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中芯国际N+1工艺如何破局

2020-07-14 14:48 · 稿源:TechWeb.com.cn

【TechWeb】2020年7月14日,在数日前,中芯国际对外发布了公告,中芯国际在科创板的发行价格定为27.46元/股,根据中芯国际最新公告,此次实际募集资金超300亿。

来源:中芯国际

根据之前的报道,此次科创板募集的资金约40%用于投资于12英寸芯片SN1项目,约20%用作为公司先进及成熟工艺研发项目的储备资金,约40%用作为补充流动资金。

针对本次募集资金的具体安排如下,中芯国际董事长周子学在6日的投资人交流会中指出:

12寸芯片SN1项目:

12寸芯片SN1项目的载体为中芯南方,该项目规划月产能3.5万片,已建设月产能6,000片,是中国大陆第一条FinFET工艺生产线;同时也是中芯国际14nm及以下先进工艺研发和量产的主要承载平台。

先进及成熟工艺研发项目储备资金:

计划用于14纳米及以下的先进工艺与28nm及以上的成熟工艺技术研发。其中,14nm是中国大陆已量产、最先进的晶圆代工技术工艺;而14nm以下工艺,目前尚处于研发阶段。

针对28nm及以上的成熟工艺研发,主要用于满足市场的成熟工艺产品需求。公司拟通过募集资金,使用在推动先进工艺产能建设,并实现工艺技术水平的提升,进一步培养行业内的研发人才。

本月在科创板上市后会募集到大量的资金,但除了这些投资者之外,其实还有相当数量的政府资助。

芯片制程及市场需求

单从半导体制造工艺的角度来说,同一芯片制造公司内工艺尺寸越小,其制造水平越先进。比如中芯国际14nm工艺就比中芯国际28nm工艺要先进,但如果是中芯国际14nm工艺和台积电14nm工艺则不能直接对比,需要更多的参数才能衡量其水平的高低。

那么对于芯片设计企业来说,什么是好的工艺?单从技术角度来说越先进的工艺越好。但对于企业选择工艺的时候,往往也会考虑很多技术之外的因素。

价格:

在现在这个种类繁多的芯片市场上,以CPU、GPU为首的高端芯片一直在追捧着最新最先进的半导体制造工艺。这些芯片依靠工艺确实可以显著提升芯片性能并降低芯片功耗。但是现在市场上还是有大量的芯片并不需要最先进的工艺。这些芯片的功能不像CPU那样多,所以结构较为简单。这种情况下比起先进的工艺,企业会更乐于选择成熟的工艺,毕竟成熟工艺的成本更低。

设计经验:

目前国内比如华为、寒武纪等少数公司具有在先进半导体制造工艺下设计芯片的经验,不少企业其实是不具备这种设计经验的。贸然尝试新技术对于公司来说是一项具有风险的决策,特别是现有技术能够满足市场需求的情况下。

良品率:

一般来说,越先进的工艺良品率越低,特别是厂商新推出的工艺。而良品率低就会导致产能低。如果强行选择最先进的制造工艺,那么很有可能因为良品率低导致产能低,进而拖垮整个供应链。比如某手机的CPU,如果选用最先进的制造工艺,每个月能产出20片。如果选用较为成熟的制造工艺,每个月能产出一千片。而手机厂商那边一个月就要卖800台手机的话,强行选用最先进的制造工艺无疑是会拖垮整个供应链的。

功耗和热结构设计:

对于不少移动设备来说芯片功耗是十分敏感的,在电池一定的情况下,芯片功耗越低,移动设备的续航能力就越强。关于热结构设计,主要是考虑芯片的散热问题。大多数CPU芯片在高温状态下性能表现会变差,所以作为设计者会尽可能控制芯片工作时的温度。具体方式有很多,比如添加大面积散热片和风扇。这种方式对于笔记本电脑来说可能还好,对于电子元器件密度极高的手机来说就很奢侈了。除此之外,更有效的解决办法其实是降低芯片的发热。选用更先进的制造工艺既能控制芯片的功耗,也能降低芯片的发热。

除上述因素之外还有很多其它的影响因素,在这些因素的影响下会导致芯片设计厂商对于芯片工艺的需求出现分级和断层。

半导体制造工艺市场需求结构

较为落后的成熟工艺主要是服务于对芯片性能、功耗等要求不太高的芯片,这类芯片通常功能较少,电路结构较为简单。成熟工艺主要是服务于对芯片性能、功耗等有一定要求的芯片。这类芯片通常具备更多的功能,电路结构也更为复杂一些。同时也有为了可靠性、保密等原因选用此工艺的军用、工业芯片。最先进的工艺主要是服务于对芯片性能、功耗都有较高要求的芯片,比如高端CPU、GPU。

目前半导体行业最先进的制造工艺主要把握在台积电等厂商的手中,中芯国际短期内很难染指。而就目前市场来说,最先进的芯片制造工艺种类还是较少,存在着不小的市场空缺。对于较为落后的成熟工艺和成熟工艺,中芯国际在相关市场上表现良好。

中芯国际的收入结构

来源:中芯国际

从报表上我们不难看出,为中芯国际收入提供较大贡献的是0.15/0.18微米工艺、55/56纳米工艺、40/45纳米工艺。虽然这不是最终的利润,但由此也能大概判断出中芯国际客户的需求结构。值得注意的是,中芯国际最先进的14纳米工艺即使在2020年第一季度也仅占1.3%,第二先进的28纳米工艺也仅占6.5%。这说明市场对于成熟工艺的需求量还是相当大的,成熟工艺虽然技术上略显落后,但仍有相当的盈利能力。

来源:中芯国际招股书

在招股书上有这样一些描述比较引人注意,“报告期内公司28纳米产品毛利率为负”以及“未来,如果28纳米和14纳米相关客户需求未能快速提升,公司面临28纳米制程产品产能过剩、收入持续下降,14纳米及28纳米制程产品收入占比较低、毛利率为负的风险。”

也就是说28纳米现在正在赔钱,如果将来市场需求达不到预期,14纳米也要赔钱。

另外在招股书中还提到“将部分原用于28纳米制程的通用设备转用于生产盈利较高的其他制程产品。”

因为后面提到了14纳米制程未来很担心客户需求未能快速提升,所以文中的“其他制程产品”肯定不是指14纳米,而是例如40纳米等“更成熟的工艺”。而这些成熟的工艺才是中芯国际眼中“盈利较高的产品”。

中芯国际的战略

中芯国际目前盈利较多的是成熟工艺,那么如果只发展成熟工艺而不去研究先进是否可行呢?

在短期内可能这样会有较好的收益,财务报表也能好看一些。但是半导体行业是一个飞速发展的行业,也许现在一些老的工艺还可以被称之为“成熟工艺”,那么几年十几年之后呢?这些老工艺可就真变成了“淘汰工艺”了。而且到那时新的工艺短期内是跟进不上的,老的工艺又没人用,到那时企业生存就会变成问题了。所以即使是为了未来的生存,也要加大研发力度,发展先进工艺。

事实上中芯国际每年都在增加研发费用

因为美国的限制,中芯国际在短期内引入ASML公司的EUV(极紫外光)光刻机变得极其困难。这使得中芯国际很难直接跨入7纳米以下的先进制程中,不过中芯国际对此也有他的应对策略。

早在几个月前,中芯国际联席CEO梁孟松博士首次公开了中芯国际N+1、N+2代工艺的情况。透露N+1工艺相比于14nm性能提升20%、功耗降低57%、逻辑面积缩小63%,SoC面积缩小55%,之后的N+2工艺性能和成本都更高一些。

而在投资人说明会中中芯国际声明:往下研发的N+1工艺和N+2工艺不会用到EUV技术,预计会等到机台就绪后,才会将N+2工艺转到EUV技术。周子学6日也再度说明,公司目前量产和主要在研项目,都暂时不需用到EUV光刻机。

综上所述,中芯国际的策略就是填补芯片制造行业的“生态位”。比如N+1工艺,就是比业内7纳米工艺性能略差,且主打低功耗的工艺产品。通过与竞争对手产品的异质化,占住属于自己的生态位。

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