以小见大：全球汽车缺“芯”，中国芯片制造难显身手的反思
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图片来源@视觉中国
文 | 孙永杰
从去年下半年至今，全球汽车厂商缺“芯”一直蔓延，加之近来日本福岛近海地震以及美国暴风雪引发停电等因素的影响，对于全球汽车厂商缺“芯”不仅雪上加霜，甚至有蔓延到以智能手机为代表的消费电子领域的趋势。
对此，有媒体再次借势，称全球缺“芯”，将会是中国芯片产业再次扮演“弯道超车”角色的机会。事实真的如此吗？
进远大于出：中国汽车芯片尚未自给，谈何“超车”
根据咨询公司罗兰贝格发布的《中国新能源汽车供应链白皮书2020》，在中国每年2800万辆的汽车市场，中国汽车半导体产值占全球不到5%，部分关键零部件进口量在80%-90%。
而据中国汽车芯片产业创新战略联盟数据显示，2019年我国自主汽车芯片产业规模仅占全球的4.5%，而我国汽车用芯片进口率超90%，先进传感器、车载网络、三电系统、底盘电控、ADAS（高级驾驶辅助系统）、自动驾驶等关键系统芯片过度依赖进口。比如，电动汽车中价值仅次于动力电池的IGBT（绝缘栅双极型晶体管），98%以上需要从国外进口，且价格是国外的1.2倍至1.8倍。
另有统计数据显示，2019年全球汽车芯片市场规模约为3100亿元，国内车规级芯片产业规模不足150亿元，而同期我国汽车产业规模占全球市场达30%以上。
不知业内看了上述统计作何感想？我们认为在这场以汽车产业为主的全球性缺“芯“大潮中，我们，尤其是我们的芯片制造非但没有充当”救火队长“的角色，反而在某种程度上起到了”助推“的反作用（求远大于供）。原因何在？
低不就难做大：成熟制程不“成熟”，打磨与产能是最大短板
从此次全球车企缺“芯”看，主要分为两类，一类是应用于ESP（电子稳定控制系统）的MCU（微控制单元）。在中国市场，一般10万元以上的车型，特别是中高端车型都会配备ESP。它是汽车主动安全系统的一部分，能起到防侧滑作用。另一类是ECU（电子控制模块）中的MCU。ECU广泛应用于汽车各控制系统中，被喻为“行车电脑”。
尽管看似高级，但对于芯片制造来说，与智能手机芯片相比，其对于制程的要求并不高，通常情况下，28nm以上成熟制程完全可以满足。
虽然制程上要求不高，但对于品控却远大于智能手机这类消费类电子产品，这对于芯片制造才是真正见功底的挑战。
例如车规级相关芯片，需要适应-40℃到-150℃的极端温度，高振动、多粉尘、有电磁干扰，湿度要适应0%-100%，一般车规级芯片的设计寿命为15年或20万公里。从架构方面来看，车规级芯片需要有独立的安全岛设计，在关键模块、计算模块、总线、内存等，都有ECC、CRC的数据校对，为车规级芯片提供功能安全。
因此，只有具备丰富芯片设计经验、全面产品质量管控、充足人力物力的公司，才有可能研发出满足汽车正常运行需求的MCU芯片，这也使得国内很多芯片厂商对车规级MCU望而却步。
望而却步的结果就是差距。据IHS Markit的统计数据显示，在2019年接近200亿美元的MCU市场中，车载MCU贡献当中的60亿美元左右的营收，这些份额主要由NXP、瑞萨、TI和ST等国外厂商所垄断。其中前六所占领的市场份额高达93%，且这个份额多年以来一直来并没有太大的变化。
其实到这里，我们应该清楚，对于车规级芯片来说，先进的制程已不是决定性因素，反而是成熟制程期内的打磨，满足上述标准成为重中之重。而正是在打磨上的缺失，让我们在车规级芯片市场几乎没有任何的话语权。
究其原因，据此前《财经》相关报道采访到的芯片设计行业人士普遍认为，即便在28nm以上成熟工艺，中国大陆的芯片代工厂也有不少功课需要补足，大家往往在某个工艺上做到“基本可用”就开始攻克下一个，而不是继续投入研发实力去做到“好用”，且服务意识不强，资料不全、数据不准确，给芯片设计公司（客户）带来了各种不愉快的体验。
事实的确如此。除了在车规级芯片外，扩展在整个成熟制程整体市场，我们的市场表现也证明了这点。
这里我们以全球芯片代工老大台积电和国内芯片代工老大中芯国际2019年各制程节点的营收为例，来看看我们的差距。
在28nm制程节点，台积电营收为47亿美元，市占率高达39%，相比之下，中芯国际营收仅为1.3亿美元，市占率为1%；在更成熟的90nm及以上制程节点，台积电营收为55亿美元，市占率26%，相比之下，中芯国际营收为17亿美元，市占率仅为8%。
可以说，即便在成熟制程芯片制造上，我们也处在相当落后的状态。这其中，除了产能外（需求决定产能，如果需求不旺，自然就缺乏扩充产能的动力和资源），缺乏打磨应是不可忽视的主要的原因之一。
其实不要说和台积电相比，就是和联电和格芯相比，依然可以看到我们在成熟制程制造上的差距。
根据芯思想研究院（ChipInsights）发布的2020年专属晶圆代工前十大排名榜显示，中芯国际2020年营收为251亿元人民币，占比为5.43%，排名第四，而专注于成熟制程的联电和格芯的营收分别为387亿元和360亿元，占比分别为8.37%和7.78%。
需要说明的是，这个榜单仅限于全球纯芯片代工企业，如果将诸如英特尔、三星等这些IDM厂商制造的芯片营收计算在内，中芯国际在芯片制造的排名还会靠后。
随之而来的问题是，从现在和未来的整个芯片市场看，成熟制程依然占据不小的市场份额，且市场稳定。
据市场研究机构International Business Strategies（IBS）近期发布的相关白皮书数据显示，2020年半导体代工市场中，28nm及以上工艺的市场份额能占据大约三分之二，未来五年，先进工艺的市场将不断扩大，但成熟工艺的市场份额仍将不低于50%。
另据IC Insights发布的《2020-2024年全球晶圆产能》报告显示，40nm及以上成熟制程的比例近几年并未出现明显变化，且市场规模很可观，表现为40nm以上的成熟制程，无论是180nm以下，还是180nm以上，市占率均相当稳定。
如果说，在涉及做强的先进制程方面，我们还存有差距和难以换来真金白银，那么在事关做大的同等的成熟制程上，我们的掘金能力还如此羸弱，确实值得我们同业好好反思，毕竟对于芯片产业来说，做大是做强的基础。
高不成做强难：先进制程牵绊多，盲追节点制程可能适得其反
如果说，前述是我们芯片制造在成熟制程方面是“低不就”的话，那么在先进制程方面，则更多体现为“高不成”。
先不说，仅从芯片制程的账面数据，我们就已经落后台积电、三星两代，从过往成熟制程40nm和28nm从宣布量产到真正具备商业技术竞争能力，期间就相隔了3—4年的时间。
例如40nm制程，早在2011年，中芯国际就宣布量产，但直到2015年依然经常出现提供给客户的产品不符合要求的现象；至于2015宣布量产的28nm，但2年后的2017年，接棒中芯国际CEO的梁孟松和其所率的台籍、韩籍团队不得不用接近一年的时间来提升其良品率，尽管如此，低阶28nm工艺多晶硅制程的良品率也仅为85%，高阶28nm仅为80%。
对于中芯国际目前最为先进的14nm，中芯国际此前发布的2020年Q4财报显示，其14/28nm工艺在Q4季度的营收占比只有5%，相比2020年Q3季度的14.6%大幅下滑。尽管如此，中芯国际称，未来仍会考虑加强第一代、第二代FinFET多元平台开发和布建，并拓展平台的可靠性及竞争力，寻找多元客户。
鉴于中芯国际此前未将14nm和28nm合并时，28nm营收占比远超14nm的事实，我们认为，由于非市场因素的影响，在失去华为这个14nm大客户之后，中芯国际的14nm几乎没有客户或者说陷入了找客户的尴尬，加之我们前述的40nm和28nm的遭遇，中芯国际14nm现实的技术竞争力可想而知。
正如业内人士所言，能做先进制程了不代表技术实力就过关了，就好比你能造大排量的SUV了，你的油耗好不好？恶劣环境故障率高不高？越野能力如何？动力强不强？这背后还是技术实力的沉淀问题，能造出这个制程的芯片，不代表工艺水准已经达到了最优，更不代表你就在这一制程节点具备了技术竞争力。
此外，从芯片制造的发展看，由16nm至7/5nm制程升级带来的性能边际提升开始出现递减效应，即制程节点升级带来的性能提升及功耗降低幅度越来越不明显。这无疑对于我们的芯片制造企业如何让芯片从“可用”到“好用”转变的能力要求更上层楼，但鉴于前述我们芯片制造在成熟制程方面的表现，挑战可谓巨大。
除技术外，中国芯片在先进制程方面还受制于高昂的资本支出。
据IBS给出的数据显示，28nm之后芯片的成本迅速上升。28nm工艺的成本为0.629亿美元，到了7nm和5nm，芯片的成本迅速暴增，5nm将增至4.76亿美元，至于未来的3nm，三星称其3nm GAA 的成本可能会超过5亿美元。
至于台积电，2018年，其CEO魏哲家曾打趣地说，台积电预计在5nm投资了250亿美元。
魏哲家的话并非打趣。仅在2020年，台积电的资本支出就达到了160亿美元，继2019年全年支出达到历史新高后，再破记录，其中约80%被用于3nm、5nm与7nm等先进制程技术。相比之下，中芯国际同期的资本支出仅为43亿美元。
对此，有业内分析认为，制约中芯国际资本投入的主要原因是它的营收不高，即中芯国际如要不停地保持资本支出，必须先将自己的营收做大。经常有人说，中国制造大而不强，实际上，先将企业做大，往往更能把企业做强。而这正好验证了我们前述的，在事关做大的同等的成熟制程上，我们的掘金能力如此羸弱，理应好好反思，毕竟对于芯片产业来说，做大是做强基础的论断。
除上述外，与其他芯片制造企业不同，中国芯片制造企业还受制于非市场因素的影响，而这种因素某种程度上甚至会超越技术和资金。
对此，中芯国际在2020年Q4财报发布时称，对于中芯国际的技术限制，主要还是针对 10nm 工艺以下技术，未来像是7nm、N+1 工艺等放行机率不高。而针对 10nm 工艺以上技术，则是可透过供应商申请许可证的方式，让中芯国际继续生产。
如果真如中芯国际的判断，那么中国先进制程芯片制造很可能会长时间滞留在14nm节点。“高不成”将成定局。
而在我们看来，即便最终非市场不利因素全部消除，但其始终会像悬在我们头上的达摩克利斯之剑，而要彻底消除它，不仅是中国芯片制造企业的一家之事，而是包括芯片制造设备、材料等一系列相关产业的齐头并进，否则盲跟制程节点，可能会事倍功半，甚至适得其反。
所谓以小见大。通过此次全球汽车缺“芯”，中国芯片制造难显身手的事实，我们理应反思我们整个芯片制造发展中出现的“高不成低不就”的原因，走出一条既符合全球芯片制造发展趋势，又能充分发挥我们自身优势（考虑非市场因素的长期不确定性影响）的中国芯片制造发展之路。
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