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60年代,我们全力投入“两弹一星”,我们得到很多,70年代我们没有搞半导体,我们为此失去很多

中国半导体论坛2021-07-19 08:45:42

     

改革开放后,特别是2000年以后中国的高附加值工业有了长足的进步,成为中国现在工业出口的主力军,这些都是中国人用血汗和智慧换来的成果。但是,在众多工业产品中,有一个产业是中国工业永远抹不去的痛,那就是半导体产业。和高铁、航天、家电等的产业日新月异的进步相比,至少至今为止,中国是百分之百的半导体弱国。通过“十三五”规划,抓住集成电路产业战略机遇期,中国期待实现华丽转身。


半导体产业的突变(一) 凄惨的历史

让我们先看一组数据,在2009年,中国太阳能电池生产量为1517MW占世界总生产的26.1%,液晶电视机生产为5682万台占比为38.7%,手机生产为5億8842万台占比为52%,数码照相机生产量为8382万台占比为65.4%,手提电脑就更加夸张,生产量为1億5857万台占世界的96.2%。这些数据在最近的几年里有增无减是一个不争的事实,然而和这些电子产品相比,半导体行业的数据却让我们不堪入目。2013年,中国半导体的进口额超过了原油进口,成为中国最大的进口产品。2014年,中国国内半导体市场规模为980亿美元,占世界市场的29.4%,而国内生产的半导体总值却只有125亿美元,占世界的3.8%,自给率只有12.8%。

半导体在日本被称为“产业大米”,是所有电子产品生产都不可缺少的原材料之一,半导体重要性读者也完全能想象得到,不论是民用的电子产品还是高精尖的军用武器,其性能完全依赖于半导体产品的质量,最近流行的新概念AI、区块链和无人驾驶,其背后需要半导体产业的支持。中国已经是当之无愧的世界工厂,如果没有半导体行业的支撑,将会成为中国工业发展的瓶颈。对于中国来说,半导体和能源一样,已经成为中国最重要的战略物资。中国半导体产业的落后是因为中国人很傻不想发展吗?或者说是国家没有战略眼光扶持半导体产业吗?答案是NO!和其他行业一样,中国曾多次制定国家计划扶持半导体行业,只是最后的结果不尽人意。在分析中国半导体落后的原因之前,让我们先来简单地看一下中国半导体行业发展的历史。

中国半导体行业的发展史

中国半导体产业的发展可以追溯到解放初期的1953年,半导体已经被列入第一次和第二次5年计划的重点科技公关项目,这阶段可以说是中国半导体行业发展的草创时期。此后由于国内和国际形势的剧烈变化,国家几乎停止了对半导体行业的投入。“原子弹之父”钱学森曾经这样感慨道:60年代,我们全力投入“两弹一星”,我们得到很多,70年代我们没有搞半导体,我们为此失去很多。

1978年改革开放以后,国家认识到国产半导体产业的重要性,1984年在厦门设立华联电子有限公司,但是成果却不尽人意。正是这个阶段台湾和韩国举倾国之力发展半导体产业,中国和这两国的差距变得无法逾越。到80年代底为止,中国的半导体产业仍处于一个摸索阶段。从产业政策上讲,一方面对民生和重工产业的重点投入,而另一方面忽视半导体产业,是造成这种结果的一个重要原因。

政府真正对半导体产业进行大量投入是步入90年代以后的事,特别值得一提的是2000年6月,国家首次制定了振兴半导体行业的产业政策,发表了“鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策”,俗称“18号文件”,从国家层次把半导体产业提升到国家战略产业。2001年9月,为具体落实“18号文件”的精神,国务院办公厅再次发布“国务院办公厅关于进一步完善软件产业和集成电路产业发展政策有关问题的复函”,俗称“51号文件”。这两个文件以后,中国的半导体产业迎来了它的第一次繁荣期。

2000年后,天津摩托罗拉投资14亿美元建成月产2.5万个的8英寸工厂,上海中芯国际投资15亿美元建成月产4.2万个的8英寸工厂。到2003年,上海宏力、苏州和舰、上海贝岭、上海先进,北京中芯环球等,现在中国的主力半导体企业相继投产完工。

此阶段的半导体有几个明显的特点。第一,上面已经提到,此阶段半导体产业的发展几乎都是在国家政策的干预下发展起来的,收政策的影响非常之大。在一个从无到有的阶段,国家政策的大力干预一方面让中国的半导体行业迅速成形,这是一个不可磨灭的功绩,但是,政策的干预同时会带来很多弊端,追求短期成果和数量,缺少长远发展理念,这些都为现在半导体行业发展瓶颈打下了伏笔。第二,几乎所有建成投产的工厂都是和半导体先进企业合资或外资独资的企业。第三,中国的半导体企业集中在半导体生产的后道工序――封闭和测试,后道工序生产技术含量低,相对于其他生产工序属于劳动密集型。

中国的半导体行业总销售额2002年为268.4亿元,2008年为1248亿元,2015年为3609.8亿元,平均年增加率22%。光从数字上看,中国半导体行业的进步是有目共睹的,但是从技术含量方面来讲,和世界先进水平的差距始终没有能够得到弥补。造成此结果的一个先天的原因是中国半导体行业起步晚,发展的原动力完全依赖于政策投入。此阶段中国的半导体的发展政策和其他产业一样是“以市场换技术”,由于国内技术一穷二白和过于依赖外资的结果,引进的技术都是些上游企业的淘汰技术和技术含量低的封测工序,使中国的半导体企业在产品的供应链里始终处于一个技术劣势状态。如果70年代和80年代中国在半导体技术上,那怕只是在设计层次上有一定的积累的话,结果应该完全不同。

下面让我们一起来分析一下中国半导体行业的弱点在哪里,造成这些弱点的关键原因是什么。


半导体产业的突变 (二) 中国半导体行业的特征

回顾了中国半导体产业的发展历史,在继续分析中国半导体产业特点之前,我们必须先了解一下半导体生产工艺的简单流程,虽然对于非半导体行业的读者来说应该是非常枯燥的,但对于看清半导体行业的整个格局是十分重要的。还有一点也是必须声明一下,笔者是学经济学的,专业也是宏观经济,对半导体应该可以用一窍不通来形容,在制造工艺方面比我了解很多的读者大有人在,写这些技术的初衷只在对行业进行了解,如有不足或错误之处敬请谅解。

半导体的生产工艺

半导体的生产工艺笼统地可以分成:芯片设计、前道工序的晶圆加工和后道工序的封装测试三个工序。芯片设计是根据终端产品的需求,从系统、模块、门电路等各个层级进行选择并组合,确定器件结构、工艺方案等,实现相关的功能和性能要求,最终输出电路设计的版图,提供到生产企业进行加工生产;晶圆加工又称为前道工序,是根据设计给出的电路版图,通过炉管、湿刻、淀积、光刻、干刻、注入、退火等不同工艺流程在半导体晶圆基板上上形成元器件和互联线,最终输出整片已经完成功能及性能实现的晶圆片;封装测试又称为后道工序,是对加工企业的晶圆片根据客户要求进行封装加工成独立的单个芯片,并对电气功能进行测试确认。

在半导体行业,企业的专业化垂直分工已经成为主流,专业从事芯片设计的企业被称为DesignHouse,这类企业自身一般没有生产流水线,生产几乎都是外包,自身没有生产流水线企业被称为无生产线(Fabless)企业,这在半导体行业非常普遍。像最近被日本软银公司收购的英国的ARM就是典型的设计工序的企业且自身没有生产流水线。高通和博通也是这类企业。像台湾著名的半导体生产商台积电(TSMC)就是晶圆加工的专业生产厂商,它们有的甚至没有自己的品牌,专职为其他公司生产半导体元件,这类公司又被称为代工厂(Foundry),除了台积电以外,台联电和中芯国际也是此类企业。封装测试(Assembly/Test)的代表企业有台湾的日月光、矽品和中国的长电科技。与垂直分工相对的生产模式是一体化(IDM,IntegratedDeviceManufacturer)的生产模式,即从芯片设计到测封三道工序完全在同一企业内完成,像半导体行业老大的英特尔和老二的三星公司都是一体化生产模式的公司。一体化生产的商业模式需要强大的技术积累,所以对一个新参的后发企业来说很少采用。

在半导体生产的三类企业中,大体上设计工序的企业技术含量最高,代工厂居其二,而后道工序的封测企业属于劳动密集型,技术含量最低。当然,半导体行业生产链中还包括原材料供应商和生产设备供应商,有些供应商,特别是半导体设备的供应商中有很多技术含量很高的企业,像日本的佳能和大日本印刷都是世界级的设备供应商,我们将会在以后的连载中再次提到。

中国半导体行业的现状

在简单了解了半导体的生产工艺以后,让我们再来观察一下中国半导体行业的现状。根据Gartner的统计,2013年全球半导体封装与测试行业市场规模为498亿美元,占全球半导体行业市场规模比值为16.4%。过去五年,封装测试环节在整个半导体产业中产值占比一直非常稳定,始终保持在16%-17%这个稳定区间。据中国半导体行业协会统计,2013年国内集成电路封装与测试市场规模为1100亿,同比增长6.1%,近十年年复合增长率高达16.3%,远高于全球半导体封测行业的增速。2013年国内封测行业产值占到半导体行业产值的44%,并且在过去十年此比例始终保持在40%以上的高水平。

从这些数字可以看出,中国的半导体企业在半导体生产链上,整体处于技术较低的水平,造成这一现象的主要原因是,相对于半导体生产的其他工序,封装与测试工序具有技术壁垒低、劳动力成本要求高和需要巨额投资造成的资本壁垒高的特点,这些都是中国的优势所在,有长足进步是理所应当之事。

那么在技术含量最高的芯片设计环节怎样呢?和我们想象的恰恰相反,中国的芯片设计一直高速迅猛发展,是半导体产业链各环节增速最快的一个领域。据中国半导体协会统计,2013年国内芯片设计市场规模已经为809亿,较2004年增长了近10倍,年复合增长率为29%,是国内半导体行业增速的2.5倍。在半导体生产的三个工序中,2004年芯片设计占比最少仅有15%,2013年此比例已经上升到了32%。

中国半导体行业的弱点在哪里

看了这些数字大家一定会立刻明白,中国半导体行业的弱点在在前道工序的晶圆加工这一环节,中国的半导体行业的现状形象地说应该是"头尖、脚粗、腰极细"的扭曲格局,而且和国内需求相比产业的生产能力完全脱节。低技术含量的封测工序我们强完全可以理解,高技术的芯片设计不错我们会感到欣慰,前道工序的加工很落后却让我们难以理解。在一般的中国人的意识里,"代加工"应该是中国人的最强项,难道中国就没有努力过吗?政府就没有政策倾斜过吗?答案还是NO!只是努力的结果不尽人意。下回我们来看一下中国最大的晶圆生产企业中芯国际这个典型例子,分析一下晶圆加工工序为什么会成为中国半导体产业发展的死结。


“十三五”将是集成电路产业战略机遇期,中国期待华丽转身


在全球经济动荡和我国经济运行面临较大下行压力的背景下,我国集成电路产业发展势头仍然强劲。今年前三季度,集成电路产业产值增长接近20%,远高于同期电子信息制造业11%的增速,平稳快速已经成为中国集成电路产业发展的新常态。


今年以来,为贯彻落实《国家集成电路产业发展推进纲要》,各部门各地方相继出台了大力发展集成电路产业的配套措施,产业环境进一步优化,特别是国家集成电路产业投资基金的撬动作用逐步显现,以及地方投资基金的设立与跟进,带动了一批重点项目,有效缓解了投资瓶颈。同时,资本市场异常活跃,兼并重组增多,特别是以紫光集团为代表的兼并重组尤其突出。


作为信息技术产业“粮食”的集成电路,其技术水平和发展规模已经成为衡量一个国家产业竞争力和综合国力的重要标志之一,仍然是全球竞争的战略重点。当下,发达国家加紧经济结构战略性调整,集成电路产业的战略性、基础性、先导性地位进一步凸显。当下,全球集成电路产业进入高度动荡期,大型兼并重组层出不穷。今年以来全球在集成电路领域的并购案涉及交易资金超过1000亿美元,是过去3年总和的两倍。这标志着全球集成电路产业进入深度调整与转折期,对我国集成电路产业来说是必须面对的新挑战,也是战略机遇期。


今年以来,国家相继做出了《中国制造2025》、“互联网+”行动指导意见等重大战略部署,把新一代信息技术产业确定为十大重点发展领域之首,所以加快构建以集成电路为核心的现代信息技术产业体系显得很迫切。集成电路产业“十三五”规划正在编制当中,将明确未来我国集成电路产业发展的重点、工作思路以及面临的发展瓶颈。未来5年将是我国集成电路攻坚做强的关键时期,由大变强、缩小国内外技术差距的任务艰巨。在党的十八届五中全会确定的发展理念指导下,“十三五”期间我们将更加注重创新、协同、聚焦和开放发展,通过技术、产业和资金等多种手段相结合的方式,实现我国集成电路产业跨越式发展。


首先,更加强调创新发展。面对颠覆性技术变革时机,力争提前布局,产业的短板要及时补位,技术与商业模式创新并重,推动集成电路产业链上的协同创新。其次,以市场需求为导向,推动产品融合发展。以跨界、迭代的思维,围绕《中国制造2025》、“互联网+”、大数据等重大国家战略部署带动的潜在需求,进行集成电路产品开发,力争在关键技术、重点产品和重大项目上取得实质性突破。再次,要善于借助资本力量做大做强产业。发挥国家和地方集成电路投资基金的引导作用,加大对龙头企业的支持力度。鼓励集成电路企业通过兼并、收购、参股、控股等多种手段,实现优势企业的强强联合,支持有条件的企业积极参与海外优质资产的并购。最后,要以开放的态度谋发展,加强与国际性的大企业横向、纵向合作,在全球范围内加快产业生态链建设,这是未来集成电路产业发展的大方向。


当然,做大做强集成电路产业不是一蹴而就的,在发展的过程中要更加注重质量和效益,坚持市场导向的原则,不能“一窝蜂”式的投资,避免重复建设、盲目建设。在“十三五”时期,我们更要协调处理好集成电路投资的短期效益和长期战略的关系,坚持国家战略与市场化运作相结合。除了强调集成电路产业自身的积累和发展之外,我们还要重视产业与资本、产业与人才培养、产业与国际合作的结合,从过去仅关注项目和产品转向重视良性生态环境的建设上,相信我国集成电路产业将会迎来美好的明天。


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