半导体设备需求激增 中国如何提高自给率

 作者：邱智丽  来莎莎  钱童

在新建产线的推动下，2018年中国半导体设备需求激增近五成，但国产设备的自给率只有12%。中微公司董事长兼首席执行官尹志尧这样评价半导体设备产业发展的难度，“不亚于做两弹一星”。

12月8日，在首届临港新片区投资论坛上，与会的企业家提到了半导体设备行业目前所面临的主要挑战，包括技术难度大、市场高度垄断、研发周期长、耗资巨大等问题。不过，在设备业越来越受重视以及中国这一巨大的半导体市场下，国产设备业也有望快速成长。

集成电路产业不仅覆盖设计、制造、封测上下产业链，还有EDA软件、设备和材料等产业。近几年，各地此起彼伏的“造芯热”也离不开半导体设备。如果没有光刻机、刻蚀机等生产设备，芯片生产根本无法开展。

“集成电路领域最大的差距在于EDA（电子设计自动化）和设备，这些才是集成电路自主可控的终极追求。”太平洋电子首席分析师刘翔在一份研报中指出。

不对称竞争

根据摩尔定律，每18个月同面积下晶体管数量翻倍。芯片制造公司想尽一切办法在狭小的面积内尽可能地放下更多的晶体管，增加芯片的晶体管数量。在晶体管尺寸的不断微缩过程中，为了实现更小的线宽，在工艺方面，光刻机和刻蚀机起决定性作用。

根据全球最先进的集成电路制造商台积电的研制时间表，经过18个月，芯片制程已经从14纳米发展到5纳米，并进入大规模生产节点。

台积电原本今年在芯片领域的投资是110亿美元，现在增加到了140亿至150亿美元，预计明年仍将保持这一投资水平。此外，台积电3纳米芯片完成生产后，将启动2纳米的新的研发中心将会有8000名研发人员加入。

芯片制程不断地演进，对设备的加工精度要求也随之提升。“现在已经提出要求做到化学薄膜沉积均匀性正负0.29%，等离子体刻蚀线宽均匀性0.1纳米，这比一个原子还小。”尹志尧表示，“等离子体刻蚀和化学薄膜是最关键的设备。建一条5纳米的产线比传统产线贵5.5倍，每一块晶圆制造成本贵2.6倍，现在台积电虽然技术上可以实现，但是很贵，所以降低成本变成他们现阶段最重要的任务，这也是我们加速自给设备材料的机会，因为我们可以做到质量好价格低。”

中国目前很多科创企业都处在一个不对称竞争的国际环境里，半导体设备市场也呈现高垄断状态，且在逐年提升。

赛迪顾问数据显示，从2014年到2018年，全球半导体设备供应商TOP10市占率从78.6%上升到81.0%，主要是日本和美国的企业。中国的设备企业想要进入分一杯羹，挑战非常大，但是一旦国外设备商断供，将会带来巨大隐患。

与半导体其他领域类似，中国半导体设备需求大，但自给率低。在全国各地新建产线的推动下，2018年中国半导体设备需求激增，市场规模达128.2亿美元，同比增长47.1%，是全球设备产业增长速度的近5倍，但是国产设备的自给率只有12%。

经历40年的激烈竞争，国际半导体工艺设备高度集中，形成了三大国际设备公司为主导的形势，生产线准入门槛很高。

要从被少数企业垄断的市场中突围十分不易，更何况是耗资巨大的半导体产业。尹志尧指出，微观加工设备的开发和生产需要大量研发经费和资金支撑。

即使中微每年投入3亿研发，也只是美国对手的1/20，存在非常严重的不对称竞争。尹志尧给出了一组数据：美国应用材料公司年销售172.5亿美元，年研发经费20.2亿美元；美国泛林半导体年销售110.8亿美元，年研发经费11.9亿美元；东京电子年销售106.2亿美元，年研发经费9.1亿美元。他呼吁，仅仅企业自己投入资本金不够，还需要低息贷款以及政府研发补贴的支持。

“不亚于两弹一星”

　　除了市场竞争，半导体行业本身综合多个学科，技术难度大。

　　微观加工纳米结构已经接近物理极限，目前台积电提出的原子水平加工需要集成50多个学科的知识和技术，难度不亚于做两弹一星。

　　中国半导体产业其他挑战，包括需要有完整的知识产权保护体系；设备需要的关键材料零部件都要由国际一流公司，甚至百年老店供应；微观器件产业竞争激烈，不断要求设备提高输出量、降低价格等等。

　　设备市场周期性的波动远高于微观器件产业和传统产业，很难预测，“根据Gartner 2004年到2009年芯片设备市场预测及实际表现来看，两者常常大相径庭，甚至对下一年的预测也经常有趋势性的错误，这意味着企业要覆盖较多的产业，以保证公司持续发展”。

        不过，受中兴、华为事件影响，国产半导体设备也迎来新的契机。根据SEMI（国际半导体产业协会） 数据，2017年中国大陆半导体设备销售额约占全球的15%，预计2020年占比将超过20%，约170亿美元。

　　在业内人士的呼吁下，半导体设备行业也正受到重视。今年10月，备受关注的国家集成电路产业投资基金（下称“国家大基金”）二期落地，该基金管理机构华芯投资在今年的一次半导体论坛上曾透露了国家大基金未来投资布局及规划。将继续支持龙头企业做大做强，提升成线能力。

　　国家大基金首期主要完成产业布局，二期基金将对在刻蚀机、薄膜设备、测试设备和清洗设备等领域已布局的企业保持高强度的持续支持，推动龙头企业做大做强，形成系列化、成套化装备产品。国家大基金将加快开展光刻机、化学机械研磨设备等核心设备以及关键零部件的投资布局，保障产业链安全。