自2000年中芯國際集成電路制造有限公司（Semiconductor Manufacturing International Corp，中芯國際）成立開始，硅代工便立即成了大陸半導體產業(yè)的發(fā)展主力。通過學習象徵著臺灣半導體產業(yè)發(fā)展的臺灣積體電路制造有限公司（Taiwan Semiconductor Manufacturing，TSMC）的硅代工業(yè)務模式，大陸半導體產業(yè)鏈的構筑以及上下游產業(yè)集群效果的提升備受期待。
大陸的半導體產業(yè)隨著國內最大型硅代工企業(yè)中芯國際等半導體廠商的積極投資，一躍成為僅次于臺灣的全球第二大硅代工生產基地。大陸硅代工產業(yè)的全球市場份額2006年達到了13.3％。但之后逐年衰退，到2010年，全球市場份額降到了10％。IEK預測，2011年將降至9％以下。而臺灣的硅代工產業(yè)方面，2010年TSMC的全球市場份額超過50％達到了50.3％。臺灣整體的硅代工產業(yè)市場份額高達68％。IEK預測，在絕對的的競爭力優(yōu)勢下，2011年TSMC的市場份額將進一步提高到50.8％。
2011年，中芯國際出現(xiàn)了給公司運營造成巨大影響的經營權之爭，導致公司整體陷入不穩(wěn)定局面。在此之前，中芯國際的發(fā)展可以說是大陸硅代工產業(yè)的榜樣。中芯國際現(xiàn)在遭遇的難題也可以說是很多其他大陸硅代工企業(yè)今后會面臨的課題。大陸硅代工無法取得成功的原因在哪來？競爭力低下的原因又在哪里？更重要的是，大陸的硅代工企業(yè)今后是否能抓住東山再起的機會。本文將對大陸硅代工產業(yè)過去10年間的興衰進行分析，并展望未來的發(fā)展趨勢。
大陸硅代工產業(yè)的全球市場份額持續(xù)低迷
在2004～2010年的大陸硅代工產業(yè)中，中芯國際的市場份額超過了5成（圖1）。因此，中芯國際的業(yè)績變動給大陸硅代工產業(yè)整體帶來了巨大影響。2004年對大陸硅代工產業(yè)來說是一個重要的分水嶺。從2004年起，大陸硅代工產業(yè)在全球市場上的份額上升速度開始減緩。而到了2008年以后，競爭力和市場份額開始下降。
圖1：2004～2010年大陸廠商在全球硅代工市場上的份額
出處：工研院IEK（2011年11月）
大陸主要硅代工企業(yè)的銷售額增長率如表1所示。表1列出了大陸硅代工產業(yè)全球市場份額迎來峰值的2006年至2010年間的銷售額年均增長率（CAGR）。除了在大陸硅代工企業(yè)中排名第五的中國上華半導體（Central Semiconductor Manufacturing Corp，CSMC）實現(xiàn)了18.5％的高增長外，其他企業(yè)的增長率均低于全球硅代工企業(yè)的年均增長率6.7％。最大型的中芯國際的增長率只有1.5％。大陸硅代工產業(yè)在過去10年里發(fā)生了巨大變化，追根溯源分析原因至關重要。
表1：大陸硅代工廠商的銷售額
出處：工研院IEK（2011年11月）（點擊放大）
硅代工產業(yè)成功的關鍵——產能、技術、資金
對硅代工而言，銷售額增長和產能擴大之間有直接相關性。因此，增加資本支出意味著將來會擴大產能，從而關系到潛在的銷售額增長。2004～2010年間，臺灣TSMC和UMC（United Microelectronics Corp.：聯(lián)華電子有限公司）以及大陸中芯國際三家硅代工企業(yè)的產能走勢如圖2所示。
2004年以后，全球硅代工市場上300mm晶圓工廠的產能需求大幅增加。因此，在制造技術及300mm工廠硅代工產能方面領先的公司得以較其他競爭公司實現(xiàn)了大幅增長。2010年底TSMC的產能比2004年擴大127％。UMC擴大34％。但中芯國際的產能自2007年迎來峰值以后便開始縮小。
主要原因是，中芯國際的300mm工廠當初因重視營業(yè)收入，推進了DRAM量產。而將硅代工生產業(yè)務轉移到了200mm工廠中。雖然DRAM的總銷售額比例一舉達到了中芯國際整體銷售額的3成以上，但DRAM的產能與全球其他主要競爭公司相比很小，未能發(fā)揮“規(guī)模經濟”的效應。
因此，中芯國際為擴大DRAM產能絞盡了腦汁。但就中芯國際當時的資金和財務狀況而言，難以負擔經濟形勢變動給DRAM業(yè)務造成的潛在風險。2007年以后DRAM市況急轉直下，局面對中芯國際十分不利。最終，中芯國際退出了DRAM業(yè)務，開始調整300mm工廠用來承接邏輯IC的代工業(yè)務。
現(xiàn)在來看，當時中芯國際退出DRAM市場并非上策。經過這么一折騰，300mm工廠的硅代工產能出現(xiàn)空白，影響了公司的營業(yè)利潤。中芯國際在這種“東奔西跑”的過程中，延誤了發(fā)展。
圖2：2004～2010年三大硅代工企業(yè)（TSMC/UMC/中芯國際）的產能
出處：工研院IEK（2011年11月）
接下來從技術方面進行分析。2010年全球硅代工專業(yè)公司的65nm～40nm產品銷售額如圖3所示。在需要高水平制造技術的65nm～40nm產品市場上，臺灣TSMC占有最高份額，達到了63.5％。其次是美國GLOBALFOUNDRIES。GLOBALFOUNDRIES是從美國知名CPU企業(yè)AMD公司分離出來的硅代工企業(yè)。從事AMD擁有的尖端制造工藝所需的CPU受托生產業(yè)務，作為擁有較高專業(yè)性制造技術的硅代工企業(yè)取得了成功。
而中芯國際在65nm～40nm產品的營業(yè)收入方面，與全球硅代工企業(yè)前三強之間相差甚遠。2010年65nm～40nm產品的供貨金額只占全球整體的1％。雖然為應對無廠IC設計公司的訂單，在閑置的300mm工廠導入了尖端制造工藝，但生產線開工率并不高。因此，非但未能通過尖端制造工藝訂單獲得高利潤，反而在高端產品以外引發(fā)了訂單價格戰(zhàn)。
這種制造技術的落后及間接接單能力不足導致了銷售額和利潤降低。一旦出現(xiàn)赤字，對以后的制造技術和旨在擴大產能的資本支出能力也將產生影響。這就是中芯國際現(xiàn)在正經歷的惡性循環(huán)經營環(huán)境。在硅代工行業(yè)，產能、技術和資金的三位一體是取得成功的條件，三者缺一不可。
圖3：65nm～45nm產品銷售額中硅代工專業(yè)公司的全球份額比較（2010年）
出處：工研院IEK（2011年11月）
另外，從表2可以明確看出，硅代工制造工藝技術及產能的組合會影響訂單和營業(yè)收入。客戶對硅代工業(yè)者整體服務的信賴度直接影響訂單，關系著業(yè)務能否順利進展。[!--empirenews.page--]
中芯國際因2011年發(fā)生的新舊股東之間的經營權之爭，導致交貨時間及產品質量的可靠性降低，信賴度受到了客戶質疑。另外，雖然中芯國際最近三年調整了產品線和產品技術，使精細度高于65nm的產能占到整體的約2成，但由于生產線開工率較低，銷售額并沒有增長，未能達到預期效果。其中，大客戶美國德州儀器（TI）及美國博通的訂單被臺灣硅代工企業(yè)搶走，結果，中芯國際的300mm工廠的硅代工產能降到了4成以下。
此外，300mm工廠的設備折舊及貸款利息也對中芯國際公司2011年的現(xiàn)金流量造成了巨大負擔。另外還嚴重影響了2012年的資本支出能力。從表2來看，TSMC和GLOBALFOUNDRIES成功維系了與大客戶之間的長期合作關系，在65nm以下尖端制造工藝方面獲得了巨大的超額利潤。而且，針對將來的資本投入也保持了一定程度的水準。TSMC、UMC和GLOBALFOUNDRIES三大巨頭與中芯國際之間的距離進一步擴大。
表2：TSMC、GLOBALFOUNDRIES和中芯國際的制造技術及產能對銷售額造成的影響
出處：工研院IEK（2011年11月）（點擊放大）
中芯國際今后需要發(fā)起新的挑戰(zhàn)。即45nm以后的蝕刻制造工藝競爭。中芯國際擁有40nm以后的32nm、28nm以及22nm技術開發(fā)能力以及具有競爭力的合理的、低成本制造工藝，存在的課題是如何向客戶提供性能高、功耗低的產品。
中芯國際的45nm制造技術是從美國IBM公司的通用平臺（Common Platform）導入的。另外，目前正通過持續(xù)進行的研究開發(fā)，向客戶提供40nm制造工藝服務。但中芯國際之前一直依靠IBM的技術轉讓，而且在TSMC提起的專利權侵害訴訟中敗訴，這對市場競爭以及人才和資金的獲得非常不利。
與大陸其他硅代工企業(yè)一樣，中芯國際對EUV（超紫外光）制造工藝投入力不足，這意味著中芯國際將來只能向市場提供非主流的多供應商設計服務（second-source service）。
三維LSI帶來服務整合價值變革
包括中芯國際在內，大陸的硅代工企業(yè)依然在沿襲SoC（System on a Chip）專業(yè)代工服務模式。
而臺灣的兩大硅代工企業(yè)TSMC和UMC將企業(yè)的運營模式轉換成了垂直整合型部件制造服務供給公司（Integrated Device Manufacturing & Service Provider）的業(yè)務模式。目前正積極致力于向IP提供商、設計工具及供應商、設計服務公司（ASIC service provider）供貨。另外，加大三維SiP （System in Package）的研發(fā)力度更加重要。其中，三維LSI及TSV （硅通孔）是重中之重。三維LSI的發(fā)展將促使臺灣半導體產業(yè)上下游專業(yè)構造進行重新構筑，將影響目前的半導體產業(yè)的價值。
電子產品的功能和規(guī)格呈多樣化發(fā)展，變得越來越復雜。同時，必須要考慮商品形態(tài)和能源消費等要素。在今后的電子產品設計開發(fā)中，為實現(xiàn)軟硬件間的最佳組合，能否優(yōu)化組合重要的半導體部件？另外，在電子系統(tǒng)整體的功能及能源消費方面，如何才能維持最高水平至關重要。在LSI產品中，采用尖端制造工藝的高速運算處理器、媒體處理器以及存儲器的功能和耗電量比較重要。
在不久的將來，電子產品將繼續(xù)提高功能，運算速度會進一步加快，信息傳達量將進一步增加。其中，必須將系統(tǒng)整體的能源消耗控制在一定范圍內。而三維LSI技術就是強有力的解決對策。例如，在存儲器方面，三維LSI是實現(xiàn)高速帶寬和低耗電量的關鍵。
今后，下游電子產品廠商需要的，是擁有三維LSI技術，能夠提供定制和綜合服務的半導體廠商。臺灣兩大代工企業(yè)TSMC和UMC與電子產品廠商合作的機會今后會陸續(xù)增加。這將為半導體產業(yè)創(chuàng)造價值。在由SoC廠商、存儲器廠商以及封裝和測試后工序企業(yè)構成的生態(tài)系統(tǒng)中，兩公司將利用三維LSI，提供系統(tǒng)級的綜合服務。TSMC和UMC將大量投放三維LSI，這與電子產品廠商的期待完全一致。
IEK預測，2013年采用三維LSI和TSV的存儲LSI和邏輯LSI的應用及量產將大幅擴大。高性能云計算服務將得到積極采用，高端智能手機會逐漸普及。這種趨勢將改變TSMC和UMC的業(yè)務模式。
包括硅代工企業(yè)在內，目前大陸的半導體制造業(yè)界基本還未涉足三維LSI業(yè)務。現(xiàn)階段只是在追隨臺灣此前構筑的SoC代工業(yè)務模式。隨著三維LSI的發(fā)展，大陸半導體制造業(yè)界與引領全球的的硅代工企業(yè)之間的距離將進一步擴大。（特約撰稿人：楊 瑞臨，工研院IEK系統(tǒng)IC與制程研究部經理）
大陸的半導體產業(yè)隨著國內最大型硅代工企業(yè)中芯國際等半導體廠商的積極投資，一躍成為僅次于臺灣的全球第二大硅代工生產基地。大陸硅代工產業(yè)的全球市場份額2006年達到了13.3％。但之后逐年衰退，到2010年，全球市場份額降到了10％。IEK預測，2011年將降至9％以下。而臺灣的硅代工產業(yè)方面，2010年TSMC的全球市場份額超過50％達到了50.3％。臺灣整體的硅代工產業(yè)市場份額高達68％。IEK預測，在絕對的的競爭力優(yōu)勢下，2011年TSMC的市場份額將進一步提高到50.8％。
2011年，中芯國際出現(xiàn)了給公司運營造成巨大影響的經營權之爭，導致公司整體陷入不穩(wěn)定局面。在此之前，中芯國際的發(fā)展可以說是大陸硅代工產業(yè)的榜樣。中芯國際現(xiàn)在遭遇的難題也可以說是很多其他大陸硅代工企業(yè)今后會面臨的課題。大陸硅代工無法取得成功的原因在哪來？競爭力低下的原因又在哪里？更重要的是，大陸的硅代工企業(yè)今后是否能抓住東山再起的機會。本文將對大陸硅代工產業(yè)過去10年間的興衰進行分析，并展望未來的發(fā)展趨勢。
大陸硅代工產業(yè)的全球市場份額持續(xù)低迷
在2004～2010年的大陸硅代工產業(yè)中，中芯國際的市場份額超過了5成（圖1）。因此，中芯國際的業(yè)績變動給大陸硅代工產業(yè)整體帶來了巨大影響。2004年對大陸硅代工產業(yè)來說是一個重要的分水嶺。從2004年起，大陸硅代工產業(yè)在全球市場上的份額上升速度開始減緩。而到了2008年以后，競爭力和市場份額開始下降。
圖1：2004～2010年大陸廠商在全球硅代工市場上的份額
出處：工研院IEK（2011年11月）
大陸主要硅代工企業(yè)的銷售額增長率如表1所示。表1列出了大陸硅代工產業(yè)全球市場份額迎來峰值的2006年至2010年間的銷售額年均增長率（CAGR）。除了在大陸硅代工企業(yè)中排名第五的中國上華半導體（Central Semiconductor Manufacturing Corp，CSMC）實現(xiàn)了18.5％的高增長外，其他企業(yè)的增長率均低于全球硅代工企業(yè)的年均增長率6.7％。最大型的中芯國際的增長率只有1.5％。大陸硅代工產業(yè)在過去10年里發(fā)生了巨大變化，追根溯源分析原因至關重要。
表1：大陸硅代工廠商的銷售額
出處：工研院IEK（2011年11月）（點擊放大）
硅代工產業(yè)成功的關鍵——產能、技術、資金
對硅代工而言，銷售額增長和產能擴大之間有直接相關性。因此，增加資本支出意味著將來會擴大產能，從而關系到潛在的銷售額增長。2004～2010年間，臺灣TSMC和UMC（United Microelectronics Corp.：聯(lián)華電子有限公司）以及大陸中芯國際三家硅代工企業(yè)的產能走勢如圖2所示。
2004年以后，全球硅代工市場上300mm晶圓工廠的產能需求大幅增加。因此，在制造技術及300mm工廠硅代工產能方面領先的公司得以較其他競爭公司實現(xiàn)了大幅增長。2010年底TSMC的產能比2004年擴大127％。UMC擴大34％。但中芯國際的產能自2007年迎來峰值以后便開始縮小。
主要原因是，中芯國際的300mm工廠當初因重視營業(yè)收入，推進了DRAM量產。而將硅代工生產業(yè)務轉移到了200mm工廠中。雖然DRAM的總銷售額比例一舉達到了中芯國際整體銷售額的3成以上，但DRAM的產能與全球其他主要競爭公司相比很小，未能發(fā)揮“規(guī)模經濟”的效應。
因此，中芯國際為擴大DRAM產能絞盡了腦汁。但就中芯國際當時的資金和財務狀況而言，難以負擔經濟形勢變動給DRAM業(yè)務造成的潛在風險。2007年以后DRAM市況急轉直下，局面對中芯國際十分不利。最終，中芯國際退出了DRAM業(yè)務，開始調整300mm工廠用來承接邏輯IC的代工業(yè)務。
現(xiàn)在來看，當時中芯國際退出DRAM市場并非上策。經過這么一折騰，300mm工廠的硅代工產能出現(xiàn)空白，影響了公司的營業(yè)利潤。中芯國際在這種“東奔西跑”的過程中，延誤了發(fā)展。
圖2：2004～2010年三大硅代工企業(yè)（TSMC/UMC/中芯國際）的產能
出處：工研院IEK（2011年11月）
接下來從技術方面進行分析。2010年全球硅代工專業(yè)公司的65nm～40nm產品銷售額如圖3所示。在需要高水平制造技術的65nm～40nm產品市場上，臺灣TSMC占有最高份額，達到了63.5％。其次是美國GLOBALFOUNDRIES。GLOBALFOUNDRIES是從美國知名CPU企業(yè)AMD公司分離出來的硅代工企業(yè)。從事AMD擁有的尖端制造工藝所需的CPU受托生產業(yè)務，作為擁有較高專業(yè)性制造技術的硅代工企業(yè)取得了成功。
而中芯國際在65nm～40nm產品的營業(yè)收入方面，與全球硅代工企業(yè)前三強之間相差甚遠。2010年65nm～40nm產品的供貨金額只占全球整體的1％。雖然為應對無廠IC設計公司的訂單，在閑置的300mm工廠導入了尖端制造工藝，但生產線開工率并不高。因此，非但未能通過尖端制造工藝訂單獲得高利潤，反而在高端產品以外引發(fā)了訂單價格戰(zhàn)。
這種制造技術的落后及間接接單能力不足導致了銷售額和利潤降低。一旦出現(xiàn)赤字，對以后的制造技術和旨在擴大產能的資本支出能力也將產生影響。這就是中芯國際現(xiàn)在正經歷的惡性循環(huán)經營環(huán)境。在硅代工行業(yè)，產能、技術和資金的三位一體是取得成功的條件，三者缺一不可。
圖3：65nm～45nm產品銷售額中硅代工專業(yè)公司的全球份額比較（2010年）
出處：工研院IEK（2011年11月）
另外，從表2可以明確看出，硅代工制造工藝技術及產能的組合會影響訂單和營業(yè)收入。客戶對硅代工業(yè)者整體服務的信賴度直接影響訂單，關系著業(yè)務能否順利進展。[!--empirenews.page--]
中芯國際因2011年發(fā)生的新舊股東之間的經營權之爭，導致交貨時間及產品質量的可靠性降低，信賴度受到了客戶質疑。另外，雖然中芯國際最近三年調整了產品線和產品技術，使精細度高于65nm的產能占到整體的約2成，但由于生產線開工率較低，銷售額并沒有增長，未能達到預期效果。其中，大客戶美國德州儀器（TI）及美國博通的訂單被臺灣硅代工企業(yè)搶走，結果，中芯國際的300mm工廠的硅代工產能降到了4成以下。
此外，300mm工廠的設備折舊及貸款利息也對中芯國際公司2011年的現(xiàn)金流量造成了巨大負擔。另外還嚴重影響了2012年的資本支出能力。從表2來看，TSMC和GLOBALFOUNDRIES成功維系了與大客戶之間的長期合作關系，在65nm以下尖端制造工藝方面獲得了巨大的超額利潤。而且，針對將來的資本投入也保持了一定程度的水準。TSMC、UMC和GLOBALFOUNDRIES三大巨頭與中芯國際之間的距離進一步擴大。
表2：TSMC、GLOBALFOUNDRIES和中芯國際的制造技術及產能對銷售額造成的影響
出處：工研院IEK（2011年11月）（點擊放大）
中芯國際今后需要發(fā)起新的挑戰(zhàn)。即45nm以后的蝕刻制造工藝競爭。中芯國際擁有40nm以后的32nm、28nm以及22nm技術開發(fā)能力以及具有競爭力的合理的、低成本制造工藝，存在的課題是如何向客戶提供性能高、功耗低的產品。
中芯國際的45nm制造技術是從美國IBM公司的通用平臺（Common Platform）導入的。另外，目前正通過持續(xù)進行的研究開發(fā)，向客戶提供40nm制造工藝服務。但中芯國際之前一直依靠IBM的技術轉讓，而且在TSMC提起的專利權侵害訴訟中敗訴，這對市場競爭以及人才和資金的獲得非常不利。
與大陸其他硅代工企業(yè)一樣，中芯國際對EUV（超紫外光）制造工藝投入力不足，這意味著中芯國際將來只能向市場提供非主流的多供應商設計服務（second-source service）。
三維LSI帶來服務整合價值變革
包括中芯國際在內，大陸的硅代工企業(yè)依然在沿襲SoC（System on a Chip）專業(yè)代工服務模式。
而臺灣的兩大硅代工企業(yè)TSMC和UMC將企業(yè)的運營模式轉換成了垂直整合型部件制造服務供給公司（Integrated Device Manufacturing & Service Provider）的業(yè)務模式。目前正積極致力于向IP提供商、設計工具及供應商、設計服務公司（ASIC service provider）供貨。另外，加大三維SiP （System in Package）的研發(fā)力度更加重要。其中，三維LSI及TSV （硅通孔）是重中之重。三維LSI的發(fā)展將促使臺灣半導體產業(yè)上下游專業(yè)構造進行重新構筑，將影響目前的半導體產業(yè)的價值。
電子產品的功能和規(guī)格呈多樣化發(fā)展，變得越來越復雜。同時，必須要考慮商品形態(tài)和能源消費等要素。在今后的電子產品設計開發(fā)中，為實現(xiàn)軟硬件間的最佳組合，能否優(yōu)化組合重要的半導體部件？另外，在電子系統(tǒng)整體的功能及能源消費方面，如何才能維持最高水平至關重要。在LSI產品中，采用尖端制造工藝的高速運算處理器、媒體處理器以及存儲器的功能和耗電量比較重要。
在不久的將來，電子產品將繼續(xù)提高功能，運算速度會進一步加快，信息傳達量將進一步增加。其中，必須將系統(tǒng)整體的能源消耗控制在一定范圍內。而三維LSI技術就是強有力的解決對策。例如，在存儲器方面，三維LSI是實現(xiàn)高速帶寬和低耗電量的關鍵。
今后，下游電子產品廠商需要的，是擁有三維LSI技術，能夠提供定制和綜合服務的半導體廠商。臺灣兩大代工企業(yè)TSMC和UMC與電子產品廠商合作的機會今后會陸續(xù)增加。這將為半導體產業(yè)創(chuàng)造價值。在由SoC廠商、存儲器廠商以及封裝和測試后工序企業(yè)構成的生態(tài)系統(tǒng)中，兩公司將利用三維LSI，提供系統(tǒng)級的綜合服務。TSMC和UMC將大量投放三維LSI，這與電子產品廠商的期待完全一致。
IEK預測，2013年采用三維LSI和TSV的存儲LSI和邏輯LSI的應用及量產將大幅擴大。高性能云計算服務將得到積極采用，高端智能手機會逐漸普及。這種趨勢將改變TSMC和UMC的業(yè)務模式。
包括硅代工企業(yè)在內，目前大陸的半導體制造業(yè)界基本還未涉足三維LSI業(yè)務。現(xiàn)階段只是在追隨臺灣此前構筑的SoC代工業(yè)務模式。隨著三維LSI的發(fā)展，大陸半導體制造業(yè)界與引領全球的的硅代工企業(yè)之間的距離將進一步擴大。（特約撰稿人：楊 瑞臨，工研院IEK系統(tǒng)IC與制程研究部經理）
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