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國產半導體設備的新機遇

作者:楊小生時間:2019-04-28來源:半導體行業觀察收藏

行業是電子行業的一個分支,本質上仍是制造業。和互聯網行業的不同是,行業仍然需要制造設備和廠房,有具體的產品生產出來,需要設計、生產、封裝、測試、銷售等環節。簡單來講整個產業鏈分為三個大環節,分別是上游公司定義和設計,中游晶圓制造上制造,下游廠商把應用到個人電腦、手機等領域。

本文引用地址:http://www.rylpcf.shop/article/201904/399976.htm

產業鏈上游是電子自動化設計(EDA)軟件供應商和集成電路設計公司。EDA公司主要有三家Synopsys、Cadence和Mentor,三家公司的擅長領域不同,但是業務也有交叉,國內廠商有華大九天。設計公司有英特爾、高通、聯發科、博通等,國內設計公司有華為海思、紫光展銳和匯頂科技等。

產業鏈中游由以晶圓制造商為核心的眾多企業組成。知名的晶圓制造商有英特爾、三星、臺積電、格羅方德和中芯國際,這些制造商需要從設備制造商那里買入設備,還需要從其他原材料廠商那里購入制造芯片所用到的消耗性材料。購入的設備中主要包括光刻機、刻蝕設備和沉積設備;購入的原材料主要包括了單晶硅、光刻膠、濕電子化學品、特種氣體等。等芯片生產出來之后再交由封裝測試廠商對芯片進行測試和包裝。封裝企業代表性的有日月光、安靠和國內的長電科技、通富微電和天水華天。

圖二:產業鏈中游企業

下游企業都是大眾接觸最廣泛的公司,包含了手機廠商蘋果、三星、華為等,汽車領域的特斯拉、比亞迪,個人電腦領域的聯想、惠普等,另外還有物聯網、醫療電子等應用領域。

圖三:下游企業,芯片應用領域和代表公司

設備之行業的重中之重,芯片能有多快多省電取決于工藝制程,工藝制程取決于設備。

一、 摩爾定律逐漸接近極限,集成電路技術走向成熟,行業走向成熟,成本和服務將決定成熟行業的核心競爭力

邁克爾波特提出,行業走向成熟的過程中,成本和服務將成為行業的核心競爭力。

英特爾(INTEL)創始人之一戈登摩爾在1965年提出:當價格不變時,集成電路上課容納的元器件數目,約每隔18-24個月便會增加一倍,性能也將提升一倍。簡單來說就是大約兩年之后,消費者可以以同樣的價格買到性能是今天兩倍的芯片。在過去的四十年時間內集成電路行業的發展一直遵循著摩爾定律,但是它不可能永遠持續下去,近些年就已經有技術更新周期放緩的現象。

圖四,摩爾定律預測每個集成電路上晶體管的數目

可以觀察得到的事實是臺積電28nm制程2011年量產,16nm制程2015年量產;7nm在2018年量產,期間還有20nm和12nm10nm等升級版過度制程。先進制程更新周期已經由最初的18個月,到2年,現在放緩至3年左右,未來5nm甚至3nm或許需要更長的時間。

光刻機市場在2000年之前一直有三家供應商,分別是尼康、佳能和阿斯麥。現在20nm以下制程只剩下阿斯麥一家獨大,另外兩家由于研發和盈利的壓力紛紛放棄研制最新光刻機技術。剩下阿斯麥占據整個光刻市場的80%。

圖五:半導體工藝制程已經慢慢趨近物理極限

這些跡象表明集成電路制造工藝上的進步已經越來越難,集成電路行業正在從成長型向成熟型轉化。行業走向成熟的過程中,成本和服務將成為行業的核心競爭力。

以已經成熟的傳統汽車行業為例,2004年波導從南汽集團撤資,而在一年之前其以1億多人民幣,獲得58%股份控制南汽集團無錫汽車車身有限公司。短短一年時間前后反差如此之大,正是因為錯誤制定行業競爭戰略。不可否認在2004年左右中國汽車行業仍是一個朝陽性產業,產業發展速度驚人,中國巨大的人口和潛在的巨大需求量一直是支撐產業發展的巨大動力,而在一個高速增粘的產業,一個企業只要伴隨著產業“共同進步”就可以了,并不需要付出太多的努力。這也許是波導進入汽車行業的初衷,但隨著汽車行業競爭的白熱化,不管是美國汽車巨頭通用汽車和福特汽車,還是德國的大眾和奔馳,以及注重成本優勢的日本豐田、本田汽車,以及本土汽車企業都加強了在中國市場的競爭力度,使得中國汽車行業暴利的泡沫褪去不少。對那時的汽車行業的企業來說汽車行業慢速增長,客戶有這多年積累的知識和經驗,以及技術更為成熟,這些因素帶來的結果是競爭趨勢變得傾向于成本導向和服務導向。這種發展改變了市場對企業在行業中取得成功的要求。

這一點和過去三四十年集成電路的進步十分近似,芯片的性能主要取決于設計技術和制造技術。近二十年來芯片一直在隨著制造技術的進步而進步,設計技術并沒有很大的更新,PC芯片仍舊是以INTEL為首的X86架構,采用復雜計算機指令集(CISC),移則是以ARM架構為首,采用精簡計算機指令集(RISC)。而制造技術取決于制造設備的技術進步,如今設備進步已經趨近于半導體物理極限,據專家預測,半導體芯片制程工藝的物理極限為2-3nm,以此推算,摩爾定律似乎也只能再“存活”10年之久。

慢速增長、更多有知識的客戶再加上技術更為成熟,這些因素導致的結果是,競爭趨勢變得更加成本導向和服務導向。伴隨著產品標準化、日益強調的成本和技術成熟,產業轉化常常出現明顯的國際化競爭。

在國際化競爭中,國內企業的劣勢是起步晚,但是從后面的分析中我們可以看到其實公司間差距正在逐年縮小,現在差距已經在2-3年左右。而其優勢是(1)低研發成本、制造成本和技術支持成本(2)所有研發人員、技術支持人員都在國內,可以提供更及時、成本更低的現場技術支持(3)研發人員更加接近國內市場,了解客戶需求,提供定制化服務

1.成本優勢:國內企業在研發成本和原材料成本上有著絕對競爭優勢

所有的國際設備廠商在中國都有辦事處,主要負責各個生產線的設備銷售和技術支持工作,并不涉及研發和制造。眾所周知在ICT行業一個碩士畢業生在國內一年的待遇在20-40萬人民幣之間,而在美國等發達國家這個數字就要提高到8-10萬美元,足足是國內的兩倍有余。設備巨頭ASML每年的研發費用占到營業收入的10%-15%之間,近年來由于制程越來越先進,這一數字還有上升趨勢。制造中原材料成本占比營業成本的50%-60%,。試想未來在設備更新變慢的情形,我們在人工研發費用上的絕對成本優勢,和原材料價格上的絕對優勢,那時國產半導體設備將會大放異彩。

2.服務優勢:國內企業可以提供更加完善便捷的現場技術支持,增加客戶粘性

國外公司服務費用高昂已經成為國內企業的共識,對此,國內企業可以憑借提供更及時、收費更低的售后服務本土優勢,提高下游客戶對公司的黏性和滿意度。未來公司應在持續進行市場拓展的基礎上,著力建設和完善大客戶的服務體系。具體舉措包括針對特定關鍵大客戶量身定做服務方案,在國內集成電路產業聚集地區建立綜合性的工藝技術支持中心,實現人員和技術的快速響應,為客戶提供更完善、更便捷、更及時的增值服務等。

在那些產業競爭要求密集的本地化營銷服務或者密集的客戶往來的市場上,全球性企業將發現在整合后的、全球化的的基礎上與當地競爭對手的競爭是非常棘手的。雖然全球性企業勊以分散化的單位來實現對客戶的服務,但實施中,管理任務歸于龐大,而是當地企業對客戶提出的服務要求反應更加靈敏。

3.市場優勢:研發人員更加接近國內市場,了解客戶需求,提供定制化服務

先進的制程不可能是由設備廠家單獨完成的,而是設備和制造廠家共同研發攻關的結果。國產設備的研發人就在國內,而國際廠商做不到這一點,國際廠商的技術支持工作人員除了提供技術支持之外,還需要將遇到的問題發聵給本公司的研發人員,以供其改進優化設備。所以我們國內常上更加接近我們的客戶,更加了解國內生產線的客戶需求。

二、新型合作競爭關系

值得注意的是,傳統的企業競爭模型中只提到了企業和五種力量之間的競爭,卻沒有考慮這些企業之間的合作。在有些環境下這些企業既有競爭關系,又有合作關系。如果一種產品或者服務能讓另一種產品或者服務更加有吸引力,那么他們就可以被稱為互補的產品或者服務,同時這兩個企業的關系就從競爭變化成為合作競爭。如何分辨兩個企業是否形成合作競爭關系呢?一般來說,如果顧客在同時擁有兩個公司的產品時比單獨擁有一個公司的產品時所獲的價值要高,或者成本要低,那么這兩個公司就是互補者。

成功的案例有:上世紀,汽車是一種很昂貴的產品,消費者幾時想買也沒有足夠的現錢。這時候銀行業信用機構就成為了企業公司的互補者,這些機構給消費者貸款,讓他們有錢買汽車。但是汽車貸款也不是那么容易就獲得的,于是通用汽車公司在1919年成立了通用汽車承兌公司,福特公司在1959年成立了福特貸款機構,讓消費者可以更方便、更容易地獲得貸款。這樣做的好處顯而易見:便捷的貸款是人民能夠購買更多的汽車,而對汽車需求的增長又促進了福特公司和通用汽車公司的貸款業務。

互補競爭關系中的兩個企業哪怕技術落后,也會取得一定的優勢,那些沒有合作伙伴的企業哪怕有技術優勢也不一定就能獲得成功。比如索尼在1975年推出的Betamax格式錄像機,一度是電視機記錄領域的霸主,美國多久,日本JVC公司研發了VHS格式錄像機,雖然Betamax在技術上的某些方面比VHS強大,但是Betamax格式錄像機可租借的影片太少,最后落敗,市場份額被JVC占據60%。

國產設備+中芯國際 中國設備與中國制造合作,為進一步贏得國際市場打下基礎

AMAT 曾借助與臺積電、Intel 等晶圓廠的合作取得技術突破。國內企業則可以與中芯國際深度合作,共同推動國產設備發展。舉個例子:中芯國際和北方華創都是國內企業,想要在國際市場上發揮更大的作用就要互相支持幫助,北方華創可以為中心國際提供低成本的設備和更好的服務,而反過來中芯國際穩定的制造工藝可以為北方華創帶來產品驗證支持和廣告效應(優質客戶的身份還會潛在地為公司銷售設備到來廣告效應,這是應為半導體設備價格昂貴,所以晶圓制造廠商在擴充產線是往往會偏好選擇已經通過國際大廠商產線驗證的設備企業)。

如今,部分設備廠商與中芯國際的合作領域已經不僅僅局限于設備的驗證階段,為加快半導體產線的國產化替代進程,在前期研發的過程中,上下游廠商便已經開始合作。也正是因為中芯國際等晶圓代工廠的鼎力相助,國產設備能夠在短期內實現多項技術突破,進入國內先進晶圓代工廠甚至是國際廠商的供應鏈體系,加快設備的國產化替代進程。

三、以史為鏡,可以知興替:緊跟產業轉移大趨勢,布局新市場

應用材料(AMAT)

回顧AMAT成長歷史,從1972年納斯達克上市之初營收為630萬美元,市值僅有300萬美元,到52年之后的今天營收170億美元,市值410多億。一路走來AMAT經歷了4個主要階段:初創期、成長期、并購調整期和研發領跑期。其中,決定其生死存亡和實現巨大發展的時期是前兩個時期。

(1)初創期,1967-1979年,AMAT最開始的主要業務是為半導體生產廠商提供所需的原材料,但是由于產品種類多,造成戰線過寬,一度瀕臨破產,1977年新任CEO Morga進行了一系列大刀闊斧的改革,精簡產線、關停或者賣掉一些部門,集中精力進行半導體設備生產,這些措施效果明顯,企業度過了危機。

(2)成長期,1979-1996年,上世紀70念叨,全球半導體產業開始了向美國以外的市場進行轉移,首先是日本,然后是韓國還臺灣。1977年Morga在參加了日本半導體設備展覽之后返航的飛機上就做出了進入日本市場的據決定。之后于1985年和1989年分別在韓國和臺灣設立辦事處。近20年在全球范圍內的布局,使得公司的1996年實現了營業收入41.15億美元。

泛林集團(LRCX)同樣具有前瞻性視野,布局全球新興市場

1980年工程師David K. Lam創立,這一舉動還得到了Intel傳世人Bob Noyce的資助。第一臺設備于1982年售出,1984年公司在納斯達克IPO。現在總市值接近300億美元,2018年營業收入48億美元。

它并沒有經歷應用材料初創期半導體市場那樣的角逐。創立第一年就吸引到了80萬美元的投資,第三年已經有了穩定的現金流,出生在80年代的它正處于半導體市場從美國向海外轉移的階段。除了當時LAM在當時的半導體設備企業中已經很有競爭力之外,它的成功還要歸功于80年代日本半導體行業對設備的巨大需求。當時半導體產品被用在了除了個人PC之外,還有手機、立體聲音響(功率放大)、汽車和電話上。

事情并不總是一帆風順,80年代中后期LAM 陷入艱難的時期。盡管市場對半導體設備的需求仍舊持續增長,但是日本企業已經從的技術引進、消化吸收變得逐漸強大起來。日本在70年代后期從零開始,80年代中期已經占據了全球設備銷售額的50%。之后美國半導體設備企業進行業務重組等改革,提高生產效率,并且更加集中精力研發大容量設備,更加注重可以申請專利的技術的研發。

在當時,富有前瞻性的LAM管理層注意到了新興小市場的銷售增長,80年代后期到90前期便開始了更加廣泛的全球布局,這一時期重點在環太平洋和歐洲市場,海外營收占比達到50%以上。在日本和Sumitomo Metal Industries, Ltd. (SMI)共同研發刻蝕機,并成立全子公司:LAM 科技中心;80年代中期在臺灣和韓國成立客戶支持中心;等到90年代初LAM還看到了中國、馬來西亞和以色列的成長機會。并且考慮建立研發中心。

值得借鑒的經驗有:

1.戰略緊跟產業轉移,進行全球布局

巨頭的成長離不開兩次產業轉移。一次是20世紀70-80年代,日本憑借在工業級DRAM產品的高可靠性和美國的技術支持,實現了快速發展,在DRAM市場市占率近80%,在半導體市場市占率接近50%。另一次是20世紀80-90年代,韓國通過技術引進成為個人電腦DRAM的主要供應商,臺灣則通過在垂直分工領域晶圓代工和芯片封測的龍頭。

2.和新興市場當地的企業和高校建立合作關系

AMAT層先后在日本、韓國、臺灣、東南亞和歐洲等時間范圍內廣泛設立公司機構,搶先占領市場。高校方面,與新加坡科技研究局連個投資先后設立多個研發實驗室,與亞利桑那州立大學共同開發用于軟性顯示器的薄膜晶體管技術。企業方面,2001與臺積電共同研究使用黑鉆石方案站在出0.1um級晶體管,將0.13um芯片的技術節點向前推進。2003年攜手ARM和臺積電共同開發90nm低功耗芯片設計技術,是芯片總功耗降低了40%。

LAM和清華大學合作,設立泛林集團-清華大學微電子論文獎,捐贈實驗室設備,提供就業機會。

四、政府、資金支持和稅收優惠,三管齊下

落后就要挨打,現如今這句話可以理解為,在電子信息科技領域,落后就要受到技術封鎖,并且國家安全受到威脅。國家想要不被扼住咽喉,就必須要發展關鍵技術,不能受制于人。近些年來我國在應用領域取得了巨大的成功,以BAT為代表的企業引領了進20年來的科技潮流,但是在基礎科學領域,我們還沒有做到自強,比如關鍵的芯片技術,包括設計和制造領域,而制造領域的成功取決于設備。

政策支持,體現了行業重要性和國家一定要將半導體行業發展好的決心

政府對于半導體產業的政策支持力度正不斷加強。繼02 專項、《國家集成電路產業發展推進綱要》等重磅政策之后,今年3 月的十三屆全國人大一次會議上,李總理在政府工作報告中論述實體經濟發展時,將集成電路產業放在實體經濟的首位進行強調。3 月底財政部又發布了《關于集成電路生產企業有關企業所得稅政策問題的通知》,在稅收上給予集成電路企業優惠,展現出政府對于發展半導體產業的堅決態度。

圖五:政府對半導體產業扶持政策(來源:通聯數據研究報告)

大基金二期募集在即,全國產業基金總額將破萬億。大基金一期計劃募資1000 億,實際募集資金1387 億元,實際投資額超1000 億元,此外大基金還撬動了超3600 億的地方產業基金,合計5000 億的半導體產業基金為高資本投入的半導體產業發展提供了強力的支持。目前第二期大基金正在成立中,年內將完成募集,預計募資1500-2000 億(更有國外媒體透露募資額可能達3000 億)。按照1:3 的撬動比計算,二期大基金還將撬動4500-6000 億的地方產業基金,全國半導體產業基金總額將破萬億。中微半導體、上海微電子長輩和北方華創等企業作為國內最有希望擔負起半導體設備國產替代任務的公司,必然會充分受益于政府對行業支持的紅利。

財政部、國家稅務總局和科技部聯合,正式在財政部網站上發布研發費用抵扣新政,提高企業研發費用稅前扣除比例即從原有的50%提高到75%,同時,將抵扣范圍從原有的科技型企業擴大到所有企業。利潤增幅最大的企業主要集中于機械、計算機、電子元器件等行業。實際上,在一些行業中尤其是IC行業,深受研發費用之苦,每年研發費用甚至吃掉一半以上營業收入,而此次提高企業研發費用稅前扣除比例,無疑將釋放減稅降負的紅利。

五、設備行業銷售額持續強勁增長,晶圓廠建設高峰引發對設備的需求增加

設備制造商在半導體產業鏈的上游位置,為生產線提供晶圓制造設備。2017年全球半導體設備市場銷售額達到了492.4億美元,設備銷售額增長率平均每年都有超過10%的穩定增長率。從2016年開始到2020年全球陸續有62座晶圓廠陸續建設,此外國內在建和計劃建設共26座12英寸晶圓廠,占全球比例為42%。所以這幾年有一個建廠小高峰,對設備需求巨大,國際上企業的設備產量有限,此時是一個擴大市場份額好時機。

全球半導體市場銷售額

全球半導體設備市場銷售額在2017年達到了492.4億美元,從2016年開始到2020年全球陸續有62座晶圓廠陸續建設,設備銷售額增長率平均每年都有超過10%的穩定增長率,對設備的需求將在這幾年達到一個小高峰。

圖六:全球半導體市場銷售額及其增長率(來源:公開資料整理)

從實際國內市場來看國產設備企業2018-2020年每年仍舊有50-70億美元潛在市場份額可以爭取

再看國內市場,從2013年開始國內市場銷售額持續增長,每年同比增長率維持在20%以上,遠遠超過國際市場10%以上的增長率。2016年到2020年之間中國大陸將有26做晶圓廠陸續建設投產,占全球在建晶圓廠數目的42%,成為全球新建晶圓廠最為積極的地區。此外從國內市場設備銷售額占據國際市場比例可以看出,這一數字在緩慢穩定上升。2016年中國半導體設備市場64.6億美元,2017年銷售額82.3億美元,據SEMI預測2018年將會達到113億。近三年每年有接近30%增長率。

新建晶圓廠購入設備的成本會占到生產線的70%,其余為基建成本。2016年-2018年有8-12條12英寸晶圓廠正在建設,按照SEMI預測2018年百億美元的設備市場計算,其中晶圓制造環節占比80%,制造環節的光刻機占比30%,剩余市場為國產設備的國內潛在總市場,100*80%*(1-30%)=56億。由此推斷2018-2020年每年仍舊有50-70億美元潛在市場份額

圖七:國內市場半導體設備銷售額及其增長率(來源:公開資料整理)

近年來國產設備取得的的技術進步與最近市場對設備的強烈需求

國產設備憑借深厚的技術積累填補了國內半導體設備領域的多項技術空白,產品已經能夠滿足12 英寸、90-28nm制程的產線生產要求,部分設備批量進入中芯國際等國內主流集成電路生產線量產,展望未來2-3年,設備需求將迎來數條90/65/55/40nm制程產線在2019年開始的設備采購高峰,以及國內存儲廠商將在2020年前后擴產的設備采購高峰。

圖八:國內擬建/在建晶圓產線



關鍵詞: 半導體 芯片

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