share_log

历史进程中的功率半导体

歷史進程中的功率半導體

遠川科技評論 ·  2021/07/01 15:50

來源:遠川科技評論

作者:楊健楷

01.png牛牛敲黑板:

國產化的進程,更多的在於觀察人才和平臺的培育和發展,而不是工藝的日程表。

2001年,中國頭號芯片自主化工程的執行者,華虹半導體,撞上了一堵高牆。

在1990年代末期,摩爾定律加速,全球範圍內的芯片產業角逐激烈,韓國的三星與海力士後來居上,擊敗日本和美國,在DRAM存儲芯片的競爭中拔得頭籌,成為半導體牌桌上的重磅玩家。

受到韓國超車成功的啟發,中央也投數十億元成立華虹,試圖用一個國家工程加上和日本的合作,一起打一個漂亮仗讓中國回到半導體的主牌桌。

不趕巧的是,等到華虹投產兩年後,DRAM存儲芯片忽然行情急轉直下,單價跌了足足九成,本來包銷相當產能的日本合資方自顧不暇,剛投好的產線,立刻就產生了了十四億元的鉅額虧損。

出師不利,該怎麼辦?

華虹的核心問題,在於追趕力有不逮,需求青黃不接。華虹與日方在1997年簽訂合同,引進的是130nm工藝製程的芯片產線,放到四五年後,已經嚴重落後於主流。在日方DRAM訂單萎靡之際,為填滿產能的巨大鴻溝,官方先後安排了關涉國計民生的身份證與SIM卡芯片。可除了政府規劃圈定的產品,要真正提振華虹的競爭力,還需要一些高度市場化的產品。

此時,功率半導體進入了華虹的視線。

功率半導體,又稱為電力電子器件,泛指處理電力的芯片。其主要功能,是將繁雜不一的電力,處理為終端產品所需的規格,比如電流從電動車的電池輸出後,通過不同的功率芯片處理,既可以驅動電機,又可以驅動空調和音響。

正如一位廚藝得當的師傅,將食材呈現為不同地域風味,以迎合不同食客的需求。

自從1956年貝爾實驗室發明晶閘管,功率半導體沿着一條清晰的脈絡往下發展,格局較為穩固。

圖片

常見功率半導體,來源:東興證券

在技術趨勢上,能夠承受和控制的電力逐級複雜,品類從BJT、GTO發展到MOSFET、IGBT,電路結構的連續性強。

在工藝製程上,發展沒有數字芯片那樣的跳躍性,進步較為緩慢,微米級別的設備也可勝任。

在市場結構上,競爭的着力點主要在人的工藝經驗(know-how)與設備的有機結合,也就是「人機結合」。因此,德、日、美等老牌廠商牢固的佔據着市場的大部分份額。

總而言之,這是一個能夠「滾雪球」的賽道,只要持續精進,便可佔據一席之地。

對華虹來説,功率半導體是擺脱指數級投入和虧損的一個絕佳選擇:只需維持當前的工藝製程,先期引入日美合資方的經驗,即可沿着階梯狀的技術路線漸進發展。

於是,在2002年,華虹做出了進軍功率半導體的決定。

這個選擇是正確的。過去的二十年,受華虹轉型的影響,功率半導體產業在長三角生根發芽,從上游到下游無不受益:

首先是代工廠華虹,連續四十個季度盈利,在無錫新建的12英寸晶圓廠產能加速爬升,加緊對於國際大廠的追逐。

其次是那些背靠華虹發展起來的設計廠商,自科創板設立以來,主營IGBT的斯達半導、主營MOSFET的新潔能,在功率半導體品類上擴張兇猛。

最後是下游的工控與新能源廠商,在各類芯片短缺的當下,華虹和國內設計廠商合力推進國產化替代,提供了更為經濟實用的選擇。

更為重要的是,功率半導體產業的發展,為中國芯片在當下直道加速,提供了一個選擇:第三代半導體。有關媒體報道的那則辦公室主任領銜「芯片對抗」計劃的新聞,道出了國家工程之間的歷史巧合與命運相連。
那麼,長三角的功率半導體是如何發展起來的?本文嘗試將其拆分為三個階段:

2002~2011年,地利:功率半導體的市場與技術雙循環;

2011~2019年,人和:「908派」、海歸派與華虹的分工搭檔;

2019年~,天時:資本、市場與分工的連鎖反應。

1、地利

華虹在2002年選擇功率半導體賽道,恰巧站在了一個歷史性的轉折點:

需求猛增:中國加入世貿組織,導致江浙滬對於功率半導體的需求大為增加。作為改革開放後最先發展起來的工業化地區,江浙滬最先享受了出口迅猛增加的貿易紅利。只要有工廠的地方,就存在對於電機的需求,也就存在對於功率半導體的需求。

產業集聚:來自美、日、歐的電機與功率半導體企業,受各地工業園區的政策吸引紛紛落地,由此在長三角形成一個聯絡緊密的產業集羣。英飛凌、仙童等外商紛紛在上海、無錫等地設立研發中心,功率半導體的下游應用和研發環節緊密結合,行業know-how在區域間加速流轉。

人才基礎:908、909前後兩大國家工程,為長三角的芯片產業培養了大量人才,其中很多人被派遣或主動出國學習,在學習了先進的技術理論經驗後又回到長三角。世紀之交的新加坡特許半導體,是當時中國芯片人才的培訓地和聚集地。新加坡政府為吸引優秀的青年,專門在蘇州工業園等地設點招聘,並給予人均1500~2000美元左右的安家費。

三個條件作用之下,華虹成為全球第一個8英寸功率半導體代工廠,並在十年間逐漸建立起了工藝平臺。沿着功率半導體的產品路線圖,先是推出中低壓MOSFET,然後是中高壓IGBT,芯片耐壓升高,電路結構複雜化,良率也逐漸增加,日臻成熟。

2011年,華虹基本奠定了功率半導體代工的優勢地位。當年,功率半導體中的分立器件出貨累計超過200萬片8英寸晶圓,居全球首位。同時,華虹的1200V高壓IGBT產品成功量產。在兩類應用範圍最廣的功率半導體,華虹建立起完整、成熟、優質的代工產能。

圖片

2011年是華虹發展歷史上的一個關鍵節點

接下來,圍繞功率半導體的國產化替代,兩派人馬先後與華虹的產能結合,形成了今天長三角的產業格局。

2、人和

長三角的功率半導體人才,基本可分為兩派:

一派是以華潤微為代表的「908派」。早在1989年,中央設立華晶公司承擔芯片攻關任務,當時專門從永川24所引進人才,開始着手研究功率半導體中的MOSFET[1]。後來華晶因承接「908」工程背上沉重的負債,繼而轉為華潤微。不同於專注於功率半導體代工的華虹,華潤微主營設計製造封測一體的IDM。

長時間的經營中,華潤微培養了大量人才。承接國家工程是一個高強度技術學習的過程,眾多年輕的工程師被派到國外學習功率半導體的設計和製造。受民間經濟的吸引,許多人才下海創業。

新潔能的創始人朱袁正,便是其中的一個典型。他早在1988年進入華晶,然後被分配到新成立的MOS廠,其後留學新加坡、在外商工作、又回到華潤微研發IGBT,在吸收了國外和本土的充足經驗後,於2009年下海創業,在江蘇封測巨頭長電的支持下成立了新潔能。

另一派是海歸派。這一派大多為曾在海外功率半導體大廠工作的人才,如德國的英飛凌、美國的國際整流器公司、日本的瑞薩等。他們在國外工作多年後,掌握了功率半導體的核心知識和經驗,回到長三角創業。

斯達半導的創始人沈華是這一派的典型。他博士畢業後,先後工作於英飛凌和國際整流器公司,2005年回國創立斯達,瞄準彼時尚屬空白的IGBT功率半導體市場。

無論是本土的「908派」,還是海歸派,當他們積累了充足的技術經驗下海創業,在功率半導體產業的首選,都是先做一個純設計廠商。功率半導體的設計對於先進的EDA工具和IP依賴沒有數字芯片那樣嚴重,主要依靠「老師傅」的經驗,因而純設計正好可充分發揮創業者的優勢。

在沒有功率半導體代工廠之前,擁有設計能力的人只能依附於IDM。華虹形成的代工能力,恰當其時為這些創業者提供了一個很好的選擇。因其有三點優勢:

分工深化:華虹形成了數個通用的工藝平臺,如此,設計廠得以在設計環節精進,專注於對於下游市場的研究,而華虹的工藝平臺經過多個設計廠的歷練,可靠性也逐漸增強。

供應鏈配合緊密:華虹四個廠分處於上海和無錫,與江浙滬的設計廠空間距離很近,供應鏈協調便利,出了什麼問題,可以很快處理,地處無錫的新潔能,與華虹12英寸廠只有三個紅綠燈的距離。

聯合研發:也因為距離很近,設計廠與代工廠之間聯合研發,較容易同步思路。

2010年後,在製造業經營困難,力求降低成本的大背景下,關鍵元件的國產化替代悄然展開。憑藉上述的三個優勢,華虹與「908派」和海歸派合兵一處,功率半導體領域的國產化率逐漸提高。同時,華虹從中賺取到足夠的利潤,得以有能力在2018年開建12英寸晶圓製造廠,在完成功率半導體的品類覆蓋後,開始了工藝製程的追逐。

3、天時

到2019年科創板設立,長三角的功率半導體產業又迎來一輪新的發展機遇。資本開始大規模湧入芯片產業,為那些實力較弱的功率半導體設計廠進入新市場提供了充足的彈藥。

同一時間,中國迅猛發展的新能源汽車產業,也為本土的功率半導體廠商提供了充足的下游需求:

認證時間縮短:汽車芯片大短缺,讓本土車商意識到了供應鏈安全的問題,以往的認證流程大幅縮短了不必要的等待時間,國產功率半導體廠商獲得了更多更快的認證機會。

單車功率半導體品類增加:汽車由內燃機驅動轉為電驅動,裝載的功率半導體數量、品類和價值大幅增加,佔總的半導體成本比例由20%升至超過一半,車載充電器、車載空調、充電樁和電機控制器對於功率密度和產品規格的要求逐漸提升,為廠商提供不同層次的機會。

圖片

功率半導體在新能源汽車中的應用,來源:國金證券

車型升級帶動價值上升:隨着中國的造車新勢力在高檔位電動車據有一席之地,車型升級帶來了車內功率半導體的「消費升級」,比亞迪的漢EV和蔚來的ET 7都用上了性能強勁的碳化硅功率模塊,為的是追平、甚至趕上特斯拉的百公里加速體驗,本土車商在產品規格上的積極嘗試,將為廠商提供提供更多想象空間。

毫不誇張的説,功率半導體對於新能源汽車的意義,不亞於電池,也正是因為其重要性,在全球晶圓製造產能緊缺的市況下,功率半導體的供應鏈安全,正在成為設計廠嚴肅思考的問題。

為保證產能供應,設計廠採取了三個措施:

一是加強與華虹的合作,斯達與華虹在12英寸上的IGBT達成了戰略合作;

二是在華虹之外再找供應商,新潔能對於華虹的代工採購比例逐年降低,增加海外廠商作為二供,以減少供應鏈風險;

三是直接建工廠,斯達是設計廠中轉型最為激進的,於今年初募資20億元購買光刻、顯影、蝕刻等設備蓋廠,設計產能36萬片功率半導體,用於高壓特色工藝和碳化硅。

這標誌着,長三角功率半導體的新生代羽翼漸豐,開始運用資本市場的力量,從純設計廠變為IDM,以打羣架的方式向全球功率半導體巨頭髮起衝擊。同時,提攜了眾多設計廠的華虹面臨挑戰,被逼着往上提升,做更多的差異化佈局。

4、尾聲

當下,芯片產業的國產化替代早已是深植在人們心中的一個信念,也是一個不爭的正在發生的事實。

可以説,發展到今天,中國芯片產業中的「投降派」,或者説「造不如買」的拿來主義,已經失去了根據地。分佈在電子產業上中下游的羣眾力量,在中美摩擦下早已認清了殘酷的現實,認清了方向。

但是,現在又有一派很危險的論調,主張「速勝論」,國產化替代似乎指日可待,到處放衞星,這是極不可取的。

從華虹的案例,我們可以總結出一個規律,中國芯片產業的發展,搞依靠式的發展是沒有自主性的,也自然沒有希望。但要自主發展起來,就必然是一場「持久戰」。要搞贏持久戰,就要根植於中國的市場土壤,把朋友搞得多多的,最終以羣眾路線取得戰略性優勢,也就有能力與海外廠商分庭抗禮。

同時,華虹的案例也告訴我們,產業的發展節奏與人才的成長週期是相互配合的,不管產業發展的怎麼樣,人才不能斷檔。雖然「908」、「909」國家工程一度經營慘淡,先後從先進製程的追逐賽中退下,但兩者為長三角地區培育了功率半導體的人才和舞臺,在大國角逐的當下,為中國芯片產業的直道加速提供了又一個選項。

因此,國產化的進程,更多的在於觀察人才和平臺的培育和發展,而不是工藝的日程表。

畢竟,存地失人,人地皆失,存人失地,人地皆存。

編輯/Jeffy

譯文內容由第三人軟體翻譯。


以上內容僅用作資訊或教育之目的,不構成與富途相關的任何投資建議。富途竭力但無法保證上述全部內容的真實性、準確性和原創性。
    搶先評論