中科创星投资总监李博涛:国内半导体产业发展的荆棘之路

新芽NewSeed2020-09-18 15:50事业线
整体来讲,我们需认清自我,用足够的耐心去面对半导体产业成长和发展。

近日,由清科集团联合清科创新中心主办的「清科“City+”产业计划」集成电路专场圆满落幕。本次会议邀请了中科创星李博涛先生,就国内半导体产业发展进行了深度分享。

中科创星致力于构建硬科技创业生态,引进全球硬科技领域高端创业领军人才,是“硬科技”理念的缔造者和“硬科技”投资的先行者。李博涛先生专注于光电芯片领域投融资,在硬科技企业投融资方面有着非常丰富的实战经验。

以下为李博涛先生分享实录,供大家交流探讨。

半导体产业的细分及全球视角下的变迁沿革

半导体的分类主要是集成电路、分立器件、光电器件、传感器。集成电路分为数字电路和模拟电路,模拟电路指的是图像、声音、触感、温度、湿度等一切感知,与之相关的芯片称为模拟芯片。除此之外,还有微波、电信号等我们无法感知,但客观存在的模拟信号处理芯片,经典模拟芯片有射频芯片、指纹识别芯片、电源管理芯片等;数字芯片包括CPU、GPU、MCU、DSP等微元件、存储器及逻辑IC。

分立器件是集成电路相对而言,指普通的电阻、电容、晶体管等电子元件,应用于消费电子、汽车电子、计算机等;传感器主要有热敏、压敏、光敏等能够敏锐感受某种物理化学、生物信息,并将其转变成电信息的特定电子元器件,应用于自动化、遥测、工业机器人、生物医疗等;光电子器件主要是光电探测器、光电接受器、太阳能电池等利用化合物半导体的光电转化效应制成的各种功能器件,应用于手机摄像头、红外探测等。其中,集成电路占市场比重超80%,在半导体的行业起至关重要作用。

1950年,半导体产业起源于美国,主要由系统厂商为主导,其内部设有用于满足自身产品需求的半导体生产、设计部门,称之为垂直整合模式。上世纪七八十年代,美国将装配产业转移到了日本,催生了日本家电和半导体产业的发展,转移的过程中催生出一种集设计、制造到封装测试所有流程的新模式IDM,IDM企业生产的芯片产品是为了满足各个系统厂商的需求。上世纪八九十年代,随着PC兴起,韩国和中国台湾地区承接了半导体的第二次产业转移。在此期间,台湾成立了台湾积体电路有限公司(台积电),其开创的晶圆代工新模式拉开了垂直分工序幕,催生一大批无晶圆无产线公司的成立。现今,在硅基领域,设计、制造、封测三大垂直分工环节成为一种主流模式。

半导体产业链全景分析,深剖化合物半导体产业链

实际上,在芯片产业链设计环节最上游的是IP核和EDA软件,这块是我们的短板环节之一,芯原微等国内企业虽进入全球IP核前十阵列,但市占率不到1.8%。芯原微在泛GPU的IP领域比重高达73%,已得到国际巨头NXP的认可。EDA软件主要以Synopsys、Cadence和Mentor Graphic美国三巨头为主,占据了全球90%以上份额。当然,国内在EAD软件也有代表企业,如由华大九天和中芯聚源投资的芯合科技。

芯片设计环节。国际知名企业有Broadcom、Qualcomm、AMD,中国则是华为海思(全球排到前五设计公司)、紫光、豪威、中兴微。虽国内芯片设计在部分细分领域已达到了国际一流水平,但在模拟芯片等高端通用芯片环节与国际巨头还有较大差距。

芯片制造环节。国际知名企业有台积电、三星、Global Foundries。中国的中芯国际华虹半导体、也进入了芯片芯片代工领域全球前十的排名。目前,中国是新建、在建产线全球最多的国家。

封装测试环节。中国整体水平较强与国际水平同步,全球排名中基本上以台湾和大陆为主,如台湾日月光、矽品科技,封装测试领域一流阵营还涵盖了中国三巨头长电科技通富微电华天科技等。设备和材料在封装测试中非常重要,在封装环节需键合机、划片机、装片机,测试环节需测试机、分选机,然而90%以上的测试机还需依靠美国、日本等发达国家进口。

另外,材料方面主要是硅晶元、锗、砷化镓、碳化硅等一二三代半导体,硅晶圆代表有日本信越、SUMCO、环球晶圆等,中国有上海超硅、奕斯伟、浙江金瑞泓等。在制造方面需采用电子特气、溅射靶材、光刻胶等半导体材料,中国南大光电是电子特气的代表,国外主要是日本大阳日酸。芯片经过封装测试和系统集成之后,最终应用于通信、智能手机、工业、电子、医疗、消费电子、汽车电子等行业。

化合物半导体产业链的情况,主要分第二代和第三代。

第二代主要是以有特性的砷化镓、磷化铟为主,可实现高电子迁移率、高光电转换效率,适用于高速高频和光电转换及发光的电子器件和射频器件。

在衬底环节。主要以日本住友电工、住友化学、德国Freiberg、中国云南锗业、中国中科晶电、浙江康鹏为代表。客观上讲国内的衬底的纯度与国外产品相比还有差距,还需从工艺、材料等方面提升。

在外延环节。主要以英国IQE、台湾联亚和全新光电为主。我们中科创星也投资了唐晶量子和全磊光电两家优秀的国内外延代工厂。

从设计角度。射频主要以Skyworks、Qorvo为代表,电子消费用的VCSEL以美国Lumentum为主。国内在VCSEL设计领域也涌现出一批以纵慧芯光、瑞识智能等为代表的优秀创业企业。

在晶圆代工环节。主要以中国台湾稳懋和宏捷科为代表,国内有如三安集成、海威华芯、立昂东芯。

第三代主要是具备宽禁带、高饱和漂移速率、高热导率特点的碳化硅和氮化镓,适用于高压、高频、大功率领域。氮化镓应用于光电器件和微波通信器件;碳化硅用于功率器件、新能源汽车充电桩等。

在衬底环节。主要以美国CREE、II—VI、日本三菱和住友,中国在碳化硅这个领域有较多企业参与,如天科合达、山东天岳和同光晶体等。

在外延环节。主要以美国道康宁、CREE、II—VI、罗姆为代表,中国主要以瀚天天成、天域半导体、中电科13所和55所为代表。

在器件/模组环节。国际上主要是CREE、罗姆、Infineon、ST为代表,中国主要以泰科天润、中车时代、世纪金光为代表。

错失良机,中国半导体产业重振旗鼓,从制造、封装测试逼近

早在1953年,中国就已将半导体列为重点科技攻关项目,但由于受国内国际形势的影响,中国错过了跟国际半导体产业同步发展的机遇。1978年改革开放以后,中国意识到半导体产业的重要性,但当时政府对民生及重工业进行大量投入,忽视了半导体产业的发展。

90年代中后期,中国通过制定半导体产业政策,首次明确把半导体产业提升到国家战略地位,真正开始对半导体产业进行大力投入。虽对中国半导体行业迅速成形有非常大的积极作用,但由于缺少长远发展的理念和产业协同发展的意识,都对中国半导体产业目前发展的瓶颈埋下了伏笔。

如今,中国半导体产业每年有1200多亿的旺盛市场需求,而国内半导体企业每年仅提供不足100亿的产出,自给率完全不足,其主要原因是产业链不完整、关键技术卡脖子。

如在IP核环节,中国起步晚,国内企业小而散,生态不完善,芯原微市占率仅有1.8%。在EDA环节,国内EDA市场90%以上被国外厂商垄断。华大九天版图及掩膜处理软件全球领先,但已有的产品线仅占集成电路所需工具的三分之一左右。

在设计环节,细分领域具备亮点,汇顶指纹识别芯片全球第一;通信设备芯片具有较强的国际竞争力;核心关键领域设计能力不足,CPU由于缺乏产业生态支持,追赶难度大;存储器差距较大,基本国外巨头垄断;FPGA、高速高频AD/DA等高端通用型芯片,差距明显。

在设备环节,自给率低,单晶炉、清洗、刻蚀设备国产化率在20%左右,其他设备国产化率在10%左右,光刻、离子注入、涂胶显影设备国产化率甚至不足1%。低端设备实现国产替代,但在高端制程有待突破,半导体设备全球市场份额仅有1-2%。

在材料环节,溅射靶材、封装基板等领域比肩国际水平;硅片、电子气体、掩模版等技术取得突破,但仍未大批量供货;光刻胶仍需要较长时间实现国产替代。

在制造环节,全球产能扩充基本上集中在国内,但先进制程存在明显差距,突破这个环节是中国半导体产业中最关键的一部分,这也是美国打击中国半导体产业的一个重点环节。

在封装测试环节,在全球市场有较强竞争力,先进封装技术和海外龙头企业基本同步。

影响发展的主要因素:市场、资金、设备、材料、人才

从市场来看,中国基本占了全球市场比重的35%,未来可能还有进一步增长,这也是中国积极发展半导体产业的基础。

从资金来看,从一开始国家战略推动、2005年大基金成立及地方政府支持,到撬动万亿产业及社会资本对半导体产业的关注。由于半导体产业有它自己的商业逻辑和发展特性,是一个投资回报周期较长产业,所以资本需要理性关注、有耐心的推动产业发展。

从设备、材料来看,设备供应集中在欧美日,国产化水平低,个别领域有突破;材料供应集中在美日德,国产化进程需加速。

从人才来看,2018年底人才存量46万人,到2021年人才缺口30万人左右,中国需进一步培养、引进人才。

半导体产业未来应对之策:理智、耐心,缺一不可

首先要加强基础研究,加强物理、化学、电力、电子等基础学科领域的研究,提升半导体应用材料研究和产业化水平。

其次要加强人才培养,一方面加强产业人才的培养,同时加快从欧美、日韩、尤其是中国台湾引入产业人才。

要进一步加强产业链协同发展,加强产业链上下游协同,市场需求与芯片设计结合,芯片设计与生产制造配合,制造与设备和材料协同发展、协同突破,逐步把中国短板补齐,由点到面促进产业链崛起。

最后要形成良性循环,以国内巨大的市场需求和有号召力的终端企业为抓手,补齐短板,整合产业链协同发展,在实现国产替代后,进一步推动创新引领。整体来讲,我们需认清自我,用足够的耐心去面对半导体产业成长和发展。

清科创新中心推出的「清科“City+”产业计划」,旨在激发城市新动能、加速产业聚集效率、建设城市产业新型基金,全面聚焦“产业、城市、资本”。为城市精准匹配全产业链赛道,汇聚创投行业优质资源,助力产融协同创新发展。「清科“City+”产业计划」已正式启航,诚邀优质企业与城市伙伴一起扬帆!

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