半导体巨头并购提速,大硅片寡头垄断加剧,国产替代亟需突围

半导体巨头并购提速,大硅片寡头垄断加剧,国产替代亟需突围,第1张

硅片是生产芯片、分立器件、传感器等半导体产品的关键材料,目前90%以上的半导体产品均使用硅基材料制造,硅片占半导体材料市场规模比重约为37%,位居半导体三大核心材料之首,因此,半导体硅片被誉为半导体行业的“粮食”,虽然全球市场总规模不大,但至关重要。

近20年以来,半导体硅片长期被日本信越、日本胜高(SUMCO)、环球晶圆、德国Siltronic、韩国SK Siltron等少数寡头企业垄断。2019年,行业前五大企业合计销售额占全球半导体硅片行业销售额比重高达92%,我国90%以上的硅片需求依赖进口,基本不在国内生产,目前,硅片垄断局面还在加剧。

11月30日,德国硅片制造商Siltronic AG表示,正与环球晶圆开展深入谈判,后者拟以37.5亿欧元(约合45亿美元)将其收购,双方预期在12月第二周,取得Siltronic监事会及环球晶圆董事会核准后,进行BCA签署。

环球晶董事长徐秀兰指出,双方都认为结合后的事业体会有很好的成效,将更能互补地有效投资,进而扩充产能。

并购前,德国Siltronic为全球第四大硅晶圆厂,市占率约为7%,环球晶则为全球第三大厂,市占率达18%,收购完成后,环球晶在全球硅晶圆市场占有率有望一举跃升至25%,逼近日本胜高的28%,同时意味着全球晶圆市场将呈现日本信越、胜高、环球晶圆、SK Siltron四强争霸的格局,进一步垄断市场。

根据IC Insights的报告,今年仅ADI收购Maxim、英伟达收购ARM、SK海力士收购英特尔存储业务、AMD收购赛灵思四起收购案的交易额就高达1050亿美元,外加Marvell100亿美元收购Inphi、环球晶45亿美元收购德国Siltronic,2020年半导体并购金额已经创下 历史 新高。

去年,韩国SK Siltron为防止日本出口限制,收购杜邦碳化硅晶圆事业部,在区域全球化抬头的当下,各巨头抱团取暖,通过并购来加强各自的优势,以应对快速变化和复杂的局面。

以半导体设备巨头应用材料为例,在2018年之前的几十年内,应用材料长期稳坐全球半导体设备第一供应商的位置,凭借的就是全面且强大的产品线,特别是在具有高技术含量的半导体制造前道设备,该公司具有相当深厚的技术功底。

但从 历史 来看,应用材料正是通过一系列的并购,来加强自己实力的,虽然从1967年-1996年的30年间,应用材料只有一次核心业务相关的并购,但在1997年-2007年十年间,先后发起了14起并购案,不断完善自己的产品构成。

截至目前,应用材料的产品线涵盖了半导体制造的数十种设备,包括原子沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、离子注入机、刻蚀机、化学抛光及晶圆检测设备等,预计2020年,应用材料半导体设备的市场份额将从去年的15.9%提高至18.8%。

查阅了近几年的国内半导体海外并购案例,主要有五起:

2013年紫光集团17.8亿美元收购展讯,2014年9.07亿美元收购锐迪科,后合并成为紫光展锐;2015年合肥瑞成18亿美元收购高性能射频功率放大器厂商AMPLEON;2016年中信资本、北京清芯华创投资与金石投资19亿美元收购CMOS传感器厂商豪威 科技 ;

2016年长电 科技 以7.8亿美元收购新加坡封测厂金科星朋;2017年建广资产27.5亿美元收购恩智浦标准件业务,今年6月安世半导体正式注入闻泰 科技 。

其他的海外收购基本都在5亿美元以下,特别是国产替代加速的最近三年,鲜有海外并购的大案例,想着国内半导体厂不差钱,但为何还是买不来?

实际上,国内企业海外并购,特别是半导体海外并购还真不是钱多就能解决的问题,早在1996年,西方42国就签署了集团性限制出口控制机制——《瓦森纳协定》,简单来说,就是成员国内技术转让或出口无需上报,但向非成员国转让需要上报,以此达到技术转让监管和控制的目的。

并且这份协定很与时俱进,以大硅片为例,2019年底修订的《瓦森纳协定》,就新增了一条关于12英寸大硅片技术的出口管制内容,直指中国集成电路14纳米制程工艺,以及上游适用于14纳米工艺的大硅片。

封锁的还不止拉高纯度单晶硅锭的设备和材料,更是从切割抛光好的硅片具体参数上进行了限制,专门针对适用于14纳米制程工艺的各种硅片。所以说,小到具体产品参数都能安排的明明白白,更别说直接并购先进企业,基本没有可能。

如果说美国单方面打压华为是凭借自身实力,那么通过《瓦森纳协定》限制技术出口,就相当于是在全球拉圈子,限制圈内技术出口,圈外想用,就只能用廉价劳动换取圈内输出的高附加值成品,《瓦森纳协定》相当于“金钟罩”。所以并购不来的公司,只有自己造。

实际上,光伏用硅片已经被国内的厂家玩出白菜价,半导体用的硅片之所以被国外垄断,难度在于单晶硅的纯度和内部缺陷的控制,我们做的不好。

在纯度上,光伏用的硅片6个9就够了,但半导体硅片需要11个9,也就是99.999999999%,问题就在这个纯度上面,拉出来的单晶硅锭纯度不够,内部缺陷、应力、翘曲度也跟国外有差距,做出来的芯片良品率就比较低。

所以为了良品率,晶圆厂都愿意愿意花高价买更高质量的硅片,而不愿意花低价买低质量的硅圆片,因为会导致最终芯片的良率,我国生产的硅圆片打不开国际市场就是凭证。

对于单晶硅的提纯和晶体缺陷控制,需要基于长期实践经验的积累和现场错误的总结,这是各个厂商的高度保密的技术,因为这方面的因素,国外硅片厂都没有在国内设厂。

目前,沪硅产业打破了我国12英寸(300mm)半导体硅片国产化率几乎为0的局面,推进了我国半导体关键材料生产技术自主可控的进程;中环股份现也已具备3-12英寸全尺寸半导体硅片产品的量产能力。

总的来说,当下全球市场主流的产品是12英寸,使用比例超过70%,主要应用在智能手机、计算机、人工智能、固态硬盘等高端芯片上。目前4-6英寸的硅片已可以满足国内需求,8英寸也日渐成熟,进入大规模国产替代阶段,但12英寸才刚刚进入初级阶段,还面临EPI、位错等诸多难题待解决,替代之路仍任重道远。

5月15日,美国商务部宣布,所有使用美国半导体生产设备、知识产权或者设计软件的非美国芯片制造商,在向华为出货芯片前都必须申请许可,但考虑到该项规定修改会给全球芯片制造商带来极大冲击,所以给了120天的宽限期。这意味着即使芯片不是美国生产制造,但是只要在生产线的某一个环节哪怕仅仅使用了美国设备,其芯片生产也要经过美国政府的同意。如果这个管制措施一旦成立,那么意味着海思半导体最大的供货商台积电将无法向华为制造提供芯片,华为的芯片产业链在短期内会受到打击。

回顾美国过去针对华为的一系列禁令:中国缺芯,美国通过芯片限令来掐脖子;中国搞定芯片,美国就通过芯片制造来阻止;中国搞定芯片制造,美国则将通过制造设备、材料以及软件来控制。因此,中国走出芯片困境,需要勇气和理性并存。

那么在半导体行业,中国卡脖子的地方在哪儿?为此我们需要梳理芯片产业链。

(1)产业链上游——芯片设计自主可控

回顾中国芯片的发展历程,我们会发现与芯片工艺相比,我们更擅长在芯片设计领域追赶。举例来说,20年前我国在无线调制解调芯片是一片空白,而到了今天华为已经有能力发布性能领先全球的5G调制解调器芯片了。从经济和社会角度分析这个问题,这是因为芯片设计可以走Fabless的商业模式,Fabless的商业模式允许芯片设计公司无需承担建造Fab的风险和巨额费用,因此芯片设计公司需要的资本量比较低,资产主要是设计IP等虚拟资产,换句话说少量资本即可撬动芯片设计公司去获取大量收入并带来回报。因此,芯片设计公司无需国家资本的大量资助就能做得有声有色,光靠社会力量也能把芯片设计这项事业做得很好。在手机芯片的研发设计领域,中国大致形成了“1+N”的格局,其构成简单来说,就是华为海思做大哥,带着一群如韦尔、圣邦、卓胜微、兆易创新等围绕着华为产业链做替补的小弟。

主攻手机核心SoC和基带芯片的华为海思,已经站在了全球Fabless设计领域的制高点上了。华为今年在中国SoC芯片的市场占有率已经达到了43.9%,甚至超过了由小米、OV以及一众二线厂家共同供养的高通骁龙,跃居中国第一。而去年发布的麒麟990 5G的跑分更是吊打同时期的高通骁龙855plus,与年末发布的骁龙865相差无几。

基带芯片,可以说是手机里最核心的部件之一。强如苹果,面对高通的基带专利,也不得不乖乖的交上保护费。而唯一能与高通一战的,就是海思的巴龙系列基带芯片。去年年初,华为发布巴龙5000,成为全球第一款单芯片多模5G基带芯片,并支持率先支持SA独立组网与NSA非独立组网。

在此之上,华为还将巴龙5000集成到了麒麟990 5G处理器中。在芯片上,更强的集成就意味着更小的面积、更低的功耗,而在麒麟990 5G之后发布的骁龙865却为了能够尽快上市,选择了外挂5G基带。这也难怪在5G手机出货量已经直逼40%的中国市场,高通的市场份额会被华为反超。

(2)产业链中游——芯片代工国内仍需培育

对于华为来说,无论是外购,还是自研芯片,大部分都是通过晶圆代工生产,再交由OSAT厂进行封装测试的,如果没有代工厂的支持,华为就算设计出令高通颤抖、英特尔落泪的高精尖芯片,但也可能会变成废纸。而这一块则集中在中国台湾地区,特别是台积电和日月光,负责大部分华为用芯片的制造和封测。代工厂主要负债半导体制造,其核心工艺是晶圆制造和晶圆加工,要比后面的封测环节难得多,此处的设备投资非常庞大。在建厂全部的投资中半导体设备投资占比67%,在这67%的投入中,晶圆制造设备占到了70%以上。因此Foundry(代工厂)模式的投资规模较大,资产较重,维持生产线正常运作费用较高;需要持续投入维持工艺水平,一旦落后追赶难度较大。所以总体而言,芯片制造的投资可谓天量级别,有人这么比喻,建两座最新的12寸晶圆厂相当于一个三峡大坝。因而,芯片代工也进入了淘汰赛,形成了“一超多强”的格局:中国台湾的台积电,占据市场51%份额,是当之无愧的头号玩家;韩国三星则占据19%份额,在强悍追赶;第三、四名的联电、格罗方德已经举手投降,表示不再研发14nm以下制程。排名第五的中芯国际是大陆最大最先进的代工厂,但只有不到6%的市场份额。过去由于台积电工艺制程领先,而且配合华为主动扩产,华为海思芯片长期都是由台积电代工,订单金额占到台积电收入的14%,仅次于苹果的23%。华为、台积电双方互相依赖的重要性,显而易见。但美国这次对华为的“精准打击”意味着台积电对华为的供货将受到阻碍,那么我们会问大陆是否有可以挑大梁的公司。答案是有的——中芯国际,但技术改进和研发资本投入仍然任重而道远。一方面中芯国际落后台积电2代的制程,另一方面为保障产能,需要有大额的资本开支,但2015-2019年中芯国际的资本开支总计大约100亿美金左右,还不到台积电一年支出。至此,中芯国际虽然仍不是台积电的对手,但是至少已经完成了优秀备胎的自我修养。但是,同样,受美国新规的限制,中芯国际恐怕后续如果要为华为代工芯片也需要获得美国的许可证。有人提出中芯国际是中国国内的企业,可以不用管美国的政策。但一旦,美国认为中芯国际违规,可能迫使美国应用材料、泛林半导体等远程锁死中芯国际的设备,使其变为无法工作的“废铁”。

(3)产业链下游——底层亟待突破

前面提到了半导体设备的重要性。美国设备企业2019年度的销售收入在全球半导体设备行业占49%,其中应用材料位居行业第一(应用材料、泛林),而我国在光刻机、离子注入机、量测设备、SOC 测试机、PECVD 等设备领域的国产化程度低,对美国设备品牌的依赖程度为 47%。美国最新针对华为的政策,在很大程度上就是落脚在半导体设备上的。即使华为大部分芯片都能自研完成,也必须交由晶圆代工厂,而无论是台积电,还是中芯国际,它们采用的半导体设备,有相当一部分都是来自于美国的,因此,要用这些设备为华为生产芯片的话,按照美国的说法,必须先经过其批准才行。这样的“长臂管辖权”具有很大的杀伤力。

同样在上游环节,半导体软件(主要包括EDA设计软件和 OPC、SMO 等光刻计算软件)被美国绝对垄断,本土品牌仍在培育期。在半导体材料领域,日本处于领导地位,美国企业在不少细分领域处于龙头地位,因半导体材料国产化处于起步阶段,美国及瓦森纳升级技术管控(2020年2月24日,日本媒体Japantime报道,包括美国、日本在内的瓦森纳安排Wassenaar Arrangement”42个成员国在2019年12月同意扩大出口管制范围,新增加的管制范围包括可用于军事目的的半导体基板制造技术和用于网络攻击的军事软件),仍将制约我国半导体行业的整体发展。

对于半导体软件,EDA软件的问题还是有解决方案的。一方面,可以通过一些技术措施,延续对原有软件的使用;另外,即使来自国外的先进软件彻底断供了,本土的产品也是可以用的,不过,其整体水平肯定低一些,如果用的话,在几年时间内,设计出芯片的整体性能恐怕是要打一些折扣了。不过,这也是在所难免的。

(4)破局与未来推演

卡脖子的点在于半导体设备,直接影响代工厂能否向华为供货。在短期内半导体设备无法自主可控,那么中国可能推出反制措施,但可能会比较克制,视美方的反应,而逐步加重,一次性把能打的牌都打完是不理智的。预计双方之间的会斗上几个来回。短期内可能不会有结果。

危机中也蕴含机遇,美国此次欲推出的断供政策将进一步促进华为供应链国产替代,这是国内半导体产业链十年难遇的大机遇,会加速制造、设备材料环节的国产替代机会。本轮新的管制协定对国内半导体制造和半导体设备也是一个很大的机会。据了解,华为对于国产化目标是,只要性能达到要求的国产供应商就会100%采用。

基于此,从美国企业的角度看,美国之前的禁令已经让一些美国芯片厂商及含有美国技术25%的芯片厂商不准向华为供货了,现在新规又迫使华为没法用自研芯片,那么这不等于美国忙活半天,为日韩欧及中国其他芯片厂商拉生意?因此,芯智讯认为,接下来美国可能会放开很多国产芯片可替代的美国芯片厂商,给他们发放许可,让这些厂商可以与华为做生意,并促使华为增加使用美系芯片。这样华为可以继续维持运转,但是却等于是废了华为的武功(无法用自研芯片),然后让其开始依赖美系芯片(指的是那些可以被替代,但是目前相比国内芯片仍然有一定的优势的美系芯片),从而使其产品失去技术领先性,失去市场的领先地位。

摘引文献:

1、谁来帮助华为:三大赛道的崛起与困境,2020

2、华为芯片产业链的变数,2020

3、美国升级管制措施之后,关于华为事件的终极推演,2020

4、中银证券—半导体设备、材料、软件点评,杨绍辉,2020

美国加大制裁力度,恰恰说明中国的半导体产业崛起速度已经远远超出了他们的预期。作为一个科技力量飞速发展的大国,中国对于半导体产业的攻坚之战势在必行。美国的制裁行为只会让他们在国际上愈发地臭名昭著,最终逐渐失去其他国家的信任。

芯片是人类历代研究成果不断累积而成的巅峰之作,代表着现代科技的最高水平。同时,芯片也是未来工业持续向上发展的关键。美国过去享受着科技霸权所带来的丰厚利益,不断地利用巨大的优势收割全球的财富。为了巩固这一霸权地位,美国会不计代价地打压其他国家的半导体产业,而首当其冲的就是中国。

一、这些年中国在相关领域取得了众多成果

在相关技术被严格封锁的情况下,中国的半导体产业一直迎着逆流前进。从低端芯片做起,一步步稳扎稳打,不断完善半导体供应链结构。依托消费电子、新能源汽车等产业对于芯片源源不断的需求,国产的半导体企业得到了充足的订单。

二、美国无视规则一意孤行终会作茧自缚

美国的制裁几乎对全世界的半导体企业都产生了冲击,这一行为已经引起了公愤。虽然碍于美国的实力,许多企业无法正面反抗他们,但这样的局面不会持续太久了。

三、未来中国必将成为世界顶尖的芯片强国

中国是世界上最大的半导体消费国,在这里领域占据着举足轻重的地位。而且随着未来科技的进一步兴起,这一地位的价值会不断地得到凸显。全世界半导体的发展一旦脱离了中国都将成为空中楼阁,这是大部分国家都已经明白的道理。

哪些国内的半导体企业未来有望突破高端芯片制造技术呢?


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