歷史進(jìn)程中的功率半導(dǎo)體
2001年,中國(guó)頭號(hào)芯片自主化工程的執(zhí)行者,華虹半導(dǎo)體,撞上了一堵高墻。
在1990年代末期,摩爾定律加速,全球范圍內(nèi)的芯片產(chǎn)業(yè)角逐激烈,韓國(guó)的三星與海力士后來(lái)居上,擊敗日本和美國(guó),在DRAM存儲(chǔ)芯片的競(jìng)爭(zhēng)中拔得頭籌,成為半導(dǎo)體牌桌上的重磅玩家。
受到韓國(guó)超車成功的啟發(fā),中央也投數(shù)十億元成立華虹,試圖用一個(gè)國(guó)家工程加上和日本的合作,一起打一個(gè)漂亮仗讓中國(guó)回到半導(dǎo)體的主牌桌。
不趕巧的是,等到華虹投產(chǎn)兩年后,DRAM存儲(chǔ)芯片忽然行情急轉(zhuǎn)直下,單價(jià)跌了足足九成,本來(lái)包銷相當(dāng)產(chǎn)能的日本合資方自顧不暇,剛投好的產(chǎn)線,立刻就產(chǎn)生了了十四億元的巨額虧損。
出師不利,該怎么辦?
華虹的核心問(wèn)題,在于追趕力有不逮,需求青黃不接。華虹與日方在1997年簽訂合同,引進(jìn)的是130nm工藝制程的芯片產(chǎn)線,放到四五年后,已經(jīng)嚴(yán)重落后于主流。在日方DRAM訂單萎靡之際,為填滿產(chǎn)能的巨大鴻溝,官方先后安排了關(guān)涉國(guó)計(jì)民生的身份證與SIM卡芯片。可除了政府規(guī)劃圈定的產(chǎn)品,要真正提振華虹的競(jìng)爭(zhēng)力,還需要一些高度市場(chǎng)化的產(chǎn)品。
此時(shí),功率半導(dǎo)體進(jìn)入了華虹的視線。
功率半導(dǎo)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(chǎn)品所需的規(guī)格,比如電流從電動(dòng)車的電池輸出后,通過(guò)不同的功率芯片處理,既可以驅(qū)動(dòng)電機(jī),又可以驅(qū)動(dòng)空調(diào)和音響。
正如一位廚藝得當(dāng)?shù)膸煾担瑢⑹巢某尸F(xiàn)為不同地域風(fēng)味,以迎合不同食客的需求。
自從1956年貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明晶閘管,功率半導(dǎo)體沿著一條清晰的脈絡(luò)往下發(fā)展,格局較為穩(wěn)固。
常見(jiàn)功率半導(dǎo)體,來(lái)源:東興證券
在技術(shù)趨勢(shì)上,能夠承受和控制的電力逐級(jí)復(fù)雜,品類從BJT、GTO發(fā)展到MOSFET、IGBT,電路結(jié)構(gòu)的連續(xù)性強(qiáng)。
在工藝制程上,發(fā)展沒(méi)有數(shù)字芯片那樣的跳躍性,進(jìn)步較為緩慢,微米級(jí)別的設(shè)備也可勝任。
在市場(chǎng)結(jié)構(gòu)上,競(jìng)爭(zhēng)的著力點(diǎn)主要在人的工藝經(jīng)驗(yàn)(know-how)與設(shè)備的有機(jī)結(jié)合,也就是“人機(jī)結(jié)合”。因此,德、日、美等老牌廠商牢固的占據(jù)著市場(chǎng)的大部分份額。
總而言之,這是一個(gè)能夠“滾雪球”的賽道,只要持續(xù)精進(jìn),便可占據(jù)一席之地。
對(duì)華虹來(lái)說(shuō),功率半導(dǎo)體是擺脫指數(shù)級(jí)投入和虧損的一個(gè)絕佳選擇:只需維持當(dāng)前的工藝制程,先期引入日美合資方的經(jīng)驗(yàn),即可沿著階梯狀的技術(shù)路線漸進(jìn)發(fā)展。
于是,在2002年,華虹做出了進(jìn)軍功率半導(dǎo)體的決定。
這個(gè)選擇是正確的。過(guò)去的二十年,受華虹轉(zhuǎn)型的影響,功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在長(zhǎng)三角生根發(fā)芽,從上游到下游無(wú)不受益:
首先是代工廠華虹,連續(xù)四十個(gè)季度盈利,在無(wú)錫新建的12英寸晶圓廠產(chǎn)能加速爬升,加緊對(duì)于國(guó)際大廠的追逐。
其次是那些背靠華虹發(fā)展起來(lái)的設(shè)計(jì)廠商,自科創(chuàng)板設(shè)立以來(lái),主營(yíng)IGBT的斯達(dá)半導(dǎo)、主營(yíng)MOSFET的新潔能,在功率半導(dǎo)體品類上擴(kuò)張兇猛。
最后是下游的工控與新能源廠商,在各類芯片短缺的當(dāng)下,華虹和國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)廠商合力推進(jìn)國(guó)產(chǎn)化替代,提供了更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的選擇。
更為重要的是,功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,為中國(guó)芯片在當(dāng)下直道加速,提供了一個(gè)選擇:第三代半導(dǎo)體。有關(guān)媒體報(bào)道的那則辦公室主任領(lǐng)銜“芯片對(duì)抗”計(jì)劃的新聞,道出了國(guó)家工程之間的歷史巧合與命運(yùn)相連。
那么,長(zhǎng)三角的功率半導(dǎo)體是如何發(fā)展起來(lái)的?本文嘗試將其拆分為三個(gè)階段:
2002~2011年,地利:功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)與技術(shù)雙循環(huán);
2011~2019年,人和:“908派”、海歸派與華虹的分工搭檔;
2019年~,天時(shí):資本、市場(chǎng)與分工的連鎖反應(yīng)。
華虹在2002年選擇功率半導(dǎo)體賽道,恰巧站在了一個(gè)歷史性的轉(zhuǎn)折點(diǎn):
需求猛增:中國(guó)加入世貿(mào)組織,導(dǎo)致江浙滬對(duì)于功率半導(dǎo)體的需求大為增加。作為改革開(kāi)放后最先發(fā)展起來(lái)的工業(yè)化地區(qū),江浙滬最先享受了出口迅猛增加的貿(mào)易紅利。只要有工廠的地方,就存在對(duì)于電機(jī)的需求,也就存在對(duì)于功率半導(dǎo)體的需求。
產(chǎn)業(yè)集聚:來(lái)自美、日、歐的電機(jī)與功率半導(dǎo)體企業(yè),受各地工業(yè)園區(qū)的政策吸引紛紛落地,由此在長(zhǎng)三角形成一個(gè)聯(lián)絡(luò)緊密的產(chǎn)業(yè)集群。英飛凌、仙童等外商紛紛在上海、無(wú)錫等地設(shè)立研發(fā)中心,功率半導(dǎo)體的下游應(yīng)用和研發(fā)環(huán)節(jié)緊密結(jié)合,行業(yè)know-how在區(qū)域間加速流轉(zhuǎn)。
人才基礎(chǔ):908、909前后兩大國(guó)家工程,為長(zhǎng)三角的芯片產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)了大量人才,其中很多人被派遣或主動(dòng)出國(guó)學(xué)習(xí),在學(xué)習(xí)了先進(jìn)的技術(shù)理論經(jīng)驗(yàn)后又回到長(zhǎng)三角。世紀(jì)之交的新加坡特許半導(dǎo)體,是當(dāng)時(shí)中國(guó)芯片人才的培訓(xùn)地和聚集地。新加坡政府為吸引優(yōu)秀的青年,專門在蘇州工業(yè)園等地設(shè)點(diǎn)招聘,并給予人均1500~2000美元左右的安家費(fèi)。
三個(gè)條件作用之下,華虹成為全球第一個(gè)8英寸功率半導(dǎo)體代工廠,并在十年間逐漸建立起了工藝平臺(tái)。沿著功率半導(dǎo)體的產(chǎn)品路線圖,先是推出中低壓MOSFET,然后是中高壓IGBT,芯片耐壓升高,電路結(jié)構(gòu)復(fù)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(dǎo)體代工的優(yōu)勢(shì)地位。當(dāng)年,功率半導(dǎo)體中的分立器件出貨累計(jì)超過(guò)200萬(wàn)片8英寸晶圓,居全球首位。同時(shí),華虹的1200V高壓IGBT產(chǎn)品成功量產(chǎn)。在兩類應(yīng)用范圍最廣的功率半導(dǎo)體,華虹建立起完整、成熟、優(yōu)質(zhì)的代工產(chǎn)能。
2011年是華虹發(fā)展歷史上的一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)
接下來(lái),圍繞功率半導(dǎo)體的國(guó)產(chǎn)化替代,兩派人馬先后與華虹的產(chǎn)能結(jié)合,形成了今天長(zhǎng)三角的產(chǎn)業(yè)格局。
長(zhǎng)三角的功率半導(dǎo)體人才,基本可分為兩派:
一派是以華潤(rùn)微為代表的“908派”。早在1989年,中央設(shè)立華晶公司承擔(dān)芯片攻關(guān)任務(wù),當(dāng)時(shí)專門從永川24所引進(jìn)人才,開(kāi)始著手研究功率半導(dǎo)體中的MOSFET[1]。后來(lái)華晶因承接“908”工程背上沉重的負(fù)債,繼而轉(zhuǎn)為華潤(rùn)微。不同于專注于功率半導(dǎo)體代工的華虹,華潤(rùn)微主營(yíng)設(shè)計(jì)制造封測(cè)一體的IDM。
長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)營(yíng)中,華潤(rùn)微培養(yǎng)了大量人才。承接國(guó)家工程是一個(gè)高強(qiáng)度技術(shù)學(xué)習(xí)的過(guò)程,眾多年輕的工程師被派到國(guó)外學(xué)習(xí)功率半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)和制造。受民間經(jīng)濟(jì)的吸引,許多人才下海創(chuàng)業(yè)。
新潔能的創(chuàng)始人朱袁正,便是其中的一個(gè)典型。他早在1988年進(jìn)入華晶,然后被分配到新成立的MOS廠,其后留學(xué)新加坡、在外商工作、又回到華潤(rùn)微研發(fā)IGBT,在吸收了國(guó)外和本土的充足經(jīng)驗(yàn)后,于2009年下海創(chuàng)業(yè),在江蘇封測(cè)巨頭長(zhǎng)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(dǎo)體大廠工作的人才,如德國(guó)的英飛凌、美國(guó)的國(guó)際整流器公司、日本的瑞薩等。他們?cè)趪?guó)外工作多年后,掌握了功率半導(dǎo)體的核心知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),回到長(zhǎng)三角創(chuàng)業(yè)。
斯達(dá)半導(dǎo)的創(chuàng)始人沈華是這一派的典型。他博士畢業(yè)后,先后工作于英飛凌和國(guó)際整流器公司,2005年回國(guó)創(chuàng)立斯達(dá),瞄準(zhǔn)彼時(shí)尚屬空白的IGBT功率半導(dǎo)體市場(chǎng)。
無(wú)論是本土的“908派”,還是海歸派,當(dāng)他們積累了充足的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)下海創(chuàng)業(yè),在功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的首選,都是先做一個(gè)純?cè)O(shè)計(jì)廠商。功率半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)對(duì)于先進(jìn)的EDA工具和IP依賴沒(méi)有數(shù)字芯片那樣嚴(yán)重,主要依靠“老師傅”的經(jīng)驗(yàn),因而純?cè)O(shè)計(jì)正好可充分發(fā)揮創(chuàng)業(yè)者的優(yōu)勢(shì)。
在沒(méi)有功率半導(dǎo)體代工廠之前,擁有設(shè)計(jì)能力的人只能依附于IDM。華虹形成的代工能力,恰當(dāng)其時(shí)為這些創(chuàng)業(yè)者提供了一個(gè)很好的選擇。因其有三點(diǎn)優(yōu)勢(shì):
分工深化:華虹形成了數(shù)個(gè)通用的工藝平臺(tái),如此,設(shè)計(jì)廠得以在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)精進(jìn),專注于對(duì)于下游市場(chǎng)的研究,而華虹的工藝平臺(tái)經(jīng)過(guò)多個(gè)設(shè)計(jì)廠的歷練,可靠性也逐漸增強(qiáng)。
供應(yīng)鏈配合緊密:華虹四個(gè)廠分處于上海和無(wú)錫,與江浙滬的設(shè)計(jì)廠空間距離很近,供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)便利,出了什么問(wèn)題,可以很快處理,地處無(wú)錫的新潔能,與華虹12英寸廠只有三個(gè)紅綠燈的距離。
長(zhǎng)三角成為中國(guó)芯片熱土,來(lái)源:前瞻產(chǎn)業(yè)研究院
聯(lián)合研發(fā):也因?yàn)榫嚯x很近,設(shè)計(jì)廠與代工廠之間聯(lián)合研發(fā),較容易同步思路。
2010年后,在制造業(yè)經(jīng)營(yíng)困難,力求降低成本的大背景下,關(guān)鍵元件的國(guó)產(chǎn)化替代悄然展開(kāi)。憑借上述的三個(gè)優(yōu)勢(shì),華虹與“908派”和海歸派合兵一處,功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)化率逐漸提高。同時(shí),華虹從中賺取到足夠的利潤(rùn),得以有能力在2018年開(kāi)建12英寸晶圓制造廠,在完成功率半導(dǎo)體的品類覆蓋后,開(kāi)始了工藝制程的追逐。
到2019年科創(chuàng)板設(shè)立,長(zhǎng)三角的功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)又迎來(lái)一輪新的發(fā)展機(jī)遇。資本開(kāi)始大規(guī)模涌入芯片產(chǎn)業(yè),為那些實(shí)力較弱的功率半導(dǎo)體設(shè)計(jì)廠進(jìn)入新市場(chǎng)提供了充足的彈****。
同一時(shí)間,中國(guó)迅猛發(fā)展的新能源汽車產(chǎn)業(yè),也為本土的功率半導(dǎo)體廠商提供了充足的下游需求:
認(rèn)證時(shí)間縮短:汽車芯片大短缺,讓本土車商意識(shí)到了供應(yīng)鏈安全的問(wèn)題,以往的認(rèn)證流程大幅縮短了不必要的等待時(shí)間,國(guó)產(chǎn)功率半導(dǎo)體廠商獲得了更多更快的認(rèn)證機(jī)會(huì)。
單車功率半導(dǎo)體品類增加:汽車由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)為電驅(qū)動(dòng),裝載的功率半導(dǎo)體數(shù)量、品類和價(jià)值大幅增加,占總的半導(dǎo)體成本比例由20%升至超過(guò)一半,車載充電器、車載空調(diào)、充電樁和電機(jī)控制器對(duì)于功率密度和產(chǎn)品規(guī)格的要求逐漸提升,為廠商提供不同層次的機(jī)會(huì)。
功率半導(dǎo)體在新能源汽車中的應(yīng)用,來(lái)源:國(guó)金證券
車型升級(jí)帶動(dòng)價(jià)值上升:隨著中國(guó)的造車新勢(shì)力在高檔位電動(dòng)車據(jù)有一席之地,車型升級(jí)帶來(lái)了車內(nèi)功率半導(dǎo)體的“消費(fèi)升級(jí)”,比亞迪的漢EV和蔚來(lái)的ET 7都用上了性能強(qiáng)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(yàn),本土車商在產(chǎn)品規(guī)格上的積極嘗試,將為廠商提供提供更多想象空間。
毫不夸張的說(shuō),功率半導(dǎo)體對(duì)于新能源汽車的意義,不亞于電池,也正是因?yàn)槠渲匾?,在全球晶圓制造產(chǎn)能緊缺的市況下,功率半導(dǎo)體的供應(yīng)鏈安全,正在成為設(shè)計(jì)廠嚴(yán)肅思考的問(wèn)題。
為保證產(chǎn)能供應(yīng),設(shè)計(jì)廠采取了三個(gè)措施:
一是加強(qiáng)與華虹的合作,斯達(dá)與華虹在12英寸上的IGBT達(dá)成了戰(zhàn)略合作;
二是在華虹之外再找供應(yīng)商,新潔能對(duì)于華虹的代工采購(gòu)比例逐年降低,增加海外廠商作為二供,以減少供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn);
三是直接建工廠,斯達(dá)是設(shè)計(jì)廠中轉(zhuǎn)型最為激進(jìn)的,于今年初募資20億元購(gòu)買光刻、顯影、蝕刻等設(shè)備蓋廠,設(shè)計(jì)產(chǎn)能36萬(wàn)片功率半導(dǎo)體,用于高壓特色工藝和碳化硅。
這標(biāo)志著,長(zhǎng)三角功率半導(dǎo)體的新生代羽翼漸豐,開(kāi)始運(yùn)用資本市場(chǎng)的力量,從純?cè)O(shè)計(jì)廠變?yōu)镮DM,以打群架的方式向全球功率半導(dǎo)體巨頭發(fā)起沖擊。同時(shí),提攜了眾多設(shè)計(jì)廠的華虹面臨挑戰(zhàn),被逼著往上提升,做更多的差異化布局。
當(dāng)下,芯片產(chǎn)業(yè)的國(guó)產(chǎn)化替代早已是深植在人們心中的一個(gè)信念,也是一個(gè)不爭(zhēng)的正在發(fā)生的事實(shí)。
可以說(shuō),發(fā)展到今天,中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)中的“投降派”,或者說(shuō)“造不如買”的拿來(lái)主義,已經(jīng)失去了根據(jù)地。分布在電子產(chǎn)業(yè)上中下游的群眾力量,在中美摩擦下早已認(rèn)清了殘酷的現(xiàn)實(shí),認(rèn)清了方向。
但是,現(xiàn)在又有一派很危險(xiǎn)的論調(diào),主張“速勝論”,國(guó)產(chǎn)化替代似乎指日可待,到處放衛(wèi)星,這是極不可取的。
從華虹的案例,我們可以總結(jié)出一個(gè)規(guī)律,中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,搞依靠式的發(fā)展是沒(méi)有自主性的,也自然沒(méi)有希望。但要自主發(fā)展起來(lái),就必然是一場(chǎng)“持久戰(zhàn)”。要搞贏持久戰(zhàn),就要根植于中國(guó)的市場(chǎng)土壤,把朋友搞得多多的,最終以群眾路線取得戰(zhàn)略性優(yōu)勢(shì),也就有能力與海外廠商分庭抗禮。
同時(shí),華虹的案例也告訴我們,產(chǎn)業(yè)的發(fā)展節(jié)奏與人才的成長(zhǎng)周期是相互配合的,不管產(chǎn)業(yè)發(fā)展的怎么樣,人才不能斷檔。雖然“908”、“909”國(guó)家工程一度經(jīng)營(yíng)慘淡,先后從先進(jìn)制程的追逐賽中退下,但兩者為長(zhǎng)三角地區(qū)培育了功率半導(dǎo)體的人才和舞臺(tái),在大國(guó)角逐的當(dāng)下,為中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的直道加速提供了又一個(gè)選項(xiàng)。
因此,國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程,更多的在于觀察人才和平臺(tái)的培育和發(fā)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。
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