“芯”之所往,皆为序章——圆桌论坛关于半导体行业现状和未来趋势的讨论与思考
2024-01-19
芯片是科技时代的重要生产力,在全球新一轮的科技、产业信息化革命中,先进的半导体技术已经成为各国主要的竞争焦点。在国家大力倡导发展半导体行业的时代背景下,如何以独到的眼光从半导体产业链各个赛道中挖掘潜在投资机会,是众多投资人共同面临的挑战,也是水木梧桐创投的重要使命。
作为本次投资人年会的重点环节,水木梧桐创投基于多年来在半导体赛道的深耕细作,为大家带来了题为“‘芯’之所往,皆为序章”的圆桌论坛,由水木梧桐创投合伙人黄凯特主持,参与圆桌论坛的嘉宾包括傅里叶半导体创始人徐小林、晶通科技创始人蒋振雷、世禹精密董事会秘书商小路、芯率智能联合创始人蒋晓军。
参与本次圆桌论坛的嘉宾均为水木梧桐创投在半导体产业链上所布局部分优秀企业的代表,各位嘉宾围绕半导体产业链各细分领域国内企业的2023年发展状况以及对2024年有何展望,当前中国半导体在不同细分领域与海外差距、整体国产化情况,仍有哪些技术点需要持续重点关注并获得突破,又会为行业带来怎样的变化等话题,在本次圆桌论坛中进行了热烈的讨论和分享。
傅里叶半导体成立于2016年,是国内领先的智能音频功放芯片设计企业。公司专注于高性能音频解决方案,旗下主要产品涵盖了智能音频功放、SPC音频功放、中大功率音频功放、线性马达驱动、电源管理等芯片产品,相关产品的性能指标比肩国际一线厂商,产品广泛应用于智能手机、平板电脑、电视、智能音箱、物联网、车载电子等领域。傅里叶半导体也是国内首家推出智能音频功放芯片Smart PA国产替代芯片的企业,实现了该领域的国产突破。傅里叶半导体的产品已获得了国际国内一线品牌客户认可,量产客户包括三星、小米、vivo等知名品牌。
回顾2023年,徐小林先生表示,由于傅里叶半导体当前以消费类产品客户为主,例如手机、电视、物联网等行业的客户,因此受消费电子行业整体影响较大,集中体现在第一季度和第二季度。但从第三季度开始,市场开始好转,第四季度市场整体情况已优于2022年。主要原因是客户和渠道商的库存情况、以及市场需求方购买意愿均发生了变化。最终,傅里叶半导体在2023年总体出货量相比2022年全年逆势增长了约40%,业绩也有所提升。徐小林先生认为,2024年的市场行情一定会比2023年更好一些。另外,得益于傅里叶半导体在行业低迷时期持续加大研发投入,研发的新产品有望帮助其在2024年取得更多的增长。
徐小林先生表示,在手机领域,傅里叶半导体所开发的音频功放产品,性能指标跟国外厂商的产品基本是同一水准,当前差异主要体现在市场占有率方面。在中低档手机领域,包含头部品牌在内的手机厂商基本上使用的都是包括傅里叶半导体在内的国产厂商的产品,而在一些中高端的,尤其是旗舰机型领域,可能出于一些历史原因,或者产品定位的关系,国产厂商产品的市场占有率还比较低。在电视领域,傅里叶半导体也属于国产替代的第一梯队,2023年已经实现千万级的出货,相信未来两三年内,在电视领域海外品牌就会很少了。在车载领域,国内现在还处于起步阶段,现在主流使用的还是欧美厂商的产品。
徐小林先生表示,傅里叶半导体作为设计公司,一直以来坚持的策略是在细分领域里深耕,多年以来都专注于一类产品,目前产品在国内的市场占有率排名行业前二。而且,企业如果要有真正长远的发展,需要做的不仅仅是国产替代,更要走出去同国外厂商的产品竞争,做进海外客户的供应链体系内。徐小林先生表示,目前国内厂商的产品是有很大的机会能走出去的,因为国内芯片行业一直在发展,下游的智能手机、电视、汽车等行业也一直在发展,产品乃至整个系统架构也在升级。而每一次升级,对于行业内的厂商,特别是类似傅里叶半导体这类相对年轻公司而言,都是机会,因为此刻大家都是处于同一起跑线上的,就看自己能否抓住机会,提升自身的设计能力和产品品质,增强与客户的联系。另外,与傅里叶半导体所在领域类似的行业,基本上每隔两到四年就会迎来一次产业升级机会。
对于技术改进,徐小林先生认为,在消费类芯片主要关注两个方面:第一个方面是性能是否做得更好。例如在手机领域,芯片能否帮助手机降低功耗、提高效率、提升智能化程度等。性能的提升还包括产品能否跟随整个系统升级而升级。针对新的应用领域或者新的功能(例如手机里更多的智能化应用,包括外围的电池、电源供电管理),产品能否跟着进行提升。因为目前市场上主流的主芯片仍然由高通等国外厂商所引领,国内厂商同国外厂商相比,在产品前瞻性上还稍显不够,这是我们目前最主要的差距。而国外厂商之所以可以看得更远,是因为他们引领应用。同样,如果应用在国内,例如海思平台,国内厂商跟着华为做出来的产品可能就比海外的更具备引领性。这种信息差是由目前的供应链格局造成的,不过一旦技术路径确定了,国内厂商在响应速度、更新速度方面并不会比国外厂商慢。第二个方面是系统集成度的提升,包括芯片和算法、软件的配合,以及芯片能否节省掉其他的器件或外围电路。在车规领域,主要是提升产品的可靠性。首先是需要加强生产管理,包括供应商、良率管理等。其次是针对应用怎样做到快速地试错,从而累积经验。试错需要成本,要把时间成本和可能犯错的一些成本降到更低,这就需要靠企业的研发能力以及和客户合作的密切程度进行提升。总而言之,从技术层面看目前不太可能存在某一类芯片,国外厂商做得出来,而国内厂商做不出来。国内外厂商主要的差距还是在于产品定义,例如国内厂商是否可以判断产品未来的走向。
晶通科技是国内领先的以晶圆级扇出型Fan-out先进封装技术为平台的OSAT企业及Chiplet 方案提供商,为客户提供从系统集成的设计仿真到晶圆级中道封测的一站式解决方案。公司主要产品类型包括单芯片Fan-out封装、多芯片Fan-out SIP集成封装、Fan-out POP堆叠封装、多芯片Fan-out混合封装等,场景适用于超高密度封装的大算力芯片(GPU、FPGA)和手机AP、中高密度扇出封装(手环手表、AR/VR、医疗及军工等消费电子SOC),以及低密度的封装(PMIC、WIFI、BB及毫米波等的单芯片扇出、多芯片FoSiP扇出)。公司在扬州高邮已建成并投产第一条晶圆级Fan-out先进封装产线,规划年产能12万片,同时也是国内目前少有的真正意义落地并实现量产的晶圆级Fan-out先进封装产线。晶通科技的核心成员来自于应用材料、苹果、Intel和日月光等集成电路领域全球最顶尖的设计、制造及封装企业,也是国内最早布局和研究Chiplet的团队之一。
关于封装产业,蒋振雷先生表示,回顾2023年,特别是前三季度,行业内一方面是一些头部的大企业都在拼命想办法拿订单,另一方面是台积电的产能不足,无法满足包括AMD、英伟达等公司在内的各类AI芯片的封装需求,整个行业内需求错配现象非常突出。不过半导体行业一直存在大、小周期的规律,因此不必过度地关注周期带来的一些影响。蒋振雷先生认为,从先进封装的角度出发,目前整个行业正处在早期阶段。以扇出型和TSV两大类先进封装为主线的封装形式,将受益于接下来的全球AI芯片市场的爆发、消费电子领域的革命性创新、以及手机行业重回王者地位所带来的积极影响,均面临着非常大的发展机会。以AI芯片、算力芯片为代表封装需求将成为主流,以及晶通科技所从事的扇出型技术和以扇出型为基础的Chiplet封装方案,在未来几年里都会存在比较明确的市场导向,先进封装行业将得到长足发展。
目前,晶通科技的第一条晶圆级Fan-out先进封装产线已于2023年9月份实现量产,在距离现在4个多月时间里也取得了一定的成绩。
从国产替代角度出发,蒋振雷先生认为,封装行业在整个集成电路产业链里面是比较特殊的。整体看来,封装在中国大陆的渗透率是全球最高的,在整个产业链里占比也是最高的环节,已经达到30%左右,自然也谈不上国产替代,因为国内的封装巨头原本就在服务全球范围内的大客户。但是,先进封装与传统封装又有比较大的区别。先进封装起源于晶圆制造厂,例如扇出、TSV技术均来源于英特尔、台积电等晶圆厂。从这个角度看,目前国内的先进封装的水平和阶段,与欧美和台湾地区相比还有比较大的差距。晶通科技之所以能通过寻找某一细分领域的封装形式并且做出一些突破,也因其核心团队本身来源于欧美厂商,若只是一味地追求自主创业、自主产权,进而开发一系列所谓的创新技术,下游客户通常是不敢轻易进行尝试的。蒋振雷先生认为,从长远看,随着整个国内市场的带动,尤其是卡脖子的晶圆制造问题被逐步攻克(例如今年华为就带了一个非常好的头),晶圆制造端不断的向下、向前做延伸,先进封装自然而然会跟随着爆发。先进封装未来在AI芯片、智能芯片、自动驾驶以及高算力的、高集成密度的手机、存储芯片等领域,都会得到非常好的应用。通过接下来的几年努力,中国大陆将拥有本土的、名副其实的先进封装企业,来服务于国内领先的IC设计企业、领先的手机等终端制造商,这也是包括晶通科技在内的封装企业的使命。
蒋振雷先生认为,先进封装领域的创新与IC设计的创新有所不同。因为先进封装一定是从客户的需求出发,如若国内还没有大客户的应用需求,先进封装企业自然就承接不到需求,也就不会想到去进行封装材料、封装形式、封装设计等各方面的创新尝试,从这一点看来,前道制造卡脖子的确对先进封装造成影响。但是,同样是因为前道被卡脖子,并且前道在短期内不能实现突破,只能换“道”比赛,从而给国内先进封装行业带来一个巨大的机会。这个“道”就是小芯片Chiplet。蒋振雷先生认为,接下来先进封装的一个非常大的机遇在于小芯片的发展格局的变化。例如,晶通科技一直在主导研发的以扇出型为基础的小芯片方案,实际上和国际某大厂的一款已经量产的平板电脑所采用的主芯片的方案是雷同的。晶通科技开发的这种小芯片方案的主要特点是,既能够达到诸如英伟达等主流芯片所采取的封装形式的性能,同时又能够把封装的价格降到较低水平。这种封装形式对于中国大陆是一个非常好的示范。中国大陆要发展,最终依托的是自身庞大的消费市场。虽然现阶段大陆或许在7纳米以下的先进制程受到限制,但是通过换“道”可以争取到一个机会,利用7纳米以上的制程可以有效地突破一些封装和制造方面的门槛,使得终端产品能够迈向5纳米工艺的性能。
这一点通过华为mate60手机的发布已经得到了一个非常充分的证明。所以,包括晶通科技在内的大陆封装企业,要沿着这条路坚持走下去,修好内功,做好各项必须的基础研究,做好各种客户需求的研发,相信未来随着国内智能芯片、算力芯片的逐步崛起,随着国内众多手机厂商自研芯片的崛起,国内先进封装技术以及小芯片的集成方案会有一个比较大的发展空间。
世禹精密是一家专业从事半导体自动化设备研发和制造的高新技术企业。公司产品包括研磨减薄类设备,芯片贴装类设备,植球植柱类设备,光学检查测量设备,激光应用类设备,OHT/机器人/对准器等AMHS系统方案、精密模具及部件等。团队具有多年的半导体行业经验,擅长将各种复杂工艺与自动化技术结合。目前相关产品已成功进入华为、长电科技、通富微电、深南电路、中芯集成等行业龙头企业的供应链体系。公司也成功入选国家级、市级、区级三级专精特新“小巨人”企业,是上海市科技小巨人良好培育企业和上海市高新技术成果转化实施单位。公司已启动IPO,2023年4月已完成上市辅导备案,目前处于IPO辅导期。
商小路先生表示,世禹精密在2019年成立之后,正好赶上行业的窗口期,这几年发展得比较顺利。截至2022年末,公司的在手订单和预计订单都非常乐观。不过2023年实际情况并不太理想,特别是在上半年,公司面临较大的销售压力。一方面是因为半导体是周期性市场,而且半导体设备行业市场相对滞后于下游市场,在2023年上半年,下游客户的订单取消或者推迟的情况特别明显。另一方面是整个半导体设备市场极其内卷,下游客户对成本的控制也相当严格。世禹精密相对于其他的设备厂有一个优势,那就是公司的设备品类比较齐全,包括自动化设备、贴片机、AOI、激光等,下游行业也比较丰富,因此抗风险和抗波动的能力较强。因此,2023年下半年也慢慢找到感觉并做出一些调整,整个2023年业绩也有稳定的增长。商小路先生表示,2024年整个半导体行业市场还是偏乐观的,整体会比2023年好一些,但是由于设备厂家的周期相对还是会有点滞后,所以总体持审慎乐观的态度。
关于国产替代,商小路先生认为,封装设备行业存在自身特点。尽管国产替代为国内企业提供很好的发展机会和发展空间,但是国内企业不能太依赖于国产替代。第一,前道包括设备、材料、设计等卡脖子更严重一些,而封装设备属于后道,目前卡脖子程度相对较轻,海外品牌的大部分封装设备国内的封装厂商都可以购买到。而且,现在的芯片越来越贵,在封装过程中,若因封装设备的替换而带来例如良率等问题,对于下游客户和厂家来讲损失更大,即封装设备替换的成本会越来越高。
所以在国外设备没有卡脖子的情况下,下游客户并没有特别强的动力进行国产替代。第二,如果没有国产替代,国内的封装设备厂可能往上走会比较难,只能做一些很成熟,价格比较低,或者利润率比较低的封装设备。但是封装设备行业属于应用行业,是一个对经验积累沉淀要求比较高的行业,必须要不断地配合客户磨合工艺,做问题积累。从长远来看,不仅要考虑国产替代的问题,更要思考如何能尽快、尽早地走出去。我们不仅需要将封装设备销售给东南亚,欧洲等地区的下游客户,不断提高市场份额,还需要从日本,欧洲,美国等国家和地区引进优秀的人才。我们在感谢国产替代提供发展空间的同时,还需要具备更长远的全球视野。因为只有真正地把自己放在全球,和最优秀的同行同台竞技,对于行业或企业的成长来说才是最有帮助的。企业的真正高度不是由企业本身决定的,而是由它的对手来决定的。
商小路先生认为,封装设备行业要紧跟客户的需求,行业未来的发展方向也越来越清晰。对于封装设备厂商来说,传统的封装设备国内已经比较成熟了,未来更好发展空间集中在先进封装领域。目前先进封装对于设备的要求也已经提出来了。第一个要求是设备需要兼顾高速与高精度作业。行业之前对先进封装的需求量相对少,因此客户对于良率控制、生产效率的容忍度比较高。
但是随着先进封装的需求占比逐步提升,客户从成本和质量的角度考虑,对于高速的批量生产过程中的良率稳定性的要求也会越来越高,这是整个先进封装行业对封装设备厂家指定的发展方向。第二个要求是,封装设备需要和新的封装材料、工艺相结合。随着芯片越做越小,越做越薄,先进制程也从平面拓展至立体、二维拓展至三维,从而产生一些新的封装方面的变化。以植球工艺为例,锡球目前已经做到约10微米以下,同时锡球之间的间隔也越来越小。
在封装工艺中,必须考虑到材料对于封装过程的影响和变化。客户购买封装设备的同时,更希望能够提升整个产线的良率。随着下游行业的持续进步,封装设备和材料、工艺如何更有效地结合,是未来行业发展需要更多考虑的方面。
芯率智能致力于通过加速AI智造,为中国半导体行业提供一流的、聚焦良率管理和良率提升的数据分析、人工智能产品与解决方案。产品主要服务于已纳入国家发展战略的芯片制造业。芯率智能目前产品包括AI YMS、AI ADC、AI DMS及大数据平台等300多个基于人工智能的芯片良率提升应用套件及工业APP,也是国内第一家实现良率管理相关软件国产替代的企业。目前服务客户包括中芯国际、华虹宏力、长鑫存储、鼎泰匠心、格科微、芯粤能、中环半导体等头部晶圆厂,未来会逐步拓展设计公司及其他领域的客户。芯率智能在半导体行业积累了15年的行业经验,目前是上海市高新技术企业、上海市静安区重点大数据企业,相关产品曾获得WAIC世界人工智能大会“创新成果奖”。
蒋晓军先生表示,芯率智能所处的半导体良率赛道,目前主要的供应商还是国外大厂,在国内良率管理相对来说是比较新的事物,但步入2023年后也越来越被行业所理解。蒋晓军先生认为,2023年华为mate60的发布为良率做了一个非常好的宣传。
第一,华为mate60讲清楚了什么是良率。无论华为的芯片是在哪里投产,它的量产足以说明代工厂产线的稳定性等各方面指标都是没问题的,核心在于只要良率能够达到一定水平,芯片便能够出货推向市场。因此良率的提升不仅仅只是一个数理统计层面的概念和简单的分析工具,更关键是的要解决问题,例如怎样提升产线工艺,真正优化包括设计、封测在内的各个环节,这才是半导体良率细分赛道实际在做的事情。第二,华为mate60说明了围绕良率,本质上是围绕工艺改善和提升,是行得通的。第三,华为mate60也说明了,真正要想在良率方面能够有实质性的提升,一定要扎扎实实地去做,没有捷径。例如使用原本用于28纳米产品制造相关的产线工艺设备,顶着产线工艺设备的极限生产先进制程的产品,这个过程中如果是虚头巴脑的做法肯定都是混不下去的。所以对于整个芯片行业来讲,华为mate60的发布是一个非常好的激励和鞭策。
2023年对于芯率智能所处的良率行业来说,呈现出冰火两重天的局面。一方面是行业的需求是客观存在的,另一方面也是受外部环境形形色色的影响。2023年,芯率智能除了和前道的Fab厂,也和行业上下游包括设计、EDA工具、设备(良率检测设备和工艺设备)、封测等各个环节的一些头部企业有了较好的合作意向。因为工艺改善和提升对于全产业链都是意义重大的,它所呈现的最终结果就是良率。整体看来,蒋晓军先生表示,明年芯率智能会有一个非常好的发展阶段。
蒋晓军先生认为,总体上,半导体良率赛道国内和国外的差距比较大。因为良率管理需要丰富的行业经验积累。国外在先进制程设备和工艺开发方面有着几十年的积累,这些都不是国内短的时间就能追赶上的,或者依靠极个别从业者的聪明才智就能弥补的,因为就算是通过各种各样的AI或者大数据的方式,也需要有来自于一线的大量数据样本的积累。尽管如此,蒋晓军先生表示,目前芯率智能所开发的部分点工具产品,性能指标已超过对标的海外大厂的产品。因为国外的一些产品是很多年以前开发的,在产品的快速迭代和快速优化提升方面,相对国内发展节奏要慢得多,所以国内企业未来的发展空间是很大的。良率赛道是一个在快速发展的赛道,尤其在国内。因为无论是先进制程的稳产、产线性能的提升,还是工艺设备的良好交付,对于围绕工艺相关的良率管理、优化和提升,都是非常关键的赛道,而且目前也出现了大量的需求。所以,总体上讲,在半导体良率赛道上,国内和国外的差距还是比较大,但是空间也很大,而且国内追赶的速度也比较快。
蒋晓军先生认为,跟先进制程相关的良率所需要的核心技术,可以用GPT进行类比。相比于其他工具和方法,GPT的参数非常多。原来更多地是基于一些规则定义某些东西,但是这种方法很明显在目前这个时代是有很大的局限性。从本质上讲,有大量的可能会影响最终结果的因素,需要通过AI的方式把其考虑进来。在良率领域也是类似的。例如,使用一台40纳米的设备生产40纳米的产品,可能只需要完成100个参数的设置,需要额外考虑的因素会比较少。但是,如果要使用这台40纳米的设备生产14纳米或者7纳米的产品,需要额外考虑的变量会非常多。除了完成常规的100个参数的设置之外,其他的因素包括环境的稳定,甚至是电压、电流的稳定等等,都会成为影响良率的核心因素。芯率智能在产线上的工作逻辑和GTP类似,更多地是依赖AI的方式,把各种各样相关的因素考虑进来,类似于设置各种各样的参数。在这种情况下,rule-base可能解决不了问题,更多的是依靠model-base。另外,以工艺控制为表征的良率,实际上是行业百搭,跟行业的各个环节都有关系,跟其他细分赛道的生产环节、产品、行业经验相结合,可以非常快地产生效果,而且会形成比较好的竞争优势。
圆桌论坛的最后,各位嘉宾也对未来几年我国半导体产业发展进行了展望。虽然已经过去的2023年,尤其是上半年,整个半导体市场处于相对低迷的状态,但从下半年已经可以看到行业逐渐向好的趋势。随着国内对人工智能和高性能计算(HPC)的需求爆炸式增长,加上智能手机、个人电脑、基础设施的需求趋于稳定,以及新能源汽车行业的高速增长,国内半导体产业有望迎来新的增长浪潮,姑且不论明年全球半导体市场的是否会进入上升期,我们相信中国半导体市场一定会先于其他地区迎来复苏,或者说以更大的幅度进入上升期。
当前,我国半导体行业面临着巨大的发展机遇,对于国产厂商来说,需要立足自身,从自身的市场,自身的技术根本出发,不断的加强自己的内功修炼,做好准备,不仅仅要立足于国内,更重要的是要走出去,去面对全球的竞争,去占领全球的市场,去迎接更美好的明天。