集成電路產(chǎn)業(yè)鏈龐大而復(fù)雜，主要分為設(shè)計、制造以及封裝測試等三個主要環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)配套以不同的制造設(shè)備和生產(chǎn)原材料等輔助環(huán)節(jié)。我們下文將從集成電路設(shè)計、集成電路制造和封裝測試等環(huán)節(jié)出發(fā)，分析每個環(huán)節(jié)國內(nèi)相關(guān)環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀、面臨的問題，并提出對策建議。
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芯片設(shè)計現(xiàn)狀、問題以及對策全球半導(dǎo)體分為 IDM(Integrated Device Manufacture，集成電路制造)模式和垂直分工模式兩種商業(yè)模式，老牌大廠由于歷史原因，多為 IDM 模式。隨著集 成電路技術(shù)演進(jìn)，摩爾定律逼近極限，各環(huán)節(jié)技術(shù)、資金壁壘日漸提高，傳統(tǒng) IDM 模式弊端凸顯，新銳廠商多選擇 Fabless（無晶圓廠）模式，輕裝追趕。集成電路設(shè)計為知識密集型產(chǎn)業(yè)，國際上比較典型的參與者主要有 AMD、英偉 達(dá)、高通、聯(lián)發(fā)科、蘋果、華為海思等公司。
芯片設(shè)計可以分為數(shù)字集成電路設(shè)計和模擬集成電路設(shè)計兩大類。模擬集成電路設(shè)計包括電源集成電路、射頻集成電路等設(shè)計。模擬集成電路包括運(yùn)算放大 器，線性整流器，鎖相環(huán)，振蕩電路，有源濾波器等。相較數(shù)字集成電路設(shè)計， 模擬集成電路設(shè)計與半導(dǎo)體器件的物理材料性質(zhì)有著更大的關(guān)聯(lián)。數(shù)字集成電路設(shè)計包括系統(tǒng)定義，寄存器傳輸級設(shè)計，物理設(shè)計，設(shè)計過程中的特定時間 點(diǎn)，還需要多次進(jìn)行邏輯功能，時序約束，設(shè)計規(guī)則方面的檢查，調(diào)試，以確 保設(shè)計的最終成果合乎最初的設(shè)計收斂目標(biāo)。
1、全球芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
全球芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)主要分布在美國，中國，臺灣等國家地區(qū)， 2018 年， 中國企業(yè)海思半導(dǎo)體首次入圍全球芯片設(shè)計前十企業(yè)，營收規(guī)模排名全球第五。 從整體來看，美國企業(yè)仍然占據(jù)了絕對主流，前 10 大芯片設(shè)計公司中有 8 家都 來自美國，其他僅有海思半導(dǎo)體和聯(lián)發(fā)科(中國臺灣)上榜。
2018 年全球芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)規(guī)模大約為 1139 億美元，同比增速 14%，過去五年 符合增速約為 6.6%。由于近幾年智能手機(jī)等終端對于芯片性能和數(shù)量需求的快速提升，全球芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)得以快速增長。特別是隨著整體芯片設(shè)計工藝的持 續(xù)升級，芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)充分享受了下游芯片制造大規(guī)模投資的產(chǎn)業(yè)紅利，產(chǎn)業(yè) 持續(xù)高速增長。
2、中國芯片設(shè)計現(xiàn)狀
2018年中國芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)規(guī)模為 2519億元，同比增長 21%， 5年復(fù)合增速 24%，遠(yuǎn)超全球整體復(fù)合增速 6.6%。國內(nèi)龐大的市場需求，但是中國芯片企業(yè)規(guī)模較 小，每年芯片我國進(jìn)口金額仍然在快速增長，國產(chǎn)芯片設(shè)計企業(yè)具備十分巨大的國產(chǎn)替代市場。除了海思半導(dǎo)體之外，我國 IC 設(shè)計產(chǎn)業(yè)企業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)井噴式 增長的勢頭。截至 2016 年底，我國共有 IC 設(shè)計企業(yè) 1362 家，2015 年僅有 736家，同比增長率高達(dá) 85%。我國至今已有 11 家企業(yè)躋身全球 IC 設(shè)計企業(yè) 前 50 強(qiáng)。
3、國內(nèi)芯片設(shè)計的問題
中國芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)目前主要的問題主要包括：企業(yè)規(guī)模小，核心市場和客戶供應(yīng)體系進(jìn)入難度較大，技術(shù)能力仍與國外企業(yè)具有較大差距。 芯片軟件原創(chuàng)的設(shè)計工具缺乏。EDA（Electronics Design Automation）軟件被譽(yù) 為集成電路的“搖籃”、命門，是芯片設(shè)計最重要的軟件設(shè)計工具。利用EDA 工具， 工程師將芯片的電路設(shè)計、性能分析、設(shè)計出 IC 版圖的整個過程交由計算機(jī)處理 完成。但就是這一如此重要的產(chǎn)業(yè)，不管是國內(nèi)還是全球的市場份額主要都由三大 巨頭 Synopsys（新思科技）、Cadence（楷登電子）和 Mentor（明導(dǎo)）壟斷。三 大EDA 企業(yè)占據(jù)全球 60%以上的市場，各家在部分領(lǐng)域又掌握絕對優(yōu)勢。而在中 國市場，國產(chǎn) EDA 只占一成份額，國內(nèi) EDA 廠商的生存空間十分受限。市場調(diào) 研機(jī)構(gòu) Euromonitor 數(shù)據(jù)顯示，2018 年 Synopsys、Cadence和 Mentor 全球的市 場份額分別為 32%、22%和 10%。 國內(nèi) EDA 設(shè)計軟件廠商主要有華大九天、杭州廣立微、蘇州芯禾、濟(jì)南槪倫、天津藍(lán)海微等企業(yè)。與國際巨頭能提供整套 EDA 工具不同，國內(nèi) EDA 企業(yè)產(chǎn)品不全，只在局部形成一定突破。作為國內(nèi)最大的EDA 公司，華大九天也只能提供1/3左右的 EDA 工具。2018 年國內(nèi) EDA銷售額約 5 億美元（約合人民幣 33 億元）。其中，國產(chǎn) EDA 工具銷售額 3.4 億元，只占了國內(nèi)市場的 10%。而 Synopsys、Cadence 去年的年銷售額分別達(dá) 30 億美元和 21 億美元，差距甚大。 EDA 設(shè)計軟件具備壁壘高，投入期長，生態(tài)圈缺失，產(chǎn)業(yè)鏈支持薄弱，人才缺失 等問題，一個 EDA 工具從技術(shù)開發(fā)到能夠被市場接受基本上需要五六年的時間。 EDA 是芯片設(shè)計和制造的紐帶和橋梁，需要制造和設(shè)計的支持，只有不斷應(yīng)用和迭代，產(chǎn)品才能不斷進(jìn)步。發(fā)展 EDA 產(chǎn)業(yè)最關(guān)鍵的還是要靠人，不管是基礎(chǔ)人才 還是高端人才，都是國內(nèi)目前匱乏的。國內(nèi)EDA設(shè)計公司平均每年工資上漲10%， 但是和國外同行比仍差 20%~30%，而與部分互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)差 50%。企業(yè)還在生死 線上掙扎時，根本無暇顧及人才培養(yǎng)。解決 EDA 的國產(chǎn)化問題，除了政府加大支持，要做好持續(xù)大投入的準(zhǔn)備，并出臺 一些人才激勵的政策，從國外吸引優(yōu)秀的人才回來。
模擬芯片設(shè)計能力較低。相較數(shù)字集成電路設(shè)計，模擬集成電路設(shè)計與半導(dǎo)體器件的物理材料性質(zhì)有著更大的關(guān)聯(lián)。模擬芯片的設(shè)計除了電路設(shè)計之外，更 多需要對材料物理性質(zhì)的理解。不同模擬器件的設(shè)計需要設(shè)計電氣、材料參數(shù)、 材料加工等多方面的能力，同時不同應(yīng)用場景所用的芯片要求不同，使得模擬芯片設(shè)計需要多種類跨學(xué)科的知識。我國模擬芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展交往，導(dǎo)致模擬芯 片設(shè)計能力不足。
4、中國芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)對策
我們認(rèn)為要想解決這些問題，可以參考海思半導(dǎo)體的成功發(fā)展路徑：
1、大客戶支持：海思半導(dǎo)體能夠成功最核心的競爭力在于華為母公司的訂單支 持。華為技術(shù)2018 年半導(dǎo)體芯片總采購額高達(dá) 211 億美元，這給海思半導(dǎo)體 提供了巨大的優(yōu)先市場，可以說沒有母公司華為的大力支持就沒有海思半導(dǎo)體今天的成功。華為能夠如此大規(guī)模的采購，一方面是對子公司的全力支持，同 時也是基于其強(qiáng)大的經(jīng)營實(shí)力。
2、高強(qiáng)度研發(fā)投入：華為是一家業(yè)務(wù)多元化同時營收規(guī)?？焖僭鲩L的企業(yè)，同 時還一直保持著高強(qiáng)度的研發(fā)投入，2018 年華為營業(yè)收入 7200 億元，研發(fā)投 入 1015 億元，近十年研發(fā)投入超過 4850 億元，超過中國 BAT 等互聯(lián)網(wǎng)公司 研發(fā)投入總和。對于半導(dǎo)體行業(yè)，持續(xù)高強(qiáng)度的研發(fā)投入是企業(yè)發(fā)展的必須。如果對比海外半導(dǎo)體龍頭的研發(fā)投入，華為是唯一能夠跟上國外龍頭企業(yè)的中國企業(yè)，這也是國內(nèi)大部分半導(dǎo)體企業(yè)一直在成長但是卻與國外企業(yè)差距越來 越大的核心原因。
3、充分利用 FAB 產(chǎn)業(yè)紅利：不同于美國，歐洲，日本和韓國這些半導(dǎo)體行業(yè)先進(jìn)的國家，中國，包括臺灣地區(qū)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)模式有著著根本的不同。歐洲， 日本和韓國都是以 IDM 企業(yè)為主，F(xiàn)abless 產(chǎn)業(yè)比例基本為零；只有美國是 IDM 模式和 Fabless 模式均衡發(fā)展，并且都占據(jù)全球較高的份額；而中國和臺灣則 正好相反，F(xiàn)abless占據(jù)份額很高，而 IDM 占比明顯偏低。我們認(rèn)為這主要源 于中國和臺灣的半導(dǎo)體發(fā)展時點(diǎn)最晚，并且主要得益于全球 Fabless 模式向臺 灣和大陸轉(zhuǎn)移的產(chǎn)業(yè)趨勢，這就導(dǎo)致中國已經(jīng)錯失了早期 IDM 模式發(fā)展的黃金階段，只能從相對容易的 Fabless 開始介入半導(dǎo)體行業(yè)。因此，我們認(rèn)為至少 在未來相當(dāng)長一段時間內(nèi)，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)仍然更適合 Fabless 模式發(fā)展，而 IDM 模式需要國內(nèi)相關(guān)上游設(shè)備，材料以及晶圓代工廠的逐步摸索合作，這會是一個相對漫長的過程。
4、布局國內(nèi)優(yōu)勢下游產(chǎn)業(yè)：過去 40 年改革開放發(fā)展中，國內(nèi)企業(yè)在家電、電腦、安防監(jiān)控、服務(wù)器、路由器、無線通信設(shè)備以及智能手機(jī)等產(chǎn)品的制造能 力全球首屈一指。下游系統(tǒng)產(chǎn)品端的巨大需求將成為未來國內(nèi)電子產(chǎn)業(yè)自主可控、創(chuàng)新升級的核心優(yōu)勢。未來在產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化配套需求趨勢下，國內(nèi)終端產(chǎn)品使用國產(chǎn)芯片，在應(yīng)用端提供試錯改進(jìn)提升的機(jī)會，同時通過上游國產(chǎn)配套 降低采購成本促進(jìn)下游整機(jī)產(chǎn)品形成核心競爭力，這將是是國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)的有 效突破機(jī)會。
集成電路制造環(huán)節(jié)現(xiàn)狀、問題及應(yīng)對措施集成電路(IC，integrated circuit)制造是將設(shè)計成型的集成電路圖實(shí)現(xiàn)的過程，在硅片等襯底材料基礎(chǔ)上，通過高尖端設(shè)備，經(jīng)過氧化、光刻、擴(kuò)散、外延、測試等 半導(dǎo)體制造工藝，把構(gòu)成具有一定功能的電路所需的半導(dǎo)體、電阻、電容等元件及 它們之間的連接導(dǎo)線全部集成在一小塊硅片上，制備出具備特定功能的集成電路，又稱芯片。
集成電路，按其功能、結(jié)構(gòu)的不同，可以分為模擬集成電路、數(shù)字集成電路和數(shù)/ ?；旌霞呻娐啡箢?。模擬集成電路用來產(chǎn)生、放大和處理各種幅度隨時間變化 的模擬信號（例如半導(dǎo)體收音機(jī)的音頻信號、錄放機(jī)的磁帶信號等），其輸入信號和輸出信號成比例關(guān)系。數(shù)字集成電路則是用來產(chǎn)生、放大和處理各種數(shù)字信號（例 如 5G 手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、電腦 CPU、數(shù)字電視的邏輯控制和重放的音頻信號和視頻 信號）。
1、集成電路制造環(huán)節(jié)現(xiàn)狀
隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，投資規(guī)模越來越大，產(chǎn)業(yè)分工越來越明確。產(chǎn)業(yè)龍頭公司 逐步從早期的垂直整合生產(chǎn)(IDM，integrated device manufacturer)轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)化分 工，出現(xiàn)專業(yè)化的芯片設(shè)計公司(Fabless)，專業(yè)的芯片制造公司(Foundry)以及專業(yè) 的封裝測試公司。我們從技術(shù)能力、規(guī)模等角度分析目前全球芯片制造領(lǐng)域的格局。
全球 IC 制造領(lǐng)域格局。目前全球 IC 代工制造領(lǐng)頭企業(yè)為中國臺灣的臺積電，2018 年收入為 303.89 億美元，占全球前十大 IC 制造規(guī)模收入比例超過 50%。中國大陸 企業(yè)在前十位的分別有中芯國際和華虹半導(dǎo)體，2018 年收入分別為 33.78 億美元和 9.45 億美元，占全球前十大 IC 制造規(guī)模收入比例分別為 5.64%和 1.58%。
技術(shù)水平格局。集成電路的技術(shù)水平核心指標(biāo)是特征尺寸，特征尺寸是指半導(dǎo)體器件中的最小尺寸。特征尺寸越小，芯片的集成度越高，性能越好，功耗越低，公司 的制造水平越高。從競爭格局現(xiàn)狀來看，目前國內(nèi) IC制造能力與國際先進(jìn)比較， 制造能力落后 5-6 年，制程能力相差 2 代到 2.5 代。
隨著進(jìn)入 7nm 以及更高制程周期，領(lǐng)頭企業(yè)與追趕企業(yè)的差距在逐步擴(kuò)大。例如， 隨著工藝難度的提升，開發(fā)難度不斷增大，投入資金要求越來越大，格羅方德以及聯(lián)電短期內(nèi)已經(jīng)放棄往 7nm 制程的升級。
2、提升芯片制造能力的應(yīng)對措施
隨著下游終端產(chǎn)品例如智能手機(jī)要求的性能越來越高，高端芯片如華為海思麒麟 990 芯片、蘋果 A12 系列芯片、高通驍龍855 系列芯片等都采用7nm 制程，兩家 具備高端制程能力的公司如三星、英特爾等公司由于自身產(chǎn)業(yè)鏈因素，高端制程主要用于自身產(chǎn)品生產(chǎn)。目前大部分高端芯片特別是 7nm 制程及以上的芯片制造， 目前大部分市場主要由臺積電占據(jù)。國內(nèi)兩家芯片制造公司中芯國際、華虹半導(dǎo)體都已經(jīng)進(jìn)入 14nm 制程的風(fēng)險量產(chǎn)階 段，但其核心量產(chǎn)制程僅在28nm，意味著能夠生產(chǎn)市場上60%的芯片。國內(nèi)企業(yè) 與國際先進(jìn)水平企業(yè)仍然存在較大差距，并且未來在進(jìn)入更高階制程過程中面臨的壓力越來越大。
應(yīng)對措施方面，我們建議國內(nèi)企業(yè)在積極做好14nm 量產(chǎn)準(zhǔn)備的同時，在設(shè)備、制 造工藝、人才等方面及早做好儲備，加大國際頂尖人才的引進(jìn)。目前國家半導(dǎo)體產(chǎn) 業(yè)政策環(huán)境相對較好，先進(jìn)制程方面國際領(lǐng)先企業(yè)已經(jīng)成熟量產(chǎn)，說明設(shè)備、材料等產(chǎn)業(yè)鏈配套環(huán)節(jié)已經(jīng)成熟。國內(nèi)企業(yè)需要追趕的核心要素是培養(yǎng)人才，引進(jìn)人才， 例如中芯國際在2017年10月份引進(jìn)臺積電及三星前技術(shù)核心梁孟松后只用了一年 半左右時間，就在 2018 年上半年就實(shí)現(xiàn) 14nmFinFET 工藝正式的量產(chǎn)，目前的良品 率達(dá)到 95%以上，所以引進(jìn)國際頂尖人才實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級是核心環(huán)節(jié)。
半導(dǎo)體封測行業(yè)現(xiàn)狀、問題及應(yīng)對措施半導(dǎo)體封測目前屬于國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中有望率先實(shí)現(xiàn)全面國產(chǎn)替代的領(lǐng)域，并且當(dāng)前全球封測市場份額的重心繼續(xù)向國內(nèi)轉(zhuǎn)移。根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計， 2018 年中國集成電路產(chǎn)業(yè)封測業(yè)銷售額達(dá)333 億美元，而全球封測行業(yè)2018 年 約560 億美元，中國封測行業(yè)占全球市場份額約達(dá) 59%。
從封測行業(yè)企業(yè)競爭格局看，雖然全球目前排名前 2 的公司為日月光和安靠，但中 國企業(yè)在國際上已擁有較強(qiáng)競爭力。2018 年長電科技、華天科技、通富微電三家企業(yè)在全球市場市占率達(dá) 17%，且在封裝技術(shù)能力較為全面，掌握了全球較為領(lǐng) 先的先進(jìn)封裝技術(shù)，未來有望進(jìn)一步搶占更多市場份額。
從技術(shù)發(fā)展趨勢，目前國際先進(jìn)封裝技術(shù)發(fā)展趨勢主要有 FC BGA(倒裝芯片球柵 格陣列的封裝格式)、WLCSP(晶圓級封裝)、FO-WLP(晶圓級扇出封裝)、Sip(系統(tǒng) 級封裝)等技術(shù)。這些先進(jìn)封裝技術(shù)主要應(yīng)用在手機(jī)、可穿戴設(shè)備等小型化高附加值電子設(shè)備中。
目前中國龍頭企業(yè)如長電科技、華天科技已擁有此類先進(jìn)封裝技術(shù)，其技術(shù)水平雖有所落后國際龍頭企業(yè)，但差距較小，預(yù)計未來 5~8 年，有望實(shí)現(xiàn)全面趕超。
建議國內(nèi)企業(yè)加強(qiáng)精細(xì)化運(yùn)營，優(yōu)化內(nèi)部管理流程，積極提升服務(wù)能力，在服務(wù)全球頂級客戶方面做好全面準(zhǔn)備。在此基礎(chǔ)上，力爭國內(nèi)封裝測試產(chǎn)業(yè)鏈，達(dá)到全球 一流水平。
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