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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