2018年,全球DRAM市場規(guī)模為1000億美元,其中三星、SK海力士、美光三大巨頭市場占有率超過90%,呈現(xiàn)寡頭壟斷態(tài)勢。近年來,在關(guān)鍵核心技術(shù)國產(chǎn)替代浪潮的推動下,中國大陸迎難而上,開啟對DRAM的戰(zhàn)略布局,力爭在這一高端產(chǎn)業(yè)上有所作為。
2016年立項(xiàng)的合肥長鑫已累計(jì)投入25億美元研發(fā)費(fèi)用,建成了第一座12英寸DRAM存儲器晶圓廠,技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)有序開展,并已持續(xù)投入晶圓超過15000片;紫光集團(tuán)DRAM事業(yè)在2016年擬收購美光未果后,于2019年6月30日宣布重啟DRAM計(jì)劃,組建DRAM事業(yè)群。
然而,DRAM產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路必將布滿荊棘。縱觀臺灣DRAM產(chǎn)業(yè)30年的發(fā)展,投入500億美元卻血本無歸,其留下的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)值得我們深思。
一、臺灣存儲器的三十年,投入500億血本無歸
說到臺灣的存儲器發(fā)展史,可以追溯到1983年,當(dāng)時(shí)臺灣政府借助與美國的合作開始了內(nèi)存的研發(fā)。1980年代,臺灣通過為美國配套生產(chǎn)電腦周邊產(chǎn)品,積累了產(chǎn)業(yè)能量,而以個(gè)人電腦為基礎(chǔ)的信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶動了存儲產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。臺灣開始了存儲產(chǎn)業(yè)的試水。
1993年美國茂硅電子成立,并在1985年成功開發(fā)出了64K和256K的內(nèi)存,1987年成立臺灣茂硅電子,1991年茂硅電子兼并了美國華智。但由于缺乏晶圓制造能力,只能產(chǎn)品外包生產(chǎn)。華智外包給日本索尼和韓國現(xiàn)代進(jìn)行代工生產(chǎn)256K DRAM,茂硅則將16K SRAM外包富士通生產(chǎn),64K SRAM外包韓國現(xiàn)代電子生產(chǎn),其后開發(fā)的256K SRAM外包日本夏普生產(chǎn)。茂硅電子開始積極追求獨(dú)立發(fā)展存儲產(chǎn)品的可能,并于1993年建成6英寸生產(chǎn)線生產(chǎn)DRAM。
1989年,宏碁和德州儀器合資建立了合資制造公司德碁半導(dǎo)體,投資新臺幣31億元建設(shè)6英寸晶圓廠,生產(chǎn)1M DRAM產(chǎn)品。這是臺灣第一家專業(yè)DRAM生產(chǎn)廠,標(biāo)志著臺灣DRAM產(chǎn)業(yè)的真正起航。然而1990年前后,內(nèi)存市場不景氣,逼迫德碁咬牙苦熬三年,直到1992年DRAM價(jià)格谷底翻升,德碁才扭虧為盈。隨后又建設(shè)了一座8英寸晶圓廠。但是由于景氣周期影響,1997至19898年德碁累計(jì)虧損超過新臺幣50億元,隨著德州儀器放棄DRAM業(yè)務(wù)并甩賣給美光,跟臺灣宏碁的技術(shù)合作自然也就終止了。失去技術(shù)合作的德碁半導(dǎo)體于1999年被臺積電收購并改造為純邏輯晶圓代工廠。但宏碁賬面獲利超過200億元新臺幣。(笑)當(dāng)時(shí),茂硅和宏碁被看作是臺灣內(nèi)存行業(yè)的起步標(biāo)桿。
面對日韓日新月異的DRAM技術(shù)能力,1990年,臺灣官方在美國顧問建議下,啟動了“次微米制程技術(shù)發(fā)展五年計(jì)劃”,目標(biāo)是攻克8英寸0.5微米制程技術(shù),獲得4M SRAM和16M DRAM的生產(chǎn)能力。1994年12月,臺灣投資新臺幣180億元,由臺積電占股30%,聯(lián)合華新麗華、硅統(tǒng)等13家公司成立世界先進(jìn)(VIS),建設(shè)臺灣第一座8英寸晶圓廠,主攻DRAM芯片業(yè)務(wù)。然而,世界先進(jìn)經(jīng)營不善,2001年至2003年虧損新臺幣200億元,被迫退出DRAM行業(yè),2004年在臺積電的幫助下轉(zhuǎn)型為晶圓代工廠。世界先進(jìn)是臺灣唯一一家能夠進(jìn)行DRAM產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)的企業(yè),它的退出標(biāo)志著臺灣自主之路的夭折。此后,臺灣DRAM全部企業(yè)都需要花費(fèi)巨額資本從美、日獲得制程技術(shù)授權(quán)。
1994年,力晶半導(dǎo)體依靠從日本三菱電機(jī)獲得的技術(shù)授權(quán),開始籌建DRAM生產(chǎn)線。然而,由于市場不景氣,投產(chǎn)后的力晶半導(dǎo)體虧損嚴(yán)重,直到直至2004年,力晶的12寸晶圓廠,成為全球唯一將256M SDRAM生產(chǎn)成本,降至3美元以下的廠商,當(dāng)年實(shí)現(xiàn)盈利高達(dá)新臺幣165(約5億美元),并在2004年完成轉(zhuǎn)型為存儲晶圓代工廠。
1995年,臺塑集團(tuán)依靠日本沖電氣提供的技術(shù)授權(quán)成立南亞科技,設(shè)立8英寸DRAM廠。同時(shí),臺塑集團(tuán)投資新臺幣42億元與日本小松合資成立了硅片生產(chǎn)工廠,大大提高了南亞科技的成本優(yōu)勢,2002年,南亞科技憑借DDR內(nèi)存的成本優(yōu)勢盈利100億元。2003年,南亞科技與德國英飛凌合資成立華亞科技,建立12英寸晶圓廠。
1996年,茂硅電子與西門子的半導(dǎo)體部門合資,投資450億元新臺幣,在新竹園區(qū)成立茂德電子,建設(shè)8英寸晶圓廠。采用西門子提供的制程生產(chǎn)DRAM晶圓,產(chǎn)能由兩家分配。2001年起,由于DRAM產(chǎn)業(yè)不景氣,茂硅虧損300億元新臺幣,并大量質(zhì)押茂德股票,引發(fā)與英飛凌的矛盾。2002年10月,英飛凌突然與茂硅中斷合資關(guān)系,終止技術(shù)授權(quán)合約,并停止采購茂德的晶圓。此后茂德的發(fā)展非常艱難,2007年金融危機(jī)后,茂德便一直虧損。
2006年,臺灣剩下六家DRAM廠商,其中三家為自主品牌,分別是南亞、茂德和力晶,另外三家為DRAM代工廠商,分別是華邦電子、華亞科技和瑞晶。
2007年起,全球金融危機(jī)醞釀并爆發(fā),內(nèi)存產(chǎn)量供過于求,價(jià)格全面崩盤,從此徹底摧毀了臺灣DRAM產(chǎn)業(yè)。最終,南亞科、華邦轉(zhuǎn)型為利基型DRAM,茂德轉(zhuǎn)型為IC設(shè)計(jì)公司,力晶在2013年成功轉(zhuǎn)型為專業(yè)晶圓代工公司,建立營運(yùn)新模式;2013年瑞晶也并入了美光;2015年,美光以32億美元收購華亞科技67%的股份。到此,臺灣DRAM之路走到盡頭。
從2001年到2010年,力晶、茂德、華邦、華亞科、南亞科等五家DRAM廠,共投資9048億元;五家公司帳上的長期債務(wù)相加,金額高達(dá)1544億元。從財(cái)務(wù)角諾基亞看,只要能賺到更多現(xiàn)金,負(fù)債不是問題,但分析臺灣五大DRAM廠財(cái)務(wù)狀況發(fā)現(xiàn),2001年到2010年以來的凈利總合,是虧損2245億元,等于10年來,平均一年虧掉200多億元,投資報(bào)酬率為負(fù)-25%。
二、急功近利掙“快錢”埋下隱患
有臺灣學(xué)者統(tǒng)計(jì),過去三十年來,臺灣省向DRAM產(chǎn)業(yè)投入了超過16000億元新臺幣(約合五百億美元),有超過20000名科技精英參與到DRAM事業(yè)中,最后卻負(fù)債累累,連年巨額虧損。其中原因值得深思。
缺乏自主創(chuàng)新能力
其實(shí)在1980年代,臺灣DRAM廠商的研發(fā)能力還是蠻強(qiáng)的,臺灣省政府還能在產(chǎn)業(yè)政策、產(chǎn)業(yè)技術(shù)上,對DRAM產(chǎn)業(yè)進(jìn)行扶持。但是在1990年代,由于臺積電的代工模式引領(lǐng)了臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,加上臺積電的創(chuàng)始人張忠謀先生不看好存儲產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,影響到臺灣省政府繼續(xù)扶持DRAM產(chǎn)業(yè)的決心,導(dǎo)致臺灣DRAM產(chǎn)業(yè)自主研發(fā)積極性減小。
由于臺灣廠商放棄自主研發(fā),通過國外技術(shù)轉(zhuǎn)移,從而喪失核心技術(shù)研發(fā)能力,以至于DRAM相關(guān)專利全部掌握在幾大存儲巨頭手中。有臺灣學(xué)者統(tǒng)計(jì),每年臺灣需要向海外合作伙伴支付的技術(shù)授權(quán)費(fèi)用超過新臺幣200億元(約為6億美元)。一旦海外合作伙伴出于自身營運(yùn)窘迫或另有考量決定不再技術(shù)授權(quán)時(shí),臺灣DRAM將立刻面臨技術(shù)斷炊的局面,最終只能將晶圓廠低價(jià)賣出。2002年英飛凌終止給茂德授權(quán)的慘痛歷歷在目。
工藝和設(shè)備是密不可分的。由于放棄自主研發(fā)DRAM技術(shù),同樣臺灣也不具備自主設(shè)備制程能力,臺灣DRAM廠商每年需要花費(fèi)十幾億美元資金購買工藝制程設(shè)備。有臺灣學(xué)者統(tǒng)計(jì),2000至2010年間,臺灣整體DRAM產(chǎn)業(yè)僅購買制程設(shè)備就花掉累計(jì)上萬億臺幣,導(dǎo)致了4000多億元的借債,其中有3000億元來自銀行借款,與債券、公司債和其他資本融通工具的總和遠(yuǎn)超過這幾家上市公司的總市值。而DRAM產(chǎn)業(yè)工藝制程轉(zhuǎn)變快,加上臺灣DRAM規(guī)模有限,無法承受新設(shè)備的不斷投入。
戰(zhàn)略判斷嚴(yán)重失誤
存儲產(chǎn)業(yè)是一個(gè)面向大批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品,因而制造商必須依賴成本控制,低價(jià)格競爭,技術(shù)升級以及提高生產(chǎn)能力在市場上存活。
在早期的6英寸晶圓時(shí)代,臺灣DRAM依靠技術(shù)還在國際市場中獲得一席之地。但是到了8英寸晶圓、12英寸晶圓,臺灣存儲廠商戰(zhàn)略出現(xiàn)了失誤,其搶占市場最簡單的方法就是降低成本,大打價(jià)格戰(zhàn)。
從2002年開始,臺灣DRAM廠商開始12英生產(chǎn)線的大規(guī)模投資,因?yàn)?2寸廠的產(chǎn)能可以達(dá)到8英廠的2.25倍,可以使成本降低30%。從財(cái)務(wù)角度看,當(dāng)廠商大量投資建廠擴(kuò)充產(chǎn)能,成本的降低和利潤提升可以使整個(gè)行業(yè)獲利。但是,一旦需求不及預(yù)期,任何產(chǎn)能的增加都會導(dǎo)致過剩和開工不足,導(dǎo)致成本提高,這影響了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的獲利能力和資本積累。
當(dāng)時(shí),幾乎2/3的新建或擴(kuò)充產(chǎn)能集中在存儲器產(chǎn)業(yè)中,但需求端并沒有快速成長,全球存儲器的市場未能達(dá)到預(yù)期,造成供過于求的局面,最終導(dǎo)致DRAM和NAND閃存價(jià)格的持續(xù)下跌完全超出市場預(yù)期。
另外一點(diǎn)就是臺灣廠商在1990年代和2000年代多采用代工模式。產(chǎn)能對代工廠的運(yùn)營非常考驗(yàn),如何規(guī)劃產(chǎn)能的大小是令DRAM廠商頭痛的問題。當(dāng)產(chǎn)能過小,無法與IDM廠競爭,只有被使喚的份;當(dāng)你產(chǎn)能足夠大時(shí),又引起IDM大廠的擔(dān)心,害怕雙方爭奪客戶。而重要點(diǎn)的一點(diǎn)就是IDM廠不可能把最先進(jìn)制程的DRAM產(chǎn)品交給代工廠生產(chǎn)。因此,DRAM代工模式在業(yè)界受到質(zhì)疑,中芯國際于2007年退出存儲器代工領(lǐng)域可能也此有關(guān)。
牢記前車之鑒,走自主研發(fā)正道
以銅為鏡,可以正衣冠;以史為鏡,可以知興替;以人為鏡,可以明得失。
回顧臺灣DRAM產(chǎn)業(yè)三十年發(fā)展之路,從逐步放棄自主研發(fā),到完全依賴外國企業(yè)技術(shù)授權(quán),再到代工模式遭遇金融危機(jī)重創(chuàng),最終落得滿盤皆輸。背后的原因和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)對正在發(fā)展DRAM產(chǎn)業(yè)的中國大陸有著借鑒和警示意味。
在自主研發(fā)和技術(shù)引進(jìn)兩條道路的選擇上,大陸也有許多精典案例,比如面板和LED,在半導(dǎo)體行業(yè)里也有同樣的案例,敗者的嗚咽之聲如猶在耳。
目前,中國存儲器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正在迎來關(guān)鍵的歷史機(jī)遇期。專家呼吁,在斥巨資打造宏偉產(chǎn)業(yè)的起步階段,必須充分吸取臺灣發(fā)展DRAM失敗的慘痛教訓(xùn),千萬不能因?yàn)榧惫呱弦蕾囃馍碳夹g(shù)授權(quán)的歪路,給產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成無法彌補(bǔ)的損失,這將是任何人都無法承擔(dān)的重大歷史責(zé)任。
黨的十八大以來,習(xí)近平***在多個(gè)場合反復(fù)強(qiáng)調(diào),核心技術(shù)受制于人是最大的隱患,而核心技術(shù)靠化緣是要不來的,只有自力更生。在國家大力布局存儲芯片產(chǎn)業(yè)的今天,這些話聽起來也非常具有針對性和前瞻性。
我們應(yīng)該牢記臺灣存儲產(chǎn)業(yè)失敗的慘痛歷史教訓(xùn),把握住時(shí)代賦予的機(jī)會,堅(jiān)持自主研發(fā)、埋頭苦干,不要尋找捷徑,不能讓“命門”落在別人手里,更別迷信“外人”開出的貽害無窮的技術(shù)授權(quán)的假藥方。
只有通過自主研發(fā)掌握核心技術(shù),才有制勝法寶,才能把發(fā)展的主動權(quán)牢牢掌握在自己手中。這點(diǎn)從我國兩大晶圓代工公司的發(fā)展中得到了極好的證明。
中芯國際在尖端制造工藝研發(fā)上,堅(jiān)持自主研發(fā)之路。本著一步一個(gè)腳印,掌握核心技術(shù),技術(shù)延伸一代,研發(fā)一代,成熟一代,產(chǎn)業(yè)化一代的宗旨,中芯國際不僅實(shí)現(xiàn)了集成電路技術(shù)上的追趕,同時(shí)也將自己打造成中國集成電路的產(chǎn)業(yè)化航母。經(jīng)過17年的技術(shù)積累和沉淀,中芯國際已經(jīng)構(gòu)建完成相對完整的代工制造平臺,包括28納米(2014年量產(chǎn))、40/45納米(2013年量產(chǎn))、55納米(2012年量產(chǎn))/65納米(2010年量產(chǎn))先進(jìn)邏輯技術(shù)和90納米(2006年量產(chǎn))、0.13/0.11微米、0.15/0.18微米、0.25微米、0.35微米成熟制程以及非揮發(fā)性存儲器、模擬/電源管理、LCD驅(qū)動IC、CMOS-MEMS等產(chǎn)品線。特別要提到完全自主獨(dú)立研發(fā)的SPOCULL工藝制程該,制程提供了在8寸半導(dǎo)體代工技術(shù)中最高的器件庫密度和最小的SRAM。同時(shí)SPOCULL技術(shù)還具有極低的漏電流,低功耗和低寄生電容的優(yōu)秀的半導(dǎo)體晶體管特性。
華虹宏力從2002年開始自主創(chuàng)“芯”路,成長為全球第一家關(guān)注功率器件的8英寸純晶圓代工廠。2002年到2010年,陸續(xù)完成先進(jìn)的溝槽型中低壓MOSFET/SGT/TBO等功率器件技術(shù)開發(fā);2010年,高壓600V到700V溝槽型、平面型MOSFET工藝進(jìn)入量產(chǎn)階段;2011年第一代深溝槽超級結(jié)工藝進(jìn)入量產(chǎn)階段,同年1200V溝槽型NPT IGBT工藝也完成研發(fā)進(jìn)入量產(chǎn)階段;2013年,第2代深溝槽超級結(jié)工藝推向市場,同時(shí)600V到1200V溝槽場截止型IGBT(FDB工藝)也成功量產(chǎn);2015年,進(jìn)一步優(yōu)化,推出2.5代超級結(jié)MOSFET工藝;2017年第三代超級結(jié)MOSFET工藝試生產(chǎn)。經(jīng)過多年研發(fā)創(chuàng)新和持續(xù)積累,華虹宏力得以有節(jié)奏地逐步推進(jìn)自主創(chuàng)芯進(jìn)程。截至2018年第4季度,作為全球最大的功率芯片純晶圓代工廠,華虹宏力8英寸MOSFET晶圓出貨已超過700萬片。值得強(qiáng)調(diào)的是,深溝槽型超級結(jié)MOSFET是華虹宏力自主獨(dú)立開發(fā)、擁有完全知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)“芯”技術(shù)。
而在存儲方面,合肥長鑫的自主研發(fā)之路也取得階段性勝利。據(jù)公開信息顯示,長鑫存儲技術(shù)來源是奇夢達(dá),安全可靠,并建立了嚴(yán)謹(jǐn)合規(guī)的研發(fā)體系,保障技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)一直按計(jì)劃推進(jìn),已持續(xù)投入晶圓超過15000片,并結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)設(shè)備完成了大幅度的工藝改進(jìn),開發(fā)出獨(dú)有的技術(shù)體系,拉近了與世界先進(jìn)水平的技術(shù)差距。
人間正道是滄桑,小荷才露尖尖角;自主研發(fā)是正道,鑄我中華“芯”鐵軍!
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