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杭州士蘭微電子股份有限公司董事長陳向東
近日，在蘇州高新區(qū)舉辦的中國集成電路設計創(chuàng)新大會暨 IC 應用博覽會（ICDIA 2021）上，杭州士蘭微電子股份有限公司董事長陳向東帶來主題為《多種產業(yè)形態(tài)的半導體芯片發(fā)展模式》的精彩分享，以下為演講全文：
集成電路走到今天，它已經在我們的信息采集、傳輸、存儲、處理和顯示上發(fā)揮了非常重要的作用。
有一句話，信息和能源是人類社會發(fā)展的兩個重要的方面，引出這個題目來為了描述后面產業(yè)發(fā)展的模式，除了信息之外，半導體技術在我們的各種能量形態(tài)的轉換上也發(fā)揮了非常重要的作用。我們的光伏發(fā)電，各種逆變器，甚至半導體照明LED也是半導體技術，高鐵上的驅動，風能的發(fā)電，包括日常使用的充電器，都有半導體有關，半導體能源的轉換上起到大的作用，非常喜歡這張圖片，這張圖片講的非常清楚，走到現(xiàn)在集成電路發(fā)展的主要維度。
第一個垂直方向的先進工藝，比拼的是工藝線寬的加工能力，比拼是單位面積里面我們晶體管做的數(shù)量，畫的IPhone主處理器芯片，大家最近看到報告，IBM利用兩納米的制程，做成了每平方毫米3億多個晶體管的處理能力，這里寫的5納米是1.5億個左右。
橫向的方向我們一般講的特色工藝，特色工藝它比拼的不完全是工藝的線寬了，比拼的是一些工藝期間的結構，包括模擬電路、色屏電路，包括無緣高壓的功率半導體包括一些傳感器等等。
斜的這條線大家特別的關注，也是近來發(fā)展的重點，這里補上了一個，2.5D，3D一些異構的堆疊封裝最近特別的火熱，把各種不同先進工藝制作的圓片，先進制成和特色工藝圓片的制成把它堆疊在一起，形成更高密度的功率系統(tǒng)，這個是兩個重要的發(fā)展的方向。
我想跟大家分享一下整個半導體公司在六七十年發(fā)展歷程上的逐步的演化，半導體發(fā)展的初期，大概有兩類公司，或者兩種形態(tài)的公司做半導體芯片，一類大型系統(tǒng)型的綜合公司在半導體發(fā)明早期，像西門子、飛利浦、IBM的大公司能力非常強，大型的整機系統(tǒng)，然后投入到半導體技術的開發(fā)，還有一個硅谷為代表的，因特爾這樣的專業(yè)半導體公司，一開始做半導體技術的，半導體技術的一開始初創(chuàng)從美國的硅谷開始的。
芯片發(fā)展的早期，各種支撐技術的不夠成熟，也在發(fā)展的過程當中，所以幾乎是所有的芯片廠家它都具備芯片的設計，芯片的制造包括封測能力全部包在一起的，過程當中逐步的形成了裝備、EDA工具，材料大的支撐的產業(yè)。
隨著產業(yè)的發(fā)展，隨著技術的發(fā)展，到了上個世紀的80年代左右，整個半導體的產業(yè)發(fā)生分化，有些分化是經濟的規(guī)律驅動，有些分化是技術形態(tài)發(fā)生變化推動的，上個世紀80年代末開始出現(xiàn)了芯片代工模式，芯片代工模式發(fā)展的動力，一般大概有兩重概念，一個就是到80年代末的時候，全球開始建八英寸的芯片生態(tài)線，那么八英寸的芯片生態(tài)線往上走了之后，投資規(guī)模很大，按照現(xiàn)在的對過去事情的回應，八英寸的生態(tài)線在當前建線要10億美金一條生產線對于很多的公司大概不可承受之重，就可能放棄，五寸六寸做到頂了，不再往前走了，最比方美國的凌特公司，做的模擬芯片做的很好的，長期就堅守在四英寸、六英寸上，芯片技術水平很到，尺寸不再做上去了，有很多這樣的公司。
還有一個就是工具開始普及，開始普及的主要原因就是80年代中后期開始，現(xiàn)在我們這個詞很少用了，工作站，有點類似于服務器，處理能力很強的工作站普及，普及的時候配上EDI的工具，強有力的運算單元，實際的成本大幅的降低，很強的計算能力，都建立在數(shù)據(jù)中心，用超型小型機或者大型計算機算，一般的小的一個實體的，擁有超強的預算能力代價非常大的，到了80年代中后期成本下降了，下降之后推動設計業(yè)獨立的發(fā)展，設計業(yè)獨立發(fā)展之后他也需要有單獨的芯片工廠為他生產芯片。
所以兩種模式共同的推動之下，中國臺灣地區(qū)在其他一些地方并行了芯片代工的模式，是這么運營起來的，我這里有句話芯片發(fā)展的歷史上有一段時間是芯片設計業(yè)發(fā)展的黃金時間，這個黃金時間應用推動需求的，我可以舉兩個簡單的例子，我親眼看到的，比如說上世紀80年代末的時候，個人計算機開始普及，那時候的PC跟今天看到的PC完全不一樣的，除了英特爾的主處理器之外，有中小規(guī)模的邏輯鏈路構成的，美國幾家公司想辦法把計算機外圍的幾十個芯片逐步的設成一個芯片，但今天來說這個沒有了，都集中到輸入輸出。
但是那個地方美國微代表的技術創(chuàng)新公司，就把PC很多東西都集中在一起，創(chuàng)立了對工業(yè)、對一些PC產業(yè)起了很大的推動作用，在我們中國臺灣地區(qū)針對消費電子，我看到很多，比如說電子手表，電子玩具很多創(chuàng)新的設計，推動了設計公司的發(fā)展。
這些的創(chuàng)新的應用在設計公司創(chuàng)新發(fā)展當中有一段黃金時間。再往下走集成電路產業(yè)隨著自然的一些并購規(guī)律的一些發(fā)展之外和大公司變大、小公司變小之外，上個世紀90年代末，綜合型的一些半導體公司開始分解，為什么在上個世紀90年代末發(fā)生變化？主要是上個世紀90年代末，在國際上半導體產業(yè)已經成為成熟的產業(yè)了。
所謂成熟的產業(yè)就是在各個技術細分的市場上都有成熟的玩家，產業(yè)規(guī)模第一、第二、第三名基本上清晰的勾勒出來的。
另外發(fā)展速度也已經變慢了，半導體的周期造成了階段性的產能過盛，階段性的供不應求，大的系統(tǒng)性的公司，財務是穩(wěn)健的，跟著半導體走的話，半導體公司投入很大，會拖累整個大的系統(tǒng)公司的財務，西門子的半導體的，半導體的財務數(shù)據(jù)會大起大落，比方說IBM都有這樣的情況，所以上個世紀90年代末期開始，大型的系統(tǒng)公司紛紛的剝離它的半導體業(yè)務。
所以西門子公司把半導體剝離掉了，其中有一家保留到今天。飛利浦也剝離掉，保留了一部分的研發(fā)。這樣的事情很多，所以說整個的半導體的產業(yè)歷程經過五六十年的發(fā)展有大的整并的過程，整并到今天，用右下角的框框簡要的歸納一下，芯片現(xiàn)在產業(yè)大致上有這么幾類，第一個專業(yè)的設計制造一體的公司國際上現(xiàn)在有很多，比方說英特爾就是典型的，還有韓國的三星，包括歐洲的半導體都是這樣的，專業(yè)設計的，另外還有就是說大的企業(yè)公司把芯片整個業(yè)務剝離了之后，并不是說不做芯片了，更多是轉向芯片的設計，把制造這塊放掉了，這塊最典型就是蘋果公司，蘋果公司做手機和系統(tǒng)核心芯片自己設計的，所以說這個地方芯片設計為主。
我們國內像華為的海思實際上也是屬于這樣一個角色，那么再有就是專業(yè)的芯片代工企業(yè)，還有就是專業(yè)的芯片封測和測試代工企業(yè)，再有就是設計公司，這個大家都非常熟悉了，設計公司大概三類。
那么支持電路產業(yè)走到今天，剛才講了有代工，有設計制造一體，它多種產業(yè)形態(tài)已經并存了，那么支持這個芯片代工這個模式持續(xù)發(fā)展的動力或者說它的底層邏輯是什么呢？是這樣的，就是說叫摩爾定律持續(xù)的發(fā)展，推動了高密度芯片的高密度的集成，那么芯片高密度集成，大家現(xiàn)在聽到的一句話就是一臺光刻機很貴，要1億多美金，這個代表了什么？就是說在高強度的投入，一般的公司已經做不起了。
另外高精度的裝備，你要把它維護好，也已經不容易了，再有就是2納米、3納米要持續(xù)往前走，工藝的技術的研發(fā)的投入非常大，也是一般的非常所不能承受的，所以這樣的話，一方面出現(xiàn)了產業(yè)的分工，一方面它專業(yè)的代工有它邏輯合理性，臺積電就持續(xù)在這條道上，持續(xù)的往前走。
另外我們也看到，能夠持續(xù)跟蹤摩爾定律的企業(yè)一定是越來越少，現(xiàn)在看到的是臺積電、三星和因特爾三家會持續(xù)的往前走，其它企業(yè)基本上都在不同的納米級節(jié)點上宣布停止了，不再投入了，所以這條路一定會繼續(xù)走，包括因特爾在內還能不能繼續(xù)往前的下去，也是要打問號的，因為體量非常大，現(xiàn)在看到因特爾的工藝上已經相對落后了，但是這個邏輯是存在的。
所以就是說能夠持續(xù)跟蹤摩爾定律的制造企業(yè)會越來越少，另外就是說數(shù)字芯片、高密度芯片實際方法的進化，我這里主要舉了兩條，一個是IP的重用，還有一個還是軟件工程的形態(tài)，那么軟件工程的形態(tài)就使得IDA專業(yè)流程的指導和推動控制之下，它可以設計非常大的芯片，另外剛才也提到了設計業(yè)態(tài)的分工，也推動了很小的組織可以定義、規(guī)劃幾十億甚至上百億們的邏輯，現(xiàn)在都可以規(guī)劃，像人工智能芯片都可以規(guī)劃，所以客觀上也有持續(xù)往高密度推動的需求，所以先進工藝的代工是未來非常明確的發(fā)展趨勢。
但集成電路它又是一個涵蓋了多種技術、多種應用場景的一個產品，那么特色工藝的半導體產品，它仍舊有它非常大的發(fā)展的空間，所謂的特色工藝就是指半導體產品，利用半導體材料的各種物理特性，做出各種工藝半導體射頻傳感器，那么說歸到功率器件，歸村底的高壓集成電路，包括砷化鎵、氮化鎵的射頻器件、功率器件，它除了利用PN結的一些基本電學特性之外，還多的用到半導體的光學、機械很多的一些特性，包括一些壓敏包括壓電一些特性來做，所以它的線寬從現(xiàn)在來看，大概特色工藝的線寬走到今天大概是40多納米到60多納米，大概再往上，甚至到一兩百納米，從今天來看，大概都已經有足夠的競爭力了。
那么設計制造一體的這個企業(yè)形態(tài)，看起來又特別的有利于我們一些相關產品的深度的開發(fā)，我這里舉了一個以高壓的集成電路和高壓的工藝系統(tǒng)為例子，那么你要做一個高壓的產品，可以做代工，沒有問題，但是前提是這個代工廠家，要能夠的積極的配合你做一些器件，工藝參數(shù)的調試，但這個往往因為屬于兩個實體，有難當?shù)碾y度，工作效率我們看到也是相對偏慢一些。
那么我們一般理解，就是說你要做高壓的，那么你的工藝平臺的建設，器件模型包括線路架構驗證，應用系統(tǒng)包括封裝系統(tǒng)質量評價，因為高壓工藝產品，現(xiàn)在我們跟很多專家都專門討論過這個問題，一個功率器件現(xiàn)在看來芯片的可靠性，你設計制造正確了之后，大概占了百分之三四十左右，跟封裝有關系的可靠性占了百分之六七十，那么這樣的話，把封裝拉起來，你也只有把它一起來做，可能會更有機會把它的問題解決在你企業(yè)的內部。
所以我在后面講一句話，就是說只有系統(tǒng)的持之以恒堅持以上幾方面的工作，才能建立不斷進步的高壓工藝體系，這個非常的重要。
那么國際上這個叫IDM，就是設計制造企業(yè)，它的發(fā)展情況大概現(xiàn)在是這樣的，就是說從現(xiàn)在來看，特色工藝的產品，包括傳感器，包括功率半導體等等，基本上都是由美、日、歐發(fā)達國家的設計制造一體形態(tài)的公司所占有，像我們中國大陸也好，中國臺灣也好，因為近三四十年，中國大陸稍微晚一點，20多年，基本上走的是一條代工的模式，那么它把產品設計和制造相互，應該說是拉開了距離了，拉開了距離之后，從現(xiàn)在來看的話，一塊相對來說反而發(fā)展的慢。
像中國臺灣地區(qū)很厲害，但是它就基本上功率半導體、傳感器上基本上就沒有，我覺得不是說它做不了，它應該會做的很好，但是產業(yè)生態(tài)造成了對這一類的產品的研發(fā)，制造的互動減弱了，然后降低了它的整個研發(fā)能力，所以從目前市場的發(fā)展來看，國際上跑到前面的公司，它的優(yōu)勢還是非常的明顯的，無論是產品的性能，品牌口碑和這個市場占有率來看，要很快打破這個格局，還真的不太容易。
那么持續(xù)的市場應用新需求，就是新的需求不斷的在冒出來，然后長期穩(wěn)健的研發(fā)投入，包括公司的并購，推動了國際上頂尖的設計制造企業(yè)公司還在持續(xù)的發(fā)展，還在加快發(fā)展，那么當前在中國有利于設計制造一體企業(yè)成長的一些因素，我想有這么幾個。
第一，硅片尺寸的穩(wěn)定，我們知道現(xiàn)在硅片大概中間有滬深，要建18寸的硅片，但是最追沒建起來，硅片走到12寸，現(xiàn)在基本上已經停下來了，還有一個就是摩爾定律這個腳步的放緩，那么摩爾定律腳步的放緩，言下之意就是說很多成熟工藝，它有更大的一些發(fā)展的空間，因為成本上面的原因。
另外也看到純的代工模式，剛才提到的這一些特色工藝產品研發(fā)，它有一些弊端，大家也都看到了，那么另外就是說剛才提到了，就是說成熟工藝或者說特色工藝它所需要的線寬大一些，它可以利用先進工藝淘汰下來的產線來進行生產，像做存儲器，它每年都要淘汰掉很多的設備，可以買他的設備來做，所以電線的成本降低。
另外國內很多的專家、領導也都看到了中國可能是需要獨立的也要去發(fā)展一些IDM的企業(yè)，所以專家領導都有護身，再有就是國內的產業(yè)政策，國內的產業(yè)政策現(xiàn)在從國家大基金到各個地方的產業(yè)基金，總體上也都非常的樂于去推動產線的建設，所以這樣的話，這些綜合的因素使得國內的芯片制造一體的企業(yè)，或者有一些產品公司它有一些條件，去建生產線，這個基礎可能會更好。
全球IDM模式企業(yè)的發(fā)展的重要數(shù)據(jù)可以跟大家再分享一下。就是說現(xiàn)在全球接近5000億美金的半導體產值里面，由IDM公司所貢獻的這個產值是多少呢？大約是在75%-80%左右，就是說由IDM的公司，像英特爾、三星做存儲器的，然后像英飛凌這樣的半導體，就是這樣的設計制造型的公司，它所貢獻的產值才占到了75%-80%，是一個非常大的數(shù)字。
當然盡管它們的很多芯片是用代工作的方式來做的，像依法半導體很多的MCU它就是委托臺積電等企業(yè)做代工的，但是它的技術平臺是自己來開發(fā)的，這個我就不展開講了，總體上這個市場應該是一個非常大的。
我想也跟大家稍微再分享一下，士蘭微電子IDM的發(fā)展歷程，士蘭微電子在1997年成立，成立的時候，我們在2001年開始規(guī)劃，就是建了一條生產線，這個當然可能跟我們過去資深的工作背景有一定的關系。
那么2003年第一條生產線運行之后，那么我們的組織結構也逐步的轉化為IDM的模式，那么在加強芯片設計能力的同時，也強化了芯片生產線的硬件設施和工藝研發(fā)的投入，那么士蘭微電子投入了一條5英寸，一條6英寸的生產線，總體運行效果都還算不錯的，但是同時我們也很清楚的看到，如果說我的芯片生產能力只停留在5英寸、6英寸你要把產品的水平做高，要有國際競爭能力，這個幾乎是不可能的，實際上這一點，我們在很多年前就已經看到了，所以我們在2013年我們做了一個決定，要下決心去建8英寸的生產線，當然時間也很巧，這個時候就趕上了一個比較好的時機，然后國家大基金也成立，所以幫助了我們8英寸生產線的建設。
所以這個8英寸生產線建設的話，2013年定下決心，2015年開工，然后到了2017年，我們的8英寸跑出來原片了，同時我們也很快看到，根據(jù)當時國內的市場，光有8英寸可能還不夠，你還有往12寸跑，所以當時我們幾乎就走了連續(xù)幾級跳，然后在2017年的12月底，我們在廈門海滄規(guī)劃再建設兩條12寸的芯片生產線。
第一條芯片生產線已經在2020年的年底開始進行試生產，剛剛過去的6月份的話我們的產輸做到了14000片左右，到年底會過三萬片，對我們公司一段時間的成長起到非常大的作用，另外我們規(guī)劃第三代化合物半導體的開發(fā)，研發(fā)工作我們都已經開始生產線進行了。
再有一點，當年趕上一個好的時間，受國際政治氣候的影響，當前國內高門檻行業(yè)整機企業(yè)大規(guī)模的接受國產的芯片，這個是對我們IDM模式非常重要的支持。平時大家聊天很清楚，一個芯片產業(yè)如果說沒有高端客戶的牽引，只是在一些中低端或者低端純粹價格跑量市場上發(fā)展的話企業(yè)的質量、技術一定會走偏掉，高門檻行業(yè)帶著你走，一定就是技術、質量抓的，對我們持續(xù)的發(fā)展應該會是非常大的事情。
我們在國內幾個地方，一個是杭州的制造基地，一個是廈門制造基地，成都的制造基地大致上的分布。
最后一頁我個人的總結。這篇文章重點講的設計制造一體的模式了，待工的模式是一個我們國家或者全球非常重要的發(fā)展方向，我們國家也已經有很好的芯片待工企業(yè)，那么從當前的市場和技術發(fā)展的趨勢來看，中國大陸有機會成長幾家規(guī)模較大的IBM模式的集成電路企業(yè)，也包括存儲器，全球發(fā)展來看存儲器一定是設計制造一體的。
但是因為剛剛前面提到的，大家或者說從各類地方基金多投資機構，都有做IDM的社情，總體說看到還是要設計一哄而上。
IDM運行的企業(yè)是重資產的企業(yè)，我們的企業(yè)的資產規(guī)模很快就會達到兩三百億資產規(guī)模運行，資產規(guī)模運行市場情況好的時候好，市場情況不好的話，整個運行壓力還是很大的，資金的籌措安排上這里提出需要國家和地方政府相關政府的支持，需要金融資本的幫助。
另外受產業(yè)景氣度的影響，重資產模式運行的設計制造企業(yè)的話，運行有風險的，雖然我們早期在金融危機的時候碰到這個問題，需要特別關注成本的控制。
另外就是說企業(yè)運行需要有非常明確的戰(zhàn)略定位，就是說技術、產品和市場一定是你IDM運行模式關注企業(yè)的重點，一定不是技術和產品。
最后還有一點非常重要，就是培養(yǎng)持之以恒持續(xù)發(fā)展的IDM文化，IDM文化是重資產的一個企業(yè)，運行起來非常困難的，一路走過來我們比較清楚的，一定不能說很困難了，就拿出來做代工，這條發(fā)展的模式非常明確的。
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