tài)的半導(dǎo)體芯片發(fā)展模式

杭州士蘭微電子股份有限公司董事長陳向東

近日，在蘇州高新區(qū)舉辦的中國集成電路設(shè)計創(chuàng)新大會暨 IC 應(yīng)用博覽會（ICDIA 2021）上，杭州士蘭微電子股份有限公司董事長陳向東帶來主題為《多種產(chǎn)業(yè)形態(tài)的半導(dǎo)體芯片發(fā)展模式》的精彩分享，以下為演講全文：

集成電路走到今天，它已經(jīng)在我們的信息采集、傳輸、存儲、處理和顯示上發(fā)揮了非常重要的作用。

有一句話，信息和能源是人類社會發(fā)展的兩個重要的方面，引出這個題目來為了描述后面產(chǎn)業(yè)發(fā)展的模式，除了信息之外，半導(dǎo)體技術(shù)在我們的各種能量形態(tài)的轉(zhuǎn)換上也發(fā)揮了非常重要的作用。我們的光伏發(fā)電，各種逆變器，甚至半導(dǎo)體照明LED也是半導(dǎo)體技術(shù)，高鐵上的驅(qū)動，風(fēng)能的發(fā)電，包括日常使用的充電器，都有半導(dǎo)體有關(guān)，半導(dǎo)體能源的轉(zhuǎn)換上起到大的作用，非常喜歡這張圖片，這張圖片講的非常清楚，走到現(xiàn)在集成電路發(fā)展的主要維度。

第一個垂直方向的先進(jìn)工藝，比拼的是工藝線寬的加工能力，比拼是單位面積里面我們晶體管做的數(shù)量，畫的IPhone主處理器芯片，大家最近看到報告，IBM利用兩納米的制程，做成了每平方毫米3億多個晶體管的處理能力，這里寫的5納米是1.5億個左右。

橫向的方向我們一般講的特色工藝，特色工藝它比拼的不完全是工藝的線寬了，比拼的是一些工藝期間的結(jié)構(gòu)，包括模擬電路、色屏電路，包括無緣高壓的功率半導(dǎo)體包括一些傳感器等等。

斜的這條線大家特別的關(guān)注，也是近來發(fā)展的重點，這里補上了一個，2.5D，3D一些異構(gòu)的堆疊封裝最近特別的火熱，把各種不同先進(jìn)工藝制作的圓片，先進(jìn)制成和特色工藝圓片的制成把它堆疊在一起，形成更高密度的功率系統(tǒng)，這個是兩個重要的發(fā)展的方向。

我想跟大家分享一下整個半導(dǎo)體公司在六七十年發(fā)展歷程上的逐步的演化，半導(dǎo)體發(fā)展的初期，大概有兩類公司，或者兩種形態(tài)的公司做半導(dǎo)體芯片，一類大型系統(tǒng)型的綜合公司在半導(dǎo)體發(fā)明早期，像西門子、飛利浦、IBM的大公司能力非常強，大型的整機系統(tǒng)，然后投入到半導(dǎo)體技術(shù)的開發(fā)，還有一個硅谷為代表的，因特爾這樣的專業(yè)半導(dǎo)體公司，一開始做半導(dǎo)體技術(shù)的，半導(dǎo)體技術(shù)的一開始初創(chuàng)從美國的硅谷開始的。

芯片發(fā)展的早期，各種支撐技術(shù)的不夠成熟，也在發(fā)展的過程當(dāng)中，所以幾乎是所有的芯片廠家它都具備芯片的設(shè)計，芯片的制造包括封測能力全部包在一起的，過程當(dāng)中逐步的形成了裝備、EDA工具，材料大的支撐的產(chǎn)業(yè)。

隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，隨著技術(shù)的發(fā)展，到了上個世紀(jì)的80年代左右，整個半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)發(fā)生分化，有些分化是經(jīng)濟的規(guī)律驅(qū)動，有些分化是技術(shù)形態(tài)發(fā)生變化推動的，上個世紀(jì)80年代末開始出現(xiàn)了芯片代工模式，芯片代工模式發(fā)展的動力，一般大概有兩重概念，一個就是到80年代末的時候，全球開始建八英寸的芯片生態(tài)線，那么八英寸的芯片生態(tài)線往上走了之后，投資規(guī)模很大，按照現(xiàn)在的對過去事情的回應(yīng)，八英寸的生態(tài)線在當(dāng)前建線要10億美金一條生產(chǎn)線對于很多的公司大概不可承受之重，就可能放棄，五寸六寸做到頂了，不再往前走了，最比方美國的凌特公司，做的模擬芯片做的很好的，長期就堅守在四英寸、六英寸上，芯片技術(shù)水平很到，尺寸不再做上去了，有很多這樣的公司。

還有一個就是工具開始普及，開始普及的主要原因就是80年代中后期開始，現(xiàn)在我們這個詞很少用了，工作站，有點類似于服務(wù)器，處理能力很強的工作站普及，普及的時候配上EDI的工具，強有力的運算單元，實際的成本大幅的降低，很強的計算能力，都建立在數(shù)據(jù)中心，用超型小型機或者大型計算機算，一般的小的一個實體的，擁有超強的預(yù)算能力代價非常大的，到了80年代中后期成本下降了，下降之后推動設(shè)計業(yè)獨立的發(fā)展，設(shè)計業(yè)獨立發(fā)展之后他也需要有單獨的芯片工廠為他生產(chǎn)芯片。

所以兩種模式共同的推動之下，中國臺灣地區(qū)在其他一些地方并行了芯片代工的模式，是這么運營起來的，我這里有句話芯片發(fā)展的歷史上有一段時間是芯片設(shè)計業(yè)發(fā)展的黃金時間，這個黃金時間應(yīng)用推動需求的，我可以舉兩個簡單的例子，我親眼看到的，比如說上世紀(jì)80年代末的時候，個人計算機開始普及，那時候的PC跟今天看到的PC完全不一樣的，除了英特爾的主處理器之外，有中小規(guī)模的邏輯鏈路構(gòu)成的，美國幾家公司想辦法把計算機外圍的幾十個芯片逐步的設(shè)成一個芯片，但今天來說這個沒有了，都集中到輸入輸出。

但是那個地方美國微代表的技術(shù)創(chuàng)新公司，就把PC很多東西都集中在一起，創(chuàng)立了對工業(yè)、對一些PC產(chǎn)業(yè)起了很大的推動作用，在我們中國臺灣地區(qū)針對消費電子，我看到很多，比如說電子手表，電子玩具很多創(chuàng)新的設(shè)計，推動了設(shè)計公司的發(fā)展。

這些的創(chuàng)新的應(yīng)用在設(shè)計公司創(chuàng)新發(fā)展當(dāng)中有一段黃金時間。再往下走集成電路產(chǎn)業(yè)隨著自然的一些并購規(guī)律的一些發(fā)展之外和大公司變大、小公司變小之外，上個世紀(jì)90年代末，綜合型的一些半導(dǎo)體公司開始分解，為什么在上個世紀(jì)90年代末發(fā)生變化？主要是上個世紀(jì)90年代末，在國際上半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為成熟的產(chǎn)業(yè)了。

所謂成熟的產(chǎn)業(yè)就是在各個技術(shù)細(xì)分的市場上都有成熟的玩家，產(chǎn)業(yè)規(guī)模第一、第二、第三名基本上清晰的勾勒出來的。

另外發(fā)展速度也已經(jīng)變慢了，半導(dǎo)體的周期造成了階段性的產(chǎn)能過盛，階段性的供不應(yīng)求，大的系統(tǒng)性的公司，財務(wù)是穩(wěn)健的，跟著半導(dǎo)體走的話，半導(dǎo)體公司投入很大，會拖累整個大的系統(tǒng)公司的財務(wù)，西門子的半導(dǎo)體的，半導(dǎo)體的財務(wù)數(shù)據(jù)會大起大落，比方說IBM都有這樣的情況，所以上個世紀(jì)90年代末期開始，大型的系統(tǒng)公司紛紛的剝離它的半導(dǎo)體業(yè)務(wù)。

所以西門子公司把半導(dǎo)體剝離掉了，其中有一家保留到今天。飛利浦也剝離掉，保留了一部分的研發(fā)。這樣的事情很多，所以說整個的半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)歷程經(jīng)過五六十年的發(fā)展有大的整并的過程，整并到今天，用右下角的框框簡要的歸納一下，芯片現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)大致上有這么幾類，第一個專業(yè)的設(shè)計制造一體的公司國際上現(xiàn)在有很多，比方說英特爾就是典型的，還有韓國的三星，包括歐洲的半導(dǎo)體都是這樣的，專業(yè)設(shè)計的，另外還有就是說大的企業(yè)公司把芯片整個業(yè)務(wù)剝離了之后，并不是說不做芯片了，更多是轉(zhuǎn)向芯片的設(shè)計，把制造這塊放掉了，這塊最典型就是蘋果公司，蘋果公司做手機和系統(tǒng)核心芯片自己設(shè)計的，所以說這個地方芯片設(shè)計為主。

我們國內(nèi)像華為的海思實際上也是屬于這樣一個角色，那么再有就是專業(yè)的芯片代工企業(yè)，還有就是專業(yè)的芯片封測和測試代工企業(yè)，再有就是設(shè)計公司，這個大家都非常熟悉了，設(shè)計公司大概三類。

那么支持電路產(chǎn)業(yè)走到今天，剛才講了有代工，有設(shè)計制造一體，它多種產(chǎn)業(yè)形態(tài)已經(jīng)并存了，那么支持這個芯片代工這個模式持續(xù)發(fā)展的動力或者說它的底層邏輯是什么呢？是這樣的，就是說叫摩爾定律持續(xù)的發(fā)展，推動了高密度芯片的高密度的集成，那么芯片高密度集成，大家現(xiàn)在聽到的一句話就是一臺光刻機很貴，要1億多美金，這個代表了什么？就是說在高強度的投入，一般的公司已經(jīng)做不起了。

另外高精度的裝備，你要把它維護好，也已經(jīng)不容易了，再有就是2納米、3納米要持續(xù)往前走，工藝的技術(shù)的研發(fā)的投入非常大，也是一般的非常所不能承受的，所以這樣的話，一方面出現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)的分工，一方面它專業(yè)的代工有它邏輯合理性，臺積電就持續(xù)在這條道上，持續(xù)的往前走。

另外我們也看到，能夠持續(xù)跟蹤摩爾定律的企業(yè)一定是越來越少，現(xiàn)在看到的是臺積電、三星和因特爾三家會持續(xù)的往前走，其它企業(yè)基本上都在不同的納米級節(jié)點上宣布停止了，不再投入了，所以這條路一定會繼續(xù)走，包括因特爾在內(nèi)還能不能繼續(xù)往前的下去，也是要打問號的，因為體量非常大，現(xiàn)在看到因特爾的工藝上已經(jīng)相對落后了，但是這個邏輯是存在的。

所以就是說能夠持續(xù)跟蹤摩爾定律的制造企業(yè)會越來越少，另外就是說數(shù)字芯片、高密度芯片實際方法的進(jìn)化，我這里主要舉了兩條，一個是IP的重用，還有一個還是軟件工程的形態(tài)，那么軟件工程的形態(tài)就使得IDA專業(yè)流程的指導(dǎo)和推動控制之下，它可以設(shè)計非常大的芯片，另外剛才也提到了設(shè)計業(yè)態(tài)的分工，也推動了很小的組織可以定義、規(guī)劃幾十億甚至上百億們的邏輯，現(xiàn)在都可以規(guī)劃，像人工智能芯片都可以規(guī)劃，所以客觀上也有持續(xù)往高密度推動的需求，所以先進(jìn)工藝的代工是未來非常明確的發(fā)展趨勢。

但集成電路它又是一個涵蓋了多種技術(shù)、多種應(yīng)用場景的一個產(chǎn)品，那么特色工藝的半導(dǎo)體產(chǎn)品，它仍舊有它非常大的發(fā)展的空間，所謂的特色工藝就是指半導(dǎo)體產(chǎn)品，利用半導(dǎo)體材料的各種物理特性，做出各種工藝半導(dǎo)體射頻傳感器，那么說歸到功率器件，歸村底的高壓集成電路，包括砷化鎵、氮化鎵的射頻器件、功率器件，它除了利用PN結(jié)的一些基本電學(xué)特性之外，還多的用到半導(dǎo)體的光學(xué)、機械很多的一些特性，包括一些壓敏包括壓電一些特性來做，所以它的線寬從現(xiàn)在來看，大概特色工藝的線寬走到今天大概是40多納米到60多納米，大概再往上，甚至到一兩百納米，從今天來看，大概都已經(jīng)有足夠的競爭力了。

那么設(shè)計制造一體的這個企業(yè)形態(tài)，看起來又特別的有利于我們一些相關(guān)產(chǎn)品的深度的開發(fā)，我這里舉了一個以高壓的集成電路和高壓的工藝系統(tǒng)為例子，那么你要做一個高壓的產(chǎn)品，可以做代工，沒有問題，但是前提是這個代工廠家，要能夠的積極的配合你做一些器件，工藝參數(shù)的調(diào)試，但這個往往因為屬于兩個實體，有難當(dāng)?shù)碾y度，工作效率我們看到也是相對偏慢一些。

那么我們一般理解，就是說你要做高壓的，那么你的工藝平臺的建設(shè)，器件模型包括線路架構(gòu)驗證，應(yīng)用系統(tǒng)包括封裝系統(tǒng)質(zhì)量評價，因為高壓工藝產(chǎn)品，現(xiàn)在我們跟很多專家都專門討論過這個問題，一個功率器件現(xiàn)在看來芯片的可靠性，你設(shè)計制造正確了之后，大概占了百分之三四十左右，跟封裝有關(guān)系的可靠性占了百分之六七十，那么這樣的話，把封裝拉起來，你也只有把它一起來做，可能會更有機會把它的問題解決在你企業(yè)的內(nèi)部。

所以我在后面講一句話，就是說只有系統(tǒng)的持之以恒堅持以上幾方面的工作，才能建立不斷進(jìn)步的高壓工藝體系，這個非常的重要。

那么國際上這個叫IDM，就是設(shè)計制造企業(yè)，它的發(fā)展情況大概現(xiàn)在是這樣的，就是說從現(xiàn)在來看，特色工藝的產(chǎn)品，包括傳感器，包括功率半導(dǎo)體等等，基本上都是由美、日、歐發(fā)達(dá)國家的設(shè)計制造一體形態(tài)的公司所占有，像我們中國大陸也好，中國臺灣也好，因為近三四十年，中國大陸稍微晚一點，20多年，基本上走的是一條代工的模式，那么它把產(chǎn)品設(shè)計和制造相互，應(yīng)該說是拉開了距離了，拉開了距離之后，從現(xiàn)在來看的話，一塊相對來說反而發(fā)展的慢。

像中國臺灣地區(qū)很厲害，但是它就基本上功率半導(dǎo)體、傳感器上基本上就沒有，我覺得不是說它做不了，它應(yīng)該會做的很好，但是產(chǎn)業(yè)生態(tài)造成了對這一類的產(chǎn)品的研發(fā)，制造的互動減弱了，然后降低了它的整個研發(fā)能力，所以從目前市場的發(fā)展來看，國際上跑到前面的公司，它的優(yōu)勢還是非常的明顯的，無論是產(chǎn)品的性能，品牌口碑和這個市場占有率來看，要很快打破這個格局，還真的不太容易。

那么持續(xù)的市場應(yīng)用新需求，就是新的需求不斷的在冒出來，然后長期穩(wěn)健的研發(fā)投入，包括公司的并購，推動了國際上頂尖的設(shè)計制造企業(yè)公司還在持續(xù)的發(fā)展，還在加快發(fā)展，那么當(dāng)前在中國有利于設(shè)計制造一體企業(yè)成長的一些因素，我想有這么幾個。

第一，硅片尺寸的穩(wěn)定，我們知道現(xiàn)在硅片大概中間有滬深，要建18寸的硅片，但是最追沒建起來，硅片走到12寸，現(xiàn)在基本上已經(jīng)停下來了，還有一個就是摩爾定律這個腳步的放緩，那么摩爾定律腳步的放緩，言下之意就是說很多成熟工藝，它有更大的一些發(fā)展的空間，因為成本上面的原因。

另外也看到純的代工模式，剛才提到的這一些特色工藝產(chǎn)品研發(fā)，它有一些弊端，大家也都看到了，那么另外就是說剛才提到了，就是說成熟工藝或者說特色工藝它所需要的線寬大一些，它可以利用先進(jìn)工藝淘汰下來的產(chǎn)線來進(jìn)行生產(chǎn)，像做存儲器，它每年都要淘汰掉很多的設(shè)備，可以買他的設(shè)備來做，所以電線的成本降低。

另外國內(nèi)很多的專家、領(lǐng)導(dǎo)也都看到了中國可能是需要獨立的也要去發(fā)展一些IDM的企業(yè)，所以專家領(lǐng)導(dǎo)都有護身，再有就是國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)政策，國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)政策現(xiàn)在從國家大基金到各個地方的產(chǎn)業(yè)基金，總體上也都非常的樂于去推動產(chǎn)線的建設(shè)，所以這樣的話，這些綜合的因素使得國內(nèi)的芯片制造一體的企業(yè)，或者有一些產(chǎn)品公司它有一些條件，去建生產(chǎn)線，這個基礎(chǔ)可能會更好。

全球IDM模式企業(yè)的發(fā)展的重要數(shù)據(jù)可以跟大家再分享一下。就是說現(xiàn)在全球接近5000億美金的半導(dǎo)體產(chǎn)值里面，由IDM公司所貢獻(xiàn)的這個產(chǎn)值是多少呢？大約是在75%-80%左右，就是說由IDM的公司，像英特爾、三星做存儲器的，然后像英飛凌這樣的半導(dǎo)體，就是這樣的設(shè)計制造型的公司，它所貢獻(xiàn)的產(chǎn)值才占到了75%-80%，是一個非常大的數(shù)字。

當(dāng)然盡管它們的很多芯片是用代工作的方式來做的，像依法半導(dǎo)體很多的MCU它就是委托臺積電等企業(yè)做代工的，但是它的技術(shù)平臺是自己來開發(fā)的，這個我就不展開講了，總體上這個市場應(yīng)該是一個非常大的。

我想也跟大家稍微再分享一下，士蘭微電子IDM的發(fā)展歷程，士蘭微電子在1997年成立，成立的時候，我們在2001年開始規(guī)劃，就是建了一條生產(chǎn)線，這個當(dāng)然可能跟我們過去資深的工作背景有一定的關(guān)系。

那么2003年第一條生產(chǎn)線運行之后，那么我們的組織結(jié)構(gòu)也逐步的轉(zhuǎn)化為IDM的模式，那么在加強芯片設(shè)計能力的同時，也強化了芯片生產(chǎn)線的硬件設(shè)施和工藝研發(fā)的投入，那么士蘭微電子投入了一條5英寸，一條6英寸的生產(chǎn)線，總體運行效果都還算不錯的，但是同時我們也很清楚的看到，如果說我的芯片生產(chǎn)能力只停留在5英寸、6英寸你要把產(chǎn)品的水平做高，要有國際競爭能力，這個幾乎是不可能的，實際上這一點，我們在很多年前就已經(jīng)看到了，所以我們在2013年我們做了一個決定，要下決心去建8英寸的生產(chǎn)線，當(dāng)然時間也很巧，這個時候就趕上了一個比較好的時機，然后國家大基金也成立，所以幫助了我們8英寸生產(chǎn)線的建設(shè)。

所以這個8英寸生產(chǎn)線建設(shè)的話，2013年定下決心，2015年開工，然后到了2017年，我們的8英寸跑出來原片了，同時我們也很快看到，根據(jù)當(dāng)時國內(nèi)的市場，光有8英寸可能還不夠，你還有往12寸跑，所以當(dāng)時我們幾乎就走了連續(xù)幾級跳，然后在2017年的12月底，我們在廈門海滄規(guī)劃再建設(shè)兩條12寸的芯片生產(chǎn)線。

第一條芯片生產(chǎn)線已經(jīng)在2020年的年底開始進(jìn)行試生產(chǎn)，剛剛過去的6月份的話我們的產(chǎn)輸做到了14000片左右，到年底會過三萬片，對我們公司一段時間的成長起到非常大的作用，另外我們規(guī)劃第三代化合物半導(dǎo)體的開發(fā)，研發(fā)工作我們都已經(jīng)開始生產(chǎn)線進(jìn)行了。

再有一點，當(dāng)年趕上一個好的時間，受國際政治氣候的影響，當(dāng)前國內(nèi)高門檻行業(yè)整機企業(yè)大規(guī)模的接受國產(chǎn)的芯片，這個是對我們IDM模式非常重要的支持。平時大家聊天很清楚，一個芯片產(chǎn)業(yè)如果說沒有高端客戶的牽引，只是在一些中低端或者低端純粹價格跑量市場上發(fā)展的話企業(yè)的質(zhì)量、技術(shù)一定會走偏掉，高門檻行業(yè)帶著你走，一定就是技術(shù)、質(zhì)量抓的，對我們持續(xù)的發(fā)展應(yīng)該會是非常大的事情。

我們在國內(nèi)幾個地方，一個是杭州的制造基地，一個是廈門制造基地，成都的制造基地大致上的分布。

最后一頁我個人的總結(jié)。這篇文章重點講的設(shè)計制造一體的模式了，待工的模式是一個我們國家或者全球非常重要的發(fā)展方向，我們國家也已經(jīng)有很好的芯片待工企業(yè)，那么從當(dāng)前的市場和技術(shù)發(fā)展的趨勢來看，中國大陸有機會成長幾家規(guī)模較大的IBM模式的集成電路企業(yè)，也包括存儲器，全球發(fā)展來看存儲器一定是設(shè)計制造一體的。

但是因為剛剛前面提到的，大家或者說從各類地方基金多投資機構(gòu)，都有做IDM的社情，總體說看到還是要設(shè)計一哄而上。

IDM運行的企業(yè)是重資產(chǎn)的企業(yè)，我們的企業(yè)的資產(chǎn)規(guī)模很快就會達(dá)到兩三百億資產(chǎn)規(guī)模運行，資產(chǎn)規(guī)模運行市場情況好的時候好，市場情況不好的話，整個運行壓力還是很大的，資金的籌措安排上這里提出需要國家和地方政府相關(guān)政府的支持，需要金融資本的幫助。

另外受產(chǎn)業(yè)景氣度的影響，重資產(chǎn)模式運行的設(shè)計制造企業(yè)的話，運行有風(fēng)險的，雖然我們早期在金融危機的時候碰到這個問題，需要特別關(guān)注成本的控制。

另外就是說企業(yè)運行需要有非常明確的戰(zhàn)略定位，就是說技術(shù)、產(chǎn)品和市場一定是你IDM運行模式關(guān)注企業(yè)的重點，一定不是技術(shù)和產(chǎn)品。

最后還有一點非常重要，就是培養(yǎng)持之以恒持續(xù)發(fā)展的IDM文化，IDM文化是重資產(chǎn)的一個企業(yè)，運行起來非常困難的，一路走過來我們比較清楚的，一定不能說很困難了，就拿出來做代工，這條發(fā)展的模式非常明確的。

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