集成电路技术和产业形态的演进之路

10月28日，第十五届“中国芯”集成电路产业促进大会暨“中国芯”优秀产品征集活动发布仪式在杭州市青山湖科技城召开，在大会下午举行的中国芯领军企业家创新峰会上，杭州士兰微电子股份有限公司董事长陈向东发表了以《多产业形态的芯片发展模式》为题的主题演讲。

陈向东指出，经过70多年的发展，集成电路已经把人类带入了信息化社会，其在信息处理的各个环节都承担了关键角色。只要是有电的地方，几乎就一定有集成电路的身影，集成电路与人们社会生活各方面已经如影随形。

“信息和能源是人类社会发展最重要的两个方面，芯片产业在信息处理上发挥作用的同时，也推动了能量形态的转换和电能的功率变换技术的发展。例如光伏发电、逆变器、半导体照明、高铁驱动、风能发电、充电器和电源适配器等，”陈向东进一步表示，“我亲历了硅片从1英寸开始发展到目前12英寸的整个过程，也看到了芯片在各个产业迎来的多种发展形态。”

技术和产业形态的演进

陈向东强调，整个集成电路技术走到今天，始终在沿着两条不同的路径发展。纵向是沿着摩尔定律的芯片特征尺寸不断缩小，横向则是特色工艺的器件特征不断多样化。

“在先进工艺中，业界追求的就是特征线宽的缩小、工作电压的降低、开关频率的提高等。而在特色工艺中，业界追求就不完全是把器件重复的缩小，而是思考芯片如何在不同的应用场景下承受高电压，如何输出大电流，如何提高电路线性特征，如何降低噪声，”陈向东说，“另外，在纵向和横向中间还有一条衍生出来的芯片产业发展路径，这代表着工艺特征完全不同的芯片堆叠，也就是SiP（系统级封装）的发展。”

除了技术的演变，产业格局也在不断发生变化，半导体企业的形态也在随之演变。陈向东认为，半导体产业形态总共发生了三次大规模演变。第一次是在上个世纪五、六十年代，随产业的成熟，IBM、西门子德州仪器等综合性系统公司和Intel等硅谷巨头从自主研发生产半导体设备和材料，到有专门的设备和材料公司的出现，但此时的芯片设计、制造和封测仍大多集中在一个经营实体中完成。

第二次大规模演变是在上个世纪八十年代中后期，陈向东指出，随着工作站（早期的服务器）的出现，小型实体同样开始拥有计算能力了，配以适当的商业化软件后，其在芯片的设计创新上也迎来了不同的需求。产业界为了满足这些需求，硅谷开始成立大量的创新型芯片设计企业，但当时IDM厂商并不提供晶圆代工服务，而自建一条8英寸产线需要花费10亿美元。于是，台积电这样的纯晶圆代工企业应运而生，催化了芯片设计和制造的产业分工。

第三次则是在上世纪九十年代中后期，由于当时半导体在国际上已经是一个成熟的产业了，各个细分领域已经形成头部企业，且整体销售额已经趋于稳定。大型系统公司无法承受半导体内部分支的财务运行状况，所以在华尔街财务主导经济运行模式下，大型系统公司纷纷开始剥离半导体业务，例如西门子、IBM等。

“走到今天，整个半导体产业的公司已经形成了一个基本的综合形态。包括专业的设计和制造一体的半导体产品公司，苹果等涉足芯片设计业的综合型系统公司，台积电等专业芯片代工制造企业，专业的封装、测试代工企业，以及专业的芯片设计公司，”陈向东指出，“专业的芯片设计公司又可以分为芯片产品公司、IP服务公司和芯片设计服务公司。”

IDM模式的优势

如今，芯片按照制程大致可以分为先进工艺和特色工艺两大类。陈向东指出，形成这两大类代工模式的主要原因是发展的动力不同。先进工艺的主要发展动力是手机、电脑等设备对高性能和低功耗无止境的追求，因此半导体技术只有不断的缩小器件特征尺寸来满足这些需求。

然而，线宽的缩小需要高精度的装备、高强度和高难度的工艺研发。陈向东表示，这“三高”让越来越多的综合型芯片公司开始停止追逐先进工艺，所以能够继续跟随摩尔定律往下走的芯片制造企业会越来越少。另外，数字芯片设计方法的进化也是先进工艺芯片代工模式持续发展的动力，包括IP的复用和软件工程的形态。

特色工艺产品是利用半导体材料的物理特性制造出的各种半导体器件，这类工艺比拼的不是工艺线宽，而是各种器件的构造。陈向东强调，特色工艺的半导体产品（高压电路、MEMS传感器、射频电路和器件）的研发是一项综合性的活动，涉及到工艺研发与产品研发的多个环节，设计制造一体（IDM）的模式，更有利于该类技术的深度研发和优势产品群的形成。

以高压工艺为例，该工艺需要多个环节协同互动，包括工艺平台建设、器件结构研究、模型参数提取、设计环境建设、线路架构设计和验证、应用系统研究、封装技术研究、质量评价体系等。从设计到制造和封装，需要完整的连成一条线，系统地、持之以恒地进行多方面的研究，才能够有效的打造出高压集成电路器件和产品。

陈向东还指出，全球每年4000多亿颗的半导体产品出货中，有75~80%的产品是由英特尔、三星、英飞凌、恩智浦这样的IDM公司制造的，虽然有一部分也是外包生产。现阶段特色工艺产品市场基本上都由美、日、欧发达国家的IDM公司所占有。中国大陆和中国台湾具备竞争力的公司还十分稀少，这也与中国大陆和中国台湾产业分工更明显有关。

坚守

持续的市场应用需求和长期稳健的研发投入以及公司的并购推动了国际上顶尖IDM公司的不断发展。从目前市场的发展来看，陈向东认为头部企业的优势十分明显，无论从产品的技术性能、品牌口碑和市场占有率来看，要很快打破这个格局较为不易。

虽然产业的分工化越来越明显，但在成长中的巨大市场里，IDM企业发展同样迎来了一波有利因素。陈向东指出，包括硅片尺寸的稳定（到12英寸基本后基本停滞），更多先进工艺设备的下线（建线成本降低），纯代工模式弊端显露，摩尔定律脚步放慢，建立IDM或虚拟IDM的呼声越来越高，以及国家产业政策的支持。

陈向东表示，国际上头部的IDM公司基本上都是这七十年以来和半导体同步成长起来的，近10~20年新成立的大型IDM公司几乎没有。

“从当前市场和芯片技术发展的态势来看，中国大陆有机会成长出几家规模较大的IDM模式IC企业，”陈向东说，“由于IDM模式运行的企业有较重的资产，芯片生产线的建设、运行、工艺技术的研发都需要投入较多的资金，因此需要国家和地方政府相关政策的支持，同时还需要金融资本的帮助。”

陈向东还强调，作为重资产的IDM企业也会有一定的风险，所以控制运行成本变得非常重要。其次，IDM公司的发展重点不应该放在制造资源上，还是要以产品技术创新为根本来发展。最后，既然选择了IDM的模式，就要持之以恒的发展IDM文化，不能生意不好的时候又去帮别的企业做代工。

“ IDM模式是比较难，所以要长期坚守 ，”陈向东说。
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