《電子技術(shù)應(yīng)用》
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制程演進(jìn)放緩 存儲(chǔ)芯片彎道追趕最佳時(shí)點(diǎn)

2016-07-11

  大陸芯片產(chǎn)業(yè)規(guī)模從2001 年199 億元增長(zhǎng)到2014 年3015 億元,復(fù)合增速21%,遠(yuǎn)高于同期全球產(chǎn)業(yè)7%增速,全球市場(chǎng)份額也從2001 年的不到10%提升至2015 年的45%左右,在全球半導(dǎo)體市場(chǎng)地位舉足輕重。

  2001-2014年中國(guó)大陸IC銷售額及增速

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  2001-2014年全球IC銷售額及增速

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  一批具有競(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè)開始走上國(guó)際舞臺(tái)。設(shè)計(jì)方面,主流ASSP、ASIC芯片關(guān)鍵技術(shù)取得突破,海思和展訊躋身2015 年全球10 大IC 設(shè)計(jì)公司;制造方面,12 英寸28nm 關(guān)鍵技術(shù)取得突破,2015 年中芯國(guó)際和華虹宏力位列全球10 大制造企業(yè)第5、8 名;封測(cè)方面,主流廠商已掌握WLCSP、SIP、FanOut 等先進(jìn)封裝技術(shù),長(zhǎng)電科技并購(gòu)星科金朋后躋身前三甲,華天科技、通富微電已進(jìn)入全球前十。

  海思和展訊成為全球前十大IC 設(shè)計(jì)企業(yè)(單位:百萬(wàn)美元)

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  芯片自給率不足30%,“缺芯之痛”依然存在。大陸電子制造產(chǎn)業(yè)鏈芯片整體缺位的狀況沒有明顯改善。2015 年前三季度我國(guó)集成電路進(jìn)口額1629 億美元,出口額473 億美元,逆差1156 億美元,較2014 年同期進(jìn)一步擴(kuò)大。芯片自給率不足30%,高額利潤(rùn)被海外巨頭繼續(xù)壟斷。

  2006-2015年中國(guó)芯片出口額及貿(mào)易逆差

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  2006-2014年中國(guó)芯片供需情況分析及自給率

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  存儲(chǔ)芯片是最大短板。存儲(chǔ)芯片產(chǎn)業(yè)規(guī)模占IC 產(chǎn)業(yè)的四分之一,具有高技術(shù)壁壘、重資產(chǎn)的雙重特性。與邏輯芯片大多采用垂直分工不同,存儲(chǔ)芯片行業(yè)多為IDM 模式,海外巨頭憑借極強(qiáng)的先發(fā)優(yōu)勢(shì)牢牢把握市場(chǎng)。以DRAM 和NAND Flash 兩種主要存儲(chǔ)芯片為例,1Q16 DRAM 市場(chǎng)93%份額由三星、海力士、美光三家占據(jù),NAND Flash 市場(chǎng)幾乎100%份額被三星、海力士、東芝、閃迪、美光和英特爾六家瓜分,存儲(chǔ)器已成為大陸IC 產(chǎn)業(yè)鏈的最大短板。

  DRAM 和NAND Flash 是兩種最重要的存儲(chǔ)芯片

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  3D 技術(shù)興起有望成為大陸存儲(chǔ)芯片彎道追趕最佳時(shí)點(diǎn)

  設(shè)計(jì)難度、資本開支、經(jīng)濟(jì)效益三大因素制約摩爾定律繼續(xù)演進(jìn)。半導(dǎo)體制程已按摩爾定律發(fā)展近50 年,制程進(jìn)步帶來(lái)的收益是成本下降和性能提升,付出的代價(jià)是技術(shù)復(fù)雜度提升和資本開支越來(lái)越大。在28nm之上,收益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于代價(jià),制程嚴(yán)格按摩爾定律演進(jìn),基礎(chǔ)本來(lái)落后的大陸芯片產(chǎn)業(yè)難以跟上國(guó)際巨頭步伐,差距逐漸拉大。28nm 之下,收益開始小于代價(jià),經(jīng)濟(jì)效益制約愈發(fā)明顯,制程演進(jìn)放緩。

  晶體管結(jié)構(gòu)變化提升技術(shù)難度。28nm 之下,晶體管基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的顛覆性變化導(dǎo)致了設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)和裝備材料整條產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)復(fù)雜的大幅提升。以制造為例,從28nm 到20nm,代工廠的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)規(guī)則和設(shè)計(jì)規(guī)則檢查用面積分別上升了58%和95%,遠(yuǎn)超之前和之后的制程。技術(shù)難度提升是制程演進(jìn)放緩的基礎(chǔ)因素。

  電路節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)復(fù)雜度大幅增加

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  電路檢查規(guī)則復(fù)雜度大幅增加

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  資本開支顯著增大。投資一條28nm 以下先進(jìn)的存儲(chǔ)芯片生產(chǎn)線需要的設(shè)備投資額高達(dá)120-150 億美元,同時(shí)由于芯片設(shè)計(jì)技術(shù)難度隨制程演進(jìn)迅速增加,全球?qū)⑸儆袕S商能承受如此大的資本開支。

  制造資本開支隨制程進(jìn)步迅速增大

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  設(shè)計(jì)資本開支在28nm 以下迅速增大

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  摩爾定律已近極限,3D 技術(shù)漸成主流,大陸絕佳追趕時(shí)點(diǎn)。在物理極限和經(jīng)濟(jì)效益上遇到瓶頸之后,向三維空間堆疊的3D 技術(shù)成為延續(xù)摩爾定律、提高芯片性能的主要手段。在平面微縮時(shí)代,制程演進(jìn)按照每1.5-2 年的速度持續(xù)進(jìn)行,作為后進(jìn)者的大陸企業(yè)難以跟上產(chǎn)業(yè)步伐,加速追趕更無(wú)從談起;3D 時(shí)代,一是單層芯片的制程演進(jìn)放緩;二是3D技術(shù)發(fā)展時(shí)間尚短,當(dāng)下通過(guò)合資或者引進(jìn)獲取的技術(shù)本身就與海外巨頭差距不大。消化吸收后再創(chuàng)新,有望實(shí)現(xiàn)彎道追趕。

  存量市場(chǎng)加速轉(zhuǎn)移,增量市場(chǎng)就在大陸

  移動(dòng)終端最大生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó),產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移持續(xù)進(jìn)行。2015 年大陸生產(chǎn)了全球84%的手機(jī),64%的平板電腦,63%的電視和83%的PC/NB,成為全球最大消費(fèi)電子生產(chǎn)國(guó);以中華酷聯(lián)米為代表的自主品牌繼續(xù)在全球市場(chǎng)高歌猛進(jìn)。

  我國(guó)是全球最大的移動(dòng)終端生產(chǎn)國(guó)(單位:百萬(wàn)部)

 

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  全球存儲(chǔ)芯片產(chǎn)業(yè)向大陸轉(zhuǎn)移。存儲(chǔ)芯片是IC 產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和大宗產(chǎn)品,在過(guò)去幾十年獲得極大的發(fā)展,存儲(chǔ)芯片產(chǎn)業(yè)逐步從美國(guó)、日本向臺(tái)灣、韓國(guó)轉(zhuǎn)移。中國(guó)大陸憑借其巨大的消費(fèi)電子市場(chǎng)、龐大的電子制造業(yè)、相對(duì)低廉的勞動(dòng)力成本和工程師紅利、以及政府對(duì)于集成電路產(chǎn)業(yè)的政策扶持等優(yōu)勢(shì),吸引了全球各大存儲(chǔ)芯片廠商來(lái)華投資設(shè)廠,當(dāng)前產(chǎn)業(yè)開始從臺(tái)韓向大陸轉(zhuǎn)移。

  存儲(chǔ)芯片產(chǎn)業(yè)逐步向大陸轉(zhuǎn)移

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  云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng),兩大增量市場(chǎng)在大陸。2014年DRAM 下游應(yīng)用,移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端占比接近70%;服務(wù)器、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等占比約30%。2014 年NAND Flash 下游需求移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端占比近80%。市場(chǎng)可能擔(dān)心智能手機(jī)滲透率已經(jīng)很高,行業(yè)增速放緩,存儲(chǔ)芯片下游需求增長(zhǎng)堪憂。我們認(rèn)為:短期內(nèi),移動(dòng)終端出貨量增速放緩確實(shí)影響存儲(chǔ)芯片需求增速,但流量爆發(fā)下的云存儲(chǔ)設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)新終端和區(qū)塊鏈正加速爆發(fā),有望形成新的需求增長(zhǎng)點(diǎn)。

  2014年DRAM下游移動(dòng)終端占比高

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  2014年NAND FLASH下游移動(dòng)終端占比高

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  大視頻時(shí)代來(lái)臨,流量爆發(fā)拉升服務(wù)器存儲(chǔ)芯片需求。從文字到圖片再到視頻,當(dāng)前全球每年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)正在以ZB 的數(shù)級(jí)增長(zhǎng),預(yù)計(jì)到2020年全球數(shù)據(jù)將超過(guò)40ZB,其中大約70%-80%的數(shù)據(jù)將存儲(chǔ)在云端。大型數(shù)據(jù)中心將拉動(dòng)服務(wù)器內(nèi)存市場(chǎng)需求。2015 年服務(wù)器內(nèi)存增速達(dá)到48%,增速超過(guò)移動(dòng)內(nèi)存,2016 年依然將有40%的增速。

  中國(guó)擁有全球最大的數(shù)據(jù)消費(fèi)生產(chǎn)和消費(fèi)群體,近年來(lái)IDC 已成為我國(guó)戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施,各地紛紛搶建,形成烽火遍地之勢(shì)。中國(guó)IDC 圈發(fā)布的報(bào)告顯示,2013 年,我國(guó)數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)262.5 億元人民幣,同比增長(zhǎng)24.7%,預(yù)計(jì)2016 年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到548.3 億元,增速提高到30%以上。IDC 建設(shè)將會(huì)帶動(dòng)存儲(chǔ)芯片需求的增長(zhǎng)。

  物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到來(lái),長(zhǎng)尾市場(chǎng)孕育巨大需求

  物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的時(shí)代已經(jīng)到來(lái),Gartner 預(yù)計(jì)2020 年將有超過(guò)260 億個(gè)各類設(shè)備接入物聯(lián)網(wǎng),涉及工農(nóng)業(yè)、金融保險(xiǎn)、交通運(yùn)輸、汽車、家居、醫(yī)療健康等各個(gè)領(lǐng)域,從應(yīng)用到芯片都醞釀巨大市場(chǎng)。其中智能硬件、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能汽車有望接力傳統(tǒng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端,成為拉動(dòng)存儲(chǔ)芯片需求新的增長(zhǎng)點(diǎn)。大陸擁有全球最優(yōu)秀的互聯(lián)網(wǎng)公司,頂級(jí)的消費(fèi)電子品牌和完整的電子制造供應(yīng)鏈,有望引領(lǐng)此輪物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新,大陸存儲(chǔ)芯片行業(yè)近水樓臺(tái),有望深度受益。

  未來(lái)接入物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備數(shù)以百億計(jì)

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  物聯(lián)網(wǎng)孕育巨大芯片市場(chǎng)

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  存儲(chǔ)芯片市場(chǎng)規(guī)模將保持穩(wěn)定增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。一方面,傳統(tǒng)移動(dòng)終端雖然增速放緩,但對(duì)存儲(chǔ)空間的要求越來(lái)越大;另一方面,云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新領(lǐng)域?qū)?chuàng)造新的需求空間,大陸存儲(chǔ)芯片市場(chǎng)規(guī)模有望保持穩(wěn)定增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

  中國(guó)存儲(chǔ)芯片市場(chǎng)規(guī)模將保持穩(wěn)定增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)(單位:億美元)

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