中國晶片自主化還需跨過幾道坎？
作者 : 趙明燦，EDN China
目前，中國已成為電子產品第一大生產國，然而，中國國內半導體生產量和消耗量之間還存在著巨大缺口。雖然受到政府的大 […]
目前，中國已成為電子產品第一大生產國，然而，中國國內半導體生產量和消耗量之間還存在著巨大缺口。雖然受到政府的大力扶持，但中國國內廠商的發展卻受到中美貿易戰，以及併購和技術壁壘等種種限制。在這個背景下，尤其是在疫情過後，怎樣才能在這場危機當中抓住新的機遇呢？
6月28日，在ASPENCORE旗下《電子工程專輯》中國版、《電子技術設計》中國版、《國際電子商情》三大媒體聯合舉辦的「2020年中國IC領袖峰會」上，東芯半導體副總經理陳磊發表了題為「聚力中國『芯』，產業自主化」的主題演講，以記憶體產品為重點，從中國市場的危與機、中國國產品牌如何厚積薄發，以及如何把握IC「芯」機遇三個方面做了深入解讀。
淺析中國IC市場的「危」與「機」
從「危機」的字面上來看，危裡面往往蘊藏著機會。那麼，在這次疫情之後，特別是在中美貿易戰的背景下，怎麼樣從危看到機會？
從2008年開始，中國半導體的消耗量增長水準是年增長8%，到2023年預計將消耗2,290億美元的半導體產品。然而，與之相比，中國國內半導體生產量到2023年預計只達到450億美元。這是一個巨大的差距，中國是一個電子消費類的生產大國，這也就是為什麼中國會進口那麼多半導體產品。
中國本土生產以每年13%的增長，但其中最大的卻是三家國外公司在中國的生產量。第一家是無錫的海力士，其在2016年投片量達到了一個月20萬片的產能。第二家是三星在西安的工廠，第三家是英特爾在大連的工廠。因此，這450億美元之中最大的都是做記憶體的業者。
據中國半導體協會的統計資料，中國在2016年在協會註冊的半導體公司有1,300家。但今年可望突破3,000家。在世界範圍內，在IDM模式上中國只佔了不到1%。中國國內做得比較好的是在Fabless，這個也是跟中國半導體發展的歷史有關係，中國並非從IDM模式開始發展，而是從借鑒台灣TSMC的模式增長。
美國的半導體產業在IDM和Fabless上面都是佔據了世界第一的地位。韓國主要是兩家半導體儲存公司，三星和海力士。台灣主要是Fabless、台積電和UMC。歐洲目前主要有三架馬車，NXP、英飛凌和ST。歐洲在很多細分領域做得非常強，比如說奈米(nm)材料。日本這幾年有一點掉隊，但是其技術底蘊非常強。
中國國內的半導體發展，包括設計、製造和封裝測試這三部分，基本上是平分天下，但是未來發展是在製造和設計方面，陳磊認為。
目前中國發展國有半導體，到底有哪些受限制？第一部分是IC設計領域的併購。中國很多半導體公司都在積極往海外走，包括公司和基金都去歐美日本併購一些標的，但是現在看來真正的技術是買不來的，很多時候會受到美國的政策限制，所以還是要靠自己發展。
第二部分是關鍵IC元件供應風險。在一些關鍵元件上面，不僅是指CPU、GPU等大晶片，而且包括高性能的ADC，中國非常難趕上。「我聽中國一家FPGA公司告訴我，中國FPGA和國外的差距大概是10的二次方。這個部分只能透過漫長的學習和模仿才能趕上。」陳磊說。
第三部分是專利壁壘。國外半導體公司已經發展了三四十年，在某些方面已經形成了IP技術壁壘。舉一個簡單的例子，中國一些公司在大力發展大容量3D NAND，他們的IP從何而來？「如果走出國外，必將面臨國外一些IP糾紛。像韓國兩家儲存公司，包括日本和美國，他們在記憶體領域的各方面都已經佈好了IP。甚至國外還有一些專門的IP授權公司，時刻盯著你。」陳磊說。目前如果只是在中國國內生產，國內銷售應該不是問題，但是終有一天產品需要走出去，這就是一個非常頭疼的問題。「這也是為什麼東芯半導體從一開始創立的時候，就非常注意自有產權。」他補充。
中國國產品牌如何厚積薄發
作為一家從事於記憶體設計領域的公司，東芯從成立之初就定位在做中小容量的記憶體。目前主要分幾個產品線，第一個是NOR，定位在1.8V低功耗的產品。該公司現在已經可以給其用戶提供64、128和256Mb的NOR Flash，明年會繼續提供512Mb和1Gb的，這部分會進入更高階的市場。
第二個是DRAM。在這方面又分為兩塊，一塊是目前可以給客戶提供標準的DDR3 DRAM，包括1、2和4Gb。另外一塊是可以給客戶提供低功耗的DRAM，主要是給一些物聯網客戶所使用。
第三個是SLC，這是東芯的一個拳頭產品。該公司38nm製程已經量產大概三年左右時間。今年會量產24nm的製程，這在中國是最領先的一個技術。也會繼續往19nm製程開發，在這個節點上可基本追上國際領先的2D製程，該公司也可以為客戶提供MCP。
東芯半導體是中國非常少有的一家記憶體設計公司，可以同時為客戶提供各種產品支援。其所銷售的產品都是具有自主智慧財產權的產品，這不僅在中國國產化的前提下提供客戶非常重要的保障，也為客戶提供了另外一層保障，可以避免其受到國外一些政策的限制。
提到記憶體，這也離不開上下游產業鏈的支持。目前在上游的晶圓生產方面，該公司主要有兩家公司予以配合，一家是北京的中興國際，另外一家是台灣的力晶。在後道封裝測試方面，在中國有紫光宏茂，在韓國和台灣也有封裝測試廠商。
把握IC「芯」機遇
近年來，中國政府，包括大基金，對半導體發展進行了大力支持。例如，大基金一期已經完成投資，目前大基金二期也已經開始佈局。東芯半導體也是借著這個政策機會，才能在2014~2020年發展非常迅速。
今年疫情過後，中國政府也提出了新基建的要求。現在的新基建都是在一些高科技，甚至一些基礎設施方面，例如，5G、特高壓、高鐵軌道、新能源車、工業網際網路、大資料中心和人工智慧，這七個方面都或多或少和記憶體相關。
但是，新基建對記憶體也提出了新要求。比如，有5G大型基地台客戶向東芯提出要求，NOR Flash不僅要做到快速供給，還需要能做到105℃。「我們的研發工程師說沒有問題，可以做到105℃，甚至可以做到車規級。但是和客戶交流下來我們發現完全不是那麼回事。為什麼呢？在車規裡面有可能一輛車，不可能是24小時不停開的，一天可能開幾小時。這個客戶跟我們說，我們105℃是一天24小時，一周七天，一年365天，而且我希望你是十年不停地在95℃溫度下工作，這個跟以往設計的要求截然不同。」他舉例。
最近5G基地台在中國建設非常火熱。從下圖可以看到，世界第一5G專利公司就在中國，那麼，在5G的基地台方面，包括AAU、BBU，它對記憶體提出了什麼新要求？
第一，大容量的NOR Flash。以前很多中國團隊做的NOR都是偏向消費類，16Mb、32Mb，甚至64Mb，但在5G基地台領域，它要求512Mb、1Gb，甚至2Gb，這在中國基本上沒有供應商在涉足這一塊。
第二，5G基地台對大容量的NAND Flash也提出了要求，它要求4Gb、8Gb。還有，不光是要容量大，還要高可靠性、高溫，甚至工作環境特別惡劣，不僅要做到105℃，還要做到-40℃。
目前，東芯半導體在全球的NOR方面，市場份額是1.8%(目前只能提供1.8V的低功耗產品)。在SLC NAND方面，東芯佔全球的6%。「這裡要注意一點，我們沒有把國際上大容量的NAND記入，比如三星、海力士、英特爾，他們的主營業務基本上是3D NAND，而跟SLC NAND已經不具備相關性了。」他解釋。目前，東芯的SLC NAND產品，包括SPI NAND，在監控安防、通訊設備，例如路由器上面，都有積極的採用。
此外，在一些對封裝尺寸要求較高的穿戴式應用，包括耳機、手環、手錶上面，都會採用1.8V的NAND產品。
本文為EDN China原創文章
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