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    国产半导体设备的新机遇

    作者:杨小生时间:2019-04-28来源:半导体行业观察收藏

    行业是电子行业的一个分支,本质上仍是制造业。和互联网行业的不同是,行业仍然需要制造设备和厂房,有具体的产品生产出来,需要设计、生产、封装、测试、销售?#28982;?#33410;。简单来讲整个产业链分为三个大环节,分别是上游公司定义和设计,中游晶圆制造上制造,下游厂商把应用到个人电脑、手机等领域。

    本文引用地址:http://www.bftj.tw/article/201904/399976.htm

    产业链上游是电子自动化设计(EDA)软件供应商和集成电路设计公司。EDA公司主要有三家Synopsys、Cadence和Mentor,三家公司的擅长领域不同,但是业务也有交叉,国内厂商有华大九天。设计公司有英特尔、高通、联发科、博通等,国内设计公司有华为海思、紫光展锐和汇顶科技等。

    产业链中游由以晶圆制造商为核心的众多企业组成。知名的晶圆制造商有英特尔、三星、台积电、格罗方德和?#34892;?#22269;际,这些制造商需要从设备制造商那里买入设备,还需要从其他原材料厂商那里购入制造芯片所用到的消耗?#22278;?#26009;。购入的设备中主要包括光刻机、刻蚀设备和沉积设备?#36824;?#20837;的原材料主要包括了单晶硅、光刻胶、湿电子化学品、特?#21046;?#20307;等。等芯片生产出来之后再交由封装测试厂商对芯片进行测试和包装。封装企业代表性的有日月光、?#37096;?#21644;国内的长电科技、通富微电和天水华天。

    图二:产业链中?#32441;?#19994;

    下?#32441;?#19994;都是大众接触最广泛的公司,包含了手机厂商?#36824;?#19977;星、华为等,汽车领域的特斯拉、比亚迪,个人电脑领域的联想、惠普等,另外还有物联网、医疗电子等应用领域。

    图三?#21512;掠纹?#19994;,芯片应用领域和代表公司

    设备之行业的重中之重,芯片能有多快多省电取决于工艺制程,工艺制程取决于设备。

    一、 摩尔定律逐渐接近极限,集成电路技术走向成熟,行业走向成熟,成本和服务将决定成熟行业的核心竞争力

    迈克尔波特提出,行业走向成熟的过?#35752;校?#25104;本和服务将成为行业的核心竞争力。

    英特尔(INTEL)创始人之一戈登摩尔在1965年提出:当价格不变?#20445;?#38598;成电路上课容纳的元器件数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能?#27493;?#25552;升一倍。简单来说就是大约两年之后,消费者可以以同样的价格买到性能是今天两倍的芯片。在过去的四十年时间内集成电路行业的发展一直遵循着摩尔定律,但是它不可能永远?#20013;?#19979;去,近些年就已经有技术更新周期放缓的现象。

    图?#27169;?#25705;尔定律预测每个集成电路上晶体管的数目

    可以观察得到的事实是台积电28nm制程2011年量产,16nm制程2015年量产;7nm在2018年量产,期间还有20nm和12nm10nm等升级版过度制程。先进制程更新周期已经由最初的18个月,到2年,现在放缓至3年左右,未来5nm甚至3nm或许需要更长的时间。

    光刻机市场在2000年之前一直有三家供应商,分别是尼康、佳能和阿斯麦。现在20nm以下制?#35752;?#21097;下阿斯麦一家?#26469;螅?#21478;外两家由于研发和盈利的压力纷纷放弃研制最新光刻机技术。剩下阿斯麦占据整个光刻市场的80%。

    图五:半导体工艺制程已经慢慢趋近物理极限

    这些迹象表明集成电?#20998;?#36896;工艺上的进步已经越来越难,集成电路行业正在从成长型向成熟型转化。行业走向成熟的过?#35752;校?#25104;本和服务将成为行业的核心竞争力。

    以已经成熟的传统汽车行业为例,2004年波导从南汽集团撤资,而在一年之前其以1亿多人民币,获得58%股份控制南汽集团无锡汽车车身有限公司。短短一年时间前后反差如此之大,正是因为错误制定行业竞争战略。不可否?#26174;?004年左右中国汽车行业仍是一个朝阳性产业,产业发展速度惊人,中国巨大的人口和潜在的巨大需求量一直是支撑产业发展的巨大动力,而在一个高速增粘的产业,一个企业只要伴随着产业“共同进步?#26412;?#21487;以了,并不需要付出太多的努力。这也许是波导进入汽车行业的初衷,但随着汽车行业竞争的白?#28982;?#19981;管是美国汽车巨头通用汽车和福特汽车,还是德国的大众和奔驰,以?#30333;?#37325;成本优势的日本丰田、本田汽车,以及本土汽车企业?#25216;?#24378;了在中国市场的竞争力度,使得中国汽车行业暴利的泡沫褪去不少。对那时的汽车行业的企业来说汽车行业慢速增长,客户有这多年积累的知识和经验,以及技术更为成熟,这些因素带来的结果是竞争趋势变得倾向于成本导向和服务导向。这?#22336;?#23637;改变了市场对企业在行业中取得成功的要求。

    这一点和过去三四十年集成电路的进步十分近似,芯片的性能主要取决于设计技术和制造技术。近二十年来芯片一直在随着制造技术的进步而进步,设计技术并没有很大的更新,PC芯片仍旧是以INTEL为首的X86架构,采用复杂计算机指令集(CISC),移则是以ARM架构为首,采用精简计算机指令集(RISC)。而制造技术取决于制造设备的技术进步,如今设备进步已经趋近于半导体物理极限,据专家预测,半导体芯片制程工艺的物理极限为2-3nm,?#28304;?#25512;算,摩尔定律似乎也只能再“存活”10年之久。

    慢速增长、更多有知识的客户再加上技术更为成熟,这些因素导致的结果是,竞争趋势变得更加成本导向和服务导向。伴随着产品标准化、日益强调的成本和技术成熟,产业转化常常出现明显的国际化竞争。

    在国际化竞争中,国内企业的劣势是起步晚,但是从后面的分析中我?#24378;?#20197;看到其实公司间差距正在逐年缩小,现在差距已经在2-3年左右。而其优势是(1)低研发成本、制造成本和技术支持成本(2)所有研发人员、技术支持人员都在国内,可以提供更及时、成本更低的现场技术支持(3)研发人?#22791;?#21152;接近国内市场,了解客户需求,提供定制化服务

    1.成本优势:国内企业在研发成本和原材料成本上有着绝对竞争优势

    所有的国际设备厂商在中国都有办事处,主要负责各个生产线的设备销售和技术支持工作,并不涉及研发和制造。众所周知在ICT行业一个硕士毕业生在国内一年的待遇在20-40万人民币之间,而在美国等发达国家这个数字就要提高到8-10万美元,足足是国内的两倍有余。设备巨头ASML每年的研发费用占?#25509;?#19994;收入的10%-15%之间,近年来由于制程越来越先进,这一数字还有上升趋势。制造中原材料成本占比营业成本的50%-60%,。试想未来在设备更新变慢的情形,我们在人工研发费用上的绝对成本优势,和原材料价格上的绝对优势,那时国产半导体设备将会大放异?#30465;?/p>

    2.服务优势:国内企业可以提供更加完善便捷的现场技术支持,增加客户粘性

    国外公司服务费用高昂已经成为国内企业的共识,?#28304;耍?#22269;内企业可以凭借提供更及时、收费更低的售后服务本土优势,提高下游客户对公司的黏性和满意?#21462;?#26410;来公司应在?#20013;?#36827;行市场拓展的基础上,着力建设和完善大客户的服务体系。具体举措包括针对特定关键大客户量身定做服务方?#31119;?#22312;国内集成电路产业聚集地区建立综合性的工艺技术支?#31181;行模迪?#20154;员和技术的快速响应,为客户提供更完善、更便捷、更及时的增值服务等。

    在那些产业竞争要求密集的本地化营销服务或者密集的客户往来的市场上,全球性企业将发现在整合后的、全球化的的基础上与当地竞争对手的竞争是非常棘手的。虽然全球性企业勊以分散化的单位来?#36842;?#23545;客户的服务,但实施中,管理任务归于庞大,而是当地企业对客户提出的服务要求反应更加灵敏。

    3.市场优势:研发人?#22791;?#21152;接近国内市场,了解客户需求,提供定制化服务

    先进的制程不可能是由设备厂?#19994;?#29420;完成的,而是设备和制造厂家共同研发攻关的结果。国产设备的研发人就在国内,而国际厂商做不到这一点,国际厂商的技术支持工作人员除了提供技术支?#31181;?#22806;,还需要将遇到的问题发聩给本公司的研发人?#20445;?#20197;供其改进优化设备。所以我们国内常上更加接近我们的客户,更加了解国内生产线的客户需求。

    二、新型合作竞争关系

    值得注意的是,传统的企业竞争模型中只提到了企业和五种力量之间的竞争,却没有考虑这些企业之间的合作。在?#34892;?#29615;境下这些企?#23548;?#26377;竞争关系,又有合作关系。如果一种产品或者服务能让另一种产品或者服务更加有吸引力,那么他们就可以被称为互补的产品或者服务,同时这两个企业的关系就从竞争变化成为合作竞争。如何分辨两个企业是否形成合作竞争关?#30340;兀?#19968;般来说,如果顾客在同时拥有两个公司的产品时比单独拥有一个公司的产品时所获的价值要高,或者成本要低,那么这两个公司就是互补者。

    成功的案例有:上世纪,汽车是一种很昂贵的产品,消费者几时想买也没有足够的?#26234;?#36825;时候银行业信用机构?#32479;?#20026;了企业公司的互补者,这些机构给消费者贷款,让他们有钱买汽车。但是汽车贷款也不是那么容易就获得的,于是通用汽车公司在1919年成立了通用汽车承兑公司,福特公司在1959年成立了福特贷款机构,让消费者可以更方便、更容易地获得贷款。这样做的好处显而?#20934;?#20415;捷的贷款是人民能?#36824;?#20080;更多的汽车,而对汽车需求的增长又促进了福特公司和通用汽车公司的贷款业务。

    互补竞争关系中的两个企业哪怕技术落后,?#19981;?#21462;得一定的优势,那些没有合作伙伴的企业哪怕有技术优势也不一定就能获得成功。比如索尼在1975年推出的Betamax格式录像机,一度是电视机记录领域的霸主,美国多久,日本JVC公司研发了VHS格式录像机,虽然Betamax在技术上的某些方面比VHS强大,但是Betamax格式录像机可租借的影片太少,最后落败,市场份额被JVC占据60%。

    国产设备+?#34892;?#22269;际 中国设备与中国制造合作,为进一?#25509;?#24471;国际市场打下基础

    AMAT 曾借助与台积电、Intel 等晶圆厂的合作取得技术突破。国内企业则可以与?#34892;?#22269;际深度合作,共同推动国产设备发展。举个例子:?#34892;?#22269;际和北方华创都是国内企业,想要在国际市场上发挥更大的作用就要互相支持帮助,北方华创可以为?#34892;?#22269;际提供?#32479;?#26412;的设备和更好的服务,而反过来?#34892;?#22269;际稳定的制造工艺可以为北方华创带来产品验证支持和广告效应(优质客户的身份还会潜在地为公司销售设备到来广告效应,这是应为半导体设备价格昂贵,所以晶圆制造厂商在扩充产线是往往会偏好选择已经通过国际大厂商产线验证的设备企业)。

    如今,部分设备厂商与?#34892;?#22269;际的合作领域已经不仅仅局限于设备的验证阶段,为加快半导体产线的国产化替代进程,在前期研发的过?#35752;校?#19978;下游厂商便已经开始合作。也正是因为?#34892;?#22269;际等晶圆代工厂的鼎力相助,国产设备能够在短期内?#36842;?#22810;项技术突破,进入国内先进晶圆代工厂甚至是国际厂商的供应链体系,加快设备的国产化替代进程。

    三、以史为镜,可以知兴替?#33322;?#36319;产业转移大趋势,布局新市场

    应用材料(AMAT)

    回顾AMAT成长历史,从1972年纳斯达克上市之初营收为630万美元,市?#21040;?#26377;300万美元,到52年之后的今天营收170亿美元,市值410多亿。一路走来AMAT经历了4个主要阶段:初创期、成长期、并购调整期和研发领跑期。其中,决定其生?#26469;?#20129;和?#36842;?#24040;大发展的时期是前两个时期。

    (1)初创期,1967-1979年,AMAT最开始的主要业务是为半导体生产厂商提供所需的原材料,但是由于产?#20998;?#31867;多,造成战线过宽,一度濒临破产,1977年新任CEO Morga进行了一系列大?#29420;?#26023;的改革,精简产线、关停或者卖掉一些部门,集?#33455;?#21147;进行半导体设备生产,这些措施效果明显,企业度过了危机。

    (2)成长期,1979-1996年,上世纪70念叨,全球半导体产业开始了向美国以外的市场进行转移,首先是日本,然后是韩国还台湾。1977年Morga在参加了日本半导体设备展览之后返航的飞机上就做出了进入日本市场的据决定。之后于1985年和1989年分别在韩国和台湾设立办事处。近20年在全球?#27573;?#20869;的布局,使得公司的1996年?#36842;?#20102;营业收入41.15亿美元。

    泛林集团(LRCX)同样具有前瞻性视野,布局全球新兴市场

    1980年工程师David K. Lam创立,这一举动还得到了Intel传世人Bob Noyce的资助。第一台设备于1982年售出,1984年公司在纳斯达克IPO。现在总市值接近300亿美元,2018年营业收入48亿美元。

    它并没有经历应用材料初创期半导体市场那样的角逐。创立第一年就吸引到了80万美元的投资,第三年已经有了稳定的现金流,出生在80年代的它正处于半导体市场从美国向海外转移的阶段。除?#35828;?#26102;LAM在当时的半导体设备企业中已经很有竞争力之外,它的成功还要归功于80年代日本半导体行业对设备的巨大需求。当时半导体产品被用在了除了个人PC之外,还有手机、立体声音响(功率放大)、汽车和电话上。

    事情并不总是一帆风?#24120;?0年代中后期LAM 陷入艰难的时期。尽管市场对半导体设备的需求仍旧?#20013;?#22686;长,但是日本企业已经从的技术引进、消化吸收变得逐渐强大起来。日本在70年代后期从零开始,80年代中期已经占据了全球设备销售额的50%。之后美国半导体设备企业进行业务重组等改革,提高生产效?#21097;?#24182;且更加集?#33455;?#21147;研发大容量设备,更加注重可以申请专利的技术的研发。

    在当?#20445;?#23500;有前瞻性的LAM管理层注意到了新兴小市场的销售增长,80年代后期到90前期便开始了更加广泛的全球布局,这一时期重点在环太平洋和?#20998;?#24066;场,海外营收占比达到50%以上。在日本和Sumitomo Metal Industries, Ltd. (SMI)共同研发刻蚀机,并成立全子公司:LAM 科技?#34892;模?0年代中期在台湾和韩国成立客户支?#31181;行模?#31561;到90年代初LAM还看到了中国、马来西亚和以色列的成长机会。并且考虑建立研发?#34892;摹?/p>

    值得借鉴的经验有:

    1.战?#36234;?#36319;产业转移,进行全球布局

    巨头的成长离不开两次产业转移。一次是20世纪70-80年代,日本凭借在工?#23548;禗RAM产品的高可靠性和美国的技术支持,?#36842;?#20102;快速发展,在DRAM市场市占?#24335;?0%,在半导体市场市占?#24335;?#36817;50%。另一次是20世纪80-90年代,韩国通过技术引进成为个人电脑DRAM的主要供应商,台湾则通过在垂直分工领域晶圆代工和芯片封测的龙头。

    2.和新兴市场当地的企业和高校建立合作关系

    AMAT层先后在日本、韩国、台湾、东南亚和?#20998;?#31561;时间?#27573;?#20869;广泛设立公司机构,抢?#26085;?#39046;市场。高校方面,与新加坡科技?#33455;?#23616;连个投资先后设立多个研发实验室,与亚利桑那州立大学共同开发用于软性显示器的薄膜晶体管技术。企业方面,2001与台积电共同?#33455;?#20351;用黑钻石方案站在出0.1um级晶体管,将0.13um芯片的技术节点向前推进。2003年携手ARM和台积电共同开发90nm低功耗芯片设计技术,是芯片总功耗降低了40%。

    LAM和清华大学合作,设立泛林集团-清华大学微电子论文?#20445;?#25424;赠实验室设备,提供就业机会。

    四、政府、?#24335;?#25903;持和税收优惠,三管齐下

    落后就要挨打,现如今这句话可以理解为,在电子信息科技领域,落后就要受到技术封锁,并且国家安全受到威胁。国家想要不被扼住咽喉,就必须要发展关键技术,不能受制于人。近些年来我国在应用领域取得?#21496;?#22823;的成功,以BAT为代表的企业引领了进20年来的科技潮流,但是在基础科学领域,我们还没有做到自强,比如关键的芯片技术,包括设计和制造领域,而制造领域的成功取决于设备。

    政策支持,体现了行业重要性和国家一定要将半导体行业发展好的决心

    政府对于半导体产业的政策支持力?#26085;?#19981;断加强。继02 专项、《国家集成电路产业发展推进纲要》等重磅政策之后,今年3 月的十三届全国人大一次会议上,李总理在政府工作报告?#26032;?#36848;实体经济发展?#20445;?#23558;集成电路产业放在实体经济的首位进行强调。3 月底?#26222;?#37096;?#22336;?#24067;了《关于集成电路生产企业有关企业所得税政策问题的通知》,在税收上给予集成电路企业优惠,展现出政府对于发展半导体产业的坚决态?#21462;?/p>

    图五:政府对半导体产业扶持政策(来源?#21644;?#32852;数据?#33455;?#25253;告)

    大基金二期?#25216;?#22312;即,全国产业基金总额将破万亿。大基金一期计划募资1000 亿,?#23548;誓技式?387 亿元,?#23548;?#25237;资额超1000 亿元,此外大基金还撬动了超3600 亿的地方产业基金,合计5000 亿的半导体产业基金为高资本投入的半导体产业发展提供了强力的支持。目前第二期大基金正在成立中,年内将完成?#25216;?#39044;计募资1500-2000 亿(更有国外媒体透露募资额可能达3000 亿)。按照1:3 的撬动比计算,二期大基金还将撬动4500-6000 亿的地方产业基金,全国半导体产业基金总额将破万亿。中微半导体、上海微电子长辈和北方华创等企业作为国内最有希望担负起半导体设备国产替代任务的公司,必然会充分受益于政府对行业支持的红利。

    ?#26222;?#37096;、国家税务总局和科技部联合,正式在?#26222;?#37096;网站上发布研发费用抵扣新政,提高企业研发费用税前扣除比例即从原有的50%提高到75%,同?#20445;?#23558;抵扣?#27573;?#20174;原有的科技型企业扩大到所有企业。利润增幅最大的企业主要集中于机械、计算机、电子元器件等行业。?#23548;?#19978;,在一些行业中尤其是IC行业,深受研发费用之苦,每年研发费用甚?#33080;?#25481;一半以上营业收入,而此次提高企业研发费用税前扣除比例,无疑将释放减税降负的红利。

    五、设备行业销售额?#20013;?#24378;劲增长,晶圆厂建设高峰引发对设备的需求增加

    设备制造商在半导体产业链的上游位置,为生产线提供晶圆制造设备。2017年全球半导体设备市场销售额达到了492.4亿美元,设备销售额增长?#21183;?#22343;每年都有超过10%的稳定增长?#30465;?#20174;2016年开始到2020年全球陆续有62座晶圆厂陆续建设,此外国内在建和计划建设共26座12英寸晶圆厂,占全球比例为42%。所以这几年有一个建厂小高峰,对设备需求巨大,国际上企业的设备产量有限,此时是一个扩大市场份额好时机。

    全球半导体市场销售额

    全球半导体设备市场销售额在2017年达到了492.4亿美元,从2016年开始到2020年全球陆续有62座晶圆厂陆续建设,设备销售额增长?#21183;?#22343;每年都有超过10%的稳定增长?#21097;?#23545;设备的需求将在这几年达到一个小高峰。

    图六:全球半导体市场销售额及其增长?#21097;?#26469;源:公开资料整理)

    从?#23548;?#22269;内市场来看国产设备企业2018-2020年每年仍旧有50-70亿美元潜在市场份额可以争取

    再看国内市场,从2013年开始国内市场销售额?#20013;?#22686;长,每年同?#20173;?#38271;率维持在20%以上,?#23545;?#36229;过国际市场10%以上的增长?#30465;?016年到2020年之间中国大陆将有26做晶圆厂陆续建设投产,占全球在建晶圆厂数目的42%,成为全球新建晶圆厂最为积极的地区。此外从国内市场设备销售额占据国际市场比例可以看出,这一数字在缓慢稳定上升。2016年中国半导体设备市场64.6亿美元,2017年销售额82.3亿美元,据SEMI预测2018年将会达到113亿。近三年每年有接近30%增长?#30465;?/p>

    新建晶圆厂购入设备的成本会占到生产线的70%,其余为基建成本。2016年-2018年有8-12条12英寸晶圆厂正在建设,按照SEMI预测2018年百亿美元的设备市场计算,其?#33455;?#22278;制造环节占比80%,制造环节的光刻机占比30%,剩余市场为国产设备的国内潜在总市场,100*80%*(1-30%)=56亿。由此推断2018-2020年每年仍旧有50-70亿美元潜在市场份额

    ?#35745;擼?#22269;内市场半导体设备销售额及其增长?#21097;?#26469;源:公开资料整理)

    近年来国产设备取得的的技术进?#25509;?#26368;近市场对设备的强烈需求

    国产设备凭借深厚的技术积累填补了国内半导体设备领域的多项技术空白,产品已经能够满足12 英寸、90-28nm制程的产线生产要求,部分设备批量进入?#34892;?#22269;际等国内主流集成电路生产线量产,展望未来2-3年,设备需求将迎来数条90/65/55/40nm制程产线在2019年开始的设备采购高峰,以及国内存储厂商将在2020年前后扩产的设备采购高峰。

    图八:国内拟建/在建晶圆产线



    关键?#21097;? 半导体 芯片

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