全球芯片代工格局：“中國芯”何時才能強勢崛起？

眾所周知，在芯片的整個流程之中，設計、制造、封測是三塊分得較開的業務，絕大部分企業均只從事于其中某一項，很少有企業能夠全程參與。而在這三個環節之中，制造是公認最難的，封測是最容易的，而芯片設計處于中間。所以對于中國大陸來講，芯片制造也是相對較為落后的，相比于國際頂尖水平，落后了大約5年左右。

日前有第三方機構公布了2020年第二季度全球前十大晶圓代工廠營收排名，前十名分別是：臺積電、三星、格芯、聯電、中芯國際、高塔半導體、力積電、世界先進、華虹半導體、東部高科。

中芯國際上市

作為大陸目前技術實力最強的芯片生產制造商，中芯國際集成電路制造有限公司（以下簡稱“中芯國際”）在6月19日科創板首發申請順利通過，從受理到過會僅用時19天，創造了目前科創板公司的最快紀錄。

根據中芯國際7月5日發布的公告，確定發行價格為27.46元/股，也就是說中芯國際此次募資額將達462.98億元，該規模將創造科創板募資最高紀錄，在A股IPO歷史融資額中也可排至第7位，位居工商銀行之后，中國平安之前。

但就是這樣一家專注于芯片制造的企業，其目前的技術水平也就是量產14nm芯片，與頂尖的芯片制造企業差距甚大。

全球主要芯片代工廠工藝水平

其實放眼全球，整個芯片制造行業，目前能提供7nm及以下先進制程工藝的企業僅有臺積電、三星和英特爾。根據研究數據顯示，2019年臺積電先進制程市場份額為52%，三星和英特爾平分剩下的市場。

工藝節點意味著什么？

近一年多來中美貿易戰的爆發，將集成電路制造技術推向了媒體的聚光燈下，鋪天蓋地的報道成為眾所關注的焦點 —— 那么5nm/7nm/10nm/12nm這些工藝技術節點到底意味著什么？這些數字代表著處理器中晶體管的大小（晶體管是CPU和數字電路的構建模塊），當縮小晶體管的尺寸時導致了兩個主要的改進：

1. 性能：隨著晶體管尺寸的減小，可以在相同的單位面積內容納更多的晶體管。因此，可以從相同大小的處理器獲得更高的處理能力。

2. 功率效率（功耗）：較小的晶體管需要較少的功率就可以發揮其功能，這就降低了芯片的總功耗。較低的功率還可以產生較少的熱量，從而能夠進一步提高時鐘速度。

摩爾定律解釋了這一點，該定律表明由于制造技術的進步，集成電路中的晶體管數量（集成度）每兩年翻一番，并伴隨著性能的增長和成本的下降。為了描述這個集成度，就有了工藝“節點”的說法，即工藝節點數值越小，表征芯片的集成度就越高。

集成度的提高，不僅意味著單個晶體管的尺寸縮小了，同時也意味著采用了更加先進的制造工藝。可以說，集成電路技術的發展過程，就是把晶體管尺寸做得越來越小的過程。因此，集成電路的規模反映了集成電路的先進程度。

摩爾定律的發展，不僅使得幾十年以來芯片里含有的晶體管數目越來越多，半導體器件的性能不斷提高，而且還減小了器件的尺寸，這就是處理器芯片可以變得越來越小而速度越來越快的原因。由此可見，這個nm數字或制造工藝多么重要。

但是值得注意的是，這些nm數值實際上并不代表晶體管的尺寸，更確切地說是指用于制造晶體管的制造技術。很久以前，晶體管的柵極長度與制造技術（nm數值）大致相同，但現在情況發生了重大改變，已經不再如此。

“中國芯”制造難題

中國在半導體領域起步比較晚，但現在仍然全力追趕，因此出現了像華為海思這樣領先的芯片設計研發廠商，也出現了晶圓體代工領域強大的中芯國際，還有可以生產光刻機的海微電子，但整體而言，中國半導體相比來說還是比較弱的。

由于中國目前還達不到制造先進芯片的實力，目前中國每年仍需花費超過3000億美元從國外進口芯片，費用比進口石油花費還要多。

此前美國針對華為升級了限制令，在新的規定之下，使用美國芯片制造設備的外國公司必須先獲得美國許可證，然后才能向華為海思提供某些芯片或服務，這意味著為華為海思芯片代工的臺積電也將受到限制，因此很多人都將希望寄在了中芯國際身上。中芯國際回歸A股事件，之所以受到資本如此追捧，其實與華為等高科技公司被美國“卡脖子”息息相關。

中芯國際是大陸最先進的晶圓體代工廠，不過現階段中芯國際只有14nm工藝的技術，對比臺積電的7nm甚至5nm，差距確實非常明顯，至于為什么有這么大的差距，主要是因為中芯國際無法購買到全球最先進的ASML光刻機。

總的來說，國內代工最先進的芯片的有實力的廠商確實仍是比較少，因為這是一個長期的資金投入與研制發的過程，想在短時間內打破仍是較難的。最主要是因為芯片代工過高的門檻，其中最大的門檻是科技水平：

比如臺積電目前的最新工藝是5nm，據稱蘋果的A14芯片臺積電已經使用5nm的工藝開始量產了；而像其它芯片代工企業，格芯等停留在10nm停滯不前，三星則據稱今年也將進入5nm，但還沒完全確切的消息。

但事實上，科技門檻之外還有一個資金門檻。尤其是當芯片進入到5nm時代后，想要繼續往下研究發展，那就真的是“機器一響，黃金萬兩”，除了三星、臺積電外，其他企業都很難有這種級別的資金支持。

按照之前機構預測的數據，3nm芯片的設計費用約達5-15億美元，新建一條3nm產線的成本約為150-200億美元。而按媒體的報道稱，這兩年以來，臺積電為了3nm芯片的研發，至少已經投入了6000億新臺幣（約200億美元），同時，三星這兩年以來預計也投入近200億美元。而3nm預計要到2022年才會量產，剩下的這兩年時間里，像臺積電、三星等肯定還會繼續投資研發。

所以說，目前芯片制造開始進入燒錢時代，資金限制了一般的芯片代工企業向下一代前進，所以它們的工藝只能停留在目前水平。這也就意味著，當芯片工藝越來越先進之后，市場就會越來越高度集中，強者就越來越強。

現在，在美國對中國芯片產業重壓的背景下，我國明顯加快了芯片產業鏈的自主化道路，而中芯國際作為中國大陸最大的晶圓代工企業，對于中國半導體產業乃至整個中國的經濟發展，具有重大戰略地位。國家產業基金一期、二期，上海集成電路基金一期、二期，以及國內外眾多投資集團，相繼出重金力挺中芯國際，便可見一斑。

中芯國際與臺積電的距離

在晶圓代工行業，大致分為三個梯隊：第一梯隊是由擁有先進制程工藝的臺積電、英特爾、三星組成的超級陣營；第二梯隊包括仍處在摸索自主芯片道路上的中芯國際、格芯、聯電等；而華虹半導體、高塔半導體、力積電等則屬于第三梯隊。

從梯隊排列來看，中芯國際在自主芯片的道路上摸索前行長達18年，但仍未能進入晶圓代工的超級陣營，而臺積電則屬于行業的領跑者。

如今，臺積電受美國制約，緩沖期過后可能無法再為華為代工，這時中芯國際就忽然被推到大眾的眼前。那么，中芯國際與臺積電等全球代工巨頭相比，實力到底是究竟有多大的差距呢？

· 市值：臺積電與中芯國際都屬于上市公司，最直觀的就是比市值。截止7月6日臺積電的最新市值為3184億美元，是中芯國際的整整7倍。

· 市場份額：臺積電在7nm和10nm節點的市場占有率為86%，營業收入120億美元，營收貢獻占比36%，在14nm節點市場占有率為83%，營收75億美元，營收貢獻21%，在先進技術節點，臺積電處于行業壟斷地位。

中芯國際目前尚未突破7nm和10nm技術節點，在14nm節點，營收為0.1億美元，營收貢獻0.3%，市場占有率僅為0.1%，中芯國際營收最大的是90nm及以上工藝，營收為17億美元，營收貢獻51%，市占率為8%。

· 產能對比：臺積電12英寸、8英寸、6英寸晶圓產能估計分別達74.5萬片/月、56.2萬片/ 月、9.43萬片/月，其中12英寸和8英寸產能均為業界最大，規模效應顯著。

中芯國際建有3座8寸晶圓廠，4座12寸晶圓廠，8寸產能共計23.3萬片/月，12寸產能10.8萬片/月，總產能47.6萬片/月（折合8寸），其計劃進一步擴充8英寸產能及先進制程產能。相比之下臺積電擁有8寸產能56.2萬片/月，為中芯國際2.4倍，8英寸產能差距不大；12寸產能74.5萬片 /月，為中芯國際7倍。

· 技術差距：臺積電5nm今年中已進入量產，預計2020年5nm將貢獻臺積電10％的收入，3nm則將在2021年進入風險生產，目標2022年下半年實現批量生產，初期3nm依然采用FinFET工藝， 成熟后在3nm后期或2nm轉向GAA晶體管技術。

中芯國際14nm去年第三季度量產，標志著FinFET結構的突破，N+1（8nm）進入客戶簽約階段，預計2020年底至2021年初量產，N+2（7nm）正在研發中，已建設起相關研發線。

· 盈利能力：臺積電利潤遠高于其他競爭對手，2019年實現凈利潤115億美元，凈利率32%，凈資產收益率為21%，毛利率長期維持在47%-50%，經營性凈現金流205億美金，主要原因在于獨享先進工藝節點豐厚利潤，此外，臺積電工藝庫全、配合開發周期短、工藝穩定性相對更高。

中芯國際2019年中芯國際實現凈利潤2.35億美元，凈利潤率5.1%，凈資產收益率為4.14%，毛利率為7.89%，技術差距決定利潤懸殊，并且中芯在入局先進制程工藝的前期，面臨較大的虧損壓力，這些因素制約了中芯的盈利能力，但是對處于上升期的中芯來說，技術突破遠比盈利更為重要。

· 主要客戶：臺積電由于先進工藝領先，大客戶不斷延展，頭部核心客戶穩定，蘋果、華為、高通、英偉達、AMD等世界級芯片設計企業都是臺積電的大客戶，核心客戶帶動臺積電最近十年市占率穩步攀升。

中芯方面，受益于華為的主動轉單成為中芯第一大客戶，高通和博通位列二三名，中芯國際的主要客戶是國內芯片設計企業，比如兆易創新、紫光展銳、中興微電子等等，尚未打入國際高端市場。

由此夠看出，中芯國際與臺積電之間的差距，一時之間難以跨越。同時，通過今年第一季度全球前十大晶圓代工廠營收排名中，也能夠看出中心國際與其他廠商的差距。

結語

臺積電為什么能獲得當下的輝煌成就？關鍵在于確定技術領先優勢，其最先在業界取得成功試生產65nm的集成IC，確立了臺積電在晶圓代工行業的主導地位后，臺積電的發展趨勢便一發一發不可收拾。在別的集成IC代工生產行業龍頭仍在低頭科研開發14nm加工工藝時，臺積電的7nm工藝就已然進到銷售市場。

先進工藝的掌握，決定著代工廠商訂單量的多少。此前華為海思向中芯國際拋出過訂單，麒麟710F便是由其代工生產，但中芯國際一整年的利潤仍只能夠買一臺EUV光刻機。

相比之下，2019年臺積電的凈利潤約為826億元人民幣，一年的利潤比華為還要高出約200億元，這是臺積電作為全球第一大晶圓體代工廠的底氣所在，由于掌握著先進的技術和來自供應鏈的支持，所以臺積電能夠穩穩地坐在第一的位置。

由此可見，中芯國際任重而道遠 —— 中芯國際當前所擁有的光刻機精度不夠，沒有EUV光刻機，中芯國際只得另尋思路，這才有了N+1工藝。如今，中芯國際正在努力實現N+1工藝量產，據悉該工藝與7nm工藝不相上下。若真如此，那么中芯國際所代工的智能手機芯片，應該基本能滿足大眾的需要。

不過，中芯國際想要再進一步實現5nm工藝，EUV光刻機的作用則至關重要，可以說是不可或缺，如果沒有EUV光刻機中芯國際的前路可能將十分艱辛。

另外，中芯國際招股書上提到，“若干自美國進口的半導體設備與技術，在獲得美國商務部行政許可之前，可能無法用于為若干客戶的產品進行生產制造”。有這句話是因為中芯國際使用了很多美國的半導體設備和技術，而美國要求任何使用美國技術和設備的廠商，為華為生產芯片時都需要美國的許可，那么中芯國際自然也包括在內了。那么對于中芯國際而言，怎么解決這個問題？

那就是不用美國的設備和美國的技術，但從現在的情況來看是非常難的。從半導體設備來看，美國廠商占了全球50%左右的份額，尤其是在沉積、刻蝕、離子注入、CMP、勻膠顯影這些領域，美國的應用材料、泛林處于絕對的優勢地位，無法被取代。而中芯國際也從應用材料、泛林大量采購了設備。而從其它技術來看，中芯國際也大量使用了美國EDA巨頭的產品，而國產EDA也無法替代。

可見，要想芯片真正的不受控，唯有一個辦法，那就是全面的去美化，從上游到下游，要實現整個產業鏈去美化，雖然這個難度大到無法想象，但被逼之下這條路也不得不走了。

不管是芯片設計還是芯片制造，都屬于高投入、高產出的技術研發，這種投入可能周期長、見效慢，但是如果不去做就會處于落后狀態，無法第一時間掌握最新的前沿技術，競爭力自然也就無從談起。國內芯片制造難題的解決，需要的不僅僅是資金，更需要的是時間，臺積電數20年的經驗絕非朝夕之間就能夠追平的。

中芯國際要發展成為世界級晶圓代工廠，后面還有很長很長的路要走，認識客觀差距，不妄自菲薄，繼續堅持走自主+合作研發的道路，5-10年之后，相信會迎來國產晶圓代工追趕并超越國際大廠的一天。