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2020中国四大产业链价值节点和八大热门投资地域

来源:PCB人才网 时间:2020-01-03 作者:PCB人才网 浏览量:

中国半导体产业分布形状:橄榄球

完整的半导体产业链大致分为三块:EDA/IP/设计服务、芯片设计(Fabless)、晶圆制造/封装试。健康的产业结构应该呈橄榄球形状,中间最粗的部分是芯片设计(Fabless),无论企业数量还是销售产值都应占据最大部分。左边的是EDA/IP和设计服务部分,占比较小但却是整个产业的技术源头。右边是晶圆制造和封部分,属于典型的资本密集型产业(当然先进的晶圆工艺和制造设备也需要投入尖端技术的研发)。

芯片设计

过去10年来,中国半导体产业已经从封占比高达48%的“小设计-小制造-大封”结构逐渐转变为“大设计-中制造-中封”结构。2010年中国IC设计业的销售收入仅550亿元,到2018年增长到2577亿元,在整个半导体产业的占比已经提升到38.6%。2019年全年IC设计销售收入突破了3000亿元大关,约为440亿美元(按照美元兑人民币1:7的比率),预计在全球集成电路产品销售中的占比将第一次超过10%。

中国的芯片设计公司数量从2010年的582家增长到2019年的1780家。除了北京、上海、深圳等传统设计企业聚集地外,无锡、杭州、西安、成都、南京、苏州、合肥等城市的设计企业数量都超过了100家。在国家政策、市场需求和中美贸易摩擦等多种因素影响下,IC设计企业的增长对整个半导体行业的健康发展是有益的。但我们也要认识到,芯片设计是一个资本和智力高度密集型的全球化竞争行业,兼并整合是必然趋势。根据美国和全球芯片行业的历史发展,笔者认为接下来的10年中国IC设计行业将出现频繁的收购和兼并,甚至关闭现象。10年后中国的IC设计公司数量将减至500家左右,其中具有大中型规模的仅100家左右。

晶圆制造

根据芯思想研究院的最新统计,截止2019年底中国12英寸晶圆制造厂装机产能约90万片,较2018年增长50%;8英寸晶圆制造厂装机产能约100万片,较2018年增长10%;6英寸晶圆制造厂装机产能约230万片,较2018年增长15%

2020年,有一定半导体产业基础的省市将会加大投资和扶持力度,这虽然在一定程度上可以促进中国半导体产业的发展,但笔者认为地方政府不应盲目上马晶圆制造和封工厂项目,毕竟半导体制造项目不是房产和基建项目,其市场和竞争是全球性的,而且需求也是有周期性波动的。没有多年半导体行业经验积累、技术沉淀和固定客户基础的企业将难以适应快速的市场变化,而不得不变卖出售,甚至倒闭。

EDA/IP和设计服务

EDA/IP和设计服务是中国半导体产业结构中最为薄弱的环节。新思、Cadence和Mentor(现在是西门子工业数字软件的一部分)这三大EDA厂商主导着全球IC设计工具,在中国尤其如此。10年前中国的本土EDA产业几乎是一片空白,即便到现在也只有10多家EDA企业。

全球IP规模约36亿美元,其中Arm一家就占据了一半,但IP是复杂SoC设计的重要组成部分,可以说是整个产业链中最有价值的环节。中国在这一环节也是十分微弱,笔者认为国家和地方政府应该给予为数不多的本土EDA和IP开发企业大力扶持,因为这基本都是软件方面的研发,主要是专业人员的智力投入,由此产生的技术创新对产业链后端的设计和制造都会产生10倍甚至100倍的增量效应。

从整个产业的资源优化配置来说,设计服务扮演着至关重要的角色。鉴于中国IC设计人才的严重匮乏,而芯片设计公司、OEM厂商和互联网公司对芯片的定制化需求又比较高,高质量的设计服务可以很好地满足这些要求。

中国半导体的四大产业链价值节点

这1800家IC设计公司要开发、设计和制造自己的芯片,就需要EDA工具、各种IP、晶圆代工、封装试,以及定制化设计服务。笔者根据在2019年ICCAD年会上的现场访谈和IC设计相关的企业采访报道,分别从产业链上下游的四个价值节点对中国半导体产业的现状及未来发展给予全面的观察和剖析。

1. 晶圆代工:“国产替代”导致产能吃紧

2019年初,整个半导体行业弥散着下滑、衰退和不确定的气氛,产能闲置率较高,而现在却呈現出全面产能吃紧的状态。晶圆代工厂商如果现在还拿不到足够的订单,这一轮需求旺盛的时期可能就要错过了。虽然现在建造一座晶圆厂就像建造一艘航母一样造价高昂,但建厂还不是最难的。按照台积电(南京)公司经理罗镇球的说法,更为艰巨的考验在于庞大资金投入后的工厂运营和客戶服务。检验一座晶圆厂是否投资合理、运营稳健,从投资开始算起3年后的财务数字可见端倪。在全球经济不稳定和半导体产业变幻不定的大环境下,准确把握市场走势变成了一门科学与艺术的平衡学。但是无论市场和外部环境如何变化,关键是要清楚自己的方向,并且要始终保持一贯性。

晶圆代工出现产能吃紧的状况,是哪些需求在驱动呢?UMC旗下的苏州和舰经理林伟圣认为传统工艺和特殊工艺的产能吃紧,最大驱动力是“国产替代”。由于国产芯片替代的全面启动,模拟IC和电源管理器件的需求明显变强了。从具体应用来看,蓝牙TWS需求上来了、IoT芯片和OLED驱动器需求也大了。80/55/40nm的产能都开始出现紧缺,估计28nm产能的需求也将在2020年趋热。另外,由于智能手机摄像头的增多,图像传感器(CIS)等特殊工艺的可用产能也不多了。之,中美贸易战和国产芯片替代正在促使着代工产能趋向饱和。

另外,从大陆两家最大的晶圆代工厂商中芯国际和华虹宏力的第三季度财报也可以看出,受惠于“国产替代”,两家公司的营收较上一季度都有增长。来自中国区的客户需求强劲,占中芯国际营收的60.5%。随着5G的大规模商用及公司14nm工艺的导入,2020年中芯国际将走出调整期,重新恢复高增长。

专注于“特色工艺”的华虹半导体在MCU、超级结、IGBT、通用MOSFET、电源管理芯片和模拟产品方面都有强劲需求,来自中国区客户的营收占幅达62.2%。随着无锡12英寸晶圆厂的投产和良率提升,2020年华虹半导体将迎来全面的增长。

2. 设计服务:芯片设计从“Fabless”转向“Design-lite”

全球半导体产业的发展经历了三次转移,从上世纪60年代Fairchild和TI主导的美国军工时代,到70年代日本主导的家电时代,再到80-90年代Intel主导的PC时代,以及2000年以来Arm和台积电主导的智能手机时代,直到现今的AIoT时代。

随着半导体产业从重到轻,从美国到日本,再到韩国和台湾,直到今天和未来10年往中国大陆的转移,我们同时也看到芯片设计逐渐变轻。从最初的系统厂商,到IDM,再到晶圆代工和Fabless,芯片设计和制造逐渐分离。半导体产业发展到今天,即便Fabless也是“重设计(Design-heavy)”,开发一颗芯片需要几百人花费几年时间才能量产商用,这样的花费和耗时显然已经不能满足5G+AI+IoT融合的快速发展时代的需求了。

除了传统的大中型fabless公司外,电子系统厂商、汽车厂商和互联网公司现在都在尝试做自己的芯片,而以AI芯片为首的芯片设计初创公司也希望低成本、高效率地开发特定领域专用的芯片。像芯原和摩尔精英这些提供芯片设计专业服务的公司已经看到了这样的需求趋势,在设计和服务理念上也在做出相应的改变。芯原创始人兼董事长戴伟民博士提出了从“重设计(Design-heavy)”到“轻设计(Design-lite)”的理念。

对芯片设计初创企业来说,“轻设计”是很自然的选择,因为尽量选择芯片设计服务公司提供的标准IP、软件工具和设计服务,可以降低风险和成本,并快速将芯片推向市场。当然,自己核心的技术是不能外包的,否则就失去了市场竞争力。对于系统厂商和互联网企业,轻设计也是明智之选。这类客户设计芯片不是对外销售,而是满足自己特定的需求,芯片不是其核心业务和技术,很多行业通用的IP、软件和最佳实践其实没有必要自己从头设计。

3. EDA工具:中国更需要“云端EDA”

2018年10月TSMC与Cadence合作,成功为SiFive流片第一颗在云端设计的芯片。虽然到目前为止Cloud EDA的优势还没有得到验证,但EDA逐渐走向云端是必然趋势,尤其是中国芯片设计行业。大规模并行计算的算法和拓扑结构使得芯片设计的时间和芯片PPA(性能-功耗-面积)都有了大幅提高。不管是芯片整体设计的周期缩短,还是整体芯片设计性能的提升,云计算在芯片设计中都将发挥越来越重要的作用。

中国芯片需求巨大,更需要完善的EDA工具和IP产品线,及足够的人才储备。将EDA工具和IP搬到云端,不但可以大大简化设计流程,而且可以降低IP和EDA被盗取的风险。如果设计后端和基础设置都部署在云端,就可以大大解放生产力,缓解IC设计人才短缺问题。

虽然三大EDA巨头仍然主导着全球和中国EDA市场,但本土EDA厂商也有着巨大的发展空间。华大九天现在已经可以提供模拟设计全流程、数字SoC设计优化解决方案、晶圆制造辅助EDA工具以及平板显示设计全流程。在EDA市场,光靠国产情怀和便宜的价格是无法参与竞争的,也不可能得到客户的认可,核心和关键还是要技术创新,以客户需求为导向,做有竞争力、符合市场需求的产品才能得到市场的认可和客户的认同。

由中芯聚源投资的苏州芯禾科技最近完成C轮融资,并启用全新的EDA软件品牌“芯和半导体”。这家EDA公司专注于HSD/IC/封装软件工具、集成无源器件IPD和系统级封装SiP微系统的研发,为半导体芯片设计公司和系统厂商提供高速数字设计、IC封装设计,以及射频模拟和混合信号设计等EDA方案。

本土EDA细分市场的兼并整合也开始出现,这是EDA厂商优势互补做大做强的健康发展之路。2018年被国微集团收购的S2C是一家专注于FPGA快速原型验证的EDA供应商,像S2C这样的本土小型EDA公司在匹配客户需求和市场动向方面比EDA巨头反应更快,通过技术和市场的差异化可以在中国庞大而快速增长的半导体市场找出独特的发展之路。

专注于纳米级器件建模和千兆级SPICE电路仿真的本土EDA厂商概伦电子近日完成博达微的并购,后者是器件模型仿真、PDK开发与验证相关 EDA 工具及 AI 驱动半导体参数试解决方案供应商。两家公司的合并将进一步增强概伦电子在半导体建模和试领域的领先地位,更好地为客户提供数据驱动的试、建模建库、仿真、验证一体化的创新EDA解决方案,同时也增强公司的市场竞争力。

4. IP/Chiplet:“架构之争”驱动IC创新

在年均600多亿美元的全球芯片研发开支中,IP只占36亿美元(IPnest数据统计)。虽然只占5%左右,但其价值和影响力却远远超出用金钱衡量的份额。Arm公司2018年的IP营收为16.1亿美元,相对于全球手机行业的产值微不足道,但Arm在智能手机行业的地位就像Intel在PC和服务器市场一样。过去10年来,IP细分市场的年复合增长率超过10%,远高于EDA和整个半导体行业的增长。如果将芯粒(chiplet)也归入IP类别的话,未来10年IP有望赶上EDA的市场规模。可以毫不夸张地说,在全球半导体产业这座金字塔上,IP处于价值链的最顶端。

Arm架构是当今世界半导体产业应用最为广泛的处理器架构,但其相对封闭的授权策略和行业垄断地位也在阻碍着芯片设计的创新。IP市场的一个变化趋势是CPU/GPU等通用型IP在逐渐下降,而专用芯片IP却在快速增长。碎片化的IoT市场有着千差万别的应用需求,这给简洁而灵活的RISC-V内核IP找到了用武之地。在中国芯片行业,MCU是一个竞争异常激烈的红海细分市场。虽然MCU厂商对价格十分敏感,但都不得不花高价钱购买Arm的处理器IP授权。自从兆易创新推出第一颗基于RISC-V架构且兼容现有Arm处理器的MCU产品以来,很多本土MCU厂商都开始尝试RISC-V了,笔者认为2020年将有更多中国MCU厂商和芯片设计公司推出基于RISC-V的芯片,甚至整合Arm和RISC-V处理器内核而开发出针对特定应用领域的系统级芯片(SoC)。

当开源的RISC-V遇到草根的中国IC设计,接地气的设计创新就会爆发,这会倒逼Arm采取更为开放而灵活的策略,从而促进整个行业的健康发展。如果说PC和服务器是x86架构的主战场、手机是Arm架构的主战场,那么新兴的AIoT将成为RISC-V的主战场,中国IC设计无疑是商家必争的制高点。

跟EDA一样,IP也是全球化的竞争。中国本土的IP开发商要有全球视野,应该在自己擅长的领域开发和提供最具竞争力的IP产品。芯原微电子在为客户提供芯片设计服务的同时,也提供自主开发的IP,比如视频编解码IP等。成都锐成芯微(ACTT)在公司还只有10多人的时候就大胆迈出并购的步伐,收购了一家位于美国的可编程存储技术公司。ACTT可以提供面向IoT和MCU应用的超低功耗模拟IP解决方案,以及高可靠性嵌入式非挥发性存储技术。

八大半导体投资和产业发展热门地域

按照中国半导体产业协会集成电路设计分会的区域划分统计,2019年全国主要集成电路设计区域分为长江三角洲、珠江三角洲、京津环渤海和中西部地区四个区域。其中珠江三角洲的产业规模最大,2019年高达1247.2亿元,而2018年为907.46亿元,增长达37.4%;长江三角洲 2019年的产业规模约1093.2亿元,而2018年为844.1亿元,增长达29.5%;京津环渤海区域2018年的产业规模为599亿元,2019年达到626.5亿元,增长4.7%;中西部地区2019年为288.50亿元,2018年226亿元,增长27.2%。

将中国大陆和台湾的半导体产业视作一个完整的产业链,按照区域/城市和投资/产业发展热度混合的方法划分为八个区域,给予重点介绍。

  • 长三角

以上海为龙头的长三角地区拥有国内最完整的半导体产业链,在晶圆制造、封装试、芯片设计这三大板块都有多家头部企业布局,带动整个区域的半导体产业均衡发展。全国销售过亿元的IC设计企业分布在长三地区的最多,达到107家。根据2019年8月芯思想研究院(ChipInsights)发布的《2018年中国集成电路产业规模城市排行榜》,在全国排名前15的城市中,长三角占有六席,分别是上海、无锡、苏州、南通、杭州和南京。

上海

上海已形成集设计、制造、封、材料、装备及其他配套服务于一体的完整集成电路产业链,是国内集成电路产业最为完整、产业结构最为均衡的城市。曾经以封业为主导,上海已经调整为以设计和制造业为主导的产业结构,同时装备和材料业也在高速发展,现已基本形成设计、制造、装备材料的稳固三足鼎立布局。

IC设计:2016年上海IC设计业营收首次超过封业,成为上海市集成电路产业的最大板块。2018年上海的IC设计产值为480亿元,2019年增长到680亿元,同比增长41.7%。上海的IC设计企业约有250家,包括紫光展锐、华大半导体、格科微、上海兆芯、上海贝岭、韦尔半导体、澜起科技、复旦微电子和晶晨半导体等。

晶圆制造:上海聚集了中芯国际(SMIC)、华虹宏力、台积电、先进半导体、华力微电子等主要的集成电路制造企业。作为中国大陆第一大晶圆代工厂商,中芯国际现已量产28nm和14nm工艺,同时10nm和7nm工艺技术也在研发中。美国对华为的芯片代工限制可能迫使华为将14nm芯片代工业务从台积电转给中芯国际,这无疑会促进其14nm工艺的产量增长。另外,上海华力的12英寸、28-14nm工艺节点的晶圆厂(华虹六厂)也已经建成投片。

封装试:上海的封业规模虽然比较大,但在半导体产业的整体占比正逐年缩小,现已低于IC设计和晶圆制造,占比低于25%。上海的封企业包括安靠、日月光、上海凯虹、晟碟半导体、中芯长电等。

半导体设备和材料:虽然这一板块的产值不如三大板块,但上海的半导体设备和材料业在国内也不可小觑。 分享到:

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