晶圆代工行业的由来及兴起过程解读

  产业分割出来，成为一门独立的生意以后，无厂半导体 (Fabless) 也随之兴起，同时专门干晶圆代工的企业逐渐增多，同样的竞争也慢慢变得激烈。

  今天跟大家聊聊晶圆代工。什么是晶圆代工呢？用最简单的话讲，就是专门帮别人生产晶圆片。

  目前，大家熟知的晶圆代工厂大概有台积电、格芯、联电、中芯国际、三星英特尔等。

  有些是集芯片设计、芯片制造、芯片封测等多个产业链环节于一身，比如三星、英特尔，这一些企业既能自己生产晶圆，同时也可以为其他Fabless提供晶圆代工服务。

  在台积电出现之前，基本所有的半导体厂商都有自己的晶圆厂，就是像三星和英特尔，如果按照这一个模式发展下去，对大部分的芯片新进者来说，无疑是一个巨大挑战，因为晶圆生产工厂的投资，不是个小数目。

  然而，台积电创始人张忠谋的一个决定，改变了整个半导体行业的走势。半导体公司大多把晶圆制造作为副业，因为主业不是晶圆制造，而是设计和销售自己的产品，所以他们替别人代工的服务很不好，不够专业。

  当时，***正好拥有日益进步的制造优势，技术人员的素质也大有提高的空间和可能，只要有人引路，就会大成功。张忠谋看准了这个机会。

  1986年，他成立了全世界第一家专业晶圆体制造公司：***集成电路制造公司（台积电），并担任董事长。而且一开始，就设立大目标：“当我办一个半导体公司，当然要它长期繁荣。那只有一条路——世界级。”

  然而，过程中遇到了很多问题。一是找不到合适的人才，二是半导体代工是一个新话题，半导体业界人士一时没有办法接受，三是当时正是半导体业的萧条期，开始一两年，订单非常少，生计困难。

  要做世界级就必须有世界级的总经理。张忠谋当时先是找到包括英特尔副总裁在内的几位前任部属，这些人看好张忠谋，却不看好***半导体以及张忠谋提出的代工这一个话题。后来终于说动原美国通用电气公司半导体部门总裁戴克加盟，可是不到一年，又因家人不能适应***而离职。

  专业半导体代工，对于当时的市场环境来说，太新鲜了。人们接受新事物总是没那么快，刚刚诞生的台积电即使拥有秘密武器，也一时敲不开市场的大门。设在美国的一位业务代表，虽然四处奔波拜访客户，但一年多，没也有带进什么客户。

  1988年，台积电迎来大转机。改任***工研院董事长的张忠谋和刚刚上任的总经理戴克一起，通过私人交情将老朋友格鲁夫请到***对台积电开展认证，并争取到为英特尔代工的机会。

  台积电要打世界大战，第一个难题就是得到世界的认可，当时还没有ISO9000，拿到英特尔的认证，就等于拿到世界的认证。但它背后的意义，远不局限于此。

  厉害的格鲁夫丝毫没因私交而对老朋友网开一面，他让部属发狠挑出200多个问题，要台积电立即改进。半导体有200多道制程，英特尔一站一站地检查，检查通过后，才到下一站。

  另外，半导体业的发展开始回暖后，张忠谋把握机会火线出击，年年打胜仗，年年大成长。1994年，他辞去工研院董事长职务，全力投入企业经营，不但将台积电在***证交所上市，还同时创办另一家集成电路公司——世界先进。以此为起点，台积电的规模不断扩张，而且获利惊人，连连成为***最赚钱的公司。

  台积电从创立到规模不断扩张的过程，也是专业芯片代工模式从半导体产业成功独立出来的过程。台积电的成功，也促使无厂半导体 (Fabless) 的兴起。Fabless的兴起同时也加大了晶圆代工的发展与竞争。

  如今，三十年过去了，晶圆代工已经成了半导体业界非常非常重要的一项业务。除了台积电，大家熟知的大概格芯、联电、中芯国际、三星、华虹宏力、力晶等。当然台积电多年来，一直稳居晶圆代工领域龙头地位。

  前段时间，拓墣产业研究院最新报告说明，受到高运算量终端装置以及数据中心需求的带动，2017年全球晶圆代工总产值约573亿美元，较2016年成长7.1%，全球晶圆代工产值连续五年年成长率高于5%。

  以下是2017年十大晶圆代工营收排名情况，通过这张图表也可大致了解，三十年后晶圆代工领域的发展现状。

  前段时间，路透社报道称，晶圆代工厂格芯，指控晶圆代工龙头台积电涉有不公平的竞争行为，并向欧盟执委会的反垄断机关要求调查一事。台积电则表示，外界指控与事实不符，台积电是凭借扎实的基本功和技术领先的实力，才能与客户建立当前的信任关系。

  可以看出，在两大晶圆代工厂之间虚与委蛇的背后，是越发激烈的晶圆代工市场的争夺战。

  目前，台积电在全球的市场占有率排名第一，领先其他对手。根据ICInsights的调查报告，台积电去年合并营收接近300亿美元（294.88亿美元），市场占有率高达59％；排名第二的是格芯，去年合并营收为55.45亿美元，市场占有率仅11％。紧随其后的是***联电，去年营收45.82亿美元，市场占有率为9%。

  据了解，台积电在2016年度的资本支出高达 95 亿至 105 亿美元(约新台币 3,050 亿至 3,380 亿元)，已超越Intel。而在明年上半年，台积电将率先量产7纳米制程。

  格芯成立于 2009 年 3 月，是从美商超微 (AMD) 公司亏损连连后拆分出来的晶圆厂，加上阿布达比创投基金 (ATIC) 合资成立。

  AMD 仅持有 8.8% 股份，余下大部分由 ATIC 持有。借助背后石油金主 ATIC 的资金优势， 四个月后收购了新加坡特许半导体，成为仅次于台积电和联电的世界第三大晶圆代工厂。

  毕竟是由 AMD 拆分出来的公司，格芯原先主要承接 AMD处理器和绘图晶片的生产订单。

  然而2011年，AMD Bulldozer 架构的微处理器由格芯代工 32 纳米制程时，因良率过低，造成原订 2011 年第 1 季出货的进度，一路延误到 2011 年第 4 季，使得后来 AMD 将部分订单转交给台积电。

  ATIC作为金主，持续投入高额资本在先进制程的研发上;然而这条路走得始终不顺遂。台积电在2011 年即量产 28 纳米制程，格芯却迟至 2012 下半年才正式量产。

  在 14 纳米 FinFET 工艺上，格芯于 2014 年获得三星的技术授权专利，但自主研发能力也因此遭人诟病。虽然如此，格芯的发展速度之快以及营收情况之好，还是有目共睹的。

  9月14日，格芯成都项目举行“上梁仪式”。这是一个全球信息技术产业都在关注的项目——布局成都的格芯12英寸晶圆制造基地项目，其基地投资加相关配套投资超过100亿美元，是格芯在全球投资顶级规模、技术水平最先进的生产基地，这也是全球首条22纳米FD-SOI先进工艺12英寸晶圆代工生产线。

  此外，从技术上层面来讲，在今年6月底举行的上海世界移动大会上，格芯宣布7纳米技术将于2018年制成，然后会随着成本的降低实现量产。7纳米后格芯会投入5纳米芯片的研制，并预计最早将于2022年面世。

  那么，被大众认为技术存在局限的格芯，能否按预期这样一步步实现目标呢，只有时间能给我们答案。

  联电曾经是仅次于台积电、全球第二大晶圆代工厂，然 2015 年已被格罗方德超过成为老三。事实上代工产业只有龙头一枝独秀，景气不佳时仅台积电从始至终维持获利，其余 2、3、4名皆是一团混战。

  台积电的 28 纳米制程早在 2011 年第 4 季即导入量产。反观联电 28 纳米制程迟至 2014 年第 2 季才量产，足足落后台积电长达2年半时间。

  近来竞争趋烈， 中芯也已在 2015 年下半量产 28 纳米，故联电计划跳过20纳米，原因主要在于20纳米制程在半导体上有其物理侷限，可说是下一个节点的过渡制程，效果在于降低功耗，效能上突破不大，因此下一个决胜节点会是16/14纳米制程。

  三星晶圆业务早期以自用为主，然而产能若仅自己用会太小、故也接苹果的单。制程飞越，直接从 28 纳米跳过 20 纳米，飞到现在的14纳米和 10 纳米。

  三星的晶圆代工事业的发展之所以能成功，苹果可以说是一股最主要的助力。三星是动态随机存取记忆体 (DRAM) 和快闪记忆体 (NAND) 的领导厂商，全球市占率达 15.5%。

  故其始终掌握著iPhone的记忆体关键零组件，比如 iPhone 4 使用的快闪记忆体晶片来自三星、iPad显示器也是由三星生产。

  再加上三星的电子科技类产品，使用的是自家生产的处理器 (如:Exynos猎户座);为了获得苹果的资源发展晶圆产业、同时不让自己的产能过剩 (若处理器仅用在三星自身产品上会有多余产能)，其晶圆代工几乎是用成本价吃掉苹果单、记忆体打包一起折扣卖，来帮自己的晶圆代工练兵。

  从 iPhone 的第一代晶片开始，苹果一直向三星采购ARM架构的晶片。

  2010年苹果自主研发的 A4 晶片被搭载在 iPad 上正式发表、随后又搭载在 iPhone 4 中。A4 处理器虽出自苹果，三星自家发表的 S5PC100 处理器和 A4 晶片上 采 用的内核一模一样，两款晶片的电路设计上能够说是同一批人马。后续的 A5、A6、A7 也都是三星生产。

  不过苹果和三星在代工处理上的关系，直到三星在Android智慧型手机与苹果的iOS开始起了摩擦。 2011 年苹果正式起诉三星 Galaxy 系列新产品抄袭 iPhone 和 iPad、三星又反起诉苹果侵犯其 10 项技术专利，苹果与三星的专利诉讼战几乎遍及全世界。

  台积电之所以一直没办法获得苹果订单，是由于台积电报价强硬，而苹果迫使台积电接受与三星同样的成本价、另一方面是当时台积电厂房产能已经满载，无法接下苹果如此大量的订单。

  另一方面，台积电 20 纳米制程领先三星，同时台积电已经将产能扩张完毕，最后才由台积电首度拿下 iPhone 6 的 A8 处理器全部订单。

  不过三星的急起直追，对于台积电投入好几年、几千亿的研发资金的技术仍颇有压力。

  由于三星的 14 纳米已超越台积电的 16 纳米，加上苹果 A9 的大部分订单更转到了三星，对台积电所造成的损失高达好十几亿美元。张忠谋在 2014 年的法说会上，坦承 16 纳米技术被三星超前，使台积电一度股价大跌、投资评等遭降。

  这个局势在 iPhone 6s A9 晶片忽然扭转，使得台积电在苹果A9处理器一战成名。

  同时采用三星及台积电制程的 A9 处理器在功耗上发生的显著的差异：台积电的晶片明显较三星地省电，适才爆发知名的 iPhone 6s 晶片门争议。

  这显示著三星虽然在制程上获得巨大的进步，但在良率及功耗的控制下仍输给台积电，使得苹果 A9 后续的追加订单全到了台积电手裡;到了 A10 处理器，其代工订单由台积电全部吃下。

  为什么三星的 14 纳米会不如台积电的 16 纳米制程的另一个原因，在于FinFET (鳍式场效应电晶体) 先进制程上的命名惯例被三星打破。

  当初台积电刚采用立体设计的 FinFET 工艺时，原本计画按照与 Intel 一致的测量方法、称为 20 纳米 FinFET，因为该代制程的线宽与前一代传统半导体 2D 平面工艺 20 纳米的线宽差不多。

  但三星抢先命名为“14 纳米”，为了不在宣传上吃亏，台积电改称为“16 纳米”。事实上，三星与台积电皆可称为“ 20 纳米FinFET”。

  全球第一大半导体公司 Intel 近几年来，由于在个人电脑市场持续衰退、又在行动通讯市场表现不佳，势必要寻找其他成长动能。

  早在四年前，Intel就在投资者大会上说，要对所有芯片企业开放代工服务。英特尔的制程水平在业界还是处于领先水平的。虽然说对所有芯片开放代工，然而只是它作为IDM厂商并不是单纯的代工厂，会考虑到竞争问题。

  我们知道，英特尔为Atmel做过代工，原因很简单，Altera是卖FPGA的，和消费市场用的芯片不一样，不存在竞争关系。

  未来 14 纳米制程晶片可能上到中阶手机采取。从一家身为IDM (Integrated Device Manufacturer, 整合元件制造) 公司转型到先进制程晶圆代工，Intel 的每一步都意欲在行动通讯市场上力挽狂澜。

  在制程技术上，Intel 确实有世界顶尖的技术工艺。国际半导体评测机构 Chipworks 指出其 14 纳米制程将晶片的电晶体鳍片间距做得最为紧密，线 纳米，而非台积电与三星的宣称的 16 纳米/ 14 纳米，事实上仅有 Intel 20 纳米的程度。

  然而，晶圆代工注重的不只是制程──产量、良率与背后的一连串支援服务，才是晶圆代工真正的关键价值链，对此张忠谋也指出英特尔并不是专业晶圆代工，只是把脚伸到池裡试水温，并道：“相信英特尔会发现水是很冰冷的”。

  中芯国际成立于 2000 年，是一家集成电路晶圆代工企业，提供0.35微米到28纳米不同技术节点的晶圆代工与技术服务。

  在上海建有一座300mm晶圆厂和一座200mm晶圆厂；在北京建有一座300mm晶圆厂和一座控股的300mm先进制程晶圆厂；在天津和深圳各建有一座200mm晶圆厂；在江阴有一座控股的300mm凸块加工合资厂；在意大利有一座控股的200mm晶圆厂。

  我国半导体行业正处于即将爆发的临界点，2014年6月出台的《国家集成电路产业高质量发展推进纲要》中提出了具体目标：到2015年电路线纳米制造工艺实现规模量产，到2020年14纳米制造工艺实现规模量产，而到2030年，集成电路产业链主要环节达到国际先进水平。

  要实现这一宏伟目标，主要是要解决资金和技术问题。2014 年底获得中国政府 300 亿人民币产业基金支持。另外，前几日兆易创新以每股10.65港元的价格认购中芯国际发行配售股份50,003,371股，总金额532,535,901.15港元。

  兆易创新称，公司参与认购中芯国际本次公开发行配售股份，是基于对中芯国际未来发展前途的认可，有助于进一步巩固双方的战略合作伙伴关系。从另一个角度来看，中芯国际在资金方面，有着多方面的来源。

  所以，亟待解决的问题是技术。而半导体核心技术仅靠自身摸索短期难见成效，关键技术人才的引进是行之有效的快速突破技术短板的方式。这也是中芯国际“三顾茅庐”邀请梁孟松加入战队的原因。（10月中旬，中芯国际任命赵海军、梁孟松博士为中芯国际联合首席执行官兼执行董事。）

  梁孟松有着33年夯实的半导体IC和晶圆制造经验积累，曾师承FinFET发明人之一的胡正明门下，先后就职AMD、台积电(16年)和三星(7年)担任研发技术要职并业绩卓著，在行业内已树立其起强大的影响力;

  二是梁孟松对14纳米、10纳米和7纳米 FinFET先进工艺技术的掌握以及管理经验的谙熟，将直接为中芯国际带来利好。目前，中芯国际恰逢28纳米和14纳米的关键节点，而梁孟松的加入，将直接加速其14纳米工艺的研发进程。

  虽然如此，梁孟松能否带领中芯国际突围仍面临不小挑战。目前中芯国际主要的收益仍来自0.15um-0.18um工艺，最先进的28纳米营收目前只占6.6%，而14纳米工艺才刚投入研发，主要竞争对象台积电、三星等已成熟量产14纳米工艺及10纳米工艺，7纳米已开始步入研发阶段。

  同时，联电今年Q2也在14纳米开始贡献收入(1%)，28纳米的贡献已达到了28%。相比之下，中芯国际的差距还很明显。如何缩短此技术与时间差，是一个很大的挑战。虽然中芯国际在28纳米低端Polysion良率不错，但在主流28纳米HKMG良率方面一直不如预期。

  如果中芯国际不能在28纳米HKMG、14纳米FinFET先进制程追赶上对手，在越来越高难度的10纳米和7纳米则更难突破。

  谈起大陆晶圆代工，大家首先想到的肯定是中芯国际，在获得大基金的投资之后，中芯国际于2016年10月13日宣布在上海开工建设新的12英寸晶圆厂，该项目投资超过675亿人民币，计划于2017年年底建成，这座工厂计划使用14nm工艺。

  如果能够如期达成目标，就从另一方面代表着中芯国际在制造工艺上达到国际先进、国内领先水平。横向对比的话，台积电和三星也不过是在2015年前后才实现14/16nm芯片商业化量产。

  自中国成立国家集成电路大基金以来，全国各地开始大量投资半导体产业。上海、北京、武汉、合肥、成都、南京等地纷纷新建或扩建晶圆厂。

  在2016年11月9日，国家“909”工程二次升级改造——华力微电子二期12英寸高工艺等级生产线项目真正开始启动，总投资达387亿元，规划月产能4万片。初期制程规划为28纳米，并计划用数年时间逐步走到20、14纳米。

  大手笔投资的还有紫光集团，在2016年投资1600亿元人民币在武汉开工建设了存储工厂之后，2017年1月18日，总投资额达2600亿元人民币的紫光南京半导体产业基地及新IT投资与研发总部项目在南京正式签约。

  紫光南京半导体产业基地项目基本的产品为3D-NANDFLASH、DRAM存储芯片等，项目一期投资约100亿美元，月产芯片10万片。除上述两地工厂之外，紫光还计划于成都兴建12寸厂。

  除了中芯国际、华力微电子、紫光集团之外，国内外诸多公司在中国大陆开建晶圆厂。比如德科玛在淮安规划2万片CIS产能，CIS多用于智能手机摄像头，国内品牌的中高端智能手机的CIS基本被日本索尼垄断，这一个项目有利于提升中国在该领域的话语权。

  另外，格芯在成都投建晶圆厂，一直以来备受瞩目。11月初，格芯2017技术大会在上海举行，格芯全球副总裁兼中华区总经理白农表示：“格芯成都工厂作为与成都市 共同合作的晶圆制造基地，正在以惊人的速度实施建设。从今年年初项目宣布启动，到之后的破土动工以及9月份的上梁仪式，成都工厂的建设再一次见证了中国速度。”

  在9月初举行的2017北京微电子国际研讨会上，魏少军教授表示，目前中国新建的12英寸生产线英寸生产线%，全部建成后，中国大陆的全部产能将达到111.4万片/月。

  前段时间，台积电3纳米制程新厂确定落在***南科。当时张忠谋在接受各个媒体采访是表示，目前中国大陆芯片代工技术仍不成气候，在大多数情况下要花好几年的时间才有机会达到台积电的技术门坎，主因是没有业内企业愿出售自身拥有的领先技术。

  代工业务经历了30多年的快速地增长，人才、先进工艺和产能一直以来都是晶圆厂的核心业务。短期来看，中国的晶圆厂全部建好，也只能满足全球约45%的产能。如果站在未来来看，跟随摩尔定律走势，未来晶圆厂的业绩增长可能会有所改变。

  另外，中国半导体教父之称的张汝京博士协同大批合作伙伴，上月在广州投资68亿元建设协同式芯片制造（CIDM）项目，是否会引领下一个业务模式的兴起，也很受业内人士关注。

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  是一个涵盖了广泛的领域，包括石油化学工业、有机化工、无机化工、精细化工、生物化工等。 化

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