实地探访华为“最强备胎”：火热量产14nm，高端光刻机成转正拦路虎

黄昏时，中芯国际头顶一圈光晕，这似乎是个吉兆

30秒快读

1、先进制程的造芯工艺卡着中国公司的脖子，中芯国际作为国内唯一能够提供14纳米制程的晶圆代工企业，成为“最强备胎”，目前华为已有产品芯片转由中芯国际代工。

2、《IT时报》记者实地走访上海中芯国际，14nm芯片火热量产，7nm工艺研发多时，但碍于高端光刻机缺位，研发进展滞缓。但就像中芯国际头顶的光晕，二期产线火热建设，此次事件被认为是中芯国际“转正”的最好时机。

1999年，农田遍布的张江迎来一批特殊的拜访者，时任上海市长徐匡迪带着一群人来到这里考察，其中就有后来被称为“中国半导体教父”的张汝京。

尽管当时的张江阡陌纵横，但在张汝京眼里，这里是发展中国半导体事业的绝佳试验场，“世界芯片制造业的下一个中心将在上海。”

2000年，张汝京作为创始人的中芯国际落地张江，随后来自芯片行业的上下游企业集聚于此，包括芯片设计、光掩膜制造、封装测试、设备供应、气体供应等企业，中国的半导体产业真正在这片土地生根。

20年后，张江已成为中国的“硅谷” ；20年后，造芯却成为中国的心事，先进制程的制造工艺更成为遏制中国公司发展的卡脖子技术。

图源/中芯国际官网

5月15日，美国商务部下属负责出口管制的产业安全局（BIS）发布通知，称在美国境外为华为生产芯片的企业，只要使用了美国半导体生产设备，就需要申请许可证。这意味着，华为很可能不能再通过台积电量产自家海思设计的高阶芯片，而台积电是全球晶圆代工的顶尖企业，可以生产7nm（纳米），甚至5nm的高端芯片。

危机之下，中芯国际作为国内唯一能够提供14纳米制程的晶圆代工企业，成为“最强备胎”，目前华为已有产品芯片转由中芯国际代工。

近日，《IT时报》记者实地探访上海中芯国际，发现中芯南方厂区在火热量产14nm芯片的同时，也在抓紧建设二期产线；7nm工艺已研发多时，只是由于高端光刻机的缺位，研发进展不是很快。

01

“你看，这里一片火热”

和20年前相比，张江的变化翻天覆地，已从一个乡村小镇进阶为一座现代科学城：不仅交通发达，而且商业繁荣，充满着生活气息，这点与那些只有工厂、生活配套设施缺少的高新开发区很不一样。

5月19日，《IT时报》记者来到中芯国际，它同华虹宏力、日月光等“邻居”已和谐地融入到这座科学城中。目前，中芯国际已经开始量产14nm芯片，并拿到一笔来自华为海思14nm手机芯片的订单。

在14nm产线上工作的周豪（化名）告诉记者：“最近加班比较多，已经向客户供应了8万多批货了；产线上也在招人，比如普工、助理工程师。”由于晶圆厂自动化程度较高，周豪的工作简单且枯燥，只要把晶圆放置到设备上，其他的事交给设备即可。作为普工，他的底薪为3300元，算上加班费，每个月能挣七八千元。58同城上，一条中芯国际招聘信息显示普工月工资在5500~7500元。

相比产线上普工的工作，宋杰（化名）的工作显得高级些。在实验室工作的他，每天要做的是根据研发人员发来的Case做实验。“14nm产线设在中芯南方，去年下半年建成，今年开始量产；7~8nm的研发，也已经开展很久了。”宋杰说。

据了解，中芯南方由中芯国际、国家“大基金”（国家集成电路产业投资基金）以及上海市“地方基金”（上海市集成电路产业投资基金）以合资的方式成立，为一座12英寸晶圆厂，能满足14nm及以下先进技术节点的研发和量产计划，14nm技术也可用于主流移动平台、 汽车 、物联网及云计算。

宋杰还表示，受限于设备，中芯国际7~8nm的研发进展不是很快，做出来的成品没那么快，也没那么好，“同样一道工序，台积电只要一步就能完成，我们可能需要三四步”。高端光刻机的缺失，是其中最关键的问题，“除了光刻机，别的设备都能解决。”

早在3月，中芯国际对外公布已从荷兰ASML公司购入了相关光刻机设备，但并非是最新的EUV极紫外光刻机。

5月15日，国家集成电路基金二期和上海集成电路基金二期将分别向中芯南方注资15亿美元和7.5亿美元（合计约合160亿元人民币）。

这个消息的释放，把刚从疫情阴影里走出来的中芯南方设备供应商的热情重新点燃。一位冷却设备供应商很看好与中芯南方的合作，他们已和中芯南方签约了几千万元的生意。

“你看，这么多的工人、这么多的设备，一片火热！国家很重视芯片行业，中芯南方效益会越来越好！”他看着正在修建的中芯南方二期产线，语气间流露出兴奋之色。

据了解，在中芯国际上海厂区保留地块上，中芯南方将建设两条月产能均为3.5万片芯片的集成电路生产线（即SN1和SN2），生产技术水平以12英寸14纳米为主。记者从员工、驻厂设备商等多个信源获悉，中芯南方已完成一期建设，目前正在建设二期。

在中芯国际官网上，记者注意到，从今年年初到现在，中芯国际释放出的职位明显多于去年同期，特别是5月以来，增加了对生产运营类和业务支持类两种岗位的需求，大部分都接受应届生，比如生产线主管、设备工程师、工艺工程师、良率提升工程师、仓库管理员、助理工程师等。这或许是中芯南方14纳米新厂生产火热的一个注脚。

02

华为的“危” 中芯国际的“机”

去年5月，华为被美国商务部列入“实体清单”，谷歌、伟创力、YouTube等美国本土公司对华为按下了暂停键，为此，华为通过“自研+去美化”的方式，开启多种自救模式。

经过一年时间的调整，华为在“自研+去美化”上步步为营：先是在谷歌服务停供前推出自研的 *** 作系统鸿蒙，其后在5G基站上不再使用美国零部件，再在Mate30、P40等高端机型上降低美国零部件含量，P40系列更是首次搭载HMS以替代谷歌GMS。

相比之下，新一轮的限制将是华为真正的至暗时刻。

和芯片设计不同，芯片生产的高投入不可能完全被一家公司所覆盖，就目前而言，大多数芯片制造商依赖于KLA、LAM和AMAT等美国企业生产的设备。

中芯国际3月披露的公告显示，其采购了美国公司LAM和AMAT的设备，且采购金额较大。除了中芯国际，包括台积电在内的全球众多晶圆代工厂都是这两家厂商的客户，他们在沉积、刻蚀、离子注入、CMP、匀胶显影等领域技术领先，尤其先进制程设备，基本没有厂商可以替代这两家企业。

世纪证券一份研报显示，在半导体设备与材料方面，关键技术被欧美日垄断，LAM和AMAT这两家美国公司暂停供货影响显著，其中AMAT的产品几乎包括除光刻机之外的全部半导体前端设备。而荷兰的ASML是高端光刻机的全球第一，国内企业与其研发投入与技术实力差距甚远。

目前华为芯片制造主要依赖于台积电，美国限制升级，被解读为有可能迫使台积电对华为断供，导致华为无芯片可用。

尽管这种猜测还可能有多种变数，但华为已经启动B计划。

此前有媒体称，华为从去年下半年开始向中芯国际派驻工程师，帮助中芯国际解决其芯片生产过程中的技术问题。近期，华为已将中芯国际14nm工艺代工的麒麟710A芯片应用在荣耀Play 4T手机上。

中芯国际则被认为迎来最好时机。160亿元的大基金二期加码主要面向中芯国际14 纳米及以下先进制程研发和产能，目前14纳米产能已达6000 片/月，目标产能为每月3.5 万片。而中芯国际最新发布的2020 年一季报显示，一季度营收9.05亿美元，同比增长35.3%，环比增长7.8%。此外，中芯国际决定将2020 年资本开支从 32 亿美元上调至 43 亿美元，增加的资本开支主要用于对上海300mm晶圆厂以及成熟工艺生产线的投资。

03

“转正”的期待

然而，无论对华为还是中芯国际而言，依然有跨不过去的门槛。

与台积电相比，中芯国际的工艺相对落后。现阶段中芯国际的工艺还停留在14nm，这是台积电4年前的技术，而台积电7nm工艺已大范围普及，几乎是如今各品牌5G旗舰手机和主流芯片的标配。根据规划，台积电今年开始量产5nm，2022年开始3nm的规模量产，甚至已规划好2nm。

图源/台积电官网

据了解，此次美国限制升级前，华为海思已加速将芯片产品转至台积电的7nm和5nm，只将14nm产品分散到中芯国际投片。但如果120天之后，无法使用台积电的5nm工艺，华为的5G旗舰手机可能要面对工艺制程的竞争压力。

最新消息是，5月21日，台积电拿下了苹果5nm处理器的全部订单，下半年苹果的多款5G版iPhone处理器将采用5nm工艺，而华为此前发布的14nm制程的荣耀Play 4T手机只是千元出头的中低端手机。

产能也有较大差距。中芯国际目前14nm月产能仅2000 ~3000片，预计到年底扩大到1.5万片，但这无法满足华为的胃口。台积电2019年财报显示，华为为其一年贡献了近350亿新台币的营收。

更何况，中芯国际下一代制程何时能投产，才是“最强备胎”能否转正的关键。

今年2月举行的2019年四季度财报会议上，中芯国际联席CEO梁孟松首次公开了中芯国际N+1、N+2代FinFET工艺情况。相比于14nm，N+1工艺性能提升20％、功耗降低57％、逻辑面积缩小 63％、SoC面积缩小55％，这意味着除了性能，N+1其他指标均与7nm工艺相似，之后的N+2工艺性能和成本都更高一些。梁孟松表示，在当前的环境下，N+1、N+2代工艺都不会使用EUV工艺，等到设备就绪之后，N+2之后的工艺才会转向EUV光刻工艺。事实上，台积电也是在第三代7nm工艺才开始引入EUV。

对此，电子创新网CEO张国斌表示：“制程越小，工艺越高级，IC里的线宽越小，就需要更高级的光刻机；尽管EUV技术对7nm制程不是必需的，但EUV技术的注入能提高良品率，效果好。”

2019财报会议上，中芯国际表示N+1工艺的研发进程稳定，已进入客户导入及产品认证阶段。之前该公司表示去年底试产了N+1工艺，今年底会有限量产N+1工艺。

14nm量产后，N+1、N+2研发项目更加值得期待。张国斌：“只要中芯国际的N+1、N+2工艺能做出产品来，就能代替台积电为海思代工7nm芯片。”

中芯国际真正的考验将是7nm以下。

多位采访对象表示，7nm以下的制程少不了EUV技术，公开资料显示，台积电和三星的5nm芯片均采用了EUV技术。对此，中芯国际还未公开过是否有替代技术方案。

编辑／挨踢妹

排版／冯诚杰

图片／李玉洋 Pixabay 网络

来源／《IT时报》公众号vittimes

行业主要上市企业：目前国内第三代半导体行业的上市公司主要有华润微(688396)、三安光电(600703)、士兰微(600460)、闻泰科技(600745)、新洁能(605111)、露笑科技(002617)、斯达半导(603290)等。

本文核心数据：第三代半导体分类、SiC、GaN电子电力和GaN微波射频产值、SiC、GaN电子电力和GaN微波射频市场规模

行业概况

1、定义

以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AIN)为代表的宽禁带半导体材料，被称为第三代半导体材料，目前发展较为成熟的是碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)。

与传统材料相比，第三代半导体材料更适合制造耐高温、耐高压、耐大电流的高频大功率器件，因此，其为基础制成的第三代半导体具备更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的导热频，以及更强的抗辐射能力等诸多优势，在高温、高频、强辐射等环境下被广泛应用。

第三代半导体主要包括碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、金刚石、氧化锌(ZnO)，其中，碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)并称为第三代半导体材料的“双雄”，是第三代半导体材料的典型代表。

2、产业链剖析：产业链涉及多个环节

第三代半导体产业链分为上游原材料供应，中游第三代半导体制造和下游第三代半导体器件环节。上游原材料包括衬底和外延片中游包括第三代版奥体设计、晶圆制造和封装测试下游为第三代半导体器件应用，包括微波射频器件、电力电子器件和光电子器件等。中国第三代半导体行业产业链如下：

第三代产业链各个环节国内均有企业涉足。从事衬底片的国内厂商主要用露笑科技、三安光电、天科合达、山东天岳、维微科技、科恒晶体、镓铝光电等等从事外延片生产的厂商主要有瀚天天成、东莞天域、晶湛半导体、聚能晶源、英诺赛科等。苏州能讯、四川益丰电子、中科院苏州纳米所等从事第三代半导体器件的厂商较多，包括比亚迪半导体、闻泰科技、华润微、士兰微、斯达半导、扬杰科技、泰科天润等。

行业发展历程：兴起的时间较短

中国第三代半导体兴起的时间较短，2013年，科技部863计划首次阿静第三代半导体产业列为国战战略发展产业。

2016年，为第三代半导体发展元年，国务院国家新产业发展小组将第三半导体产业列为发展重点，国内企业扩大第三半导体研发项目投资，行业进入快速发展期。

2018年1月，中车时代电气建成国内第一条6 英寸碳化硅生产线2018年，泰科天润建成了国内第一条碳化硅器件生产线2019年9月，三安集成已建成了国内第一条6英寸氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)外延芯片产线并投入量产。在2020年7月，华润微宣布国内首条6英寸商用SiC晶圆生产线正式量产。

2020年9月，第三代半导体写入“十四五”规划，行业被推向风口。

行业发展现状

1、产值规模逆势增长

随着5G、新能源汽车等市场发展，第三代半导体的需求规模保持高速增长。同时，中美贸易战的影响给国产第三代半导体材料带来了发展良机。2020年在国内大半导体产业增长乏力的大背景下，我国第三代半导体产业实现逆势增长。

2020年我国第三代半导体产业电子电力和射频电子总产值超过100亿元，较2019年同比增长69.5%。

其中，SiC、GaN电子电力产值规模达44.7亿元，同比增长54%GaN微波射频产值达到60.8亿元，同比增长80.3%。

2、产能大幅增长但仍供应不足

根据CASA数据显示截至2020年底，我国SiC导电型衬底折算4英寸产能约40万片/年，SiC-on-SiC外延片折算6英寸产能约为22万片/年，SiC-onSiC器件/模块(4/6英寸兼容)产能约26万片/年。

GaN-on-Si外延片折算6英寸产能约为28万片/年，GaN-on-Si器件/模块折算 6 英寸产能约为22万片/年。

但随着新能源汽车、5G、PD快充等市场的发展，我国国产化第三代半导体产品无法满足庞大的市场需求，目前有超过八成产品依赖进口。可见第三代半导体产品国产化替代空间较大。

3、电力电子器件市场规模接近50亿元

2017-2020年，中国SiC、GaN电力电子器件应用市场快速增长，2020年，SiC、GaN电力电子器件应用市场规模为46.8亿元，同比增长90%。

2020年，我国半导体分立器件的市场规模约3002.6亿元，SiC、GaN电力电子器件的应用渗透率约为1.56%。

目前，GaN主要应用在射频及快充领域。SiC重点应用于新能源汽车和充电桩领域。我国作为全球最大的新能源汽车市场，第三代半导体器件在新能源汽车充电桩领域的渗透快于整车市场，占比达38%消费类电源(PFC)占22%光伏逆变器占了15%工业及商业电源、不间断电源UPS、快充电源、工业电机分别占6%、3%、3%、1%。

2020年，我国GaN微波射频器件市场规模约为66.1亿元，同比增长57.2%。其中国防军事与航天应用规模34.8亿元，成为GaN射频主要拉动因素。

国防军事与航天应用是我国GaN微波射频器件的主要应用领域，2020年市场规模占整个GaN射频器件市场的53%其次是无线基础设施，下游市场占比为36%。

行业竞争格局

1、区域竞争格局：江苏省第三代半导体代表性企业分布最多

当前，我国第三代半导体初步形成了京津冀鲁、长三角、珠三角、闽三角、中西部等五大重点发展区域。

从我国第三代半导体行业产业链企业区域分布来看，第三代半导体行业产业链企业在全国绝大多数省份均有分布。其中河南省第三代半导体企业数量分布最多，同时山东、江苏和甘肃等省份企业数量也相对集中。

从代表性企业分布情况来看，江苏省第三代半导体代表性企业分布最多，如苏州纳维、晶湛半导体、英诺赛科等。同时广东、山东代表性企业也有较多代表性企业分布。

2、企业竞争格局：主流企业加速扩张布局

经过初期的发展，第三代半导体迅速在新能源汽车、5G基站、PD快充等领域应用，市场规模增长迅速。同时，行业内的竞争也逐渐加剧。为了迎合市场需求，抢占市场地位，国内主流半导体企业均加强在第三代半导体产业的布局，扩充第三代半导体的产能。其中，代表性的主流企业有三安光电、中电科55所、泰科天润等。

行业发展前景及趋势预测

1、2025年行业规模有望超过500亿元

第三代半导体已经写入“十四五”规划。在国家政策的支持和下游需求增长的背景下，预计到2021-2025年，我国SiC、GaN电力电子器件应用市场将以45%的年复合增长率增长至2025年的近300亿元GaN微波射频器件市场规模将以25.4%的年均复合增长率增长至2025年的205亿元。2025年第三代半导体整体市场规模有望超过500亿元。

2、国产化进程将加速

未来，在市场竞争趋势方面，我国第三代半导体行业国产化率将会加深在细分产品发展趋势方面，SiC需求将会增长在技术发展趋势方面，大尺寸Si基GaN外延等问题将会有所进展。

以上数据参考前瞻产业研究院《中国第三代半导体材料行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

---