
国务院发布的《“十三五”国家科技创新规划》中,第三代半导体被列为国家面向2030年重大项目之一。厦门市也把第三代半导体产业列入着力培育的具有发展潜力的十大未来产业。近年来在中央和各地政府出台政策的大力支持下,以及伴随新能源、智能制造、人工智能、5G通信等现代产业兴起所带来的庞大市场需求的推动下,一大批行业龙头企业近年来纷纷展开大规模投资,以期赢得发展先机。目前国内厂商在第三代半导体有全产业链的布局,产业已呈现快速发展势头。
夯实第三代半导体产业基础
虽然第三代半导体有着诸多优异的性能,但它也不是“万用神丹”。例如,智能手机中的处理器、电脑中的CPU等,从目前看不太有可能换为第三代半导体材料,至少在相当长的时间里第三代半导体还不可能完全取代前两代。
第三代半导体是以宽禁带为标志,决定了它的制造难度不可能比前两代低,暂且不说它能否制成各种功能的替代芯片,就是生产同样功能的器件,第三代半导体对制造工艺和设备的要求也不可能更低,成本也难以更低。
第三代半导体无论是单晶生长、外延层生长还是器件制造,目前处于领先地位仍是美国、欧洲、日本。况且许多基础的半导体工艺技术是相通的,无论哪一代半导体都需要,而在这些基础方面人家比我们强,想跳过或绕过这些薄弱点弯道超车或换道超车,是不太现实且有风险的。
产业的发展有其自然规律,我们可以通过政策、资金等推动加快发展,而不应是光想着跳过、绕过或其他取巧的方式。要改变我们在半导体芯片方面的被动局面,光靠第三代半导体是不够的,更不是一朝一夕就能实现的,需要上游的材料和设备,中游的芯片设计、制造和封测,下游的应用等全产业链较长时期的共同努力,补上我们在半导体基础技术、工艺、设备等方面的短板,夯实基础,才有可能实现在第三代半导体突破性发展。据路透社报道,韩国政府近日表示,其目标是到2030年,实现半导体制造产业链中50%的原材料、部件和设备可以在本土采购,目前这一比例只有30%。
这是韩国尹锡悦政府芯片产业强化战略的一部分。拥有全球最大存储芯片制造商三星和SK海力士的韩国,正寻求加强供应链的资源保障和稳定性,以打造成为该领域的“超级大国”。
韩国工业部称,将扩大对芯片产业的税收激励和支持措施。韩国芯片产业计划到2026年总计投资340万亿韩元。
其中,韩国政府和私营部门将投资3000亿韩元用于小企业创新和芯片设计公司的兼并和收购,这项投资将于明年开始。韩国还将在2024年-2030年花费9500亿韩元用于开发电力和车用芯片的可行性研究,到2029年前花费1.25万亿韩元开发人工智能芯片。
此外,韩国政府将研究在作为扩大芯片生产中心的地区——包括平泽和龙仁,为电力和水供应等生产基础设施提供更多资金。韩国政府还将考虑扩大对大公司的基础设施投资予以税收减免。
根据该计划,韩国政府和私营部门将共同努力,在10年内培训至少15万芯片行业人才,以增强劳动力储备。
2019年6月底,日本突然宣布对韩国暂停3种半导体核心原材料的供应,此举对于经济处于衰退边缘的韩国来说,无疑是一记重大的打击。
虽然如今日本在半导体行业的市场份额已经被美韩两国瓜分得所剩无几,但是在韩国进口的半导体材料中,32%来自日本。日本宣布停止供应的3种核心原材料——氟聚酰亚胺、光致抗蚀剂和高纯度氟化氢,韩国对其依赖程度分别达到93.7%、91.9%和43.9%。
即便日本之后恢复了对韩国部分半导体原材料出口,但是这一事件却让韩国半导体行业深刻意识到,对国外的依赖太严重了。随随便便的一次断供,就能扼住韩国半导体行业、甚至是整个韩国经济的咽喉。韩国工业部长宋允模也表示,尽管日本已经放松了对光刻胶的出口限制,但这并不是根本的解决方案。
与日本相比,韩国半导体技术的基础本就非常薄弱,而在三星致力于争夺半导体市场之际,日本却默默将两国的技术差距进一步扩大,这才有了日本轻易扼住韩国半导体"咽喉"的局面。对日本来说,这是本国半导体受到了韩国全面威胁后必要的战争,对韩国来讲,这是背靠大树“摸着日本过河”后必然的战争,这样的战争今后也有重燃的危险。
根据韩国产业通商资源部20日数据,今年上半年韩国进口材料·关键零部件·技术装备为1300.67亿美元,其中从日本进口200.72亿美元,占比15.4%,创下开始相关统计的2012年以来最低水平。
与10年前同期的24.2%相比,韩国对日依存度下降8.8个百分点。日本2019年7月限制对韩出口高纯度氟化氢、氟聚酰亚胺、光致抗蚀剂3种关键半导体材料,一个月后将韩国踢出日本的贸易优待白名单。此后韩国在材料·零件·装备方面的对日依存度不断下降。在从2019年上半年的16.9%小幅提高到2020年下半年的17.4%后,去年上半年大跌至15.9%,同年下半年再降至15.8%。
世界前两大芯片制造集群位于韩国的首尔以南和中国台湾西海岸。每一个都是数十年来通过政府、工业界和学术界之间谨慎、持续的合作建立起来的。这种高瞻远瞩、多方利益相关者的产业政策解释了各自集群的产业主导地位。
韩国还面临着强有力的竞争者,中国凭借大力投放的资源和摆脱外国依赖的决心,想要发展其半导体产业。中国半导体产业的崛起可能会影响韩国的技术领先地位。
“就中国而言,他们在半导体领域进行了大量投资,并且在许多方面已经领先于韩国,”电子工程教授 Cho 说。有分析指出,中国的半导体产业在全 社会 的一致努力下,将快速发展,巨大的国内市场也为其提供了机会。
此外,美国、欧盟和日本也渴望通过在该领域投入数百亿美元来重新获得自己的芯片制造基地。
面对人口减少和地缘政治不确定性,韩国经济要继续增长和繁荣,全力培育其芯片产业势在必行。
2021年5月,韩国宣布了一项高达4500亿美元的芯片投资计划,被称为“K-Semiconductor Belt 战略”,旨在将国家芯片产业提升到一个新的水平。当然,行业参与者已经宣布了大部分资本支出。
时任总统文在寅当时表示,韩国“将巩固其作为世界顶级存储半导体生产国的地位,并在逻辑半导体领域也处于全球领先地位,从而实现成为韩国综合半导体强国的目标。”
这种巨额支出将不得不继续下去。韩国未来的三个战略产业(逻辑半导体、现代 汽车 和生物制药)中,半导体产业将吸收该国的大部分投资资本和人才。
韩国发展半导体产业遇到的最大的障碍可能是韩国的监管机构。地方和国家层面的官僚作风、日益严格的环境监管、当地居民的抵制和房地产机会主义都让在韩国开展业务变得困难。
例如,三星宣布在平泽新建芯片制造厂后,该公司花了近五年时间才开始建设。
与行业内的竞争国家相比,宣布和建设之间的时间差距可能只有几个月。
很难说韩国能在芯片行业的顶峰地位保持多久。但随着国家经济的繁荣和声望,它将以前所未有的方式竞争。
两百年前,作为法拉第效应的诞生地,欧洲掀起了对半导体领域的狂热研究和实践。很长一段时间内,欧洲是半导体最发达的地区之一,西门子、飞利浦赫赫有名。
然而,两百年后,半导体世界风云变幻,鬼才频出。小到移动终端,大到数据中心,半导体材料,晶圆代工,市场越做越大,而以稳健著称的欧洲半导体企业却依旧停留在自己的原赛道上,稳健有余,亮点不足。
以大名鼎鼎的欧洲半导体三巨头:意法半导体、英飞凌和恩智浦为例,他们都专注于 汽车 电子产业(三家的 汽车 业务最多的超过了50%,最低的也高于40%)而错过了存储器、晶圆代工、智能手机芯片等高速发展的热门领域。这也是欧洲半导体行业的“特色”所在。 一方面,研究领域单一,另一方面又没有新的企业入局和迭代,这使得欧洲半导体的“格局”越来越小。
再看看几位“后来者”:
日韩 上世纪末集全国之力冲击存储器、手机芯片、半导体材料等领域,曾一段时间半路超车打破欧美的垄断局面,拿下不少的市场蛋糕,冲出了三星、东芝、SK海力士等如今响当当的名声。
中国台湾 台积电芯片代工世界第一,2019年市占率超50%,在先进制程代工、5G手机芯片领域无人能敌,而今年,由于疫情、中美贸易战等影响,包括台积电在内的台湾芯片代工业也必将产能爆满,营收翻番。
中国大陆 由于对半导体需求巨大,政策利好不断,虽仍存技术壁垒,但整体情形向好,半导体市场活力十足。
美国 早期借助贝尔实验室等扎实的科研力量在与欧洲的半导体理论较量上远胜一筹,后期更是成为半导体企业的千亿俱乐部,除了拥有英特尔、英伟达、高通、IBM、德州仪器、博通等市值超千亿的芯片企业,在IP领域也占据半壁江山,成为真正的芯片霸主。
然而,强悍如欧洲自然也不会坐以待毙。 昨天,欧盟委员会就发布了一项“2030年数位罗盘”规划 , 计划“到2030年,欧洲先进和可持续半导体的生产总值至少占全球生产总值的20%,生产能力冲刺2nm,能效达到今天的10倍。”
尽管如此,还是让人捏把汗。事实上,从上世纪八十年代起,欧洲曾发表过多项战略计划:ESPRIT(欧洲信息、技术研究发展战略计划)、RACE(欧洲先进通信技术研究开发计划)、JESSI(欧洲联合亚微米硅计划)等,自主可控也一直是众多计划所倡导的主旋律。
但在四十年后的今天,欧洲半导体市场却并未展现实现计划中所期待的半导体振兴。
据前瞻产业研究院数据,欧洲近年的全球市场份额都维持在10%左右(全球总量约为4400亿美元,欧洲约为440亿左右),甚至不及其GDP在全球16%的占比。
究其原因,
一方面欧洲是多国联动,受政治经济等因素影响,“执行力”差在所难免。
此外,欧洲三巨头一直以来在市场份额和营收排名中,其实表现很优异。抛开大环境不管,“幸福感”还是很强的。
不久前,欧盟已经讨论了建立一个新的代工厂的可能性,或者改造现有的代工厂,作为提高欧洲半导体产量计划的一部分。但是建立尖端制造工厂又何尝是一件容易事?
美国半导体产业协会(SIA)去年的一份报告显示,一家大型工厂的建设和组装成本可能高达200亿美元。此外,这些工厂可能需要很多年才能盈利。
近几代芯片的成本也一直在上升。正如英特尔所发现的那样,掌握制造最小晶体管所需的最新技术工艺是一项巨大的挑战。最近,苹果和台积电在敲定3nm第一单后,正联合推进2nm工艺,很可能在中国台湾的新竹县宝山乡作为试验和开发基地。如果一切顺利,将会在2023年试产。不过,即使台积电和苹果这两大业界巨头合作进行研发,2nm工艺的开发仍然有很大的难度。
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